Clasificación métodos existentes la reserva se muestra en la fig.

Reserva

Arriba hemos descrito la esencia de los tipos de redundancia. Tenga en cuenta que, en la actualidad, en los sistemas técnicos, la redundancia estructural es la más utilizada.

La esencia de la redundancia estructural radica en el hecho de que uno o más elementos adicionales (de reserva) se adjuntan al elemento principal (es decir, el mínimo necesario para realizar las funciones especificadas), diseñado para garantizar la operatividad del objeto en caso de falla. del elemento principal).

Según el volumen de reserva, se distinguen los siguientes tipos;

• - general, previendo la reserva de todo el objeto
• - separado, en el que se reserva un elemento separado o sus grupos
• - mixta, combinando diferentes tipos de reserva.

reserva, así como sistemas tecnicos, puede ser recuperable o no recuperable. El primero de ellos se utilizará en los sistemas atendidos, y la estrategia para su recuperación se construye de tal manera que la seguridad del sistema no disminuya por debajo de un nivel determinado. En los sistemas con servicio (nave espacial no retornable, estaciones meteorológicas automáticas, etc.), la reserva, por regla general, se utiliza por completo y no se puede restaurar.

Los elementos de reserva pueden ser de diferentes modos:

Cargado, ligero y descargado.

En el modo descargado, los elementos redundantes están en el mismo estado que el elemento principal, es decir, todos los elementos funcionan simultáneamente en las mismas condiciones.

El modo de espera ligero significa que la carga de los elementos redundantes es menor que la del elemento principal.

Una reserva descargada se reduce a una situación en la que los elementos redundantes no tienen carga hasta que falla el elemento principal.

Por la naturaleza de la conexión, distinguen:

• - baja permanente, en la que los elementos de reserva participan en el funcionamiento de la instalación en igualdad de condiciones con los principales:
• - sustitución, cuando la función del elemento principal se transfiere al respaldo solo después de la falla del principal
• - corredera, en la que cualquier elemento averiado puede ser sustituido por uno de reserva.

Considerando un sistema formado por n elementos conectados en serie, podemos ofrecer varias opciones para su redundancia.

Reserva general(Fig. 6.9, a) supone que si falla algún elemento del circuito principal, se enciende un circuito de respaldo, que reemplaza completamente al principal.

Probabilidad de operación sin fallas del j-ésimo circuito

,

donde
- la probabilidad de operación sin fallas del i-ésimo elemento del j-ésimo circuito, referida al punto de tiempo considerado t.

Probabilidad de funcionamiento sin fallos de un sistema de m circuitos paralelos (para simplificar el análisis, se supone que la redundancia está cargada)

. (6.26)

. (6.27)

Ejemplo 1 Probabilidad de operación sin fallas del sistema con redundancia total en n=4; m=3; p=0,8 será: P(t)=1–(1–0,8 4) 3 =0,7942. En ausencia de reserva, la probabilidad de funcionamiento sin fallos de un sistema secuencial de n=4 elementos en p=0,8 será:

P(t)=pn = 0,8 4 =0,4096.

Reserva separada(Fig. 6.9, b) brinda la capacidad de encender el siguiente elemento de respaldo en caso de falla de cualquier elemento del circuito principal. Una especie de reserva separada es reserva continua, cuando el elemento (elementos) de reserva puede reemplazar cualquier elemento defectuoso del circuito principal.

Con redundancia separada, la probabilidad de funcionamiento sin fallas del i-ésimo elemento, teniendo en cuenta m - 1 elementos de reserva (consideramos que la redundancia está cargada) será:

.

Probabilidad de funcionamiento sin fallos de un sistema con redundancia separada

. (6.28)

Si todos los elementos tienen la misma fiabilidad, es decir P ij (t)=p, entonces

. (6.29)

Ejemplo 2 Probabilidad de funcionamiento sin fallos de un sistema con redundancia separada en n=4; m=3; p=0.8 será:

P(t)=4=0,9684.

La comparación de los resultados de cálculo proporcionados en los ejemplos 1 y 2 muestra que la redundancia separada proporciona un mayor nivel de confiabilidad en comparación con la redundancia total con el mismo número de elementos redundantes (tasa de redundancia). Cabe señalar, sin embargo, que la redundancia separada conduce a la complicación de todo el sistema, causada por la necesidad de utilizar un número grande dispositivos de control y conmutación, lo que en la práctica reduce el efecto de su uso.

También aplica reserva mixta- una combinación de redundancia general de circuitos individuales con redundancia separada de los elementos más críticos y menos fiables. La comparación de las opciones de redundancia en este caso se puede realizar mediante métodos similares.

6.3. La redundancia como método para asegurar la confiabilidad de los sistemas tecnológicos en la etapa de su creación

Reserva- solicitud fondos adicionales y (o) oportunidades para mantener la operatividad (aumentar la confiabilidad) del objeto.

Tipos de reserva:

1. Redundancia estructural- redundancia utilizando elementos de reserva de la estructura del objeto. La redundancia estructural se implementa introduciendo en el sistema elementos de reserva (redundantes) que, dada la absoluta fiabilidad de los elementos del sistema original, no son funcionalmente necesarios. Con redundancia estructural de elementos (o circuitos) del sistema, los indicadores de confiabilidad aumentan discretamente (saltos). Varias opciones de redundancia estructural se discuten en 6.2.2-6.2.3.

2. Redundancia funcional- redundancia con uso de reservas funcionales. Con este método de redundancia, el sistema se construye de tal manera que se puede realizar la función especificada diferentes caminos y/o medios técnicos. Por ejemplo, en algunas máquinas CNC, la función de interpolar las trayectorias de movimiento de los cuerpos de trabajo se puede realizar mediante software y hardware, utilizando un dispositivo especial: un interpolador (lineal-circular, parabólico, etc.).

3. Reserva temporal- reserva con el uso de reservas de tiempo. La holgura se puede utilizar para solucionar problemas, mantenimiento, etc. La holgura en sistemas tecnológicos ah se puede proporcionar de varias maneras:

a) aumento del tiempo operativo (al reducir el tiempo de mantenimiento, el tiempo de inactividad planificado, el aumento del trabajo por turnos, etc.);

b) crear un margen de rendimiento;

c) otorgar al sistema la propiedad de inercia funcional. inercia funcional- una propiedad del sistema que caracteriza su capacidad para permitir interrupciones en el trabajo sin pérdida del efecto de salida. La inercia funcional del sistema tecnológico puede estar dada por el uso de acumuladores interoperacionales (buffering).

4. Redundancia de información - redundancia utilizando reservas de información. Se implementa introduciendo códigos y símbolos redundantes durante la transmisión, procesamiento y visualización de la información (por ejemplo, unidades de información adicionales que permiten detectar y eliminar errores en la transmisión de la información: códigos de corrección, sumas de control, controles de paridad, etc. ).

5. Redundancia de carga- redundancia con el uso de reservas de carga. La esencia del principio de redundancia de carga (redundancia paramétrica) es ampliar el alcance de la operatividad del objeto; en este caso, el área de estado del objeto se elimina de los límites del área de salud, determinada por los valores máximos permitidos de los parámetros de salida del objeto. Esto se logra creando márgenes de resistencia, resistencia al desgaste (aumento de las tolerancias de desgaste, aumento del área de las superficies de apoyo, uso de materiales resistentes al desgaste, etc.), rigidez, resistencia a las vibraciones, resistencia al calor, etc. La redundancia de carga le permite mejorar continuamente la confiabilidad del sistema hasta nivel requerido aumentando la eficiencia y la resistencia a fallas de los elementos individuales de los sistemas. En sistemas con estructura acoplada o combinada, para establecer este nivel, es necesario considerar el funcionamiento de todo el sistema, teniendo en cuenta la interacción de sus elementos y subsistemas y la participación de elementos y subsistemas individuales en la formación de la salida. parámetros del sistema en su conjunto.

