Систем управления

Надежность и диагностика автоматизированных систем

(Курс лекций)

Содержание

1. Эффективность работы автоматизированных систем управления 4

1 Основы теории надежности 5

1 Автоматизированные системы управления

и проблема надежности технических средств 5

2 Типы отказов оборудования 6

3 Критерии надежности невосстанавливаемых изделий 6

4 Резервирование как метод повышения надежности и

комбинаторные схемы при анализе надежности сложных систем 8

5 Влияние на надежность режимов работы элементов

и воздействия внешних факторов 12

6 Надежность восстанавливаемых

нерезервированных систем 13

7 Особенности расчета надежности систем

с автоматическим регулятором 14

2 Использование имитационных моделей

для решения задач надежности 15

1 Методология имитационного эксперимента 20

2 Генерирование случайных величин 21

3 Генерирование коррелированных случайных величин 22

4 Моделирование систем массового обслуживания 23

3.4.1 Общие сведения 23

3.4.2 Одноканальная однофазовая модель 23

3.4.3Одноканальная многофазовая модель массового обслуживания 25

3.4.4Многоканальная однофазовая модель 26

4. Основы технической диагностики

4.1. Общие понятия и термины 27

4.2. Связь технической диагностики с другими дисциплинами 29

4.3. Основные задачи технической диагностики 29

4.4. Математические модели объектов диагностики 30

4.5. Таблица функций неисправностей (ТФН) 31

4.6. Построение диагностических тестов на проверку работоспособности объектов 33

4.7. Построение тестов, конкретизирующих

место неисправности 37

4.8. Диагностирование системы из последовательно соединенных элементов 37

4.9. Способы и средства реализации алгоритмов диагностирования 38

4.10. Непрерывные объекты диагностики 38

4.10.1. Построение логических моделей

непрерывных объектов 38

4.10.2.Использование для диагностики

причинно-следственных связей в объекте 40

4.10.3.Физические средства диагностирования непрерывных систем 40

4.11. Диагностирование дискретных

комбинационных объектов 40

4.11.1. Физические неисправности комбинационных логических сетей 41

4.11.2. Встроенная аппаратура для контроля работоспособности комбинационных устройств 44

4.12. Диагностирование последовательностных

логических устройств 45

4.13. Организация и эффективность систем диагностирования 46

ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Под эффективностью понимается свойство системы, отражаю­щее ее возможность получать требуемые результаты в процессе функционирования системы. Это определение относится и к автома­тическим или автоматизированным системам управления отдельны­ми технологическими процессами (АСУТП),и к целым автоматизи­рованным производственным комплексам (АПК).

Введение автоматического или автоматизированного управления должно приводить к увеличению выпуска продукции, повышению ее качества, уменьшению затрат на производство и т.п. Однако внедре­ние АСУ требует определенных затрат на приобретение комплекса технических средств (ТС), разработку программного обеспечения (ПО), обучения технического персонала и др.

Эффективность работы АСУ, очевидно, будет зависеть от набора решаемых задач, скорости нахождения оптимальных режимов при решении задач, качества работы ТС, надежности работы оборудования и от ряда других факторов [12], [14]. Если все эти показатели ТС оце­нить с помощью некоторого функционала F, то эффективность работы АСУ (WАсу) выраженную, например в рублях, очевидно можно выра­зить графически в виде неубывающей кривой, как правило, стремя­щейся к некоторому пределу, отражающему идеальное функциониро­вание технических и программных средств АСУ (рис. 1).

Рис. 1 Зависимость эффективности АСУ от комплекса технических средств

В то же время качество работы ТС связано со стоимостью, этих средств (GАсу). Повышение быстродействия потребует более дорогих комплектующих средств, повышение надежности функционирования может быть связано с резервированием оборудования, эксплуатация более сложных ТС требует более квалифицированного персонала. Поэтому, если вернуться к введенному функционалу F, то с числен­ным увеличением его значения денежная стоимость технических и других средств АСУ, очевидно, также будет возрастать (рис. 2).

Разность wАcy - САсу отразит тот эффект, который может быть получен от внедрения АСУ (рис.3), другими словами, эффектив­ность внедрения АСУ. Очевидно, что максимум этой разницы опре­делит оптимальное значение функционала, при котором эффектив­ность АСУ будет максимальная.

Рис. 2 Зависимость затрат на создание АСУ от комплекса технических средств

Рис. 3 Определение оптимального комплекса технических средств

Построение таких графиков может быть выполнено на начальных стадиях проектирования АСУ расчетными методами и математиче­ским моделированием. При изменении требований и объема задач, решаемых АСУ, такие построения необходимо повторить и опреде­лить новое значение функционала F для другого перечня задач.

В случае увеличения численного значения функционала F необ­ходимо выполнить резервирование, построить систему автоматиче­ского диагностирования работы АСУ, создать более надежное про­граммное обеспечение.

Отказ ТС АСУ ТП воздействует как на сам управляемый объект (вплоть до выхода из строя), так и на количество и качество выпус­каемой продукции, а также на работу обслуживающего персонала и экологические показатели (рис. 4).

Рис. 4 Классификация последствий отказов технических средств

Ухудшение показателей технологического процесса можно отне­сти к убыткам, которые можно сгруппировать следующим образом.

Технологические показатели выражаются в технологических еди­ницах, таких, как количество и качество готовой продукции, количе­ство израсходованного сырья и энергии. Эти показатели определя­ются или за определенный интервал времени, или на единицу выпус­каемой продукции. К технологическим показателям можно также отнести показатели, характеризующие работу технологического обо­рудования (например, простои за определенный интервал времени).

Организационные показатели отражают трудовые затраты на вы­пуск единицы продукции, затраты на ремонт оборудования и технических средств АСУ. Эти показатели определяются обычно за календарное время.

Экологические показатели (в случае, если нарушение технологи­ческого процесса пагубно влияет на окружающую среду).

Экономические показатели эффективности обычно определяют­ся в денежных единицах, отражают затраты на выпуск единицы про­дукции и в общем виде определяются функцией, аргументами кото­рой являются рыночная цена продукции, ее себестоимость, произ­водственные затраты, возможные штрафы из-за несвоевременной поставки продукции, экологические штрафы и т.п.

Очевидно, что экономические показатели наиболее полно отра­жают затраты на производство продукции и тесно связаны с техно­логическими и другими показателями.

Чисто экономический показатель эффективности АСУ ТП обычно имеет вид

где Ц - рыночная цена товара;

С - себестоимость;

ПЗ - производственные затраты;

ШЭ - штрафы за ухудшение экологии (индекс 1 означает нали­чие АСУ ТП, а индекс 0 - отсутствие).

Приведенное выражение дает лишь общее представление об эф­фективности внедрения АСУ ТП. Более подробное изучение эффек­тивности АСУ ТП можно найти, например, в [1,12, 13].

Дальнейшее изложение материала будет связано с изучением на­дежности работы технических и программных средств АСУ, воз­можностями эффективного диагностирования работы ТС АСУ.