Klasifikácia existujúce metódy rezervácia je znázornená na obr.
Rezervácia
Vyššie sme opísali podstatu typov redundancie. Všimnite si, že v súčasnosti sa v technických systémoch najviac používa štrukturálna redundancia.
Podstata štrukturálnej redundancie spočíva v tom, že k hlavnému prvku (t.j. minimu potrebnému na plnenie špecifikovaných funkcií) je pripojený jeden alebo viac doplnkových (rezervných) prvkov, ktoré sú určené na zabezpečenie prevádzkyschopnosti objektu v prípade poruchy. hlavného prvku).
Podľa objemu rezervácie sa rozlišujú tieto typy;
- - všeobecný, zabezpečujúci rezerváciu celého objektu
- - samostatný, v ktorom je vyhradený samostatný prvok alebo ich skupiny
- - zmiešané, spájajúce rôzne druhy rezervácie.
rezerva ako aj technické systémy, môžu byť obnoviteľné alebo neobnoviteľné. Prvý z nich bude použitý na obsluhovaných systémoch a stratégia jeho obnovy je postavená tak, aby bezpečnosť systému neklesla pod danú úroveň. Na servisovaných systémoch (nevratné kozmické lode, automatické meteorologické stanice atď.) je rezerva spravidla plne využitá a nie je možné ju obnoviť.
Rezervné prvky môžu byť v rôznych režimoch:
Naložené, ľahké a vyložené.
V nezaťaženom režime sú redundantné prvky v rovnakom stave ako hlavný prvok, t.j. všetky prvky pracujú súčasne za rovnakých podmienok.
Svetelný pohotovostný režim znamená, že zaťaženie redundantných prvkov je menšie ako zaťaženie hlavného prvku.
Nezaťažená rezerva sa redukuje na situáciu, v ktorej sú nadbytočné prvky bez zaťaženia, kým hlavný prvok nezlyhá.
Podľa povahy spojenia rozlišujú:
- - trvalá redundancia, pri ktorej sa rezervné zložky podieľajú na prevádzke zariadenia rovnako ako hlavné:
- - substitúcia, kedy sa funkcia hlavného prvku prenesie do zálohy až po výpadku hlavného
- - posuvný, pri ktorom môže byť akýkoľvek zlyhaný prvok nahradený rezervným.
Vzhľadom na systém pozostávajúci z n sériovo zapojených prvkov môžeme ponúknuť niekoľko možností jeho redundancie.
Všeobecná výhrada(obr. 6.9, a) predpokladá, že pri poruche niektorého prvku hlavného obvodu sa zapne záložný obvod, ktorý úplne nahradí hlavný.
Pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky j-tého obvodu
,
kde 
- pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky i-tého prvku j-tého obvodu vzhľadom na uvažovaný časový bod t.
Pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky systému m paralelných obvodov (pre jednoduchosť analýzy sa predpokladá zaťažená redundancia)
.
(6.26)
.
(6.27)
Príklad 1 Pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky systému s úplnou redundanciou pri n=4; m=3; p=0,8 bude: P(t)=1–(1–0,8 4) 3 =0,7942. Pri absencii rezervy bude pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky sekvenčného systému n=4 prvkov pri p=0,8:
P(t)=pn = 0,8 4 =0,4096.
Samostatná rezervácia(obr. 6.9, b) poskytuje možnosť zapnúť ďalší záložný prvok v prípade poruchy ktoréhokoľvek prvku hlavného obvodu. Akási samostatná rezervácia je priebežná rezervácia, keď rezervný prvok (prvky) môže nahradiť akýkoľvek zlyhaný prvok hlavného obvodu.
Pri oddelenej redundancii bude pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky i-tého prvku pri zohľadnení m - 1 rezervných prvkov (redundanciu považujeme za zaťaženú):
.
Pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky systému s oddelenou redundanciou
.
(6.28)
Ak majú všetky prvky rovnakú spoľahlivosť, t.j. Potom P ij (t) = p
.
(6.29)
Príklad 2 Pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky systému s oddelenou redundanciou pri n=4; m=3; p=0,8 bude:
P(t)=4=0,9684.
Porovnanie výsledkov výpočtov uvedených v príkladoch 1 a 2 ukazuje, že oddelená redundancia poskytuje vyššiu úroveň spoľahlivosti v porovnaní s celkovou redundanciou s rovnakým počtom redundantných prvkov (pomer redundancie). Treba však poznamenať, že oddelená redundancia vedie ku komplikáciám celého systému, spôsobeným potrebou použitia Vysoké číslo ovládacie a spínacie zariadenia, čo v praxi znižuje efekt jeho používania.
Použiť tiež zmiešaná rezervácia- kombinácia všeobecnej redundancie jednotlivých obvodov s oddelenou redundanciou najdôležitejších a najmenej spoľahlivých prvkov. Porovnanie možností redundancie v tomto prípade možno vykonať podobnými metódami.
6.3. Redundancia ako spôsob zabezpečenia spoľahlivosti technologických systémov v štádiu ich tvorby
Rezervácia- aplikácia dodatočné finančné prostriedky a (alebo) príležitosti na udržanie prevádzkyschopnosti (zvýšenie spoľahlivosti) objektu.
Typy rezervácií:
1. Štrukturálna redundancia- redundancia využívajúca rezervné prvky štruktúry objektu. Štrukturálna redundancia sa realizuje zavedením rezervných (nadbytočných) prvkov do systému, ktoré vzhľadom na absolútnu spoľahlivosť prvkov pôvodného systému nie sú funkčne potrebné. So štrukturálnou redundanciou prvkov (alebo obvodov) systému sa indikátory spoľahlivosti zvyšujú diskrétne (skoky). Rôzne možnosti štrukturálnej redundancie sú popísané v 6.2.2-6.2.3.
2. Funkčná redundancia- redundancia s využitím funkčných rezerv. Pri tomto spôsobe redundancie je systém zostavený tak, aby bolo možné vykonávať špecifikovanú funkciu rôzne cesty a/alebo technické prostriedky. Napríklad v niektorých CNC strojoch môže byť funkcia interpolácie trajektórií pohybu pracovných telies vykonávaná softvérom a hardvérom pomocou špeciálneho zariadenia - interpolátora (lineárno-kruhového, parabolického atď.).
3. Dočasná rezervácia- rezervácia s využitím časových rezerv. Previs je možné použiť na riešenie problémov, údržbu atď technologických systémov ah možno poskytnúť rôznymi spôsobmi:
a) zvýšenie prevádzkového času (skrátením času na údržbu, plánovanými prestojmi, zvýšením práce na zmeny atď.);
b) vytvorenie výkonnostnej marže;
c) dáva systému vlastnosť funkčnej zotrvačnosti. Funkčná zotrvačnosť- vlastnosť systému, ktorá charakterizuje jeho schopnosť umožniť prerušenie práce bez straty výstupného efektu. Funkčná zotrvačnosť technologického systému môže byť daná použitím medzioperačných akumulátorov (buffering).
4. Redundancia informácií - redundancia s využitím informačných rezerv. Realizuje sa zavedením redundantných kódov a symbolov počas prenosu, spracovania a zobrazovania informácií (napríklad dodatočné jednotky informácií, ktoré vám umožňujú odhaliť a odstrániť chyby pri prenose informácií: opravné kódy, kontrolné súčty, kontroly parity atď.). ).
