Klasifikacija postojeće metode rezervacija je prikazana na sl.

Rezervacija

Gore smo opisali bit vrsta redundancije. Imajte na umu da se trenutno u tehničkim sustavima najviše koristi strukturna redundantnost.

Bit strukturne redundancije leži u činjenici da je jedan ili više dodatnih (rezervnih) elemenata pričvršćenih na glavni element (tj. minimum potreban za obavljanje navedenih funkcija), dizajniranih da osiguraju operativnost objekta u slučaju kvara. glavnog elementa).

Prema obujmu rezervacije razlikuju se sljedeće vrste;

• - opće, predviđa rezervaciju cijelog objekta
• - odvojeni, u kojima su rezervirani zasebni element ili njihove skupine
• - mješoviti, kombinirajući različite vrste rezervacija.

rezerva kao i tehnički sustavi, može biti nadoknadiva ili nepovratna. Prvi od njih koristit će se na servisiranim sustavima, a strategija njegovog oporavka izgrađena je na način da sigurnost sustava ne padne ispod zadane razine. Na servisiranim sustavima (bespovratne letjelice, automatske meteorološke stanice itd.), rezerva se u pravilu u potpunosti koristi i ne može se obnoviti.

Elementi rezerviranja mogu biti u različitim načinima:

Natovaren, lagan i istovaren.

U neopterećenom načinu rada, redundantni elementi su u istom stanju kao i glavni element, tj. svi elementi rade istovremeno pod istim uvjetima.

Lagani način pripravnosti znači da je opterećenje redundantnih elemenata manje od glavnog elementa.

Neopterećena rezerva se svodi na situaciju u kojoj redundantni elementi nemaju opterećenje dok glavni element ne otkaže.

Po prirodi veze razlikuju se:

• - trajni višak, u kojem rezervni elementi sudjeluju u radu objekta na ravnopravnoj osnovi s glavnim:
• - zamjena, kada se funkcija glavnog elementa prenosi na rezervni tek nakon kvara glavnog
• - klizni, u kojem se svaki neispravni element može zamijeniti rezervnim.

S obzirom na sustav koji se sastoji od n serijski povezanih elemenata, možemo ponuditi nekoliko opcija za njegovu redundantnost.

Opća rezervacija(Sl. 6.9, a) pretpostavlja da ako bilo koji element glavnog kruga pokvari, uključuje se pomoćni krug, koji u potpunosti zamjenjuje glavni.

Vjerojatnost rada bez kvara j-tog kruga

,

gdje
- vjerojatnost nesmetanog rada i-tog elementa j-tog kruga, koji se odnosi na razmatranu vremensku točku t.

Vjerojatnost rada bez kvarova sustava od m paralelnih krugova (radi jednostavnosti analize pretpostavlja se da je redundancija opterećena)

. (6.26)

. (6.27)

Primjer 1 Vjerojatnost neispravnog rada sustava s ukupnom redundantnošću pri n=4; m=3; p=0,8 bit će: P(t)=1–(1–0,8 4) 3 =0,7942. U nedostatku rezerve, vjerojatnost rada bez greške sekvencijalnog sustava od n=4 elementa pri p=0,8 bit će:

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

Zasebna rezervacija(Sl. 6.9, b) pruža mogućnost uključivanja sljedećeg rezervnog elementa u slučaju kvara bilo kojeg elementa glavnog kruga. Svojevrsna je zasebna rezervacija rolling rezervacija, kada rezervni element (elementi) može zamijeniti bilo koji neispravan element glavnog kruga.

Uz zasebnu redundanciju, vjerojatnost rada i-tog elementa bez kvara, uzimajući u obzir m - 1 rezervnih elemenata (smatramo redundanciju koja se učitava) bit će:

.

Vjerojatnost nesmetanog rada sustava s odvojenom redundantnošću

. (6.28)

Ako svi elementi imaju jednaku pouzdanost, t.j. P ij (t)=p, dakle

. (6.29)

Primjer 2 Vjerojatnost nesmetanog rada sustava s odvojenom redundantnošću pri n=4; m=3; p=0,8 bit će:

P(t)=4=0,9684.

Usporedba rezultata proračuna danih u primjerima 1 i 2 pokazuje da zasebna redundantnost osigurava višu razinu pouzdanosti u odnosu na ukupnu redundantnost s istim brojem redundantnih elemenata (omjer redundantnosti). Treba, međutim, napomenuti da odvojena redundantnost dovodi do kompliciranja cijelog sustava uzrokovanog potrebom za korištenjem veliki broj upravljačkih i sklopnih uređaja, što u praksi smanjuje učinak njegove uporabe.

Također primijeniti mješovita rezervacija- kombinacija opće redundancije pojedinih sklopova s ​​odvojenom redundancijom najkritičnijih i najmanje pouzdanih elemenata. Usporedba opcija redundancije u ovom slučaju može se napraviti sličnim metodama.

6.3. Redundancija kao metoda osiguranja pouzdanosti tehnoloških sustava u fazi njihovog nastanka

Rezervacija- prijava dodatna sredstva i (ili) mogućnosti za održavanje operativnosti (povećanja pouzdanosti) objekta.

Vrste rezervacija:

1. Strukturna redundancija- redundantnost korištenjem rezervnih elemenata strukture objekta. Konstruktivna redundantnost se provodi uvođenjem rezervnih (redundantnih) elemenata u sustav koji, s obzirom na apsolutnu pouzdanost elemenata izvornog sustava, nisu funkcionalno potrebni. Uz strukturnu redundantnost elemenata (ili sklopova) sustava, pokazatelji pouzdanosti se diskretno povećavaju (skokovi). Različite opcije strukturalne redundancije razmatrane su u 6.2.2-6.2.3.

2. Funkcionalna redundancija- redundancija uz korištenje funkcionalnih rezervi. Ovom metodom redundancije sustav je izgrađen na način da se navedena funkcija može izvršiti različiti putevi i/ili tehničkim sredstvima. Na primjer, u nekim CNC strojevima funkciju interpolacije putanja kretanja radnih tijela može se obaviti softverski i hardverski, koristeći poseban uređaj - interpolator (linearno-kružni, parabolički itd.).

3. Privremena rezervacija- rezervacija uz korištenje vremenske rezerve. Slack se može koristiti za rješavanje problema, održavanje, itd. Slack in tehnološkim sustavima ah se može pružiti na različite načine:

a) povećanje radnog vremena (smanjenjem vremena za održavanje, planiranim zastojima, povećanjem smjenskog rada itd.);

b) stvaranje margine učinka;

c) davanje sustavu svojstva funkcionalne inercije. Funkcionalna inercija- svojstvo sustava koje karakterizira njegovu sposobnost da dopusti prekide u radu bez gubitka izlaznog učinka. Funkcionalna inercija tehnološkom sustavu može se dati korištenjem međuoperacijskih akumulatora (buffering).

4. Suvišnost informacija - redundantnost korištenjem informacijskih rezervi. Implementira se uvođenjem suvišnih kodova i simbola tijekom prijenosa, obrade i prikaza informacija (na primjer, dodatne jedinice informacija koje vam omogućuju otkrivanje i uklanjanje pogrešaka u prijenosu informacija: ispravni kodovi, kontrolni zbroji, provjere pariteta itd. ).

