Автоматизация системы управления технологическим процессом приготовления и фасовки маргарина

ВВЕДЕНИЕ

Тема промышленной автоматизации волнует многих. В условиях жёсткой конкуренции, динамичного рынка даже самые консервативные и/или небогатые предприятия не могут позволить себе отказаться от столь мощного средства эволюции, как автоматизация. Выгода от использования современных информационных компьютерных технологий в промышленности столь велика, что об этом можно написать не сколько томов с рисунками, диаграммами и примерами из жизни.

Саратовский жировой комбинат — лидер по производству маргариновой продукции в России и одно из самых динамично развивающихся предприятий Саратовской области. В настоящее время на предприятии реализуется инвестиционная программа «Комплексная реконструкция жирового комбината г. Саратова», главной целью которой является полная модернизация маргаринового производства и строительство нового современного завода.

Одним из этапов модернизации стало создание автоматизированной системы управления технологическим процессом приготовления и фасовки маргарина.

Система управления должна была быть спроектирована таким образом, чтобы в дальнейшем интеграция с другими (автоматизированными и неавтоматизированными) линиями производства аргариновой продукции, а также включение в систему управления технологических аппаратов, не автоматизируемых на этом этапе, не представляли трудностей.

Система управления предназначена для реализации следующих групп функций:

1)автоматическое дозирование жировых и водно-молочных компонентов на весах согласно рецептуре;

2)возможность хранения и редактирования всех необходимых рецептур продукции;

3)автоматическая перекачка компонентов, отмеренных согласно рецепту, с весов в подготовительные смесители, автоматическая циркуляция (эмульгирование) и перекачка продукта в рабочий бак;

4)возможность выполнения всех операций в пошаговом (при нажатии на кнопку операции) и в ручном режимах;

5)возможность проведения мойки линии в ручном режиме;

6)оперативный контроль процесса приготовления маргарина с экранов рабочих станций с помощью реализованных в цветном исполнении фрагментов мнемосхем технологического процесса;

7)аварийная сигнализация при выходе технологических параметров за нижние и верхние пределы установленных технологических и аварийных границ;

8)фасовка продукции в контейнеры на фасовочной машине в автоматическом режиме и возможность работы в ручном режиме;

9)сохранение отчётов по весу наполненных контейнеров, производительности линии, рецептам.

Основными целями создания системы управления являлись:

— повышение качества выпускаемой продукции;

— повышение точности дозирования согласно рецептуре;

— повышение точности налива в контейнеры на фасовочной машине;

— повышение производительности линий приготовления и фасовки маргарина;

— снижение материальных затрат за счёт повышения оперативности и точности управления;

— повышение надёжности технологического процесса и функционирования оборудования за счёт внедрения системы автоматизации.

1. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА И ПРИНЦИП РАБОТЫ АСУ Структурная схема линии приготовления маргарина, на которой показан её состав, включая исполнительные устройства и функционально важные элементы конструкции, приведена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема линии приготовления маргарина Процесс начинается с набора продукта на жировые весы из баков дезодорированного жира по 12 линиям и на водно-молочные весы по 4 линиям. Оператор вводит рецепты для обоих весов, то есть указывает, по какой линии и какое количество продукта должно быть набрано на весы. После того как набор на весы закончен, происходит последовательная перекачка жировых и водно-молочных компонентов в смеситель. Перекачка возможна только при пустом принимающем баке. Перекачка идёт до опорожнения весов. После этого начинается набор на весы другой партии компонентов. В смесителях происходят подогрев, равномерное перемешивание продукции и перекачка её в рабочий бак. Если в ходе перекачки уровень продукта в рабочем баке достигает 95%, процесс перекачки приостанавливается. Из рабочего бака продукт с помощью насоса высокого давления подаётся через охладитель, где происходит кристаллизация маргарина, и декристаллизатор на фасовочную машину.

2. СОСТАВЛЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ И ОПИСАНИЕ ОСНОВНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УЗЛОВ АСУ Рис. 2. Структурная схема АСУ ТП По структурным схемам (рис. 1, 2) составим функциональную схему АСУ.

