Густав Олссон, Джангуидо Пиани - Цифровые системы автоматизации и управления (1087169), страница 131
Текст из файла (страница 131)
Решения по автоматиза. ции — это не только технические, но в значительной степени экономические и страте гические решения.?! Ри рассмотрении множества противоречивых факторов необхо. димо концентрировать внимание на системе поставленных целей и долгосрочнои перспективе. Сегодняшние решения определяют перспективу развития завтрашних решений. 12.3. Надежность системы 12.3.1.
Надежность оборудования Технология автоматизации придает новое значение концепции надежности (гейаЬг?г1у), Все хотят иметь надежные ус~ройства и системы. Автоматизированные системы функционируют без вмешательства человека, а различные механизмы в компоненты влияют друг на друга. ?1оследствия зависимости больших систем от их компонентов хорошо видны на примере отказа какого-нибудь реле, вызывающего перебой в алектроснабжении целых городских кварталов.
Часто неправильное функционирование или отказ системы вызваны выходом из строя одного простейшепг компонента. Конечно, такая проблема может возникнуть и в системах, контролируемых человеком, но автоматизация только усугубляет ее. Важнейшим параметром системы является коэффициегп готовности (аэаг?аЬгтгпу), который определяется как вероятность того, что элемент, устройство или система» данный момент времени работает правильно. Эта вероятность представляет собой отношение времени, в течение которого элемент исправен, ко всему сроку службы Коэффициент готовности элемента или ус~ройства — это функция вероятности от.
каза в течение заданного периода времени н времени, за которое элемент или устрой ство приводится в рабочее состояние после отказа. Из-за взаимодействия между частями и компонентами полная надежность систе мы может оказаться достаточно малой, если не все составляющие имеют высоку~ надежность. В качестве примера рассмотрим производственную линию, включа'э пгую десять последовательно соединенных станков. Если каждый станок все время повторяет одни и ге же операции и делает одну ошибку в среднем на каждую соти отню операций, то вероятность того, что станок не сделав~ ошиоку за цикл, ранна 99 ° Дл получения приемлемого конечного продукта все станки должны работать прави~ вильно, так что общая вероятность 0.99гв = 0.904 т.
е. вероятность безошибочной работы всей линии всего лишь около 90 % Широко используемый метод улучшения суммарной надежности на конвейерах — это созда ние промежуточных складов между станками. В этом случае удается избежать ост» вовки всего конвейера при отказе одного станка, 12.3 2. Модели для расчета надежности При расчетах надежности сложной системы обычно полагают, что возможные ошибки не коррелируют, т.
е. являются независимыми событиями. Это предположение верно при условии, что неисправный элемент не влияет на другие. Для п элементов и = пь(Г) + п)(Г) где ггг(г) — число правильно функционирующих элементов, а п?(г) — число неисправ- ных элементов. Оба слагаемых суть функции времени, а их сумма п при этом посто- янна. Функция надежности (ге?габг?ггу /ипспоп, хигигиаЦипсггоп) определяется следу- ющим образом пй(Г) пг(Г) я(г) -- — = 1- Интересно анализировать относительное число отказов как функцию времени. Для этого вводится понятие интенсивности отказов /(г) 1 г? з(1) = = — —.— ??(Г) Я(г) )?(г) г?г (12.1) Если элемент остаегся в работе до времени г, интенсивность отказа показывает вероятность того, что этот элемент откажет сразу после момента г.
Функцию интенсивности отказов з(г) можно оценить, наблюдая большое число элементов в течение длительного периода времени. Несколько упрощенный вид функции з(Г) представлен на рис. 12.2. Из-за своей формы эта кривая называется»корытообразной" функцией (»ЬагЬгиЬ")иггсегоп). Рнс. 12.2. Интенсивность огкаэпв элемевтов з(Г) как функция времени ("ксгрьгтооб- разная" функция): а — откаэь' "а первоначальных этапах работы; б — случайные отка- зы (участок с постояшюг' "нте"спвностью Ь); гг — отказы, связанные со старением.