5. Redundantnost opterećenja- redundantnost uz korištenje rezervi opterećenja. Bit principa redundancije opterećenja (parametrijska redundancija) je proširiti opseg operabilnosti objekta; u ovom slučaju, područje stanja objekta uklanja se iz granica zdravstvenog područja, koje su određene maksimalno dopuštenim vrijednostima izlaznih parametara objekta. To se ostvaruje stvaranjem granica čvrstoće, otpornosti na habanje (povećanje tolerancije na trošenje, povećanje površine nosivih površina, korištenje materijala otpornih na habanje itd.), krutosti, otpornosti na vibracije, otpornosti na toplinu itd. Redundantnost opterećenja omogućuje vam kontinuirano poboljšanje pouzdanosti sustava do potrebna razina povećanjem učinkovitosti i otpornosti na kvarove pojedinih elemenata sustava. U sustavima sa spojenom ili kombiniranom strukturom, da bi se uspostavila ova razina, potrebno je razmotriti rad cijelog sustava, uzimajući u obzir interakciju njegovih elemenata i podsustava te sudjelovanje pojedinih elemenata i podsustava u formiranju izlaza. parametara sustava u cjelini.

Klasifikacija metoda redundantnosti sustava

Trenutno postignutu razinu pouzdanosti elementarne baze elektronike, radiotehnike, mehaničkih elemenata, elektrotehnike karakteriziraju vrijednosti stope kvarova λ=10 -6 ...10 -7 1/h. U bliskoj budućnosti treba očekivati ​​porast ove razine λ= 10 -8 1/h. To će omogućiti povećanje vremena između kvarova sustava koji se sastoji od N = 10 6 elemenata do 100 sati, što očito nije dovoljno. Potrebna pouzdanost složeni sustavi može se postići samo korištenjem razne vrste rezervacije .

Redundantnost je jedno od glavnih sredstava osiguravanja zadane razine pouzdanosti (osobito pouzdanosti) objekta s nedovoljno pouzdanim elementima.

U skladu s GOST 27.002-89 rezervacija naziva se korištenjem dodatnih alata i (ili) sposobnosti kako bi se održalo operativno stanje objekta u slučaju kvara jednog ili više njegovih elemenata. Dakle, redundantnost je metoda povećanja pouzdanosti objekta uvođenjem redundancije. zauzvrat, višak - to su dodatna sredstva i (ili) sposobnosti koje su superminimalno potrebne da bi objekt mogao obavljati navedene funkcije. Zadatak uvođenja redundancije je osigurati normalno funkcioniranje objekt nakon što se dogodi kvar u njegovim elementima.

Postoje razne metode sigurnosnog kopiranja. Preporučljivo ih je podijeliti prema sljedećim kriterijima (slika 4.7): vrsta redundancije, način povezivanja elemenata, višestrukost redundancije, način uključivanja pričuve, način rada pričuve, nadoknadivost pričuve.

Slika 4.7 - Klasifikacija metoda redundancije

strukturna redundancija, koji se ponekad naziva hardver (element, sklop), omogućuje korištenje rezervnih elemenata strukture objekta. Suština strukturne redundancije je da u minimalnoj mjeri potrebna opcija objekta, uvode se dodatni elementi. Elementi redundantnog sustava imaju sljedeće nazive. glavni element- element strukture objekta, neophodan da objekt obavlja tražene funkcije u nedostatku kvarova njegovih elemenata. Rezervni element - element objekta, namijenjen za obavljanje funkcija glavnog elementa u slučaju kvara potonjeg.

Definicija glavnog elementa nije povezana s konceptom minimalnosti glavne strukture objekta, budući da element, koji je glavni u nekim načinima rada, može poslužiti kao rezerva u drugim uvjetima.

Rezervirani element- glavni element, u slučaju kvara, koji je u objektu predviđen kao pomoćni element.

Na slikama 4.8 - 4.10 prikazani su dijagrami povezivanja glavnog i rezervnog elementa, tzv. paralelni spoj elemenata. Sustav s paralelnim povezivanjem elemenata je sustav koji otkazuje samo ako zakažu svi njegovi elementi.

Slika 4.8 - Primjer paralelnog povezivanja elemenata

a - kružni dijagram, b – shema dizajna

Slika 4.9 - Primjer paralelno-serijske veze elemenata SUHTP-a

a - funkcionalni dijagram, b – shema proračuna

Slika 4.10 - Primjer mosne veze elemenata

Privremena rezervacija povezane s korištenjem vremenskih rezervi. Pretpostavlja se da za izvršenje od strane objekta potrebnog posla dodijeljeno vrijeme očito je više od potrebnog minimuma. Vremenske rezerve mogu se stvoriti povećanjem produktivnosti objekta, inercijom njegovih elemenata itd.

Informacijska redundantnost- radi se o redundanciji uz korištenje informacijske redundancije. Primjeri redundantnosti informacija su višestruki prijenos iste poruke preko komunikacijskog kanala; korištenje različitih kodova u prijenosu informacija komunikacijskim kanalima koji otkrivaju i ispravljaju pogreške koje nastaju kao posljedica kvarova opreme i utjecaja smetnji; uvođenje suvišnih informacijskih simbola u obradu, prijenos i prikaz informacija. Višak informacija omogućuje, u određenoj mjeri, kompenzaciju izobličenja prenesenih informacija ili njihovo uklanjanje.

Funkcionalna redundantnost- redundantnost, u kojoj se određena funkcija može obavljati na različite načine i tehnička sredstva. Na primjer, funkcija prijenosa informacija automatiziranom upravljačkom sustavu može se izvesti pomoću radio kanala, telegrafa, telefona i drugih sredstava komunikacije. Stoga uobičajeni prosječni pokazatelji pouzdanosti (srednje vrijeme između kvarova, vjerojatnost rada bez kvarova, itd.) postaju neinformativni i nisu dovoljno prikladni za korištenje u ovaj slučaj. Najprikladniji pokazatelji za procjenu funkcionalne pouzdanosti su: vjerojatnost obavljanja zadane funkcije, prosječno vrijeme dovršetka funkcije, faktor dostupnosti za obavljanje zadane funkcije.

Redundantnost opterećenja- radi se o redundanciji uz korištenje rezervi opterećenja. Redundantnost opterećenja, prije svega, sastoji se u osiguravanju optimalnih rezervi sposobnosti elemenata da izdrže opterećenja koja djeluju na njih. Kod drugih metoda redundantnosti opterećenja moguće je uvesti dodatne zaštitne ili rasterećene elemente.

Navedene vrste rezerve se mogu primijeniti ili na sustav u cjelini, ili na pojedinačne elemente sustava ili na njihove grupe. U prvom slučaju poziva se rezervacija Općenito, u drugom - odvojeno. Kombinacija različitih vrsta rezervacije u istom objektu naziva se mješoviti.

Prema načinu uključivanja rezervnih elemenata razlikuju se trajna, dinamička, zamjenska, klizna i većinska. Trajna rezervacija- ovo je redundancija bez restrukturiranja strukture objekta u slučaju kvara njegovog elementa. Za trajnu redundantnost bitno je da u slučaju kvara glavnog elementa nisu potrebni posebni uređaji za puštanje rezervnog elementa u pogon, a također nema prekida u radu (slike 4.11 - 4.13). Trajna redundancija u najjednostavnijem slučaju je paralelno spajanje elemenata bez sklopnih uređaja.

Slika 4.12 - Odvojena redundancija s uvijek uključenom rezervom Slika 4.11 - Opća redundancija s trajno uključenom rezervom

Slika 4.13 - Mješovita redundancija s trajno uključenom rezervom

Dinamička redundantnost- ovo je redundancija s restrukturiranjem strukture objekta u slučaju kvara njegovog elementa. Dinamička redundancija ima nekoliko varijanti.