5. Redundancia záťaže- redundancia s využitím záťažových rezerv. Podstatou princípu redundancie záťaže (parametrickej redundancie) je rozšírenie rozsahu prevádzkyschopnosti objektu; v tomto prípade sa stavová oblasť objektu odstráni z hraníc oblasti zdravia, ktorá je určená maximálnymi prípustnými hodnotami výstupných parametrov objektu. To sa realizuje vytvorením hraníc pevnosti, odolnosti proti opotrebeniu (zvýšenie tolerancie opotrebenia, zväčšenie plochy nosných plôch, použitie materiálov odolných voči opotrebeniu atď.), tuhosti, odolnosti voči vibráciám, tepelnej odolnosti atď. Redundancia záťaže umožňuje neustále zlepšovať spoľahlivosť systému až do požadovaná úroveň zvýšením účinnosti a odolnosti proti poruchám jednotlivých prvkov systémov. V systémoch so spriahnutou alebo kombinovanou štruktúrou je na vytvorenie tejto úrovne potrebné zvážiť fungovanie celého systému, berúc do úvahy interakciu jeho prvkov a subsystémov a účasť jednotlivých prvkov a subsystémov na tvorbe výstupu. parametre systému ako celku.
Klasifikácia metód redundancie systému
V súčasnosti dosahovaná úroveň spoľahlivosti prvkovej základne elektroniky, rádiotechniky, mechanických prvkov, elektrotechniky je charakterizovaná hodnotami poruchovosti λ=10 -6 ...10 -7 1/h. V blízkej budúcnosti by sa malo očakávať, že sa táto úroveň zvýši λ= 10-8 1/h. To umožní zvýšiť čas medzi poruchami systému pozostávajúceho z N = 10 6 prvkov až na 100 hodín, čo zjavne nestačí. Požadovaná spoľahlivosť komplexné systémy sa dá dosiahnuť len používaním rôzne druhy rezervácie .
Redundancia je jedným z hlavných prostriedkov zabezpečenia danej úrovne spoľahlivosti (najmä spoľahlivosti) objektu s nedostatočne spoľahlivými prvkami.
V súlade s GOST 27.002-89 rezervácia nazývané použitie dodatočných nástrojov a (alebo) schopností na udržanie prevádzkyschopného stavu objektu v prípade zlyhania jedného alebo viacerých jeho prvkov. Redundancia je teda spôsob zvýšenia spoľahlivosti objektu zavedením redundancie. Na druhej strane nadbytok - toto sú dodatočné prostriedky a (alebo) schopnosti, ktoré sú nevyhnutné na to, aby objekt vykonával špecifikované funkcie. Úlohou zavedenia redundancie je zabezpečiť normálne fungovanie objektu potom, čo dôjde k poruche v jeho prvkoch.
Existujú rôzne spôsoby zálohovania. Je vhodné ich rozdeliť podľa nasledujúcich kritérií (obrázok 4.7): typ zálohy, spôsob pripojenia prvkov, početnosť zálohy, spôsob zapnutia zálohy, spôsob prevádzky zálohy, vyťažiteľnosť zálohy.
Obrázok 4.7 - Klasifikácia metód redundancie
štrukturálna redundancia, niekedy nazývaný hardvér (prvok, obvod), umožňuje použitie rezervných prvkov štruktúry objektu. Podstatou štrukturálnej redundancie je, že v minime požadovaná možnosť objektu sa zavádzajú ďalšie prvky. Prvky redundantného systému majú nasledujúce názvy. hlavným prvkom- prvok štruktúry objektu, potrebný na to, aby objekt plnil požadované funkcie pri absencii porúch jeho prvkov. Rezervný prvok - prvok objektu určený na vykonávanie funkcií hlavného prvku v prípade jeho zlyhania.
Definícia hlavného prvku nesúvisí s konceptom minimalizácie hlavnej štruktúry objektu, pretože prvok, ktorý je v niektorých prevádzkových režimoch hlavný, môže v iných podmienkach slúžiť ako záloha.
Vyhradený prvok- hlavný prvok pre prípad poruchy, ktorý je v zariadení zabezpečený ako záložný prvok.
Na obrázkoch 4.8 - 4.10 sú znázornené schémy zapojenia hlavných a náhradných prvkov, takzvané paralelné zapojenie prvkov. Systém s paralelným spojením prvkov je systém, ktorý zlyhá iba vtedy, ak zlyhajú všetky jeho prvky.
Obrázok 4.8 - Príklad paralelného zapojenia prvkov
a - schému zapojenia, b – návrhová schéma
Obrázok 4.9 - Príklad paralelného sériového spojenia prvkov SUHTP
a - funkčný diagram, b – schéma výpočtu
Obrázok 4.10 - Príklad mostového spojenia prvkov
Dočasná rezervácia spojené s využívaním časových rezerv. Predpokladá sa, že na vykonanie objektom potrebná práca pridelený čas je zjavne dlhší ako požadované minimum. Časové rezervy je možné vytvárať zvýšením produktivity objektu, zotrvačnosti jeho prvkov atď.
Redundancia informácií- ide o redundanciu s využitím informačnej redundancie. Príklady informačnej redundancie sú viacnásobný prenos tej istej správy cez komunikačný kanál; používanie rôznych kódov pri prenose informácií cez komunikačné kanály, ktoré zisťujú a opravujú chyby, ktoré sa objavujú v dôsledku porúch zariadení a vplyvu rušenia; zavedenie nadbytočných informačných symbolov pri spracovaní, prenose a zobrazovaní informácií. Nadbytok informácií umožňuje do určitej miery kompenzovať skreslenia prenášaných informácií alebo ich eliminovať.
Funkčná redundancia- redundancia, pri ktorej je možné danú funkciu vykonávať rôznymi spôsobmi a technické prostriedky. Napríklad funkcia prenosu informácií do ACS sa môže vykonávať pomocou rádiových kanálov, telegrafu, telefónu a iných komunikačných prostriedkov. Preto sa obvyklé ukazovatele priemernej spoľahlivosti (stredný čas medzi poruchami, pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky a pod.) stávajú nevypovedajúcimi a nedostatočne vhodnými na použitie v tento prípad. Najvhodnejšie ukazovatele na hodnotenie funkčnej spoľahlivosti sú: pravdepodobnosť vykonania danej funkcie, priemerný čas dokončenia funkcie, faktor dostupnosti pre vykonávanie danej funkcie.
Redundancia zaťaženia- ide o redundanciu s využitím záťažových rezerv. Redundancia zaťaženia spočíva predovšetkým v zabezpečení optimálnych rezerv schopnosti prvkov odolávať zaťaženiam, ktoré na ne pôsobia. Pri iných spôsoboch redundancie záťaže je možné zaviesť dodatočné ochranné alebo vykladacie prvky.
Uvedené druhy rezervácie je možné aplikovať buď na systém ako celok, alebo na jednotlivé prvky systému alebo na ich skupiny. V prvom prípade sa volá rezervácia všeobecný, v druhom - oddelené. Kombinácia rôznych typov rezervácie v rovnakom objekte sa nazýva zmiešané.
Podľa spôsobu zaraďovania rezervných prvkov sa rozlišujú trvalé, dynamické, náhradné, posuvné a väčšinové. Trvalá rezervácia- ide o redundanciu bez reštrukturalizácie štruktúry objektu v prípade poruchy jeho prvku. Pre trvalú redundanciu je nevyhnutné, aby pri výpadku hlavného prvku neboli potrebné žiadne špeciálne zariadenia na uvedenie záložného prvku do prevádzky a taktiež nedochádzalo k prerušeniu prevádzky (obrázky 4.11 - 4.13). Trvalou redundanciou je v najjednoduchšom prípade paralelné spojenie prvkov bez spínacích zariadení.
Obrázok 4.13 - Zmiešaná redundancia s trvalo zapnutou rezervou
Dynamická redundancia- ide o redundanciu s reštrukturalizáciou štruktúry objektu v prípade poruchy jej prvku. Dynamická redundancia má množstvo odrôd.
Rezervácia výmenou- Ide o dynamickú redundanciu, pri ktorej sa funkcie hlavného prvku prenesú do zálohy až po zlyhaní hlavného prvku. Zahrnutie rezervy výmenou (obrázky 4.14, 4.15) má tieto výhody:
- neporušuje režim prevádzky rezervy;
- zachováva spoľahlivosť záložných prvkov vo väčšom rozsahu, pretože počas prevádzky hlavných prvkov sú v neprevádzkovom stave;
- umožňuje použiť rezervný prvok pre niekoľko hlavných prvkov.
