 |
Обоснование метода резервирования для функционального узла РЭУ
|
|
|
|
Резервирование – это введение в структуру устройства дополнительного числа элементов, цепей.
Как отмечалось ранее, по способу подключения существует несколько видов резервирования: постоянное, замещением и скользящее.
В данной курсовой работе будет использовано резервирование замещением. При этом основной элемент в случае его отказа отключается от электрической схемы, и вместо него подключается один из резервных элементов. Для подключения резервного элемента используется переключающее устройство. Такие устройства могут работать в автоматическом режиме либо быть ручными.
При резервировании замещением резервные элементы до вступления их в работу могут находиться в одном из трех режимов нагружения:
а) нагруженном режим. Резерв находится в таком же электрическом режиме, как и основной элемент, и его ресурс вырабатывается одновременно с ресурсом основного элемента, точно так же, как и при постоянном резервировании;
б) облегченный режим.
Ресурс резервных элементов начинает расходоваться с момента включения всего устройства в работу, однако интенсивность расхода ресурса резервных элементов до момента включения их вместо отказавших (время t) значительно ниже, чем в обычных рабочихI условиях;
в) ненагруженный режим.
Условия, в которых находится резерв, настолько легче рабочих, что практически резервные элементы начинают расходовать свой ресурс только с момента включения их в работу вместо отказавших.
Основные достоинства резервирования замещением резервируемой аппаратуры: 1) больший выигрыш в надежности по сравнению с постоянным резервированием (в случаях ненагруженного и облегченного резерва);
|
|
|
2) отсутствие необходимости дополнительной регулировки в случае замещения основного элемента резервным, так как основной и резервный элементы одинаковы.
Основные недостатки резервирования замещением:
1) сложность технической реализации и связанное с этим увеличение массы, габаритов и стоимости всего резервируемого РЭУ;
2) перерыв в работе в случае замещения отказавшего элемента;
3) необходимость иметь переключающее устройство высокой надежности. Для обеспечения этого иногда приходится резервировать сами переключающие устройства, обычно используя постоянное резервирование. На практике считается, что надежность переключающего устройства должна быть, по меньшей мере, на порядок выше надежности резервируемого элемента.
Резервирование замещением обычно используют как на уровне комплектующих элементов и каскадов блока, так на уровне всего устройства в целом.
В данной курсовой работе воспользуемся резервированием всего устройства ввиду сложности разделения его на составные блоки и простоте самого устройства, считаемого в среднем высоконадежным. При этом будем использовать нагруженный резерв, поскольку перерывы в работе устройства исключены.
Основной характеристикой резервирования замещением является кратность резерва выражаемая несокращенной дробью и определяемая отношением
(4.1)
где r — количество резервных элементов, способных замещать
основные элементы данного типа; r = m - n
(см. рис.5.24);
п — количество основных элементов, резервируемых резервными элементами.
Рис. 4.1 – Примеры оценки кратности резерва
Примеры оценки кратности резерва понятны из рис. 4.1.
Из рисунка видно, что дробь, описывающую кратность резерва, нельзя сокращать, так как будет потеряна информация о характеристиках резервирования.
Перейдем к непосредственным расчетам.
Из расчета, приведенного в п.3 получили, что вероятность безотказной работы за указанное время будет равно
|
|
|
что является не удовлетворительным показателем. Условимся, что данное значение должно быть не менее 0,95.
Рассчитаем, какое количество резервирований необходимо для достижения поставленной задачи.
Воспользуемся формулой
При выполнении расчетов получим следующие данные:
| m | P(t) |
| 1 | 0,55 |
| 2 | 0,79 |
| 3 | 0,9 |
| 4 | 0,95 |
При m = 4 мы получаем желаемый результат.
Кратность резерва в данном случае равна
,
А трехкратного резервирования достаточно, чтобы добиться желемого результата.
5 ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СПОСОБА СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ В УЗЛЕ НА МЕТОД РЕЗЕРВИРОВАНИЯ
При резервировании замещением основной элемент в случае его отказа отключается от электрической схемы, и вместо него подключается один из резервных элементов. Для подключения резервного элемента используется переключающее устройство. Такие устройства могут работать в автоматическом режиме либо быть ручными.
Для обеспечения надежности иногда приходится резервировать сами переключающие устройства, обычно используя постоянное резервирование. На практике считается, что надежность переключающего устройства должна быть, по меньшей мере, на порядок выше надежности резервируемого элемента.
Оценка показателей безотказности тесно связана со способом соединения элементов в блоке.
