ВВЕДЕНИЕ

Современное промышленное производство невозможно без комплексной автоматизации технологических процессов. Автоматизированные системы управления (АСУ) обеспечивают оптимизацию режимов работы технологического оборудования, повышение производительности, снижение влияния человеческого фактора и обеспечение высокого уровня безопасности технологических установок. Одним из ключевых направлений совершенствования АСУ является обеспечение их надежности, поскольку именно надежность определяет устойчивость функционирования системы, её способность к выполнению заданных функций при воздействии внешних и внутренних факторов.

Обеспечение надежности автоматизированных систем управления представляет собой комплексную инженерную задачу, включающую как аппаратную, так и программную составляющие. Применение методов проектного расчета надежности на ранних этапах проектирования позволяет не только повысить качество и устойчивость функционирования системы, но и минимизировать затраты на её дальнейшую эксплуатацию и обслуживание.

Целью настоящей работы является проведение проектного расчета надежности автоматизированной системы управления установки гидроочистки дизельного топлива и анализ факторов, влияющих на её безотказность.

Задачи работы:

1. Изучить основные понятия, показатели и классификацию отказов АСУ в соответствии с действующими стандартами.

2. Провести расчет показателей надежности АСУ методом среднегрупповых значений интенсивностей отказов.

3. Рассмотреть методы повышения надежности и принципы резервирования автоматизированных систем.

4. Оценить роль технической диагностики и программной надежности в обеспечении устойчивого функционирования системы.

1 Основные понятия и определения

Надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции в заданных режимах, условиях применения, стратегиях технического обслуживания, хранения и транспортирования. [1]

Границ понятия «надежность объекта» не изменяет следующее определение: надежность объекта – свойство объекта сохранять во времени способность к выполнению требуемых функций в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Это определение применяется, когда параметрическое описание объекта нецелесообразно (например, для простейших объектов, работоспособность которых характеризуется по типу «да - нет») или невозможно (например, для систем «машина-оператор»), т. е. таких систем, свойства которых могут не всегда быть охарактеризованы количественно).

К параметрам, характеризующим способность выполнять требуемые функции, относят кинематические и динамические параметры, показатели конструкционной прочности, показатели точности функционирования, производительности и т. п. С течением времени значения этих параметров могут изменяться.

Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать в себя:

- безотказность;

- долговечность;

- ремонтопригодность;

- сохраняемость;

- или определенные сочетания этих свойств (например, для перемонтируемых объектов одним из важнейших свойств является безотказность).

Из этого определения следует, что надежность есть внутреннее, объективное свойство системы, присущее каждому данному ее образцу.

При рассмотрении и расчете надежности очень важно понимать, что такое система, подсистема и элементы.

Можно сказать, что система с точки зрения надежности – это объект, представляющий собой множество взаимосвязанных элементов, рассматриваемых в определенном контексте как единое целое, отделенное от окружающей среды. Для системы обычно определяют конкретную цель, например, выполнение требуемой функции. На работу системы может влиять окружающая среда.

Подсистема – часть системы, представляющая собой систему.

Элемент – это объект рассмотрения, у которого отсутствуют или в рамках данного исследования не рассматривают составные части. Система, применительно к оценке надежности АСУ, имеет весьма широкий обобщающий смысл и включает в себя такие элементы, как ячейка, узел (блок), прибор, установка и др.

Ячейка – отдельная конструкция, не имеющая самостоятельного функционального назначения.

Узел (блок) – несколько деталей, ячеек, объединенных для выполнения определенной функции, но не имеющих как целое самостоятельного эксплуатационного назначения. Примеры узлов: счетчик циклов, регистр команд, шифратор и дешифратор, сумматор и т. д.

Устройство – соединение деталей, узлов, имеющих самостоятельное эксплуатационное назначение. Например, блок питания, арифметическое устройство и др.

Прибор – группа блоков, имеющая конструктивно-самостоятельное назначение.

Установка – группа приборов.

