на тему: Расчёт надёжности систем автоматики

 

Студент: Хямяляйнен Т.Л.

Группа:5-МД-5

Проверил: Смирнов И. Н..

 

Санкт-Петербург

Процедура расчета включает в себя следующие этапы:

– разделение системы на элементы и составление логической схем надежности;

– определение показателей надежности элементов;

– расчет показателей надежности объекта.

Остановимся подробнее на этих этапах.

Разбить систему на элементы в принципе можно произвольно. Однако целесообразно в качестве элементов рассматривать типовые узлы или детали, для которых можно указать показатели надежности, не зависящие от их применения в конкретной системе. Обычно в качестве элементов электрических схем рассматривают резисторы, конденсаторы, транзисторы, электродвигатели, реле и другие широко распространенные детали. Элементами механических устройств принято считать зубчатые колеса, подшипники, крепежные детали и т. п. В качестве элементов могут выступать и достаточно сложные устройства, например измерительные приборы, если известны их показатели надежности.

В качестве показателей надежности элементов рассматриваются их интенсивности отказов. При этом следует руководствоваться данными конструкторской документации изготовителей и разработчиков, техническими отчетами об испытаниях или об изучении эксплуатационных данных, а также справочниками. Последний путь является основным при курсовом и дипломном проектировании ввиду ограниченного доступа к другой литературе.

Необходимо отметить, что справочные данные нередко значительно отличаются друг от друга вследствие того, что характеристики надежности элементов существенно разнятся в зависимости от их завода-изготовителя, модификации и года выпуска. В некоторых справочниках указываются три значения интенсивности отказов для каждого элемента минимальное, максимальное и среднее, на которое и следует ориентироваться. Вместо интенсивностей отказов иногда приводятся коэффициенты надежности ki, определенные как отношение интенсивности отказов i рассматриваемого -го элемента к интенсивности отказов 0 некоторого базового элемента ki = i / 0 .Зная 0, нетрудно вычислить по этим коэффициентам и сами значения i :

 

i=ki 0 . (1)

 

Интенсивноcти отказов обычно указываются в справочниках для нормальных условий эксплуатации элементов (температура окружающего воздуха 20 °С, относительная влажность воздуха 30¸80 %, давление 840¸1600 ГПa, внешние механические воздействия отсутствуют, значения электрических нагрузок соответствуют стандартам и техническим условиям). Расчет надежности системы обычно также предусматривает ее эксплуатацию в нормальных условиях. Однако эти условия могут не соблюдаться для отдельных ее элементов вследствие их местного нагрева, отличных от номинальных электрических нагрузок и т. п.

Учет условий работы элементов электрических схем осуществляют с помощью поправочных коэффициентов по формулe

 

Н, (2)

 

где – фактическая, а Н номинальная, т. е. относящаяся к нормальным условиям интенсивность отказов. Коэффициенты могут учитывать влияние вибраций, повышенной влажности и других воздействий. Часто их определяют по графикам, составленным на основании опытных данных, которые учитывают основные факторы – температуру T и электрические нагрузки. Обычно графики строятся в осях , T при различных значениях коэффициентов нагрузки kН.

В свою очередь, коэффициенты kН находятся по формуле

 

kН=NФ /NД , (3)

 

в которой NФ и NД – фактическое и допустимое значения некоторого определяющего электрического параметра.

Задание: Рассчитать показатели надежности принципиальной электрической схемы петельного полуавтомата фирмы «Некки» со стабилизацией частоты вращения доводки воздействием на электромагнитный тормоз, состоящей из следующих основных блоков (схема и её описание приведены ниже).

 

1. Блок питания

2. Устройство подъёма лапки и управление ножами (Исполнительные механизмы)

3. Управление электропривода

4. Устройство стабилизации частоты вращения (управление ЭмТ )

5. Управление аварийного останова

Состав блоков, интенсивности отказов входящих в них элементов и условия работы приведены ниже в соответствии с табл. 2 (названия граф опущены, а их цифровые обозначения сохранены). Электрическая нагрузка для каждого элемента указана в соответствии с табл.1, а коэффициенты нагрузки определены по формуле (3). Поправочные коэффициенты найдены по графикам приложения А.

Интенсивности отказов блоков согласно нумерации последних обозначены 1 5.

