Надежность АСУ ТП с учетом взаимосвязи с внешней средой. Критерии отказов и показатели надежности АСУ ТП в целом

Решение задач надежности АСУ ТП требует учета взаимосвязи этой системы и внешней среды. Под внешней средой понимается все то, что окружает АСУ ТП и оказывает на нее воздействие или же само подвергается воздействию от АСУ ТП.

Автоматизированная система управления технологическим процессом вместе с технологическим объектом управления (ТОУ) образуют автоматизированный технологический комп­лекс (АТК). Элементом внешней среды АСУ ТП является и объект управления (рис.7). Рассмотрим существенные для решения вопросов надежности связи между АСУ ТП и ее внеш­ней средой.

Связь «АСУ ТП — технологический объект управления» ото­бражает наличие управляющих воздействий АСУ ТП на регу­лирующие органы объекта. Эта связь при решении вопросов надежности является одной из самых важных и проявляется в непосредственном влиянии отказов АСУ ТП на поведение объ­екта управления.

Р и с. 7. Взаимосвязь АСУ ТП и внешней среды при решении

проблемы надежности

Связь «ТОУ—АСУ ТП» соответствует поступлению в АСУТП информации о состоянии объекта. Эта связь выполняется в из­менении режима работы системы в зависимости от поведения объекта, например в виде отключений тех или иных подсистем в зависимости от режима работы объекта.

К компонентам внешней среды АТК, которые существенны для решения задачи надежности АСУ ТП, относятся:

- органы управления вышестоящего уровня иерархии –
например, АСУ предприятием или персонал, руководящий
функционированием АТК при неавтоматизированном вышестоящем уровне;

- окружающая среда, которую характеризуют условия эксплуатации (температура, влажность, вибрация, удары, наличие
и характер индустриальных помех и т. д.);

- ремонтный персонал, не входящий в состав АТК;

- запасные части, необходимые для проведения ремонтов и технического обслуживания.

Связи между АСУ ТП и этими компонентами имеют различ­ный характер.

Связь «органы управления вышестоящего уровня – АСУ ТП» осуществляется в виде плановых заданий по производительно­сти объекта, изменению режимов работы установок и агрега­тов, ограничениям на расход сырья и т. п. Такие воздействия могут изменять режим работы системы и требования к качест­ву ее функционирования.

Связь «АСУ ТП – органы управления вышестоящего уров­ня» соответствует поступлению сведений о выполнении заданий, основных показателях функционирования объекта. Отказы АСУ ТП могут приводить к неправильному вычислению этих показа­телей или вообще к невыдаче результатов вычислений.

Связь «условия эксплуатации – АСУ ТП» отражает тот факт, что на надежность существенно влияют внешние условия (например, от температуры в помещении зависит работа вычис­лительного комплекса).

Технические средства АСУ ТП подвергаются восстановлению после отказов и подлежат техническому обслуживанию. Это приводит к возникновению связи «АСУ ТП — ремонтный персо­нал», которая заключается в генерировании заявок на восста­новление. Их необходимость появляется вследствие отказов. Связь «ремонтный персонал — АСУ ТП» заключается в испол­нении заявок на восстановление и в выполнении технического обслуживания согласно инструкциям и регламентам.

Связь «АСУ ТП — запасные части» отображает поступление заявок на получение запасных частей, возникающих вследствие отказов технических средств. Связь «запасные части — АСУ ТП» соответствует отправке запасных частей.

Критерии и классификация отказов АСУ ТП в целом. Опи­сание надежности АСУ ТП в целом (без декомпозиции на ком­поненты) имеет смысл в связи с необходимостью рассмотрения надежности автоматизированного технологического комплекса, с учетом взаимосвязи АСУ ТП и ТОУ. При этом совокупность показателей надежности АСУ ТП и ТОУ позволит определить показатели надежности АТК.

Поведение АТК при анализе надежности описывается слу­чайным процессом попадания АТК в определенные состояния.

Показателями надежности АТК могут быть параметр пото­ка попаданий в каждое из этих состояний, или средняя наработка между попаданиями в такое состояние, или вероятность от­сутствия этих попаданий за определенное время. Соответствен­но за отказы АСУ ТП в целом могут приниматься нарушения требований к качеству управления, приводящие к попаданию АТК в определенные состояния. Примерами такого требования является отсутствие вынужденных остановов технологического оборудования по вине АСУ ТП.

У сложных систем, таких как АСУ ТП, могут иметь место не только работоспо­собное и неработоспособное состояния, но и промежуточные между ними, отличающиеся, например, показателями эффек­тивности. Поэтому одно из требований к АСУ ТП – поддержа­ние значений показателей эффективности АСУ ТП не хуже за­данных. При этом следует учесть, что особенностью большинства показателей эффективности является их зависимость не только от состояния АСУ ТП, но и от поведения ТОУ, техно­логических возмущений, поступающих на объект, задания и т. п. Нарушением указанного требования следует считать ухудше­ние показателей эффективности, произошедшее только вслед­ствие отказов компонентов АСУ ТП. Примерами критериев от­каза при нарушении этого требования является снижение пока­зателя качества продукции ниже допустимого уровня из-за отказа технических средств или неправильных действий опера­тивного персонала.

Отказы АСУ ТП можно классифицировать по виду состоя­ния, в которое может попасть АТК после отказа АСУ ТП, и по причинам их возникновения. Кроме того, их можно разделить на отказы, приводящие к существенным последствиям только при возникновении запросов от объекта (для определения влия­ния этих отказов на процесс изменения состояний АТК необхо­димо учесть характеристики потока запросов), и отказы, при­водящие к существенным последствиям без запросов от объекта (эти отказы непосредственно изменяют состояние АТК). При­мером отказа АСУ ТП первого вида является несрабатывание аварийной защиты при поступлении запроса на ее срабатывание, приведшее к повреждению оборудования. Примером отка­за второго вида является ложное срабатывание защиты, вы­звавшее останов агрегата без такой необходимости.

Состав показателей надежности АСУ ТП. Исходя из необхо­димости дальнейшего определения показателей надежности АТК, в качестве показателей надежности АСУ ТП принимают­ся: средняя наработка на отказ, приводящий к попаданию АТК в определенное состояние (или соответствующий параметр по­тока отказов, или вероятность отсутствия таких отказов за оп­ределенный промежуток времени); вероятность невыполнения АСУ ТП заданных действий при наличии запроса (например, несрабатывание защиты), приводящего к попаданию АСУ ТП в определенное состояние.

Указанные показатели задаются для различных состояний АТК.

Покажем, как эти показатели (совместно с показателями на­дежности объекта) могут быть использованы для определения надежности АТК. Рассмотрим параметр потока попаданий АТК в некоторое из указанных состояний (например, параметр по­тока остановов АТК)

(2.5)

где – параметр потока отказов объекта, не предотвращае­мых действиями АСУ ТП и приводящих к останову АТК; – параметр потока отказов объекта, вызывающих запро­сы на выполнение некоторых действий АСУ ТП (показатели надежности объекта); R – вероятность невыполнения АСУ ТП указанных действий, приводящих к останову АТК; – пара­метр потока отказов АСУ ТП, непосредственно приводящих к останову АТК (показатели надежности АСУ ТП).

При требовании поддержания значения показателя эффек­тивности в качестве комплексного показателя надежности мо­жет использоваться коэффициент сохранения эффективности

(2.6)

где и – показатели эффективности АСУ ТП с учетом от­казов и в предположении, что отказы системы за это время не возникают.