Эмиссия газов от очистных сооружений канализации: В последние годы внимание мирового сообщества сосредоточено на экологических проблемах...
Типы оградительных сооружений в морском порту: По расположению оградительных сооружений в плане различают волноломы, обе оконечности...
Топ:
Проблема типологии научных революций: Глобальные научные революции и типы научной рациональности...
Методика измерений сопротивления растеканию тока анодного заземления: Анодный заземлитель (анод) – проводник, погруженный в электролитическую среду (грунт, раствор электролита) и подключенный к положительному...
История развития методов оптимизации: теорема Куна-Таккера, метод Лагранжа, роль выпуклости в оптимизации...
Интересное:
Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов: Изучение оползневых явлений, оценка устойчивости склонов и проектирование противооползневых сооружений — актуальнейшие задачи, стоящие перед отечественными...
Влияние предпринимательской среды на эффективное функционирование предприятия: Предпринимательская среда – это совокупность внешних и внутренних факторов, оказывающих влияние на функционирование фирмы...
Отражение на счетах бухгалтерского учета процесса приобретения: Процесс заготовления представляет систему экономических событий, включающих приобретение организацией у поставщиков сырья...
Дисциплины:
2017-11-22 | 429 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
В судовых автоматизированных электрических системах управления и контроля широко используются контактные (контактно-релейные элементы) и бесконтактные (полупроводниковые элементы) логические устройства (ЛУ).
Основные причины отказов контактных ЛУ заключаются в неисправности контактов и катушки, а бесконтактных элементов - в неисправности их компонентов. Общими причинами отказов для обоих видов ЛУ являются неисправности монтажа.
Несмотря на различие причин отказов контактных и бесконтактных ЛУ все множество отказов можно свести к двум типам:
отказ по нулю (отказ типа обрыва), когда в результате отказа проводимость цепи коммутационного элемента контакта вместо значения 1 (цепь замкнута) принимает значение 0 (цепь разомкнута);
отказ по единице (отказ типа КЗ), когда в результате отказа проводимость цепи вместо значения 0 принимает значение 1.
Один и тот же контакт не может одновременно иметь отказы обоих типов, так как эти события несовместимы, поэтому общая вероятность отказа контакта за время t
Qк(t) = Qк0(t) + Qк1(t)
где Qк0(t) - вероятность отказа контакта по нулю; Qк1(t) -вероятность отказа контакта по единице. Соответственно вероятность безотказной работы контакта
Рк(t) = 1 - Qк(t) = 1 - Qк0(t) - Qк1(t). (3.116)
Обычно задача определения показателей надежности ЛУ заключается в определении за время t вероятности отказа по нулю Q0(t), по единице Q1(t) и вероятности безотказной работы P(t) ЛУ. На основе значений Q0(t) и Q1(t) при недостаточно высоком значении Р(t) выбирают способ повышения безотказности ЛУ.
При расчете показателей надежности ЛУ обычно принимают следующие допущения: отказы элементов ЛУ независимы; вероятности отказов для замыкающих и размыкающих контактов одного элемента (например, одного реле) одинаковы; время работы каждого элемента и его составляющих (контактов, катушек) равны времени работы ЛУ в целом.
|
В расчетах показателей надежности ЛУ их представляют в виде элементарных последовательных и параллельных цепей. Под элементарной последовательной (параллельной) цепью понимают цепь, состоящую только из последовательно (параллельно) соединенных контактов. Элементарная цепь рассматривается как эквивалентный некоторой цепи в отношении надежности контакт с вероятностью отказов:
для параллельной цепи по нулю Q0np и по единице Q1np, а для последовательной соответственно Q0пc и Q1пc.
Условием работоспособности элементарной цепи, состоящей как из последовательных, так и из параллельных контактов считается работоспособность всех ее контактов.
Пусть элементарная цепь состоит из электрически последовательно соединенных контактов а и b с вероятностями отказов Q0a, Q1a и Q0b, Q1b и соответственно с вероятностями безотказной работы
Pa = 1 - Q0a - Q1a; Pb= 1 - Q0b - Qlb.
Вероятности отказов такой цепи могут быть определены с помощью метода гипотез. Под гипотезой понимается определенная комбинация возможных состояний элементов (контактов) данной цепи. Каждый контакт может находиться в трех состояниях: И - исправен; 1 - отказ по единице (неисправен); 0 - отказ по нулю (неисправен).
