Расчет надежности функций с учетом действий оператора

Для ряда функций АСУ ТП оператор является резервиру­ющим элементом. Так, при отказе функции автоматического регулирования технологической величины оператор переходит на неавтоматическое (ручное) регулирование. В связи с этим надежность функции регулирования определяется надежностью как технических средств, участвующих в обоих видах регули­рования, так и оператора.

Надежность работы оператора в качестве резервирующего элемента различных функций АСУ ТП зависит от совокупно­сти факторов, к числу которых относятся его квалификация и психофизиологические особенности, приспособленность АСУ ТП к участию в их работе оператора, своевременность представ­ления ему информации об отказе функции, загруженность опе­ратора выполнением других функций, наличие временного ре­зервирования в реализации анализируемой функции.

Особенности учета действий оператора рассмотрим на при­мере расчета вероятности отказа функции регулирования уров­ня в подогревателе высокого давления (ПВД). Система авто­матического регулирования уровня рассмотрена в 3.6, ее структурная схема приведена на рис. 30,б. Система регули­рования включает нерезервированную часть: ключ, исполни­тельные усилитель и механизм, регулирующий орган. Их отказ приводит к отключению ПВД. Остальные элементы резервиро­ваны, все элементы основной и резервной цепи являются вос­станавливаемыми. Функция регулирования отказывает и происходит отключение ПВД, если отказали нерезервированные эле­менты или в момент отказа и восстановления автоматической части, включающей с первого по третий элементы, происходит отказ резервирующей неавтоматической части из-за ошибки оператора или отказа остальных элементов резервной цепи. Деятельность оператора при контроле работы АСР уровня со­стоит из следующих этапов: восприятие сигнализации, пере­ход с автоматического регулирования на дистанционное, под­держание уровня в заданных пределах до восстановления от­казавшего элемента АСР. Естественно, что при выполнении каждого из этих этапов существует вероятность отказа опера­тора. Для упрощения задачи будем считать, что форма сигнализации откло­нений уровня обеспечивает своевременное восприятие сигнала оператором. При дистанционном управлении уровнем, хотя оператор и ведет процесс с меньшей эффективностью, чем АСР, тем не менее предельные отклонения уровня, вызывающие сра­батывание защиты, исключены.

Для иллюстрации принципов определения вероятности свое­временного перехода оператора с автоматического регулирова­ния уровня на дистанционное рассмотрим зависимости, пред­ставленные на рис.35.

Р и с.35. График изменения уровня в ПВД при отказе АСР

При нормальной работе регулятора уровня расход конденсата из ПВД, имеющего усредненную площадь парового пространства F, составляет Q_k. При этом уровень находится вблизи заданного значения H_з. В динами­ческом отношении ПВД представляет собой интегрирующее звено с передаточной функцией , где –коэф­фициент передачи. При наличии небаланса между притоком пара и стоком конденсата уровень в ПВД начинает меняться со скоростью . Особенно опасно превышение притока над стоком, вызванное попаданием питательной воды в паровое пространство через разрывы трубок или неплотности трубной доски подогревателя. Очевидно, что скорость нарастания уров­ня зависит как от значения возмущения , так и от динамических характеристик ПВД.

При достижении уровнем предельного значения сраба­тывает защита, отключая ПВД. Таким образом, в течение вре­мени должна сработать сигнализация в мо­мент и за оставшийся интервал времени оператор должен отключить автоматическую часть и перей­ти на ручное поддержание уровня.

Время реакции оператора на сигнал об отклонении параметра складывается из трех интервалов: времени восприятия сигнала, времени принятия решения и времени совершения действия. Длительность первого интервала при звуковом и зрительном восприятии сигнала составляет 0.15-0.2с. Время принятия решения зависит от квалификации опера­тора, оно сокращается при наличии предупредительного сигна­ла об отклонении параметра. Суммарная продолжительность двух первых интервалов не превышает 1с. Затраты времени на переключение цепи и управление регулирующим органом складываются из времени подхода к той части пульта управ­ления, где находятся ключи управления соответствующим ре­гулирующим органом, и операций с ними. Подсвечивание на мнемосхеме обозначения вызываемого регулирующего органа позволяет оператору проконтролировать правильность своих действий.

Из-за индивидуальных психофизиологических особенностей время реакции оператора является случайной величиной, имеющей асимметричное модальное распределение. В качестве такого распределения можно использовать a-распределение.

Исходя из статических характеристик действующих на объ­ект возмущений и динамических характеристик последнего, определяем функцию распределения F_пр времени достиже­ния предельного значения параметра при отключении АСР, ха­рактеризующую наличие временного резервирования по функ­ции регулирования. Располагая F_пр и функцией распределения времени перехода опе­ратора с автоматического ведения процесса на дистан­ционное, можно рассчитать показатель надежности функции регулирования с учетом наличия резервной цепи регулирования с оператором.