Clasificación de los métodos de redundancia del sistema.

El nivel de confiabilidad de la base de elementos de electrónica, ingeniería de radio, elementos mecánicos, ingeniería eléctrica alcanzado en la actualidad se caracteriza por los valores de la tasa de falla λ=10 -6 ... 10 -7 1/h. En un futuro cercano, se espera que este nivel aumente a λ= 10 -8 1/h. Esto permitirá elevar el tiempo entre fallas de un sistema que consta de N = 10 6 elementos hasta 100 horas, lo que claramente no es suficiente. Confiabilidad Requerida sistemas complejos sólo puede lograrse mediante el uso varios tipos reservas

La redundancia es uno de los principales medios para garantizar un nivel dado de confiabilidad (especialmente confiabilidad) de un objeto con elementos insuficientemente confiables.

De acuerdo con GOST 27.002-89 reserva llamado el uso de herramientas y (o) capacidades adicionales para mantener el estado operativo del objeto en caso de falla de uno o más de sus elementos. Por tanto, la redundancia es un método para aumentar la fiabilidad de un objeto introduciendo redundancia. A su momento, redundancia - estos son medios adicionales y (o) capacidades que son súper mínimas necesarias para que el objeto realice las funciones especificadas. La tarea de introducir la redundancia es asegurar funcionamiento normal objeto después de que ocurre una falla en sus elementos.

Hay varios métodos de copia de seguridad. Es recomendable dividirlos según los siguientes criterios (Figura 4.7): tipo de redundancia, método de conexión de elementos, multiplicidad de redundancia, método de encendido de la reserva, modo de funcionamiento de la reserva, recuperabilidad de la reserva.

Figura 4.7 - Clasificación de los métodos de redundancia

redundancia estructural, a veces llamado hardware (elemento, circuito), prevé el uso de elementos de reserva de la estructura del objeto. La esencia de la redundancia estructural es que en un mínimo opción requerida objeto, se introducen elementos adicionales. Los elementos de un sistema redundante tienen los siguientes nombres. elemento principal- elemento de la estructura del objeto, necesario para que el objeto realice las funciones requeridas en ausencia de fallas de sus elementos. Elemento de reserva - elemento del objeto, destinado a realizar las funciones del elemento principal en caso de falla de este último.

La definición del elemento principal no está relacionada con el concepto de minimalidad de la estructura principal del objeto, ya que el elemento, que es el principal en algunos modos de funcionamiento, puede servir como respaldo en otras condiciones.

elemento reservado- el elemento principal, en caso de avería, que se prevea en la instalación como elemento de respaldo.

Las Figuras 4.8 - 4.10 muestran los diagramas de conexión de los elementos principales y de reserva, la llamada conexión paralela de elementos. Un sistema con conexión en paralelo de elementos es un sistema que falla solo si todos sus elementos fallan.

Figura 4.8 - Ejemplo de conexión en paralelo de elementos

un - diagrama de circuito, b - esquema de diseño

Figura 4.9 - Ejemplo de conexión paralelo-serie de los elementos del SUHTP

un - diagrama funcional, b – esquema de cálculo

Figura 4.10 - Un ejemplo de un puente de conexión de elementos

Reserva temporal asociados con el uso de las reservas de tiempo. Se supone que para la ejecución por parte del objeto trabajo necesario el tiempo asignado es obviamente más que el mínimo requerido. Se pueden crear reservas de tiempo aumentando la productividad del objeto, la inercia de sus elementos, etc.

Redundancia de información- esto es una redundancia con el uso de redundancia de información. Ejemplos de redundancia de información son la transmisión múltiple del mismo mensaje a través de un canal de comunicación; el uso de varios códigos en la transmisión de información a través de canales de comunicación que detectan y corrigen errores que aparecen como resultado de fallas en los equipos y la influencia de interferencias; la introducción de símbolos de información redundantes en el procesamiento, transmisión y visualización de información. El exceso de información permite, en cierta medida, compensar las distorsiones de la información transmitida o eliminarlas.

Redundancia Funcional- redundancia, en la que una función dada se puede realizar de varias maneras y medios tecnicos. Por ejemplo, la función de transmitir información al sistema de control automatizado se puede realizar utilizando canales de radio, telégrafo, teléfono y otros medios de comunicación. Por lo tanto, los indicadores promedio habituales de confiabilidad (tiempo medio entre fallas, probabilidad de operación sin fallas, etc.) se vuelven poco informativos e insuficientemente adecuados para su uso en este caso. Los indicadores más apropiados para evaluar la confiabilidad funcional son: la probabilidad de realizar una función dada, el tiempo promedio para completar una función, el factor de disponibilidad para realizar una función dada.

Redundancia de carga- esto es una redundancia con el uso de reservas de carga. La redundancia de carga, en primer lugar, consiste en garantizar reservas óptimas de la capacidad de los elementos para soportar las cargas que actúan sobre ellos. Con otros métodos de redundancia de carga, es posible introducir elementos adicionales de protección o descarga.

Especies incluidas las reservas se pueden aplicar al sistema como un todo, a elementos individuales del sistema oa sus grupos. En el primer caso, la reserva se llama general, en el segundo - separado. La combinación de diferentes tipos de reserva en un mismo objeto se denomina mezclado.

Según el método de inclusión de elementos de reserva, existen reservas permanentes, dinámicas, de reposición, deslizantes y mayoritarias. Reserva permanente- esto es redundancia sin reestructuración de la estructura del objeto en caso de falla de su elemento. Para la redundancia permanente, es fundamental que en caso de falla del elemento principal, no se requieran dispositivos especiales para poner en funcionamiento el elemento de reserva, y tampoco se produzca una interrupción del funcionamiento (Figuras 4.11 - 4.13). La redundancia permanente en el caso más simple es una conexión en paralelo de elementos sin dispositivos de conmutación.

Figura 4.12 - Redundancia separada con reserva siempre activa Figura 4.11 - Redundancia general con reserva permanentemente encendida

Figura 4.13 - Redundancia mixta con reserva permanentemente encendida

Redundancia dinámica- esto es una redundancia con la reestructuración de la estructura del objeto en caso de falla de su elemento. La redundancia dinámica tiene varias variedades.

Reserva por reemplazo- Esta es una redundancia dinámica, en la que las funciones del elemento principal se transfieren al respaldo solo después de la falla del elemento principal. La inclusión de una reserva por reposición (Figuras 4.14, 4.15) tiene las siguientes ventajas:

- no viola el modo de operación de la reserva;

- conserva en mayor medida la fiabilidad de los elementos de respaldo, ya que durante el funcionamiento de los elementos principales se encuentran en un estado no operativo;

- le permite utilizar un elemento de reserva para varios elementos principales.

