АВТОМАТИЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ

І СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ

Електронний посібник

ГОЛОВНА	ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ	АНОТАЦІЯ
ДОДАТКИ	СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ	УКЛАДАЧІ

1. ОСНОВИ АВТОМАТИЗАЦІЇ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОГО ВИРОБНИЦТВА

1.7. Аналіз параметрів автоматичної системи керування

1.7.1. Стійкість системи та методики перевірки

1.7.2. Основні показники надійності автоматичної системи

1.7.1. Стійкість системи та методики перевірки

Одним з основних показників, що характеризують автоматичну систему, є її стійкість.

Стійкість – це властивість системи повертатися в початковий стан після припинення дії обурення.

Нестійка система не повертається в стан рівноваги. Вихідна величина такої системи безперервно збільшується або скоює неприпустимо великі коливання. Тому, такі системи непридатні для практичного використовування. Вчений А. М. Ляпунов запропонував оцінювати стійкість автоматичних систем на основі аналізу рівняння динаміки даної системи.

Для визначення стійкості системи необхідно розв’язати рівняння системи (див. посилання), записане в операторній формі і визначити значення кореня рівняння. Якщо всі корені мають негативну дійсну частину, то система буде стійкою. Якщо дійсна частина хоча б одного кореня рівна нулю, а дійсні частини інших коренів негативні, то система знаходиться на межі стійкості. За наявності кореня з нульовими дійсними частинами система буде нестійкою.

Отже, для визначення стійкості системи необхідно розв’язати рівняння і визначити знаки дійсної частини коренів. Рівняння алгебри першого і другого ступенів розв'язуються просто. Рівняння вищих порядків розв'язуються важко або аналітично взагалі не розв'язуються. Тому виникає питання про визначення знаків коріння рівняння без розв’язку рівняння. Цим питанням займалися багато учених. Вони встановили непрямі ознаки, що дозволяють судити про знаки кореня. Ці непрямі ознаки одержали назву критеріїв стійкості.

Застосовуються критерії алгебри стійкості Вишнеградського, Рауса, Гурвіца та графоаналітичні критерії Михайлова і Найквіста. Перевагами критеріїв алгебри є простота їх застосування. Треба тільки знати розділ математики, що стосується розв’язування рівнянь. Основним недоліком критеріїв алгебри є те, що вони не дозволяють оцінити вплив на стійкість системи параметрів окремих її елементів. Від цього недоліку вільні графоаналітичні критерії.

1.7.2. Основні показники надійності автоматичної системи

Надійність – це властивість об'єкта (схеми) виконувати задані функції упродовж часу, обумовлені вимогами експлуатації. Якщо на стадії проєктування не врахувати надійність, то в реальних умовах розроблена схема керування може виявитись непрацездатною.

Основне поняття в теорії надійності відмова – це (повна або часткова) втрата працездатності, порушення нормальної роботи об'єкта (схеми), внаслідок чого його характеристики не задовольняють вимог, які перед ним ставляться (рис. 1.7.1). Відмова завжди розглядається як функція неперервна в часі, вона може статись у будь-який момент часу і в той же час відмова – це дискретна величина.

Рис. 1.7.1. Відмова магнітного пускача

Розрізняють відмови трьох видів:

· технологічні (виникають за рахунок невідпрацьованої технології і незадовільного контролю якості в процесі виробництва);

· зношувальні (є наслідком старіння окремих елементів виробу);

· раптові (виникають випадково).

Розрізняють також збій, який через деякий час ліквідується сам по собі. Збій призводить до короткочасного порушення працездатності виробу. Причина збою – неполадки в лінії зв'язку або енергопостачанні.

Поняття «надійність» може включати:

· безвідмовність,

· довговічність,

· ремонтопридатність,

· збереженість.

Безвідмовність – властивість об'єкта безперервно зберігати працездатність упродовж певного проміжку часу.

Довговічність – властивість об'єкта зберігати працездатність до настання граничного стану за існуючої системи технічного обслуговування.

Ремонтопридатність – пристосування виробу до попередження і виявлення причин виникнення його відмов, поломок і їх усунення шляхом проведення технічного обслуговування і ремонту.

