- •Конспект лекций по дисциплине «Диагностика и надежность автоматизированных систем»
- •Содержание
- •Раздел 1. Общие сведения по теории надежности 2
- •Раздел 2. Принципы описания надежности автоматизированных систем управления технологическими процессами (асу тп) 27
- •Раздел 3. Расчет надежности систем без учета восстановления 51
- •Раздел 4. Методы технического диагностирования систем автоматического управления 129
- •Раздел 1. Общие сведения по теории надежности
- •1.1. Основные термины и определения
- •1.2. Показатели надежности объектов
- •1.3. Показатели надежности невосстанавливаемых объектов
- •1.4.Основные законы распределения случайных величин в теории надежности
- •1.4.1. Экспоненциальный закон распределения
- •1.4.2. Закон распределения Релея
- •1.4.3. Нормальное распределение
- •1.4.4. Логарифмически нормальное распределение
- •1.4.5. Распределение Вейбулла
- •1.4.6. Гамма-распределение
- •1.5. Показатели надежности восстанавливаемых объектов
- •Раздел 2. Принципы описания надежности автоматизированных систем управления технологическими процессами (асу тп)
- •2.1. Надежность асу тп как совокупности комплекса технических средств, программного обеспечения и оперативного персонала
- •2.2. Надежность асу тп как совокупности функций. Надежность асутп с учетом взаимосвязи с внешней средой.
- •Надежность асу тп с учетом взаимосвязи с внешней средой. Критерии отказов и показатели надежности асу тп в целом
- •2.3. Взаимосвязь надежности и других свойств асу тп
- •Раздел 3. Расчет надежности систем без учета восстановления
- •3.1. Основные этапы расчета надежности и методы расчета надежности без учета восстановления
- •3.2. Расчет характеристик надежности резервированных объектов без учета восстановления
- •3.3. Расчет надежности каналов технологического контроля, систем защиты технологического оборудования и систем регулирования
- •3.4. Расчет надежности систем с учетом восстановления
- •Методы, основанные на использовании классической теории вероятностей
- •Метод, основанный на использовании теории массового обслуживания
- •Метод, основанный на использовании теории графов
- •3.5. Расчет надежности функций асутп
- •Надежность программного обеспечения
- •Расчет надежности функций с учетом действий оператора
- •Раздел 4. Методы технического диагностирования систем автоматического управления
- •4.1. Методологические основы технического диагностирования
- •4.2. Организация поиска дефектов
- •4.3. Влияние периодичности диагностических циклов на показатели надежности восстанавливаемых систем
- •Библиографический список
3.5. Расчет надежности функций асутп
Центральной и наиболее сложной частью АСУ ТП объектов нефтехимических предприятий с непрерывными или непрерывно-дискретными технологическими процессами являются управляющие вычислительные комплексы (УВК). Естественно, что надежность функций, возложенных на УВК, зависит от надежности последнего и других компонентов, входящих в АСУ ТП.
Надежность УВК определяется его структурой, надежностью входящих в комплекс средств и программного обеспечения. Техническая сложность, многообразие факторов, влияющих на надежность УВК на всех стадиях его существования, и тесная взаимосвязь этих стадий между собой требуют использования системного подхода к оценке его надежности.
Технические средства УВК и программное обеспечение (ПО) являются восстанавливаемыми элементами, в связи с чем показатели ремонтопригодности, восстанавливаемости, исправляемости ПО не менее важны, чем показатели безотказности.
Анализ эксплуатационной надежности вычислительных комплексов (ВК) показывает, что рассчитанная по показателям безотказности элементов интенсивность отказов комплекса не совпадает с реальной. Это объясняется следующими факторами:
показатели надежности технических средств и особенно периферийных устройств существенно зависят от режима эксплуатации и характеристик внешней среды;
у ВК практически не наблюдается участка с постоянной интенсивностью отказов, что определяется длительным периодом приработки.
Последнее имеет место в силу сложности выявления дефектных элементов в ходе испытаний и эксплуатации. При большом числе используемых в модулях ВК интегральных схем часть из них участвует в работе только при исполнении определенных программ или их сочетаний. Из-за ограниченного объема испытаний не все дефектные элементы выявляются. В равной мере это относится и к программному обеспечению. Кроме того, часть микросхем может работать на границе допуска, выходя за его пределы при отклонениях температуры, влажности и других факторов от нормальных значений. Такие отказы приводят к сбоям ВК и при проверке элементов могут не выявляться.
Несмотря на отмеченное несоответствие между расчетными показателями безотказности и фактическими, расчет первых позволяет выявить наименее надежные элементы и реализуемые функции и принять аппаратурные или программные меры по повышению надежности.
Для повышения надежности УВК проектируют с использованием двух ЭВМ. При этом одна машина выполняет основные расчеты, а другая – второстепенные, находясь фактически в состоянии нагруженного резерва. Машины обмениваются информацией через устройство связи. В каждой из машин периодически проводят проверку исправности, сигнал о результатах передается в параллельно работающую машину. При отказе основной машины резервная прекращает выполнение второстепенных программ и переходит к выполнению основных. При этом периферийные устройства связи с оператором-технологом и объектом управления могут подключаться к любой из машин.
Важным моментом обеспечения надежности функционирования ВК является создание требуемых условий его эксплуатации. В помещении ВК воздух должен быть кондиционирован, комплекс должен иметь независимый контур заземления, покрытие полов должно исключить возможность скопления значительных статических зарядов и т. д.
Реализация с помощью УВК той или иной функции АСУ ТП связана с использованием различных модулей центральной части и периферийных устройств. В связи с этим показатели надежности технических средств, участвующих в реализации той или иной функции, могут значительно отличаться от показателей надежности центральной части. Технические средства реализации функций кроме резервированной центральной части ВК содержат и другие элементы, некоторые из них подключаются к ВК при выполнении соответствующей функции. Эти устройства в момент подключения должны находиться в состоянии готовности и не отказать в течение времени реализации функции . Если имеется коэффициентов оперативной готовности упомянутых элементов, то вероятность безотказной работы технических средств, участвующих в реализации функции,
, (3.5.1)
где – вероятность безотказной работы при выполнении функции постоянно работающих устройств ВК, входящих и не входящих в состав резервированной центральной части. Коэффициент готовности по соответствующей функции
(3.5.2)
При расчете показателей надежности выполнения той или иной функции АСУ ТП, реализуемой с использованием ВК, введенные выше показатели (3.5.1), (3.5.2) учитывают надежность технических средств. При ограниченной надежности программного обеспечения (ПО)
(3.5.3)