Figura 4.14 - Despido general con incorporación de reserva de reposición Figura 4.15 - Despido separado con incorporación de reserva por sustitución

Una desventaja significativa de la redundancia de reemplazo es la necesidad de dispositivos de conmutación. Con redundancia separada, la cantidad de dispositivos de conmutación es igual a la cantidad de elementos principales, lo que puede reducir en gran medida la confiabilidad de todo el sistema. Por lo tanto, es beneficioso reservar nodos grandes o todo el sistema por reemplazo y, en todos los demás casos, con alta confiabilidad de los dispositivos de conmutación.

reserva continua- se trata de redundancia por reemplazo, en la que un grupo de elementos principales de un objeto está respaldado por uno o más elementos de respaldo, cada uno de los cuales puede reemplazar cualquier elemento principal que falle en este grupo (Figura 4.16).

Figura 4.16 - Reserva deslizante de elementos del mismo tipo (a) y heterogéneos (b)

Encontrado en sistemas de control. aplicación amplia reserva mayoritaria(usando "votar"). Este método se basa en el uso de un elemento adicional llamado elemento mayoritario o lógico. El elemento lógico le permite comparar las señales provenientes de los elementos que realizan la misma función. Si los resultados coinciden, se transfieren a la salida del dispositivo.

La figura 4.17 muestra una redundancia de 2 de 3, es decir dos de los tres resultados coincidentes se consideran verdaderos y se pasan a la salida del dispositivo. De acuerdo con este principio, se construyen muchos esquemas de subsistemas de sistemas de control y protección (CPS). Es posible aplicar las proporciones "3 de 5", etc. La principal ventaja de este método es garantizar un aumento de la confiabilidad para cualquier tipo de fallas de elementos y un aumento de la confiabilidad de los objetos lógicos de información.

Figura 4.17 - Reserva mayoritaria

El grado de redundancia se caracteriza por la multiplicidad de redundancia. coeficiente de reservas- esta es la relación entre el número de elementos de reserva del objeto y el número de elementos principales reservados por ellos, expresado como una fracción no reducida. Redundancia de enteros ocurre cuando un elemento primario está respaldado por uno o más elementos de reserva.

Redundancia fraccionada – esta es una reserva de este tipo, cuando dos o más elementos del mismo tipo están reservados por uno o más elementos de reserva. La redundancia más común con multiplicidad fraccionaria es cuando el número de elementos principales excede el número de elementos de reserva. La reserva, cuya multiplicidad es igual a uno, se llama duplicación.

Según el modo de operación de la reserva, se distinguen las reservas cargadas, ligeras y descargadas. reserva cargada - es una reserva que contiene uno o más elementos de reserva que están en el modo del elemento principal. Al mismo tiempo, se supone que los elementos de la reserva cargada tienen el mismo nivel de confiabilidad, durabilidad y persistencia que los elementos principales del objeto reservado por ellos. Reserva de peso ligero - esta es una reserva que contiene uno o más elementos de reserva que están en un modo menos cargado que el principal. Los elementos de reserva ligeros suelen tener más nivel alto fiabilidad, durabilidad y persistencia que los elementos principales. Reserva descargada- esta es una reserva que contiene uno o más elementos de respaldo que se encuentran en modo descargado antes de que comiencen a realizar las funciones del elemento principal. Para los elementos de una reserva descargada, se asume condicionalmente que nunca fallan y no alcanzan el estado límite.

La redundancia, en la que la operatividad de uno o más elementos redundantes en caso de fallas está sujeta a restauración durante la operación, se denomina redundancia con recuperación, de lo contrario hay redundancia sin recuperación. La recuperabilidad de la reserva se asegura en presencia de un seguimiento de la salud de los elementos. En presencia de redundancia, esto es especialmente importante, ya que en este caso el número de fallas ocultas puede ser mayor que en ausencia de redundancia. EN ideal la falla de cualquier elemento del objeto se detecta sin demora y el elemento defectuoso se reemplaza o repara de inmediato.

Clasificación de los métodos de redundancia. Uno de los principales medios para asegurar el nivel de fiabilidad requerido y, sobre todo, la fiabilidad de un objeto o ES con elementos insuficientemente fiables es la redundancia.

Por debajo reserva significa el uso de herramientas y capacidades adicionales para mantener un estado saludable sistema eléctrico falla de uno o más de sus elementos. La reserva es metodo efectivo creación de sistemas eléctricos, cuya fiabilidad es superior a la fiabilidad de los elementos incluidos en el sistema.

La reserva difiere. elementos principales estructuras necesarias para que el sistema realice las funciones requeridas en ausencia de fallas de sus elementos, y elementos de copia de seguridad, diseñado para realizar las funciones de los elementos principales en caso de falla.

La relación entre el número de elementos de reserva. etc. sistemas al número de elementos básicos que reservan sobre, expresado como una fracción no reducida se denomina coeficiente de reserva

metro pags = norte pags / norte o .

La reserva con una relación de reserva de uno a uno m p \u003d 1/1 se llama duplicación.

Las herramientas y capacidades adicionales utilizadas en la redundancia incluyen elementos introducidos en la estructura del sistema como respaldo, el uso de herramientas y capacidades funcionales y de información, el uso de exceso de tiempo y existencias. capacidad de carga. En consecuencia, según el tipo de fondos adicionales, se distinguen redundancia estructural utilizando elementos de reserva de la estructura del objeto, funcional usando reservas funcionales, informativo utilizando reservas de información, temporario con reservas de tiempo y carga con el uso de reservas de carga (Fig. 3.28).

En ES, la redundancia estructural se usa con mayor frecuencia y también se usan otros tipos de redundancia. Entonces, con la redundancia funcional, a veces se usan elementos multifuncionales de herramientas de automatización, y si fallan, pueden usarse en este sistema para otros fines, la redundancia funcional también se lleva a cabo para varios modos de operación, por ejemplo, al transmitir información en de varias maneras, dependiendo de qué elementos del sistema permanecieron funcionales. La redundancia de información se utiliza en sistemas donde la ocurrencia de una falla lleva a la pérdida o distorsión de alguna parte de la información procesada o transmitida. La redundancia temporal puede llevarse a cabo aumentando la productividad del objeto, la inercia de sus elementos, la repetición con un cambio en el tiempo de las operaciones individuales. La redundancia de carga se expresa en la provisión de márgenes óptimos para la capacidad de los elementos para soportar las cargas que actúan sobre ellos o en la introducción de elementos adicionales de protección o descarga en el sistema para proteger algunos de los elementos principales del sistema de las cargas que actúan sobre ellos. a ellos.

De acuerdo con el método de conexión de la reserva, se hace una distinción entre redundancia permanente y dinámica. Reserva permanente se lleva a cabo sin reestructurar la estructura del sistema en caso de falla de su elemento, y redundancia dinámica- con la reestructuración de la estructura del sistema en caso de: fallo de su elemento.

En el caso más simple, con redundancia permanente, los elementos se conectan en paralelo o en serie sin dispositivos de conmutación, y con redundancia dinámica, se requieren dispositivos de conmutación que respondan a las fallas de los elementos.

La redundancia dinámica es a menudo una redundancia sustitución en el que las funciones del elemento principal se transfieren al respaldo solo después de la falla del elemento principal.

Un tipo común de reemplazo de redundancia es una redundancia deslizante, en la que un grupo de elementos principales del sistema está respaldado por uno o más elementos de reserva, cada uno de los cuales puede reemplazar cualquier elemento principal defectuoso en este grupo.

