Научный журнал

European Journal of Natural History

ISSN 2073-4972

ИФ РИНЦ = 0,301

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Алпатов Д.А. 1

---

1 Самарский государственный технический университет

Автоматизация технологических процессов является одним из ключевых направлений развития современной промышленности. Она позволяет повысить производительность, качество и надежность производственных процессов, а также снизить затраты на производство. Однако, для обеспечения надежности и безотказности таких систем, необходим проведение проектного расчета, учитывающего риски и возможные отказы. Данная статья посвящена проектному расчету надежности автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии (АСКУ ЭР) на заводе по производству сжиженного природного газа (СПГ). Проводится анализ и оценка технических и программных решений для определения степени надежности текущей системы. Основное внимание уделяется переходному процессу интенсивности отказов системы в зависимости от наработки. Производится модернизация системы за счет внедрения более надежного и устойчивого к отказам оборудования. Таким образом, достигается необходимый уровень надежности исследуемого объекта, что крайне важно, так как стабильная работа системы приведет к повышению эффективности работы, удобству использования и оптимизации электроэнергии. Полученные результаты и выводы могут использоваться при планировании и обеспечении надежности автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии на заводах по производству СПГ.

Статья в формате PDF

1692 KB

Автоматизация

расчет надежности

автоматизированная система контроля и учета электроэнергии

сжиженный природный газ

переходный процесс

интенсивность отказов

1. Алейников Д.В. Разработка автоматизированной системы расчета надежности в моделях систем электроснабжения: Материалы IX Международной молодежной научно-практической конференции с элементами научной школы «Прикладная математика и фундаментальная информатика». Омск: Омский государственный технический университет, 2019. С. 85-88.

2. Касимов С.А. Моделирование автоматизированной системы сбора данных интеллектуального мониторинга контроля точности изготовления распределительных валов на основе расчета надежности // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2015. Т. 3, № 7-1(18-1). С. 457-460. DOI: 10.12737/14904.

3. Муконин А.К., Медведев В.А., Трубецкой В.А., Тонн Д.А., Горемыкин С.А., Ситников Н.В. Повышение надежности Систем автоматического управления технологическими процессами // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2020. Т. 16, № 4. С. 56-63. DOI: 10.25987/VSTU.2020.16.4.007.

4. Баранов Л.А., Ермолин Ю.А. Надежность систем с периодической кусочно-постоянной интенсивностью отказов // Электротехника. 2017. № 9. С. 60-63.

5. Алексеев Е.Б., Бурдин В.А., Климов Д.А. К вопросу об эффективности применения системы мониторинга оптических кабелей на транспортных сетях операторов связи // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2013. Т. 7, № 8. С. 13-16.

В состав производства может входить множество различных систем управления. Одной из таких является автоматизированная система учета и контроля электроэнергии. Автоматизированные системы контроля и учета электроэнергии являются неотъемлемой частью современных производственных предприятий. Они позволяют эффективно контролировать и управлять энергопотреблением, что в свою очередь способствует снижению затрат на энергоресурсы и повышению экономической эффективности производства. Однако, для обеспечения надежной работы автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии необходимо проводить проектный расчет надежности системы.

Проектный расчет надежности автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии завода СПГ является важным этапом проектирования системы. Он позволяет определить вероятность отказа компонентов системы, оценить надежность системы в целом и разработать меры по улучшению ее надежности. Это является особенно актуальным для сложных систем, состоящих из большого числа элементов и имеющих обширные внутренние и внешние связи [1].

Целью данного исследования является проектный расчет надежности автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии на заводе по производству сжиженного природного газа (СПГ). Исследование осуществлено с целью оценки технических и программных решений, а также предложения оптимальных мер для повышения надежности системы и обеспечения эффективной работы завода.

Материалы и методы исследования

АСКУ ЭР СПГ 3 линии представляет собой многоуровневую систему, построенную на основе использования современных информационных технологий и программно-технических средств.

Система построена по иерархическому принципу и включает следующие уровни:

− нижний – уровень контрольно-измерительных приборов (КИП) и управляющих устройств.

− средний – уровень информационно-вычислительного комплекса энергоустановки (ИВКЭ);

− верхний – уровень информационно-вычислительного комплекса (ИВК).

Изобразим структурную схему, описывающую основные взаимосвязи между компонентами системы (рис. 1).

Средства измерений энергоресурсов и первичного сбора учетной информации уровня информационно-измерительного комплекса (ИИК) располагаются на непосредственно на технологическом оборудовании или в аппаратных соответствующих позиций.

