АСУ ТП как объект исследования надежности отличается следующими специфическими особенностями:

  • сложностью автоматизированных систем управления — включает большое число различных технических средств, персонал и т. д.;
  • многофункциональностью систем управления технологическими процессами — как правило, выполняет ряд функций;
  • многонаправленностью использования элементов в системе — один и тот же компонент участвует в выполнении нескольких функций;
  • множественностью видов отказов автоматизированных систем управления — имеет место ряд видов отказов, различающихся по причинам возникновения, последствиям;
  • взаимосвязью надежности и экономической эффективности систем автоматизации — повышение надежности уве­личивает эффективность АСУ ТП, но тре­бует дополнительных затрат, снижающих эффект;
  • зависимостью надежности от технической эксплуатации систем управления технологическими процессами — АСУ ТП рассчитаны на длительное использование с заменой элементов и восстановлением ремонтопрогодности;
  • не транспортабельностью, несохраняемостью автоматизированных систем управления — АСУ ТП не рассчитаны на хране­ние в бездействующем состоянии; транспортировке в собранном виде не подлежат;
  • зависимостью надежности от КТС и от структуры алгоритмов систем управления технологическими процессами — надежность системы зависит от надежности ее составных частей;
  • влиявшем персонала на надежность автоматизированных систем управления — человек в цепи управления снижает надежность системы, человек вне цепи управления может повышать надежность.

Уровень эксплуатационной надежности, АСУ ТП определяется следующими основными факторами:

  • составом и структурой используемых тех­нических средств систем автоматизации;
  • стратегией, режимами и параметрами обслуживания и восстановления систем автоматизации;
  • условиями эксплуатации отдельных ком­понентов и системы в целом;
  • содержанием, организацией и структурой реализуемых алгоритмов управления и ма­шинных программ промышленных систем управления;
  • содержанием задач и организацией деятельности операторов промышленных систем управления.

Функциональный подход к описанию надежности АСУ ТП. Применительно к АСУ ТП основные составляющие надежности, характеристики и показатели которых обязательно должны вноситься в техническую документацию, это безотказность и ремонтопрогодность систем промышленной автоматизации. Составляющие сохраняемость и долговечность не являются существенными; устанавли­ваемые показатели долговечности систем промышленной автоматизации определяются главным образом факторами морального старения.

Рассмотрение всех вопросов надежности АСУ ТП базируется на функциональном под­ходе, в соответствии с которым надежность АСУ ТП представляет собой совокупность (вектор) надежностных характеристик и показателей по всем функциям системы. Перечень и четкое определение функций, по которым следует рассматривать надежность систем промышленной автоматизации, устанавливаются техническим заданием на АСУ ТП. По каждой функции АСУ ТП (как и по каждому компоненту) различают два возможных со­стояния: работоспособности и неработоспособности.

Если по некоторой функции АСУ ТП имеют место два или более видов отказов, существенно различающихся по причинам возникновения и (или) вызываемым ими по­следствиям, то надежность системы по этой функции следует определять по каждому виду отказов в отдельности. Для функций АСУ ТП можно выделить следующие основные виды отказов:

  • устойчивые отказы и сбои; внезапные и постепенные отказы систем промышленной автоматизации;
  • отказы, приводящие к остановке упра­вляемого технологического оборудования (отказы-остановки), и отказы, приводящие к аварии (отказы-аварии) систем промышленной автоматизации.

Возможно выделение и других видов от­казов.

Функции АСУ ТП разделяются на простые и составные. Простыми являются функции, которые нельзя разложить на со­ставляющие; составные включают некото­рую совокупность простых функций, объединяемых по общности цели, роли в процессе управления, информационным, конструк­тивным или другим признакам.

С точки зрения исследования надежности функции, реализуемые АСУ ТП, разбиваются на две группы:

1) функции промышленных систем управления, для выполнения которых не­обходимо непрерывное функционирование участвующих в их реализации средств си­стемы в течение всего расчетного интервала времени (смены, месяца, года и т. п.) - непрерывные функции или Н-функции;

2) функции промышленных систем управления, выполнение которых сводится к эпизодической реализации некоторой процедуры (в заранее определенные моменты времени или в режиме случайного поступле­ния запросов) — функции-процедуры или П- функции.

Граница между этими двумя группами функций нечетка, некоторые функции АСУ ТП можно рассматривать и как Н-функции, и как П-функции.

Количественно надежность АСУ ТП по Н-функциям и по П-функциям описывается по-разному.

Описание надежности АСУ ТП по Н-функции. Н-функции АСУ ТП могут определяться как выполнение некоторых действий (Н- функции 1-го вида) или как достижение некоторого результата, выраженного в удельных (на единицу времени) технических или экономических показателях (Н-функции 2-го вида).

Примерами Н-функций 1-го вида могут служить: управление нажимными механиз­мами прокатного стана промышленных систем управления; управление газотур­бинными агрегатами магистральных газо­проводов; управление распределением дутья по фурмам доменной печи. Для этих функ­ций характеристическими случайными вели­чинами систем автоматического управления являются: время ТБ. безотказ­ного выполнения системой i-й функции и время Гв восстановления работоспособно­сти системы по i-й функции. В качестве еди­ничных показателей безотказности и Р используются:

ТВ наработка системой автоматического управления на отказ i-й функции;

рi (т) - вероятность безотказного выполне­ния системой автоматического управления i-й функции в течение заданно­го времени т;

ТВ (t) среднее время восстановления работоспособности системы автоматического управления по i-й функции;

FB (t) - вероятность восстановления в те­чение заданного времени t работоспособно­сти системы автоматического управления по i-й функции.

