The problem of optimal operation of the automatic and automated control systems

Full Text

Эффективность и безопасность функционирования сложных технологических объектов, процессов, комплексов в промышленности (прокатные станы, компрессорные станции магистральных газопроводов, установки НПЗ, гидроэлектростанции, энергоблоки АЭС и т. д.), в сельском хозяйстве (птицефабрики, теплицы, элеваторы и т. д.) обеспечивают автоматические и автоматизированные системы управления. Однако это будет достигнуто только в том случае, если автоматические и автоматизированные системы будут иметь высокую надежность. Автоматические и автоматизированные системы управления технологическими объектами, процессами, комплексами в промышленности и в сельском хозяйстве являются системами длительного применения. В случае отказа элемента прибор, аппарат, устройство системы управления, в котором произошел отказ, ремонтируется и после замены отказавшего элемента вновь включается в работу. В некоторых случаях всю совокупность приборов, аппаратов, устройств, входящих в состав автоматических и автоматизированных систем управления технологическим объектом, процессом или комплексом, будем называть системой управления этим объектом, процессом или комплексом. Вопросам обеспечения надежности системы управления технологическим объектом, комплексом, процессом должно быть уделено особое внимание при проектировании системы, при изготовлении всех аппаратных средств, при разработке математического и программного обеспечения, при создании информационного обеспечения, при проведении монтажных и пусконаладочных работ, при эксплуатации системы [1, 2, 3, 4]. В данной статье мы рассмотрим вопросы обеспечения надежности автоматических и автоматизированных систем управления технологическими объектами, комплексами, процессами за счет оптимального обслуживания этих систем. Только высокая надежность систем управления гарантирует безопасное и эффективное функционирование современных производств и предприятий. Основными методами поддержания работоспособности, т. е. надежности, автоматических и автоматизированных систем управления технологическими объектами, процессами, комплексами в процессе эксплуатации являются: - повышение квалификации обслуживающего персонала и уровня обслуживания; - быстрое восстановление работоспособности системы после отказа; - планирование и организация эффективного профилактического обслуживания системы; - сбор, обработка, анализ и использование данных об эксплуатационной надежности системы управления; - обеспечение системы запасными деталями и элементами. Повышение квалификации обслуживающего персонала и уровня обслуживания Обучение обслуживающего персонала должно быть начато еще на стадии проектирования системы управления. На этой стадии и в последующем при эксплуатации системы для обучения и тренировки как оперативного, так и ремонтного персонала целесообразно использовать компьютерные тренажеры. На предприятии должна быть создана служба надежности. Быстрое восстановление работоспособности системы после отказа Рассмотрим одно из устройств системы. Это устройство в момент времени t=0 является полностью работоспособным. В случайный момент времени t1 в устройстве происходит отказ и оно становится неработоспособным. Должно быть проведено внеплановое обслуживание системы, необходимое вследствие возникновения отказа или из-за неправильной работы эксплуатируемой системы. Целью такого обслуживания является восстановление функций системы путем замены, ремонта или наладки элементов, вызывающих нарушение нормальной работы. Затраты времени на восстановление работоспособности прибора, устройства, аппарата, системы определяются как , (1) где To - затраты времени на обнаружение отказа; Ty - затраты времени на устранение отказа; Tp - затраты времени на пуск устройства после устранения отказа. При отыскании неисправностей применяют ручной (инструментальный) поиск отказов, полуавтоматический и автоматический контроль с индексацией места повреждения. Аппаратное и программное обеспечение системы управления должно включать средства диагностики. Задача состоит в том, чтобы уменьшать значения To. В современных системах автоматического и автоматизированного управления целесообразно применять все три вида поиска неисправностей (ручной, полуавтоматический и автоматический). Затраты времени на устранение отказа Ty зависят от конструкции вышедшего из строя аппарата (прибора, устройства), т. е. от его ремонтопригодности и приспособленности к быстрому