XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Введение

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].

Цель исследования

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.

Материал и методы исследования

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).

Рисунок 1 - Структурная схема системы АСКУ ЭР

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

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).

Рисунок 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.

Параметры надежности для отдельных элементов принимаются исходя из официальных источников поставщика оборудования [3, 4, 5]. Рассмотрим таблицу 1.

Таблица 1 - Параметры интенсивности отказов элементов АСКУ ЭР

Элемент АСКУ ЭР	Интенсивность отказов
Аппаратная с электроустановками
Датчики электрооборудования/электроэнергии
УСПД
Сеть передачи данных ИВКЭ
Системный блок оператора АСКУ ЭР
Системный блок инженера АСКУ ЭР
Сеть передачи данных ИВК
АРМ оператора АСКУ ЭР
АРМ инженера АСКУ ЭР

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:

*

Определим интенсивность отказов данной системы по формуле и построим график с помощью программного пакета Matlab (рис. 3,4).

Рисунок 3 - Программный код для построения переходного процесса интенсивности отказов

Рисунок 4 - График интенсивности отказов АСКУ ЭР

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. Регулярно создаются резервные копии данных, чтобы восстановить систему в случае сбоя или потери информации.

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

Назначение прибора	Старое оборудование		Новое оборудование
	Название	Средняя наработка на отказ, ч	Название	Средняя наработка на отказ, ч
Датчики электрооборудования	ST2000-10	200000	КВАНТ ST2000-12	320000
Счетчики электроэнергии	ST1000-7	200000	КВАНТ ST1000-9	320000
Устройства сбора и передачи данных	Контроллер С10	100000	Контроллер С110	125000

Высчитаем параметр интенсивности отказов для данного оборудования и внесем изменения в код программы для построения необходимого графика по формуле безотказной работы, описанной выше (рис. 6).

Рисунок 6 – Обновленный программный код для построения переходного процесса интенсивности отказов

Переменные с индексом «2» являются характеристиками нового оборудования. Запустив программу, получим следующие графики (рис. 7).

Рисунок 7 – Графики интенсивности отказов АСКУ ЭР с обновленным оборудованием

Результаты исследования

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 автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии на заводе СПГ повышает эффективность работы, обеспечивает удобство использования и способствует оптимизации энергопотребления.

Заключение

Проектный расчет надежности автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии завода СПГ 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.

Список литературы

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. – EDN DOVCPT.

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

3. Глазачев А.В. Интенсивность отказов элементов [Электронный ресурс]. URL: https://areliability.com/intensivnost-otkazov-elementov-spravochnik (дата обращения 21.09.2023).

4. Каталог продукции Sicon. [Электронный ресурс]. URL: https://www.sicon.ru/prod (дата обращения 01.10.2023).

5. Каталог продукции Advantech. [Электронный ресурс]. URL: https://www.advantech.com/ru (дата обращения 04.10.2023).

Код для цитирования: Скопировать