Игумнов Н. П. Типовые элементы и устройства систем автоматического управления (стр. 31 из 33)
Рисунок 9.6 – Принципиальная схема дистанционного указателя положения ДУП
Указатель положения питается переменным напряжением 220 В (клеммы 1 - 2). Стабилитроны Д1 и Д2 предназначены для стабилизации напряжения питания моста. Резистор R1 обеспечивает режим работы стабилитронов. При изменении положения выходного вала исполнительного механизма меняется соотношение сопротивлений плеч ДП; это приводит к изменению тока в диагонали моста, измеряемого прибором ИП, шкала которого отградуирована в процентах. Показания ИП соответствуют положению выходного вала исполнительного механизма в процентах от полного угла поворота вала.
Контрольные вопросы
1. Перечислите типы индикаторных устройств.
2. Как устроен жидкокристаллический индикатор?
3. Каким образом формируется на экране монитора изображение?
Глава10 Надежность систем автоматического управления
10.1 Основные понятия и показатели надежности
Важнейшим свойством систем автоматического управления является надежность. Надежностью называется свойство устройства выполнять необходимые функции, сохраняя в течение заданного промежутка времени эксплуатационных показателей в требуемых пределах. Если все параметры устройства соответствуют требованиям документации, такое состояние называют работоспособным, а событие, состоящие в нарушении работоспособности, - отказом.
Отказ может наступить не только при механических или электрических повреждениях (обрывы, короткие замыкания), но и при нарушении регулировки, из-за «ухода» параметров элементов за допустимые пределы и т.п. Отказы отдельных элементов, а также изменения параметров элементов могут привести к нарушению устойчивости САУ и ухудшению показателей качества переходного процесса (времени установления переходного процесса установившегося значения регулируемого параметра, перерегулирования, установившейся ошибки), что также является отказом системы.
Различают внезапные и постепенные отказы. Внезапные отказы возникают в результате скачкообразного изменения эксплуатационных параметров элемента или устройства. Они являются результатом скрытных недостатков технологии производства или скрытых изменений параметров, накапливающихся в процессе эксплуатации при ударах, вибрациях и т.д. Примеры внезапных отказов - обрыв провода, короткое замыкание, пробой полупроводникового прибора. Постепенные отказы характеризуются, плавными изменениями во времени параметров элементов или устройств, вызванными необратимыми процессами старения, износа, а также нарушением условий регулировки.
Надежность проявляется через безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.
Безотказность – свойство системы (элемента) непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени.
Долговечность – свойство системы (элемента) сохранять работоспособность до наступления предельного состояния с перерывами для технического обслуживания и ремонтов. Предельное состояние может устанавливаться по изменениям параметров, условиям безопасности, экономическими показателями, необходимости капитального ремонта и т.д.
Ремонтопригодность - свойство системы (элемента), заключающееся в приспособлении ее к предупреждению, обнаружению и устранению отказов путем проведения технического обслуживания и ремонта.
Сохраняемость - свойство системы (элемента) непрерывно сохранять исправное, работоспособное состояние в течение всего времени хранения.
Надежность системы управления зависит от условий эксплуатации, схемного и конструктивного исполнения, количества и качества формирующих ее элементов. Надежность элементов зависит от качества материалов, технологии изготовления и т.п.
Поскольку отказы являются случайными событиями, то для исследования надежности применяют теорию вероятностей и математическую статистику.
Количественные характеристики надежности – вероятность безотказной работы, интенсивность отказов, средняя наработка до отказа (среднее время безотказной работы) и др.
Вероятность безотказной работы Р(t) – вероятность того, что в заданном интервале времени t не возникает отказ. При испытании или эксплуатации изделий вероятность безотказной работы определяется следующей статистической оценкой:
где N0 – число изделий в начале испытаний; n(t) – число изделий, вышедших из строя за время t; t – время, для которого определяется вероятность безотказной работы.
При увеличении числа изделий N0 статическая оценка вероятности Р*(t) практически не меняется, т.е. Р(t) = Р*(t).
Интенсивность отказов называется отношение числа изделий, отказавших в единицу времени, к среднему числу изделий, продолжающих исправно работать:
где n(Δt) – число изделий, отказавших в интервале времени от t – Δt/2 до t + Δt/2; N = (Ni+Ni+1)/2 – среднее число изделий, исправно работающих в интервале Δt; Ni, Ni+1 - число исправно работающих изделий соответственно в начале и конце интервала Δt.
 |
Рисунок 10.1 – Типичная зависимость интенсивности отказов аппаратуры во времени
Типичная кривая изменения интенсивности отказов во времени представлена на рисунке 10.1. На участке 0 – t1 (участок приработки) из-за скрытых дефектов интенсивность отказов высока, но с течением времени уменьшается. Для систем управления длительность участка составляет десятки, а иногда сотни часов. Уменьшить его можно за счет предварительной отбраковки и обкатки элементов и блоков.
Участок t1 – t2 (участок нормальной эксплуатации) характеризуется примерным постоянством интенсивности отказов. Длительность участка – тысячи и десятки тысяч часов.
На участке t1 > t2 в результате износа и старения интенсивность отказов начинает возрастать. При достижении времени t2 дальнейшая эксплуатация системы нецелесообразна.
При постоянной интенсивности отказов λ(t) = λ вероятность безотказной работы Р(t) = е-λt.
Средняя наработка до отказа (среднее время безотказной работы) при постоянной интенсивности отказов Tср = 1/λ.
Количественные показатели надежности используются при формировании требований к надежности проектируемых изделий, сравнении изделий по уровню надежности, определении объема запасных частей, расчете сроков службы изделий и т.д.
10.2 Методы расчета на надежность
10.2.1 Общие сведения
Расчет надежности предназначен для определения количественных показателей надежности. Обычно определяют вероятность безотказной работы устройства.
Рассмотрим методы расчета надежности, применяемые на стадии проектирования устройств, при внезапных отказах, отсутствие резервирования, предположении равнонадежности всех однотипных элементов и постоянное интенсивности отказов элементов.
Надежная работа систем управления зависит от электрических режимов работы элементов, механических нагрузок и окружающей среды.
Перегрузка элементов током или напряжением приводит соответственно к перегреву или пробою электрической изоляции. Повышенные механические нагрузки (вибрации, удары и т.п.) вызывают повреждения элементов, ослабление монтажных соединений, обрывы, нарушения регулировок и т.д.
Повышенная влажность способствует снижению сопротивления изоляции, что может вызвать пробои и замыкания цепей. Влага вызывает коррозию рабочих поверхностей контактов и ухудшает их работу. При отрицательных температурах меняются свойства многих изоляционных материалов, происходят трещины и разрывы. Действие повышенной температуры окружающей среды эквивалентно увеличению электрической нагрузки.
Влияние электрических нагрузок и температуры окружающей среды на интенсивность отказов элементов оценивается с помощью соответствующих графиков, рисунок 10.2, 10.3.
 |
Рисунок 10.2 – Зависимость интенсивности отказов конденсаторов от температуры окружающей среды и коэффициента нагрузки
Под коэффициентом нагрузки Кн понимают отношение рабочего значения нагрузки Uр к номинальному значению Uном. Для конденсаторов определяющим параметром нагрузки является рабочее напряжение, для резисторов – мощность рассеяния, для электрических двигателей – рабочая мощность. Учет влияния окружающей среды на интенсивность отказов осуществляется с помощью коэффициента k = λ'/λтабл, где λтабл – табличное значение интенсивности отказов. Для лабораторных условий k = 1, для производственных помещений k = 2,5, для открытых площадок k = 10.