Содержание к диссертации
Введение
1. Особенности модернизации тиристорных электропри водов клетей станов горячей прокатки с заменой системы управления и сохранением силовой части. методы оценки надежности 10
1.1. Основные направления развития электроприводов в ОАО «ММК» 10
1.2. Общая характеристика чистовых клетей стана 2000 15
1.2.1. Характеристика технологической линии стана 2000 15
1.2.2. Характеристика электрооборудования чистовых клетей стана 2000 17
1.3. Общая характеристика главных электроприводов чистовых клетей стана 2500 22
1.4. Реконструкция главных электроприводов и АСУ ТП чистовой группы стана 2500 25
1.4.1. Особенности реконструкции 25
1.4.2. Модернизация тиристорных преобразователей 28
1.4.3. Модернизированная АСУ ТП чистовой группы стана 33
1.5. Основные понятия теории надежности 35
1.6. Резервирование 41
1.6.1. Основные положения теории 41
1.6.2. Особенности резервирования электроприводов стана 2000 43
1.7. Обзор существующих методов расчета надежности 44
1.8. Выводы и постановка задачи исследований 49
2. Разработка методики расчета надежности главных электроприводов прокатных станов 52
2.1. Основные положения логико-вероятностного метода расчета надежности 52
2.2. Этапы ОЛВМ 56
2.3. Выбор показателей надежности 57
2.4. Построение структурных моделей надежности систем электроприводов в виде деревьев отказов 61
2.5. Построение структурных моделей надежности систем электроприводов в виде схем функциональной целостности 66
2.6. Логическое и вероятностное моделирование 70
2.7. Разработка методики определения показателей надежности элементов систем управления электроприводами 72
Выводы 75
3. Проверка достоверности методики на примере расчета надежности главных электроприводов чистовых клетей стана 2500 горячей прокатки 77
3.1. Расчет надежности главных электроприводов стана 2500 по разработанной методике 77
3.1.1. Разработка деревьев отказов систем управления главных электроприводов чистовых клетей стана 2500 77
3.1.2. Экспертный метод оценки показателей надежности элементов систем управления 80
3.1.3. Расчет показателей надежности систем управления преобразователем главного электропривода клети 84
3.2. Анализ статистических данных об отказах главных электроприводов стана 2500 87
3.2.1. Методика проведения статистического анализа 87
3.2.2. Статистический анализ данных об отказах электроприводов чистовых клетей стана 2500 91
3.3. Программа сбора и обработки статистических данных об отказах главных электроприводов чистовых клетей 96
3.3.1. Основной алгоритм программы сбора и статистической обработки данных об отказах 96
3.3.2. Алгоритм обработки данных об отказах по фактору времени и номеру клети 99
3.3.3. Алгоритм обработки данных об отказах по месту возникновения отказа 101
3.3.4. Результаты применения программы для обработки статистических данных по отказам электроприводов чистовых клетей стана 2500 после реконструкции 105
3.4. Проверка адекватности разработанной методики расчета надежности. 106
Выводы 106
4. Анализ и расчет надежности главных электроприводов чистовых клетей стана 2000 горячей прокатки 109
4.1. Расчет надежности главных электроприводов стана 2000 по разработанной методике 109
4.1.1. Показатели надежности главных электроприводов чистовых клетей 109
4.1.2. Анализ статистических данных об отказах главных электроприводов 112
4.1.3. Сравнительный анализ показателей надежности при различных вариантах реконструкции 117
4.2. Технико-экономическое обоснование варианта реконструкции главных электроприводов чистовых клетей стана 2000 120
4.3. Рекомендации по проведению реконструкции главных электроприводов чистовых клетей стана 2000 125
4.3.1. Последовательность проведения реконструкции 125
4.3.2. Резервирование в период реконструкции 126
Выводы 131
Заключение 133
Литература 136
Приложения 146
- Основные направления развития электроприводов в ОАО «ММК»
- Основные положения логико-вероятностного метода расчета надежности
- Экспертный метод оценки показателей надежности элементов систем управления
- Показатели надежности главных электроприводов чистовых клетей
Введение к работе
Коренная реконструкция, внедрение современных технологических агрегатов вывели ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК») на ведущие позиции среди современных предприятий мировой металлургии. Несомненно, что долговременное удержание лидирующих позиций невозможно без современного уровня оснащения производства и постоянного внимания к вопросам его модернизации. Программа реконструкции и технического перевооружения реализуется по нескольким направлениям: модернизация существующих цехов и отдельных агрегатов, полная замена морально и физически устаревших производств, ввод в эксплуатацию принципиально новых технологических комплексов [1].