Según el modo de funcionamiento de los elementos de reserva antes de la falla del elemento principal, difieren reserva cargada(uno o más elementos de reserva están en modo de elemento principal), reserva de luz(uno o más elementos de respaldo están en un modo menos cargado que el elemento principal) y reserva ociosa(uno o más elementos de reserva están en modo descargado hasta que comienzan a realizar las funciones del elemento principal).

Los conceptos de luz cargada y reserva descargada se utilizan para distinguir entre elementos redundantes en términos de su nivel de confiabilidad. Los elementos de reserva cargados tienen el mismo nivel de fiabilidad (fiabilidad, durabilidad y persistencia) que los elementos principales del objeto que reservan, ya que el recurso de los elementos de reserva se consume de la misma forma que los elementos principales. Los elementos de reserva livianos tienen un mayor nivel de confiabilidad, ya que la intensidad de consumo de recursos de los elementos de reserva hasta que se encienden en lugar de fallar es mucho menor que la de los principales. Con una reserva descargada, el recurso de los elementos de reserva comienza a consumirse prácticamente solo desde el momento en que se encienden en lugar de los elementos defectuosos.

Figura 3.28. Esquema de clasificación de los tipos de reserva

Según el método de reserva de un objeto (un elemento de un objeto), existen reservas generales y separadas. En reserva general se reserva el objeto en su conjunto, en lugar de un solo objeto, se prevé la operación simultánea de dos o más objetos del mismo tipo o similares en cuanto a sus funciones. El método es simple y ampliamente utilizado en la práctica cuando se realizan copias de seguridad de los sistemas más críticos. En reserva separada reservados son elementos individuales de un objeto o sus grupos, que normalmente están integrados en un objeto, tanto los elementos individuales del sistema como sus partes más grandes (bloques) se pueden reservar por separado.

La redundancia dinámica puede ser separada y común y permite el uso de elementos de reserva no solo en carga, sino también en reserva ligera y descargada, lo que le permite ahorrar el recurso de los elementos de reserva, aumentar la confiabilidad del sistema eléctrico en su conjunto y reducir consumo de energía.

Cuando es redundante por sustitución, se puede utilizar la redundancia deslizante, lo que permite asegurar la confiabilidad requerida del sistema a un bajo costo y un ligero aumento en su peso y dimensiones.

Las desventajas de la redundancia dinámica por reemplazo incluyen la necesidad de dispositivos de conmutación y la presencia de interrupciones en el funcionamiento al cambiar a elementos redundantes, así como un sistema de búsqueda de un elemento o bloque fallido, lo que reduce la confiabilidad de todo el sistema redundante. Se recomienda utilizar la reserva por sustitución para la redundancia de unidades funcionales suficientemente grandes y bloques de sistemas eléctricos complejos.

La redundancia permanente, que implica la conexión permanente de elementos a los principales, es simple y no se necesitan dispositivos de conmutación. Si el elemento principal falla, el sistema continúa funcionando normalmente sin interrupción y sin conmutación. Las desventajas de la redundancia permanente son el mayor consumo de recursos de los elementos redundantes y el cambio en los parámetros del nodo redundante en caso de falla del elemento.

La redundancia permanente se utiliza en sistemas críticos para los que incluso una breve interrupción del funcionamiento es inaceptable, y cuando son redundantes elementos relativamente pequeños: nodos, bloques y elementos del equipo electrónico ESA (resistencias, condensadores, diodos, etc.).

La redundancia de los elementos eléctricos radio incluidos en el ESA, cuyo fallo puede acarrear consecuencias especialmente peligrosas, se realiza teniendo en cuenta la posibilidad tanto de cortocircuitos como de rotura de elementos. La redundancia en caso de ruptura de elementos se realiza mediante conexión en paralelo, y en caso de cortocircuitos, mediante conexión en serie de elementos, asumiendo que el elemento falla, pero no se viola el circuito eléctrico de otros elementos conectados en serie con él. Por ejemplo, la redundancia separada permanente de un diodo con una reserva cargada en caso de falla debido a un cortocircuito (cortocircuito), circuito abierto o cortocircuito y circuito abierto se lleva a cabo al encender los diodos de reserva, respectivamente, en serie, en paralelo y en serie-paralelo al principal (Fig. 3.29, un, en).

Redundancia total del rectificador permanente UD la reserva cargada se realiza mediante la conexión en paralelo de la reserva, y los diodos se utilizan para evitar que la corriente del rectificador de respaldo fluya a través del circuito de salida del que falla (Fig. 3.29, GRAMO). La redundancia general del rectificador con reserva descargada se realiza mediante el dispositivo PERO conmutación, que recibe una señal CO sobre la falla y envía una señal de control US al interruptor QW para apagar el rectificador fallado y encender el de respaldo (Fig. 3.29, d).

Reserva permanente. Dicha redundancia se puede realizar mediante la conexión en paralelo o en serie al elemento principal (sistema) de uno o más redundantes que realizan las mismas funciones que el elemento principal (sistema). Dicha redundancia se realiza, por ejemplo, durante el funcionamiento en paralelo de generadores, ordenadores, unidades ESA, resistencias, etc., así como cuando se conectan en serie diodos, contactos de apertura, condensadores, etc. d.

Los sistemas eléctricos con reserva permanentemente encendida están hechos de tal manera que los elementos que fallan no afectan el funcionamiento del sistema en su conjunto. Las consecuencias del fallo de un elemento con redundancia permanente en casos extremos pueden ser: cortocircuito o rotura de uno o más elementos, lo que debe tenerse en cuenta a la hora de diseñar el sistema. Para ello se introducen resistencias limitadoras, la

Arroz. 3.29. Esquemas típicos de redundancia estructural:

a B C - diodo enfermedad venérea respectivamente, en caso de falla tipo cortocircuito, circuito abierto, cortocircuito y circuito abierto;

d, d- rectificador UD respectivamente con reserva cargada y descargada

transformadores de división, así como aumentar las tolerancias de los parámetros individuales del sistema, etc.

La redundancia permanente proporciona una reserva cargada y puede ser compartida y separada; en el diagrama de bloques para calcular la confiabilidad, los elementos principal y de reserva están conectados en paralelo (Fig. 3.30).

Arroz. 3.30. Regímenes de despido permanente general (a) y separado (b)

Un sistema eléctrico con redundancia general (Fig. 3.30, a) funcionará normalmente mientras mantiene la operatividad de al menos uno de t+1 Circuitos en paralelo formados por elementos conectados en serie. La probabilidad de funcionamiento sin fallos de cada i-ésima cadena con PAG elementos conectados en serie, teniendo en cuenta (3.68) en el tiempo t(Por simplicidad, no se da más tiempo)

Pi =(3.95)

donde pij- probabilidad de funcionamiento sin fallos del j-ésimo i-ésimo elemento cadenas La probabilidad de operación sin fallas de un sistema con una redundancia común de m + 1 circuitos en paralelo se encuentra teniendo en cuenta (3.72) y (3.95):

P s.o = (3.96)

Con la misma fiabilidad de todos los elementos Р ij = Р e la fórmula (3.96) tomará la forma

R s.o \u003d 1 - (1 - P e n) m +1. (3.97)

Para una probabilidad dada de operación sin fallas del sistema eléctrico asi que. sobre la base de (3.97) es posible determinar la cantidad necesaria yo, bajo el cual se cumple la condición c.o = P c.o, es decir

to =

Con una ley de distribución exponencial para los elementos del sistema P e = exp (- λ y t) la probabilidad de funcionamiento sin fallos (3.97) y el tiempo medio de fallo del sistema están determinados por las fórmulas

P c.o (t) = 1 - m+1;

donde = pλ e - tasa de falla del circuito de PAG elementos; T cf = 1/ - tiempo medio hasta el fallo de una cadena.

