ЖУРНАЛ «СТА» №2/2008

СТА 2/2008 www.cta.ru Ч АСТЬ 1 В ВЕДЕНИЕ Резервирование является практически единственным и широко используемым методом кардинального повышения надёжности систем автоматизации. Оно позволяет создавать системы аварийной сигнализации, противоаварийной защи ты, автоматического пожаротушения, контроля и управле ния взрывоопасными технологическими блоками [1] и дру гие, относящиеся к уровням безопасности SIL1...SIL3 по стандарту МЭК 61508 5 [2], а также ответственные системы, в которых даже короткий простой ведёт к большим финансо вым потерям (системы распределения электроэнергии, управления непрерывными технологическими процессами, слежения за движущимися объектами и т.д.). Резервирова ние позволяет создавать высоконадёжные системы из типо вых изделий широкого применения. Составной частью систем с резервированием является подсистема автоматического контроля работоспособности и диагностики неисправностей. Большая доля отказов в системах автоматизации прихо дится на программное обеспечение. Однако этой теме посвя щено множество специализированных книг и журнальных статей (см., например, [3, 4]), поэтому мы её касаться не бу дем. О СНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Основные определения понятий теории надёжности и надёжности, связанной с функциональной безопасностью, даны в ГОСТ 27.002 89 [5] и МЭК 61508 [6, 7]. Далее приво дится ряд определений, которые потребуются нам для даль нейшего изложения. Неисправностью называется состояние объекта, при кото ром он не соответствует хотя бы одному своему параметру, указанному в эксплуатационной документации. Неработоспособностью называется состояние объекта, при котором он не способен выполнять хотя бы одну из своих функций, описанных в эксплуатационной документации. Например, контроллер, у которого отказал один из каналов ввода, является работоспособным, но неисправным, если этот канал не используется. Дефектом называется каждое отдельное несоответствие объекта установленным требованиям (ГОСТ 15467 79) [8]. Отказом называется событие, заключающееся в наруше нии работоспособности объекта. Факт отказа устанавливает ся на основании некоторых критериев отказа, то есть при знаков, позволяющих судить о нарушении работоспособно сти. В результате отказа объект становится неисправным. Отказы возникают вследствие применения ненадёжных схе мотехнических решений на стадии проектирования кон троллеров, электронных компонентов, изготовленных с на рушением техпроцесса, применения некачественных мате риалов, нарушения технологических режимов пайки, неточ ной установки компонентов на печатную плату, старения ма териалов, некачественного технологического оборудования, низкой культуры производства, отсутствия надёжных мето дов контроля, работы компонентов в предельных электриче ских режимах, нарушений условий эксплуатации и т.п. Наработкой называется продолжительность работы объек та, выражаемая в единицах времени или в количестве циклов (например, циклов срабатывания реле). Различают наработ ку до отказа (от начала эксплуатации до первого отказа) и наработку между отказами (от начала работы после ремонта до очередного отказа). Используют также средние значения этих величин. Среднюю наработку между отказами называ ют наработкой на отказ , в отличие от средней наработки до отказа . Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или нара ботки. Живучесть – свойство объекта сохранять ограниченную ра ботоспособность при неисправностях или отказе некоторых компонентов. Этот термин наиболее близок международно му термину “fault tolerance” (дословно – «допустимость не исправностей»), который часто переводят как «отказоустой чивость». Термин «отказоустойчивость» в ГОСТ 27.002 89 используется, но его значение стандартом не определено. Мы будем использовать его в сочетании « отказоустойчивая система » как более компактный синоним понятия «система, обладающая свойством безотказности после отказа отдель ных элементов». Вероятность безотказной работы – вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ не возникнет. Коэффициент готовности – вероятность того, что объект окажется работоспособным в произвольный момент време ни, кроме запланированных периодов, в течение которых его работа по назначению не предусматривается. Высокая готов ность системы обеспечивается избыточностью, допустимо стью сбоев, автоматическим контролем ошибок и диагно стированием (ГОСТ Р 15467 79). Резервирование может быть общим , когда резервируется система в целом, и раздельным (поэлементным), когда резер вируются отдельные элементы системы. В случае, когда в системе много однотипных элементов (например, модулей ввода сигналов термопар), число резервных элементов мо жет быть в несколько раз меньше, чем резервируемых. Кратность резерва – отношение числа резервных элемен тов к числу резервируемых, которое выражается несокра В ЗАПИСНУЮ КНИЖКУ ИНЖЕНЕРА Аппаратное резервирование в промышленной автоматизации Виктор Денисенко 90