image
energas.ru

Газовая промышленность № 10 2017

Автоматизация

01.10.2017 11:00 МЕТОД ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ ЛИНЕЙНОЙ ТЕЛЕМЕХАНИКИ
Для повышения надежности автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) в ООО «Газпром трансгаз Махачкала» внедрена система мониторинга работы системы линейной телемеханики (СЛТМ), поскольку все объекты АСУ ТП используют СЛТМ как источник первичной информации. Мониторинг основан на анализе данных, получаемых из базы сервера сбора данных СЛТМ, что обеспечивает их объективность. В качестве параметра, характеризующего надежность СЛТМ, используется среднее относительное время отказа (СОВО), показывающего вероятность того, что хотя бы один объект системы не выполнит свои функции. Появилась возможность определения влияния на надежность основных факторов – внешнего электроснабжения, связи, резервного электропитания и аппаратно-программного комплекса. Извлечение данных из базы и их анализ осуществляются с помощью программного обеспечения, созданного в компании. Анализ полученных данных позволил выделить «узкие» места системы и разработать мероприятия по повышению ее надежности. Наибольшее влияние на снижение надежности оказывало низкое качество электроснабжения некоторых удаленных объектов АСУ ТП.
Ключевые слова: СИСТЕМА ЛИНЕЙНОЙ ТЕЛЕМЕХАНИКИ, НАДЕЖНОСТЬ, КРИТЕРИЙ НАДЕЖНОСТИ, МОНИТОРИНГ НАДЕЖНОСТИ, БАЗА ДАННЫХ, ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ, ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ.
Открыть PDF


СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ СЛТМ

Надежность (безотказность) СЛТМ в соответствии с требованиями [1] и стандартами [2, 3] характеризуется двумя критериями: средним временем между отказами (To) и коэффициентом готовности (Кг). Согласно [2, 3] для классов R3 и A3 To должно составлять не менее 8760 ч, а Кг – не менее 99,95 %. To определяется на основе данных о количестве отказов (No) аппаратно-программного комплекса (АПК) СЛТМ и времени простоя (Tп), которые заносятся в базу данных информационной системы контроля «Инфотех» обслуживающим персоналом. Значение Tоm за месяц или год с номером m определяется по формуле:

1.png                         (1)

где ∑Тm – суммарное время работы СЛТМ за промежуток времени (неделя, месяц, год) с номером m; ∑Tпm и Nоm – суммарное время простоя АПК СЛТМ и число отказов за то же время; Nk – число узлов СЛТМ или контролируемых пунктов телемеханики (КП ТМ).

Коэффициент готовности (Кг) определяется как отношение суммарного времени работы к сумме суммарного времени работы и времени простоя для месяца или года с номером m и рассчитывается по формуле:

1_1.png.                         (2)

 

В информационной системе контроля «Инфотех» безотказность СЛТМ характеризуется удельным количеством отказов (УКО), которое вычисляется по формуле:

1_1_1.png.                                        (3)

 

Сравнивая (2) и (3) и учитывая, что ∑Тm >> ∑Tпm, получаем связь между To и УКО:

1_1_2.png.                                        (4)

 

Из (4) следует, что за год (∑Т = 8760 ч) согласно [2] для высшего уровня надежности R3 (To = 8760)
УКО = 1. Оценка надежности параметром УКО не учитывает время отказа. Результаты анализа надежности АПК СЛТМ нашего предприятия по приведенным формулам представлены в табл. 1.

Как видно, надежность АПК СЛТМ полностью отвечает требованиям [1–3].

Недостаток существующей методики оценки надежности СЛТМ заключается в том, что приведенные показатели надежности характеризуют только надежность АПК СЛТМ и не учитывают влияния надежности технологической связи и электроснабжения. Пользователю все равно, по какой причине СЛТМ не выполняет свои функции. Кроме того, при внесении данных в «Инфотех» присутствует фактор субъективности.

 

ПРЕДЛАГАЕМЫЙ СПОСОБ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ СЛТМ

В нашем Обществе для комплексной оценки надежности работы СЛТМ используется среднее относительное время отказа (СОВО), определяемое как отношение суммарного времени отказа к суммарному времени работы СЛТМ. Исходные данные получаются непосредственно из базы данных сервера сбора данных СЛТМ, что обеспечивает их объективность и возможность мониторинга. Важно, что база данных СЛТМ (БД) содержит информацию о причине отказа, что позволяет отдельно оценить вклады в надежность АПК СЛТМ технологической связи, внешнего электроснабжения и резервного электропитания (СОВО_АПК, СОВО_СПД, СОВО_ЭС, СОВО_РЭ).

Для промежутка времени с номером m значение СОВО_Хm можно вычислить по формуле:

1_1_3.png,                         (5)

 

где ∑ТXm – суммарное время отказа по причине X, остальные члены формулы описаны в статье ранее. СОВО_РЭ вычисляется по формуле:

 

1_1_4.png,    (6)

 

где ∑ТАКБm – суммарное время работы КПТМ от аккумуляторных батарей (АКБ) за промежуток времени m.

1_1_5.png

ПРОЦЕДУРА ВЫЧИСЛЕНИЯ ∑ТXm ИЗ БД СЛТМ

БД содержит следующие таблицы:

1) реального времени;

2) ведомостей, в которую каждый час записываются значения всех параметров КП ТМ;

3) параметров, содержащую все параметры контролируемой системы;

4) состояний, содержащую сведения о состоянии всех параметров («есть», «нет», «норма», «предупреждение» и т. д.).

