Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

где m – общее число программ.

Надежность такого ПО определяется надежностью отказов самой «ненадежной» программы, имеющей наибольшее значение , i=1,m.

Для повышения надежности нерезервиированного ПО следует в первую очередь улучшить характеристики самых «ненадежных» программ (более жесткое динамическое тестирование «ненадежных» программ, расширяя при этом набор тестовых задач). Если тестирование не уменьшает интенсивность проявления ошибок, то переписывают «ненадежную» программу, стремясь усилить ее структурированность путем увеличения числа готовых и хорошо изученных программных модулей и стандартных подпрограмм и применения апробированных межмодульных интерфейсов. Понижению интенсивности способствует и переход на другой более высокий язык программирования.

Другой путь повышения надежности ПО связано с резервированием и введением в программную систему некоторой избыточности.

Применительно к ПО АСУТП различают три вида резервирования:

1. временное;

2. информационное;

3. программное.

Временное резервирование ПО заключается в многократном прогоне одних и тех же «ненадежных» программ и сравнении результатов расчета. Такое нагруженное резервирование позволяет устранять влияние случайных сбоев и выявлять случайные ошибки, требующие восстановления программ.

Информационное резервирование ПО основано на дублированных исходных и промежуточных данных. Эти данные могут проходить дополни тельную обработку, например, усреднение, до ввода в ПО, где они обрабатываются один раз; или обрабатываться одной и той же программой дважды, т.е. информационное резервирование подкрепляется временным.

Программное резервирование предусматривает наличие в ПО двух или больше разных программ для получения одного и того же результата у или реализации одной функции. Здесь возможно нагруженное и ненагруженное резервирование.

Резервирование программного обеспечения распределенных АСУТП часто сопровождается аппаратурным резервированием. При отказе ПО какой-либо локальной технологической станции или при выходе из строя технических средств этой станции, операционная система РАСУ передает выполнение ответственных функций отказавшей ЛТС другой станции.

Рекомендуемая литература для дополнительного чтения:

1. Балакирев В.С., Бадеников В.Я. Надежность технических и программных средств автоматизации. Учеб. пособие для ВУЗов. – Ангарск.: Ангарский технологический институт, 1994, - 64 с.

2. Ястребенецкий М.А., Иванова Г.М. Надежность АСУТП. Учеб. пособие для ВУЗов. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 264 с.

3. Надежность АСУ: Учеб. пособие для ВУЗов/ Под ред. Я.А. Хетагурова. – М.: Высшая школа, 1979. – 287 с.

4. Курочкин Ю.А. Надежность и диагностирование цифровых устройств и систем. – М.: Энергоатомиздат, 1993. – 240 с.

5. Шураков В.В. Надежность программного обеспечения систем обработки данных. Учебник для ВУЗов. – М.: Финансы и статистика, 1987. – 272 с.

Лекция 6

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УСЛОВИЙ РАБОТЫ

АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Автоматические системы, а также их отдельные элементы при эксплуатации находятся под воздействием различных факто­ров, которые будем называть нагрузками. Характерной особен­ностью электронных автоматических систем по сравнению с меха­ническими системами является большое разнообразие нагрузок, воздействующих на систему.

По физической природе нагрузки можно разделить на следующие основные классы:

1) механические нагрузки — вибрации, удар, постоянно дейст­вующие ускорения;

2) климатические нагрузки — температура, влажность и влага, атмосферное давление, солнечная радиация, пыль, песок;

3) электрические нагрузки — ток, напряжение, рассеиваемая мощность;

4) радиоактивные нагрузки — поток нейтронов, гамма-лучей

Механические нагрузки воздействуют на автоматические си­стемы, работающие на подвижных объектах: летательных аппара­тах, электровозах, кораблях и др. Кроме того, механические на­грузки возникают при транспортировке, а также при эксплуатации оборудования.

В результате воздействия механических нагрузок отказы авто­матических систем имеют следующий характер:

1) смещение скользящих и вращающихся деталей и узлов;

2) обрыв элементов;

3) разрушение паек;

4) разрушение нитей накала ламп;

5) стук контактов;

6) короткое замыкание близко расположенных проводников и деталей;

7) размыкание нормально-замкнутых контактов;

8) замыкание нормально-разомкнутых контактов;

9) повреждение обмоток трансформаторов;

10) разрушение элементов конструкции.

Климатические нагрузки, воздействующие на автоматические системы, зависят от географического места, в котором работает система, а также от условий работы системы (стационарные, поле­вые и т. д.).

