WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
А.А. САРВИН Л.И. АБАКУЛИНА О.А. ГОТШАЛЬК ДИАГНОСТИКА И НАДЕЖНОСТЬ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ Письменные лекции Санкт-Петербург 2003 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ А.А. САРВИН Л.И. АБАКУЛИНА О.А. ГОТШАЛЬК ДИАГНОСТИКА И НАДЕЖНОСТЬ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ Утверждено редакционно издательским советом университета в качестве письменных лекций Санкт-Петербург 2003 3 УДК 681. 5.004.52(075) Сарвин А.А., Абакулина Л.И., Готшальк О. А. Диагностика и надежность автоматизированных систем: Письменные лекции. -СПб.: СЗТУ, 2003.- 69 с.

Письменные лекции соответствуют требованиям государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 657900 – «Автоматизированные технологии и производства» (специальность 210200 – «Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении)», специализация 210217 – «Компьютерные системы управления в производстве и бизнесе»).

В письменных лекциях изложены основы диагностирования и надежной работы технического и программного обеспечения автоматизированных систем управления технологическим оборудованием. Рассмотрены различные методы обеспечения диагностирования и надежности, направленные на сведение к минимуму возможных сбоев или нарушений в работе технологического оборудования от случайных или преднамеренных вмешательств в функционирование АСУ.

Письменные лекции включают материал, который читается в соответствии с рабочими учебными планами по дисциплине «Диагностика и надежность автоматизированных систем» студентам 5 курса специальности 210200 и специализации 210217.

Рецензенты: кафедра технологии автоматизированного машиностроения СЗТУ (заведующий кафедрой В.В.Максаров, д-р техн. наук, проф.); кафедра электротехники, вычислительной техники и автоматизации СанктПетербургского института машиностроения (завод – ВТУЗ) (заведующий кафедрой В.М.Шестаков, д-р техн. наук, проф.).

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, © Сарвин А.А., Абакулина Л.И., Готшальк О.А., ПРЕДИСЛОВИЕ Под надежностью и безопасностью автоматизированной системы управления понимается ее защищенность от случайных или преднамеренных вмешательств в нормальный процесс ее функционирования, выражающийся в хищении или изменении информации (программная надежность), а также в нарушении ее работоспособности из-за отказов (аппаратная надежность).

Аппаратная надежность технических средств автоматизированных систем управления определяется свойствами, включающими в себя понятия безотказность, работоспособность, долговечность и сохраняемость.

Под программной надежностью и безопасностью автоматизированной системы управления понимается ее защищенность от случайных или преднамеренных вмешательств в нормальный процесс ее функционирования, выражающийся в хищении или изменении информации Экономическая эффективность автоматизированной системы управления определяется уровнем ее аппаратной и программной надежности.

Снижение надежности приводит как вынужденным простоям, так и к аварийным ситуациям. Повышение надежности увеличивает стоимость системы и затраты на ее эксплуатацию.

Экономически целесообразный уровень надежности выбирается сравнением схожих по структуре и функциям вариантов (критерий оптимизации надежности).

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Под автоматизированными системами управления (АСУ) понимается определенное количество компьютеров, промышленных контроллеров, устройств числового программного управления станками и промышленными роботами, устройств управления транспортными средствами и другими технологическими установками, объединенных локальными вычислительными сетями и обеспечивающих сбор, обработку, хранение и передачу управляющей информации.

Под надежностью и безопасностью АСУ понимается ее защищенность от случайных или преднамеренных вмешательств в нормальный процесс ее функционирования, выражающийся в хищении или изменении информации, а также в нарушении ее работоспособности.

Случайные вмешательства:

- аварийные ситуации из-за стихийных бедствий или отключения электрического питания;

- отказы или сбои в работе электрических схем;

- ошибки в программировании;

- ошибки в работе обслуживающего персонала.

Преднамеренные вмешательства - это целенаправленные действия нарушителей.

Хищения связаны с разглашением конфиденциальной или секретной информации.

Изменение информации обусловлено ее искажением или уничтожением.

Нарушение работоспособности зависит либо от снижения производительности или функциональных возможностей, либо от блокировки доступа к некоторым информационным ресурсам АСУ.

Надежность технических средств системы определяется свойствами, включающими в себя понятия безотказность, работоспособность, долговечность и сохраняемость.

