Надежность АСУ ТП как совокупности функций. Надежность АСУТП с учетом взаимосвязи с внешней средой

Надежность (в частности, безотказность и ремонтопригод­ность) АСУ ТП связана со способностью систе­мы выполнять требуемые функции. Тем самым становится есте­ственным использование декомпозиции АСУ ТП как многофунк­циональной системы по выполняемым функциям. Надежность АСУ ТП при выполнении отдельных функций и будет рассмот­рена ниже.

При задании показателей надежности АСУ ТП их функции можно классифицировать по двум признакам: по сложности и по временному режиму выполнения.

По сложности функции АСУ ТП делят на простые и состав­ные. Простыми являются функции, рассматриваемые как нераз­ложимые на составляющие. Составные функции включают в себя некоторую совокупность простых и (или) составных функ­ций, объединяемых по общности цели, роли в процессе управ­ления, конструктивным, информативным или другим призна­кам. Примерами простой функции являются автоматическое ре­гулирование или измерение отдельного параметра; примерами составной функции – автоматическое регулирование или конт­роль всех параметров технологического объекта управления.

По временному режиму выполнения функции делят на не­прерывно выполняемые – непрерывные, дискретно выполняе­мые – дискретные и комбинированные.

Для выполнения непрерывной функции при отсутствии из­быточности необходима непрерывная работа всех элементов си­стемы, участвующих в реализации данной функции, в течение всего периода ее выполнения. Примерами такой функции явля­ются автоматическое регулирование или непрерывная регистра­ция параметров непрерывного технологического процесса.

Дискретные функции выполняют по запросам (периодиче­ским или случайным) некоторые заранее заданные процедуры, заключающиеся в реализации определенных операций в задан­ной последовательности. Для выполнения процедуры требуется безотказная работа отдельных элементов системы в соответст­вующие, относительно короткие интервалы времени. Примера­ми такой функции являются дискретное управлением исполни­тельным механизмом или защита технологического агрегата от аварий.

Комбинированные функции характеризуются совокупностью признаков, свойственных непрерывным и дискретным функци­ям. Примером комбинированной функции является автоматиче­ское регулирование в непрерывно-дискретном технологическом процессе.

Критерии отказов функций АСУ ТП. Для выбора показате­лей надежности, установления требований к ним, оценки на­дежности АСУ ТП на различных стадиях разработки и эксплуа­тации систем необходимо однозначно определить, что считает­ся отказом АСУ ТП в выполнении каждой отдельной функции (далее сокращенно — отказом функции).

В общем случае отказом функции является событие, заклю­чающееся в нарушении хотя бы одного из основных установлен­ных требований к качеству ее выполнения, возникающее при заданных условиях эксплуатации АСУ ТП и функционирующем в заданных режимах технологическом объекте управления.

Событие, заключающееся в нарушении требований к каче­ству выполнения функции, произошедшее вследствие наруше­ния заданных условий эксплуатации (например, повышения температуры в помещении или снижения напряжения питания сверх допустимых пределов), как отказ функции не рассмат­ривается.

Установление критериев отказов функций проводится с уче­том приведенной выше классификации функций в зависимости от требований к качеству их выполнения.

Рассмотрим сначала простые функции:

1. Требование отсутствия вынужденных перерывов в выполнении функ­ции может быть задано для функций всех классификационных разновидно­стей. Критериями отказов при нарушении этого требования могут быть, на­пример, для непрерывной функции непосредственного цифрового управления, реализуемой с помощью нерезервированных датчика, магнитного усилителя, исполнительного механизма и резервированного вычислительного комплекса;

(ВК), одновременное пребывание в неработоспособном состоянии обоих ВК или отказов одного из нерезервированных технических средств.

Требование поддержания значений показателей качества выполнения функции в заданных пределах задается для функций, у которых установле­ны требования к точности и (или) к быстродействию или к иным показателям качества. Соответствующим критериям отказов может быть, например, для функции измерения технологического параметра выход погрешности за допустимые пределы.

