Реализация метода Волковича и Михалевича при проектировании системы автоматического регулирования параметра технологического процесса
Надёжность систем автоматизированного сбора данных и управления является одним из их важнейших показателей. В состав каждой АСУ входит набор различных элементов, выполняющие различные функции. Причём один элемент может выполнять несколько функций и, наоборот, одна функция может выполняться несколькими элементами. [1]
Возможным способом повышения надёжности является резервирование. Под резервированием понимается применение определённых технических средств с целью обеспечения работоспособности объекта при отказе. В системах с резервированием выделяют основной и резервный элементы: первый представляет собой элемент структуры объекта, отказ которого при отсутствии резервирования приводит к потере работоспособности объекта, второй — элемент, предназначенный для обеспечения работоспособности объекта в случае отказа основного элемента. [2]
Различают общее и раздельное резервирование. При общем резервировании резервируется вся система в целом, при раздельном – резервируются отдельные элементы системы. Количественным показателем резервирования является кратность резервирования λ. Эта величина показывает отношение числа резервных агрегатов к числу резервируемых (основных).
И одним из методов проектирования систем в которых надёжность повышается путём резервирования является метод, разработанный Волковичем и Михалевичем.[3]
Данный метод применим ко множеству различных технических систем, но в данной статье мы рас рассмотрим применение этого метода для типичной системы автоматического регулирования температуры в теплообменнике, построенной на элементной базе Advantech. Резервирование выполняется по принципу системы с постоянно включенным нагруженным резервом.
Рассматриваемая система состоит из следующих элементов
Несмотря на то, что в системе теоретически присутствуют несколько блоков питания, ограничение идёт по мощности, выдаваемой одним блоком, потому что в минимальной рабочей конфигурации в системе в строю один блок.
Сведём данные мультиверсии модулей в таблицу
Таблица 1
Название модуля
Тип мультиверсии
Стоимость
Мощность
Трудоёмкость
Надежность
1.1
Термопреобразователь
Метран 2700
5000
1,2
2
0,85
1.2
Метран 270
3500
1,2
1
0,7
1.3
Метран 280
5900
1
2
0,9
2.1
Блок питания
Метран 602-036-50-01
3300
0
3
0,8
2.2
Метран 602-036-80-01
3500
0
2
0,9
2.3
Метран 602-036-100-01
3800
0
2
0,9
3.1
Модуль аналогового ввода
SM 431-1KF00
15800
1,8
4
0,8
3.2
SM 431-1KF10
23500
3,5
3
0,7
3.3
SM 431-1KF20
36700
4,9
3
0,8
4.1
Модуль аналогового вывода
SM 432-1HF00
37000
9
2
0,85
5.1
Электропневмо-преобразователь
ЭП-3211
7000
0
3
0,7
5.2
ЭП-3312
5900
0
3
0,85
5.3
ЭП-3324
5500
0
3
0,8
Для упрощения расчётов примем ограничения по мощности блоков контроллера равными ограничениям модуля термопреобразователя.
Мощность блока питания указана, как «0», потому что он является источником энергии, а не приёмником.
Мощность электропневмопреобразователя указана, как «0», потому что он не имеет электропитания.
Каждый модуль должен иметь как минимум одну версию.
Определим «допуск» по каждому ресурсу по формуле
gpj=gp*-gps, (1)
где gps- минимально возможный расход ресурса p
gp* - ограничение ресурса p
Результаты расчета допусков сведём в таблицу
Таблица 2
Стоимость, руб
Мощность, Вт
Трудоёмкость, ч
Термопреобразователь
146500
25,8
29
Блок питания
146700
27
28
Модуль аналогового ввода
134200
25,2
27
Модуль аналогового вывода
113000
18
28
Электропневмо-преобразователь
144500
27
27
Исходя из этого, отсеем непрошедшие мультиверсии и определим глубину резервирования
Таблица 3
Термопреобразователь
Блок питания
Модуль аналогового ввода
Модуль аналогового вывода
Электропневмо-преобразователь
Тип 1
14
9
6
2
9
Тип 2
21
14
5
-
9
Тип 3
14
14
3
-
9
Приступим к оптимизации целевой функции
(2)
Функция имеет вид
, где Рj- надёжность j-того модуля, с0,с1 – коэффициенты для удобства расчёта.
Составим минимально работающую систему и затем проведём итерационную процедуру. Её целью будет максимизация целевой функции
Суть каждой итерации заключается в том, чтоб добавлять по одной мультиверсии в модуле и вычислять целевую функцию. Оптимум будет достигнут, когда функция фактически перестанет увеличиваться.
Примем с0=10, с1=0
Минимально работающая система состоит из следующих элементов:
Таблица 4
Модуль
Тип
Надёжность
1
3
0,9
2
2
0,95
3
1
0,8
4
1
0,9
5
2
0,85
Целевая функция данной системы f1(v)=-3,32
Начнём вводить в модули резервные элементы
Таблица 5
N п.п
Модуль
Тип
Целевая функция
Неизрасходованные ресурсы
Стоимость
Мощность
Трудоёмкость
1
1
3
-2,94
81900
15,2
17
2
2
2
-2,73
78400
15,2
15
3
3
1
-1,93
62600
13,4
11
4
4
1
-1,14
25600
4,4
9
5
5
2
-0,54
19700
4,4
6
6
1
3
-0,5
13800
3,2
4
7
2
2
-0,46
10300
3,2
2
8
1
2
-0,45
6800
1
0
Как мы видим, пользуясь этим методом, мы составляем систему, обладающую оптимальной надёжностью. Оптимальность данной конфигурации обуславливается использованием наиболее надёжных элементов и равномерностью их распределения по модулям, так как в случае параллельного соединения наиболее надёжной конфигурацией является соединение равнонадёжных элементов.
Библиографический список
1 ГОСТ 24.701-86 Единая система стандартов автоматизированных систем управления. Надежность автоматизированных систем управления. Основные положения [Текст]. –введ. 01.07.87. – М. : Изд-во стандартов, 1987. – 11с.
2 Кучер В.Я. Основы технической диагностики и теории надежности: Письменные лекции [Электронный ресурс].- http://window.edu.ru/library/ pdf2txt/967/24967/7580
3 Михалевич В.С., Волкович В.Л. Вычислительные методы исследования и проектирования сложных систем.-М.:Наука,1982.-286с.
Библиографическая ссылка
Кузнецов П.А. Реализация метода Волковича и Михалевича при проектировании системы автоматического регулирования параметра технологического процесса // Научный электронный архив.
URL: http://econf.rae.ru/article/6855 (дата обращения: 05.05.2024).
Прочитать публикацию в формате PDF