Významnou nevýhodou náhradnej redundancie je potreba spínacích zariadení. Pri oddelenej redundancii sa počet spínacích zariadení rovná počtu hlavných prvkov, čo môže výrazne znížiť spoľahlivosť celého systému. Preto je výhodné rezervovať veľké uzly alebo celý systém výmenou a vo všetkých ostatných prípadoch s vysokou spoľahlivosťou spínacích zariadení.
priebežná rezervácia- ide o redundanciu nahradením, pri ktorej je skupina hlavných prvkov objektu zálohovaná jedným alebo viacerými záložnými prvkami, z ktorých každý môže nahradiť akýkoľvek zlyhaný hlavný prvok v tejto skupine (obrázok 4.16).
Obrázok 4.16 - Posuvná rezervácia rovnakého typu (a) a heterogénnych (b) prvkov
Nájdené v riadiacich systémoch široké uplatnenie väčšinová výhrada(pomocou „hlasovania“). Táto metóda je založená na použití dodatočného prvku nazývaného väčšinový alebo logický prvok. Logický prvok umožňuje porovnávať signály pochádzajúce z prvkov, ktoré vykonávajú rovnakú funkciu. Ak sa výsledky zhodujú, prenesú sa na výstup zariadenia.
Obrázok 4.17 ukazuje redundanciu 2 z 3, t.j. akékoľvek dva z troch zodpovedajúcich výsledkov sa považujú za pravdivé a odovzdajú sa na výstup zariadenia. Podľa tohto princípu sú postavené mnohé schémy subsystémov riadiacich a ochranných systémov (CPS). Je možné aplikovať pomery „3 z 5“ atď. Hlavnou výhodou tejto metódy je zabezpečenie zvýšenia spoľahlivosti pre akékoľvek typy porúch prvkov a zvýšenie spoľahlivosti informačno-logických objektov.
Obrázok 4.17 - Rezervácia väčšiny
Stupeň redundancie je charakterizovaný mnohonásobnosťou redundancie. Rezervný pomer- je to pomer počtu rezervných prvkov objektu k počtu nimi rezervovaných hlavných prvkov, vyjadrený ako neredukovaný zlomok. Celočíselná redundancia nastáva, keď je jeden primárny prvok zálohovaný jedným alebo viacerými rezervnými prvkami.
Čiastočná redundancia – ide o takú rezerváciu, keď sú dva alebo viaceré prvky rovnakého typu rezervované jedným alebo viacerými rezervnými prvkami. Najbežnejšia redundancia s frakčnou multiplicitou je, keď počet hlavných prvkov prevyšuje počet rezervných. Rezervácia, ktorej násobnosť sa rovná jednej, sa nazýva duplicita.
V závislosti od režimu činnosti zálohy sa rozlišujú naložené, ľahké a nezaťažené zálohy. nabitá rezerva - je to rezerva, ktorá obsahuje jeden alebo viac pohotovostných prvkov, ktoré sú v režime hlavného prvku. Zároveň sa predpokladá, že prvky zaťaženej zálohy majú rovnakú úroveň spoľahlivosti, trvanlivosti a perzistencie ako hlavné prvky nimi rezervovaného objektu. Ľahká rezerva - toto je rezerva, ktorá obsahuje jeden alebo viac rezervných prvkov, ktoré sú v menej zaťaženom režime ako hlavný. Ľahké rezervné prvky majú zvyčajne viac vysoký stupeň spoľahlivosť, trvanlivosť a vytrvalosť ako hlavné prvky. Vyložená rezerva- ide o rezervu, ktorá obsahuje jeden alebo viac záložných prvkov, ktoré sú vo vyloženom režime predtým, ako začnú plniť funkcie hlavného prvku. Pre prvky nezaťaženej zálohy sa podmienečne predpokladá, že nikdy nezlyhajú a nedosiahnu medzný stav.
Redundancia, pri ktorej prevádzkyschopnosť jedného alebo viacerých redundantných prvkov v prípade porúch podlieha obnoveniu počas prevádzky, sa nazýva redundancia s obnovou, inak existuje redundancia bez obnovy. Výťažnosť rezervy je zabezpečená monitorovaním zdravotného stavu prvkov. V prípade redundancie je to obzvlášť dôležité, pretože v tomto prípade môže byť počet skrytých porúch väčší ako pri absencii redundancie. AT ideálne porucha ktoréhokoľvek prvku objektu sa bezodkladne zistí a chybný prvok sa okamžite vymení alebo opraví.
Klasifikácia redundantných metód. Jedným z hlavných prostriedkov na zabezpečenie požadovanej úrovne spoľahlivosti a predovšetkým spoľahlivosti objektu alebo ES s nedostatočne spoľahlivými prvkami je redundancia.
Pod rezervácia znamená použitie dodatočných nástrojov a schopností na udržanie zdravého stavu elektrický systém zlyhanie jedného alebo viacerých jeho prvkov. Rezervácia je efektívna metóda vytváranie elektrických systémov, ktorých spoľahlivosť je vyššia ako spoľahlivosť prvkov zahrnutých v systéme.
Rezervácia sa líši. hlavné prvkyštruktúry potrebné na to, aby systém vykonával požadované funkcie pri absencii porúch jeho prvkov, a zálohované položky, určené na vykonávanie funkcií hlavných prvkov v prípade ich zlyhania.
Pomer počtu rezervných prvkov atď systémov na počet základných prvkov, ktoré si rezervujú na, vyjadrený ako neredukovaný zlomok sa nazýva miera rezerv
m p = n p / n o .
Volá sa rezervácia s pomerom rezerv jedna ku jednej m p \u003d 1/1 duplicita.
Medzi ďalšie nástroje a schopnosti využívané v redundancii patria prvky zavedené do štruktúry systému ako záloha, využitie funkčných a informačných nástrojov a schopností, využitie prebytočného času a zásob. nosnosť. Podľa toho rozlišujú podľa typu dodatočných prostriedkov štrukturálna redundancia použitie rezervných prvkov štruktúry objektu, funkčné použitie funkčných rezerv, informačný používanie informačných rezerv, dočasné s časovými rezervami a naložiť s využitím rezerv záťaže (obr. 3.28).
V ES sa najčastejšie používa štrukturálna redundancia a používajú sa aj iné typy redundancie. Takže pri funkčnej redundancii sa niekedy používajú multifunkčné prvky automatizačných nástrojov a ak zlyhajú, môžu sa v tomto systéme použiť na iné účely, funkčná redundancia sa vykonáva aj pre rôzne režimy prevádzky, napríklad prenosom informácií v rôznymi spôsobmi, v závislosti od toho, ktoré prvky systému zostali funkčné. Informačná redundancia sa využíva v systémoch, kde výskyt poruchy vedie k strate alebo skresleniu niektorej časti spracovávaných alebo prenášaných informácií. Dočasnú redundanciu je možné realizovať zvýšením produktivity objektu, zotrvačnosti jeho prvkov, opakovaním s časovým posunom jednotlivých operácií. Redundancia zaťaženia je vyjadrená poskytnutím optimálnych rezerv pre schopnosť prvkov odolávať zaťaženiam, ktoré na ne pôsobia, alebo zavedením dodatočných ochranných alebo vykladacích prvkov do systému na ochranu niektorých hlavných prvkov systému pred zaťažením pôsobiacim na ich.
Podľa spôsobu zapínania rezervy sa rozlišuje stála a dynamická redundancia. Trvalá rezervácia sa vykonáva bez reštrukturalizácie štruktúry systému v prípade poruchy jej prvku, a dynamická redundancia- s reštrukturalizáciou štruktúry systému v prípade: poruchy jej prvku.
V najjednoduchšom prípade pri trvalej redundancii sú prvky zapojené paralelne alebo sériovo bez spínacích zariadení a pri dynamickej redundancii sú potrebné spínacie zariadenia, ktoré reagujú na poruchy prvkov.