Как уже отмечалось, объект исследования с точки зрения надежности может включать в себя аппаратные средства, программное обеспечение, персонал или их комбинации. Система, как совокупность взаимосвязанных элементов и служащая для выполнения определенной задачи, может быть разбита на любое число элементов, что необходимо для оценки ее надежности. Эта декомпозиция должна останавливаться на уровне таких функциональных элементов, для которых могут быть определены основные показатели надежности. [1]

2 Классификация отказов

Отказ – это событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта, после появления которого характеристики системы выходят за допустимые пределы. Это частичная или полная утрата свойств, которая существенным образом снижает или приводит к полной потере работоспособности системы. В то же время механизмом отказа является совокупность физических и (или) химических процессов, приводящих к возникновению отказа. Из этого определения следует, что отказ может наступать не только при механических или электрических повреждениях элементов (обрывы, короткие замыкания), но и при нарушении регулировки или настроек параметров для АСУ, из-за выхода параметров элементов за допустимые пределы и т. п.

Каждое отдельное несоответствие объекта требованиям, установленным в документации, называется дефектом.

Нарушение исправного состояния объекта при сохранении его работоспособного состояния – это повреждение.

Дефекты и повреждения иногда называют второстепенными неисправностями. Исходя из этого можно дать следующие определения дефектам и неполадкам.

Дефектами называются неисправности, которые в момент их обнаружения не приводят к повреждению или нарушению регулировки системы или отдельных элементов, но могут в будущем вызывать подобные явления. Примеры дефектов: повреждение изоляции, царапины на защитных покрытиях, загрязнение смазки и др.

Неполадками называются неисправности в работе системы, не оказывающие влияния на выполнение ею основных функций. Примеры неполадок: выход из строя части зарезервированного устройства, не приводящий к перерыву в выполнении задачи; выход из строя счетчика времени работы прибора; перегорание лампочки освещения шкалы; увеличение шума и др.

Дефект и (или) повреждение могут служить причиной возникновения частичного или полного отказа объекта. Наличие дефекта или неисправности приводит объект в неисправное состояние.

Для классификации отказов вводят понятия «вид отказа» и «критерии отказа».

Вид отказа – единица классификации отказов на основе установленных критериев: особенностей, причин, последствий отказа, способностей выполнять определенные функции, которые утрачены в результате отказа.

Характерным примером является сбой при выполнении компьютерной программы, устраняемый повторным запуском программы с места остановки.

Критерии отказа – это признак или совокупность признаков нарушения работоспособного состояния объекта, установленные в документации, где под признаком отказа понимается изменение объекта, обусловленное возникновением отказа и которое можно наблюдать.

Рассмотрим более подробно возможность классификации отказов по отдельным признакам.

Моменты возникновения отказов обычно являются случайными событиями. Однако место их возникновения удается иногда предсказать заранее. Это возможно в тех случаях, когда систематически наступает механический или физический износ одного и того же элемента (или узла) во многих однотипных системах. Подобные отказы иногда называют закономерными или систематическими в противоположность отказам случайным, место и моменты возникновения которых заранее предсказать затруднительно.

Систематический отказ, как правило, вызванный определенной причиной, которая может быть устранена только модификацией проекта или производственного процесса, изменением правил эксплуатации. Систематические отказы одних и тех же элементов наиболее часто наблюдаются в начале эксплуатации первых образцов системы и возникают вследствие конструктивных или технологических ошибок. В дальнейшем аппаратура усовершенствуется и подобные отказы не возникают.

Отказы, как случайные события, могут быть независимыми и зависимыми. Отказ какого-либо элемента в системе, не вызванный возникновением других отказов, называется независимым. Отказ, вызванный возникновением других отказов, называется зависимым.

Сбой – самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый незначительным вмешательством оператора, либо может самопроизвольно исчезать без вмешательства обслуживающего персонала после устранения вызвавшей их причины.

В таблице 1 представлена классификация отказов по вышеупомянутым признакам.

Таблица 1

В таблице 2 представлены основные причины, из-за которых могут возникнуть отказы, связанные с различными стадиями жизненного цикла объекта (проектирование, производство, эксплуатация). Приведенные данные являются ориентировочными и не могут отображать статистические зависимости для всех эксплуатируемых систем, но в общем случае дают некоторое представление о том, какие факторы влияют на надежность и их ранжирование в процентном отношении. На рисунке представлена соответствующая диаграмма.