Требование отсутствия вынужденных перерывов (или задержек) в вы­полнении функции, длительность которых превышает заданное значение, за­дается для непрерывных или комбинированных функций, в прекращении дей­ствия которых допускается некоторый перерыв, т. е. имеется временная избыточность. Для таких функций, чтобы установить отказ, требуется не только проанализировать состояние системы в данный момент времени, но и учесть ее состояния на некотором интервале времени, предшествующем настоящему моменту. Критерием отказа при нарушении этого требования может быть, например, для функции оптимального управления задержка в проведении коррекции уставок локальных регуляторов на время, превы­шающее допустимое.

Требование к своевременному выполнению функции задается для дискретных и комбинированных функций, длительность выполнения которых ограничена. Соответствующим критерием отказа может быть, например, для функции пуска технологического агрегата задержка в выполнении операций пуска на время, превышающее заданное значение.

Требование к безошибочному выполнению функции состоит в необходимости выполнения всех операций в определенном порядке и задается для дискретных и комбинированных функций, при выполнении которых могут иметь место отказы технических средств, ошибки программного обеспечения, неправильные действия оперативного персонала. Критериями отказов при на­рушении этого требования могут быть, например, для функции расчета технико-экономических показателей неправильный результат расчета, для функции дистанционного управления – неправильное выполнение оперативным персо­налом операций по управлению исполнительным механизмом.

Критерии отказов составной функции формулируются как нарушения требований к выполнению некоторого сочетания простых функций, входящих в рассматриваемую составную. Сочетание определяется на основании перечня простых функций, их важности и критериев отказов этих функций.

В частном случае, если последствия отказов каждой из про­стых функций одинаковы, может быть задано требование по ог­раничению только общего числа одновременно не выполняемых простых функций.

Состав показателей надежности функций АСУ ТП. Показа­тели надежности АСУ ТП в выполнении отдельных функций (далее — показатели надежности функций) выбираются в соот­ветствии с классификацией функций по временному режиму вы­полнения с учетом классификации и критериев отказов.

Основным показателем безотказности различных непрерыв­ных функций является средняя наработка на отказ . Вместо нее допускается использовать параметр потока отказов , если поток отказов является стационарным. При рассмотрении по­ведения функции до первого отказа показателем безотказности является средняя наработка до отказа.

В тех случаях, когда можно выделить характерные длитель­ности интервалов в работе АСУ ТП (например, периодич­ность капитальных ремонтов технологического оборудования, периодичность остановов из-за изменения производственной программы и т. д.), в качестве показателя безотказности может быть принята вероятность безотказного выполнения функции (вероятность безотказной работы) .

Основным показателем безотказности и ремонтопригодности дискретных функций по отказам типа «несрабатывание» явля­ется вероятность R успешного выполнения заданной процедуры при возникновении запроса (например, вероятность успешного срабатывания технологической защиты при наличии запроса).

Если выполнение процедуры сводится к включению в тече­ние малого интервала времени, то вероятность R может быть равна коэффициенту готовности . Если выполнение процедуры сводится к включению и дальнейшей работе в течение опреде­ленного интервала времени, то вероятность R может быть рав­на коэффициенту оперативной готовности . Комплексные по­казатели надежности могут применяться в качестве дополнительных и для непрерывных функций.

Для некоторых дискретных функций успешность выполнения процедуры понимается как удовлетворение требований к без­ошибочности, своевременности и точности. В этих случаях в. качестве частных показателей надежности могут использо­ваться:

- вероятность безошибочного выполнения процедуры;

- вероятность своевременного выполнения процедуры;

- вероятность достижения достаточной точности выполне­ния процедуры, т. е. вероятность того, что общая погрешность выполнения всех операций, составляющих данную процедуру, не будет превышать допустимую погрешность.

При независимости этих вероятностей

(2.4)

Основным показателем безотказности дискретных функций по отказам типа «ложное срабатывание» является средняя на­работка на такой отказ (например, средняя наработка на лож­ное срабатывание функции технологической защиты)

Показатели безотказности комбинированных функций выби­рают из числа указанных выше в зависимости от конкретных особенностей каждой функции. Например, для функций авто­матического регулирования или непрерывного измерения в АСУ непрерывно-дискретным технологическим процессом основным показателем безотказности является вероятность безотказ­ной работы за длительность цикла работы.

Основным показателем ремонтопригодности является сред­нее время восстановления способности АСУ ТП к выполнению функции. В некоторых случаях применяют вероятность восстановления в течение заданного времени способности АСУ ТП к выполнению функции.