WPP con redundancia separada asume la inclusión constante de elementos de respaldo en secciones individuales del sistema (Fig. 3.30.6).

Probabilidad de funcionamiento sin fallos de un elemento de sistema redundante individual

y todo el sistema con redundancia separada

(3.99)

Con la misma fiabilidad de todos los elementos (3.99) toma la forma

Р с.р = n , (3.100)

de donde, para una probabilidad dada de funcionamiento sin fallos del sistema, se determina el valor correspondiente

Con una ley exponencial de distribución de elementos igualmente confiables Р e = exp (-λ e t) la probabilidad de operación sin fallas

P sp (t) = (1 - m +1 ) norte (3.101)

y el tiempo medio de falla del sistema

donde v i = (i + 1) /(m + 1); λ = λ e.

El aumento en la confiabilidad de ES como resultado de la redundancia se puede estimar por la relación de la probabilidad de falla del sistema principal no redundante

y sistema redundante

Con la misma confiabilidad de los sistemas principal y de respaldo

γ pe z \u003d l / Q i m \u003d l / Q o m.

De la relación obtenida se desprende una importante conclusión: cuanto mayor es la probabilidad de fallo del sistema (menor su funcionamiento sin fallos), menor es el efecto de redundancia. A partir de esta conclusión, a veces llamada paradoja de la reserva, se puede concluir lo siguiente:

la posibilidad de redundancia no elimina la tarea de aumentar la confiabilidad de los elementos y sistemas redundantes;

la redundancia general del sistema, en igualdad de condiciones, es menos rentable que la redundancia separada, por lo que la probabilidad de falla de una parte del sistema es menor que la probabilidad de falla de todo el sistema.

Con una distribución exponencial del tiempo hasta el fallo, la probabilidad de fallo del sistema redundante

Q p (t)=Q o m+1 (t)= m+l ,

donde λ o = const es la tasa de fallas de un sistema redundante.

En la práctica, generalmente λ sobre t< 0,1 тогда

Q o (t)≈ λ o t = t/T cp y

Q PAGS (t) ≈ (λ o t) metro +1 = (t/T cp) metro +1 ,

donde T cf =1/λ o - tiempo medio hasta el fallo del sistema redundante.

Teniendo en cuenta las relaciones anteriores, la ganancia de la reserva se puede representar como

γ res ≈ (T cf / t) m.

De ello se deduce que la ganancia de redundancia disminuye a medida que aumenta el tiempo requerido. t operación del sistema.

Sobre la fiabilidad de los ES redundantes gran influencia proporciona la restauración de los sistemas principales o de respaldo (circuitos) inmediatamente después de su falla. En operación en régimen permanente, la probabilidad de operatividad del circuito con un tiempo de recuperación promedio T c. cf y tiempo medio entre fallas Ese en un momento arbitrario (excepto en períodos planificados durante los cuales no se proporciona el uso previsto) es el factor de disponibilidad de la cadena.

Para r =

ya que en la mayoría de los problemas prácticos T v.sr / T sobre<< 1.

En consecuencia, la probabilidad de falla del circuito se puede definir como la probabilidad de inoperabilidad

Q o (t) \u003d 1 - K T ≈ T en. cf /T o .

Luego, el aumento de la confiabilidad de los ES redundantes con recuperación inmediatamente después de la falla de los sistemas principales o de respaldo

γ pe z \u003d l / Q o m ≈ (T o / T in. con p) m ≈ const.

Como se puede observar, la diferencia cualitativa entre redundancia con restauración y redundancia sin restauración radica en que al restaurar, y, en primera aproximación, no depende del tiempo de funcionamiento t. Por lo tanto, los beneficios de la redundancia redundante aumentan sobre la redundancia no renovable a medida que aumenta el tiempo de operación requerido. t. Al mismo tiempo, debe tenerse en cuenta que la recuperación inmediata después de una falla puede implementarse con un monitoreo constante, cuyos medios técnicos deben tener una probabilidad de falla mucho menor que la de un sistema controlado.

La redundancia separada es más eficiente en términos de aumentar la confiabilidad de ES, especialmente para n grande (Fig. 3.31). Esto se explica por el hecho de que para una falla del sistema con una redundancia general, es suficiente que falle un elemento de cada circuito, y para uno separado, que fallen todos los elementos de cualquier grupo.

De interés práctico es la cuestión de elegir una forma racional de mejorar la confiabilidad de ES: con la ayuda de la redundancia o eligiendo elementos altamente confiables. Si desde el punto de vista de la masa, las dimensiones y el costo, ambas formas son equivalentes, entonces lo más importante para resolver este problema es la duración requerida de la operación continua del sistema. t.

La influencia del tiempo t para un funcionamiento sin problemas PC pag(t) ES de dos bloques idénticos, de trabajo y de reserva, con una reserva cargada se puede determinar utilizando las fórmulas (3.98) con m = 1 y n = 1:

P sp (t) = 2exp (-t/T cf.b)-Exp (-2t/T cp. 6);

T cf = 1,5 T cf. segundo, (3.103)

Arroz. 3.31. Dependencias de la probabilidad de operación sin fallas de los sistemas eléctricos con un común (1) y separado (2) redundancia del número de elementos de reserva con un número diferente de elementos consecutivos

Arroz. 3.32. Dependencias de la probabilidad de que el sistema funcione sin fallas a tiempo con una reserva cargada (1) y con una mayor confiabilidad de la unidad (2)

donde T cf.b = 1/λ 6 - tiempo medio hasta el fallo de un bloque; λb- tasa de falla de una unidad del sistema redundante.

Para un sistema eléctrico no redundante de un solo bloque de mayor confiabilidad con el mismo tiempo medio de falla cf. en cuanto a un sistema redundante (3.103), la probabilidad de funcionamiento sin fallos será

P sn (t) \u003d exp [- t / (1.5T cf. b)]. (3.104)

Las dependencias (3.103) y (3.104) muestran que la redundancia es más eficiente que aumentar directamente la confiabilidad del bloque en el período inicial de operación del sistema t< 2Т ср.б, при t >> 2T c r.b, por el contrario, es más efectivo para aumentar la confiabilidad del bloque (Fig. 3.32).

La conexión constante en serie-paralelo de elementos mutuamente redundantes se utiliza en los casos en que son posibles fallas de cortocircuito y rotura. Por ejemplo, un capacitor puede fallar debido a la pérdida de capacitancia debido a un circuito abierto o debido a una falla debido a un cortocircuito; Los contactos de los relés pueden fallar por su oxidación (rotura) o por su "soldadura" o "pegado" (cortocircuito), etc. (ver Tabla 3.7).

Teniendo en cuenta la posibilidad de fallas como circuito abierto y cortocircuito, en muchos casos se utiliza una conexión constante en serie-paralelo de cuatro elementos mutuamente redundantes (Fig. 3.33). Cuando prevalecen fallas de elementos del tipo de cortocircuito

Q kz (t) > Q o 6 (t),

Arroz. 3.33. Conexión serie-paralelo permanente de elementos mutuamente redundantes en caso de fallas principalmente: tipo de cortocircuito (un) y romper (b)

donde Q kz (t) y Q o 6 (t) - la probabilidad de falla de un elemento del tipo de cortocircuito y circuito abierto, respectivamente, se utilizan circuitos de conmutación en serie-paralelo sin puente (Fig. 3.33, a), y cuando prevalecen las fallas del tipo de circuito abierto

Q kz (t)< Q об (t) -

Circuitos en serie-paralelo con un puente (Fig. 3.33, b).