Рис. 3. Функциональная схема САУ

МП — микропроцессор; ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь; К — клапан; Н — насос; СМ — смеситель; РБ — рабочий бак; ДУ — датчик уровня; ДДдатчик давления; ДТдатчик температуры; ДВ — датчик веса; ДВЛ — датчик влажности; КМ — коммутатор; АЦП — аналого-цифровой преобразователь.

1) ЭВМ Рис. 4. ЭВМ Используется в качестве устройства контроля за ТП.

Центральный процессор:

AMD Athlon 64 X2 6000+ BOX, ядро Windsor, частота 3000 МГц, Socket AM2, кеш L2 2048 Кб. Средний срок службы — 100 000 ч.

Материнская плата:

Gigabyte GA-MA790X-DS4, AMD 790X, PCIe, PCI, 4x DDR2533/667/800, SLI/CrossFire. Средний срок службы — 70 080 ч.

Жесткий диск: Seagate Barracuda ST3500320AS 500 Гб, SATA II, 7200 об./мин, 16МБ. Средний срок службы — 70 080 ч.

Жидкокристаллический монитор:

Монитор 18,5″ LCD Acer E-Machines E190HQVB, 16:9 HD, 5ms, 5000:1. Средний срок службы — 60 000 ч.

2) Микропроцессор SIMATIC S7−300 — CPU 315−2 DP — PROFIBUS

Используется в качестве модуля центрального процессора.

Фирма: Siemens

Рис. 5. Микропроцессор SIMATIC S7−300 — CPU 315−2 DP — PROFIBUS

Характеристики:

1. Центральный процессор для выполнения программ среднего и большого объема.

2. Высокая производительность.

3. Встроенный интерфейс ведущего/ ведомого устройства PROFIBUS DP, обслуживание систем распределенного ввода-вывода на основе PROFIBUS DP; поддержка интерфейса MPI.

4. Рабочая встроенная память объемом 128 Кбайт, RAM (приблизительно 43 K инструкций); загружаемая память — ММС 8 МБайт.

5. Гибкие возможности расширения; подключение до 32 модулей S7−300 (4-рядная конфигурация).

6. Входное напряжение: 20.4 — 28.8 В; потребляемый ток: от источника питания — 800 мА, потребляемая мощность — 2,5 Вт.

7. ЦПУ/время выполнения: логических операций — 0,1 мкс, операций со словами — 0,2 мкс, арифметических операций с фиксированной точкой — 2 мкс, арифметических операций с плавающей точкой — 3 мкс.

8. Встроенные коммуникационные функции: PG/OP функции связи, обмен глобальными данными через MPI, функции стандартной S7 связи, S7 функции связи (только сервер)

9. Системные функции: центральный процессор поддерживает широкий спектр функций диагностики, настройки параметров, синхронизации, аварийной сигнализации, измерения временных промежутков и т. д.

10. Средний срок службы — 70 080 ч.

3) Высокоскоростной ЦАП/АЦП c поддержкой SM 321

Используется в качестве преобразователя сигналов из аналогового в цифровой и наоборот.

Фирма: Siemens

Рис. 6. Высокоскоростной ЦАП/АЦП

Характеристики:

1. Кол-во входов — 32

2. Номинальное входное напряжение — DC 24V

3. Поканально программируемый коэффициент усиления

4. Автокалибровка

5. Общий потребляемый ток — 35 mА

6. Потребляемая мощность — 5,5W

7. Программируемая схема запуска

8. 16-разрядный счётчик (10 МГц)

9. Выходное напряжение 10 В

10. Средний срок службы — не менее 87 600 ч.

4) Датчик температуры с унифицированным выходным сигналом Метран-280−1

Используется в качестве измерителя температуры смеси.

Фирма: Метран

Рис. 7. Датчик температуры

Характеристики:

1. Диапазон преобразуемых температур: -50…200 °С

2. Выходной сигнал 4−20 мА/HART

3. Цифровая передача информации по HART-протоколу

4. Дистанционные управление и диагностика

5. Гальваническая развязка входа от выхода

6. Повышенная защита от электромагнитных помех

7. Минимальный поддиапазон измерений: 25 °С

8. Электронный фильтр 50/60 Гц

9. Питание: 18 — 42 В постоянного тока

10. Мощность: 1,0 Вт

11. Межповерочный интервал — 1года

12. Средний срок службы — не менее 43 800 ч.