Dynamická redundancia je často redundancia substitúcia pri ktorej sa funkcie hlavného prvku prenesú do zálohy až po zlyhaní hlavného prvku.
Bežným typom náhrady redundancie je posuvná redundancia, pri ktorej je skupina hlavných prvkov systému zálohovaná jedným alebo viacerými rezervnými prvkami, z ktorých každý môže nahradiť akýkoľvek zlyhaný hlavný prvok v tejto skupine.
Podľa spôsobu činnosti záložných prvkov pred poruchou hlavného prvku sa líšia nabitá rezerva(jeden alebo viacero pohotovostných prvkov je v režime primárneho prvku), svetelná rezerva(jeden alebo viac záložných prvkov je v menej zaťaženom režime ako hlavný prvok) a nečinná rezerva(jeden alebo viac záložných prvkov je v režime bez zaťaženia, kým nezačnú vykonávať funkcie hlavného prvku).
Na rozlíšenie medzi redundantnými prvkami z hľadiska ich úrovne spoľahlivosti sa používajú koncepty zaťaženého svetla a nezaťaženej rezervy. Prvky zaťaženej rezervy majú rovnakú úroveň spoľahlivosti (spoľahlivosť, trvanlivosť a stálosť) ako hlavné prvky nimi rezervovaného objektu, pretože zdroj rezervných prvkov sa spotrebúva rovnakým spôsobom ako hlavné prvky. Ľahké rezervné prvky majú vyššiu úroveň spoľahlivosti, pretože intenzita spotreby zdrojov rezervných prvkov, kým nie sú zapnuté namiesto zlyhaných, je oveľa nižšia ako u hlavných. Pri vyloženej zálohe sa zdroj záložných prvkov začína spotrebúvať prakticky až od momentu ich zapnutia namiesto zlyhaných prvkov.
Obr.3.28. Klasifikačná schéma typov rezervácií
Podľa spôsobu rezervácie objektu (prvku objektu) existujú všeobecné a samostatné rezervácie. o všeobecná výhrada objekt je vyhradený ako celok, namiesto jedného objektu je zabezpečená súčasná prevádzka dvoch alebo viacerých objektov rovnakého typu alebo podobných z hľadiska ich funkcií. Metóda je jednoduchá a v praxi široko používaná pri zálohovaní najkritickejších systémov. o samostatná rezervácia rezervované sú jednotlivé prvky objektu alebo ich skupín, ktoré sú zvyčajne zabudované do objektu, je možné samostatne rezervovať jednotlivé prvky systému aj jeho pomerne veľké časti (bloky).
Dynamická redundancia môže byť samostatná a spoločná a umožňuje použitie rezervných prvkov nielen v zaťaženej, ale aj v ľahkej a nezaťaženej rezerve, čo umožňuje šetriť zdroje rezervných prvkov, zvýšiť spoľahlivosť elektrického systému ako celku a znížiť spotreba energie.
Pri redundancii substitúciou možno použiť posuvnú redundanciu, ktorá umožňuje zabezpečiť požadovanú spoľahlivosť systému pri nízkych nákladoch a miernom zvýšení jeho hmotnosti a rozmerov.
Nevýhody dynamickej redundancie výmenou zahŕňajú potrebu spínacích zariadení a prítomnosť prerušení prevádzky pri prechode na redundantné prvky, ako aj systém vyhľadávania chybného prvku alebo bloku, čo znižuje spoľahlivosť celého redundantného systému. Rezerváciu substitúciou je vhodné použiť pre redundanciu dostatočne veľkých funkčných celkov a blokov zložitých elektrických systémov.
Trvalá redundancia, ktorá zahŕňa neustále pripojenie prvkov k hlavným, je jednoduchá a nie sú potrebné spínacie zariadenia. Ak hlavný prvok zlyhá, systém pokračuje v normálnej prevádzke bez prerušenia a bez prepínania. Nevýhodami permanentnej redundancie je zvýšená spotreba zdroja redundantných prvkov a zmena parametrov redundantného uzla pri výpadku prvkov.
Trvalá redundancia sa používa v kritických systémoch, pre ktoré je neprijateľné aj krátke prerušenie prevádzky a pri redundancii relatívne malé prvky - uzly, bloky a prvky elektronických zariadení ESA (odpory, kondenzátory, diódy atď.).
Redundancia elektrických rádiových prvkov zahrnutých v ESA, ktorých porucha môže viesť k obzvlášť nebezpečným následkom, sa vykonáva s prihliadnutím na možnosť skratu a prerušenia prvku. Redundancia pri poruchách prvkov sa vykonáva paralelným zapojením a pri skratoch sériovým zapojením prvkov za predpokladu, že prvok zlyhá, ale nie je narušený elektrický obvod ostatných prvkov zapojených do série. Napríklad trvalá samostatná redundancia diódy so zaťaženou rezervou v prípade poruchy v dôsledku skratu (skratu), prerušenia obvodu alebo skratu a prerušenia obvodu sa vykonáva zapínaním rezervných diód, resp. paralelne a sériovo paralelne s hlavným (obr. 3.29, a, v).
Celková redundancia trvalého usmerňovača UD zaťažená záloha sa vykonáva paralelným zapojením rezervy a na zabránenie prechodu prúdu záložného usmerňovača cez výstupný obvod poruchového usmerňovača sa používajú diódy (obr. 3.29, Obr. G). Všeobecná redundancia usmerňovača s nezaťaženou rezervou sa vykonáva pomocou zariadenia ALE prepínanie, ktoré prijme signál CO o poruche a vyšle do výhybky riadiaci signál US QW na vypnutie chybného usmerňovača a zapnutie záložného (obr. 3.29, d).
Trvalá rezervácia. Takáto redundancia môže byť vykonaná paralelným alebo sériovým pripojením k hlavnému prvku (systému) jedného alebo viacerých redundantných, ktoré vykonávajú rovnaké funkcie ako hlavný prvok (systém). Takáto redundancia sa vykonáva napríklad pri paralelnej prevádzke generátorov, počítačov, jednotiek ESA, odporov atď., ako aj pri sériovom zapojení diód, vypínacích kontaktov, kondenzátorov atď. d.
Elektrické systémy s trvalo zapnutou rezervou sú vyrobené tak, aby zlyhané prvky neovplyvnili činnosť systému ako celku. Dôsledky zlyhania prvku s trvalou redundanciou v extrémnych prípadoch môžu byť: skrat alebo rozbitie jedného alebo viacerých prvkov, čo by sa malo brať do úvahy pri navrhovaní systému. Na tento účel sa zavádzajú obmedzujúce odpory
Ryža. 3.29. Typické schémy štrukturálnej redundancie:
a B C - dióda VD v tomto poradí, v prípade poruchy typu skratu, prerušeného obvodu, skratu a prerušeného obvodu;
d, d - usmerňovač UD respektíve s naloženou a nezaťaženou rezervou
deliace transformátory, ako aj zvýšenie tolerancií jednotlivých parametrov systému a pod.
Stála redundancia poskytuje nabitú rezervu a môže byť zdieľaná a oddelená; na blokovej schéme pre výpočet spoľahlivosti sú hlavné a rezervné prvky zapojené paralelne (obr. 3.30).