La probabilidad de falla del circuito redundante en caso de fallas del tipo abierto Q r.ob (t) y el tipo de cortocircuito Q r.kz (t) durante el período requerido de operación t es una función de las probabilidades de falla del elemento Q kz (t) y Q o b (t) y depende del esquema de redundancia utilizado y del tipo de falla (Tabla 3.13).

De la mesa. 3.13 de las relaciones se deduce que la eficiencia γ res de la redundancia en serie-paralelo disminuye a medida que aumenta la probabilidad de falla del elemento del circuito. En un cierto valor crítico Q kz (t) o Q sobre (t) la probabilidad de falla del circuito redundante se vuelve mayor que la probabilidad de falla de un elemento, entonces el uso de la redundancia en serie-paralelo se vuelve inapropiado. Teniendo en cuenta la fiabilidad y precisión de la información a priori sobre la fiabilidad de los elementos, se suele recomendar el uso de redundancia serie-paralelo en los casos en que la probabilidad de fallo del elemento del circuito sea Q kz ( t) 0,l y Q o 6 (t) 0,l.

Tabla 3.13.

Relaciones de diseño para conexión serie-paralelo

cuatro elementos

Arroz. 3.34. Esquemas de redundancia dinámica general (a) y separada (b)

con dispositivos de conmutación

Redundancia dinámica. Con tal redundancia, se hace posible utilizar una reserva ligera o descargada, si las interrupciones en el funcionamiento de los ES necesarios para encender la reserva son aceptables, y se hace necesario utilizar elementos adicionales- dispositivos de conmutación para conectar la reserva. La inclusión de elementos de reserva se puede realizar de forma manual o automática, los dispositivos de conmutación pueden ser separados o comunes para elementos o circuitos (bloques) del sistema eléctrico conectados en paralelo (Fig. 3.34).

Si ignoramos la influencia de los dispositivos de conmutación y los consideramos absolutamente confiables, entonces con una reserva cargada, la confiabilidad de un ES con redundancia dinámica será igual a la confiabilidad de un sistema con una reserva encendida permanentemente. Con redundancia ligera y descargada, la redundancia dinámica mejora la confiabilidad del sistema.

La influencia de la fiabilidad de los dispositivos de conmutación en la fiabilidad de un sistema redundante se tiene en cuenta simplemente para sistemas con una reserva cargada.

WPP con redundancia general y reserva cargada en modo normal, todos los interruptores automáticos están encendidos y los circuitos principal y de respaldo de PAG los elementos están bajo carga. En caso de fallo del circuito principal, el interruptor K . lo apaga, en caso de falla del primer circuito de respaldo, el interruptor K1 lo apaga, etc.

La falla del sistema ocurre cuando el circuito principal y todos los circuitos de respaldo, que consisten en PAG elementos e interruptor Para cada. Suponiendo que los interruptores y los elementos del sistema fallan de forma independiente, se puede encontrar la probabilidad de que un circuito funcione sin fallas a partir de PAG elementos

y la probabilidad de operación sin fallas de todo el sistema de m + 1 tales circuitos paralelos

P s.o = ,(3.105)

donde Pki- probabilidad de funcionamiento sin fallos cambiar i-ésimo cadenas

Con la misma fiabilidad de todos PAG elementos P e y la misma confiabilidad de los interruptores P k fórmula (3.105) tomará la forma

P s.o \u003d 1 - (1 - P k P e n) m +1. (3.106)

De (3.106) para un valor dado P s.o = encuentre el valor requerido del número de circuitos de respaldo

Con una ley de distribución exponencial para elementos P e \u003d exp (- λ y t) y cambia Р k = exp(- kt) del sistema, el tiempo medio hasta el fallo y la probabilidad de funcionamiento sin fallos del sistema se determinan mediante las fórmulas (3.98), en las que, en este caso, la tasa de fallos del circuito se calcula mediante la fórmula

WPP con redundancia separada y reserva cargada todos los interruptores automáticos Para en el período inicial de funcionamiento del sistema se encuentran encendidos, en caso de falla de algún elemento principal o de respaldo, el interruptor correspondiente desconecta dicho elemento averiado. La falla del sistema ocurre cuando falla cualquier elemento principal j (o su interruptor K) y todos los elementos que lo reservan i(o todos sus interruptores Ki).

Probabilidad de funcionamiento sin fallos de todo el sistema con redundancia separada, teniendo en cuenta la probabilidad de funcionamiento sin fallos de los interruptores automáticos

(3.107)

Para un sistema con elementos e interruptores igualmente confiables, la expresión (3.107) toma la forma

R sr = n. (3.108)

Con una ley de distribución exponencial para elementos λ e \u003d const e interruptores λ k \u003d const, los valores de T cf.r y P c.r se calculan utilizando las fórmulas (3.101) y (3.102), en las que en este caso lo toman

λ \u003d λ e + λ k.

De las fórmulas obtenidas se puede ver que con redundancia dinámica con reserva cargada debido a la presencia de dispositivos de conmutación K, los indicadores de confiabilidad del sistema son más bajos en comparación con la redundancia permanente. Es recomendable utilizar redundancia dinámica con reserva cargada en los casos en que las interrupciones en el funcionamiento del sistema sean inaceptables y se deba apagar el elemento (sistema) averiado para que no se produzca un cambio brusco en el modo de funcionamiento del sistema redundante. .

Los cálculos de acuerdo con las fórmulas (3.106) y (3.108), que determinan la probabilidad de operación sin fallas de los sistemas que se muestran en la Fig. 3.34, muestran que con la misma confiabilidad de los elementos y la misma confiabilidad suficientemente alta de los interruptores para el mismos valores PAG y t la probabilidad de funcionamiento sin fallos de un ES con redundancia separada y un interruptor para cada elemento es mayor que la de un ES con redundancia común y un interruptor en cada circuito.

Por lo tanto, la redundancia separada es más eficiente que la redundancia general en el caso de la redundancia dinámica.

La efectividad de la redundancia dinámica se mejora cuando se implementa como redundancia de reemplazo con redundancia ligera o redundancia ligera. A continuación consideramos la redundancia por reemplazo con una reserva descargada; es obvio que los indicadores de confiabilidad con reserva ligera tendrán valores intermedios entre aquellos con reserva cargada y descargada.

En un sistema redundante con redundancia general y reserva descargada, el circuito principal con un interruptor automático opera primero Para(fig. 3.34, un), si falla, se enciende con un interruptor en su lugar Ki uno de los circuitos de repuesto. No puede haber más tales sustituciones. t;(m + 1): la falla conduce a la falla del sistema en su conjunto.

Para simplificar el análisis, consideramos un sistema con una ley de distribución exponencial para los elementos Р ij (t) = exp(-λ jt) e interruptores Pki (t)=exp(- λkit). Entonces la probabilidad de operación sin fallas de un circuito de PAG elementos con un interruptor

Pi(t) = (3.109)

donde λ yo = λ j norte + λ k - tasa de fallas del i-ésimo circuito del sistema redundante.