5) Датчик уровня Rosemount 5300

Используется в качестве измерителя уровня заполнения в смесителе.

Фирма: Метран

Рис. 8. Датчик уровня

Характеристики:

1. Измеряемые среды: жидкие и сыпучие

2. Диапазон измерений: от 0,1 до 50 м

3. Выходные сигналы: 4F20 мА с цифровым сигналом на базе протокола HART или Foundation™ Fieldbus

4. Наличие взрывозащищенного исполнении

5. Рабочая температура: до 150 °C (302°F)

6. Потребление тока в режиме ожидания: 21 мА

7. Давление процесса: от 0,1 до 34,5 МПа;

8. Относительная влажность окружающей среды: до 100%

9. Степень защиты от внешних воздействий: IP 66, IP67 по ГОСТ 14 254

10. Межповерочный интервал — 1 год

11. Средний срок службы — 43 800 ч.

6) Датчик давления Rosemount 2088

Используется в качестве измерителя давления в рабочем баке.

Фирма: Метран

автоматический функциональный технологический маргарин

Рис. 9. Датчик давления

Характеристики:

1. Верхние пределы измерений от 10,34 до 27 579,2 кПа

2. Основная приведенная погрешность измерений ±0,075%; ±0,1%

3. Выходные сигналы 4D20 мА/НАRТ, 1D5 В/НАRТ, 0,8D3,2 В/НАRТ

4. Перенастройка диапазонов измерений 20:1

5. Дополнительно: ЖК индикатор, кронштейны, вентильные блоки

6. Диапазон температур окружающей среды от 40 до 85 °C; измеряемой среды от 40 до 121°С

7. Время отклика датчика не более 300 мс

8. Нестабильность характеристик ±0,1% от Pmax за 1 год

9. Напряжение постоянного тока источника питания: 10,5 — 36 В

10. Межповерочный интервал — 2 года

11. Средний срок службы — 61 320 ч.

7) Датчик веса Omron-D8M

Используется в качестве измерителя веса продукта в смесителе.

Фирма: Omron

Рис. 10. Датчик веса

Характеристики:

1. Напряжение питания 9:12 В

2. Цифровой выход

3. Рабочий диапазон температур −10…+120°С

4. Верхний предел измерения: 60 МПа:

5. Номинальное усилие: 200 Н

6. Полная приведенная погрешность, не более: 5%

7. Максимальный потребляемый ток, не более:

8. Сопротивление мостовой схемы входное, Ом — 450±25,0

9. Сопротивление мостовой схемы выходное, Ом — 400±4,0

10. Межповерочный интервал — 2 года

11. Средний срок службы — 52 560 ч.

8) Датчик влажности Omron-4000−04

Используется в качестве измерителя влажности в рабочем баке.

Фирма: Omron

Рис. 11. Датчик влажности

Характеристики:

1. Диапазон измеряемой относительной влажности: 0 — 100%

2. Выходной сигнал — напряжение

3. Время отклика — 15 с

4. Номинальный выходной ток — 0,05мА

5. Дипазон выходного напряжения: 0,8 — 3,9В

6. Напряжение питания — 5В

7. Корпус SIP 1.27 мм

8. Межповерочный интервал — 2 года

9. Средний срок службы — 43 800 ч.

9) Клапан запорный муфтовый

Используется в качестве исполнительного устройства для дозирования компонентов в системе.

Фирма: КЗМЭМ

Рис. 12. Клапан запорный муфтовый

Характеристики:

1. Тип корпуса — проходной, литой (латунь)

2. Рабочее давление: 0 — 0,1МПа

3. Присоединение муфтовое

4. Напряжение питания — 12В

5. Потребляемая мощность — 0,15Вт

6. Число срабатываний — не менее 500 000

7. Время срабатывания — не более 1 с

8. Средний срок службы — 26 280 ч.

10) Насос радиально-поршневой типа HRK

Используется в качестве устройства для перекачки компонентов в системе.