Rezervacija zamjenom- Ovo je dinamička redundancija, u kojoj se funkcije glavnog elementa prenose na rezervni tek nakon kvara glavnog elementa. Uključivanje rezerve zamjenom (slike 4.14, 4.15) ima sljedeće prednosti:

- ne krši način rada pričuve;

- u većoj mjeri zadržava pouzdanost pomoćnih elemenata, budući da su tijekom rada glavnih elemenata u neradnom stanju;

- omogućuje korištenje rezervnog elementa za nekoliko glavnih elemenata.

Slika 4.14 - Opći višak s uključenjem zamjenske pričuve Slika 4.15 - Odvojeni višak s uključenjem pričuve zamjenom

Značajan nedostatak zamjenske redundancije je potreba za sklopnim uređajima. Uz odvojenu redundantnost, broj sklopnih uređaja jednak je broju glavnih elemenata, što može uvelike smanjiti pouzdanost cijelog sustava. Stoga je korisno rezervisati velike čvorove ili cijeli sustav zamjenom, au svim ostalim slučajevima - uz visoku pouzdanost sklopnih uređaja.

rolling rezervacija- ovo je redundantnost zamjenom, u kojoj je skupina glavnih elemenata objekta poduprta s jednim ili više rezervnih elemenata, od kojih svaki može zamijeniti bilo koji neuspjeli glavni element u ovoj skupini (slika 4.16).

Slika 4.16 - Klizna rezervacija istog tipa (a) i heterogenih (b) elemenata

Nalazi se u sustavima upravljanja široka primjena većinska rezerva(koristeći "glasovanje"). Ova metoda temelji se na korištenju dodatnog elementa koji se naziva većinski ili logički element. Logički element omogućuje vam usporedbu signala koji dolaze od elemenata koji obavljaju istu funkciju. Ako se rezultati podudaraju, tada se prenose na izlaz uređaja.

Slika 4.17 prikazuje redundanciju 2 od 3, tj. bilo koja dva od tri podudarna rezultata smatraju se istinitima i prosljeđuju se na izlaz uređaja. Prema ovom principu izgrađuju se mnoge sheme podsustava sustava upravljanja i zaštite (CPS). Moguće je primijeniti omjere "3 od 5" itd. Glavna prednost ove metode je osigurati povećanje pouzdanosti za sve vrste kvarova elemenata i povećanje pouzdanosti informacijsko-logičkih objekata.

Slika 4.17 - Rezerva većine

Stupanj redundancije karakterizira višestrukost redundancije. Omjer rezervi- ovo je omjer broja rezervnih elemenata objekta i broja glavnih elemenata koje su oni rezervirali, izražen kao nereducirani razlomak. Cjelobrojna redundancija događa se kada je jedan primarni element poduprt s jednim ili više rezervnih elemenata.

frakcijska redundancija – to je takva rezervacija, kada su dva ili više elemenata istog tipa rezervirana jednim ili više rezervnih elemenata. Najčešća redundancija s frakcijskom mnogostrukošću je kada broj glavnih elemenata premašuje broj rezervnih. Rezervacija, čija je višestrukost jednaka jedan, zove se umnožavanje.

Ovisno o načinu rada pričuve, razlikuju se napunjene, lake i neopterećene pričuve. napunjena rezerva - to je rezerva koja sadrži jedan ili više standby elemenata koji su u načinu rada glavnog elementa. Istodobno, pretpostavlja se da elementi napunjene pričuve imaju istu razinu pouzdanosti, trajnosti i postojanosti kao i glavni elementi objekta koji su njima rezervirani. Lagana rezerva - ovo je rezerva koja sadrži jedan ili više rezervnih elemenata koji su u manje opterećenom načinu rada od glavnog. Lagani rezervni elementi obično imaju više visoka razina pouzdanost, trajnost i postojanost od glavnih elemenata. Iskrcana rezerva- ovo je rezerva koja sadrži jedan ili više rezervnih elemenata koji su u neopterećenom načinu rada prije nego što počnu obavljati funkcije glavnog elementa. Za elemente neopterećene pričuve uvjetno se pretpostavlja da nikada ne propadaju i ne dosežu granično stanje.

Redundantnost, u kojoj je operativnost bilo kojeg ili više redundantnih elemenata u slučaju kvarova podložna obnavljanju tijekom rada, naziva se višak s oporavkom, inače postoji višak bez oporavka. Povratnost rezerve osigurava se uz praćenje stanja elemenata. U prisutnosti redundancije, to je posebno važno, jer u ovom slučaju broj skrivenih kvarova može biti veći nego u nedostatku redundancije. NA idealan kvar bilo kojeg elementa objekta detektira se bez odgađanja, a pokvareni element se odmah zamjenjuje ili popravlja.

Klasifikacija metoda redundancije. Jedno od glavnih sredstava osiguravanja potrebne razine pouzdanosti i, prije svega, pouzdanosti objekta ili ES s nedovoljno pouzdanim elementima je redundantnost.

Pod, ispod rezervacija znači korištenje dodatnih alata i mogućnosti za održavanje zdravog stanja električni sustav kvar jednog ili više njegovih elemenata. Rezervacija je učinkovita metoda stvaranje električnih sustava čija je pouzdanost veća od pouzdanosti elemenata uključenih u sustav.

Rezervacija se razlikuje. glavni elementi strukture potrebne da sustav obavlja tražene funkcije u nedostatku kvarova njegovih elemenata, i rezervne stavke, dizajniran za obavljanje funkcija glavnih elemenata u slučaju njihovog kvara.

Omjer broja rezervnih elemenata itd sustava prema broju osnovnih elemenata koje rezerviraju na, izražen kao nereducirani razlomak naziva se omjer rezerve

m p = n p / n o .

Zove se rezervacija s omjerom rezerve od jedan do jedan m p = 1/1 umnožavanje.

Dodatni alati i mogućnosti koje se koriste u redundantnosti uključuju elemente uvedene u strukturu sustava kao backup, korištenje funkcionalnih i informacijskih alata i mogućnosti, korištenje viška vremena i zaliha. pun kapacitet. Sukladno tome, prema vrsti dodatnih sredstava razlikuju strukturna redundancija korištenje rezervnih elemenata strukture objekta, funkcionalna korištenjem funkcionalnih rezervi, informativne korištenje rezervi informacija, privremeni s vremenskim rezervama i opterećenje uz korištenje rezervi opterećenja (slika 3.28).

U ES-u se najčešće koristi strukturna redundancija, a koriste se i druge vrste redundancije. Dakle, uz funkcionalnu redundanciju ponekad se koriste višenamjenski elementi alata za automatizaciju, a ako ne uspiju, mogu se koristiti u ovom sustavu u druge svrhe, funkcionalna redundantnost se također provodi za različite načine rada, na primjer, prijenosom informacija u na različite načine, ovisno o tome koji su elementi sustava ostali funkcionalni. Informacijska redundantnost se koristi u sustavima gdje pojava kvara dovodi do gubitka ili izobličenja nekog dijela obrađene ili prenesene informacije. Privremena redundancija može se provesti povećanjem produktivnosti objekta, inercijom njegovih elemenata, ponavljanjem s vremenskim pomakom pojedinih operacija. Redundantnost opterećenja izražava se u osiguravanju optimalnih granica za sposobnost elemenata da izdrže opterećenja koja na njih djeluju ili u uvođenju dodatnih zaštitnih ili rasterećenih elemenata u sustav kako bi se neki od glavnih elemenata sustava zaštitili od opterećenja koja djeluju na njih. ih.

Prema načinu uključivanja pričuve razlikuje se trajna i dinamička redundancija. Trajna rezervacija provodi se bez restrukturiranja strukture sustava u slučaju kvara njegovog elementa, i dinamička redundancija- s restrukturiranjem strukture sustava u slučaju: kvara njegovog elementa.