 

Таблица 2

  Наименование элемента Количество элементов n Номинальная интенсивность отказов Н, 10-6 1/ч Рабочая температура, 0C Нагрузка     kН     Фактическая интенсивность отказов , 10-6 1/ч     n, 10-6 1/ч
фактическая NФ допустимая NД

 

 

Блок питания

Асинхронный двигатель Выключатель       2,4   0,2       150Вт   -   300Вт   -   0,5   -   0,4   -   0,96   0,2   0,96   0,6  

1=1,5610-6 1/ч

 

Устройство подъёма лапки и управление ножами

Выпрямитель Реле   Резистор Конденсатор Микропереключатель Кнопка Реле времени   Электромагнит     0,2 0,3   0,1 0,4 0,4 0,8 1,0   0,3     10ВА100 мА 1,3Вт 350В - - 240 мА 100В 20ВА 160 мА 2,0Вт 500В - - 480 мА 200В 0,5 0,625   0,65 0,7 - - 0,5   0,5 0,4 0,5   0,5 0,4 - - 0,4   0,4 0,08 0,15   0,05 0,16 0,4 0,8 0,2   0,08 1,95   0,1 0,32 1,2 1,6 0,1 0,3

2=5,6510-6 1/ч

 

Управление электропривода

Выпрямитель   Реле   Резистор Электромагнитная муфта Диод Микропереключатель Тумблер Электромагнит       0,2   0,3   0,1   0,3 0,4 0,1 0,3       150ВА 100мА 1,3Вт 150Вт 10 ВА - - 100В 300 ВА 160 мА 2,0Вт 300 Вт 20 ВА - - 200В 0,5   0,625   0,65 0,5   0,5 - - 0,5 0,4   0,45   0,5 0,4   0,4 - - 0,4 0,08   0,135   0,05 4,0   0,12 0,4 0,1 0,12 0,08   1,485   0,05 4,0   0,12 0,4 0,3 0,12

3=6,55510-6 1/ч

 

Устройство стабилизации частоты вращения и останова ЭмТ

Реле времени   Реле   Синхронизатор Электромагнитный тормоз Диод   Микропереключатель         0,3   0,3   0,5   0,3   0,4         240мА 100мА - 150Вт 10 ВА - 480 мА 160 мА - 300 Вт 20 ВА - 0,5   0,625   - 0,5   0,5   - 0,4   0,45   - 0,4   0,4   - 0,12   0,135   0,5 4,0   0,12   0,4 0,36   0,405   1,0 4,0   0,12   0,4

4=6,28510-6 1/ч

Управление аварийного останова

Реле Микропереключатель Тумблер Триод Потенциометр Резистор Конденсатор Тахогенератор 0,3 0,4 0,1 0,5 5,0 0,1 0,4 4,0 100 мА - - 15 ВА 0,5 Вт 1,3 Вт 350 В 30 Вт 160 мА - - 30 ВА 1,2 Вт 2,0 Вт 500 В 50 Вт 0,625 - - 0,5 0,4 0,65 0,7 0,6 0,45 - - 0,4 0,3 0,5 0,55 0,43 0,135 0,4 0,1 0,2 1,5 0,05 0,22 1,72 0,405 0,4 0,1 0,2 3,0 0,05 0,66 1,72

5=6,53510-6 1/ч

 

Интенсивность отказов всей системы равна сумме найденных значений 15:

= 1 + 2 + 3 + 4 + 5 =26,58510-6 1/ч.

 

Вероятность безотказной работы в течение t = 4000 ч составит

 

=e-0,10634 =0,899118896

 

или после округления

 

0,9

В качестве дополнительной характеристики, учитывающей свойство ремонтопригодности системы, рассчитаем коэффициент готовности . Для вычислений по формуле (11) необходимо определить среднее время безотказной работы каждого блока (среднюю наработку до отказа) по формуле (6):

 

T01 = 1/1 = 641 000 ч, T02 = 1/2 = 177 000 ч, T03 = 1/3 = 153 000 ч,

T04 = 1/4 = 160 000 ч, T05 = 1/5 = 153 000 ч.

 

На основании опыта эксплуатации аналогичных систем примем следующие значения среднего времени восстановления каждого блока:

 

ТВ1 = 24 ч, ТВ2 = 9 ч, ТВ3 = 3 ч, ТВ4 = 1 ч, ТВ1 = 19 ч.

 

По формуле (11) определим коэффициент готовности системы:

 

= = 0,999 76

Это значение также следует округлить:

 

0,999 8.

 

В окончательном ответе приведем округленные значения показателей:

вероятность безотказной работы системы в течение 4 000 ч равна 0,9;

коэффициент готовности равен 0,999 8.