Фирма: Grundfos

Рис. 13. Насос радиально-поршневой типа HRK

Характеристики:

1. Рабочий объем от 0,12 до 0,34 см³/об

2. Рабочее давление до 70 МПа

3. Частота вращения от 500 до 3600 об/мин

4. Средний срок службы — 26 280 ч.

11) Смеситель лопаточный СМ-3

Используется в качестве устройства для смешивания компонентов в системе.

Фирма: «Воплощение»

Рис. 14. Смеситель лопаточный СМ-3

Характеристики:

1. Масса — не более 215 кг

2. Рабочая вместимость бака — 156 л

3. Производительность техническая — не более 950 л/ч

4. Установленная мощность — не более 3 кВт

5. Частота — 50 Гц

6. Средний срок службы — 35 040 ч.

12) Бак из нержавеющей стали

Используется в качестве устройства для приготовления продукта.

Фирма: Unical

Рис. 15. Смеситель лопаточный СМ-3

Характеристики:

1. Объем бака — 300 л

2. Максимальная рабочая температура — 120 C

3. Максимально рабочее давление — 10 бар

4. Средний срок службы — 26 280 ч.

3. БЛОК СОПРЯЖЕНИЯ С ЭВМ

Система ввода-вывода SIMATIC C7

Рис. 16. Система ввода-вывода SIMATIC C7

Система ввода-вывода SIMATIC C7 может состоять из двух частей: системы локального и системы распределенного ввода-вывода.

Система локального ввода-вывода включает в свой состав встроенные входы-выходы SIMATIC C7. При необходимости эта система может расширяться сигнальными, функциональными и коммуникационными модулями S7−300, подключаемыми к блоку C7 через шину расширения ввода-вывода. Система распределенного ввода-вывода включает в свой состав устройства полевого уровня, подключаемые к блоку C7 через встроенный интерфейс PROFIBUS-DP. Кроме того, устройства систем распределенного ввода-вывода могут подключаться через коммуникационные процессоры PROFIBUS-DP, устанавливаемые в системе локального ввода-вывода блоков управления SIMATIC C7. Допустимые варианты построения системы ввода-вывода определяются типом используемого блока управления SIMATIC C7. Один блок управления способен обслуживать одновременно и систему локального, и систему распределенного ввода-вывода.

Промышленная связь

Рис. 17. Промышленная связь

Системы автоматизации SIMATIC C7 оснащены встроенными коммуникационными интерфейсами, а также могут оснащаться дополнительными коммуникационными процессорами из состава SIMATIC S7−300.

Встроенные коммуникационные интерфейсы:

— MPI интерфейс — рентабельное решение для подключения программаторов или персональных компьютеров, систем человеко-машинного интерфейса, систем автоматизации SIMATIC S7/ C7.

— Интерфейс PROFIBUS-DP, встроенный в системы C7−626/P DP, C7−633DP, C7−634DP, C7−635.

Конфигурирование функций связи выполняется с помощью STEP 7.

Все перечисленные интерфейсы поддерживают следующие типы связи:

— Связь с процессом. Для циклического обслуживания входов и выходов системы через сеть (AS-интерфейс или PROFIBUS-DP).

— Обмен данными. Для обмена данными с другими системами автоматизации или системой человеко-машинного интерфейса и несколькими системами автоматизации. Сеансы связи могут выполняться циклически или по прерываниям.

Обмен данными

SIMATIC C7 способны поддерживать несколько механизмов обмена данными между интеллектуальными сетевыми устройствами:

— Циклический обмен пакетами глобальных данных между центральными процессорами сетевых станций.

— Сеансы связи по прерываниям с использованием коммуникационных функций.

Обмен данными может осуществляться через MPI интерфейс, а также через сети PROFIBUS или Industrial Ethernet.

Использование глобальных данных позволяет организовать циклический обмен данными между сетевыми контроллерами. В одном цикле может передаваться до 4 пакетов глобальных данных по 22 байта. Режим может быть использован для обеспечения доступа одного контроллера к памяти данных другого контроллера. Обмен глобальными данными может осуществляться только через MPI интерфейс. Задание параметров связи производится с помощью таблицы глобальных данных STEP 7.

