Основых тех.экспл. суд эл.об А5_

схему системы для расчета надежности (рис. 4.6); при этом в сложных системах управления элементами обычно служат приборы и блоки системы, а в приборах-простейшие элементы.

Рис. 4.6. Принципиальная (а) и блочная (б) схемы блока выпрямителя

3.Для выделенных на схеме элементов производят тщательный анализ электрических и температурных режимов их работы. Режим работы элементов в основном определяет коэффициент нагрузки kн, метод расчета которого зависит от типа элемента. Так, для сопротивлений kн равен отношению мощности, рассеиваемой сопротивлением, к номинальной мощности, для конденсаторов – отношению действующего напряжения к номинальному, для транзисторов – отношению мощности, рассеиваемой на коллекторе, к номинальной мощности. Для полупроводниковых диодов kн определяют так:

kH	Iд			Uд	,	(4.27)
	Iд.ном
		U		обр.ном
где Iд и Uд – соответственно		действительный ток и действительное
напряжение на p-n – переходе;				Uобр.ном -		заданное номинальное
напряжение на переходе.
Для механических и гидравлических						элементов принимают

k Н = 1 значения коэффициентов нагрузки вычисляют при составлении специальной карты режимов работы элементов каждого блока систе-

66

мы. Рекомендуемые значения k Н приведены в таблице 4.3.

Таблица 4.3. Рекомендуемые значения коэффициентов нагрузки для элементов АСУ

Тип элементов	кН	Тип элементов	кН
Диоды	≤ 0,5	Сопротивления:
Конденсаторы	≤ 0,5	Теплостойкие	0,7
Катушки индуктивности и	0,8	Непроволочные	0,5
дроссели
Сельсины в трансформа-	0,8	Проволочные	0,4
торном режиме
		Механические переключа-
		тели, кнопки выключатели,	0,7
		разъемы и т.д.

4.Определяют интенсивность отказа каждого элемента системы

сучетом коэффициента его нагрузки, температуры окружающей среды, климатических и механических воздействий, соотношения между

типами возможных отказов элемента. Совместное влияние указанных факторов учитывают введение соответствующих поправочных коэффициентов. При полном расчете надежности интенсивность отказов работающего элемента находят по формуле

iраб 0i a1a2 a3 kt1 ,

(4.28)

где λλo i- значение интенсивности отказа элемента при номинальной

нагрузке и нормальных условиях, ч"1; а1 – коэффициент, учитывающий климатические и механические воздействия; а2 – коэффициент, учитывающий нагрузку элемента и температуру окружающей среды; а3 – коэффициент, учитывающий соотношение между отказами типов

„обрыв" и „короткое замыкание"; kti t1 t - коэффициент, учитываю-

щий долю рабочего времени t1 элемента в общем времени t.

В системах иногда встречаются элементы, работающие не все время, за которое определяют характеристики надежности, а лишь в течение некоторой его части. В период бездействия эти элементы можно рассматривать как находящиеся на хранении, и интенсивность их отказов будет

67

хр 01 a1 a3 a4 kt 2 ;

(4.29)

где а4-коэффициент, учитывающий уменьшение интенсивности отказов неработающего элемента; kt 2 t2 t - коэффициент, учитывающий

долю времени простоя t2 в общем времени t.

Значения коэффициентов а1г а2 и а3 для наиболее часто встречающихся типов элементов приведены в табл. 4.4, 4.5, а характер их изменения показан на рис. 4.7. Коэффициент а3 вводят в случае, когда на надежность элемента оказывает влияние только один вид отказа (или „обрыв", или „короткое замыкание").

Значения интенсивности отказов контактных элементов и элементов, работающих в циклическом режиме, обычно указывают в справочниках на один контакт и за определенное число циклов. Поэтому интенсивность отказов, например электромагнитного реле, определяют

как
p	a1(обм kf о.к. ),	(4.30)

где λλобм, λλо.к – интенсивности отказов обмотки реле и одного контак-

та, ч-1; k – число используемых контактов; f – среднее число срабатываний реле за заданное время. Интенсивность отказов штепсельного разъема

ш. р.

