Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Требования к значениям показателей надежности.




Для функций АСУБ установлены значения параметров безотказности не хуже указанных в таблице 2.

 

 

Таблица 2 - Значения показателей безотказности для функций АСУБ УПН

Вид функции Значение Тофi (средняя наработка на отказ), часов
Функции первого уровня РСУ
Группа 1 (автоматическое регулирование, блокировки, представление информации о непосредственно измеряемых и вычисляемых параметрах (используемых в контурах автоматического управления) 20 000
Группа 2 (измерение, индикация и регистрации параметров (как непосредственно измеряемых, так и вычисляемых) 10 000
Группа 3 (вычисления, не связанные с функциями предыдущих групп)  
Функции второго уровня РСУ
Штатные информационные 20 000
Штатные управляющие 10 000

 

Для Системы в целом установлен комплексный показатель безотказности и ремонтопригодности – коэффициент готовности Системы к выполнению i-й функции – Кгi. Его значение для Системы должно быть не ниже 0,98.

 

3 Методика расчета

Расчет производиться в соответствии с методиками, указанными в [3, 5, 8, 9].

При действии показательного (экспоненциального) закона распределения времени безотказной работы элементов справедливы следующие соотношения:

(1)

где – интенсивность отказов i-го элемента Системы;

– средняя наработка на отказ i-го элемента Системы.

(2)

где – интенсивность восстановления i-го элемента Системы после отказа;

– среднее время восстановления i-го элемента Системы после отказа.

Среднее время наработки на отказ участка расчетной цепи, содержащего только последовательно соединенные элементы, определяется по формуле:

(3)

где – средняя наработка на отказ участка расчетной цепи, содержащей последовательно соединенные элементы;

– интенсивность отказов участка расчетной цепи, содержащей последовательно соединенные элементы;

– интенсивность отказов i-го элемента Системы, входящего в указанный участок расчетной цепи;

– средняя наработка на отказ i-го элемента Системы, входящего в указанный участок расчетной цепи.

Среднее время наработки на отказ участка расчетной цепи, содержащего дублированные элементы, при условии наличия ЗИП, ограниченного количества ремонтных бригад и неидеального контроля, в соответствии с [8] определяется по формуле:

(4)

где – средняя наработка на отказ участка расчетной цепи, содержащей дублированные элементы;

– интенсивность отказов участка расчетной цепи, содержащей дублированные элементы;

– интенсивность отказов i-го элемента Системы, входящего в указанный участок расчетной цепи. При наличии в одной ветви дублированного участка последовательно соединенных элементов, данный параметр является суммой интенсивностей отказов всех элементов ветви;

– интенсивность восстановления i-го элемента, Системы входящего в указанный участок расчетной цепи;

– коэффициент необнаруженных отказов. Данный коэффициент может принимать значение от 0,03 до 0,11.

Среднее время наработки на отказ в выполнении отдельной функции вычисляется по формуле:

(5)

где – среднее время наработки на отказ в выполнении k-й функции АСУБ;

- интенсивность отказов в выполнении k-й функции АСУБ;

– среднее время наработки на отказ i-го недублированного элемента Системы;

– среднее время наработки на отказ j-го дублированного участка цепи.\

Вероятность безотказной работы i-го элемента в течении заданного времени вычисляется по формуле:

(6)

где – вероятность безотказной работы i-го элемента течении заданного времени ;

– интенсивность отказов i-го элемента цепи;

– заданное время работы.

Вероятность безотказного выполнения системой отдельной функции в течении заданного интервала времени вычисляется по формуле:

(7)

где – вероятность безотказного выполнения системой k-й функции в течении заданного интервала времени;

– вероятность безотказной работы i-го недублированного элемента в течении заданного времени ;

– вероятность безотказной работы в течении заданного времени j-го участка расчетной цепи, содержащего дублированные элементы.