Таблица 2

Важно понять, что основы надежности закладываются на этапах проектирования и изготовления системы и поддерживаются в процессе эксплуатации.

Еще один важный аспект, связанный с надежностью. Расходы на техническое обслуживание и ремонт могут составлять до 50 % суммарного объема вложений в изготовление аппаратуры, что требует особого изучения этого вопроса и систематической работы по учету отказов и причин их возникновения.

Рисунок 1. Диаграмма распределения отказов

Сбор сведений об отказах объектов может проводиться либо персоналом, непосредственно занимающимся техническим обслуживанием, либо представителями службы надежности. В последнем случае достоверность и полнота информации повышаются. В любом случае необходимы мероприятия по проверке заполнения первичных документов и стимулирования правильности записей. Основными первичными документами об отказах объектов являются журналы, формуляры и карточки отказов. При большом числе элементов в системе, находящихся под наблюдением, удобно вести журнал. Преимущество журналов состоит в их компактности, простоте регулярного контроля и привычности для эксплуатационного персонала.

Формуляры ведутся на каждый технический объект и поэтому содержат информацию об объекте с начала его эксплуатации (сведения об отказах, восстановлениях, профилактике, доработке и т. п.).

Карточки отказов, представляющие собой бланки с вопросами, на которые надо дать ответ, заполняются при каждом отказе объекта. В карточки отказов вносятся следующие сведения:

- номер карточки;

- тип и серийный номер системы;

- длительность работы до появления отказа;

- условия работы (испытания), при которых появился отказ;

- внешние признаки неисправности (отказа);

- местоположение, тип и серийный номер отказавшего элемента;

- вероятная причина появления отказа;

- требуемый ремонт;

- трудозатраты на ремонт;

- дата и подписи лица, заполнявшего карточку, и начальника, проверившего правильность сведений.

Кроме этих сведений на карточках отказов записывается и другая информация, характерная для исследуемого объекта. Сбор сведений об отказах является ответственным этапом при исследовании надежности элементов и систем и нахождения причины отказов. Вся информация об отказах должна храниться в базе компьютеров. При накоплении данных вычисляются и уточняются значения показателей надежности, а также планируются мероприятия по техническому обслуживанию (ТО).

Более консервативной формой представления сведений об отказах являются периодические отчеты об эксплуатации определенного количества однотипных систем (элементов). Обычно эти сведения оформляются в виде таблиц (ведомостей) отказов.

Получение и систематизация сведений об отказах в процессе эксплуатации является необходимым и крайне важным моментом для оценки надежности и предотвращения отказов.

3 Показатели надежности АСУ

В качестве показателей надежности АСУ используют показатели, характеризующие:

- надежность реализации функций системы;

- опасность возникновения в системе аварийных ситуаций.

Описание надежности АСУ по функциям (по Ф11 АСУ) осуществляют:

- по отдельным составляющим надежности — единичными показателями:

- по нескольким составляющим надежности совместно — комплексным показателям надежности.

Для описания надежности АСУ по непрерывно-выполняемым функциям (Н-функции) и по дискретно-выполняемым функциям (Д-функнии) используют различные показатели. [2]

3.1 Показатели безотказности

Основными единичными показателями безотказности являются:

- средняя наработка системы на отказ в выполнении i-й функции (средняя наработка на отказ i-й ФП АСУ) – ;

- вероятность безотказного выполнения системой i-й функции (вероятность безотказной работы i-й ФП АСУ) в течение заданного времени t–(t).

Допускается использовать следующие показатели:

- среднюю наработку системы до отказа в выполнении i-й функции (средняя наработка до отказа i-й ФП АСУ) – ;

- параметр потока отказов системы в выполнении i-й функции (параметр потока отказов i-й ФП АСУ) – Ωi;

- интенсивность отказов системы в выполнении i-й функции (интенсивность отказов i-й ФП АСУ) – λi. [2]

3.2 Показатели ремонтопригодности

Основными единичными показателями ремонтопригодности являются:

- коэффициент готовности системы к выполнению i-й функции (коэффициент готовности i-й ФП АСУ) – ;

- коэффициент технического использования системы по i-й функции (коэффициент технического использования i-й ФП АСУ) – ;

- коэффициент сохранения эффективности системы по i-й функции (коэффициент сохранения эффективности i-й ФП АСУ) – . [2]

3.3 Показатели долговечности

Основными показателями долговечности являются:

- средний ресурс i-й подсистемы АСУ (АСУ в целом) – ;

- средний срок службы i-й подсистемы АСУ (АСУ в целом) – .