0 k

(4.31)

Таблица 4.4. Значение коэффициента а1, учитывающего измене-

68

ния механических воздействий, влажности воздуха φ и температуры

			Амортизированная					Неамортизированная
				аппаратура				аппаратура
	Типы элементов	φ	≤ 70% при		φ ≤ 90% при			φ ≤ 70%	φ ≤ 90%
								при	при
		20°С		40°С	20°С	40°С		20…40°С	20…40°С
	Сопротивления, конденса-
	торы, трансформаторы, по-	1		1	2		2	2	5
	лупроводниковые элементы
	Другие электрические эле-	1		2	2		2	2	5
	менты
	М еханические элементы	1		1	1,5		1,5	2	5
	Гидравлические элементы	1		1	1		1	1	1
	Пневматические элементы	1		1	1		1	1	2

Таблица 4.5. Значения коэффициента а3 при различных kН и соотношениях между отказами типов «обрыв» и «короткое замыкание»

Типы элементов		k Н =	k Н =	k Н =
		0,0…0,3	0,3…0,7	0,7…10
Сопротивления		0,9…1,0	0,9…0,7	0,7
		0,1…00	0,1…0,3	0,3
Конденсаторы бу-		0,25…0,9	0,5…0,1
мажные и слюдяные		0,75…0,1	0,05…0,9
Обмотки		-	0,02…0,05	0,05
			0,98…0,95	0,095
Полупроводниковые		0,75	0,75…0,95	0,55
диоды		0,25	0,25…0,45	0,45
Полупроводниковые		0,0…0,2	0,2…0,05	0,0…0,05
диоды		1,0..0,3	0,8…0,95	1,0…0,95
Примечание. Значение а3		в числителе соответствует отказу типа «обрыв», а зна-

чения а3 в знаменателе – отказу типа «короткое замыкание».

69

Рис. 4.7. - Значения коэффициента а2 для некоторых типов электрических элементов: 1, 2 – сопротивления типа МЛТ соответственно пр и кН = 1 и кН = 0,5; 3, 4 – конденсаторы типа КГБ при кН = 1 и кН = 0,5; 5, 6 – диоды при

кН = 1 и кН = 0,5

5. По полученным значениям интенсивности отказов элементов последовательно рассчитывают суммарные интенсивности отказов всех групп элементов рассматриваемого блока и определяют вероятность его безотказной работы p(t) по формуле

	m
p(t) exp t ( раб		хр )	(4.32)
	1

6. В зависимости от вида соединения элементов в системе определяют вероятность безотказной работы системы P(t), а также остальные характеристики надежности. Для сложных систем рассчитывают также вероятность их нормального функционирования по выражению

(4.8).

Расчет надежности блоков обычно выполняют в табличной форме. В качестве примера ниже дана табл. 4.6 с расчетом надежности блока выпрямителя, схема которого показана на рис. 4.6.

Приведенные выше формулы для расчета характеристик надеж-

70

ности отражают лишь самые основные зависимости, позволяющие оценивать надежность элементов и систем управления при соблюдении экспоненциального закона распределения интенсивности отказов, который в течение периода нормальной эксплуатации учитывает действие только внезапных отказов. Между тем судовые АСУ эксплуатируются длительное время и имеют в своем составе электронные и механические элементы, подверженные как внезапным отказам, так и износу и старению. Распределение интенсивности отказов элементов этих систем в реальных условиях эксплуатации подчиняется более сложным законам, одновременно учитывающим указанные факторы. Поэтому при необходимости выполнения полных расчетов надежности сложных систем, состоящих из элементов различных типов, следует использовать методы расчета, рассматриваемые в специальной литературе по надежности.

В настоящее время ведутся работы по определению и уточнению интенсивности отказов всех типов элементов, применяемых в АСУ, в различных условиях эксплуатации. При выполнении практических расчетов надежности элементов, устройств и систем автоматики рекомендуется уточнять эти данные по официальным нормативным источникам.