Вероятность безотказной работы участка расчетной цепи, содержащего дублированные элементы, в соответствии с [5] определяется по формуле:

(8)

где – вероятность безотказной работы участка расчетной цепи, содержащего дублированные элементы, в течении заданного времени ;

– вероятность безотказной работы i-го элемента указанного участка цепи в течении заданного времени .

– заданное время работы.

Коэффициент готовности системы к выполнению отдельной функции вычисляется по формуле:

(9)

где – коэффициент готовности системы к выполнению k-й функции;

– среднее время наработки на отказ в выполнении k-й функции;

– среднее время восстановления способности системы к выполнению k-й функции после отказа.

Коэффициент оперативной готовности к выполнению отдельной функции в течении заданного интервала времени определяется по формуле:

(10)

где – коэффициент оперативной готовности к выполнению k-й функции в течении заданного интервала времени t;

– коэффициент готовности системы к выполнению k-й функции;

– вероятность безотказного выполнения системой k-й функции в течении заданного интервала времени;

– заданное время работы.

Расчет количества запасных изделий отдельного типа для заданного времени определяется по формуле:

(11)

где – количество запасных изделий i-го типа;

– средний расход i-го элемента за период обеспечения;

– коэффициент запаса i-го элемента.

Средний расход элемента вычисляется по формуле:

(12)

где – средний расход i-го элемента за период обеспечения;

– коэффициент напрасных замен. Может принимать значение от 1,1 до 1,5;

– общее количество элементов i-го типа, находящихся в эксплуатации;

– период обеспечения;

– среднее время наработки на отказ i-го элемента.

4 Расчет показателей надежности

Расчетные схемы надежностных структур представлены в приложении А. На схемах, штриховой линией выделены элементы, не учитываемые при расчете.

Для функций РСУ, связанных с приемом/передачей информации с первого на второй уровень Системы, с целью сравнения архитектур расчет произведен для двух вариантов организации связи:

- первый вариант – информация от основной и резервной сети передается одновременно по двум каналам связи;

- второй вариант (альтернативный способ связи) – информация от основной и резервной сети передается раздельно по двум каналам связи.

Значения коэффициентов при расчетах принимаются:

- интенсивность восстановления одинакова для всех функций, т.е. µi =µ=0,125 1/час (среднее время восстановления 8 часов);

- коэффициент необнаруженных отказов γ=0,03;

- коэффициент напрасных замен Кнз=1,1.

Для динамических показателей надежности (вероятность безотказной работы и коэффициент оперативной готовности) временные интервалы принимаются:

- 1000 часов – нормативный отрезок времени в соответствии со Стандартом Компании П3-04 С-0038. Версия 2.00;

- 10000 часов – дополнительный расчетный интервал времени, равный времени между плановыми остановами производства (четырнадцать месяцев).

Результаты расчетов представлены в таблице 3.

 


 

Таблица 3 – Результаты расчетов показателей надежности по отдельным функциям

Функция Среднее время наработки на отказ в выполнении k-й функции, Тофk, час Вероятность безотказного выполнения системой k-ой функции за указанный интервал времени Коэффициент готовности системы к выполнению k-й функции, Кгk Коэффициент оперативной готовности к выполнению k-й функции в течении заданного интервала времени
Pk(1000) Pk(10 000) Ко.г.фk(1000) Ко.г.фk(10000)
Функции РСУ
Ф1.1 318 419 0,99812 0,96847 0,999975 0,998095 0,968446
Ф1.2 323 571 0,99818 0,96896 0,999975 0,998155 0,968936
Ф2 270 985 0,99769 0,96391 0,99997 0,997661 0,963881
Ф3.1 301 607 0,99796 0,96679 0,999973 0,997934 0,966764
Ф3.2 291 645 0,99795 0,96641 0,999973 0,997923 0,966384
Ф4 653 895 0,99883 0,98761 0,999988 0,998818 0,987598
Ф5 480 996 0,99844 0,98296 0,999983 0,998423 0,982943
Ф6 479 945 0,99833 0,98219 0,999983 0,998313 0,982173
Ф7 263 406 0,99748 0,9619 0,99997 0,99745 0,961871
Функции ПАЗ
Ф8.1 812 372 0,9991 0,99 0,99999 0,9991 0,99
Ф8.2 1 381 011 0,99961 0,995 0.999994 0,999604 0,995
Ф8.3 823 357 0,99932 0,99165 0,99999 0,99931 0,99164
Функции РСУ (альтернативный способ связи)
Ф1.1а 277 530 0,99803 0,96094 0,999971 0,998 0,960912
Ф1.2а 322 246 0,99808 0,96142 0,999975 0,998055 0,9614
Ф2а 270 056 0,99759 0,95642 0,99997 0,99756 0,956391
Ф3.1а 300 456 0,99786 0,95927 0,999973 0,997833 0,959244
Ф3.2а 290 568 0,99786 0,9589 0,999972 0,997833 0,958873
Ф7а 255 932 0,99738 0,95442 0,999969 0,997349 0,95439