Допускается также использовать следующие показатели:

- гамма-процентный ресурс i-й подсистемы АСУ (АСУ в целом) – ;

- гамма-процентный срок службы i-й подсистемы АСУ (АСУ в целом)– . [2]

3.4 Показатели сохраняемости

Основными показателями сохраняемости являются:

- средний срок сохраняемости – математическое ожидание срока сохраняемости объекта:

, (1)

где Тсi – срок сохраняемости i-ого объекта.

- гамма-процентный срок сохраняемости – календарная продолжительность хранения и (или) транспортирования объекта, в течении и после которой показатели безотказности, долговечности и ремонтопригодности объекта не выйдут за установленные пределы с вероятностью γ, выраженной в процентах. Выражение для расчета
показателя Тсγ:

(2)

- назначенный срок хранения – календарная продолжительность Тс.н. хранения в заданных условиях, по истечении которой применение объекта по назначению не допускается, независимо от его состояния.

- установленный срок сохраняемости – технико-экономически обоснованный (или заданный) срок хранения Тс.у., обеспечиваемый конструкцией и эксплуатацией в пределах которого показатели безотказности, долговечности, ремонтопригодности объекта сохраняются теми же, какими они были у объекта до начала его хранения и (или) транспортирования.

4 Анализ надежности АСУ в процессе проектирования методом расчета по среднегрупповым значениям интенсивностей отказов

При расчете надежности по среднегрупповым значениям интенсивностей отказов исходными данными являются средняя (по числу элементов системы данной группы i) интенсивность отказов λi и количество этих элементов Ni в системе. Основная расчетная формула выглядит следующим образом:

, (3)

где:

– суммарная интенсивность отказов системы

Для проведения расчета воспользуемся данными о интенсивности отказов и количестве разного оборудования из таблицы 3.

Таблица 3

Компонент АСУТП	Интенсивность отказов (λ), 1/ч	Количество, шт
Датчики давления	1,5×10⁻⁶	45
Датчики температуры	1,2×10⁻⁶	38
Датчики расхода	2,1×10⁻⁶	12
Датчики уровня	1,8×10⁻⁶	8
ПЛК (центральный процессор)	5,0×10⁻⁶	2
Модули дискретного ввода/вывода	0,8×10⁻⁶	24
Модули аналогового ввода/вывода	1,2×10⁻⁶	18
Регулирующие клапаны	3,5×10⁻⁶	22
Отсечные задвижки	2,8×10⁻⁶	15
Источники питания	2,5×10⁻⁶	4
Сетевые коммутаторы	1,5×10⁻⁶	3

После расчета суммарной интенсивности отказов λΣ каждого компонента АСУТП получаем данные, представленные в таблице 4.

Таблица 4

Далее следует вычислить среднюю наработку на отказ системы, а также вероятность безотказной работы в течении месяца и в течении года по следующим формулам соответственно:

(4)

(5)

(6)

 

Подстановка ранее полученных значений дает следующие результаты: , , .

Полученные результаты уже дают первое представление о надежности АСУТП, но для повышения точности следует провести вычисления с учетом резервирования системы. В этом случае обратимся к новым показателям для расчетов из таблицы 5.

Таблица 5

С учетом новых данных получаем следующие значения средней наработки на отказ системы, а также вероятности безотказной работы в течении месяца и в течении года: , , .

Поскольку требуемыми значениями для полученных показателей являются , , , то можно считать, что рассматриваемая АСУТП соответствует установленным требованиям к надежности.