U najjednostavnijem slučaju, kod trajnog redundantnosti elementi se spajaju paralelno ili serijski bez sklopnih uređaja, a kod dinamičke redundancije potrebni su sklopni uređaji koji reagiraju na kvarove elemenata.

Dinamička redundancija je često redundancija zamjena u kojem se funkcije glavnog elementa prenose na rezervni tek nakon kvara glavnog elementa.

Uobičajena vrsta zamjene redundancije je klizna redundancija, u kojoj je skupina glavnih elemenata sustava poduprta s jednim ili više rezervnih elemenata, od kojih svaki može zamijeniti bilo koji neuspjeli glavni element u ovoj skupini.

Prema načinu rada rezervnih elemenata prije kvara glavnog elementa razlikuju se napunjena rezerva(jedan ili više elemenata u stanju pripravnosti su u načinu primarnog elementa), svjetlosna rezerva(jedan ili više rezervnih elemenata su u manje opterećenom načinu rada od glavnog elementa) i rezerva u praznom hodu(jedan ili više rezervnih elemenata su u neopterećenom načinu rada dok ne počnu obavljati funkcije glavnog elementa).

Koncepti napunjenog svjetla i neopterećene rezerve koriste se za razlikovanje redundantnih elemenata u smislu njihove razine pouzdanosti. Elementi napunjene pričuve imaju istu razinu pouzdanosti (pouzdanost, trajnost i postojanost) kao i glavni elementi objekta koji rezerviraju, budući da se resurs rezervnih elemenata troši na isti način kao i glavni elementi. Lagani rezervni elementi imaju višu razinu pouzdanosti, jer je intenzitet potrošnje resursa rezervnih elemenata dok se ne uključe umjesto neispravnih mnogo niži od onih glavnih. S neopterećenom rezervom, resurs rezervnih elemenata počinje se trošiti praktički tek od trenutka njihovog uključivanja umjesto neispravnih elemenata.

sl.3.28. Shema klasifikacije vrsta rezervacija

Prema načinu rezerviranja objekta (elementa objekta) razlikuju se opće i zasebne rezervacije. Na opća rezervacija rezerviran je objekt u cjelini, umjesto jednog objekta, omogućen je istovremeni rad dvaju ili više objekata istog tipa ili sličnih po funkcijama. Metoda je jednostavna i široko se koristi u praksi pri sigurnosnom kopiranju najkritičnijih sustava. Na zasebna rezervacija rezervirani su pojedinačni elementi objekta ili njihovih skupina, koje se obično ugrađuju u objekt, mogu se zasebno rezervirati i pojedinačni elementi sustava i njegovi prilično veliki dijelovi (blokovi).

Dinamička redundancija može biti odvojena i uobičajena i omogućuje korištenje rezervnih elemenata ne samo u opterećenoj, već iu laganoj i neopterećenoj rezervi, što vam omogućuje uštedu resursa rezervnih elemenata, povećanje pouzdanosti električnog sustava u cjelini i smanjenje potrošnja energije.

Kada je redundantna zamjenom, može se koristiti klizna redundantnost, što omogućuje da se osigura potrebna pouzdanost sustava uz nisku cijenu i lagano povećanje njegove težine i dimenzija.

Nedostaci dinamičke redundantnosti zamjenom uključuju potrebu za sklopnim uređajima i prisutnost prekida u radu pri prelasku na redundantne elemente, kao i sustav traženja neispravnog elementa ili bloka, što smanjuje pouzdanost cijelog redundantnog sustava. Rezerviranje zamjenom preporučljivo je koristiti za redundantnost dovoljno velikih funkcionalnih jedinica i blokova složenih električnih sustava.

Trajna redundancija, koja uključuje trajno spajanje elemenata na glavne, je jednostavna, a sklopni uređaji nisu potrebni. Ako glavni element pokvari, sustav nastavlja normalno raditi bez prekida i bez prebacivanja. Nedostaci trajne redundantnosti su povećana potrošnja resursa redundantnih elemenata i promjena parametara redundantnog čvora u slučaju kvara elementa.

Trajna redundantnost se koristi u kritičnim sustavima za koje je čak i kratak prekid u radu neprihvatljiv, a kada su redundantni relativno mali elementi - čvorovi, blokovi i elementi elektroničke opreme ESA (otpornici, kondenzatori, diode itd.).

Redundantnost električnih radio elemenata uključenih u ESA, čiji kvar može dovesti do posebno opasnih posljedica, provodi se uzimajući u obzir mogućnost kratkih spojeva i lomova elemenata. Redundancija u slučaju loma elemenata izvodi se paralelnim spajanjem, a u slučaju kratkih spojeva serijskim spajanjem elemenata, pod pretpostavkom da element pokvari, ali nije narušen električni krug ostalih serijski spojenih elemenata. Na primjer, trajna odvojena redundancija diode s opterećenom rezervom u slučaju kvara zbog kratkog spoja (kratkog spoja), otvorenog kruga ili kratkog spoja i otvorenog kruga provodi se uključivanjem rezervnih dioda, odnosno u seriju, paralelno i serijski paralelno s glavnim (slika 3.29, a, u).

Totalna trajna redundancija ispravljača UD Opterećena rezerva se izvodi paralelnim spajanjem rezerve, a diode se koriste za sprječavanje protoka struje pomoćnog ispravljača kroz izlazni krug neispravnog (slika 3.29, G). Opća redundancija ispravljača s neopterećenom rezervom provodi se pomoću uređaja ALI switching, koji prima signal CO o kvaru i šalje upravljački signal US na sklopku QW isključiti neispravan ispravljač i uključiti pomoćni (slika 3.29, d).

Trajna rezervacija. Takva redundantnost može se provesti paralelnim ili serijskim povezivanjem na glavni element (sustav) jednog ili više redundantnih koji obavljaju iste funkcije kao i glavni element (sustav). Takva redundantnost se izvodi npr. tijekom paralelnog rada generatora, računala, ESA jedinica, otpornika itd., kao i kada su diode, prekidni kontakti, kondenzatori itd. spojeni u seriju. d.

Električni sustavi s trajno uključenom rezervom izrađeni su na način da pokvareni elementi ne utječu na rad sustava u cjelini. Posljedice kvara elementa s trajnom redundantnošću u ekstremnim slučajevima mogu biti: kratki spoj ili lom jednog ili više elemenata, što treba uzeti u obzir pri projektiranju sustava. Za to se uvode granični otpori, tj

Riža. 3.29. Tipične sheme strukturne redundancije:

a B C - dioda VD odnosno u slučaju kvara tipa kratkog spoja, otvorenog kruga, kratkog spoja i otvorenog kruga;

dd - ispravljač UD odnosno s napunjenom i neopterećenom rezervom

razdjelni transformatori, kao i povećanje tolerancije pojedinih parametara sustava itd.

Trajni višak osigurava napunjenu pričuvu i može se dijeliti i odvajati; na blok dijagramu za izračun pouzdanosti, glavni i rezervni elementi su spojeni paralelno (slika 3.30).