Результаты расчетов минимального количества ЗИП представлены в таблице 4 (для срока обеспечения равного 43 800 часов (5 лет)) и таблице 5 (для срока обеспечения равного 26 280 часов (3 года)).

Таблица 4 – Минимальное количество ЗИП для периода обеспечения 5 лет

Оборудование Заказной номер ni ai Кзi nзi
Источник питания системный универсальный, вход: 12/24В DC, выход: 3,3/5/12В DC, 8 А VE5009   1,12    
Контроллер MX controller VE3007   1,32    
Плата дискретного ввода, 32-канальная, 24В DC, "сухой контакт", 40-контактный групповой клеммный блок   VE4001S2T2B5   0,84    
Плата дискретного вывода, 32-канальная, 24В DC, "потенциальный контакт", 40-контактный групповой клеммный блок VE4002S1T2B6   0,49    
Плата аналогового ввода, восьмиканальная, 4...20 мА, с поддержкой протокола HART, 16-контактный групповой клеммный блок в/в VE4003S2B4   0,03    
Плата ввода-вывода многофункциональная, с клеммным блоком VE4015   0,03    
Плата аналогового ввода, восьмиканальная, 4...20 мА, с поддержкой протокола HART, клеммный блок в/в для четырехпроводных устройств VE4003S2B3   0,03    
Плата аналогового ввода, восьмиканальная, 4...20 мА, с поддержкой протокола HART, клемный блок в/в с предохранителями VE4003S2B2   0,9    
Плата последовательного интерфейса RS-232/422/485, двухпортовая, с клеммным блоком   VE4006P2   4,32 3,9  
Плата аналогового вывода, восьмиканальная, 4...20 мА, с поддержкой протокола HART   VE4005S2B2   0,11    
Вычислитель логический симплексный DeltaV SLS 1508, в комплекте с клеммным блоком VS3201   1,48    
Комплект для организации резервированного кольца сети р2р (два сетевых повторителя SISNet и одна двухслотовая панель) VS6002   0,36    
Модуль 32-канальный, со светодиодными индикаторами состояния каналов, двухпроводная схема подключения, для схем с "общим минусом", выход в "поле" - винтовые клеммы, подключение к модулям в/в - 50-контактный разъем, FLKM 50/32M/IN/LA/DV     0,29    
Реле, Uв: =24В, Iв=9мА, с индикацией рабочего напряжения, с защитой от переполюсовки, переключающий контакт, PLC-RSC-24DC/21       23,25    
Реле, Uв: =24В, Iв=9мА, с индикацией рабочего напряжения, с защитой от переполюсовки, замыкающий контакт, Серия "Привод", PLC-RSC-24DC/1/АСТ       12,31 3,2  
Адаптер для восьми 6,2-миллиметровых интерфейсных модулей PLC, логика формирования сигнала: с коммутируемым положительным полюсом, PLC-V8/FLK14/OUT     2,7 3,5  
Реле, Uв: ~230В, Iв=9мА, с индикацией рабочего напряжения, с защитой от переполюсовки, переключающий контакт, PLC-RSC-230UC/21     9,65 3,2  
Барьер исробезопасный с гальванической развязкой, серия Н, двухканальный, подключение к модулям в/в - пассивный выход, для подключения активных/пассивных аналоговых датчиков, HiD 2030SK HiD 2030SK   19,96 3,1  
Барьер исробезопасный с гальванической развязкой, серия Н, двухканальный, подключение к модулям в/в - пассивный выход, для подключения активных/пассивных аналоговых датчиков, HiD 2030SK HiD 2082   0,4    
Коммутатор неуправляемый, интерфейс Ethernet, 14 портов RJ45, 2 оптических порта SC-DUPLEX, 10/100 МБит/с, для эксплуатации в расширенном температурном диапазоне ((-40...+75)°С), FL SWITCH SFNT 14TX/2FX     2,93    
Коммутатор неуправляемый, интерфейс Ethernet, 7 портов RJ45, 1 оптический порт SC-DUPLEX, FL SWITCH SFN 7TX/FX     1,95    
Блок питания импульсный, вход:~230В; выход: =12 В, 15А, QUINT-PS/1AC/12DC/15     3,47 3,3  
Блок питания импульсный, вход:~230В; выход: =24 В, 10А, QUINT-PS/1AC/24DC/10     1,73 3,5  
Блок питания импульсный, вход:~230В; выход: =24 В, 40А, QUINT-PS/1AC/24DC/40     3,47 3,3  
Блок питания импульсный, вход:~230В; выход: =24 В, 20А, QUINT-PS/1AC/24DC/20     6,94 3,1  
Сборка диодная развязывающая, QUINT-DIODE/12-24DC/2x20/1x40     0,93    
Коммутатор Cisco Catalyst 3750G-24T 3750G-24T   0,91    
Сервер для монтажа в стойку 19" на базе Dell R720, форм-фактор 2U, массив RAID 10 SE2405C2   0,24    
Рабочая станция для монтажа в стойку 19" на базе Dell R5500XL, форм-фактор 2U SE2525   2,16 1,1  