Комплектные тиристорные электроприводы (ЭП) постоянного тока в течение длительного времени будут составлять большую часть ЭП, используемых в основных технологических установках ОАО «ММК». Идея модернизации заключается в переводе ЭП с устаревшими аналоговыми системами управления на прямое цифровое регулирование без замены силовой части преобразователя. В результате обеспечивается достижение высокого качества управления при существенном уменьшении затрат на приобретение и установку нового оборудования.
Аналогов подобной реконструкции в мировой практике до настоящего времени не было. Выбор такого пути реконструкции объясняется следующими причинами:
основную долю в стоимости электропривода составляет стоимость электродвигателя и силовых полупроводниковых элементов, в то время как замена только системы управления должна дать быстрый экономический эффект за счет повышения надежности и улучшения качества регулирования;
основная часть двигателей постоянного тока и силовых тиристорних блоков не выработала свой ресурс и может находиться в эксплуатации.
Впервые в мировой практике данный подход был применен при модернизации электроприводов чистовых клетей, рольганга и летучих ножниц стана 2500 горячей прокатки. В рамках принятого направления успешно завершена модернизация ЭП клетей и вспомогательных механизмов. Модернизация тиристорных преобразователей выполнена на базе цифровых модулей Simoreg фирмы Siemens, широко применяющихся в ОАО «ММК».
В настоящее время решается вопрос о модернизации главных электроприводов стана 2000 с учетом опыта, накопленного при реконструкции ЭП стана 2500. Важным этапом технико-экономического обоснования целесообразности ее проведения является оценка надежности ЭП до и после реконструкции. Очевидно, что любая реконструкция автоматизированного электропривода, связанная с его усложнением, приводит к снижению надежности, хотя бы в приработочный период. В связи с этим первоначальная оценка результатов реконструкции ЭП стана 2500 была неоднозначной [2, 3]. Возникла задача разработки достоверной методики анализа надежности тиристорных электроприводов прокатных станов при их реконструкции.
Вопросам расчета надежности электроприводов, а также автоматизиро
ванных систем управления технологическим процессом (АСУ ТП) в литера
туре уделяется достаточное внимание. В последние десятилетия^ работы в
этом направлении проводились Московским энергетическим институтом
(Техническим университетом) [4-9], Южно-Уральским государственным
университетом (ранее Челябинским политехническим институтом) [10-14],
ОАО «Электропривод», фирмой «Уралмаш - Металлургическое оборудова
ние» (ранее НИИ Тяжмаш ПО «Уралмашзавод») [15-17], зарубежными фир
мами «Siemens», «Schloemann-Demag» (Германия), «Voest-Alpine
Industrieanlagenbau» [18-20] и другими. Широко известны труды специали
стов в данной области О.И. Осипова, Ю.С. Усынина, Н.Ф. Ильинского, Ю.Н.
Сергиевского, СИ. Лукьянова и др.
Усиленное внимание к анализу надежности мощных электроприводов промышленных объектов в последние годы уделяется в связи с современной общемировой тенденцией перехода от традиционной системы планово-предупредительных ремонтов к практике ремонтов «по состоянию». Это
7 предопределяет необходимость развития методов анализа и расчета показателей надежности, их применения для электрооборудования действующих прокатных станов, большинство из которых в значительной степени выработало свой ресурс.
Большинство из известных методик расчета надежности электротехнических систем и объектов основаны на статистических методах анализа. Такой подход требует длительного (многолетнего) сбора информации о техническом состоянии объекта, на основе статистической обработки которой рассчитываются показатели надежности. Подобная информация на действующих объектах прокатного производства не всегда объективна, и в последние годы зачастую является конфиденциальной. Кроме того, статистическая информация о предшествующем состоянии объекта не может быть применена для прогнозной оценки надежности электропривода после реконструкции. В этом случае необходимы методы, обеспечивающие возможность прогнозирования надежности электропривода после реконструкции до начала ее проведения. Информация о разработке подобных методов применительно к автоматизированным электроприводам промышленных установок и, в частности, к ЭП прокатных станов в литературных источниках отсутствует.
Перспективными методами оценки и прогнозирования показателей надежности являются логико-вероятностные методы, наиболее универсальным из которых является обобщенный логико-вероятностный метод (ОЛВМ). Применение этого метода целесообразно в сочетании со статистическими методами, применяемыми для оценки степени достоверности результатов, получаемых при ОЛВМ.