Riža. 3.30. Sheme općeg (a) i odvojenog (b) trajnog viška

Električni sustav s općom redundantnošću (slika 3.30, a) funkcionirat će normalno uz održavanje operativnosti barem jednog od t+1 paralelni krugovi koji se sastoje od serijski spojenih elemenata. Vjerojatnost nesmetanog rada svakog od njih i-ti lanac s P elementi spojeni u seriju, uzimajući u obzir (3.68) u vremenu t(Radi jednostavnosti, više vremena nije dato)

Pi =(3.95)

gdje P ij- vjerojatnost neispravnog rada j-tog i-ti element lanci. Vjerojatnost rada bez kvarova sustava sa zajedničkom redundantnošću od m + 1 paralelnih krugova nalazi se uzimajući u obzir (3.72) i (3.95):

P s.o = (3.96)

S istom pouzdanošću svih elemenata R ij = R e formula (3.96) će poprimiti oblik

R s.o \u003d 1 - (1 - P e n) m +1. (3,97)

Za danu vjerojatnost neispravnog rada električnog sustava tako. na temelju (3.97) moguće je odrediti potrebnu količinu t, pod kojim je zadovoljen uvjet c.o = P c.o, t.j.

t o =

Uz eksponencijalni zakon raspodjele za elemente sustava P e = exp (- λ e t) vjerojatnost rada bez kvara (3.97) i srednje vrijeme do kvara sustava određuju se formulama

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

gdje je = pλ e - stopa kvara kruga od P elementi; T cf = 1/ - srednje vrijeme do kvara jednog kruga.

VE s odvojenom redundantnošću pretpostavlja stalno uključivanje rezervnih elemenata u pojedine dijelove sustava (slika 3.30.6).

Vjerojatnost nesmetanog rada pojedinog redundantnog elementa sustava

i cijeli sustav s odvojenom redundantnošću

(3.99)

S istom pouzdanošću svih elemenata (3.99) poprima oblik

R s.r = n , (3.100)

odakle se za zadanu vjerojatnost rada sustava bez kvara određuje odgovarajuća vrijednost

Uz eksponencijalni zakon raspodjele jednako pouzdanih elemenata R e = exp (-λ e t) vjerojatnost rada bez greške

P s.p (t) = (1 - m +1 ) n (3.101)

i srednje vrijeme do kvara sustava

gdje v i = (i + 1) /(m + 1); λ = λ e.

Povećanje pouzdanosti ES-a kao rezultat redundantnosti može se procijeniti omjerom vjerojatnosti kvara glavnog neredundantnog sustava

i redundantni sustav

S istom pouzdanošću glavnog i pričuvnog sustava

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

Iz dobivenog omjera proizlazi važan zaključak: što je veća vjerojatnost kvara sustava (što je manji njegov rad bez kvarova), to je manji učinak redundancije. Iz ovog zaključka, ponekad tzv paradoks rezervacije, može se zaključiti sljedeće:

mogućnost redundancije ne uklanja zadaću povećanja pouzdanosti redundantnih elemenata i sustava;

opća redundancija sustava, pod jednakim uvjetima, manje je isplativa od odvojene redundancije, pa je vjerojatnost kvara dijela sustava manja od vjerojatnosti kvara cijelog sustava.

Uz eksponencijalnu distribuciju vremena do kvara, vjerojatnost kvara redundantnog sustava

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

gdje je λ o = const stopa kvara jednog redundantnog sustava.

U praksi obično λ oko t< 0,1 тогда

Q o (t)≈ λ o t = t/T cp i

Q P (t) ≈ (λ o t) m +1 = (t/T cp) m +1 ,

gdje je T cf =1/λ o - srednje vrijeme do otkaza redundantnog sustava.

Uzimajući u obzir navedene odnose, dobitak od rezervacije može se predstaviti kao

γ res ≈ (T cf / t) m.

Iz toga slijedi da se pojačanje redundancije smanjuje kako se potrebno vrijeme povećava. t rad sustava.

O pouzdanosti redundantnih ES veliki utjecaj osigurava obnovu glavnog ili rezervnog sustava (krugova) odmah nakon njihovog kvara. U stacionarnom radu, vjerojatnost operativnosti kruga s prosječnim vremenom oporavka T c. cf i srednje vrijeme između kvarova Da u proizvoljnom trenutku (osim planiranih razdoblja tijekom kojih nije predviđena njegova namjeravana uporaba) je faktor dostupnosti lanca.

Do r =

budući da u većini praktičnih problema T v.sr / T o<< 1.

Sukladno tome, vjerojatnost kvara kruga može se definirati kao vjerojatnost neoperabilnosti

Q o (t) \u003d 1 - K T ≈ T in. usp /T o .

Zatim povećanje pouzdanosti redundantnog ES-a s oporavkom odmah nakon kvara glavnog ili pričuvnog sustava

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

Kao što se može vidjeti, kvalitativna razlika između redundancije s restauracijom i redundancije bez obnove leži u činjenici da tijekom obnove y, u prvoj aproksimaciji, ne ovisi o vremenu rada t. Stoga se prednosti redundantnog zaliha povećavaju u odnosu na neobnovljivu redundanciju kako se povećava potrebno vrijeme rada. t. Istodobno, treba imati na umu da se oporavak odmah nakon kvara može provesti uz stalno praćenje, čija bi tehnička sredstva trebala imati vjerojatnost kvara koja je mnogo manja od one kod kontroliranog sustava.

Odvojena redundantnost je učinkovitija u smislu povećanja pouzdanosti ES-a, posebno za velike n (slika 3.31). To se objašnjava činjenicom da je za kvar sustava s općom redundancijom dovoljno da jedan element iz svakog kruga pokvari, a za jedan poseban, da otpadnu svi elementi u bilo kojoj skupini.

Od praktičnog interesa je pitanje odabira racionalnog načina poboljšanja pouzdanosti ES-a: uz pomoć redundancije ili odabirom visokopouzdanih elemenata. Ako su s gledišta mase, dimenzija i cijene oba načina jednaka, tada je najvažnija stvar u rješavanju ovog pitanja potrebno trajanje neprekidnog rada sustava. t.

Utjecaj vremena t za rad bez problema P c . p(t) ES iz dva identična bloka, radnog i rezervnog, s opterećenom rezervom može se odrediti pomoću formula (3.98) s m = 1 i n = 1:

P s.p (t) = 2exp (-t/T usp.b)-exp (-2t/T cp. 6);

T cf = 1,5 T usp. b, (3.103)

Riža. 3.31. Ovisnosti vjerojatnosti neispravnog rada električnih sustava sa zajedničkim (1) i zasebnim (2) redundantnost od broja rezervnih elemenata s različitim brojem uzastopnih elemenata

Riža. 3.32. Ovisnosti vjerojatnosti neispravnog rada sustava na vrijeme s napunjenom rezervom (1) i s povećanom pouzdanošću jedinice (2)

gdje je T cf.b = 1/λ 6 - srednje vrijeme do otkaza jednog bloka; λ b- stopa kvara jedne jedinice redundantnog sustava.

Za neredundantni električni sustav iz jednog bloka povećane pouzdanosti s istim srednjim vremenom do kvara T usp.što se tiče redundantnog sustava (3.103), vjerojatnost rada bez greške bit će

P sn (t) \u003d exp [- t / (1,5T usp. b)]. (3.104)

Ovisnosti (3.103) i (3.104) pokazuju da je redundancija učinkovitija od izravnog povećanja pouzdanosti bloka u početnom razdoblju rada sustava t< 2Т ср.б, при t >> 2T c r.b, naprotiv, učinkovitije je povećati pouzdanost bloka (slika 3.32).

Konstantno serijsko-paralelno spajanje međusobno redundantnih elemenata koristi se u slučajevima kada su mogući kvarovi kratkog spoja i lomova. Na primjer, kondenzator može otkazati zbog gubitka kapaciteta zbog otvorenog kruga ili zbog kvara zbog kratkog spoja; Kontakti releja mogu otkazati zbog njihove oksidacije (loma) ili zbog njihovog "zavarivanja" ili "slijepljenja" (kratki spoj) itd. (vidi tablicu 3.7).