Обслуживание связи с системами SIMATIC S7/C7 может осуществляться коммуникационными блоками, встроенными в операционную систему. Эти блоки позволяют:

— Поддерживать стандартную связь через MPI интерфейс.

— Поддерживать функции расширенной связи через MPI интерфейс, К-шину, PROFIBUS и Industrial Ethernet.

Обмен данными через MPI интерфейс

MPI (Multi Point Interface) интерфейс встроен во все блоки управления SIMATIC C7. Он может быть использован для построения простых и дешевых сетевых структур.

— Через MPI интерфейс к SIMATIC C7 могут быть подключены программаторы и компьютеры с установленным пакетом STEP 7, устройства и системы человеко-машинного интерфейса, системы автоматизации SIMATIC S7−300, S7−400 и C7, системы компьютерного управления SIMATIC WinAC.

— Глобальные данные. Используются для организации циклического обмена данными с другими интеллектуальными сетевыми станциями. За один цикл может передаваться до 4 пакетов глобальных данных по 22 байта каждый. При использовании STEP 7 от V4. x и выше такой обмен может поддерживаться с 16 сетевыми станциями. Механизм поддерживается только MPI интерфейсом и позволяет одному центральному процессору считывать данные (например, области отображения ввода-вывода, области флагов, текущих состояний таймеров и счетчиков) другого сетевого процессора.

— Внутренний канал связи (К-шина), обеспечивающий возможность непосредственного доступа к функциональным модулям и коммуникационным процессорам со стороны MPI интерфейса.

— Мощная коммуникационная технология. Возможность подключения до 32 MPI станций. До 12 (в C7−635) логических соединений на процессор для обмена данными с программаторами, компьютерами, устройствами человеко-машинного интерфейса SIMATIC HMI, контроллерами SIMATIC S7−300 или S7−400, системами компьютерного управления SIMATIC WinAC. Скорость передачи данных равна 187.5 Кбит/с. Расстояние между двумя соседними MPI станциями до 50 м без повторителей, до 1100 м с двумя повторителями, до 9100 м с 10 последовательно включенными повторителями RS 485.

* Гибкие возможности выбора конфигураций. Наличие сетевого кабеля, шинных соединителей, повторителей и широкого спектра сетевых компонентов PROFIBUS позволяют выбирать оптимальные конфигурации сетей для каждого конкретного варианта их применения.

Обмен данными через PROFIBUS-DP.

Системы автоматизации SIMATIC C7 могут подключаться к сети PROFIBUS-DP через встроенный интерфейс или внешний коммуникационный процессор и выполнять в этой сети функции ведущего или ведомого DP-устройства. Система распределенного ввода-вывода, подключаемая через PROFIBUS-DP, обслуживается точно так же, как и встроенные входы-выходы. Для этого используются одинаковые процедуры конфигурирования, адресации и программирования.

Рекомендуется использовать не более 2 ведущих устройств в одной линии. Программаторы и персональные компьютеры, оснащенные пакетом STEP 7, а также панели оператора в сети PROFIBUS-DP способны поддерживать только PG/OP функции связи. Обмен данными между ведущим и ведомыми устройствами выполняется циклически (синхронный обмен данными) или по прерываниям (асинхронный обмен).

Через коммуникационные процессоры блоки управления SIMATIC C7 могут подключаться к промышленным сетям PROFIBUS и Industrial Ethernet и поддерживать связь:

— С программируемыми контроллерами SIMATIC S7−300/ S7−400, системами автоматизации SIMATIC C7, системами компьютерного управления SIMATIC WinAC.

— С программируемыми контроллерами SIMATIC S5−115U/ S5−115H/ S5−135U/ S5−155U/ S5−155H.

— С программаторами, промышленными и персональными компьютерами.

— С устройствами и системами человеко-машинного интерфейса SIMATIC HMI.

— С системами числового программного управления, приводами, системами управления роботами.

— Программируемыми контроллерами и системами автоматизации других производителей.

Промышленные коммуникации SIEMENS SIMATIC NET.