 

Таблица 5 – Минимальное количество ЗИП для периода обеспечения 3 года

Оборудование Заказной номер ni ai Кзi nзi
Источник питания системный универсальный, вход: 12/24В DC, выход: 3,3/5/12В DC, 8 А VE5009   0,69    
Контроллер MX controller VE3007   0,81    
Плата дискретного ввода, 32-канальная, 24В DC, "сухой контакт", 40-контактный групповой клеммный блок VE4001S2T2B5   0,74    
Плата дискретного вывода, 32-канальная, 24В DC, "потенциальный контакт", 40-контактный групповой клеммный блок VE4002S1T2B6   0,3    
Плата аналогового ввода, восьмиканальная, 4...20 мА, с поддержкой протокола HART, 16-контактный групповой клеммный блок в/в VE4003S2B4   0,03    
Плата ввода-вывода многофункциональная, с клеммным блоком VE4015   0,03    
Плата аналогового ввода, восьмиканальная, 4...20 мА, с поддержкой протокола HART, клеммный блок в/в для четырехпроводных устройств VE4003S2B3   0,03    
Плата аналогового ввода, восьмиканальная, 4...20 мА, с поддержкой протокола HART, клемный блок в/в с предохранителями VE4003S2B2   0,55    
Плата последовательного интерфейса RS-232/422/485, двухпортовая, с клеммным блоком VE4006P2   2,57 3,9  
Плата аналогового вывода, восьмиканальная, 4...20 мА, с поддержкой протокола HART   VE4005S2B2   0,1    
Вычислитель логический симплексный DeltaV SLS 1508, в комплекте с клеммным блоком VS3201   0,91    
Комплект для организации резервированного кольца сети р2р (два сетевых повторителя SISNet и одна двухслотовая панель) VS6002   0,22    
Модуль 32-канальный, со светодиодными индикаторами состояния каналов, двухпроводная схема подключения, для схем с "общим минусом", выход в "поле" - винтовые клеммы, подключение к модулям в/в - 50-контактный разъем, FLKM 50/32M/IN/LA/DV     0,18    
Реле, Uв: =24В, Iв=9мА, с индикацией рабочего напряжения, с защитой от переполюсовки, переключающий контакт, PLC-RSC-24DC/21     14,23    
Реле, Uв: =24В, Iв=9мА, с индикацией рабочего напряжения, с защитой от переполюсовки, замыкающий контакт, Серия "Привод", PLC-RSC-24DC/1/АСТ     7,53 3,2  
Адаптер для восьми 6,2-миллиметровых интерфейсных модулей PLC, логика формирования сигнала: с коммутируемым положительным полюсом, PLC-V8/FLK14/OUT     1,65 3,5  
Реле, Uв: ~230В, Iв=9мА, с индикацией рабочего напряжения, с защитой от переполюсовки, переключающий контакт, PLC-RSC-230UC/21         5,91 3,2  
Барьер исробезопасный с гальванической развязкой, серия Н, двухканальный, подключение к модулям в/в - пассивный выход, для подключения активных/пассивных аналоговых датчиков, HiD 2030SK HiD 2030SK   12,22 3,1  