Uzimajući u obzir mogućnost kvarova kao što su prekid strujnog kruga i kratki spoj, u mnogim slučajevima se koristi stalna serijsko-paralelna veza četiri međusobno redundantna elementa (slika 3.33). Kada prevladavaju kvarovi elemenata tipa kratkog spoja

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

Riža. 3.33. Trajno serijsko-paralelno povezivanje međusobno redundantnih elemenata u slučaju kvarova uglavnom: tip kratkog spoja (a) i prekinuti (b)

gdje je Q kz (t) i Q o 6 (t) - vjerojatnost kvara elementa tipa kratkog i otvorenog kruga, odnosno, koriste se serijsko-paralelni sklopni krugovi bez kratkospojnika (slika 3.33, a), a kada prevladavaju kvarovi tipa otvorenog kruga

Q kz (t)< Q об (t) -

Serijski paralelni krugovi sa kratkospojnikom (slika 3.33, b).

Vjerojatnost kvara redundantnog kruga u slučaju kvarova otvorenog tipa Q r.ob (t) i vrste kratkog spoja Q r.kz (t) za potrebno razdoblje rada t je funkcija vjerojatnosti kvara elementa Q kz (t) i Q o b (t) a ovisi o korištenoj shemi redundancije i vrsti kvara (tablica 3.13).

Sa stola. 3.13 relacija slijedi da učinkovitost γ res serijsko-paralelne redundancije opada kako se povećava vjerojatnost kvara elementa kruga. Na određenoj kritičnoj vrijednosti Q kz (t) ili Q oko (t) vjerojatnost kvara redundantnog kruga postaje veća od vjerojatnosti kvara jednog elementa, tada uporaba serijsko-paralelne redundancije postaje nepraktična. Uzimajući u obzir pouzdanost i točnost apriornih informacija o pouzdanosti elemenata, obično se preporučuje korištenje serijsko-paralelne redundancije u slučajevima kada je vjerojatnost kvara elementa kruga Q kz ( t) 0,l i Q o 6 (t) 0,l.

Tablica 3.13.

Projektni omjeri za serijsko-paralelno spajanje

četiri elementa

Riža. 3.34. Sheme opće (a) i zasebne (b) dinamičke redundancije

sa sklopnim uređajima

Dinamička redundantnost. S takvom redundantnošću postaje moguće koristiti laganu ili neopterećenu pričuvu, ako su prekidi u radu ES-a potrebni za uključivanje rezerve prihvatljivi, te je potrebno koristiti dodatni elementi- sklopni uređaji za spajanje pričuve. Uključivanje rezervnih elemenata može se vršiti ručno ili automatski, sklopni uređaji mogu biti zasebni ili zajednički za paralelno spojene elemente ili sklopove (blokove) električnog sustava (slika 3.34).

Ako zanemarimo utjecaj sklopnih uređaja i smatramo ih apsolutno pouzdanima, tada će s opterećenom rezervom pouzdanost ES-a s dinamičkom redundantnošću biti jednaka pouzdanosti sustava s trajno uključenom rezervom. Uz laganu i neopterećenu redundantnost, dinamička redundancija poboljšava pouzdanost sustava.

Utjecaj pouzdanosti sklopnih uređaja na pouzdanost redundantnog sustava jednostavno se uzima u obzir za sustave s opterećenom rezervom.

VE s općom redundantnošću i opterećenom rezervom u normalnom načinu rada, svi prekidači su uključeni, a glavni i pomoćni krugovi od P elementi su pod opterećenjem. U slučaju kvara glavnog strujnog kruga, prekidač K . isključuje, u slučaju kvara prvog pomoćnog kruga isključuje se prekidačem K1 itd.

Do kvara sustava dolazi kada se glavni i svi rezervni krugovi sastoje od P elemenata i prekidača Do svaki. Uz pretpostavku da sklopke i elementi sustava otkazuju neovisno, može se pronaći vjerojatnost nesmetanog rada jednog kruga iz P elementi

te vjerojatnost nesmetanog rada cijelog sustava od m + 1 takvih paralelnih krugova

P s.o = ,(3.105)

gdje P ki- vjerojatnost rada bez kvarova prekidač i-ti lanci.

S istom pouzdanošću svih P elementi P e i ista pouzdanost sklopki P k formula (3.105) će poprimiti oblik

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

Iz (3.106) za zadanu vrijednost P s.o = pronaći traženu vrijednost broja rezervnih krugova

Uz eksponencijalni zakon raspodjele za elemente P e \u003d exp (- λ e t) i prekidači R k = exp(- λkt) sustava, srednje vrijeme do kvara i vjerojatnost rada sustava bez kvara određuju se formulama (3.98), u kojima se u ovom slučaju stopa kvara kruga izračunava po formuli

VE s odvojenim redundantnim i opterećenom rezervom svih prekidača Do u početnom razdoblju rada sustava uključeni, u slučaju kvara nekog glavnog ili pomoćnog elementa, odgovarajući prekidač isključuje ovaj neispravan element. Do kvara sustava dolazi kada pokvari bilo koji glavni element j (ili njegov prekidač K) i svi elementi koji ga rezerviraju i(ili svi njihovi prekidači K i).

Vjerojatnost rada cijelog sustava bez kvarova s ​​odvojenom redundantnošću, uzimajući u obzir vjerojatnost nesmetanog rada prekidača

(3.107)

Za sustav s jednako pouzdanim elementima i sklopkama izraz (3.107) poprima oblik

R s.r = n. (3.108)

Uz eksponencijalni zakon raspodjele za elemente λ e = const i prekidače λ k = const, vrijednosti T cf.r i P c.r izračunavaju se pomoću formula (3.101) i (3.102), u kojima ovaj slučaj uzimaju

λ \u003d λ e + λ k.

Iz dobivenih formula može se vidjeti da su kod dinamičke redundancije s opterećenom rezervom zbog prisutnosti sklopnih uređaja K pokazatelji pouzdanosti sustava niži u odnosu na trajnu redundantnost. Preporučljivo je koristiti dinamičku redundanciju s napunjenom rezervom u slučajevima kada su prekidi u radu sustava neprihvatljivi i neispravni element (sustav) se mora isključiti kako ne bi došlo do nagle promjene načina rada redundantnog sustava .

Proračuni prema formulama (3.106) i (3.108), koji određuju vjerojatnost neometanog rada sustava prikazanih na slici 3.34, pokazuju da uz istu pouzdanost elemenata i istu dovoljno visoku pouzdanost sklopki za iste vrijednosti P i t vjerojatnost nesmetanog rada ES-a s odvojenom redundantnošću i sklopkom za svaki element veća je od one ES-a sa zajedničkom redundantnošću i sklopkom u svakom krugu.

Stoga je zasebna redundancija učinkovitija od opće redundancije u slučaju dinamičke redundancije.

Učinkovitost dinamičke redundancije je poboljšana kada se implementira kao zamjenska redundancija sa svjetlosnom ili svjetlosnom redundantnošću. U nastavku razmatramo redundanciju zamjenom s neopterećenom rezervom; očito je da će pokazatelji pouzdanosti sa svjetlosnom rezervom imati srednje vrijednosti između onih s napunjenom i neopterećenom rezervom.

U redundantnom sustavu s općom redundantnošću i neopterećenom rezervom, prvi radi glavni krug s prekidačem Do(sl.3.34, a), ako ne uspije, umjesto toga se uključuje prekidačem K i jedan od rezervnih krugova. Takvih zamjena više ne može biti. t;(m + 1) - kvar dovodi do kvara sustava u cjelini.