Ryža. 3.30. Schémy všeobecnej (a) a samostatnej (b) trvalej nadbytočnosti
Elektrický systém so všeobecnou redundanciou (obr. 3.30, a) bude fungovať normálne pri zachovaní prevádzkyschopnosti aspoň jedného z t+1 paralelné obvody pozostávajúce zo sériovo zapojených prvkov. Pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky každého z nich i-ta reťaz s P prvky zapojené do série, berúc do úvahy (3.68) v čase t(Pre jednoduchosť nie je uvedený žiadny ďalší čas)
Pi =(3.95)
kde P ij- pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky j-tej i-tý prvok reťaze. Pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky systému so spoločnou redundanciou m + 1 paralelných obvodov sa zistí pri zohľadnení (3.72) a (3.95):
P s.o = 
(3.96)
Pri rovnakej spoľahlivosti všetkých prvkov Р ij = Р e vzorec (3.96) bude mať tvar
R s.o \u003d 1 - (1 - P e n) m +1. (3,97)
Pre danú pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky elektrického systému s.o. na základe (3.97) je možné určiť potrebné množstvo t, za ktorých je splnená podmienka c.o = P c.o, t.j.
t o =
S exponenciálnym distribučným zákonom pre prvky systému P e = exp (- λ e t) pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky (3.97) a stredný čas do poruchy systému sú určené vzorcami
P c.o (t) = 1 - m+1;
kde = pλ e - poruchovosť okruhu P prvky; T cf = 1/ - stredný čas do zlyhania jedného reťazca.
WPP so samostatnou redundanciou predpokladá neustále zaraďovanie záložných prvkov do jednotlivých sekcií systému (obr. 3.30.6).
Pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky jednotlivého redundantného prvku systému
a celý systém so samostatnou redundanciou
(3.99)
S rovnakou spoľahlivosťou všetkých prvkov (3.99) nadobúda formu
Р с.р = n , (3,100)
odkiaľ sa pre danú pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky systému určí zodpovedajúca hodnota
Pri exponenciálnom zákone rozdelenia rovnako spoľahlivých prvkov Р e = exp (-λ e t) pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky
P s.p (t) = (1 - m +1 ) n (3,101)
a stredný čas do zlyhania systému
kde vi = (i + 1) / (m + 1); λ = λ e.
Zvýšenie spoľahlivosti ES v dôsledku redundancie možno odhadnúť pomerom pravdepodobnosti zlyhania hlavného neredundantného systému.
a redundantný systém
S rovnakou spoľahlivosťou hlavného a záložného systému
γ pe z \u003d l / Q i m \u003d l / Q o m.
Zo získaného pomeru vyplýva dôležitý záver: čím väčšia je pravdepodobnosť zlyhania systému (čím menšia je jeho bezporuchová prevádzka), tým menší je efekt redundancie. Z tohto záveru niekedy tzv rezervačný paradox, možno uzavrieť nasledovné:
možnosť redundancie neodstraňuje úlohu zvyšovania spoľahlivosti redundantných prvkov a systémov;
všeobecná redundancia systému, ak sú ostatné veci rovnaké, je menej výnosná ako samostatná redundancia, takže pravdepodobnosť zlyhania časti systému je menšia ako pravdepodobnosť zlyhania celého systému.
Pri exponenciálnom rozdelení času do zlyhania je pravdepodobnosť zlyhania redundantného systému
Qp(t)=Qom+1(t)= m+l,
kde λ o = const je miera zlyhania jedného redundantného systému.
V praxi zvyčajne λ o t< 0,1 тогда
Qo(t)≈ λot = t/T cp a
Q P (t) ≈ (λ o t) m +1 = (t/T cp) m +1,
kde T cf =1/λ o - stredný čas do zlyhania redundantného systému.
S prihliadnutím na vyššie uvedené vzťahy môže byť zisk z rezervácie reprezentovaný ako
γ res ≈ (T cf / t) m.
Z toho vyplýva, že zisk z redundancie klesá so zvyšujúcim sa potrebným časom. t prevádzka systému.
O spoľahlivosti redundantných ES veľký vplyv zabezpečuje obnovu hlavných alebo záložných systémov (okruhov) ihneď po ich poruche. Pri prevádzke v ustálenom stave je pravdepodobnosť prevádzkyschopnosti obvodu s priemerným časom zotavenia T c. cf a stredný čas medzi poruchami To v ľubovoľnom časovom bode (okrem plánovaných období, počas ktorých nie je zabezpečené jeho zamýšľané použitie) je faktorom dostupnosti reťazca.
Komu r =
keďže vo väčšine praktických problémov T v.sr / T o<< 1.
V súlade s tým môže byť pravdepodobnosť zlyhania obvodu definovaná ako pravdepodobnosť nefunkčnosti
Q o (t) \u003d 1 - K T ≈ T in. cf /T o .
Potom zvýšenie spoľahlivosti redundantného ES s obnovou ihneď po zlyhaní hlavného alebo záložného systému
γ pe z \u003d l / Q o m ≈ (To / T in. s p) m ≈ konšt.
Ako vidno, kvalitatívny rozdiel medzi redundanciou s obnovou a redundanciou bez obnovy spočíva v tom, že pri obnove y v prvom priblížení nezávisí od prevádzkového času t. Preto sa výhody redundantnej redundancie v porovnaní s neobnoviteľnou redundanciou zvyšujú so zvyšujúcim sa potrebným prevádzkovým časom. t. Zároveň si treba uvedomiť, že obnovu ihneď po poruche je možné realizovať neustálym monitorovaním, ktorého technické prostriedky by mali mať oveľa menšiu pravdepodobnosť poruchy ako riadený systém.
Samostatná redundancia je efektívnejšia z hľadiska zvyšovania spoľahlivosti ES, najmä pre veľké n (obr. 3.31). Vysvetľuje to skutočnosť, že pre zlyhanie systému so všeobecnou redundanciou stačí, aby zlyhal jeden prvok z každého okruhu a pre samostatný, aby zlyhali všetky prvky v ktorejkoľvek skupine.
Prakticky zaujímavá je otázka výberu racionálneho spôsobu zlepšenia spoľahlivosti ES: pomocou redundancie alebo výberom vysoko spoľahlivých prvkov. Ak sú z hľadiska hmotnosti, rozmerov a nákladov oba spôsoby rovnocenné, potom najdôležitejšou vecou pri riešení tohto problému je požadovaná dĺžka nepretržitej prevádzky systému. t.
Vplyv času t pre bezproblémovú prevádzku P c . p(t) ES z dvoch rovnakých blokov, pracovného a rezervného, s zaťaženou rezervou možno určiť pomocou vzorcov (3.98) s m = 1 an = 1:
P s.p (t) = 2exp (-t/T porov.b)-exp (-2t/T cp. 6);
T cf = 1,5 T cf. b, (3,103)
Ryža. 3.31. Závislosti pravdepodobnosti bezporuchovej prevádzky elektrických systémov so spoločným (1) a oddeleným (2) redundancia z počtu rezervných prvkov s rôznym počtom po sebe nasledujúcich prvkov
Ryža. 3.32. Závislosti pravdepodobnosti bezporuchovej prevádzky systému na čas so zaťaženou rezervou (1) a so zvýšenou spoľahlivosťou bloku (2)
kde T cf.b = 1/λ 6 - stredný čas do zlyhania jedného bloku; λ b- poruchovosť jednej jednotky redundantného systému.
Pre neredundantný elektrický systém z jedného bloku so zvýšenou spoľahlivosťou s rovnakým stredným časom do zlyhania T porov. ako pre redundantný systém (3.103), pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky bude
P sn (t) \u003d exp [- t / (1,5T porovnaj b)]. (3,104)
Závislosti (3.103) a (3.104) ukazujú, že redundancia je efektívnejšia ako priame zvyšovanie spoľahlivosti bloku v počiatočnom období prevádzky systému t< 2Т ср.б, при t >> 2T c r.b, naopak, efektívnejšie je zvýšiť spoľahlivosť bloku (obr. 3.32).
Konštantné sériovo-paralelné zapojenie vzájomne redundantných prvkov sa používa v prípadoch, keď sú možné poruchy typu skrat a prerušenie. Napríklad kondenzátor môže zlyhať v dôsledku straty kapacity v dôsledku prerušenia obvodu alebo v dôsledku poruchy v dôsledku skratu; Kontakty relé môžu zlyhať v dôsledku ich oxidácie (prerušenie) alebo v dôsledku ich „zvarenia“ alebo „prilepenia“ (skrat) atď. (pozri tabuľku 3.7).