Барьер исробезопасный с гальванической развязкой, серия Н, двухканальный, подключение к модулям в/в - пассивный выход, для подключения активных/пассивных аналоговых датчиков, HiD 2030SK HiD 2082   0,24    
Коммутатор неуправляемый, интерфейс Ethernet, 14 портов RJ45, 2 оптических порта SC-DUPLEX, 10/100 МБит/с, для эксплуатации в расширенном температурном диапазоне ((-40...+75)°С), FL SWITCH SFNT 14TX/2FX     2,93    
Коммутатор неуправляемый, интерфейс Ethernet, 7 портов RJ45, 1 оптический порт SC-DUPLEX, FL SWITCH SFN 7TX/FX     1,79 3,1  
Блок питания импульсный, вход:~230В; выход: =12 В, 15А, QUINT-PS/1AC/12DC/15     3,47 3,3  
Блок питания импульсный, вход:~230В; выход: =24 В, 10А, QUINT-PS/1AC/24DC/10     1,06 3,5  
Блок питания импульсный, вход:~230В; выход: =24 В, 40А, QUINT-PS/1AC/24DC/40     3,47 3,3  
Блок питания импульсный, вход:~230В; выход: =24 В, 20А, QUINT-PS/1AC/24DC/20     4,25 3,1  
Сборка диодная развязывающая, QUINT-DIODE/12-24DC/2x20/1x40         0,57    
Коммутатор Cisco Catalyst 3750G-24T 3750G-24T   0,56    
Сервер для монтажа в стойку 19" на базе Dell R720, форм-фактор 2U, массив RAID 10 SE2405C2   0,15    
Рабочая станция для монтажа в стойку 19" на базе Dell R5500XL, форм-фактор 2U SE2525   1,32 1,1  

 

 

Заключение

5.1 Сравнение результатов расчета (см. таблицу 3) со значениями показателей надежности (см. таблицу 2) показывает соответствие разработанных подсистем.

5.2 Сравнение результатов расчета для двух способов связи показывает, что более надежным является первый способ, при котором информация от основной и резервной сети передается одновременно по двум каналам связи. Данный способ связи должен быть принят при организации связи для РСУ.

5.3 Для выполнения требований ТЗ в части обеспечения надежности необходимо выполнение следующего условия для любого сочетания датчиков, исполнительных устройств и средств связи:

(13)

где – средняя наработка на отказ датчика, входящего в цепь выполнения отдельной функции Системы;

– средняя наработка на отказ исполнительного устройства, входящего в цепь выполнения отдельной функции Системы;

– средняя наработка на отказ системы связи;

– нормативной значение средней наработки на отказ в выполнении i-й функции;

– расчетной значение средней наработки на отказ в выполнении i-й функции, вычисленное без учета показателей надежности датчиков, исполнительных устройств и средств связи.