Наряду с оценкой технических показателей надежности электроприводов после реконструкции необходимо экономическое обоснование реализации рассматриваемого варианта на стане 2000. При этом должны учитываться капитальные затраты на оборудование, ожидаемый экономический эффект, срок окупаемости. Поскольку реконструкция электроприводов должна осуществляться без остановки производства, важной задачей является выбор варианта резервирования электропривода непосредственно в процессе реконструкции. С одной стороны, установка дополнительного резервного обору-
8 дования удорожает проект, с другой - аварийная остановка стана неизбежно приведет к неоправданным экономическим потерям.
Целью диссертационной работы являются разработка и практическое применение методики анализа надежности автоматизированных электроприводов прокатных станов при их реконструкции.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
Обоснованного выбора показателей надежности, применимых для анализа технического состояния автоматизированных электроприводов. Сопоставления известных методов анализа надежности с целью обоснования возможности их применения в разрабатываемой методике.
Разработки методики расчета показателей надежности автоматизированных электроприводов на основе обобщенного логико-вероятностного метода.
Оценки достоверности разработанной методики путем сопоставления расчетных и фактических показателей надежности электроприводов стана 2500 до и после проведения реконструкции.
Технико-экономического обоснования принятого варианта реконструкции с заменой системы управления и сохранением силовой части для электроприводов чистовой группы стана 2000 ОАО «ММК».
Обоснованного^ выбора способа резервирования тиристорных электроприводов стана 2000 в период реконструкции.
Содержание работы изложено в четырех главах.
Первая глава посвящена рассмотрению способа модернизации комплектных тиристорных электроприводов стана 2500, осуществляемой путем замены аналоговых систем управления на микропроцессорные с сохранением существующей силовой части тиристорного преобразователя. Приведены результаты литературного обзора, на основании которого выполнен анализ известных методов расчета показателей надежности сложных электротехнических систем.
Во второй главе приведены основные положения обобщенного логико-вероятностного метода расчета, на основе которого разработана методика расчета надежности электроприводов клетей прокатных станов. Предложено
9 применение метода экспертных оценок для определения собственных показателей надежности элементов системы электропривода. Обоснован оптимальный выбор показателей надежности системы электроприводов чистовых клетей прокатных станов.
Третья глава посвящена проверке адекватности разработанной методики путем сопоставления расчетных показателей надежности электропривода клети стана 2500 с фактическими, полученными в результате обобщения информации об аварийных режимах на стане. Подтверждены достоверность разработанной методики и возможность ее применения для прогнозных расчетов показателей надежности электроприводов стана 2000 после реконструкции.
В четвертой главе выполнен расчет показателей надежности главных электроприводов чистовых клетей стана 2000 по разработанной методике. Дано технико-экономическое обоснование трех вариантов реконструкции, в результате которого подтверждена эффективность реконструкции с заменой системы управления и сохранением силовой части. Предложена схема проведения реконструкции, выполнен анализ вариантов дополнительного резервирования электроприводов на период реконструкции.
В заключении сделаны выводы по работе.
В приложении представлены акт внедрения результатов работы, документ, подтверждающий экономическую эффективность.
По содержанию диссертационной работы опубликовано 12 научных трудов, в том числе 2 публикации в рецензируемых изданиях и одна зарегистрированная программа. Полученные результаты докладывались и обсуждались на шести конференциях и семинарах, в том числе — четырех Международных. В 2007 г. работа выполнялась при поддержке гранта исследовательских проектов студентов, аспирантов и молодых ученых Челябинской области.
Основные направления развития электроприводов в ОАО «ММК»
В настоящее время ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» является одним из лидеров на рынке металлургической продукции России и успешно работает на зарубежном рынке. Это стало возможным благодаря проводимой ОАО «ММК» программе реконструкции и технического перевооружения производства, которая реализуется по нескольким направлениям, это: модернизация существующих цехов и отдельных агрегатов, полная замена морально и физически устаревших производств, ввод в эксплуатацию принципиально новых технологических комплексов [1].
В период с 2001 по 2006 годы в ОАО «ММК» были введены в действие агрегаты непрерывного горячего цинкования (АНГЦ), полимерных покрытий (АПП), хромирования валков; агрегаты поперечной резки (АПР) № 4, 5, 8, 9; реверсивный стан и стан 170; агрегат доводки стали, два агрегата печь-ковш, две дуговые сталеплавильные печи, агрегат электродугового нагрева и др. [1-3]. В этот же период были модернизированы машины непрерывного литья заготовок, непрерывно-травильные агрегаты (НТА) №1,2, входная часть дрессировочных станов 1700 и 2500, электроприводы чистовой группы клетей, моталок и АСУ ТП стана 2500 горячей прокатки.