S prihliadnutím na možnosť porúch ako je prerušený obvod a skrat sa v mnohých prípadoch používa stále sériovo-paralelné zapojenie štyroch vzájomne redundantných prvkov (obr. 3.33). Keď prevládajú poruchy prvkov skratového typu
Q kz (t) > Q o 6 (t),
Ryža. 3.33. Trvalé sériovo-paralelné spojenie vzájomne redundantných prvkov pri poruchách hlavne: typ skratu (a) a zlomiť (b)
kde Q kz (t) a Q o 6 (t) - pravdepodobnosť poruchy prvku typu skrat a otvorený obvod sa používajú sériovo-paralelné spínacie obvody bez prepojky (obr. 3.33, a), a keď prevažujú poruchy typu otvoreného obvodu
Q kz (t)< Q об (t) -
Sériovo paralelné obvody s prepojkou (obr. 3.33, b).
Pravdepodobnosť poruchy redundantného obvodu v prípade porúch typu otvoreného Q r.ob (t) a typu skratu Q r.kz (t) na požadovanú dobu prevádzky t je funkciou pravdepodobnosti zlyhania prvku Q kz (t) a Q o b (t) a závisí od použitej schémy redundancie a typu poruchy (tabuľka 3.13).
Od stola. 3.13 zo vzťahov vyplýva, že účinnosť γ res sériovo-paralelnej redundancie klesá so zvyšujúcou sa pravdepodobnosťou zlyhania prvku obvodu. Pri určitej kritickej hodnote Q kz (t) alebo Q o (t) sa pravdepodobnosť zlyhania redundantného obvodu stane väčšou ako pravdepodobnosť zlyhania jedného prvku, potom sa použitie sériovo-paralelnej redundancie stáva nevhodným. S prihliadnutím na spoľahlivosť a presnosť apriórnych informácií o spoľahlivosti prvkov sa zvyčajne odporúča použiť sérioparalelnú redundanciu v prípadoch, keď je pravdepodobnosť poruchy prvku obvodu Q kz ( t) 0,l a Q o 6 (t) 0,l.
Tabuľka 3.13.
Konštrukčné pomery pre sériovo-paralelné zapojenie
štyri prvky
Ryža. 3.34. Schémy všeobecnej (a) a oddelenej (b) dynamickej redundancie
so spínacími zariadeniami
Dynamická redundancia. Pri takejto redundancii je možné použiť ľahkú alebo nezaťaženú rezervu, ak sú prijateľné prerušenia prevádzky ES potrebné na zapnutie rezervy a je potrebné použiť doplnkové prvky- spínacie zariadenia na pripojenie rezervy. Zaradenie rezervných prvkov je možné vykonať ručne alebo automaticky, spínacie zariadenia môžu byť samostatné alebo spoločné pre paralelne zapojené prvky alebo obvody (bloky) elektrického systému (obr. 3.34).
Ak zanedbáme vplyv spínacích zariadení a považujeme ich za absolútne spoľahlivé, tak pri zaťaženej rezerve sa spoľahlivosť ES s dynamickou redundanciou vyrovná spoľahlivosti systému s trvalo zapnutou rezervou. Vďaka ľahkej a nezaťaženej redundancii zlepšuje dynamická redundancia spoľahlivosť systému.
Vplyv spoľahlivosti spínacích zariadení na spoľahlivosť redundantného systému sa pri systémoch so zaťaženou rezervou zohľadňuje celkom jednoducho.
WPP so všeobecnou redundanciou a zaťaženou rezervou v normálnom režime, všetky ističe sú zapnuté a hlavný a záložný okruh z P prvky sú zaťažené. V prípade poruchy hlavného okruhu prepnite spínač K . vypína, pri výpadku prvého záložného okruhu sa vypína spínačom K1 a pod.
Zlyhanie systému nastane, keď hlavný a všetky záložné okruhy, pozostávajúce z P prvky a spínač Komu každý. Za predpokladu, že spínače a prvky systému zlyhajú nezávisle, je možné zistiť pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky jedného okruhu z P prvkov
a pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky celého systému m + 1 takýchto paralelných obvodov
P s.o = 
,(3.105)
kde P ki- pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky prepínač i-tý reťaze.
S rovnakou spoľahlivosťou všetkých P prvky P e a rovnakú spoľahlivosť spínačov P k vzorec (3.105) bude mať tvar
P s.o \u003d 1 - (1 - P k P e n) m +1. (3,106)
Z (3.106) pre danú hodnotu P s.o = nájdite požadovanú hodnotu počtu záložných okruhov
S exponenciálnym distribučným zákonom pre prvky P e \u003d exp (- λ e t) a prepne Р k = exp(- λkt) systému, stredný čas do poruchy a pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky systému sú určené vzorcami (3.98), v ktorých sa v tomto prípade poruchovosť obvodu vypočíta podľa vzorca
WPP so samostatnou redundanciou a zaťaženou rezervou všetkých ističov Komu v počiatočnom období prevádzky systému sú zapnuté, v prípade poruchy niektorého hlavného alebo záložného prvku príslušný spínač tento zlyhaný prvok odpojí. Zlyhanie systému nastáva, keď zlyhá ktorýkoľvek hlavný prvok j (alebo jeho prepínač K) a všetky prvky, ktoré ho vyhradzujú i(alebo všetky ich prepínače K i).
Pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky celého systému so samostatnou redundanciou s prihliadnutím na pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky ističov
(3.107)
Pre systém s rovnako spoľahlivými prvkami a spínačmi má výraz (3.107) formu
R s.r = n. (3,108)
S exponenciálnym distribučným zákonom pre prvky λ e \u003d const a prepínače λ k \u003d const sa hodnoty T cf.r a P c.r vypočítajú pomocou vzorcov (3.101) a (3.102), v ktorých v tento prípad berú
λ \u003d λ e + λ k.
Zo získaných vzorcov je vidieť, že pri dynamickej redundancii so zaťaženou rezervou v dôsledku prítomnosti spínacích zariadení K sú ukazovatele spoľahlivosti systému nižšie v porovnaní s trvalou redundanciou. Dynamickú redundanciu so zaťaženou rezervou je vhodné použiť v prípadoch, keď sú prerušenia prevádzky systému neakceptovateľné a poruchový prvok (systém) musí byť vypnutý, aby nedošlo k náhlej zmene režimu prevádzky redundantného systému. .
Výpočty podľa vzorcov (3.106) a (3.108), ktoré určujú pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky systémov znázornených na obr. 3.34, ukazujú, že pri rovnakej spoľahlivosti prvkov a rovnako dostatočne vysokej spoľahlivosti spínačov pre rovnaké hodnoty P a t pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky ES so samostatnou redundanciou a spínačom pre každý prvok je vyššia ako u ES so spoločnou redundanciou a spínačom v každom okruhu.
Oddelená redundancia je teda v prípade dynamickej redundancie efektívnejšia ako všeobecná redundancia.
Efektívnosť dynamickej redundancie sa zvýši, keď sa implementuje ako náhradná redundancia s ľahkou alebo ľahkou redundanciou. Nižšie uvažujeme o nadbytočnosti nahradením nezaťaženou rezervou; je zrejmé, že indikátory spoľahlivosti so svetelnou rezervou budú mať stredné hodnoty medzi indikátormi s nabitou a nezaťaženou rezervou.
V redundantnom systéme so všeobecnou redundanciou a nezaťaženou rezervou najskôr funguje hlavný obvod s ističom Komu(obr.3.34, a), ak zlyhá, namiesto toho sa zapne vypínačom K i jeden z náhradných okruhov. Viac takýchto striedaní už nemôže byť. t;(m + 1) - porucha vedie k zlyhaniu systému ako celku.