Da bismo pojednostavili analizu, razmatramo sustav s eksponencijalnim zakonom raspodjele za elemente R ij (t) = exp(-λ jt) i prekidači P ki (t)=exp(- λkit). Tada je vjerojatnost nesmetanog rada jednog kruga od P elementi s prekidačem

P i (t) = (3,109)

gdje je λ i = λ j n + λ k - stopa kvara i-tog kruga redundantnog sustava.

Prosječno vrijeme rada do i-ti neuspjeh lanac, uzimajući u obzir (3.109), bit će

T usp. i =

U svakom od intervala t i samo jedan krug radi i može pokvariti, tako da će srednje vrijeme do kvara cijelog sustava biti

T cp . o = T cp . i(m+1). (3.110)

Vjerojatnost neispravnog rada redundantnog ES-a s neopterećenom rezervom tijekom vremena t može se odrediti pod pretpostavkom da ako jedan krug zakaže, dolazi do trenutnog prelaska na jedan od pomoćnih krugova, a sustav će otkazati nakon kvara glavnog kruga i svih t rezervni krugovi. Tada je vjerojatnost da jedan lanac iz P elemenata i prekidača DO, imaju stopu neuspjeha λ i tijekom vremena t ne uspijeva ztimes (uzimajući u obzir mogućnost njegove zamjene rezervnim), može se odrediti Poissonovim zakonom

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

gdje λ i t je prosječan broj kvarova kruga tijekom vremena t.

Cijeli redundantni sustav tijekom vremena t radit će besprijekorno ako se tijekom tog vremena dogodi barem jedan od sljedećih nekompatibilnih događaja: C o - svi krugovi sustava radili su besprijekorno, Od 1 - jedan krug je otkazao Cz- neuspjeh z lanci iz (t+1); C t - odbio t lanci iz (m+1).

Dakle, vjerojatnost nesmetanog rada cijelog redundantnog sustava određena je prema teoremu zbrajanja vjerojatnosti puna grupa nekompatibilnih događaja C s (3.111) uzetim u obzir

P s.o (t) = (3,112)

Uspoređujući dobivene formule (3.110) i (3.112) s odgovarajućim formulama za opterećenu pričuvu, slijedi da se s neopterećenom rezervom povećava vjerojatnost rada bez kvara i srednje vrijeme do kvara.

Istodobno, praktički je nemoguće postići povećanje srednjeg vremena do kvara za više od reda veličine zbog takve redundancije zbog prisutnosti sklopnih uređaja i pomoćne opreme. S povećanjem broja redundantnih elemenata (blokova, sustava), masa, dimenzije i cijena pomoćne opreme značajno ograničavaju dosegnu razinu pouzdanosti u redundanciji, dopuštajući u praksi korištenje redundantnosti s m ≤ 2 ... 3.

Ako se ES sastoji od grupa identični elementi, tada je preporučljivo koristiti kliznu rezervaciju zamjenom, kada jedan ili više rezervnih elemenata (blokova) t sustavi mogu zamijeniti bilo koji od neispravnih glavnih elemenata (blokova) sustava (slika 3.35).

Riža. 3.35. Trajna shema rezervacija

Ako je klizna redundancija s neopterećenom rezervom, kvarovi elemenata su neovisni i imaju eksponencijalnu distribuciju, uređaj za traženje neispravnog elementa i uključivanje rezervnog elementa umjesto njega (prekidač) je apsolutno pouzdan, tada je vjerojatnost siguran rad sustava tijekom vremena t, tj. vjerojatnost kvara tijekom tog vremena više ne postoji t elemenata, određuje se prema Poissonovom zakonu slično kao (3.112)

P c . c(t) = (3.113)

gdje λ e - stopa kvara elementa.

Srednje vrijeme do kvara sustava, t.j. očekivana vrijednost vrijeme nastanka (m+1)-tog kvara određuje se na uobičajen način:

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

Učinkovitost kliznog zaliha električnog sustava može se procijeniti usporedbom ovisnosti (3.113) i (3.114) za sustav s kliznom redundantnošću s odgovarajućim ovisnostima P c = exp (- nλ e t) i T cf \u003d 1 / (pλ e) za neredundantni sustav

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

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

Iz (3.115) proizlazi da sa stajališta povećanja vjerojatnosti rada bez kvara i srednjeg vremena do kvara ES-a, učinkovitost kliznog redundantnosti u usporedbi s odgovarajućim neredundantnim sustavom raste s povećanjem broj rezervnih elemenata, povećanje vremena rada sustava i broj redundantnih glavnih elemenata (blokova) sustava.

Rolling redundancija može biti ekonomski isplativija, jer se provodi s manjim brojem rezervnih elemenata od glavnih.

Optimalna redundancija. U praktičnoj implementaciji ES redundantnosti javlja se problem optimalne redundancije, odnosno osiguravanja potrebne pouzdanosti sustava uz najnižu cijenu.

Broj i raspon rezervnih elemenata (blokova) ES-a može se odrediti na temelju sljedeće dvije formulacije problema optimalne redundancije:

1) zadana vjerojatnost neispravnog rada sustava mora se osigurati na minimalni trošak Uz mi str na rezervnim elementima, tj. na C min;

2) kod zadanih troškova za rezervne elemente potrebno je osigurati maksimum moguća vjerojatnost nesmetani rad sustava R s. m ah, tj. na R s. m ah.

Za rješavanje oba problema najprije se utvrđuje broj elemenata (sekcija) redundancije sustava, izračunavaju se vjerojatnosti nesmetanog rada svake sekcije i sustava u cjelini te utvrđuje trošak svake sekcije.

Zatim, za rješavanje prvog problema, minimum funkcije S = s obzirom na to P c \u003d gdje SA - trošak redundantnog sustava, C i - trošak jednog rezervnog elementa i-te sekcije sustava; C 0 i - početni trošak i-te sekcije sustava; m i - broj rezervnih elemenata po i-ti odjeljak; P i (m i) - vjerojatnost neometanog rada i-te sekcije sustava ako ima m i -rezervnih elemenata.

Rješenje drugog problema optimalne redundancije svodi se na pronalaženje maksimuma funkcije P c = pod uvjetom C =

Proračun optimalnog redundantnog ES-a je proces u više koraka. U prvom koraku pronalazi se takva redundantna dionica kojoj dodavanje jedne rezervne sekcije daje najveće povećanje vjerojatnosti nesmetanog rada sustava u smislu jedinične cijene. U drugom koraku određuje se sljedeća sekcija (uključujući prethodno rezerviranu dionicu), dodavanjem jedne rezervne sekcije kojoj daje najveće povećanje vjerojatnosti vremena rada sustava itd. Proračuni se izvode u tabličnom obliku; izračun se zaustavlja na ovom koraku

M = , kada je ispunjen uvjet za prvi zadatak P c (M-1)< (М), а для второй задачи - С(М)

Rezervacija je najveća učinkovita metoda postići najviše visoke performanse pouzdanost sustava.

Redundancija je metoda povećanja pouzdanosti uključivanjem rezerve. Redundantnost vam omogućuje stvaranje sustava čija pouzdanost može biti veća od pouzdanosti njegovih sastavnih elemenata. Rezervacije se mogu izvršiti razne metode, koji su karakterizirani zajedničko obilježje- princip redundancije. To znači da, uz glavne elemente, čvorove ili blokove koji obavljaju navedene funkcije, sustav mora sadržavati redundantne (rezervne) komponente koje nisu funkcionalno potrebne, već su namijenjene samo održavanju određene razine pouzdanosti sustava. Primjena principa redundancije dovodi do komplikacije REA, povećanja težine, dimenzija i cijene. Klasifikacija metoda redundancije prikazana je na sl. 3.5.