5 Методы повышения надежности АСУ

Большое влияние на надежность элементов и систем оказывают конструктивно-производственные факторы и соответствующие мероприятия по обеспечению надежности, действующие на стадиях проектирования и изготовления системы.

На стадии проектирования повышение надежности обеспечивается:

- выбором схемы;

- выбором элементов и режимов их работы;

- выбором конструктивного решения системы;

- удобством технического обслуживания и восстановления;

- изучением и учетом недостатков проектирования, выявленных при испытаниях.

Отметим, что хотя процесс проектирования во многом и предопределяет надежность системы, реализация проектных решений в значительной степени связана с организацией производства составляющих систем при их изготовлении.

Мероприятия, связанные с обеспечением надежности в процессе производства, можно свести в следующие группы:

- строгое соблюдение и совершенствование технологии производства отдельных элементов;

- автоматизация производства;

- тренировка элементов и систем;

- настройка и налаживание систем;

- текущий и выходной контроль.

Рассмотрим более подробно отдельные подходы, связанные с повышением надежности на этапе проектирования и изготовления.

1. Наиболее рациональными способами повышения надежности на стадии проектирования являются включение схемных решений резервирования и использование систем встроенного автоматического контроля, что сокращает время устранения неисправностей и дает возможность прогнозировать отказы. Это также может обеспечить автоматическое включение резервных элементов и непрерывную работу оборудования.

2. Выбор наиболее надежных элементов. Выбор того или иного типа элемента должен быть связан с анализом требований к надежности системы в целом (может оказаться, что предъявляемые требования таковы, что при данном числе элементов и при данных условиях работы системы их можно обеспечить, выбирая не самые надежные, но с меньшей себестоимостью элементы).

3. Облегчение режимов работы элементов. Улучшить условия работы элементов можно, во-первых, уменьшая вредное влияние окружающей среды и внешних воздействий и, во-вторых, облегчая электрические режимы работы. Уменьшить вредное влияние окружающей среды и вредных воздействий можно, создавая искусственный климат и демпфируя систему. Облегчить электрические режимы работы элементов можно понижением коэффициентов нагрузки и уменьшением температуры окружающей среды, и др.

4. Организация текущего и выходного контроля. Текущий контроль обычно производится на различных стадиях сборки и наладки системы. Качество этого контроля оказывает существенное влияние на надежность системы. Методика текущего (промежуточного) контроля разрабатывается применительно к конкретным образцам системы. Обычно предусматриваются контрольные операции после окончания монтажа, после настройки и налаживания отдельных узлов системы. К мерам текущего и выходного контроля относятся также испытания опытных образцов. Целью испытаний опытных образцов является выявление слабых с точки зрения надежности элементов системы, недостаточная надежность которых обусловлена ошибками проектирования.

5. Выходной контроль элементов, поступающих со смежных предприятий. При их производстве могут быть допущены отклонения от заданной технологии производства, а, следовательно, отклонения характеристик от номинальных значений.

6. Правильный выбор изоляционных материалов. Они должны выдерживать механические и электрические нагрузки во всех диапазонах эксплуатационных условий. При выборе материалов необходимо учитывать как конструктивные, так и производственно-экономические факторы. Используемые материалы должны иметь такую скорость старения, при которой будет обеспечен необходимый технический ресурс системы и необходимый срок ее хранения. [1]

6 Резервирование АСУ

Избыточность – есть превышение веса, габаритов или возможностей отдельных элементов системы по сравнению с минимально необходимыми для заданной структуры. Она связана с обеспечением заданной надежности. Т.е. дополнительные средства и возможности сверх минимально необходимых для выполнения системой заданных функций.

Задача введения избыточности – обеспечить нормальное функционирование системы после возникновения отказов в ее элементах.

