К оценке надежности информационно-измерительных систем технологических установок нефтедобывающего предприятия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Самарский государственный технический университет

информационный измерительный автоматизированный нефтедобывающий

К оценке надежности информационно-измерительных систем технологических установок нефтедобывающего предприятия

В.С. Семенов

Аннотация

Рассматриваются подходы к оценке надежности информационно-измерительных систем и автоматизированных систем управления технологическими процессами (объектами, установками, сооружениями) нефтедобывающего предприятия.

Ключевые слова: оценка надежности, анализ результатов расчета, отказ, частота отказов.

Основная часть

Технологический комплекс нефтедобывающего предприятия состоит из взаимосвязанных установок и сооружений, осуществляющих извлечение жидкости из нефтесодержащей залежи, ее транспортировку, отделение нефти от пластовой воды и газа, хранение нефти и т. д. (см. рисунок).

На всех сооружениях и установках технологического комплекса нефтедобывающего предприятия применяются информационно-измерительные системы, автоматические и автоматизированные системы управления. В эти системы входят: разнообразная датчиковая аппаратура; исполнительные механизмы управления; системы передачи информации, объединяющие в единый комплекс технологические объекты и устройства обработки данных и выработки управляющих воздействий.

Информационно-измерительные системы, системы автоматического и автоматизированного управления обеспечивают измерение технологических параметров; регистрацию значений этих параметров; контроль за соблюдением технологических режимов; безопасность функционирования технологических объектов, процессов и установок.

Информационно-измерительные системы, автоматические и автоматизированные системы управления технологическим комплексом нефтедобывающего предприятия должны обеспечить:

- эффективное функционирование объектов, сооружений и технологических установок;

- безопасность обслуживающего персонала и оборудования технологических объектов, сооружений и установок; защиту окружающей среды;

- исключение ложных, немотивированных остановов технологического процесса по вине оборудования и систем.

Информационно-измерительные системы, автоматические и автоматизированные системы управления технологическим комплексом нефтедобывающего предприятия могут обеспечить решение перечисленных задач только в том случае, если будут иметь высокую надежность.

При оценке надежности современных информационно-измерительных систем, автоматических и автоматизированных систем управления необходимо учитывать, что в состав таких систем входят не только аппаратные, но и программные средства, состоящие из функционального (ФПО) и системного (СПО) программного обеспечения.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Схема технологического комплекса нефтедобывающего предприятия: 1 - нефтесодержащие залежи; 2-5 - нефтедобывающие скважины: 2 - станки-качалки, 3 - фонтанные скважины, 4 - погружные насосы, 5 - газлифт; 6 - групповая замерная установка; 7 - блок дозирования реагентов; 8 - дожимная насосная станция; 9 - установка подготовки нефти; 10 - центральный пункт сбора нефти

Надежность информационно-измерительных систем, автоматических и автоматизированных систем управления технологическим комплексом нефтедобывающего предприятия закладывается при их проектировании, производстве, внедрении и отладке, а затем поддерживается на заданном уровне при эксплуатации.

На всех этапах жизненного цикла информационно-измерительных систем, автоматических и автоматизированных систем управления технологическим комплексом нефтедобывающего предприятия возможно и необходимо проведение работ по обеспечению и повышению их надежности.

Проектные решения, принимаемые при создании информационно-измерительных систем и автоматизированных систем управления технологическими процессами, объектами и установками нефтедобывающего предприятия, должны обеспечивать заданные параметры надежности и безопасности эксплуатации. Согласно ГОСТ 24.701-86 количественное описание, анализ и оценку надежности необходимо проводить по каждой функции, выполняемой информационно-измерительной системой или системой автоматического управления.

Кроме того, согласно ГОСТ 27.003-90 для изделий, имеющих канальный принцип построения, оценка надежности должна производиться отдельно для каждого канала.

В состав канала информационно-измерительной системы или системы автоматизированного управления технологическим объектом, процессом или установкой нефтеперерабатывающего предприятия входят следующие компоненты:

- датчик или другое входное устройство;

- магистраль данных или другие средства коммуникации;

- устройства обработки данных (микропроцессоры, микроконтроллеры, программируемые контроллеры, программируемые логические контроллеры, компьютеры);

- исполнительное устройство или какое-либо другое выходное устройство системы;

- источник питания.

Надежность является важнейшей характеристикой любых сложных систем.

В терминах 1SA S84.01 надежность определяется как вероятность того, что система будет выполнять требуемые функции при всех определенных условиях в течение установленного интервала времени.

