УДК 681.586:62-192
ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ДАТЧИКОВ
А. И. Надеев, Ю. К. Свечников, В. В. Кожакин, Д. Р. Юсупов
Рассмотрены надежностные характеристики интеллектуальных датчиков, эксплуатируемых на Астраханском газоперерабатывающем заводе. Получены статистические экспериментальные данные по наработке на отказ. В результате выполненных расчетов показано, что основные значения наработки на отказ находятся в интервале 22 ООО...24 ООО ч.
В современных условиях с повышенными требованиями к точности измерений, безопасности и надежности измерительных приборов достаточно широкое применение получили приборы со встроенным микропроцессорным контроллером или, как их принято сейчас называть — интеллектуальные датчики [1].
Примером предприятия, где достаточно длительное время эксплуатируется подобное приборное оборудование, может служить Астраханский газоперерабатывающий завод (АГПЗ), который относится к крупнейшим предприятиям по переработке пластового газа и газового конденсата. Объемы переработки АГПЗ составляют
10,3 млрд. м3 пластовой смеси/год. Спектр выпускаемой продукции обширен: гранулированная и техническая сера, товарный газ, бензин автомобильный, дизельное топливо, мазут, пропан-бутановая фракция и др.
С точки зрения автоматизированного управления АГПЗ характеризуется многомерным множеством сложных асинхронных и циклических химико-технологических и других технологических процессов, таких как транспортирование газа, конденсата и их продуктов; принятие, хранение, подготовка и переработка продуктов.
Все эти процессы тесно взаимосвязаны; требуют четкого централизованного управления, и протекают в условиях многофакторной опасности.
В подобных условиях важнейшую роль в достижении требуемых производственных показателей играют высоконадежные современные технические средства измерения.
С 1995 г. на АГПЗ ООО "Астраханьгазпром" внедрено и эксплуатируется более 200 интеллектуальных датчиков фирм "Foxboro" и "Fisher Rosemount" (США).
Замена существующих аналоговых приборов цифровыми интеллектуальными была обусловлена:
- экономическими соображениям;
- использованием современных программно-технических средств при передаче данных на более высокий уровень;
- улучшением надежностных характеристик;
- возможностью удаленного диагностирования, тарирования и изменения диапазона измерения. Все это позволяет достичь высокого уровня надежности систем управления производством в целом и приборного оборудования как элемента этой системы.
Положительный опыт эксплуатации в течение длительного времени интеллектуальных датчиков в сово-
купности с внедренной автоматизированной системой планово-предупредительных ремонтных работ на АГПЗ позволяет более подробно остановиться на их надежностных характеристиках.
Паспортные данные по безотказной работе оборудования в основном представляют собой величины, получаемые посредством предварительного расчета показателей отказоустойчивости отдельных элементов и узлов, входящих в состав прибора на стадии проектирования, и, как правило, завышены по сравнению с показателями эксплуатационной надежности.
В связи с этим наибольший интерес представляют статистические экспериментальные данные по наработке на отказ, полученные в результате длительных наблюдений за данным оборудованием.
Под отказом мы будем понимать такое состояние неработоспособности, при котором устройство не удовлетворяет хотя бы одному из предъявленных к нему технических требований. В нашем случае, поскольку интеллектуальный датчик представляет собой многофункциональное устройство, отказ, приводящий к потере части функций, может рассматриваться как состояние, снижающее эффективность функционирования устройства [2].
Под это условие подпадают 74 интеллектуальных датчика, внедренных в 1995 г. и эксплуатируемых на АГПЗ в условиях:
— наличия агрессивных сероводородосодержащих компонентов как в рабочей среде (до 73,8 % об.), так и
в окружающей атмосфере (в рамках ПДК — 10 ррш);
— диапазона:
■ температур окружающей среды ^35...+55 °С;
■ температур рабочей среды —80...-+420 °С;
■ рабочих давлений 0...73 кг/см2.
На основании анализа заводских статистических данных было выявлено, что длительность работы интеллектуальных датчиков до первого отказа лежит во временном интервале 14 748...24 580 ч.
