Методы проектирования отказоустойчивых скуз яр аэс.

Тема 1. Отказоустойчивость Систем Контроля, Управления и Защиты (скуз) яр,

Цель темы: Изучить новые способы повышения отказоустойчивости электронных СКУЗ ЯР и найти оптимальный вариант отказоустойчивого регулятора типа АРМ для Вашего домашнего курсового проекта.

Тема состоит из трех лекций, двух практических занятий и нескольких лабораторных работ.

Актуальность проблемы отказоустойчивости на современных АЭС.

Хотя термин отказоустойчивость ещё не узаконен ГОСТом, однако он получил широкое распространение в последние годы в связи с появлением микропроцессорных саморемонтирующихся систем ( 1).

Под отказоустойчивыми понимают такие системы , которые выполняют свои функции даже при наличии в них отказов.

Абсолютно надёжных элементов, из которых создают системы, нет. Поэтому на практике третья часть персонала АЭС занимается профилактическими осмотрами систем, поиском в них неисправностей (диагностикой), выводом систем из эксплуатации для ремонта, их ремонтом и повторным вводом в работу.

При выполнении этих работ за счёт ошибок персонала снижается экономичность и безопасность работы АЭС. Поэтому во всех странах стараются уменьшить число обслуживающего персонала. Так, на американских АЭС число обслуживающего персонала в 4 раза ниже Российских АЭС за счёт высокой степени автоматизации.

Отказоустойчивые системы являются аналогами живых организмов. Они сами себя лечат.

Для создания таких систем нужны специальные “ Серые “ автоматические устройства, которые находили бы в системе отказ и автоматически его устраняли без участия человека

Поэтому данная тема и посвящена изучению метода проектирования таких систем, которые создаются на основе теории надёжности, элементы которой излагаются ниже.

Лекция № 10. Основы теории надёжности

План : 1. Понятия,свойства и термины, связанные с надёжностью..

2. Причины отказов, их виды и последствия,

3. Требования, предъявляемые к функциям СКУЗ ЯР.

Вопрос 6.Дайте определения основным свойствам надёжности скуз яр аэс.

1. Понятия , свойства и термины, связанные с надёжностью..

Отказоустойчивость – одно из важных свойств надёжности СКУЗ ЯР – способность восстанавливать свои функции в процессе работы, От неё зависят экономичность и безопасность ЭБ АЭС.

До 1960г теория надёжности развивалась преимущественно применительно к механической прочности аэрокосмических систем. Атомная энергетика в это время ещё только зарождалась.

Поскольку отказы механических устройств случайны, то в основе этой теории лежит теория вероятности. Повторим понятия теории надёжности на примере работы осветительных ламп в нашем институте.

Допустим, в нулевой момент времени работают 100 ламп и мы периодически через каждые 100 часов проверяем их исправность.

Первое понятие – объект исследования –лампа. Универсальность теории в том, что на месте лампы может быть любой элемент, однако нас интересуют не все показатели качества лампы, а только её свойство выполнять свои функции.

Второе понятие -- состояние объекта. Объект может быть исправным (лампа горит) и неисправным (лампа перегорела)

Третье понятие – событие или переход из рабочего состояния в нерабочее и обратно. Событием может быть как отказ –переход из исправного состояния в неисправное, так и восстановление – замена неисправной лампы исправной.

Обратите внимание на то, что СОСТОЯНИЕ всегда длительно по времени ( много тысяч часов ), а СОБЫТИЕ – кратковременное ( один час ) и при оценках надёжности на практике интересуются главным образом СОСТОЯНИЯМИ и степенью их опасности.

Четвертое понятие – вероятность исправного состояния . Оно определяется как отношение числа исправных элементов в данный момент времени по отношению ко всем испытуемым элементам.

. В данном примере каждое состояние количественно характеризуется числом исправных и неисправных ламп.

Обозначим общее число испытуемых ламп через N, число исправных ламп в момент t через А, а число неисправных через В, тогда:

вероятность исправного состояния Р ( t )=A/ N , а

вероятность неисправного состояния Q ( t )=B/ N

где : А + В = N

Если построить эти закономерности исправных и неисправных состояний, то получим две ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНЫХ зависимости – это закономерности случайных состояний в виде:

Р(t)=ехр(-lхt) и Q(t)=1-ехр(-lхt)

где: из теории вероятности всегда Р ( t ) + Q ( t ) = 1 !

Таким образом, хотя отказы и случайны, однако они подчинены экспоненциальной закономерности, которая позволяет предсказывать события, если известна величина l !

Пятое понятие – интенсивность, поток или частота отказов l .