Tiempo medio de funcionamiento hasta i-ésima falla cadena, teniendo en cuenta (3.109), será

cf. yo =

En cada uno de los intervalos yo solo un circuito está funcionando y puede fallar, por lo que el tiempo medio de falla de todo el sistema será

Tcp. o = T cp . yo(m+1). (3.110)

Probabilidad de funcionamiento sin fallos de un ES redundante con reserva descargada durante el tiempo t se puede determinar bajo el supuesto de que si un circuito falla, hay un cambio instantáneo a uno de los circuitos de respaldo, y el sistema fallará después de la falla del circuito principal y todos los demás. t circuitos de respaldo. Entonces la probabilidad de que una cadena de PAG elementos e interruptor PARA, teniendo una tasa de falla λ i a lo largo del tiempo t falla ztimes (teniendo en cuenta la posibilidad de su reemplazo con los de reserva), puede determinarse por la ley de Poisson

P z (t) = (λ i t) z /z! exp(-λ i t), (3.111)

donde λ yo t es el número promedio de fallas en el circuito a lo largo del tiempo t.

Todo el sistema redundante a lo largo del tiempo t funcionará sin problemas si al menos uno de los siguientes eventos incompatibles ocurre durante este tiempo: C o - todos los circuitos del sistema funcionaron sin problemas, De 1 - un circuito falló Cz- ha fallado z cadenas de (t+1); Ct- rechazado t cadenas de (m+1).

Por lo tanto, la probabilidad de funcionamiento sin fallos de todo el sistema redundante se determina de acuerdo con el teorema de la suma de probabilidades grupo completo de eventos incompatibles C con (3.111) tomados en cuenta

P s.o (t) = (3.112)

Comparando las fórmulas obtenidas (3.110) y (3.112) con las fórmulas correspondientes para una reserva cargada, se deduce que con una reserva descargada, la probabilidad de operación sin fallas y el tiempo medio hasta la falla aumentan.

Al mismo tiempo, es prácticamente imposible lograr un aumento en el tiempo medio hasta la falla en más de un orden de magnitud debido a tal redundancia debido a la presencia de dispositivos de conmutación y equipos auxiliares. Con un aumento en la cantidad de elementos redundantes (bloques, sistemas), la masa, las dimensiones y el costo de los equipos auxiliares limitan significativamente el nivel alcanzable de confiabilidad en la redundancia, lo que permite en la práctica usar la redundancia con m ≤ 2 ... 3.

Si el ES consta de grupos elementos idénticos, entonces es recomendable utilizar la reserva deslizante por reemplazo, cuando uno o más elementos de reserva (bloques) t Los sistemas pueden reemplazar cualquiera de los elementos principales fallados (bloques) del sistema (Fig. 3.35).

Arroz. 3.35. Esquema de reserva móvil

Si la redundancia deslizante es con reserva descargada, las fallas de los elementos son independientes y tienen una distribución exponencial, el dispositivo para buscar el elemento fallado y encender el respaldo en su lugar (interruptor) es absolutamente confiable, entonces la probabilidad de el funcionamiento del sistema a prueba de fallos durante el tiempo t, es decir, la probabilidad de fallo durante este tiempo no más t elementos, se determina de acuerdo con la ley de Poisson de manera similar a (3.112)

PC c(t) = (3.113)

donde λe- tasa de falla del elemento.

Tiempo medio de fallo del sistema, es decir valor esperado el tiempo de ocurrencia de la (m+1)-ésima falla se determina de la manera habitual:

T cf \u003d 1 / (pλ e) + t / (pλ e) \u003d (t + 1) (pλ e).(3.114)

La eficiencia de la redundancia deslizante de un sistema eléctrico se puede estimar comparando las dependencias (3.113) y (3.114) para un sistema con redundancia deslizante con las dependencias correspondientes P c \u003d exp (- nλ e t) y T cf \u003d 1 / (pλ e) para sistema no redundante

(t) = PAG c . c (t)/P c (t) = 1+ nλ e t + (nλ e t) 2 /2! + . . .+ (nλ e t) m /m!;

(t) = Tcp. c/T cp = (m+1).(3.115)

De (3.115) se deduce que desde el punto de vista de aumentar la probabilidad de operación sin fallas y el tiempo medio hasta la falla del ES, la eficiencia de la redundancia deslizante en comparación con el sistema no redundante correspondiente crece con un aumento en el número de elementos de reserva, un aumento en el tiempo de funcionamiento del sistema y el número de elementos principales redundantes (bloques) del sistema.

La redundancia continua puede ser económicamente más rentable, ya que se implementa con un número menor de elementos de reserva que los principales.

Redundancia óptima. En la implementación práctica de la redundancia ES, surge el problema de la redundancia óptima, es decir, garantizar la confiabilidad requerida del sistema al menor costo.

El número y rango de elementos de reserva (bloques) de ES se puede determinar en base a las siguientes dos declaraciones del problema de redundancia óptima:

1) la probabilidad dada de funcionamiento sin fallos del sistema debe garantizarse en costo mínimo con mi p en elementos de reserva, es decir, en C min ;

2) a los costos dados para los elementos de reserva, es necesario asegurar el máximo posible probabilidad funcionamiento sin problemas del sistema R s. m ah, es decir, en R s. m ah

Para resolver ambos problemas, primero se determina el número de elementos (secciones) de la redundancia del sistema, se calculan las probabilidades de operación libre de fallas de cada sección y del sistema en su conjunto, y se determina el costo de cada sección.

Entonces, para resolver el primer problema, el mínimo de la función С = Dado que PC \u003d donde CON - el costo de un sistema redundante, C yo - el costo de un elemento de reserva de la i-ésima sección del sistema; C 0 i - el costo inicial de la i-ésima sección del sistema; yo- número de elementos de repuesto por i-ésima sección; Pi (mi) - la probabilidad de funcionamiento sin fallos de la i-ésima sección del sistema si tiene m i -elementos de reserva.

La solución del segundo problema de redundancia óptima se reduce a encontrar el máximo de la función P c = bajo la condición C =

El cálculo del ES redundante óptimo es un proceso de varios pasos. En el primer paso, se encuentra una sección de redundancia de este tipo, la adición de una sección de reserva a la que proporciona el mayor aumento en la probabilidad de funcionamiento sin fallos del sistema en términos de coste unitario. En el segundo paso, se determina la siguiente sección (incluida la sección previamente reservada), la adición de una sección de reserva a la que se obtiene el mayor aumento en la probabilidad de tiempo de actividad del sistema, etc. Los cálculos se realizan en forma tabular; el cálculo se detiene en este paso

METRO = , cuando se cumple la condición para la primera tarea PC (M-1)< (М), а для второй задачи - С(М)

La reserva es lo más metodo efectivo lograr lo máximo alto rendimiento fiabilidad de los sistemas.

La redundancia es un método para aumentar la confiabilidad mediante la inclusión de una reserva. La redundancia le permite crear sistemas cuya confiabilidad puede ser mayor que la confiabilidad de sus elementos constituyentes. Se pueden hacer reservas varios métodos, que se caracterizan característica común- el principio de redundancia. Esto significa que, junto con los elementos principales, nodos o bloques que realizan las funciones especificadas, el sistema debe contener componentes redundantes (de reserva) que no son funcionalmente necesarios, sino que están destinados únicamente a mantener un cierto nivel de confiabilidad del sistema. La aplicación del principio de redundancia conduce a la complicación de REA, un aumento de peso, dimensiones y coste. La clasificación de los métodos de redundancia se muestra en la fig. 3.5.