Таким образом, число гипотез для цепи, состоящей из k контактов, равно 3k. Возможные девять гипотез Г1... Г9 для цепи из двух последовательно соединенных контактов приведены в табл.3.14.
Вероятность реализации любой гипотезы равна произведению вероятностей, соответствующих этой гипотезе состояний контактов. Например, для гипотез Г2 и Г5 соответственно
Q(Г2) = Q0aPb = Q0a(1 - Q0b - Q1b); Q(Г5) = Q0aQ1b.
Таблица 3.14.
Гипотезы о возможных состояниях последовательно соединенных элементов
Схема соединения | Гипотезы | ||||||||
Г1 | Г2 | Г3 | Г4 | Г5 | Г6 | Г7 | Г8 | Г9 | |
и | И | И | |||||||
и | И | И |
|
Вероятность отказа всей цепи по нулю или по единице равна сумме вероятностей гипотез, в которых предполагается такой отказ, при этом гипотезы, в которых предполагаются отказы одного контакта по нулю, а другого по единице, относятся к отказам всей цепи по нулю. Тогда вероятность отказа всей рассматриваемой цепи по нулю будет равна сумме вероятностей следующих гипотез:
(Q0пc) ab = В ер (Г2) + Вер (Г3) + Вер (Г4) + Вер (Г5) + Вер (Г6).
Подставив в это выражение значения Вер(Гi), i = 2...6, нетрудно получить
(Q0 пс )ab = Q0aPb + Q0bPa + Q0aQ0b + Q0aQ1b + Q1aQ0b =
= Q0a(1 - Q0b - Q1b) + Q0b (1 - Q0a - Q1a) + Q0aQ0b + Q0aQ1b + Q1aQ0b =
= 1 - (1 - Q0а)(l - Q0b).
Вероятность отказа всей рассматриваемой цепи по единице
(Q1пс)ab = Bep(Г7) + Bep (Г8) + Вер (Г9) = = (1 - Q0а)(l - Q0b) - РаРb.
Вероятность отказа цепи с учетом отказов по нулю и по единице
Qab nc = (Q0 пс )ab+ (Qlпс)ab = 1 - PaPb.
В общем случае для цепи, состоящей из k последовательно соединенных контактов, можно получить
Q0nc = Q1пс =
Pпс = , (3.117)
где Pi = 1 - (Q0i + Q1i) - вероятность безотказной работы i-го контакта с учетом отказов по нулю и по единице в соответствии с (3.116).
Для элементарной цепи, состоящей из электрически параллельно соединенных контактов а и bтакже возможны девять гипотез о состояниях контактов (табл.3.15)
Таблица 3.15.
Гипотезы о возможных состояниях параллельно соединенных элементов
Схема соединения | Гипотезы | ||||||||
Г1 | Г2 | Г3 | Г4 | Г5 | Г6 | Г7 | Г8 | Г9 | |
И | и | И | |||||||
И | и | И |
Вероятность отказа цепи по нулю равна сумме вероятностей гипотез, в которых такой отказ возможен для параллельно со-, единенных элементов:
(Q0np)ab = Bep(Г8) + Bep(Г3) - Bep(Г4) =
= Q0aPb + PaQ0b + Q0aQ0b = (1 - Q1a) (1 - Q1b) - PaPb.
Вероятность отказа цепи по единице соответственно будет
(Q1np)ab = Bep(Г5) + Bep(Г6) + Bep(Г7) + Bep(Г8) + Bep(Г9) =
= Q1aPb + PaQ1b + Q1aQ1b + Q0aQ1b + Q1aQ0b = 1 - (1 - Q1а)(l - Q16).
Для цепи, состоящей из k параллельно соединенных контактов, можно получить
Q0np =
Q1np = (3.118)
Qпp= Pпр =
Пример. Для каждой из двух логически равносильных электрических схем (рис.3.36, а, б) определить вероятность отказа по единице, вероятность отказа по нулю и вероятность безотказной работы. При этом для каждого контакта вероятность отказа по нулю равна вероятности отказа по единице: Q 0i = Q 1i = 0,1. Условием работоспособности схем является работоспособность всех ее контактов.
|
Так как для каждого контакта Q0i = Q1i, для каждого контакта будет одинаковой и вероятность безотказной работы
Pi = 1 - Q0i - Q1i = 1 - 0,1 - 0,1 = 0,8.