Безотказность – свойство системы сохранять свою работоспособность без вынужденных перерывов в течение некоторого периода времени, оцениваемого наработкой (длительность и объем выполненной работы до первого отказа).

Под работоспособностью понимается такое состояние системы, при котором она нормально выполняет заданные функции с заданными технической документацией параметрами.

Приспособленность системы к предупреждению, обнаружению и ликвидации отказов называется ремонтопригодностью.

Долговечность – свойство системы к длительной эксплуатации при необходимом техническом обслуживании и ремонте.

Долговечность системы измеряется ее ресурсом (наработка до предельного состояния) и сроком службы (календарная продолжительность эксплуатации до предельного состояния).

Предельное состояние системы определяется невозможностью ее дальнейшей эксплуатации по ряду причин:

- произошел отказ, после которого восстановление невозможно или нецелесообразно;

- по соображениям безопасности;

- из-за низкой экономической эффективности дальнейшего использования.

Под ремонтопригодностью понимается приспособленность системы к предупреждению, обнаружению и ликвидации отказов.

Ремонтопригодность характеризуется затратами времени и средств на восстановление системы после отказа и на поддержание системы в работоспособном состоянии.

Автоматизированные системы (АС) могут быть ремонтируемыми и неремонтируемыми.

Ремонтируемые системы имеют срок службы (ресурс), определяемый снижением эффективности работы системы и целесообразностью ее дальнейшей эксплуатации.

Неремонтируемыми являются системы, ремонт которых не возможен или не предусмотрен нормативно-технической, ремонтной или проектной документацией.

Под сохраняемостью понимается свойство системы (и составляющих ее элементов) сохранять свои параметры неизменными при определенных условиях (колебаниях температуры, действии влажности, вибрациях и т.п.) и сроках хранения и транспортировки.

Вопросы для самоконтроля 1. К каким последствиям могут привести хищения, изменения или нарушения программного продукта АСУ 2. Чем отличаются аппаратные нарушения работы АСУ от программных и какие могут быть последствия этих нарушений 3. В чем отличие случайных от преднамеренных нарушений работы АСУ 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ОТКАЗОВ Важнейшим понятием теории надежности является понятие отказа.

Под отказом понимается событие, заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности системы.

Отказ может быть связан с нарушением в выполнении каких-либо заданных функций (отказ функционирования) или с недостаточной квалификацией обслуживающего персонала, в результате которой система не выполняет заданные функции удовлетворительно. Отказы могут быть связаны с изменением параметров или характеристик системы, т.е. одна из основных функций выполняется плохо (отказ по параметру).

Классифицировать отказы можно в зависимости от характера и особенностей, от момента возникновения, например следующим образом [2].

1. По характеру изменения параметра до момента возникновения отказа:

- внезапный отказ;

- постепенный отказ.

2. По связи с другими отказами:

- независимый отказ;

- зависимый отказ.

3. По возможности последующего использования после возникновения отказа:

- полный отказ;

- частичный отказ.

4. По характеру устранения отказа:

- устойчивый отказ;

- самоустраняющийся отказ (сбой или перемежающийся отказ).

5. По наличию внешних проявлений:

- очевидный (явный) отказ;

- скрытый (неявный) отказ.

6. По причине возникновения:

- конструкционный отказ;

- технологический отказ;

- эксплуатационный отказ.

7. По природе происхождения:

- естественный отказ;

- искусственный отказ (вызываемый намеренно).

8. По времени возникновения отказов:

- отказ при испытаниях;

- отказ периода приработки;

- отказ периода нормальной эксплуатации;

- отказ последнего периода эксплуатации.

Вопросы для самоконтроля 1. Что называется отказом в работе автоматизированной системы 2. Чем отказ отличается от сбоя 3. По какому принципу квалифицируются отказы 3. ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ АСУ Нарушение нормального выполнения заданных функций системы приводит к отказу в работе АСУ.

Функционирование АСУ – чередование интервалов работоспособности и отказов. Продолжительность этих интервалов – величина случайная. Поэтому для описания показателей надежности АС используют математический аппарат теории вероятностей, теории случайных процессов и математической статистики. [1, 4] Существует большое число показателей надежности АС. Рассмотрим те из них, которые определяются свойствами АС.