Збереженість – властивість виробу бути справним і працездатним під час зберігання, транспортування і після них.

Використовуються поняття, які характеризують властивості об'єкта (схеми) це:

· справний і несправний,

· працездатний і непрацездатний.

Справний стан – це стан, під час якого виріб відповідає всім вимогам, що встановлені нормативно-технічною документацією.

Несправний – стан коли виріб не відповідає хоча б одній із вимог.

Працездатний і непрацездатний стан характеризується здатністю і нездатністю виробу виконувати задані функції з збереженням значень, параметрів відповідно до нормативно-технічної документації.

Граничний стан – такий, під час якого наступна експлуатація має бути припинена через неможливість ліквідувати порушення вимог правил техніки безпеки, відхилення параметрів від норми, а також через необхідність проведення капітального ремонту.

Рис. 1.7.2. Пошкодження електродвигуна

Пошкодження – явище, яке полягає в порушенні справності виробу під дією зовнішніх факторів, які перевищують норми, встановлені в нормативно-технічній документації (рис. 1.7.2).

До кількісних показників надійності відносяться:

· ймовірність безвідмовної роботи;

· інтенсивність відмов;

· напрацювання до відмови;

· середній термін служби;

· середній термін зберігання та ін.

Імовірність безвідмовної роботи Р(t) – ймовірність того, що в заданому інтервалі часу за заданих режимів і умов роботи не виникне відмова виробу в роботі:

k – коефійціент, що враховує вплив довкілля на роботу електрообладнання та засоби автоматизації, для сільськогосподарського виробництва k=10;

λ_Σ – загальна інтенсивність відмов , год^-1;

Т_о – час експлуатації, для якого визначається імовірність безвідмовної роботи, знаходимо по таблиці 1.20.

Таблиця 1.20

Час експлуатації для визначення імовірності безвідмовної роботи

Перелік установок	Час, годин
Установки, які працюють постійно (мікроклімат, водопостачання...)	4000
Установки мікроклімату сезонного призначення	1000
Установки для приготування і роздачі кормів, видалення гною, доїння і обробки молока,...	500
Установки для обробки зерна	400

Інтенсивність відмов для кожного виду елементів вибираємо з табл. 1.21.

Таблиця 1.21

Інтенсивність відмов елементів за нормальних умов

Назва електрообладнання	Інтенсивність відмов 1х 10^-6 год^-		Назва електрообладнання	Інтенсивність відмов, 1х 10 год^-1
Автоматичний вимикач Випрямляч Вимикач кнопковий Вимикач панельний Вимикач кінцевий Перемикач триполюсний Виконуючий механізм Датчики контактні температури Датчики контактні рівня Датчики контактні тиску Датчики контактні вологості Діоди, фотодатчики Дзвінок Електродвигуни Елемент нагрівний Електроклапан Електричний регулятор рівня Запобіжник Затискач запобіжника Заглибний електродвигун Заслінка Кнопки керування Конденсатори паперові Конденсатори керамічні Контакти замикаючі Контакти розмикаючі Лампочки сигнальні Лампи розжарювання Лампове штирове з’єднання Логічні елементи Логометри, мілівольтметри Контакти Показові прилади Підсилювач постійного струму Потенціометр дротяний Потенціометр Магнітні пускачі Манометр з трубчастою пружиною Мікроконтролер		0,22 1,00 0,063 0,175 0,161 0,92 110 4,5 1,5 5,0 1,5 1,5 16 10 0,3 25 42 0,6 0,02 25 2,9 1,4 1,8 0,1 0,25 0,25 20,0 0,625 0,005 2,5 380 0,25 38 10 1,4 105 10 100 40	Мікровимикачі Регулятор тиску РД-8 Резистори пластинні Резистори потужні Резистори дротяні Резистори шунтуючі Реле потужні Реле теплові Реле загального призначення Реле часу електронне Реле часу електромеханічне Реле часу електромагнітне Рубильник Регулятор тиску Регулятор електронний рівня Регулювальні електричні прилади Серводвигун Сирена Тиристор Транзистор кремнієвий Транзистор германієвий Трансформатор Тахогенератор Термореле Терморезистор Терморегулятор електронний Терморегулятор електромеханічний Тензодатчики Тепловий вимикач УВТЗ без позисторів ЗОУП – 25 Інтегральні схеми Тумблер Тахометр електричний З’єднання пайкою, затискачі Тиратрон Лампа імпульсна	0,25 26 0,03 0,025 0,068 1,5 0,30 0,40 0,25 1,2 2,5 0,5 6,6 25 2,5 60 0,25 20 1,8 0,5 0,3 5 0,8 0,14 3,8 23 10 0,13 15 24 22 0,1 0,52 11,5 0,04 0,2 0,9