В результате воздействия климатических нагрузок отказы автоматических систем имеют следующий характер

1) изменение значений электрических констант (R, L, С и т. д.);

2) размягчение изоляции;

3) снижение эластичности изоляции;

4) уменьшение поверхностного и объемного сопротивлений изоляции вплоть до коротких замыканий вследствие образования льда;

5) замерзание движущихся частей;

6) размыкание и замыкание контактов вследствие коробления;

7) изменение прочности конструкционных элементов;

8) потеря смазочных свойств, а следовательно, чрезмерный механический износ подвижных частей вследствие попадания пыли и песка;

9) короткие замыкания вследствие ухудшения изоляционных характеристик воздуха с изменением высоты.

Так же, как и в случае механических нагрузок, климатические нагрузки в отдельных местах системы могут в значительной сте­пени отличаться от их значений в окружающей атмосфере.

Электрические нагрузки обычно определяются для элементов и реже для узлов. Величина электрической нагрузки зависит от принципиальной электрической схемы и конструкции системы. Электрическая нагрузка определяет режим работы элемента. Для большинства электрических элементов устанавливается номи­нальное значение электрической нагрузки.

Характерными отказами автоматических систем вследствие воздействия электрических нагрузок являются:

1) обрыв элементов в результате перегорания;

2) короткое замыкание элементов в результате пробоя.

Величина электрических нагрузок в значительной степени за­висит от режима работы системы. В установившемся режиме работы действительное значение нагрузки близко к ее расчетному значе­нию, всегда меньшему, чем номинальное значение, поэтому обычно коэффициент нагрузки меньше единицы. В переходных режимах величина нагрузки может в несколько раз превышать расчетное значение, тогда коэффициент нагрузки становится большим еди­ницы. Это обстоятельство характерно для моментов времени вклю­чения и выключения автоматической системы. В этом случае обычно появляется большее число отказов, чем при работе в установившемся режиме.

Радиоактивное излучение имеет место в случае применения автоматических систем в установках, использующих термоядерные двигатели. Наибольшее влияние на электронные системы оказывают нейтроны и гамма-лучи. При оценке влияния термоядерного излучения на эле­менты автоматических систем в первую очередь определяется ха­рактер влияния радиации, а затем уже допустимая доза радиации.

Краткое рассмотрение условий работы автоматических систем показывает, что они работают под воздействием сложного ком­плекса нагрузок. Кроме того, задача аналитического описания на­грузок усложняется также и тем, что некоторые из них характери­зуются несколькими параметрами. Например, вибрации характери­зуются частотой и амплитудой вибраций. Задачу можно упростить при предположении, что для каждого из элементов можно выделить одну или несколько главных нагрузок. С этой точки зрения целесо­образно классифицировать нагрузки не по их физической природе, а по их влиянию на систему или ее отдельные элементы.

Выделим три класса нагрузок:

1) нагрузки-напряжения;

2) нагрузки-катализаторы;

3) пассивные нагрузки.

Нагрузки-напряжения связаны с созданием в элементах или системе напряжений. К ним отнесем механические нагрузки — виб­рации, удар, ускорения и электрические нагрузки — ток, напряже­ние, рассеиваемую мощность. Таким образом, нагрузки-напряже­ния вызывают разрушение элементов системы в том случае, если они превышают допустимые значения.

Нагрузки-катализаторы сами по себе практически не вызывают напряжений в элементе или системе и, следовательно, без нагру­зок-напряжений они не приводят к отказам. Однако нагрузки-катализаторы изменяют прочность материалов или ухудшают фи­зические, химические и электрические параметры. К этой группе нагрузок отнесем климатические нагрузки: температуру, влаж­ность, атмосферное давление, солнечную радиацию. Действительно, повышенные температуры изменяют, например, прочность мате­риалов на разрыв; влажность изменяет электрическую прочность изоляционных материалов и т. д. В дополнение к климатическим нагрузкам можно иногда отнести и накопленное время работы системы или число циклов работы системы. Очевидно, что это мо­жет быть сделано в тех случаях, когда время работы изменяет прочностные характеристики элементов или системы в целом.

К, пассивным нагрузкам следует отнести такие условия работы системы и элементов, которые сами по себе не вызывают напря­жений в элементах системы и не изменяют ее способности противо­стоять нагрузке, например воздействие пыли, песка, а также био­логических факторов. Эти нагрузки в основном определяют выбор соответствующих материалов и конструктивных форм элементов и систем.

В большинстве случаев нагрузки являются случайными функ­циями времени, т. е. представляют случайный процесс.