Создание более простой структуры, в особенности, если она получена в результате объединения по какому-либо критерию качества, всегда приводит к ухудшению таких важных показателей, как качество переходного процесса, устойчивость и точность. Следовательно, единственным способом сохранения этих важных характеристик в течение длительного времени является повышение надежности автоматической системы при заданной ее структуре. Для повышения надежности приходится выбирать наиболее качественные элементы, обладающие высокой надежностью, облегчать режимы работы элементов, либо вводить резервирование, что приводит к некоторой избыточности системы по указанным характеристикам. [1]

Резервирование – это способ обеспечения надежности объекта за счет использования дополнительных средств и/или возможностей сверх минимально необходимых для выполнения требуемых функций. [4]

В зависимости от вида избыточности различают следующие виды резервирования:

1. Информационное резервирование предусматривает использование избыточной информации. Использование информационного резервирования влечет за собой необходимость введения избыточных элементов. Пример информационного резервирования, многократная передача одного и того же сообщения по каналу связи.

2. Структурное резервирование предусматривает использование избыточных элементов объекта. В минимально необходимый вариант системы, элементы которой называют основными, вводятся дополнительные элементы, устройства либо даже вместо одной системы предусматривается использование нескольких идентичных систем. Это делается для повышения безотказности систем. При этом эти избыточные резервные структурные элементы имеют единственное назначение – взять на себя выполнение рабочих функций при отказе соответствующих основных элементов.

3. Временное резервирование предусматривает использование избыточного времени. Создастся за счет повышения производительности аппаратуры, безынерционности его элементов и т. п. Предполагается возможность возобновления прерванного в результате отказа функционирования аппаратуры путем се восстановления. Например, в автоматических производственных линиях предусматривают накопители изготовляемых деталей, что при повышенной производительности оборудования позволяет допускать ограниченные во времени перерывы в работе отдельных звеньев линии без нарушения процесса обработки деталей па отдельных технологических операциях.

4. Функциональное резервирование – резервирование с применением функциональных резервов. Такой вид резервирования характерен для многофункциональных систем. Возможные случаи его использования: либо отказ многофункционального элемента позволяет далее использовать его в данном объекте для других целей, либо такой элемент в случае отказа другого элемента данного объекта принимает на себя выполнение функций отказавшего элемента в дополнение к своим основным функциям. Такое резервирование может иметь место при решении системы одной задачи при различных способах функционирования. Например, передача информации различными способами в зависимости от того, какие элементы объекта остались работоспособными. [1]

7 Техническая диагностика АСУ. Алгоритмы и методы диагностирования

Техническая диагностика является научной дисциплиной, содержание которой заключается в изучении и определении действительного состояния системы и характера его изменения во времени.

Задачи, решаемые диагностикой, очень разнообразны. Она интенсивно развивается в направлении совершенствования формализованных методов алгоритмизации поиска дефектов, определения работоспособности устройств и систем и создания автоматизированных диагностических комплексов. Создаются рациональные аналитические методы построения программ диагностирования. Находятся пути и способы сокращения объема необходимых вычислений, также определяются методы оптимизации поиска дефектов и оптимизации программ диагностирования. В общем виде структура технической диагностики представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Структура технической диагностики

Важными в диагностике являются понятия «метод» и «алгоритм диагностирования», т. е. определение технического состояния объекта.

Под методом диагностирования понимается совокупность операций, действий, позволяющих дать объективное заключение о состоянии объекта.

Под алгоритмом диагностирования понимается совокупность предписаний, которые определяют порядок действий при проведении диагностирования. Алгоритм диагностирования реализуется с помощью средств технического диагностирования. Основные термины и определения в соответствие с ГОСТом будут приведены ниже.

Процесс постановки диагноза в общем виде представлен на рисунке 3.

Рисунок 3. Процесс постановки диагноза

Классификация методов обнаружения дефектов представлена в таблице6. [5]

Таблица 6

8 Принципы обеспечения программной надежности АСУ

Поскольку в АСУ ТП присутствует программное обеспечение (является составным элементом АСУ ТП), то отказ программных изделий может вызвать потерю возможности выполнения требуемой функции. Чаще всего, выявить ошибки в ПО и определить надежность продукта можно выявить только на этапах тестирования и эксплуатации, однако сделать прогноз частоты появления ошибок возможно и на стадии проектирования.

Можно выделить следующие основные источники отказов программных средств:

1. Несовершенство технического задания;

2. Ошибки при программировании;

3. Неправильная эксплуатация/изменение условий эксплуатации.

Данные категории тесно связаны с человеком и возникают, в большинстве случаев, как следствие его деятельности.

