2. Расчет надежности аср

2.1. Теоретическая часть

2.1.1. Требования к надежности аср

1. АСУ ТП является многофункциональной и легко обслуживаемой.

2. Требования по надежности АСУ ТП должны соответствовать требованиям ГОСТ 24.701-86. Надежность АСУ ТП характеризуется следующими параметрами:

• Средней наработкой на отказ и средним временем восстановления (для непрерывно выполнимых процессов);

• Коэффициентом готовности (для дискретно выполняемых функций);

• Уровень надежности выполнения функций АСУ ТП должен отвечать следующим требованиям:

• Среднее время восстановления по каждой из функций не более 4 часов.

• Средняя наработка на отказ не менее 1000 ч.

• Коэффициент соответственности по каждой из функций не менее 0,998l.

• Средний срок службы АСУ ТП не менее 6 лет.

• Проектная оценка надежности АСУ ТП производится на стадии технологического проектирования математическим методом в форме ориентированного расчета надежности;

• Экспериментальная оценка надежности АСУ ТП производится в условиях опытной и промышленной эксплуатации АСУ ТП путем сбора и обработки данных о надежности выполнения функций АСУ ТП.

2.1.2. Структурные схемы надежности.

Структурные схемы надежности (ССН), показывают, как подключать разные элементы АСР для большей надежности системы. Самым простым и наиболее распространенным является последовательное соединение элементов. В этом случае отказ одного элемента приводит к отказу всей цепочки. Последовательно включению элементов в ССН может соответствовать любое физическое или электрическое взаимодействие элементов.

Отказом является снижение показателей надежности ниже заданных значений. Каждая функция АСУ ТП состоит из ряда элементов, при этом один и тот же элемент может фигурировать в ССН различных функций. Показатели надежности задаются для каждой функции АСУ ТП, а не для АСУ ТП в целом. Отказом функции является снижение ее показателей надежности. Отказом АСУ ТП является отказ наиболее важных функций или одновременный отказ нескольких функций АСУ ТП.

Для повышения надежности выполнения функций предусматривается резервирование наименее надежных элементов. Такому резервированию в ССН функции соответствует параллельное подключение элементов.

На рисунке (а) и (б) приведена структурная схема надежности соответствующие для последовательного включения элементов и для схемы с резервированием (резервируется элемент 2).

2.2. Расчетные формулы.

Надежность каждого элемента в ССН характеризуется параметром l — интенсивность отказов, 1/час. Чем менее надежный элемент, тем выше l.

Если ССН содержит n элементов с интенсивностями l_i, общая интенсивность отказов определяется по формуле , 1/час.

Ниже приведен график распределения интенсивности отказов совокупности элементов во времени.

1. Область приработки элементов

2. Область устойчивой работы

3. Область старения

Средняя наработка на отказ (среднее время наработки на отказ; среднее время до первого отказа) определяется следующим образом: , час.

Наработка на отказ может быть рассчитана также по известным наработкам на отказ отдельных элементов ССН по следующей формуле: , где T₁, T₂,…T_n — средняя наработка на отказ элементов с одинаковыми показателями надежности; М₁, М₂, … М_n — число одинаковых элементов.

Вероятность безотказной работы ССН за период времени t определяется по формулам:

.

Вероятность восстановления работоспособности отказывающей функции определяется по следующим формулам:

, где Т_В — среднее время восстановления работоспособности, Т_доп — допустимое время функционирования отказывающей функции АСУ ТП.

Вероятность безотказной работы в течении времени с учетом восстановления отказывающей функции за время Т_В определяется по формулам:

Коэффициент готовности определяется по формуле:

.

Вероятность безотказной работы при выполнении ожидаемой задачи определяется по формуле:

В смысле надежности различают информационные, регулирующие и защитные функции АСУ ТП. Первые две функции являются непрерывно выполняемыми, последняя дискретно выполняемой.

Показателями надежности информационной функции является Т_ср или Р_б(t). Такое условие является достаточно жестким, т.к. при отказе информационной функции информация безвозвратно теряется и при восстановлении работоспособности функции не может быть восстановлена потерянная информация.

К регулирующим функциям в общем случае требования по надежности легче т.к. в течении времени Т_доп при отказе функции оператор вручную может управлять объектом, естественно с более худшим качеством, поэтому для регулирующей функции показателями надежности являются Т_ср и Т_В или Т_е(t).

Требования по надежности к защитным функциям более жесткие чем к информационным или регулирующим. При этом работоспособность защитной функции должна быть только в момент аварии, а в промежутках между авариями отказы защитной функции не влияют на на работоспособность АСР в целом. Защитные функции характеризуются следующими показателями надежности: Т_ср и К_гот или Р_ож(t).

Ниже приведен фрагмент ССН для случая резервирования некоторого элемента:

НР относится к случаю недорезервированного элемента, а РЕЗ — к схеме с резервированием. На схеме представлен простейший случай — исходный элемент 0 с интенсивностью l^НР зарезервирован М таким же элементами. Всего элементов М+1.

Ниже в таблице приведены интенсивности отказа отдельных технологических элементов.

Элементы	l*106, 1/час		Элементы	Тср, час
манометр	4,0		термопары ТХА, ТХК, термометры сопротивления	624-756
насос	13,5		термопары ТПР, ТПП	292-336
тумблер	0,06		компенсационные провода	5600-10850
диод, триод …	0,2		вторичные приборы	15350-16000
конденсатор	0,1		электронные регуляторы	1165-2160
контакт реле	0,5		3-х фазные ИМ с магнитным пускателем	4380
пайка	0,004		РО	15750
детали крепежного монтажа	0,012		схемы электроснабжения	4560
кнопки	0,7		радиационные пирометры	55-75
резисторы	0,04		1-но фазные ИМ с магнитным пускателем	3000-4000
реле	0,3
реле времени	1,5

Примечание. Указанные данные являются очень ориентировочными.