 

Для первого варианта связи средняя наработка на отказ системы связи в соответствии с формулой (4) вычисляется как:

(14)

где – средняя наработка на отказ системы связи;

– средняя наработка на отказ средств связи, установленных в центральном диспетчерском пункте;

– средняя наработка на отказ средств связи, установленных в местном пункте управления или в операторной;

– интенсивность восстановления элемента связи;

– коэффициент необнаруженных отказов.

Для расчета принимается худший расчетный показатель – среднее время наработки на отказ в выполнении функции Ф7 для первого варианта связи. В соответствии с таблицей 3 его значение равно 263406 часов. Нормативное значение среднего времени наработки на отказ в выполнении функции Ф7 равно 10000 часов. Принимая значения коэффициентов µ=0,125 и γ=0,03 получаем требование для полевых устройств и средств связи РСУ:

(15)

Для подсистемы ПАЗ в качестве нормирующего показателя принимается худший расчетный показатель – среднее время наработки на отказ в выполнении функции Ф8.1. В соответствии с таблицей 3 его значение равно 812372 часов. Нормативное значение среднего времени наработки на отказ в выполнении функции Ф8 равно 500000 часов. Принимая значения коэффициентов µ=0,125 и γ=0,03 получаем требование для полевых устройств и средств связи ПАЗ:

(16)

5.4 В связи с отсутствием исходных данных при проведении данной оценки надежности не проводились расчеты среднего время восстановления для отдельных функций РСУ и ПАЗ. Данные расчеты должны быть произведены при выполнении экспериментальной оценки надежности.

5.5 При проведении экспериментальной оценки надежности необходимо выполнить следующие требования:

- должны быть уточнены паспортные данные надежностных параметров элементов Системы;

- в ходе проведения опытной эксплуатации должны быть уточнены значения коэффициентов µ, γ и Кнз;

- должен быть проведен расчет среднего времени восстановления Системы в выполнении отдельной функции;

- расчет должен быть произведен с учетом всех элементов, участвующих в выполнении отдельной функции Системы;

- расчет должен быть произведен с учетом надежностных показателей ПО и обслуживающего персонала АСУБ.

Расчет среднего времени восстановления Системы в выполнении отдельной функции должен быть произведен в соответствии с формулой:

(17)

где – среднее время восстановления способности системы к выполнению i-й функции после отказа;

– время обнаружения отказа i-й функции;

– время доставки ЗИП;

– время устранения отказа i-й функции.

Значения Тобнi, Тдостi и Тустрi должны быть получены либо экспериментальным путем, либо экспертной оценкой в соответствии с [3].

 

Список использованных источников

1 ГОСТ 24.701-86. Надежность автоматизированных систем управления. Основные положения.

2 РД 50-34.698-90. Методические указания. Информационная технология. Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Требования к содержанию документов.

3 РМ4-227-89. Аналитическая оценка показателей надежности при проектировании систем автоматизации технологических процессов на основе поэлементного анализа.

4 П3-04 С-0038. Версия 2.00. Стандарт Компании. Автоматизированные системы управления технологическими процессами нефтегазодобычи. Требования к функциональным характеристикам.

5 ГОСТ Р 51901.14-2007. Менеджмент риска. Структурная схема надежности и булевы методы.

6 ГОСТ 14254-96. Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (код IP).

7 ГОСТ Р 50649-94. Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к импульсному магнитному полю. Технические требования и методы испытаний.

8 Дружинин Г.В. Надежность автоматизированных систем. Изд. 3-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1977. 536 с.

9 Черкесов Г.Н. Надежность аппаратно-программных комплексов. Учебное пособие. – СПб.: Питер, 2005. 479 с.

 

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...