Этап составления технического задания на программирование охватывает, в основном, принципиальную алгоритмическую часть. Вместе с тем, имеется достаточно большое количество вопросов, на которые следовало бы обращать внимание при составлении ТЗ. Неправильное формирование ТЗ на разработку программного обеспечения часто приводит к последующему выходу из строя ПО и отказу оборудования и/или системы управления в целом. Зачастую, ошибки на этапе составления ТЗ являются самыми критичными и трудно прогнозируемыми, поскольку выявление ошибок на последующих этапах жизненного цикла изделия поддаются программно-аппаратной диагностике.

Для устранения или уменьшения числа ошибок рекомендуется модульное исполнение программного обеспечения. Модули не должны содержать большое число операторов. Известной реализацией этого подхода является создание библиотек стандартных подпрограмм. Помимо модульного исполнения, в настоящий момент существуют программные проверки исходного кода на предмет синтаксических и логических ошибок. Также, на предприятиях и проектах активно внедряется система контроля качества производства по европейским стандартам ISO 9001 и стандарты Quality Assurance.

Из-за специфики человеческого фактора, невозможно перечислить все механизмы отказов по причине ошибок персонала. Однако ясно, что требуется применять в первую очередь организационные меры устранения подобных отказов. Например, дублирование действий при подготовке информации, автоматическая проверка правильности информации по выбранным признакам, проверка выполнения плана профилактических работ, документирование действий с целью повышения внимания и ответственности выполнения операций эксплуатационным персоналом и т.д. [5]

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассмотренная в работе автоматизированная система управления технологическим процессом установки гидроочистки дизельного топлива является сложным многоуровневым объектом, функционирование которого напрямую зависит от надежности аппаратных, программных и организационно-технических компонентов. Проведённый проектный расчет надежности подтвердил, что обеспечение высокой степени безотказности и устойчивости работы АСУ возможно только при системном подходе, включающем анализ структуры системы, расчёт показателей надежности и реализацию мер по их повышению на всех стадиях жизненного цикла.

Расчёт надежности методом среднегрупповых значений интенсивностей отказов показал, что наибольший вклад в общую интенсивность отказов вносят датчики давления, регулирующие клапаны и блоки ввода/вывода. Проведённые вычисления позволили определить суммарную интенсивность отказов системы и среднюю наработку на отказ, а также оценить вероятность безотказной работы за месячный и годовой периоды эксплуатации. Полученные значения соответствуют требованиям нормативных документов и свидетельствуют о том, что спроектированная система удовлетворяет заданным показателям надёжности. Дополнительное применение резервирования ключевых компонентов (ПЛК, источников питания, сетевых коммутаторов) позволило значительно снизить совокупную интенсивность отказов, повысив коэффициент готовности системы до требуемого уровня.

Проведённый анализ также подтвердил, что обеспечение надёжности АСУТП невозможно без учёта организационно-технических и программных факторов. Большая часть отказов в автоматизированных системах приходится на стадии проектирования и эксплуатации, что обусловливает необходимость применения специализированных программных средств расчёта и моделирования надёжности уже на ранних этапах разработки.

На основании выполненного проектного расчёта установлено, что повышение надёжности АСУ установки гидроочистки дизельного топлива достигается за счёт комплекса инженерных мероприятий. Среди них – использование резервирования аппаратных и программных компонентов, оптимизация схемных решений, выбор элементов с низкими интенсивностями отказов, внедрение средств встроенной диагностики и автоматического контроля состояния оборудования.

Отдельного внимания заслуживает обеспечение программной надёжности. Ошибки в алгоритмах управления, некорректные настройки или неучтённые факторы эксплуатации могут привести к сбоям даже при высокой аппаратной надёжности.

Разработанная методика проектного расчёта надёжности и предложенные меры повышения отказоустойчивости могут быть использованы при проектировании аналогичных систем управления в нефтегазовой, химической и энергетической отраслях. Применение комплексного подхода, сочетающего аппаратные, программные и диагностические решения, обеспечивает соответствие автоматизированной системы управления современным требованиям промышленной надёжности, долговечности и технологической безопасности.