WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

где,,, - оценки значений среднего уровня и дисперсии X и Z за определенный промежуток времени; - статический коэффициент передачи канала связи от X к Z, [единиц Z/единиц X], - коэффициент динамического ослабления дисперсии каналом связи, отражающий статические характеристики параметра Z и динамику канала связи;

  • известны статистические характеристики параметров Z и X за определенное время при нормальном функционировании измерительных каналов (рис.1):, - математическое ожидание,, - дисперсия,, - абсолютная погрешность параметров, - статический коэффициент;
  • в конце интервала произошел отказ измерительного канала X и потребуется время для его восстановления;
  • известна погрешность оценки параметра X - ;
  • требуется определить требования к показателям параметра Z, выполнение которых позволит вычислить оценки параметра X в интервале его восстановления.

Приняты следующие условия и допущения:

  • каналы связи между Z и X малоинерционные, для которых значение составляет 0,950,97 (для более точного расчета величину можно определить по известной в теории управления методике);
  • значение коэффициента, вычисленное для интервала, остается постоянным и для интервала ;
  • отношение реального и оценочного значений дисперсий параметра X, одинаково для интервалов и (свойство эргодичности стационарных случайных процессов), т.е.:

, (2)

В этих условиях выявлено, что для выполнения условия обеспечения требуемой погрешности не измеряемого параметра X по величине Z необходимо располагать выборкой параметра Z в интервале в количестве не менее „m”, определяемого из соотношения:

, (3)

где - коэффициент достоверности, зависящий от „m” и степени достоверности (при и степени достоверности 0,95 ).

При известной погрешности число „m” определяется итеративно, по разработанному алгоритму.

Работоспособность предлагаемого алгоритма иллюстрируется примером расчета. Показано, что при реализации данного алгоритма в АСУ ТП на базе ПТК, при цикле опроса параметров 35 сек., длительность реализации составит 0,42 часа, что значительно меньше, чем при реализации такого же алгоритма в АСУТП без ПТК. По разным литературным источникам при отсутствии ПТК длительность реализации составляет от 46 до 3040 ч., что очевидно, является причиной отказа от применения аналогичных алгоритмов в АСУ ТП, т.к. при этом время восстановления отказавших элементов ИС меньше, чем время набора выборки.

Разработанный алгоритм имеет недостаток, заключающийся в том, что на время набора необходимой выборки параметра Z алгоритм замещения не дает оценки параметра X.

Для устранения этого недостатка, а также в качестве альтернативного способа замещения не измеряемого параметра предлагается алгоритм, основанный на анализе временного ряда параметра () в виде линейной автокорреляционной функции:

, (4)

где - значение параметра X при, () – коэффициенты регрессионного уравнения, рассчитанные на основании анализа предыдущих измерений известными методами регрессионного анализа, при этом коэффициенты уточняются на каждом новом шаге расчета.

Число предыдущих измерений m предлагается определить методом последовательных приближений из условия:

, (5)

где, - измеренное и вычисленное по выражению (4) значения параметра X.

На основании полученных соотношений разработан алгоритм расчета не измеряемых значений параметра при отказе ИС в момент t:

, (6)

Предлагаемый алгоритм может быть использован также для оценки значений, не измеряемых по причине отказа ИС параметра, измеряемого одним датчиком и не имеющего функциональной зависимости от другого измеряемого параметра.

Одним из возможных способов повышения достоверности измеряемых параметров является корректировка их измеренных значений. С этой целью используются функциональные зависимости корректируемого параметра от других измеряемых параметров (в форме балансовых уравнений, аналитических или регрессионных зависимостей и т.д.).

При отсутствии такой возможности, а также в качестве альтернативного алгоритма коррекции предлагается использовать алгоритм, в основе которого лежит принцип „равного” деления случайной составляющей погрешности измерений единичного параметра между его измеренными значениями за определенный промежуток времени по выражению:

, (7)

или

, (8)

где, - измеренное и откорректированное значения параметра X в точке t, - откорректированное значение параметра X в точке.