Обычно рассматрива " У' ~рема", т. е. центральная часть кривой интенвается "лучшее в сивности отказов, ??Ри ' „' ' то система функционировала достаточное и этом полагают, 'гго время для того, чтобы и изжить»детские болезп нн" С другой стороны, система не должна находиться в экгп гу л атации так долго, что е ее компонегиы уже износились и уро- 518 Глава 12. Системная интеграци Чия 12 3 Надежность системы 519 вень отказов снова увеличился. С этими ограничениями г(г) можно принять за ко константу, т. е.
г(1)=- Х. Тогда решением уравнения (12.1) будет В(г) = е (12.2) Основной интерес для пользователя или производителя системных компонент нтов представляет собой время, в течение которого компонент может функционироват„ ать в нормальных условиях до появления неисправности.
Мерой этого является средцее время наработки на отказ (Меап Т1те го га1бтге — МТТЕ), т. е. математическое ожи. дание экспоненциального распределения 1 МТТЕ = ~В(г)11 =— 0 Х (12 3) Мера готовности системы получается на основе среднего значения промежутка времени, в течение которого система функционирует правильно. Это значение называется средним временем между отказами (Меап Т(те Веги)ееп райагез — МТВЕ).
Аналогично, мера времени, в течение которого система не функционирует, называется средним временем восстановления (Меап Т(те То Веранд — МТТК) и представляет собой время от появления неисправностидо восстановления работоспособностисистемы. Коэффициент готовности А элемента или подсистемы можно определить выра- жением МТВГ АМТВЕ + МТТВ Для систем, состоящих из одного устройства или элемента, коэффициент готовности легко подсчитать. Для более сложных систем характерны совершенно другие проблемы. Мы коротко рассмотрели только последовательное соединение элементов и его влияние на надежность системы.
Аналогичные вычисления можно произвести для систем с параллельным соединением; в общем случае параллельное соединение одинаковых элементов увеличивает надежность, потому что, только если все компоненты, соединенные параллельно, неисправны, функция системы больше не обеспе. чивается. 12.3.3.
Надежность систем управления процессами Одна из причин успеха цифровых систем управления процессами — их высокая надежность, которая в целом не зависит от того, каким образом и как долго этн системы используются. Например, для ПЛК, построенного только на полупроводниках без подвижных частей, в отличие от электромеханических реле, время жизни не зази сит от числа операций переключения. Частота отказов существенно влияет на надежность системы, однако пе меньшую роль играют ремонты. И с этой точки зрения электронные системы лучше, чем ста рые электромеханические.
В случае отказа релейного оборудования поиск неисправ ности с помощью вольтметра занимает длительное время; наоборот, тестирование ПЛК с помощью ручного программатора и соответствующих программных средств ГОРазДо быстрее и проще. С другой стороны, обслуживающий персонал должен иметь более серьезную подготовку н квалификацию. Отметим, что все чаще вместо )сияют крупные и сложные системные компоненты ремонта электронных систем заьченя целиком, что иногда довольно расточительно. В системах п авления п о ес р ц сами суммарная надежность зависит от структур .
Р Р ц роном управлении единственная центральная ЭВМ, ы системы. П и п ямом и на кото ой становлено аз р породное программное обеспечение, решает все задачи сбора данных, п авления и Р регулирования. Как следствие, ее отказ вызывает полную остановку выполнения всех функций. При распределенном прямом цифровом управлении аздел 12.4.3 ункции управления и регулирования выполняются локальными устройствами, расположенными в непосредственной близости от технологических процессов. ЭВМ более высоких уровней иерархии (см, рис, 9.24) передают нижестоящим устройствам вместо управляющих сигналов только опорные значения. Поломка локальной или даже центральной ЭВМ влияет только на часть функций, потому что системные компоненты независимы.
Разница в надежности между этими двумя подходами явно проявилась уже при первых применениях управляющих ЭВМ вЂ” в те времена среднее время между отказами измерялось не годами, а часами. Отказы вызываются либо неправильным функционированием отдельных элементов, либо — в сложных системах — нарушением взаимодействия ж ме ду элементами. В больших системах со множеством элементов вероятность того, , что некоторые из них откажут, высока и, если это влияет на работу системы как целого, ее надежность снижается. Отказоустойчивое ((аи11-ГО(егапт) решение должно гарантировать, что система как целое будет продолжать функционировать даже при наличии неисправностей. Это означает не только применение высоконадежных элементов, а скорее п роектирование системы таким образом, чтобы отдельные неисправности не влияли на работу в целом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