Pre zjednodušenie analýzy uvažujeme systém s exponenciálnym distribučným zákonom pre prvky Р ij (t) = exp(-λ jt) a prepínače P ki (t)=exp(- λ súprava). Potom pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky jedného okruhu z P prvky s vypínačom
Pj (t) = (3,109)
kde λ i = λ j n + λ k - poruchovosť i-tého okruhu redundantného systému.
Priemerná doba chodu až i-té zlyhanie reťazec, berúc do úvahy (3.109), bude
T porov. i = 
V každom z intervalov t i funguje iba jeden okruh a môže zlyhať, takže stredná doba do zlyhania celého systému bude
T cp. o = Tcp. i(m+1). (3,110)
Pravdepodobnosť bezpečnej prevádzky redundantného ES s nezaťaženou rezervou počas času t možno určiť za predpokladu, že ak zlyhá jeden okruh, dôjde k okamžitému prepnutiu na jeden zo záložných okruhov a systém zlyhá po zlyhaní hlavného okruhu a všetkých t záložné obvody. Potom pravdepodobnosť, že jeden reťazec z P prvky a spínač TO, majúci poruchovosť λ i v priebehu času t zlyháva ztime (berúc do úvahy možnosť jeho nahradenia rezervnými), možno určiť podľa Poissonovho zákona
Pz (t) = (λ i t) z/z! exp(-λ i t), (3,111)
kde λ i t je priemerný počet porúch obvodu v priebehu času t.
Celý redundantný systém v priebehu času t bude bezchybne fungovať, ak sa počas tejto doby vyskytne aspoň jedna z nasledujúcich nekompatibilných udalostí: C o - všetky obvody systému fungovali bezchybne, Od 1 - jeden okruh zlyhal Cz- nepodarilo z reťaze z (t+l); Ct - odmietol t reťazcov od (m+1).
Pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky celého redundantného systému je teda určená podľa vety o sčítaní pravdepodobnosti celá skupina nezlučiteľných udalostí C so zohľadnením (3.111).
P s.o (t) = (3,112)
Porovnaním získaných vzorcov (3.110) a (3.112) so zodpovedajúcimi vzorcami pre zaťaženú rezervu vyplýva, že s nezaťaženou rezervou sa zvyšuje pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky a stredný čas do poruchy.
Zároveň je prakticky nemožné dosiahnuť predĺženie stredného času do poruchy o viac ako rádovo kvôli takejto redundancii v dôsledku prítomnosti spínacích zariadení a pomocných zariadení. S nárastom počtu redundantných prvkov (blokov, systémov) hmotnosť, rozmery a náklady na pomocné zariadenia výrazne obmedzujú dosiahnuteľnú úroveň spoľahlivosti v redundancii, čo v praxi umožňuje používať redundanciu s m ≤ 2 ... 3.
Ak ES pozostáva zo skupín identické prvky, potom je vhodné použiť posuvnú rezerváciu výmenou, keď jeden alebo viac rezervných prvkov (blokov) t systémy môžu nahradiť ktorýkoľvek z neúspešných hlavných prvkov (blokov) systému (obr. 3.35).
Ryža. 3.35. Postupná rezervačná schéma
Ak je posuvná redundancia s nezaťaženou rezervou, poruchy prvkov sú nezávislé a majú exponenciálne rozloženie, zariadenie na vyhľadanie chybného prvku a zapnutie zálohy namiesto neho (spínača) je absolútne spoľahlivé, potom pravdepodobnosť bezpečná prevádzka systému počas času t, t.j. pravdepodobnosť zlyhania počas tohto času už nie t prvkov, sa určuje podľa Poissonovho zákona podobne ako (3.112)
P c . c(t) = 
(3.113)
kde λ e - poruchovosť prvkov.
Stredný čas do zlyhania systému, t.j. očakávaná hodnotačas vzniku (m+1)-tej poruchy sa určí obvyklým spôsobom:
T cf \u003d 1 / (pλ e) + t / (pλ e) \u003d (t + 1) (pλ e).(3.114)
Účinnosť posuvnej redundancie elektrického systému možno odhadnúť porovnaním závislostí (3.113) a (3.114) pre systém s posuvnou redundanciou so zodpovedajúcimi závislosťami P c \u003d exp (- nλ e t) a T cf \u003d 1 / (pλ e) pre neredundantný systém
(t) = Pc. c(t)/Pc(t) = 1+ nλ et + (nλ e t)2/2! + . . + (nA et) m/m!;
(t) = Tcp. c/T cp = (m+1).(3.115)
Z (3.115) vyplýva, že z hľadiska zvyšovania pravdepodobnosti bezporuchovej prevádzky a stredného času do poruchy ES účinnosť posuvnej redundancie v porovnaní s príslušným neredundantným systémom rastie s nárastom počet rezervných prvkov, zvýšenie prevádzkového času systému a počet nadbytočných hlavných prvkov (blokov) systému.
Prebiehajúca redundancia môže byť ekonomicky výhodnejšia, pretože sa implementuje s menším počtom rezervných prvkov ako tie hlavné.
Optimálna redundancia. Pri praktickej implementácii ES redundancie vzniká problém optimálnej redundancie, t.j. zabezpečenia požadovanej spoľahlivosti systému pri najnižších nákladoch.
Počet a rozsah rezervných prvkov (blokov) ES možno určiť na základe nasledujúcich dvoch formulácií problému optimálnej redundancie:
1) daná pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky systému musí byť zabezpečená pri minimálne náklady S mi p na rezervných prvkoch, t.j. pri C min ;
2) pri daných nákladoch na rezervné prvky je potrebné zabezpečiť max možná pravdepodobnosť bezproblémová prevádzka systému R s. m ah, t.j. pri R s. m ah.
Na vyriešenie oboch problémov najskôr určte počet prvkov (sekcií) redundancie systému, vypočítajte pravdepodobnosti bezporuchovej prevádzky každej sekcie a systému ako celku a stanovte cenu každej sekcie.
Potom, aby sme vyriešili prvý problém, minimum funkcie С = 
vzhľadom na to P c \u003d 
kde S - náklady na redundantný systém, C i - náklady na jeden rezervný prvok i-tej časti systému; C 0 i - počiatočné náklady i-tej časti systému; m i - počet náhradných prvkov na i-ty oddiel; P i (m i) - pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky i-tej sekcie systému, ak má m i -rezervných prvkov.
Riešenie druhého problému optimálnej redundancie sa redukuje na nájdenie maxima funkcie P c = za podmienky C = 
Výpočet optimálnej redundantnej ES je viackrokový proces. V prvom kroku sa nájde taká redundantná sekcia, ktorej pridanie jednej rezervnej sekcie dáva najväčšie zvýšenie pravdepodobnosti bezporuchovej prevádzky systému z hľadiska jednotkových nákladov. V druhom kroku sa určí ďalšia sekcia (vrátane predtým rezervovanej sekcie), pridanie jednej rezervnej sekcie, ku ktorej dôjde k najväčšiemu zvýšeniu pravdepodobnosti prevádzkyschopnosti systému, atď. Výpočty sa vykonávajú v tabuľkovej forme; výpočet sa v tomto kroku zastaví
M = , keď je splnená podmienka pre prvú úlohu Pc (M-1)< (М), а для второй задачи - С(М) 
Rezervácia je najviac efektívna metóda dosiahnuť najviac vysoký výkon spoľahlivosť systémov.
Redundancia je metóda zvyšovania spoľahlivosti zahrnutím rezervy. Redundancia vám umožňuje vytvárať systémy, ktorých spoľahlivosť môže byť vyššia ako spoľahlivosť ich základných prvkov. Je možné vykonať rezervácie rôzne metódy, ktoré sa vyznačujú spoločný znak- princíp redundancie. To znamená, že spolu s hlavnými prvkami, uzlami alebo blokmi, ktoré vykonávajú špecifikované funkcie, musí systém obsahovať redundantné (rezervné) komponenty, ktoré nie sú funkčne nevyhnutné, ale sú určené len na udržanie určitej úrovne spoľahlivosti systému. Uplatnenie princípu redundancie vedie ku komplikáciám REA, zvýšeniu hmotnosti, rozmerov a nákladov. Klasifikácia redundantných metód je znázornená na obr. 3.5.