71

Таблица 4.6. Пример расчета надежности выпрямителя

			Обозначениена схеме			элементовЧисло n		λλ	-		Коэффициента		Коэффициента	k		Коэффициентнагрузки k		Коэффициента	-1	λλ
									Максимальнаятемперату элементара , °С										λλ
																			ч ,
										1			3					2	6 -	1
																			10	ч
																				-
																			·	,
								1											t1	6
								-						t					k	-
								ч											3	10 ·
								6 -						1					2
								,						/		Н			a	рабi
	Тип элемента							16·						=t					a
																			1
																			a
								0						1					0	λ
																			nλ	=λ
																			=	i
																			iраб
	Трансформатор		TV1			1		0,8	50	2			0,95	1		0,6		0,5	0,76	0,76
	Диод		VD1…VD4			4		0,38	50	2			0,75	1		0,2		0,5	1,14	1,14
72	Резистор		R			1		0,57	50	2			0,9	1		0,9		2,5	2,56	2,56
	ОМ ЛТ-2
	Конденсатор		C			1		0,054	50		2		0,9	1		0,8		1,0	0,1	0,1
	ЭГЦ
	Примечание. 1. Расчетное время работы t = 2000 ч. 2. Температура окружающей среды t = 25°C. 3. Относительная влаж-
	ность φ = 98%. 4. Амортизация				имеется. 5. Расчет произведен без							учета хранения			(kt2 , a4 , i xp) Суммарная интенсив-
		4
	ность отказов c	i раб		4.56 10 6				Вероятность безотказной работы P2000 exp( c									/ t) 0.991
		1

72

4.3. Методы повышения надежности

Характерной особенностью развития современных судовых АСУ является непрерывное повышение их сложности, что влечет за собой увеличение числа элементов, составляющих систему. Так, в современных машинах централизованного контроля количество элементов, участвующих в обработке сигналов от датчиков, может достигать тысячи и более. Если учесть жесткие условия эксплуатации и высокие требования к надежности таких систем, нетрудно заметить, что без специальных мер по обеспечению и повышению надежности система будет практически неработоспособна из-за частых отказов. Повышение надежности систем и средств автоматизации возможно на каждой из трех основных стадий, которые проходит каждая система: проектирование, изготовление и эксплуатация. Проектирование – это основная стадия, на которой закладывается надежность систем и средств автоматизации. Мероприятия по повышению надежности, проводимые при проектировании, требуют сравнительно небольших затрат и приносят максимальный эффект.

Методы повышения надежности на стадии проектирования можно условно разделить на две основные группы: схемные и конструктивные.

К схемным методам относят выбор схем, выбор элементов и режимов их работы, резервирование.

Выбор схем систем и средств автоматизации во многом определяют статические и динамические характеристики объектов регулирования и управления, а также объем функций, выполняемых системой. При определении структурной схемы регулятора или системы управления следует на основании тщательного анализа характеристик объектов выбирать наиболее простую из возможных схем автоматизации и широко использовать способность некоторых объектов работать без средств регулирования в широком диапазоне рабочих нагрузок. Например, на некоторых судах отсутствует система регулирования уровня в конденсаторе паровой турбины. При этом уровень поддерживается за счет саморегулирования подачи конденсатного насоса.

При разработке схем модулей и блоков, входящих в АСУ, особое внимание надо обращать на использование схемных решений, хорошо зарекомендовавших себя в эксплуатации, на тщательное определение

74

необходимых значений точности и допусков на параметры схемы. Основные требования к выбору схем систем и средств автоматизации следующие:

простота и минимальное количество элементов; устойчивость работы при заданных пределах изменений парамет-

ров внешней среды, нагрузки и состояния элементов; минимально необходимое количество органов регулирования и

настройки; возможность контроля параметров схемы за минимальное время

при ограниченном участии человека.

Основные критерии выбора элементов системы с точки зрения надежности – это интенсивность их отказов, срок службы и допустимые режимы работы. В схемах систем и средств автоматизации надо использовать элементы, проверенные на практике и обладающие наименьшими значениями интенсивности отказов. Следует учитывать и такие условия, как обеспеченность серийной поставки, перспективность, возможность дальнейшего повышения их надежности. Обоснованный выбор элементов, из которых будет построена система, можно произвести только на основании детального техникоэкономического анализа. Выбор перспективных, обладающих повышенной надежностью элементов, позволяет значительно повысить надежность схемы. Так, применение полупроводников вместо электронных ламп позволило повысить надежность схем в 10 раз, а интегральных схем - примерно в 500 раз при одновременном уменьшении габаритов и массы аппаратуры.

Режимы работы элементов оказывают большое влияние на интенсивность их отказов. Для повышения надежности схемы следует обеспечивать наиболее благоприятные режимы работы элементов, соответствующие установленным в технических условиях и нормативах.

Рекомендуемые значения коэффициентов нагрузки некоторых типов элементов приведены в табл. 4.3.

75