Arroz. 3.5. Clasificación de los tipos de reserva

En los sistemas de reemplazo redundantes, un elemento defectuoso se reemplaza por uno que funciona entre los redundantes, y este reemplazo se realiza con mayor frecuencia mediante un interruptor (automático o manual).

Las ventajas de las reservas de reemplazo incluyen:

no es necesario ajustar los parámetros del sistema después de reemplazar un elemento defectuoso por uno reparable;

· Los elementos redundantes se pueden ubicar hasta que se incluyen en el sistema en un modo ligero, lo que contribuye a la preservación de su recurso y reduce el consumo de energía.

Sin embargo, tales sistemas tienen desventajas:

· la necesidad de utilizar interruptores, que son los elementos menos fiables de REA;

la necesidad de crear dispositivos adicionales, monitoreando el rendimiento, buscando un elemento defectuoso y reemplazándolo por uno reparable.

Todas estas deficiencias conducen al hecho de que la redundancia por reemplazo se utiliza principalmente para la redundancia de unidades funcionales relativamente grandes de sistemas complejos.

En los sistemas con inclusión permanente de la reserva, todos los elementos (tanto principales como de reserva) están conectados eléctricamente para que estén en los mismos modos. Este tipo de redundancia se calcula teniendo en cuenta las consecuencias de los fallos de los elementos y los tipos de estos fallos.

Las ventajas de tal reserva son:

Facilidad de implementación de la redundancia, por lo tanto, un ligero aumento en el peso, las dimensiones y el costo del sistema;

No hay interrupciones en el funcionamiento del sistema después de la ocurrencia de fallas. La redundancia permanente es la única posible en aquellos sistemas en los que incluso una breve interrupción del funcionamiento es inaceptable.

Las desventajas incluyen:

Consumo de recursos reembolsados ​​de los elementos de reserva;

La falla de uno de los elementos conduce a un cambio en los modos de operación de los demás.

El uso de la redundancia permanente está limitado por el hecho de que el funcionamiento paralelo simultáneo de elementos, nodos y bloques solo es posible en algunos sistemas. Por lo tanto, la inclusión permanente de la reserva es más conveniente cuando se reservan dispositivos relativamente pequeños del sistema (principalmente elementos).

La redundancia general es la redundancia de todo el sistema. La redundancia separada consiste en un sistema redundante por partes, según secciones separadas.

Un sistema redundante general (Figura 3.6) funciona normalmente hasta que falla el último circuito en buen estado. Permitir metro- multiplicidad de redundancia, es decir, el número de circuitos redundantes. si cada uno j-th circuito consta de norte elementos con probabilidad de funcionamiento correcto pij, entonces, usando el teorema de la multiplicación de probabilidad, obtenemos que la probabilidad de un evento complejo, que consiste en que en j-ésimo circuito, no ocurrirá falla, es igual al producto de las probabilidades de funcionamiento correcto de cada elemento del circuito, entonces:

Probabilidad de falla de un solo circuito

Entonces la probabilidad de funcionamiento correcto del sistema

Para el caso en que todos los elementos del sistema tengan la misma confiabilidad, es decir Pij=P, obtenemos

Arroz. 3.6. Reserva general

Arroz. 3.7. Reserva separada

Un sistema con redundancia separada (Fig. 3.7) funcionará normalmente manteniendo la operatividad de al menos un elemento en cada uno de ellos. norte- enlaces, probabilidad de falla i-th enlace

donde q ij- probabilidad de falla j-ésimo elemento i-ésimo enlace.

Probabilidad de funcionamiento correcto de un sistema con redundancia separada P con es igual al producto de las probabilidades de operación correcta Pi todos norte- Enlaces

Para el caso de elementos idénticos en términos de confiabilidad Pij=P tenemos

La redundancia mixta (Fig. 3.8) es una combinación de común y separada, y el cálculo de la confiabilidad en la redundancia mixta se realiza utilizando fórmulas para redundancia común y separada.

Arroz. 3.8. redundancia mixta

Arroz. 3.9. Eficiencia de varios tipos de redundancia

Para comparar la eficacia de la aplicación varios tipos redundancia supongamos que hay un sistema que consta de norte elementos conectados en serie, idénticos en confiabilidad, que tienen confiabilidad p=0,9.

Como sigue de la Fig. 3.9, en el que se trazan los valores calculados de las probabilidades correspondientes, la redundancia separada tiene la mayor eficiencia, además, que más cantidad elementos norte, temas más ventaja. Sin embargo, es necesario recordar la suposición que se utilizó al derivar la fórmula para la confiabilidad de los sistemas redundantes, es decir, aquí se calculó la confiabilidad de un sistema con una reserva encendida permanentemente.

Ejemplos de dicha inclusión son:

sistemas compuestos por varios transmisores que funcionan en una antena común;

Estaciones de radar que contienen varios dispositivos indicadores que funcionan en paralelo;

· Conexión eléctrica en paralelo de varios elementos (resistencias, condensadores, etc.).

Encontremos el valor del tiempo promedio de operación correcta Ts un sistema que consta de elementos conectados en paralelo, uno de los cuales es el principal y el segundo es una copia de seguridad.

Deje que las tasas de falla de estos elementos sean respectivamente iguales a λ1 y λ2. Entonces, bajo la ley exponencial de confiabilidad, la probabilidad de que funcionen sin fallas en el tiempo t igual

; y

para el sistema

Como es sabido,

Después de sustituir los límites de integración, obtenemos

Si los elementos son igualmente confiables, i.e. λ1 = λ2 = λ, entonces

donde T0- el tiempo medio de funcionamiento correcto de un elemento.

Para un sistema que consta de tres elementos del mismo tipo conectados en paralelo, encontramos

En el caso general, con la multiplicidad de redundancia metro

Desde última expresión se sigue que un aumento de la multiplicidad conduce a una disminución de la contribución de un nuevo elemento de reserva al tiempo medio de funcionamiento correcto del sistema. Este fenómeno se explica por el hecho de que con el encendido constante, los circuitos de reserva consumen su capacidad de trabajo simultáneamente con el circuito principal.

La redundancia por reemplazo implica la inclusión de circuitos de respaldo solo después de la falla del circuito principal. El encendido de los circuitos de reserva se puede realizar tanto de forma manual como automática. En cualquier caso, se requiere un indicador de falla, un dispositivo de control y un interruptor. Como estos últimos, se suelen utilizar relés o interruptores electrónicos.

En la fig. 3.10 muestra un sistema donde

B 1 ... B m- bloques de los circuitos principal y de reserva,

n 11 … n m1– interruptores de circuito de entrada,

n 12 … n m2– interruptores del circuito de salida,

U 1 ... B m- 1 - dispositivos de indicación y control.

Arroz. 3.10. Reserva por reemplazo

Cuando una unidad falla B 1 el indicador de falla envía una señal al controlador 1 que desactiva B 1 por entrada y salida conectando el bloque B 2. Después de que ocurre una falla de bloque B 2 el sistema se comporta de manera similar.

El fallo de cualquiera de los interruptores provoca el fallo del circuito redundante en el que está incluido (siempre que el fallo del interruptor no inutilice todo el sistema redundante). Por lo tanto, al calcular la confiabilidad, el interruptor se considera como un elemento conectado en serie con su bloque (en términos de confiabilidad).