Рис. 1. Структурная схема системы АСКУ ЭР

Рис. 2. Логическая схема расчета надежности АСКУ ЭР: А – аппаратная с электроустановками; В, С – датчики электрооборудования; D, E – счетчики электроэнергии; F – УСПД; G – сеть передачи данных ИВКЭ; H – системный блок оператора АСКУ ЭР; I – системный блок инженера АСКУ ЭР; J – сеть передачи данных ИВК; K – АРМ оператора АСКУ ЭР; L – АРМ инженера АСКУ ЭР

Таблица 1

Параметры интенсивности отказов элементов АСКУ ЭР

Для расчета системы в целом, необходимо рассчитать надежность всех элементов системы в отдельности. Особое внимание стоит учесть и условия, в которых производится работа системы, поскольку в тех или иных условиях система может работать иначе [2].

Логическая схема для расчета надежности представлена ниже (рис. 2).

Параметры наработки на отказ для отдельных элементов принимаются исходя из официальных источников поставщика оборудования, при этом к ним предъявляются максимально высокие требования к надежности [3]. Рассмотрим таблицу 1.

При этом, примем следующие допущения при построении математической модели надежности системы:

1) элементы АСКУ ЭР прошли период приработки и отказы элементов независимы;

2) справедлив экспоненциальный закон распределения;

Согласно приведенной схеме, вероятность безотказной работы системы будет выражаться формулой:

Рис. 3. Программный код для построения переходного процесса интенсивности отказов

Рис. 4. График интенсивности отказов АСКУ ЭР

Определим интенсивность отказов данной системы по формуле [4]:

Построим график с помощью программного пакета Matlab (рис. 3, 4).

Как видно, переходный процесс интенсивности отказов к 6000 часам наработки переходит в установившейся значение, равное примерно 2.8*10-5, что соответствует не менее 35000 часам средней наработки на отказ.

Рассмотрим существующие пути повышения надежности для автоматизированных систем управления.

1) Резервирование. Используются резервные компоненты и системы, чтобы обеспечить непрерывную работу системы даже при отказе основных элементов.

2) Мониторинг и обнаружение отказов. Реализуются системы мониторинга, которые постоянно отслеживают работоспособность системы и могут автоматически обнаруживать отказы или неисправности.

3) Резервное копирование данных. Обеспечивается возможность автоматической синхронизации баз данных, чтобы восстановить систему в случае сбоя или потери информации [5].

4) Обновления компонентов системы и установка нового ПО. Производится замена старого оборудования на новое; регулярно выпускаются и устанавливаются исправления и обновления для операционной системы, программного обеспечения и аппаратных средств, чтобы исправить известные уязвимости и проблемы.

5) Обучение и поддержка пользователей. Сотрудникам обеспечивается достаточное обучение и поддержка для пользователей системы для минимизации возможных ошибок и проблем, вызванных неправильным использованием.

Повышение характеристик по надежности системы осуществим путём приобретения обновленного, более совершенного по отказоустойчивости оборудования.

Обновление оборудования обеспечивает фирма-поставщик «СИКОН», которая обновила свой каталог приборов 22 июля 2022 года. Замена распространяется на: датчики электрооборудования, счетчики электроэнергии и устройства сбора и передачи данных.

Ниже представлены сравнительные данные нового оборудования (таблица 2).

Таблица 2

Сравнительные данные по средней наработки на отказ старого и нового оборудования

Рис. 5. Обновленный программный код для построения переходного процесса интенсивности отказов

Рис. 6. Графики интенсивности отказов АСКУ ЭР с обновленным оборудованием

Высчитаем параметр интенсивности отказов для данного оборудования и внесем изменения в код программы для построения необходимого графика по формуле безотказной работы, описанной выше (рис. 5).

Переменные с индексом «2» являются характеристиками нового оборудования. Запустив программу, получим следующие графики (рис. 6).

Результаты исследования и их обсуждение

Корректная и точная оценка надежности на этапе проектирования способствует минимизации возможных сбоев и снижению рисков эксплуатации. В ходе анализа и оценки технических и программных решений, было получено, что переходный процесс интенсивности отказов к 6000 часам наработки переходит в установившейся значение, равное примерно 2.55*10-5, что соответствует не менее 39000 часам средней наработки на отказ. В результате, разработка надежной АСКУ ЭР на заводе СПГ повышает эффективность работы, обеспечивает удобство использования и способствует оптимизации энергопотребления.

Заключение

Проектный расчет надежности АСКУ ЭР представляет собой важный этап, обеспечивающий эффективность и надежность работы всего предприятия. Производя обновление старого оборудования, мы получили ощутимый выигрыш по надежности системы, который подтверждается расчетными данными и полученными графиками безотказной работы системы.

Библиографическая ссылка