Условием работоспособности каждой схемы является работоспособность всех ее элементов, поэтому для каждой из трех последовательных цепей схемы на рис. 3.36, а можно записать (3.117)
Q0пс = 1 - (1 - Q0 i)2 = 0,19;
Q1nc = (l - Q0i)2 — рi2 = 0,17; рпс = рi2 = 0,64.
Рис. 3.36. Последовательно-параллельные схемы соединения контактов:
а -без перемычки, б - с перемычкой
Эти три последовательные цепи с показателями Q0пс, Q1nc и Р пс соединены на рис. 3.36, а между собой параллельно, тогда для схемы в целом получится (3.118)
Q0 = (l - Q1пс)3 - (Рпc)3 = (1 - 0,17)3 - 0,643 = 0,31; Q1 = l - (l - Q1пc)3 = 1 - (1 - 0,17)3 = 0,43;
Р = (Рпс)3 На рис.3.36, б представлена схема с последовательным соединением двух контактов, каждый из которых состоит из трех параллельно соединенных контактов. Электрическая цепь из трех параллельно соединенных контактов характеризуется вероятностями (3.118):
Q0пp = (1 - Q1i)3 - Pi3 = (1 - 0,1)3 - 0,8 = 0,22;
Q1пр = l - (l - Q1i)3 = 0,27;
Рпр = Рi3 = 0,51.
С учетом этого для всей схемы на рис. 3.36, б
Q0 = l - (1 - Q0пр)2 = 1 - (1 - 0,22)2 = 0,39;
Qi = (l - Q0np)2 - (Рпр)2 = (1 - 0,22)2 - 0,512 = 0,35;
P = (Pпр)2 = 0,512 = 0,26.
Как видно, при принятых исходных данных схемы на рис. 3.36, а, б имеют одинаковую вероятность безотказной работы, но отличаются вероятностями отказов по нулю и по единице. Если отказы схемы по нулю приводят к более опасным последствиям, то следует выбирать схему на рис. 3.36, a, a если более опасны отказы по единице, то схему на рис. 3.36, б.
Выше рассматривались показатели надежности логических электрических цепей при основном соединении, т. е. без резервирования. Для ЛУ, как и для других видов СЭО и ЭСА, применяется раздельное (по элементам или цепям) и общее (ЛУ в целом) резервирование.
При раздельном поэлементном резервировании надежность отдельного контакта повышается последовательным, параллельным или смешанным соединением таких контактов.
При поэлементном резервировании последовательным соединением контактов (обычно размыкающих) (рис. 3.37, а) отказ по единице произойдет, если откажут оба контакта, а отказ по нулю произойдет, если он возникнет хотя бы у одного контакта. Отсюда для последовательно резервированного контакта следует:
|
вероятность отказа по единице при k последовательно соединенных контактов
Q1nc =
и при равенстве Q1i = Q1
Q1nc = Q1k;
Рис.3.37. Схемы поэлементного резервирования контактов: а - последовательное соединение; б - параллельное соединение; в, г - смешанное соединение
вероятность отказа по нулю при одинаковой величине Q0i = Q0
Q0пс = 1 - (1 - Q0)k;
вероятность безотказной работы
Pпс = (1 - Q0)k - Q1k.
Как видно, при поэлементном резервировании последовательным соединением контактов вероятность отказа по единице уменьшается, а вероятность отказа по нулю увеличивается; вероятность безотказной работы при Q0 < Q1 увеличивается, при Q0 = Q1 - не меняется, при Q0 > Q1 - уменьшается.
При поэлементном резервировании благодаря параллельному соединению контактов (обычно замыкающих) (рис. 3.37,6) отказ по единице произойдет, если возникнет хотя бы у одного контакта, а отказ по нулю произойдет, если отказ по нулю будет у обоих контактов. В связи с этим при параллельном резервировании контакта (всего k контактов с одинаковыми значениями Q0 и Q1):
вероятность отказа по нулю
Q0пр = Q0k;
вероятность отказа по единице
Q1пр = 1 - (1 - Q1k);
вероятность безотказной работы
Рпр = (1 - Q1)k - Q0k.