В составе документации проекта «Информационно-измерительные системы, автоматические и автоматизированные системы управления технологическим процессом (объектом, установкой, сооружением) нефтедобывающего предприятия» обязательно должен содержаться документ «Проектная оценка надежности проектируемой системы».

Документ содержит следующие разделы:

1. Введение.

2. Исходные данные.

3. Методика расчета.

4. Расчет показателей надежности.

5. Анализ результатов расчета.

Мы остановимся только на разделах 4 и 5.

В разделе «Расчет показателей надежности» указываются:

- структуры надежности компонентов рассматриваемых систем (комплекса технических средств, программного обеспечения и персонала) по всем оцениваемым функциям или функциональным подсистемам;

- необходимые вычисления;

- результаты расчета.

В разделе «Анализ результатов расчета» указываются:

- итоговые данные расчета по каждой оцениваемой функции (функциональной подсистеме) и каждому нормируемому показателю надежности;

- выводы о достаточности или недостаточности полученного уровня надежности по каждой оцениваемой функции (функциональной подсистеме) и, при необходимости, принятие решений по путям повышения надежности рассматриваемой функции (функциональной подсистемы).

При оценке надежности информационно-измерительных систем автоматизированной системы управления технологическим процессом (объектом, установкой, сооружением) трудно учесть уровень надежности программного обеспечения и уровень надежности действий персонала системы управления. Поэтому в документе «Проектная оценка надежности проектируемой системы», как правило, указываются сведения по оценке надежности проектируемой системы только с учетом надежности комплекса технических средств.

Приведем некоторые определения.

Отказ - прекращение способности функционального узла системы к выполнению предопределенной функции. Отказ должен определяться системой, иметь возможность исправления или замены элемента или компонента без воздействия на функциональность системы после восстановления (замены).

Случайный отказ системы - отказ, проявляющийся в произвольный момент времени, приводящий к запуску одного или более механизмов скачкообразной деградации системы. Реальные условия работы системы приводят к тому, что элементы (компоненты) отказывают по разным механизмам отказа и в произвольные моменты времени. Поэтому оценить можно лишь частоту отказов, но не конкретные моменты их появления.

Систематический отказ - отказ, проявляющийся вполне определенным образом по определенной причине, от которой можно избавиться только изменением схемотехнических решений, технологических процедур или других определяющих факторов.

Главная разница между случайными и систематическими отказами заключается в следующем:

- частота отказов системы, возникающих в результате случайных отказов элементов (компонентов) системы, может быть предсказана с приемлемой точностью;

- отказы системы, которые возникли в результате систематических причин, очень сложно оценить статистически.

На последних этапах проектирования системы выполняют полный расчет надежности с учетом режимов работы элементов (компонентов), входящих в состав системы.

Оценка надежности информационно-измерительных систем и автоматизированной системы управления технологическим процессом (объектом, установкой, сооружением) нефтеперерабатывающего предприятия должна производиться по следующим показателям.

Частота отказов л. Измеряется в количестве отказов, отнесенном к одному часу работы системы (отказ/час, или просто 1/час).

Значения частоты отказов л могут быть получены на основе экспериментальных данных, экспертных оценок, данных производителей элементов (компонентов) системы.

Среднее время работы до отказа (среднее время наработки на отказ). Определяется как среднее время от запуска работоспособной системы до момента отказа.

Экспериментально можно определить следующим образом:

= (1)

где - среднее время работы до отказа на i-m запуске системы;

N - общее количество отказов в течение тестового интервала.

Среднее время между отказами . В предположении л = const определяется как величина, обратная к л.

Статистическая оценка имеет вид

= , (2)

где n - число отказов системы за время испытаний;

- время работы системы между (i-1)-м и i-м отказами.

Требования к надежности проектируемой системы устанавливаются техническим заданием на проектирование.

Анализируя результаты расчета надежности проектируемой системы, определяют, выполнены ли требования технического задания к надежности проектируемой системы.

Если требования не выполнены, рассматривают различные пути повышения надежности проектируемой системы.

Библиографический список

1. Воскобоев В.Ф. Надежность технических систем и техногенный риск. М..: Альянс путь, 2008. 200 с.

2. Рябинин И.А. Надежность и безопасность структурно-сложных систем. СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского университета, 2007. 278 с.

3. Черкесов Г.Н. Надежность аппаратно-программных комплексов. М.: Питер, 2005. 479 с.

Размещено на Allbest.ru