ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ

 

При создании и эксплуатации автоматических систем необхо­димо стремиться обеспечить заданную, а иногда и максимальную надежность системы при эксплуатации. Способы повышения надежности автоматических систем весьма многообразны и требуют от лиц, создающих системы, как широких научных и теоретических зна­ний, так и инженерного искусства, большого опыта и т. д.

В соответствии с тремя главными фазами, которые проходит каждая система, будем рассматривать три метода повышения на­дежности систем: при проектировании, производстве и эксплу­атации.

Следует отметить, что только объединенными мерами на каж­дой из этих фаз можно добиться высокой надежности создаваемой и эксплуатируемой системы. При проектировании системы выбирается принцип ее ра­боты и структура. Осуществляется конструктивная разработка отдельных узлов и приборов и т. д. Прежде всего, при проектировании системы необходимо обеспечить требуемый уровень безотказности системы.

Проектирование системы начинается с выбора принципа работы системы. На этой стадии проектирования главное внимание должно быть обращено на выбор наиболее простой системы, имеющей по возможности наименьшее число элементов и связей между ними.

Наряду с выбором простой схемы, оцениваемой приближенно по количеству элементов, большое влияние на безотказность си­стемы имеет выбор стабильной схемы.

Таким образом, выбор про­стой и стабильной по принципу действия схемы является одной из главных мер обеспечения высокой безотказности системы как при внезапных, так и при постепенных отказах.

Большое влияние на безотказность системы оказывают условия ее работы, а именно: воздействующие на систему и элементы меха­нические, климатические нагрузки и т. д. При проектировании системы необходимо максимально уменьшить влияние внешних и внутренних нагрузок на систему и ее элементы. Эта задача в основном решается правильным выбором конструкции узлов, приборов и системы в целом.

При разработке схемы и конструкции должны также быть пред­усмотрены меры, позволяющие повысить надежность системы при эксплуатации, а именно: блочная конструкция системы, примене­ние стандартных и унифицированных узлов и блоков, удобство про­верок и обслуживания и др.

Таким образом, на стадии проектирования надежность нерезер­вированной системы обеспечивается следующими основными мето­дами:

1) выбором простых и стабильных схем, учитывающих также возможности повышения надежности системы при эксплуатации;

2) применением качественных и перспективных элементов и вы­бором режимов работы элементов, соответствующих пониженным электрическим нагрузкам;

3) разработкой конструкции системы и приборов, обеспечиваю­щей минимальные нагрузки на систему и элементы, а также удоб­ство обслуживания системы.

 

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ.

 

Если в результате проектирования нерезервированной системы не удается обеспечить требуемую безотказность, можно применять следующие методы повышения надежности системы при эксплуатации:

1) обратные связи;

2) резервирование.

Применение отрицательных обратных связей позволяет стаби­лизировать параметры отдельных узлов, блоков и приборов си­стемы, т. е. уменьшать вероятность отказа системы вследствие постепенных отказов. В ряде случаев полезно применять положи­тельные обратные связи. Повышение надежности изделий и систем может быть достигнуто с по­мощью резервирования.

Резервиро­вание бывает информационное, временное, функциональное, аппа­ратурное и структурное. Аппаратурное резервирование обеспечивается примене­нием нескольких одинаковых устройств для достижения заданной цели, например, прием и запись уникальной информации одновре­менно на 2—3 устройства. Структурное (схемное) резервирование состоит в применении специальных схем соединений основного и резервного элементов.

Используют поэлементное резервирование и резервирование всей цепи основных элементов (нагруженный резерв) (рис. 8.1 а, б). В полностью резер­вированной системе отказ одного или нескольких элементов не приводит к отказу всей системы. При постоянном резервировании, которое иногда называют пас­сивным, резервные устройства постоянно включены в схему, при этом до момента ремонта включенными в схему остаются и отка­завшие устройства. Постоянное резервирование отличается просто­той схем, возможностью применения к различным конструкциям (системам, приборам, узлам, элементам) и даже к внутриэлементным связям. Наиболее эффективно постоянное резервирование для элементов и внутриэлементных связей.

Существенным недостатком постоянного резервирования яв­ляется изменение параметров схемы и режимов работы при отказах резервных устройств, что в некоторых случаях недопустимо. Опре­деленные технические трудности встречаются также при резерви­ровании устройств, характеризующихся двумя типами отказов (обрыв и короткое замыкание). Кроме того, для ряда устройств автоматических систем постоянное резервирование технически трудно осуществить, а в некоторых случаях даже невозможно.

 

 

 

Рис. 8.1 Схемы резервирования:

а — поэлементного; б — общего; в — поэлементного замещением; г -т

общего замещением; д — мажоритарного; ОЭ — основной элемент;

РЭ — резервный элемент

 

Резервирование с поэлементным замещением (ненагруженный резерв). Достоинство — в сохранении ресурса резервных элементов. Недостаток — в дополнительной возможности отказа переклю­чающего элемента (рис. 8.1 в).

Резервирование с общим замещением (ненагруженный резерв (рис. 8.1 г)). Общее правило, которое можно применять в схемном резервировании, гласит: чем мельче масштаб резервирования, тем больше надежность.

Широко используется схема мажоритарного резервирования, которая носит также название «схема голосования из трех по два». Неисправный канал автоматически исключается из линии передачи информации (рис. 8.1 д).

Резервирование осуществляют также с применением логических схем. Такое резервирование называют активным. Применение логиче­ских схем обеспечивает неизменность параметров схемы при отка­зах элементов, повышает безотказность системы при их использова­нии для устройств, характеризующихся отказами двух типов, позволяет сохранять ресурс резервных устройств, находящихся в ре­жиме ожидания в ненагруженном состоянии. Резервирование с ло­гическими схемами неизбежно связано с применением дополни­тельных устройств в виде индикаторов отказа, переключателей и т. д.