SIMATIC DP, повторитель rs485 для сетей PROFIBUS/MPI, до 31 узла на сеть, до 12 мбит/с, степень защиты ip20

SIMATIC DP, соединитель для подключения к PROFIBUS, до 12 мбит/с, отвод кабеля под углом 35, 90 градусов, 16×72.7×34 mm, поддержка технологии fast connect, без гнезда для подключения программатора

SIMATIC NET, cp 343−1, для подкл. S7−300 к ind. Ethernet: aui/itp и rj45; 10/100 мбит/с; iso и TCP/IP, s7-функции связи, fetch/write и send/receive, с и без rfc1006, диагност. И широковещательные сообщения, pbk; cd с документацией

SIMATIC NET, pb шинный соединитель с осевым отводом кабеля для пром. Пк, simatic op, olm; скорость передачи 12 мбит/с, оконечный резистор с функциями разделения

SIMATIC NET, стандартный экранированный PROFIBUS кабель для быстрого монтажа, 2-жильный, поставка по метражу отрезками длиной 20 … 1000 m

Разъемы

Рис. 18. Разъемы SIMATIC C7

PFB-G PROFIBUS изолированный разъем

Рис. 19. PFB-G PROFIBUS изолированный разъем

Порт: Air

3.5km (4.8 килобайта в секунду), 2 km (9.6 килобайта в секунду), 1.5km (19.2 килобайта в секунду), 800m (187.5 килобайта в секунду), 200m (500 килобайт в секунду), 100m (1.5 Mbps, 3Mbps), 50m (6Mbps).

Разъем PLC Profibus Siemens

Рис. 20. Разъем PLC Profibus Siemens

Порт: FOB

Часть разъема PLC Profibus Сименс # 6ES7 972−0BB52−0XA0 с программируемым портом

Разъем шины Profibus Siemens

Рис. 21. Разъем шины Profibus Siemens

Порт: shenzhen/HK

DP SIMATIC, разъем шины для profibus до 12 mbit/s, выход угла кабеля 90 градусов, 15.8×64×35.6 mm (wxhxd), terminat.

FIB-P485-S PROFIBUS RS485 к однорежимным конвертерам волокна

Рис. 21. FIB-P485-S PROFIBUS RS485

Порт: Air

FIB-P485-S промышленного ранга PROFIBUS-DP к конвертеру волокна Fourstar, заменяет модуль конвертера волокна Сименс OLM. Достигает передачи сигналов PROFIBUS-DP по волокну, без изменения первоначального коммуникационного протокола и программного обеспечения. Этот продукт основан на передаче бинарного сигнала данных, соответствующего RS485.

Выход кабеля PROFIBUS разъема Helmholz осевой

Рис. 22. Выход кабеля PROFIBUS разъема Helmholz осевой

Разъемы шины использованы для того чтобы соединить узел PROFIBUS с кабелем PROFIBUS. Разъем быстро устанавливается и отличается интегрированными резисторами с осевым выходом кабеля для скорости передачи до 12 mBit/s.

4. АЛГОРИТМ ОПРОСА ДАТЧИКОВ

Рис. 23. Блок-схема алгоритма опроса датчиков

Сначала происходит ввод данных с ЭВМ на датчики. Затем датчики производят измерения соответствующей величины. Далее сигнал, зарегистрированный на любом из датчиков, сравнивается с заданным диапазоном допустимых значений, поступающим на каждый из датчиков с ЭВМ. Если измеренное значение не принадлежит данному интервалу, то производится регулировка данной величины путем передачи управляющего импульса на соответствующие исполнительные устройства. Если показания датчика не выходят за границы интервала, то они через коммутатор поступают в АЦП, где преобразуются для отображения данных на мнемосхеме рабочей станции для дальнейшего контроля и управления производственным процессом.

5. ОЦЕНКА И РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ

Расчет и оценку показателей надежности проводим по упрощенной системе, состоящей из элементов, представленных в таблице 1.

Таблица 1 — Время наработки на отказ

Найдем интенсивность отказов по формуле:

Определим среднее значение отказов

где N — количество устройств каждого типа.