С помощью смешанного соединения можно в значительной мере увеличить точность расчёта показателей безотказности, а соответственно и принять более удобные меры по увеличению тех же показателей, поэтому данный тип соединения является выгодным с точки зрения его применения, свойств и функциональных возможностей.
Последовательное соединение применяют в случае преобладания отказов типа “обрыв” (например, для резисторов).
Параллельное соединение применяют тогда, когда преобладают отказы типа “короткое замыкание” (например, для конденсаторов).
Однако, отдать предпочтение какому-то одному типу сложно. Здесь необходимо учитывать функциональные особенности аппаратуры, ее режимы работы.
6 ОПИСАНИЕ РАБОТ, ВЫПОЛНЕННЫХ НА ЭВМ
Для выполнения курсовой работы использовались такие программы, как RusPlan5.0 и Electronics Workbench 6_20.
|
|
|
Программа Electronics Workbench предназначена для схемотехнического моделирования аналоговых и цифровых радиоэлектронных устройств различного назначения и представляет собой виртуальную лабораторию.
Такая лаборатория включает библиотеки большого числа стандартных радиоэлектронных элементов:
· переключателей и реле,
· резисторов и конденсаторов,
· катушек индуктивности и трансформаторов,
· диодов и транзисторов,
· тиристоров,
· светодиодов и индикаторов,
· операционных усилителей и компараторов,
· аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей,
· различных логических элементов,
· интегральных микросхем.
и т.п. типовых элементов, объединенных в группы
Electronics Workbench имеет достаточно простой интерфейс пользователя и прост в обращении; содержит в себе достаточно большое количество моделей радиоэлектронных устройств, а также позволяет создавать пользователю свои модели; позволяет проводить анализы электрических цепей, выполнение которых при стандартном подходе является достаточно трудоемким процессом.
В данной программе мы осуществили моделирование схемы и получили необходимые параметры для дальнейших расчетов, например, коэффициента электрической нагрузки.
RusPlan – руссифицированая компактная немецкая программа для быстрого рисования (черчения) электрических схем с использованием готовых изображений радиоэлементов. Содержит новую приличную и сравнительно компактную (около 250к) библиотеку готовых условно – графических изображений радиоэлементов и символов, а также набор рамок и штампов чертёжных форматов А4, А3, А2, А1 и бланки перечней элементов, соответствующих русским ГОСТам и употребляемых при черчении электрических и функциональных схем. Библиотеку можно редактировать и пополнять. Она создаёт экономичные по размерам файлы с чертежами схем, а также умеет экспортировать их в графические файлы с расширением bmp, автоматически проставлять нумерацию и номиналы (марку) элементов (радиодеталей) и в соответствии с этими данными формировать спецификацию (список элементов) и импортировать её в формат редактора Word (*.rtf).
|
|
|
Данную программу мы применяли для черчения схемы электрической принципиальной и получения бланка перечня элементов.
Эти две описанные ранее программы позволили быстро и качественно произвести расчеты и оформить документацию, поэтому необходимо отметить, что выполнение некоторых работ на ЭВМ очень актуально и практически незаменимо ручной работой.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основании исходных данных была произведена оценка показателей безотказности блока РЭС при наличии резервирования замещением. Полученные неудовлетворительные показатели надёжности, были повышены, используя трёхкратное резервирование блока замещением с нагруженным резервом. Выбранный метод повышения надёжности устройства обусловлен его экономической целесообразностью в данном случае.
Таким образом, были произведены все необходимые расчеты, сравнения и уточнения. Построены необходимые таблицы, схемы и графики.
ЛИТЕРАТУРА
1. Боровиков С.М. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности. - Мн.: Дизайн ПРО, 1998. 335 с.
2. А.П. Ястребов. Проектирование и производство радиоэлектронных средств. - С-П.: Учеб. Пособие, 1998. –279 с.
3. Cпpaвoчник "Haдeжнocть издeлий элeктpoннoй тexники для уcтройств нapoднoxoзяйcтвeннoгo нaзнaчeния". M,1989г.
4. Кофанов Ю.Н. Теоретические основы конструирования технологии и надежности РЭА. – М.: Радио и связь, 1991, - 360 с.
5. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутирующие устройства РЭА. Справочник Н.Н.Акимов, Е.П. Ващуков, В.А. Кодоренах, Ю.П. Кодоренах – Мн.: Беларусь, 1994. – 591с.: ил.
6. Электронный справочник по отечественным и зарубежным полупроводниковым приборам: транзисторам, тиристорам, диодам, оптоэлектронным приборам, включающий более 30 тысяч элементов. Version 1.02/Шульгин О.А., Шульгина И.Б., Воробьев А.Б.
|
|
|
12 |