Інтенсивність відмов установки залежить від дії механічних впливів на електрообладнання і від розміщення кожного елемента схеми. Коефіцієнт, який враховує механічні впливи вибираємо з табл. 1.22.

На інтенсивність відмов також впливає температура та вологість оточуючого середовища, під час яких працює елемент схеми або установка в цілому. Коефіцієнт температури, який залежить від вологості і температури, під час яких працюють елементи схеми вибирають з табл. 1.23.

Інтенсивність відмов для кожного виду елементів визначаємо за формулою, враховуючи коефіцієнт навантаження та температури, під час яких дане електрообладнання використовується

λ=k λ_о,

де λ_о – інтенсивність відмов в нормальних умовах, год.^-1 (табл. 1.21);

k – поправочний коефіцієнт, який враховує коефіцієнт навантаження і температури;

к = k_Н k_Т,

де k_Н – коефіцієнт навантаження, який залежить від умов, за яких працює елемент схеми, вибираємо з табл. 1.22;

k_Т – коефіцієнт температури, який залежить від температури і вологості в яких знаходиться елемент схеми, вибираємо з табл. 1.23.

Таблиця 1.22

Значення коефіцієнта навантаження від умов експлуатації

Умови експлуатації	Коефіцієнт
Лабораторні Стаціонарні Транспортні Польові	1,00 1,07 1,46 1,54

Таблиця 1.23

Значення коефіцієнта температури від температури і вологості середовища

Вологість	Температура	Коефіцієнт	Вологість	Температура	Коефіцієнт
60...70	20...40	1,0	90...98	20...25	2,0
70...80	20...30	1,25	90...98	25...30	2,2
70...80	30...40	1,45	90...98	30...40	2,5
80...90	20...30	1,4	90...98	40...100	3,4
80...90	30...40	1,8	90...98	100 і більше	4,0

Всі дані заносимо до табл. 1.24.

Таблиця 1.24

Зразок таблиці для розрахунку інтенсивності відмов

Назва елемента	Позна-чення	Кіль-кість	Інтенсив-ність відмов 10^-6год.^-1	Коефіцієнт наванта-ження кн	Режим роботи		Попра-вочний коефі-цієнт, к	Інтенсивність відмов 10^-6год.^-1
					Темпе-ратура ^оС	Коефіцієнт темпе-ратури, кт		для одного елемента	для групи елементів
Вимикач автоматичний	QF	1	0,22	1.07	20	1,4	1,49	0,33	0,33

Ймовірність відмови – величина за значенням протилежна Р(t). При цьому: Р (t)+q (t) = 1, звідки q (t) = 1-Р (t).

Напрацювання до відмови – величина обернена сумарній інтенсивності відмов

Т =1/ λ_Σ

Напрацювання на відмову з заданою імовірністю визначаємо за формулою

Т_о = ℓn(р)/λ_Σ .

Для підвищення надійності установки потрібно зробити резерв малонадійного обладнання в необхідній кількості для того, щоб установка працювала задану кількість часу.

Питання для самоконтролю

1. Коли система стійка? 2. Коли система нестійка? 3. Що необхідно для визначення стійкості системи? 4. Дати визначення надійності, відмові, безвідмовності, довговічності, ремонтопридатності. 5. Чим характеризується працездатний і непрацездатний стан виробу? 6. Як визначається ймовірність безвідмовної роботи? 7. Від чого залежить та як визначається інтенсивність відмов? 8. Як визначається напрацювання на відмову? 9. Як визначається напрацювання на відмову з заданою імовірністю?

Попередня тема

На початок

Наступна тема