НАДІЙНІСТЬ ТА ДІАГНОСТИКА

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

“ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ”

 

МЕТОДИЧНИЙ ПОСІБНИК

(КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ)

З ДИСЦИПЛІНИ

«НАДІЙНІСТЬ ТА ДІАГНОСТИКА»

 

 

Донецьк, 2011

 

 

 

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

“ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ”

 

МЕТОДИЧНИЙ ПОСІБНИК

(КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ)

З ДИСЦИПЛІНИ

«НАДІЙНІСТЬ ТА ДІАГНОСТИКА»

 

 

(для студентів спеціальності 7.092501 «Автоматизоване управління технологічними процесами»)

 

Розглянуто

на засіданні кафедри «Гірнича електротехніка і автоматика ім. Р.М. Лейбова»

протокол №6 від 17.02.2011р.

Затверджено

на засіданні навчально-видавничої ради ДонНТУ

протокол №3 від 05.05.2011р.

 

 

ДОНЕЦЬК, ДонНТУ, 2011

УДК 681.518.54 (071)

 

Методичний посібник (конспект лекцій) з дисципліни «Надійність та діагностика» (для студентів спеціальності 7.092501 «Автоматизоване управління технологічними процесами») / Маренич К.М., Василець С.В. – Донецьк, ДонНТУ, 2011 - 67 с.

В посібнику міститься інформація, що необхідна для вивчення студентами курсу «Надійність та діагностика».

 

 

Укладачі: К.М. Маренич, к.т.н., доцент

С.В. Василець, к.т.н.

 

Відповідальний за випуск: К.М. Маренич, доцент, завідувач кафедри «Гірнича електротехніка і автоматика ім. Р.М. Лейбова»

 

 

ЗМІСТ

 

Вступ……………………………………………………………………….
Лекція №1. Зміст курсу. Основні поняття та терміни теорії надійності
Лекція №2. Кількісна оцінка надійності………………………………...
Лекція №3. Закони розподілення відмов, що використовуються в теорії надійності…………………………………………….
Лекція №4. Умови експлуатації та їх вплив на надійність автоматизованих систем управління технологічними процесами…………………………………………………..
Лекція №5. Оцінка надійності автоматизованих систем управління технологічними процесами……….......................................
Лекція №6. Розрахунок надійності невідновлюваних систем на основі теорем складання та множення імовірностей …….
Лекція №7. Розрахунок надійності послідовно-паралельних структур (частина 1)………………………………………………….
Лекція №8. Розрахунок надійності послідовно-паралельних структур (частина 2)…………………………………………………..
Лекція №9. Розрахунок надійності систем, що допускають відновлення. Загальні відомості щодо резервування ……
Лекція №10. Розрахунок надійності систем, що допускають резервування (частина 1)…………………………………..
Лекція №11. Розрахунок надійності систем, що допускають резервування (частина 2)…………………………………..
Лекція №12. Загальні положення теорії технічної діагностики. Загальні відомості про розпізнавання та оцінку технічного стану об′єкта……………………………………
Лекція №13. Методи розпізнавання технічного стану об′єкта………..
Лекція №14. Алгоритми пошуку відмов рудникового обладнання. Технічна діагностика обмоток електродвигунів …………
Лекція №15. Дефектація короткозамкнених роторів асинхронних двигунів……………………………………………………...
Контрольні питання………………………………………………………
Література……..…………………………………………………………..

 

 

ВСТУП

 

 

Методичний посібник містить конспект лекцій по курсу «Надійність та діагностика», що читається студентам спеціальності «Автоматизоване управління технологічними процесами» кафедрою «Гірнича електротехніка та автоматика ім. Р.М.Лейбова» Донецького національного технічного університету.

В результаті вивчення дисципліни студенти мають набути базових теоретичних знань з теорії надійності технічних систем, а також оволодіння основними методами оцінювання та розрахунку надійності на етапі проектування та експлуатації електрообладнання, в тому числі – автоматизованих систем управління технологічними процесами.

Теорія надійності - наука, що вивчає закономірності розподілу відмов технічних пристроїв, причини та моделі їх виникнення в процесі проектування, виробництва, приймання, експлуатації та зберігання.

На даний час надійність як наука розвивається в трьох напрямах:

- математична теорія надійності займається розробкою методів оцінки надійності і вивченням закономірностей відмов;

- статистична теорія надійності займається збором, зберіганням і обробкою статистичних даних про відмови;

- фізична теорія надійності вивчає фізико-хімічні процеси, що відбуваються в об'єкті при різних впливах.

Базою математичного апарату теорії надійності є: теорія імовірностей; математична статистика; математична логіка; теорія випадкових процесів; теорія масового обслуговування; теорія графів; теорія оптимізації.