ремонту. Кроме того, Ty существенно зависит от квалификации ремонтного персонала и от наличия запасных деталей и элементов. Для более быстрого пуска в работу прибора, аппарата, устройства, системы (для уменьшения значения Tp) необходимо четко следовать инструкциям по эксплуатации приборов, аппаратов, устройств, системы, а также совершенствовать свои знания и умения регулярными занятиями на компьютерных тренажерах. Планирование и организация эффективного профилактического обслуживания В состав автоматических и автоматизированных систем управления входят детали и элементы, подверженные износу и старению. Системы управления технологическими объектами, процессами, комплексами являются системами длительного применения, и они неизбежно из периода нормальной эксплуатации, для которого характерно постоянное значение интенсивности отказов , переходят в период старения, в котором происходит возрастание интенсивности отказов. Профилактическое обслуживание приборов, аппаратов, устройств системы управления обеспечивает замену деталей и элементов, приближающихся к работе в период старения, на новые детали и элементы и, следовательно, приводит к поддержанию надежности системы управления на заданном высоком уровне. Профилактическое обслуживание является плановым обслуживанием и должно проводиться через регулярные промежутки времени. В профилактическое обслуживание входят контроль, осмотр, проверка, в процессе которых: - обеспечивается обслуживание нормально работающих элементов, узлов, блоков, требующих постоянного внимания (смазка, очистка, регулировка, проверка и т. д.); - проверяются, заменяются или ремонтируются отказавшие резервные элементы, если система резервирована; - осматриваются и заменяются элементы и детали, близкие к износу. После перехода системы управления технологическим объектом, процессом, комплексом в постоянную эксплуатацию на приборах, аппаратах, устройствах системы должны регулярно проводиться профилактические мероприятия. Виды и регламент профилактического обслуживания указаны в заводских инструкциях по эксплуатации приборов, аппаратов, устройств системы управления. Заводские (фирменные) правила по срокам проведения и содержанию профилактических работ должны выполняться первые 1-2 года промышленной эксплуатации системы управления, а затем должны быть скорректированы по результатам сбора, обработки и анализа данных по надежности системы. Сбор, обработка, анализ и использование данных об эксплуатационной надежности системы управления На предприятии, на котором эксплуатируются системы автоматического и автоматизированного управления, должен быть организован сбор данных: - о внезапных отказах приборов, аппаратов, устройств (дата отказа; признаки; затраты времени на обнаружение; использование аппаратно-программных средств для обнаружения отказа; влияние отказа на работу системы управления; затраты времени на устранение отказа; ресурсы, использованные для устранения отказа; затраты времени на пуск в работу прибора, аппарата, устройства); - о профилактическом обслуживании приборов, аппаратов, устройств системы управления (дата проведения; продолжительность работ; использованные аппаратно-программные средства при проведении работ; содержание работ; использованные ресурсы). Полученные материалы по отказам и профилактическим работам в первую очередь должны быть использованы для определения количественных характеристик эксплуатационной надежности каждого прибора, аппарата, устройства, каждой группы однотипных приборов, аппаратов, устройств, а также системы управления в целом. Введем следующие обозначения: - индексы приборов, аппаратов, устройств, входящих в состав системы управления, обозначаем как - индексы типов деталей и элементов, входящих в приборы, аппараты, устройства, обозначаем как - количество однотипных деталей и элементов в составе прибора, аппарата, устройства обозначаем как например, запись 122(3) означает, что в состав прибора типа 2 входят 12 элементов с индексом 3. Назначается значение интервала наблюдения (Т=1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000 или 7000 часов). Определяется значение наработки на отказ, т. е. среднего времени между двумя соседними отказами: - для приборов, аппаратов, устройств каждого типа , (2) где τiq - время исправной работы прибора, аппарата, устройства типа

About the authors

Vladimir V Semenov

Samara State Technical University

(Dr. Sci. (Techn.)), Professor 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

References

Supplementary files