Определим вероятность безотказной работы по формуле:

Заданный уровень надежности составляет P₀(t)=0.99

Рис. 24. Вероятность безотказной работы

По графику можно определить, что время работы при заданном уровне надежности? 85 000 с., что составляет 23.6 ч.

6. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ССОИ

Расчет оценки средней наработки на отказ

В качестве исходных данных возьмем следующие данные из таблицы 2.

Таблица 2 — Номера прерываний

Произведем расчет суммарного времени пребывания системы в работоспособном состоянии по формуле:

где N=6 — суммарное за период испытаний количество прерываний работоспособного функционирования системы,

t_Hl — момент времени фактического начала работы после наступления (l-1)-го прерывания,

t_Kl — момент времени фактического окончания работы при наступлении l-го прерывания.

Средняя наработка на отказ:

где — суммарное число отказов системы.

Расчет оценки среднего времени восстановления.

Среднее время восстановления в работоспособное состояние после отказа:

где — время восстановления системы после j-го отказа.

Расчет оценки среднего времени реакции на получение входного сигнала

Таблица 3 — Время обработки запросов

Среднее время обработки запроса на выдачу выходной информации i-го запроса рассчитывается по формуле:

где m=6 — количество замеров времени обработки запросов i-го типа;

t_is — время обработки s-го запроса на выдачу выходной информации по i-му запросу.

Расчет значения коэффициента готовности ССОИ (участвующей в обработке i-го запроса на выдачу выходной информации) производится по следующей формуле:

Расчет оценки вероятности надежного преобразования входной информации. Вероятность надежного представления запрашиваемой выходной информации при обслуживании i-го запроса рассчитывается по формуле:

Расчет доверительных границ заданных показателей надежности.

В соответствии с заданным значением доверительной вероятности б=0.99 и суммарным числом отказов системы k=5 выбираем значения коэффициентов: r₁=3.91, r₃=0.43.

Расчет нижней и верхней доверительных границ для показателя наработки на отказ производится по формулам:

Расчет нижней и верхней доверительных границ для показателя времени восстановления работоспособности системы производится по формулам:

Расчет нижней и верхней доверительных границ для показателя коэффициента готовности ССОИ производится по формулам:

Расчет нижней и верхней доверительных границ вероятности надежного представления запрашиваемой выходной информации производится по формулам:

Результаты, полученные при обработке данных, сведем в таблицу 4.

Таблица 4 — Сводные данные

ВЫВОДЫ

1)С помощью расчета времени наработки на отказ и по графику вероятности безотказной работы (Рис. 3) АСУ ТП приготовления и фасовки маргарина можно судить о непрерывности работы системы при заданном уровне надежности. В данной системе время наработки на отказ равно 23.6 часам, что при уровне надежности равном 0.99, является удовлетворительным результатом. Увеличить время безотказной работы и тем самым повысить показатели надежности системы можно с помощью более точного подбора элементов системы или их усовершенствования.

2) В данной курсовой работе были рассчитаны основные показатели надежности АСУ ТП приготовления и фасовки маргарина. Получены следующие результаты:

1. Средняя наработка на отказ оптимальная: с.

2. Среднее время восстановления в работоспособное состояние после отказа удовлетворительно: с.

3. Среднее время реакции на получение входного сигнала довольно высокое: с.

4. Значение коэффициента готовности достаточно велико:. Данный коэффициент отражает вероятность того, что система будет являться работоспособной в произвольный момент времени.

5. Вероятность надежного представления запрашиваемой пользователями выходной информации достаточно высокое: .

Все рассчитанные показатели надежности входят в доверительные границы.

Т. о. можно заключить, что система работает без сбоя, т. е. надежно, и обладает достаточно высокой работоспособностью, что подтверждает результаты ее внедрения на ОАО «Жировой комбинат»: сократилась доля ручных операций, повысилась надёжность функционирования технологического оборудования, улучшилось качество и возросло количество выпускаемой продукции, увеличилась точность налива продукта в контейнеры, а также за счёт повышения оперативности и точности управления снизились материальные затраты производства. Опыт эксплуатации системы показал её высокую надёжность и эффективность. При необходимости система может модернизироваться, расширяться и интегрироваться с другими АСУ ТП на производстве.