 

 

ЛЕКЦІЯ №1

ЗМІСТ КУРСУ.

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ ТА ТЕРМІНИ ТЕОРІЇ НАДІЙНОСТІ

Мета вивчення дисципліни – оволодіння основними методами оцінювання та розрахунку надійності на етапі проектування та експлуатації… В результаті вивчення курсу студент має: - знати основні терміни теорії надійності;

ЛЕКЦІЯ №2

КІЛЬКІСНА ОЦІНКА НАДІЙНОСТІ

Розглянемо одиничні показники надійності. 1. Показники безвідмовності 1.1. Імовірність безвідмовної роботи - це імовірність того, що в межах заданого напрацювання відмова об'єкту не…

ЛЕКЦІЯ №3

ЗАКОНИ РОЗПОДІЛЕННЯ ВІМОВ,

ЩО ВИКОРИСТОВУЮТЬСЯ В ТЕОРІЇ НАДІЙНОСТІ

 

Згадаємо базові поняття теорії імовірностей.

Випадкова подія - подія, яка при виконанні певних умов може статися або не статися.

Випадкова величина - величина, яка в результаті випробування прийме одне і тільки одне можливе значення, наперед не відоме і залежне від випадкових причин, які заздалегідь не можуть бути враховані. Випадкові величини позначаються великими літерами (X, Y, Z), а можливі значення - малими (x, y, z).

В теорії надійності відмови різних об'єктів є випадковими подіями, а час роботи до відмови або число відмов за певний час - випадковими величинами.

Випадкові величини бувають дискретними і безперервними.

Дискретні випадкові величини

Законом розподілу дискретної випадкової величини називають відповідність між можливими значеннями та їх імовірностями; його можна задати таблично,… При табличному задаванні закону розподілу дискретної випадкової величини… При цьому .

Безперервні випадкові величини

В теорії надійності як безперервні випадкові величини розглядаються час роботи об′єкта до відмови, час відновлення працездатного стану. Функцією розподілення (інтегральною функцією) називають функцію , що визначає… . (3.4)

Вибір закону розподілення відмов при розрахунку надійності. Для вибору виду теоретичного розподілу напрацювання до відмови (між відмовами) доцільно використовувати відомості про зміни параметра, що характеризує працездатність виробу перед виникненням відмови. Для цього необхідно знати, в результаті яких процесів з'являються відповідні розподілення, тобто обраному теоретичному розподіленню напрацювань до відмови має відповідати певна модель наближення виробу до відмови.

Вибір теоретичного розподілення за отриманими статистичними даними здійснюється в наступній послідовності:

- за статистичними даними будується гістограма;

- по зовнішньому виду гістограми та закономірностям виникнення відмов висувається гіпотеза стосовно закону розподілення;

- визначаються параметри закону розподілення за статистичними даним;

- за допомогою критеріїв Пірсона або Колмогорова оцінюється адекватність прийнятого закону розподілення статистичним даним.

 

 

ЛЕКЦІЯ №4

УМОВИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ТА ЇХ ВПЛИВ НА НАДІЙНІСТЬ

АВТОМАТИЗОВАНИХ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ

ТЕХНОЛОГІЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ

Елемент АСУ - окрема, відносно самостійна частина системи, що бере участь у реалізації однієї або декількох функцій АСУ і розглядається при… Функціональна підсистема АСУ (ФП АСУ) - підсистема АСУ, що виділена за… Відмова АСУ у виконанні функції (відмова функції АСУ) - подія, що полягає в порушенні хоч б однієї з вимог до якості…

Для забезпечення надійної роботи елементів АСУ ТП необхідно якомога повніше враховувати очікувану дію умов експлуатації.

Умови експлуатації - сукупність зовнішніх чинників, що впливають на працездатність електронних пристроїв і систем автоматики.

По фізичній природі навантаження діляться на наступні основні класи: 1) механічні навантаження - вібрації, удар, постійно діюче прискорення; 2) кліматичні навантаження - температура, вологість і волога, атмосферний тиск, сонячна радіація, пил, пісок;

ЛЕКЦІЯ №5

ОЦІНКА НАДІЙНОСТІ АВТОМАТИЗОВАНИХ СИСТЕМ

УПРАВЛІННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ

Рівень надійності АСУ залежить від наступних основних чинників: 1) складу та рівня надійності технічних засобів, що використовуються, їх… 2) складу та рівня надійності програмних засобів, що використовуються, їх змісту (можливостей) і взаємозв'язку в…

Перелік робіт, що включаються в "Програму забезпечення надійності АСУ".