В наиболее простейших случаях можно не учитывать корреля­ционных связей между различными типами нагрузок, т. е. считать нагрузки статистически независимыми. Кроме того, если измене­ние нагрузок во времени является стационарным случайным процес­сом, можно в качестве количественных характеристик нагрузок использовать распределения нагрузок как случайных величин.

Представляет интерес оценка, как возможных значений нагрузок, так и их максимальных значений. Для определения плотности вероятности нагрузок по известным реализациям случайного процесса (в случае стационарного про­цесса достаточно знать одну реализацию в течение длительного времени) необходимо разделить общее время наблюдения на до­статочно малые интервалы и определить нагрузку в каждом интер­вале.

Рис. 6.1. Плотности вероятности нагрузки и плот­ности ее максимальных значений.

Таким образом может быть построена функция плотности ве­роятности нагрузки и плотность вероятности максимальных значений нагрузки в резуль­тате фиксирования в течение продолжительного отрезка времени максимальных нагрузок. Взаимное расположение указанных плот­ностей вероятностей показано на рис. 6.1.

Использование для расчетов надежности автоматических си­стем, плотностей вероятности нагрузок ni(Z) и (Zmax), соответ­ствует условию приложения к системе статических нагрузок.

Рекомендуемая литература для дополнительного чтения:

1. Надежность АСУ. Учеб. пособие для ВУЗов. / под ред. Я.А. Хетагурова. – М.: Высшая школа, 1979. – 287 с.

2. Курочкин Ю.А. Надежность и диагностирование цифровых устройств и систем. – М.: Энергоатомиздат, 1993. – 240 с.

3. Северцев Н.А. Надежность систем в эксплуатации и отработке. Учебник для ВУЗов. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 140 с.

Лекция 7

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ

АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ.

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ

При создании и эксплуатации автоматических систем необхо­димо стремиться обеспечить заданную, а иногда и максимальную надежность системы при эксплуатации. Однако в практике созда­ния сложных автоматических систем в большинстве случаев не удается, не только получить максимальную надежность, но и обеспечить даже при обычном подходе к проектированию и экс­плуатации минимальную требуемую надежность системы. Поэтому при создании и эксплуатации систем необходимо принимать спе­циальные меры, направленные на повышение надежности систем. Способы повышения надежности автоматических систем весьма многообразны и требуют от лиц, создающих системы, как широких научных и теоретических зна­ний, так и инженерного искусства, большого опыта и т. д.

Есте­ственно, что детально рассмотреть все многообразие мер и спосо­бов повышения надежности весьма трудно и это связано было бы с освещением большого количества узконаправленных задач. Учи­тывая это обстоятельство, в настоящем параграфе будут рассмот­рены общие методы и принципы повышения надежности автомати­ческих систем. Изучение общих методов и принципов повышения надежности автоматических систем имеет также свои положитель­ные стороны, обеспечивающие развитие правильных и перспек­тивных направлений создания высоконадежных систем, без чего могут стать малоэффективными правильные решения более узких практических вопросов.

В соответствии с тремя главными фазами, которые проходит каждая система, будем рассматривать три метода повышения на­дежности систем: при проектировании, производстве и эксплу­атации.

Следует отметить, что только объединенными мерами на каж­дой из этих фаз можно добиться высокой надежности создаваемой и эксплуатируемой системы. Тем не менее, решающее влияние на надежность автоматических систем оказывает фаза проектиро­вания.

При проектировании системы выбирается принцип ее ра­боты и структура. Осуществляется конструктивная разработка отдельных узлов и приборов и т. д., Если на стадии проек­тирования не будут учитываться вопросы, связанные с надеж­ностью системы, и тем более, если будут допущены неточности, то обеспечить надежность системы за счет мер, принимаемых на двух последующих фазах (производстве и эксплуатации), весьма трудно. Это потребует больших материальных затрат, а в неко­торых случаях даже практически невозможно. Прежде всего, при проектировании системы необходимо обеспечить требуемый уровень безотказности системы.

Проектирование системы начинается с выбора принципа работы системы. На этой стадии проектирования главное внимание должно быть обращено на выбор наиболее простой системы, имеющей по возможности наименьшее число элементов и связей между ними. Это требование подтверждается тем, что в нерезервированных системах вероятность отказа системы в первом приближении про­порциональна количеству элементов.

Наряду с выбором простой схемы, оцениваемой приближенно по количеству элементов, большое влияние на безотказность си­стемы имеет выбор стабильной схемы. В стабильной по принципу действия схеме обычно наблюдаются минимальные связи между параметрами отдельных элементов, а также обеспечивается мини­мальное влияние отклонений параметров элементов на величину ошибки в выходной величине системы.

Характеристики

Список файлов книги