Величина l обычно определяется экспериментально на заводе при выпуске элементов и прилагается в виде паспорта к элементу. Очень наглядно можно представить этот параметр в виде цепочки отказов за определенный интервал времени Т, как показано ниже

Т₁ Т₂ Т₃

------------------------------------------------------------------------------------------

1 2 3

Т_ЧАС

Допустим, что за отрезок времени Т произошло А =4 отказа, тогда l= А/ Т - число отказов в единицу времени ( частота отказов). Однако отказы происходят случайно и время между отказами тоже случайно. Поэтому при оценках берется среднее время между отказами Т_{СР ,}

равное :

Т_СР = ( Т₁ + Т₂ + Т₃ ) / 3 (10-1)

Такое время называют Среднее время работы до отказа или Наработка на отказ.

Этот показатель надёжности является очень важным для использования элемента в работе и поэтому его стараются увеличить в процессе эксплуатации путем периодического контроля исправности и восстановления отказавших элементов. Однако во многих случаях это восстановление занимает много времени Т_В и если речь идёт только об одном элементе, то во время восстановления он не работоспособен. Отсюда появляется понятие Вероятность Готовности Р_Г в виде отношения :

Р_Г = Т_СР / ( Т_СР + Т_В ) (10 -2 )

Эта вероятность тесно связана с свойствами безотказной работы системы и понятием опасности отказа , Для того, чтобы лучше понять связь этих свойств между собой мы рассмотрим два примера влияния на безопасность АЭС двух элементов:

1 Пример – работа осветительной лампы в прихожей комнате.

Выход её из строя создает неудобства от темноты и все!

2 пример- выход из строя аварийной защиты (АЗ) .

Если приходит сигнал на остановку реактора и АЗ исправна, то АЗ выполнит свои функции и остановит реактор. Однако если она неисправна и находится некоторое время Т_В на восстановлении, то может произойти авария т.к. система НЕ ГОТОВА выполнить свои функции.

Свойства этих систем с точки зрения надёжности одинаковы, однако первый элемент при неисправности просто не выполняет свои функции, а второй – либо приводит к аварии в момент прихода аварийного сигнала на обслуживание, либо к ложной остановке АЭС с большими экономическими потерями.

Поэтому под Отказоустойчивостью понимают такое свойство системы, у которой время восстановления неисправности Т_В стремиться к нулю и в процессе выполнения своих функций она всегда исправна !

Вы можете сказать, что это не реально для механических систем, однако, оказывается, что для электронных систем и, особенно, для МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ это стало возможным!

РЕАКТОР

Аварийная

защита

Аварийный сигнал

Управляющее воздействие.

Работа

-------------------------------------------------------

Т_СР Т_В Ремонт ( Восстановление –Т_В )

Работа

А В

-----------------------------------------

Момент прихода Аварийного сигнала

Рис.10.1 Связь понятия ГОТОВНОСТЬ .с опасностью управления.

Для системы АЗ очень важно, чтобы аварийный сигнал А пришел во время исправности устройства аварийной защиты , а не в момент В, когда она находится в ремонте.

Вероятность ГОТОВНОСТИ выполнить функцию аварийной защиты, которую мы назовем P_Г ( t ) равна отношению :

P_Г(t) = T_CP | ( T_CP + T_B )

где: Т_СР – среднее время работы АЗ до отказа ;

Т_В - среднее время восстановления до исправности АЗ.

В теории надёжности это отношение называют КОЭФФИЦИЕНТ ГОТОВНОСТИ , но с физической точки зрения- это ВЕРОЯТНОСТЬ состояния системы выполнить свои функции.

В дальнейших наших оценках мы будем чаще пользоваться понятием НЕГОТОВНОСТИ тоже как вероятность системы не выполнить свои функции!

Из теории вероятности Р_Г ( t ) + Q_Г ( t ) = 1 ,

где Q_Г ( t ) – НЕГОТОВНОСТЬ системы выполнить свою функцию

Теперь сравним четыре близких понятия :

1.Надёжность – общее свойство любой системы выполнять свои функции, которое включает в себя три свойства :а) Безотказность, б) Долговечность и в) Ремонтопригодность;

2. Безотказность – Свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение времени наработки на отказ Т_СР без учёта времени его восстановления Т_{В .}

3. Готовность - - количественная оценка свойства системы выполнять свои функции

в любой момент времени с учётом её регламента восстановления и обслуживания .

4. Отказоустойчивость – та же готовность, но при времени восстановления Т_В стремящемуся к нулю.

Теперь более детально рассмотрим свойства надёжности

НАДЁЖНОСТЬ

Безотказность

Долговечность

Структурная

Регламент обслуживания

ГОТОВНОСТЬ - количественная оценка свойства безотказности системы выполнять свои функции в любой момент времени с учётом её регламента восстановления и обслуживания. Поэтому правильнее готовность трактовать не в качестве коэффициента, а в виде вероятности выполнения системой заданной функции в любой момент времени!

Ремонтопригодность

Элементная

Рис. 10.2. Графическое представление связи свойств надёжности между собой.