1.1. Збір даних про режими та умови роботи об'єкту управління, про існуючу систему технічного обслуговування та ремонтів на об'єкті управління, про… 1.2. Аналіз отриманих даних і визначення попередніх вимог до надійності АСУ. … 1.3. Аналіз функцій АСУ, що розробляється (модернізується), складання переліку тих функцій і видів їх відмов, а також,…

ЛЕКЦІЯ №6

РОЗРАХУНОК НАДІЙНОСТІ НЕВІДНОВЛЮВАНИХ СИСТЕМ НА

ОСНОВІ ТЕОРЕМ СКЛАДАННЯ ТА МНОЖЕННЯ ІМОВІРНОСТЕЙ

Даний метод розрахунку використовується при оцінці надійності систем, що складаються з послідовно або паралельно з’єднаних елементів без… 1. Розглянемо випадок послідовного з’єднання елементів. При послідовному… Імовірність безвідмовної роботи системи визначається як добуток імовірностей безвідмовної роботи її елементів:

ЛЕКЦІЯ №7

РОЗРАХУНОК НАДІЙНОСТІ ПОСЛІДОВНО-ПАРАЛЕЛЬНИХ

  1. Метод еквівалентування. Даний метод базується на використанні залежностей для відшукання імовірностей безвідмовної роботи та відмови…

ЛЕКЦІЯ №8

РОЗРАХУНОК НАДІЙНОСТІ ПОСЛІДОВНО-ПАРАЛЕЛЬНИХ

1. Логіко-імовірносний метод. Метод використовується для аналіза надійності невідновлюваних систем. Для… В математичній логіці під висловлюванням розуміють будь-яке припущення, що може вважатися істинним або помилковим.…

ЛЕКЦІЯ №9

РОЗРАХУНОК НАДІЙНОСТІ СИСТЕМ, ЩО ДОПУСКАЮТЬ ВІДНОВЛЕННЯ. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ЩОДО РЕЗЕРВУВАННЯ

1. Система без резервування та без профілактики, що допускає відновлення. Така система може знаходитися у двох станах (рис. 9.1): - працездатний; -… Складемо систему диференційних рівнянь відносно імовірностей переходів, яка… Правило Колмогорова. Система містить стільки диференційних рівнянь, скільки станів містить граф. Ліва частина всіх…

ЛЕКЦІЯ №10

РОЗРАХУНОК НАДІЙНОСТІ СИСТЕМ, ЩО ДОПУСКАЮТЬ РЕЗЕРВУВАННЯ (ЧАСТИНА 1)

 

Загальне та роздільне резервування

Роздільне резервування полягає в резервуванні об′єкта за окремими елементами або за групами елементів. При розрахунку надійності резервованих систем необхідно визначити функцію… Функція резервування системи з загальним резервуванням (рис. 10.2,а):

Резервування заміщенням

Розглянемо випадок загального резервування для невідновлюваних систем з абсолютно надійним перемикачем (рис. 10.3). Припустимо, що при… Позначимо імовірність знаходження системи у стані , тоді:     (10.18)

ЛЕКЦІЯ №11

РОЗРАХУНОК НАДІЙНОСТІ СИСТЕМ, ЩО ДОПУСКАЮТЬ РЕЗЕРВУВАННЯ (ЧАСТИНА 2)

Ковзаюче резервування

Системи буде знаходитись у працездатному стані до тих пір, поки з елементів функціонують не менше, ніж елементів. Оскільки використання резервного… Якщо прийняти припущення про абсолютну надійність перемикача (=1), то… . (11.1)

Резервування релейно-контактних елементів

- працездатний; - відмова типу "обрив" (елемент не замикає коло); - відмова типу "замикання" (елемент не розмикає коло).

Розрахунок надійності апаратури з інформаційним надлишком

В пристрої виділяється незахищена кодом частина (рис. 11.3, а, з індексом 1) - сукупність елементів, для яких поява хоч б однієї відмови або збою… Припустимо, що сумарна інтенсивність відмов і збоїв незахищеної частини… . (11.14)

Розрахунок надійності апаратури з часовим резервуванням

1) виконаний об'єм роботи при настанні відмови знецінюється; 2) може відбуватися накопичення роботи, тобто виконаний об'єм роботи при… Розглянемо перший варіант. Нехай відмова апаратури знецінює роботу, виконану нею до моменту настання відмови. В цьому…

ЛЕКЦІЯ №12

ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ ТЕОРІЇ ТЕХНІЧНОЇ ДІАГНОСТИКИ. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО РОЗПІЗНАВАННЯ ТА ОЦІНКУ ТЕХНІЧНОГО СТАНУ ОБ′ЄКТА

Технічний стан об'єкта - стан, який характеризується в певний момент часу і за певних умов зовнішнього середовища значеннями параметрів,… Технічна діагностика - галузь знань, що охоплює теорію, методи та засоби… Мета технічної діагностики - підвищення надійності та ресурсу технічних систем.