Riža. 3.5. Klasifikacija vrsta rezervacija

U redundantnim zamjenskim sustavima neispravni element zamjenjuje se ispravnim iz reda redundantnih, a ta se zamjena najčešće provodi pomoću prekidača (automatski ili ručno).

Prednosti zamjenskih rezervacija uključuju:

nema potrebe za podešavanjem parametara sustava nakon zamjene neispravnog elementa ispravnim;

· rezervni elementi mogu biti dok se ne uključe u sustav u laganom načinu rada, što pridonosi očuvanju njihovog resursa i smanjuje potrošnju energije.

Međutim, takvi sustavi imaju nedostatke:

· potreba za korištenjem prekidača, koji su najmanje pouzdani elementi REA;

potreba za stvaranjem dodatni uređaji, praćenje performansi, traženje neispravnog elementa i zamjenu ispravnim.

Svi ovi nedostaci dovode do činjenice da se redundancija zamjenom uglavnom koristi za redundantnost relativno velikih funkcionalnih jedinica složenih sustava.

U sustavima s stalnim uključivanjem rezerve, svi elementi (i glavni i pomoćni) su električno povezani tako da su u istim načinima rada. Ova vrsta redundancije izračunava se uzimajući u obzir posljedice kvarova elemenata i vrste tih kvarova.

Prednosti takve rezervacije su:

Jednostavnost implementacije redundancije, dakle, blago povećanje težine, dimenzija i cijene sustava;

Nema prekida u radu sustava nakon pojave kvarova. Trajna redundancija jedina je moguća u onim sustavima gdje je čak i kratak prekid rada neprihvatljiv.

Nedostaci uključuju:

Otplaćena potrošnja resursa rezervnih elemenata;

Neuspjeh jednog od elemenata dovodi do promjene načina rada ostalih.

Korištenje trajne redundancije ograničeno je činjenicom da je istovremeni paralelni rad elemenata, čvorova i blokova moguć samo u nekim sustavima. Stoga je trajno uključivanje pričuve najprikladnije kada se rezerviraju relativno mali uređaji sustava (uglavnom elementi).

Opća redundancija je redundancija cijelog sustava. Odvojena redundantnost sastoji se u redundantnom sustavu u dijelovima, prema odvojeni odjeljci.

Opći redundantni sustav (slika 3.6) funkcionira normalno sve dok posljednji preostali dobar krug ne otkaže. Neka bude m- višestrukost redundantnosti, odnosno broj redundantnih sklopova. Ako svaki j-to kolo se sastoji od n elemenata s vjerojatnošću ispravnog rada P ij, zatim, koristeći teorem množenja vjerojatnosti, dobivamo da je vjerojatnost složenog događaja, koja se sastoji u činjenici da je u j-ti krug, neće doći do kvara, jednak je umnošku vjerojatnosti ispravnog rada svakog elementa kruga, tada:

Vjerojatnost kvara jednog kruga

Zatim vjerojatnost ispravnog rada sustava

Za slučaj kada svi elementi sustava imaju jednaku pouzdanost, t.j. Pij=P, dobivamo

Riža. 3.6. Opća rezervacija

Riža. 3.7. Zasebna rezervacija

Sustav s odvojenom redundantnošću (slika 3.7) će raditi normalno uz održavanje operativnosti najmanje jednog elementa u svakom od n- veze, vjerojatnost neuspjeha i-ta poveznica

gdje q ij- vjerojatnost neuspjeha j-ti element i-ta poveznica.

Vjerojatnost ispravnog rada sustava s odvojenom redundancijom P sa jednak je umnošku vjerojatnosti ispravnog rada Pi svi n- poveznice

Za slučaj identičnih elemenata u smislu pouzdanosti Pij=P imamo

Mješovita redundancija (slika 3.8) je kombinacija zajedničkog i odvojenog, a izračun pouzdanosti u mješovitoj redundanciji vrši se pomoću formula za zajedničku i zasebnu redundanciju.

Riža. 3.8. Mješoviti višak

Riža. 3.9. Učinkovitost raznih vrsta redundancije

Za usporedbu učinkovitosti aplikacije različite vrste redundancije pretpostavimo da postoji sustav koji se sastoji od n elementi spojeni u seriju, identični u pouzdanosti, koji imaju pouzdanost P=0,9.

Kako slijedi iz sl. 3.9, na kojoj su ucrtane izračunate vrijednosti odgovarajućih vjerojatnosti, zasebna redundancija ima najveću učinkovitost, štoviše, od više količine elementi n, teme više prednosti. No, potrebno je prisjetiti se pretpostavke koja je korištena pri izvođenju formule za pouzdanost redundantnih sustava, naime, ovdje je izračunata pouzdanost sustava s trajno uključenom rezervom.

Primjeri takvog uključivanja su:

sustavi koji se sastoje od nekoliko odašiljača koji rade na zajedničkoj anteni;

Radarske stanice koje sadrže nekoliko indikatorskih uređaja koji rade paralelno;

· paralelno električno povezivanje više elemenata (otpornici, kondenzatori i sl.).

Nađimo vrijednost prosječnog vremena ispravnog rada T s sustav koji se sastoji od elemenata povezanih paralelno, od kojih je jedan glavni, a drugi rezervni.

Neka su stope neuspjeha ovih elemenata, odnosno jednake λ1 i λ2. Zatim, prema eksponencijalnom zakonu pouzdanosti, vjerojatnost njihovog rada bez otkaza do vremena t jednak

; i

Za sustav

Kao što je poznato,

Nakon zamjene granica integracije dobivamo

Ako su elementi jednako pouzdani, t.j. λ 1 = λ 2 = λ, onda

gdje T0- prosječno vrijeme ispravnog rada jednog elementa.

Za sustav koji se sastoji od tri paralelno povezana elementa istog tipa nalazimo

U općem slučaju, s višestrukom redundancijom m

Iz posljednji izraz slijedi da povećanje multipliciteta dovodi do smanjenja doprinosa novog rezervnog elementa srednjem vremenu ispravnog rada sustava. Ovaj fenomen se objašnjava činjenicom da uz stalno uključenje, rezervni krugovi troše svoj radni kapacitet istovremeno s glavnim krugom.

Redundancija zamjenom uključuje uključivanje pomoćnih krugova tek nakon kvara glavnog kruga. Uključivanje rezervnih krugova može se izvesti i ručno i automatski. U oba slučaja potreban je indikator kvara, upravljački uređaj i prekidač. Kao potonje, obično se koriste releji ili elektronički prekidači.

Na sl. 3.10 prikazuje sustav gdje

B 1 ... B m- blokovi glavnog i rezervnog kruga,

n 11 …n m1– sklopke ulaznog kruga,

n 12 …n m2– sklopke izlaznog kruga,

U 1 ... B m- 1 - indikatorski i kontrolni uređaji.

Riža. 3.10. Rezervacija zamjenom

Kada jedinica pokvari B 1 indikator kvara šalje signal regulatoru 1 koji onemogućuje B 1 ulazom i izlazom spajanjem bloka B 2. Nakon što dođe do kvara bloka B 2 sustav se ponaša slično.

Kvar bilo koje sklopke dovodi do kvara redundantnog kruga u koji je uključen (pod uvjetom da kvar prekidača ne onesposobi cijeli redundantni sustav). Stoga se pri izračunu pouzdanosti sklopka smatra elementom koji je serijski spojen sa svojim blokom (u smislu pouzdanosti).