Выборка данных из БД позволяет подсчитать время отсутствия передачи данных, отсутствия внешнего электроснабжения, сбоев работы АПК СЛТМ и время работы КП ТМ от АКБ. Пример записи, извлеченной из БД, приведен в табл. 2.

Записи означают, что связь пропала в 0:21:39 и 02:33:35, восстановлена в 0:31:40 и в 2:36:37. Суммируя, получаем, что время отсутствия связи 08.12.2014 составило 13 мин 03 с. Процедура извлечения данных из БД автоматизирована с помощью написанного программного обеспечения (ПО).

1_1_6.png 

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МЕТОДА

ПО написано на языке Web-программирования PHP с поддержкой Web-сервера Apache. Доступ к приложению осуществляется с помощью стандартного Web-браузера. В окне выбора исходных данных возможен выбор КП ТМ (одно или «все»), критерия времени отказа (принятое время, истечение которого считается отказом) и интервала дат.

Из БД выбираются данные для выбранного КП ТМ и подсчитываются интервалы времени:

  • время сбоев сети внешнего электроснабжения;

  • время сбоев сети передачи данных;

  • время отказов всех блоков АПК СЛТМ и датчиков;

  • время работы от АКБ.

Далее создается дерево папок – для каждого линейного производственного управления магистральных газопроводов (ЛПУМГ) свое. В папке Files_xls сохраняются электронные таблицы с результатами выборки в формате Excel.

Для извлечения данных в окне ПО выбирается пункт: «Сбои электроснабжения», «Сбои передачи данных», «Сбои АПК», «Работа от АКБ». Затем выбираются одно или все КП ТМ и интервал дат. При нажатии на кнопку «Показать» передается управление PHP-скриптам. Данные записываются в промежуточную таблицу БД MySQL, после чего создается файл в формате Excel, в котором посредством языка PHP формируется таблица, и в нее уже из БД MySQL заносятся данные. Полученные файлы электронных таблиц содержат объективную информацию в удобной для анализа форме.
В соответствующие ячейки таблицы занесены формулы (5), (6) и шаблоны для автоматического построения графиков.

 1_1_7.png

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕТОДИКИ

На рис. 1–4 представлены временные зависимости СОВО_СПД, СОВО_ЭС, СОВО_АПК, СОВО_РЭ для всех ЛПУМГ нашего предприятия в 2016 г.

1_1_8.png

Как видно из рисунков, использование предложенной методики оценки надежности СЛТМ более полно характеризует готовность системы выполнять свои функции и позволяет найти слабые звенья. Наибольшее влияние на снижение надежности СЛТМ оказывает низкое качество электроснабжения некоторых ее удаленных объектов – узлов связи и КП ТМ. Высокие значения СОВО_СПД 2016 (рис. 1) для Кизилюртовского ЛПУМГ также определены низким качеством электропитания узлов технологической связи.

В табл. 3 сведены изменения средних относительных времен отказов, определенных по приведенной здесь методике оценки надежности, в течение трех лет.

Здесь СОВО_СЛТМ = СОВО_СПД + СОВО_АПК + СОВО_РЭ. Из таблицы видно, что надежность АПК СЛТМ практически постоянна и значительно выше, чем надежность внешнего электроснабжения и передачи данных.

СОВО_РЭ в 2016 г. заметно снизилось. Мы считаем, что это результат внедрения солнечных электрогенераторов [4] и системы мониторинга АКБ КП ТМ. Эта система основана на периодическом измерении реальной емкости АКБ и статистическом анализе данных. На основании анализа определяются нуждающиеся в замене или реанимации АКБ, пары несогласованных АКБ и создается соответствующий план мероприятий. На рис. 4 видно, что традиционное увеличение отказов резервного электропитания в зимние месяцы заметно снизилось после проведенных летом мероприятий.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предложенный метод оценки надежности работы СЛТМ позволяет более объективно определять способность системы выполнять свои функции. Он позволил определить вклад разных причин в снижение надежности. Возможность ежемесячно или еженедельно получать значения параметров надежности позволяет осуществлять ее мониторинг и вовремя принимать соответствующие меры. 

Таблица 1. Результаты анализа надежности АПК СЛТМ ООО «Газпром трансгаз Махачкала»

Год

Среднегодовое время между отказами To, тыс. ч

Среднегодовой коэффициент готовности Кг, %

УКО

2013

18,96

99,984

0,443

2014

27,67

99,992

0,31

2015

27,79

99,993

0,315

2016

23,4

99,993

0,374

Таблица 2. Пример записи, извлеченной из БД

Date

Time

KP

Param

Value

State

Quality

08.12.2014

00:21:39

145

2

1

104

192

08.12.2014

00:31:40

145

2

0

103

192

08.12.2014

02:33:35

145

2

1

104

192

08.12.2014

02:36:37

145

2

0

103

192

 

Таблица 3. Изменения средних относительных времен отказов, определенных по приведенной методике оценки надежности в течение 2014–2016 гг.

Год

СОВО_ЭС, %

СОВО_СПД, %

СОВО_АПК, %

СОВО_РЭ, %

СОВО_СЛТМ, %

2014

1,53

1,48

0,14

0,28

1,90

2015

1,58

1,78

0,13

0,23

2,14

2016

0,96

0,43

0,09

0,10

0,62



← Назад к списку