Проведенные расчеты показывают, что применение такого алгоритма корректировки позволяет значительно уменьшить среднюю погрешность измерений. В качестве начальной точки измерения, с которой нужно начинать корректировку, предлагается принимать первые достоверные измерения после очередной метрологической проверки канала измерения (например, в виде тестового сигнала).

Третья глава посвящена анализу систем информационного обеспечения АСУ ТП на базе ПТК, обобщению методических положений по расчету основных показателей надежности таких систем и расчету самих показателей надежности для восстанавливаемых измерительных систем, а также разработке предложений по их улучшению с учетом особенностей ПТК и их прикладного программного обеспечения.

Анализ и проведенные в работе расчеты показали, что меры, принимаемые фирмами-изготовителями ПТК (дублирование сетевых магистралей с автоматической реконфигурацией сети в случае отказа сегментной сетевой магистрали или сетевых концентраторов, „теплое” резервирование комплектов контроллеров в каждой контроллерной стойке включающихся автоматически в случае неисправности или отказа основного комплекта, дублирование аппаратуры оперативных АРМ и серверов баз данных, диагностика программных модулей и т.д.) обеспечивают их высокую эксплуатационную надежность. При этом надежность периферийного оборудования в 5-20 раз ниже надежности технических средств ПТК, что существенно снижает эксплуатационную надежность АСУ ТП в целом. В связи с этим становится очевидным, что основное направление создания высоконадежных, отказоустойчивых ИС является разработка и внедрение мероприятий по повышению надежности измерительных устройств и систем связи верхнего и периферийного уровней измерительных систем.

Очевидно, что полное резервирование всех элементов ИС приводит к значительному увеличению стоимости АСУ ТП в целом, поэтому один из путей решения противоречия между стоимостью и надежностью - это рабочее резервирование только склонных к отказам элементов ИС.

С целью выявления таких элементов ИС обобщены методические положения и рассчитаны основные показатели надежности элементов ИС и ИС в целом для различных конфигураций, применяемых в информационном обеспечении АСУ ТП на базе ПТК.

Для расчета показателей надежности восстанавливаемых ИС без рабочего резервирования или со „скользящим” резервированием она рассматривается как система с последовательно соединенными элементами (измерительное устройство, промежуточный преобразователь, линия связи и т.д.). Для такой системы принимается, что после отказа любого из элементов в целом система отказывает, во время восстановления отказавшего элемента система не функционирует, после восстановления отказавшего элемента система функционирует нормально.

В этих условиях для расчета показателей надежности с применением метода переходных интенсивностей путем решения системы дифференциальных уравнений первого порядка получены расчетные выражения. Так, для системы с „n” последовательно включенными элементами показатели надежности, а именно, среднее время наработки на отказ (), коэффициент готовности (), среднее время восстановления () и частота восстановления () вычисляются по следующим выражениям:

; ;

; ;

где, - соответственно интенсивность отказов и частота восстановления
i-го элемента.

Для дублированного элемента восстанавливаемой системы показатели и вычисляются по выражениям:

;

Для ИС при их резервировании и рассчитываются в зависимости от наличия различных однотипных элементов в каждой системе, т.е.:

;

Рабочее резервирование ИС в целом рассматривается как параллельно соединенные между собой системы, функционирующие одновременно и выполняющие одни и те же функции в составе информационного обеспечения АСУ ТП.

Показатели надежности элементов ИС, принятые в основу расчетов, взяты из эксплуатационных и паспортных данных, а при их отсутствии брались на основе экспертных оценок эксплуатационного персонала АСУ ТП электростанций. Расчеты показателей надежности проводились для ИС как на базе стандартно применяемых средств измерений, так и на базе современных средств измерений („интеллектуальные” датчики, датчики с цифровым выходом, каналы связи по технологии Foundation Fieldbus и т.д.).

В табл.1 приведен фрагмент результатов расчета для наиболее распространенных систем.