Ryža. 3.5. Klasifikácia typov rezervácií
V redundantných náhradných systémoch je chybný prvok nahradený funkčným spomedzi redundantných, pričom táto výmena sa najčastejšie vykonáva pomocou prepínača (automaticky alebo ručne).
Medzi výhody náhradných rezervácií patria:
nie je potrebné upravovať parametre systému po výmene chybného prvku za použiteľný;
· redundantné prvky môžu byť umiestnené, kým nie sú zahrnuté v systéme v ľahkom režime, čo prispieva k zachovaniu ich zdrojov a znižuje spotrebu energie.
Takéto systémy však majú nevýhody:
· potreba používať prepínače, ktoré sú najmenej spoľahlivými prvkami REA;
potrebu tvoriť prídavné zariadenia, monitorovanie výkonu, hľadanie chybného prvku a jeho nahradenie funkčným prvkom.
Všetky tieto nedostatky vedú k tomu, že redundancia náhradou sa využíva najmä na redundanciu pomerne veľkých funkčných celkov zložitých systémov.
V systémoch s konštantným zaraďovaním rezervy sú všetky prvky (hlavné aj záložné) elektricky prepojené tak, aby boli v rovnakých režimoch. Tento typ redundancie sa vypočíta s prihliadnutím na dôsledky porúch prvkov a typy týchto porúch.
Výhody takejto rezervácie sú:
Jednoduchosť implementácie redundancie, teda mierne zvýšenie hmotnosti, rozmerov a nákladov na systém;
Žiadne prerušenia prevádzky systému po výskyte porúch. Trvalá redundancia je jediná možná v tých systémoch, kde je aj krátke prerušenie prevádzky neprijateľné.
Medzi nevýhody patrí:
Spotreba vrátených zdrojov rezervných prvkov;
Porucha jedného z prvkov vedie k zmene prevádzkových režimov ostatných.
Využitie permanentnej redundancie je obmedzené tým, že súčasná paralelná prevádzka prvkov, uzlov a blokov je možná len v niektorých systémoch. Preto je trvalé zaradenie rezervy najvhodnejšie pri rezervovaní relatívne malých zariadení systému (hlavne prvkov).
Všeobecná redundancia je redundancia celého systému. Samostatná redundancia spočíva v redundantnom systéme po častiach, podľa oddelené sekcie.
Všeobecný redundantný systém (obrázok 3.6) funguje normálne, kým nezlyhá posledný zostávajúci dobrý okruh. Nechať byť m- mnohopočetnosť redundancie, čiže počet nadbytočných okruhov. Ak každý j-tý okruh pozostáva z n prvkov s pravdepodobnosťou správnej prevádzky P ij, potom pomocou vety o násobení pravdepodobnosti získame, že pravdepodobnosť komplexnej udalosti, ktorá spočíva v tom, že v j-tého obvodu, nedôjde k poruche, sa rovná súčinu pravdepodobnosti správnej činnosti každého prvku obvodu, potom:
Pravdepodobnosť zlyhania jedného okruhu
Potom pravdepodobnosť správneho fungovania systému
Pre prípad, keď všetky prvky systému majú rovnakú spoľahlivosť, t.j. Pij=P, dostaneme
Ryža. 3.6. Všeobecná výhrada
Ryža. 3.7. Samostatná rezervácia
Systém s oddelenou redundanciou (obr. 3.7) bude fungovať normálne pri zachovaní prevádzkyschopnosti aspoň jedného prvku v každom z n- väzby, pravdepodobnosť zlyhania i-tý odkaz
kde q ij- pravdepodobnosť zlyhania j- prvok i-tý odkaz.
Pravdepodobnosť správnej činnosti systému s oddelenou redundanciou P s sa rovná súčinu pravdepodobnosti správnej činnosti Pi všetky n- odkazy
Pre prípad identických prvkov z hľadiska spoľahlivosti Pij=P máme
Zmiešaná redundancia (obr. 3.8) je kombináciou spoločnej a oddelenej a výpočet spoľahlivosti v zmiešanej redundancii sa robí pomocou vzorcov pre spoločnú a oddelenú redundanciu.
Ryža. 3.8. Zmiešaná redundancia
Ryža. 3.9. Efektívnosť rôznych typov redundancie
Na porovnanie účinnosti aplikácie rôzne druhy redundancia predpokladajme, že existuje systém pozostávajúci z n prvky zapojené do série, identické v spoľahlivosti, majúce spoľahlivosť P = 0,9.
Ako vyplýva z obr. 3.9, na ktorom sú vynesené vypočítané hodnoty zodpovedajúcich pravdepodobností, samostatná redundancia má navyše najväčšiu účinnosť ako väčšie množstvo prvkov n, témy väčšia výhoda. Je však potrebné pamätať na predpoklad, ktorý bol použitý pri odvodení vzorca spoľahlivosti redundantných systémov, a to, že tu bola vypočítaná spoľahlivosť systému s trvalo zapnutou rezervou.
Príklady takéhoto začlenenia sú:
systémy pozostávajúce z niekoľkých vysielačov pracujúcich na spoločnej anténe;
Radarové stanice obsahujúce niekoľko indikačných zariadení pracujúcich paralelne;
· paralelné elektrické zapojenie viacerých prvkov (odpory, kondenzátory atď.).
Zistime hodnotu priemerného času správneho chodu T s systém pozostávajúci z paralelne zapojených prvkov, z ktorých jeden je hlavný a druhý je záložný.
Nech je miera zlyhania týchto prvkov rovná λ1 a λ2. Potom, podľa exponenciálneho zákona spoľahlivosti, pravdepodobnosť ich bezporuchovej prevádzky v čase t rovný
; a 
Pre systém
Ako je známe,
Po dosadení hraníc integrácie získame
Ak sú prvky rovnako spoľahlivé, t.j. λ 1 = λ 2 = λ, potom
kde T0- priemerný čas správnej činnosti jedného prvku.
Pre systém pozostávajúci z troch prvkov rovnakého typu zapojených paralelne nájdeme
Vo všeobecnom prípade s množstvom redundancie m
Od posledný výraz z toho vyplýva, že zvýšenie multiplicity vedie k zníženiu príspevku nového rezervného prvku k strednej dobe správnej činnosti systému. Tento jav sa vysvetľuje skutočnosťou, že pri konštantnom zapínaní spotrebúvajú rezervné obvody svoju pracovnú kapacitu súčasne s hlavným obvodom.
Redundancia výmenou zahŕňa zahrnutie záložných obvodov až po zlyhaní hlavného obvodu. Zapnutie záložných okruhov je možné vykonávať manuálne aj automaticky. V každom prípade je potrebný indikátor poruchy, ovládacie zariadenie a spínač. Ako posledné sa zvyčajne používajú relé alebo elektronické spínače.
Na obr. 3.10 ukazuje systém, kde
B 1 ... B m- bloky hlavného a rezervného okruhu,
n 11 …n m1- spínače vstupných obvodov,
n 12 …n m2- spínače výstupných obvodov,
U 1 ... B m- 1 - indikačné a ovládacie zariadenia.
Ryža. 3.10. Rezervácia výmenou
Keď jednotka zlyhá B 1 indikátor poruchy vyšle signál do ovládača 1 ktorý zakáže B 1 vstupom a výstupom pripojením bloku B 2. Po zlyhaní bloku B 2 systém sa správa podobne.
Porucha niektorého z prepínačov vedie k zlyhaniu redundantného obvodu, v ktorom je zahrnutý (za predpokladu, že porucha prepínača nevyradí z prevádzky celý redundantný systém). Preto pri výpočte spoľahlivosti je spínač považovaný za prvok zapojený do série s jeho blokom (z hľadiska spoľahlivosti).