Из полученных формул следует, что при параллельном резервировании вероятность отказа по нулю уменьшается, а вероятность отказа по единице увеличивается; вероятность безотказной работы повышается при Q0>Q1, уменьшается при Q0<Q1 и не меняется при Q0=Q1.
Показатели надежности при поэлементном резервировании путем смешанного соединения контактов (рис.3.37, в, г) находят на основе выше полученных зависимостей. Для схемы резервирования на рис.3.37, в:
Q0cм = l - (1 - Q02)2;
Q1cм = [l - (l - Q02]2;
Рсм = (1 - Q02)2 - [1 - (1 - Q1)2] 2.
Для схемы на рис.3.37, г:
Q0cм = [l - (l - Q0)2]2;
Q1cм = l - (l - Q12)2;
Рсм = (1 - Q12)2 - 1[1 - (1 -Q0)2]2.
Как видно, при поэлементном смешанном резервировании и Q1 > Q0 более эффективна схема на рис.3.37, в, а при Q1 < Q0 - схема на рис. 3.37, г.
Раздельное резервирование по цепям представляет собой резервирование цепи, имеющей несколько контактов. Если цепь содержит последовательно соединенные контакты a, b (рис.3.38, а), то применяется ее параллельное (рис. 3.38, б) или смешанное (рис.3.38, в) резервирование. Если цепь состоит из параллельно соединенных контактов а, b (рис.3.39, а), то применяется ее последовательное (рис.3.39,6) или смешанное резервирование (рис.3.39, в). Показатели надежности схем при резервировании по цепям рассчитывают таким же методом, как и при поэлементном резервировании.
Общее резервирование ЛУ может осуществляться последовательным, параллельным или смешанным соединением его с аналогичными резервными ЛУ. Как и при раздельном резервировании, при общем резервировании путем параллельного соединения ЛУ уменьшается вероятность отказа по нулю и увеличивается вероятность отказа по единице, а при последовательном соединении — наоборот.
|
Рис. 3.38. Схемы резервирования цепи из последовательно соединенных
контактов а и b
Рис. 3.39. Схемы резервирования цепи из параллельно соединенных контактов а и b
Общее резервирование ЛУ может также осуществляться методом „голосования", при котором в схему вводят дополнительные ЛУ, и с помощью коммутатора К включают необходимое число исправных ЛУ. Структурная схема такого резервирования и возможные гипотезы о состояниях ЛУ (И - исправное, Н -неисправное) показаны в табл.3.16.
Вероятность безотказной работы такой системы без учета надежности коммутатора при «голосовании» два из трех, т. е. необходимости работы двух ЛУ из трех имеющихся в схеме
P2(3) = Вер (Г1) + Вер(Г3) + Вер(Г5) + Вер (Г8).
При одинаковой вероятности безотказной работы Р всех трех ЛУ
Р2(3) = Р3 + (1 - Р)P2 + (1 - Р)Р2 + (1 - Р)Р2 =ЗР2 - 2Р3.
Из полученной формулы следует, что надежность такой резервированной системы при Р>0,5 выше надежности одного ЛУ, т. е. Р2(3) >Р. Например, при Р = 0,9 получится Р2(3) = 0,97. При „голосовании" один из трех, т. е. при необходимости работы одного ЛУ из трех имеющихся в схеме, соответственно получится
P1(3) = Вер(Г1) +
Таблица 3.16.
Гипотезы о возможных состояниях трех ЛУ при резервировании «голосованием»
Схема | Гипотезы | |||||||
Г1 | Г2 | Г3 | Г4 | Г5 | Г6 | Г7 | Г8 | |
И | н | Н | Н | И | И | н | и | |
И | Н | И | н | н | н | и | и | |
И | Н | И | и | и | н | н | н |
Откуда, как и следовало ожидать, видно, что Р1(3) > Р2(3) и при Р = 0,9 вероятность безотказной работы резервированной системы P1(3) = 0,999.
|
|
Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства...
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...
Наброски и зарисовки растений, плодов, цветов: Освоить конструктивное построение структуры дерева через зарисовки отдельных деревьев, группы деревьев...
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!