Используя указанные данные авторы вычислили следующие характеристики случайной наработки:
— средняя наработка на отказ Тср = 2,186 • 104 ч;
— характеристики рассеяния наработки на отказ:
■ дисперсия а2 = 4,96 • 106;
■ среднее квадратичное отклонение с = 2,23 • 103 ч.
Составлен статистический ряд наработки на отказ с
шагом я = 1000 ч (табл.).
Наработка на отказ, ч • 104 Частота отказов
1,4...1,5 1,5...1,6 1,6...1,7 1,7...1,8 1,8...1,9 1,9...2,0 2,0...2,1 2,1...2,2 2,2...2,3 2,3...2,4 2,4...2,5
36
14
Датчики и Системы • № 5.2002
27
_ в _ в И ■ _ П ■
■ J и I« IЛ I.I 1.4 I 2,1 ]j Л Tut. 4.
Рис. 1
Л о I I I I I ' - --I
1,4104 1,6 -104 1,8-104 2 104 2,2 104 t, 4
Рис. 2
Рис. 3
Переводим табличные данные на гистограмму, в результате чего получаем рис. 1.
Получена статистическая функция распределения F(t) = Р(Т< t) и функция надежности R(t) = 1 — F(t) = = Р(Т > t), график которой представлен на рис. 2
Функция надежности R(t) представляет собой вероятность безотказной работы на заданном временном интервале, т. е. вероятность того, что наработка до первого отказа Г превышает заданную величину /.
Из графика видно, что функция надежности убывает от единицы до нуля, причем резкое снижение значений наблюдается во временном интервале от
2,2 • 104 до 2,4 • 104 ч. Это дает возможность прогнозировать отказ датчика с достаточной степенью вероятности и проводить соответствующие профилактические работы.
Одним из основных показателей надежности является интенсивность отказов k(t). Теоретически k(t) определяется из соотношения:
m = -Rvyrn = m/n - F(t)h
mef(t) — плотность распределения наработки на отказ; R'(t) — производная функции R(t).
На практике, при обработке экспериментальных данных, интенсивность отказов k(t) вычисляется как отношение вида:
k(tk) = mk/(n ^ Sk-\)h,
где — частота к-то интервала статистического ряда (см. табл.); п = 74 — объем выборки (число интеллектуальных датчиков, у которых произошел отказ); | — накопленная частота (к — 1)-го интервала; h — шаг статистического ряда (ширина интервала).
Строим кривую к(1) (рис. 3) откуда видно, что основные значения наработки находятся в интервале 22 ООО...24 ООО ч. Вследствие чего можно предположить, что отказ интеллектуального датчика в условиях эксплуатации АГПЗ в данном временном диапазоне явление закономерное и предсказуемое, а наработку на отказ до 22 ООО ч можно рассматривать как величину случайную.
Выявленная зависимость позволяет технически грамотно организовать ремонтно-восстановительные работы, вести плановую замену оборудования, снизить эксплуатационные затраты путем сокращения работ по техническому обслуживанию приборов, сократить аварийные ситуации и простои в результате отказов оборудования, что в конечном итоге улучшит экономическое положение всего предприятия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Финкелстайн Л. Интеллектуальные и основанные на знаниях средства измерений. Обзор основных понятий // Приборы и системы управления. 1995. №11.
2. Левин Б. Р. Теория надежности радиотехнических систем (Математические основы). Уч. пос. для вузов. М.: Сов. радио. 1978.
Ашмансур Измайловым Надеев — д-р техн. наук, проф.. Астраханский государственный технический университет: 9 (8512) 38-01-33
Юрий Константинович Свечников — канд. техн. наук, зам. гл. инженера по автоматизации-гл. приборист Астраханского газоперерабатывающего завода (АГПЗ) ООО "Астраханьгазпром"; 9 (8512) 31-44-41
Владимир Васильевич Кожакин — зам. гл. прибориста АГПЗ по АСУ и метрологии: 9 (8512) 31-51-00
Дмитрий Росыьдович Юсупов — зам. нач. произв. отдела АСУ, телемеханики и связи ООО "Астраханьгазпром ". 9 (8512) 31-49-37 □
28
Sensors & Systems • № 5.2002
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.