Комплексными показателями являются:

Кг - коэффициент готовности системы автоматизации по i-й функции;

КТ.И - коэффициент технического исполь­зований системы автоматизации по i-й функции.

Пример VI. 1. Пусть рассматривается АСУ газо­турбинным агрегатом магистрального газопрово­да, на которую возлагаются две основные функ­ции:

Ф1 — собственно управление газотурбинным агрегатом, работающим непрерывно в течение длительного времени:

Ф2 — защита от аварий (выявление аварийной ситуации и остановка турбины).

Функции Ф1 и Ф2 существенно различны по содержанию и по важности; различны и требования к их надежности автоматизации.

Для Ф1 наиболее удобными в практическом использовании являются такие показатели, как наработка на отказ ТБ и среднее время восстановления ТВ.

Для Ф2 естественным показателем надежности является коэффициент готовности К или коэффициент технического использования КТ.И. представляющие собой вероятность того, что в момент возникновения аварийной ситуации аппаратура защиты будет в состоянии работоспособности.

При рассмотрении Н-функций 2-го вида вводятся понятия удельной (часовой) эффективности функции и удельной (часовой) эффективности (Et) системы в момент t.

В связи со случайностью моментов отка­зов и восстановлений компонентов системы автоматизации функция Et(t) является случайной. Число и значения уровней, на которых может нахо­диться Et(t) определяются значением т и набором значений.

Н-функция 2-го вида определяется как обеспечение пребывания системы на некото­ром фиксированном уровне Е или в некото­ром интервале уровней.

В качестве фиксируемых уровней принимаются уровни эффективности, харак­терные для рассматриваемой системы. При­мерами Н-функций 2-го вида могут служить: поддержание функционирования технологи­ческого агрегата на максимальном уровне производительности тах); поддержание экономической эффективности агрегата на уровне не ниже 80% от максимально дости­жимого. Для этих функций характеристическими случайными величинами являются время нахождения системы на за­данном уровне эффективности или в за­данном интервале уровней.

Комплексным показателем Н по Н-функции 2-го вида является — коэффициент, определяющий долю времени нахождения системы на заданном уровне эффективности автоматизации или в заданном диапазоне уровней соответственно.

Комплексным показателем Н системы в целом по Н-функциям 2-го вида является надежностный коэффициент снижения эф­фективности.

Описание надежности АСУ ТП по П-функ­циям. Примерами П-функций в АСУ ТП мо­гут служить: защита от аварий (предупре­ждение развития предаварийной ситуации в аварию), составление программы обработ­ки новой детали на технологической линии станков, составление сводки месячных пока­зателей работы цеха и т. п.

При рассмотрении надежности выполне­ния П-функций в АСУ ТП основным поня­тием является успешное выполнение заданной (i-й) процедуры (событие Wj).

Учитывая, что на Ri, по-разному влияют, устойчивые отказы и сбои и что отказы этих видов независимы, значение Ri.

Пример VI.3. Рассмотрим функцию АСУ, заключающуюся в составлении программы обработки детали на технологической линии металлорежущих станков и программировании программируемых логических контроллеров (ПЛК).

Запросы на составление программы возникают в произвольные моменты времени. Програм­ма должна быть составлена как можно быстрее м_ (максимальное время, которое может быть отведе­но для этого, составляет 2 ч). Она должна обеспе­чивать высокую точность обработки детали. При безотказной и бессбойной работе автоматизированного комплекса вычислительных средств разработка программы занимает 1 ч 45 мин.

Для успешного программирования программируемых логических контроллеров (ПЛК) необходимо, чтобы в момент поступления запроса комплекс вычислительных средств был работоспособен, и чтобы он проработал без устойчивых отказов в течение двух часов. Кроме того, необхо­димо, чтобы возникающие сбои не удлинили время составления программы свыше двух часов, не внес­ли ошибку в расчеты и не нарушили требуемой точности.

В качестве основного показателя надежности автоматики  и выполнения системой заданной функции составления программы для линии станков используется показатель R, представляющий собой вероятность того, что комплекс вычислительных средств си­стемы успешно выполнит запрос, пришедший в произвольный момент времени, т. е. что процедура составления программы будет завершена в срок более чем за 2 ч без ошибок и с необходимой точностью.

Новости

Водогрейная газовая котельная завода по производству двигателей ООО "Хендэ Виа Рус", система автоматизации, г. Сестрорецк, г. Ленинградская обл.

25.10.21

Водогрейная газовая котельная завода по производству двигателей ООО "Хендэ Виа Рус", система автомат...

Диспетчеризация тепловых электрических завес для ворот ремонтного депо метрополитена, Парнас, г. Санкт-Петербург

20.10.21

Диспетчеризация тепловых электрических завес для ворот ремонтного депо метрополитена, Парнас, г. Сан...

Конвейерное оборудование для технологического процесса переработки древесных отходов, г. Чудово, Ленинградская обл.

25.09.21

Конвейерное оборудование для технологического процесса переработки древесных отходов, г. Чудово, Лен...

Заказчики
Поставщики