Таблица 1

Состав элементов ИС

1

ДЛСВППУСОК

(8,932) 103

2

ИЛДЛСВППУСОК

(6,321,7) 103

3

”ИД„ЛСВК

(2838) 103

4

3Д3ЛСВ2УСО2К

(0,7410)107

5

3Д3ЛСВ3ПП2УСО2К

(0,169,6)107

6

3ДМКЛСВПП2УСО2К

(0,33,5) 105

7

3”ИД„УСО К ЛСВК

(0,3212) 106

где Д – датчик, ЛСВ – линия связи, ПП – промежуточный преобразователь, УСО – устройство связи с объектом, К – контроллер, ИЛ – импульсная линия, ”ИД„ – интеллектуальный датчик, МК – микроконтроллер,
УСО – удаленное устройство связи с объектом, К – удаленный контроллер.

Анализ полученных данных показывает, что резервирование и контроль достоверности измерительных устройств и оборудования верхнего уровня (УСО, контроллеры и т.д.) обеспечивают высокую надежность их работы. Однако слабым звеном в измерительных системах являются линии связи между верхним и периферийным уровнями. Недостаточно высокая их надежность и отсутствие контроля работоспособности резервной линии (при наличии „скользящего” резервирования) приводит к снижению показателей надежности ИС в целом.

Для решения этой проблемы в диссертационной работе для наиболее ответственных ИС предлагается применять рабочее резервирование линий связи с непрерывной диагностикой их работоспособности на верхнем уровне. Для этой цели сигналы измерительных устройств (2 и более) поступают в удаленный контроллер (или в специальный микроконтроллер, как например, у „интеллектуальных” датчиков), где осуществляется первичная их обработка и проверка достоверности. Затем по двум параллельно функционирующим каналам связи сигналы передаются на контроллер верхнего уровня, где проверяется достоверность передачи информации и контроль работоспособности каналов связи (по принципу 12) (рис.2).

На основании проведенных расчетов показано, что среднее время наработки на отказ ИС с рабочим резервированием линии связи увеличивается до (1,258)107 ч., что позволяет констатировать, что такие ИС по своим показателям надежности соответствуют понятию „безотказная” система.

Четвертая глава посвящена разработке методических положений по выбору оптимальной структуры измерительных систем АСУ ТП на базе ПТК. Необходимость такой методики обусловлена тем, что создание ИС повышенной надежности („отказоустойчивые” ИС) требует либо рабочего резервирования всех элементов ИС, либо применения высоконадежных элементов. В этих условиях перед разработчиками информационного обеспечения АСУ ТП возникает проблема выбора оптимальной структуры ИС с целью обеспечения требуемых показателей надежности с минимальными затратами.

С учетом анализа существующих вариантов оценок показателей ИС в диссертационной работе предлагаются следующие методические положения:

  • предлагается декомпозировать информационную систему в виде совокупности автономных групп каналов, выполняющих одинаковые функции (измерение температуры, давления, дискретные и т.д.) и решить поставленную задачу для каждой группы (или канала) отдельно. Возможность такой декомпозиции обоснована тем, что в соответствии с существующими нормативными документами и ГОСТ-ми для структурно-сложных технических систем и имеющих канальный принцип построения, требования к безотказности, экономичности и ремонтопригодности допускается задавать в расчете на один канал или группу каналов, выполняющих одинаковые функции (к которой относится АСУ ТП энергоблоков);
  • из-за отсутствия четкой аналитической зависимости стоимости элементов ИС от их надежности, такая зависимость представляется в виде дискретной матрицы;
  • в качестве показателя надежности ИС принят среднее время наработки на отказ (т.к. в нормативных и паспортных документах измерительных устройств и систем, как правило, как показатель надежности фигурирует среднее время наработки на отказ);
  • чтобы все варианты ИС, выполняющих рассматриваемую функцию, привести к одинаковым условиям по надежности, предлагается ввести в функцию затрат штрафную функцию в виде дисконтированных затрат, для возмещения ремонтных и восстанавливаемых работ необходимых из-за отказов отдельных элементов ИС и ИС в целом за жизненный цикл АСУ ТП (при этом длительность жизненного цикла ИС принята 12 лет, как и для АСУТП);
  • при одновременном выполнении нескольких функций ИС (информационные, расчетные и др.), предлагается выбор структуры ИС провести по той функции, к которой предъявляются более жесткие требования по надежности.

В этих условиях постановку задачи выбора оптимальной структуры ИС можно представить в следующем виде:

, (9)

, (10)

при условии

, (11)

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»