Лекция 15

Тема: «Надежность, эффективность и техническое обслуживание автоматизированных систем управления»

Надежность устройств автоматики и телемеханики

Надежность — это способность аппаратуры выполнять возложенные на нее фун­кции в полном объеме при определенных условиях эксплуатации в течение заданного срока службы.

Нарушение надежности выражается в виде отказов. Различают внезапные отказы, вызываемые случайными причинами (перенапряжение, ошибочные действия персона­ла и т.п.) и постепенные отказы, являющиеся следствием старения элементов аппара­туры. Наряду с устойчивыми отказами, устраняемыми эксплуатационным персона­лом, наблюдаются сбои — однократные самоустраняющиеся отказы, вызываемые, на­пример, действиями помех.

Наиболее характерный закон появления отказов во времени приведен на рис. 15.1. Частота отказов X в начальный период эксплуатации (период I), составляющий от нескольких месяцев до года, повышенная и снижается по мере «приработки» аппара­туры. Затем частота отказов стабилизируется (период П) и остается постоянной. Это наиболее длительный период, характеризующийся редкими, преимущественно вне­запными отказами. Продолжительность его зависит от особенностей и режима работы аппаратуры, может составлять 20—25 лет. В конце срока службы аппаратуры (период ТТТ) частота отказов вновь возрастает в результате старения элементов аппаратуры.

Наибольший интерес представляет период П. Это период нормальной эксплуата­ции. Ему соответствуют следующие свойства: среднее число отказов в единицу времени X (частота отказов) — величина постоянная; отказы отдельных элементов в устрой­ствах не зависят друг от друга.

Рис. 15.1. Временная диаграмма зависимости частоты появления отказов от времени

Зная X, можно определить одну из важнейших характеристик надежности — сред­нюю наработку на отказ:

(15.1)

Наработка на отказ системы, выполненной из однотипных элемен­тов, зависит от степени ее сложности и условий эксплуатации. Чем сложнее система при прочих равных условиях, тем меньше То. Среднее время восста­новления Тв показывает, сколько вре­мени персонал затрачивает на устра­нение одного отказа.

При отсутствии резерва любой отказ приводит к простою аппаратуры. Продолжи­тельность простоя зависит от свойств аппаратуры (степени сложности, ремонтнопри-годности и т.п.), от условий эксплуатации, количества и квалификации персонала. Поэтому наряду с наработкой на отказ То надежность аппаратуры оценивается также коэффициентом готовности

(15.2)

где То — наработка на отказ; Тв — среднее время восстановления.

Как видно из выражения (15.2) коэффициент готовности КГ представляет со­бой отношение времени исправной работы аппаратуры устройства между двумя от­казами к общему времени (исправной работы и восстановления) за один и тот же период эксплуатации.

Назначение коэффициента готовности можно пояснить на следующем приме­ре. Пусть у двух аппаратов, выполняющих одни и те же функции, но имеющих разную элементную базу, наработки на отказ равны соответственно То1 и То2, при­чем То1 = 1, 5 То2.

В то же время среднее время восстановления аппаратуры у второго аппарата в три раза меньше, чем у первого, и составляет Тв2 = 0, 17о2. При этих условиях

Таким образом, несмотря на меньшую наработку на отказ, эффективность ис­пользования второго аппарата выше, чем первого, благодаря менее длительным про­стоям (рис. 15.2).

Чем выше Кг, тем меньше продолжительность простоев аппаратуры и выше качество и эффективность работ по восстановлению исправности. При использо­вании метода централизованного обслуживания Кг=0, 98—0, 995. Иными словами, затраты времени при простоях аппаратуры составляет от 0, 5 до 2% продолжитель­ности исправной работы между двумя следующими друг за другом повреждениями устройств.

Повышение надежности аппаратуры может быть достигнуто не только путем при­менения высоконадежных базовых элементов, схемных и технологических запасов, но и путем резервирования аппаратуры или отдельных ее блоков.

При использовании высоконадежных элементов ожидаемое число отказов от­дельных блоков становится весьма малым (один отказ в течение нескольких лет). В этих условиях нет смысла повышать надежность аппаратуры путем дублирования всех ее блоков.

Рис.15.2. Диаграмма соотношений времени наработки на отказ и восстановления двух

элементов системы

Целесообразно иметь определенное число резервных блоков и модулей и обеспе­чить быструю замену поврежденных. Ремонт модулей и блоков, вышедших из строя, в большинстве случаев целесообразней производить в мастерской телемеханики, распо­ложенной обычно в здании отделения дороги с энергодиспетчерским пунктом.