Показатели безотказности Важнейшим показателем надежности ремонтируемых систем является величина Р(Т), определяющая вероятность того, что наработка ТН между отказами превзойдет заданное время Т Р(Т) = Р(ТН Т).

Один из показателей безотказности - вероятность безотказной работы системы Р(t), т.е. вероятность того, что в течение времени (наработки) t не будет ни одного отказа, связана с вероятностью безотказной работы F(t), т.е.

вероятность того, что система откажет хотя бы один раз в течение заданной наработки, будучи работоспособной в начальный момент времени, простой зависимостью P(t) = 1 – F(t).

Для экспоненциального закона распределения (одно из самых распространенных при исследовании надежности АСУ) t T H P (t ) = e.

Основными критериями безотказности ремонтируемых систем являются:

- вероятности наработки между отказами Р(t) больше заданного значения Т;

- параметр потока отказов системы (среднее число отказов системы за r = Nii, единицу времени) где i – интенсивность отказов;

i=- наработка на отказ (средняя продолжительность работы системы между TН = двумя последовательными отказами) ;

- гарантированная (гамма-процентная) наработка до отказа, т.е.

вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ системы не возникает.

Показатели ремонтопригодности Показателями ремонтопригодности являются:

- вероятность Р(ТЗ) восстановления системы за заданное время ТЗ ;

- среднее время восстановления ТВ (определяет средние затраты времени на обнаружение и устранение отказа при заданных условиях обслуживания);

- гамма-процентное время восстановления – время, в течение которого восстановление работоспособности системы будет полностью осуществлено с вероятностью, выраженной в процентах;

- коэффициент готовности kГ - определяет вероятность того, что система исправна в любой произвольно выбранный момент времени в промежутках между плановым профилактическим обслуживанием и оценивается отношением времени наработки на отказ к средней длительности цикла работаTН kГ = (TН + TВ );

восстановление - коэффициент технического использования kТИ - оценивается отношением времени наработки на отказ к средней длительности цикла работаTН kТИ = (TН + TВ + tпр).

восстановление-профилактика Показатели долговечности Долговечность системы характеризуется ее ресурсом ТР – общее время (или объем) работ системы за весь срок службы до момента, когда дальнейшая ее эксплуатация невозможна или экономически нецелесообразна;

Основными показателями долговечности системы являются:

- средний ресурс – математическое ожидание ресурса;

- гамма-процентный ресурс – суммарная наработка, в течение которой система не достигает предельного состояния с вероятностью, выраженной в процентах;

- гамма-процентный срок службы – календарная продолжительность эксплуатации, в течение которой система не достигнет предельного состояния с вероятностью, выраженной в процентах.

Показатели сохраняемости Показатели сохраняемости дают количественную характеристику способности системы (и ее элементов) сохранять свое качество при хранении и транспортировке. Ее основными показателями являются:

- средний срок сохраняемости (среднее время хранения, в течение которого изменения параметров системы или ее элементов не превышают допустимых);

- гарантированный (гамма-процентный) срок сохраняемости, т.е. срок сохраняемости, достигаемый с заданной вероятностью, выраженной в процентах.

Нормальное функционирование АС зависит от действия составляющих ее элементов, т.е. вероятность безотказной работы системы зависит от вероятностей безотказной работы элементов системы Pi(t) и определяется по формуле N P(t) = (t), Pi i=где N – количество элементов.

Для обеспечения надежной работы всей системы вводится понятие избыточности системы.

Разделяют структурную и информационную избыточность.

Структурная избыточность определяется наличием дополнительных путей передачи сигналов (при отказе одного из элементов его функции выполняет другой элемент), которые не востребованы при нормальной работе.

Информационная избыточность определяется наличием в сигнале дополнительной информации, которая не востребована при нормальной работе всех элементов, а лишь при возникновении отказа.

Введение избыточности увеличивает надежность системы за счет повышения безотказности [1].

Повышение ремонтопригодности достигается применением унифицированных блочных конструкций, устройств диагностики и индикации отказов.

Надежность АСУ в основном определяется сочетанием свойств безотказности и ремонтопригодности.

Вопросы для самоконтроля 1. Что называется работоспособным состоянием системы 2. Назовите основные показатели надежности ремонтируемых систем.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.