ЛЕКЦІЯ №13

МЕТОДИ РОЗПІЗНАВАННЯ ТЕХНІЧНОГО СТАНУ ОБ′ЄКТА

 

Метод Байєса

. (13.1) Тоді імовірність діагноза після того, як стала відома наявність у… , (13.2)

Загальні відомості щодо методів статистичних рішень для одного діагностичного параметра

(13.10) де - справний стан об’єкта; - наявність дефекта об’єкта. Задача полягає у виборі такого граничного значення , щоб вирішальне правило (13.10) давало найменшу кількість…

Метод мінімального ризику

. (13.17) Для існування мінімуму в точці похідна другого порядка має бути додатною , що… , (13.18)

ЛЕКЦІЯ №14

АЛГОРИТМИ ПОШУКУ ВІДМОВ РУДНИКОВОГО ОБЛАДНАННЯ. ТЕХНІЧНА ДІАГНОСТИКА ОБМОТОК ЕЛЕКТРОДВИГУНІВ

Алгоритми пошуку відмов рудникового електроустаткування

Приймемо позначення: - параметр потоку відмов -ої складової частини обладнання; - доля її відмов; - середній час пошуку відмови -ої складової… Зазвичай пошук відмов починається з тієї складової одиниці та того виду… Для систем електропостачання значної протяжності використовується метод групових перевірок (середньої точки). Він…

Технічне діагностування обмоток електродвигунів

Пошук дефектів обмотки двигуна виконується в наступному порядку: 1) вимірювання мегомметром активного опору ізоляції обмотки статора на корпус… 2) визначення наявності обриву обмоток фаз;

ЛЕКЦІЯ №15

ДЕФЕКТАЦІЯ КОРОТКОЗАМКНЕНИХ РОТОРІВ

АСИНХРОННИХ ДВИГУНІВ

При обриві одного стержня короткозамкненої обмотки ротора асинхронного двигуна струм в двох сусідніх з ним стержнях зростає приблизно на 20% і здатний вивести їх з ладу за наявності в цих стержнях тріщин, газових пузирів або усадкових раковин за рахунок значного збільшення щільності струму в місцях зменшення площі поперечного перерізу стержнів. Це, у свою чергу, призводить до збільшення струму в двох сусідніх стержнях приблизно на 50%, тобто до лавиноподібного наростання пошкодження. Тому необхідно виявляти обрив навіть одного стержня. Збільшення струму в короткозамкнених кільцях ротора не перевищує 20% навіть при обриві п'яти стержнів, тобто не є небезпечним.

Дефектація ротора в зібраному двигуні

. Цей метод дозволяє чітко виявити великі дефекти обмотки ротора, що викликають… Для підвищення чутливості цього методу рекомендується напругу змінного струму подавати на обмотку однієї фази (за…

Дефектація обмотки ротора під навантаженням.

Обрив стержнів короткозамкненої обмотки ротора двигуна при його пуску і при роботі під навантаженням викликає пульсацію третьої гармоніки фазного…

Дефектація ротора при частковому демонтажі двигуна

При такому виді дефектації знімають один з щитів двигуна, ротор висувають із статора на 40..50 мм, вал двигуна загальмовують, а на обмотку статора подають напругу змінного струму, що становить 0,2..0,25U_H. Потім на кожний паз 1 ротора 2 послідовно накладають тонку сталеву пластинку 3 шириною в 1,8.. 1,9 зубцевих ділень сердечника ротора і завдовжки 50..70мм (рис. 15.4). Над справним стержнем обмотки пластинка притягується до ротора, над пошкодженим - не притягується, оскільки струм в такому стержні і магнітний потік в сусідніх з ним зубцях відсутній або сильно ослаблений.

Дефектація ротора розібраного асинхронного двигуна

На екрані осцилографа з'являються криві, кількість яких відповідає кількості стержнів ротора, що забезпечується синхронізуючим датчиком 6 і… Інший варіант подібного методу реалізований в резонансному дефектоскопі ДР-1.…  

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

ЛІТЕРАТУРА

2. Надежность электрооборудования угольных шахт / Б.Н. Ванеев, В.М. Гостищев, В.С. Дзюбан и др. Под ред. А.И. Пархоменко. – М.: «Недра», 1997. – 302… 3. Обеспечение наджености асинхронных двигателей / Захарченко П.И., Ширнин… 4. Дружинин Г. В. Надежность автоматизированных систем. Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: Энергия, 1977. - 536 с.