Практически все вновь введённые на комбинате электроприводы оснащены преобразователями частоты с широтно-импульсной модуляцией на базе IGBT-транзисторов. Их отличают высокая надёжность, хорошие статические и динамические характеристики, простота наладки, удобство обслуживания, лёгкая встраиваемость в современные системы АСУ ТП. Все новые электроприводы - импортного производства (рис. 1.1). Безусловным лидером на ММК среди производителей является фирма Siemens.
Соотношение импортных и отечественных преобразователей Модернизация электрооборудования была бы невозможна без широкого применения современной вычислительной техники. Внедрение контроллеров в процесс управления производством позволило связать в единую автоматизированную сеть все устройства от полевых датчиков и электроприводов до серверов третьего уровня. Благодаря этому существует возможность организовывать технологический процесс любой сложности, осуществлять постоянный мониторинг и диагностику оборудования.
Внедрение современных электроприводов (ЭП) идёт по нескольким направлениям: 1. Применение современных частотно-регулируемых электроприводов переменного тока. 2. Замена в существующих комплектных электроприводах аналоговых систем управления на микропроцессорные с сохранением существующей силовой части тиристорного преобразователя (так называемая «оцифровка» морально и физически устаревших преобразователей). 3. Внедрение современных промышленных контроллеров. Хотя доля преобразователей переменного тока неуклонно возрастает, по-прежнему большую часть электроприводов составляют комплектные тиристорные ЭП с аналоговыми системами управления (рис. 1.2), значительная часть которых выработала свой ресурс и поэтому нуждается в реконструкции. Принципиально новая идея модернизации мощных тиристорных электроприводов постоянного тока, реализуемая в ОАО «ММК», заключается в замене аналоговых систем управления на прямое цифровое регулирование без замены силовой части преобразователя. За период 2003 - 2005 г.г. в цехах ОАО «ММК» модернизированы тиристорные преобразователи на пяти агрегатах, в том числе на непрерывном широкополосном стане горячей прокатки 2500 ЛПЦ-4, двух непрерывно-травильных агрегатах (НТА-1 и НТА-2) ЛИЦ- 5, двух агрегатах поперечной резки (АПР-4, АПР-5) ЛТЩ- Выбор такого направления объясняется следующими причинами: — основную долю в стоимости электропривода составляет стоимость электродвигателя и силовых полупроводниковых элементов, в то время как замена только системы управления должна дать быстрый экономический эффект за счет увеличения надежности и улучшения качества регулирования; - двигатели постоянного тока и основная часть силовых тиристорных блоков не выработали свой ресурс и могут находиться в эксплуатации. В 2004 году закончилась реконструкция электроприводов чистовой группы стана 2500 ЛПЦ-4. Были выполнены модернизация тиристорных преобразователей главных электроприводов клетей и полная либо частичная замена ЭП всех вспомогательных механизмов (моталок, линеек, манипуляторов и др.). Опыт подобной модернизации электроприводов в мировой практике отсутствует, в связи с чем его изучение заслуживает внимания.
Основные положения логико-вероятностного метода расчета надежности
Существующие методы моделирования и расчета надежности сложных систем характеризуются следующими тремя основными этапами [55]: — постановка задачи, которая осуществляется путем разработки структурных схем надежности и/или сценариев возникновения аварийных ситуаций; — построение расчетных математических моделей (логических, аналитических, статистических и других) для количественной оценки свойств надежности и безопасности систем; — расчет показателей надежности сложных систем и использование полученных результатов для выработки и обоснования исследовательских, проектных, эксплуатационных и других управленческих решений. В процессе расчета показателей надежности каждый из трех основных этапов итерационно повторяется в целях уточнения, исправления, расширения и проверки структурных схем и моделей надежности, а также результатов расчетов (рис. 2.1). Итерации проводятся до тех пор, пока не будет достигнут оптимальный для решаемой задачи уровень детализации моделей системы и необходимый уровень точности рассчитываемых показателей надежности. Постановка задачи Т 7 Построение расчетных моделей т 3 Расчет показателей надежности Рис. 2.1. Основные этапы расчета надежности сложных систем
В зависимости от выбранного метода расчета надежности и решаемой задачи отличается вид структурных схем надежности системы, которые могут быть представлены в виде схем параллельно-последовательного соединения элементов, деревьев отказов, деревьев событий, графов связности (графов переходов) и схем функциональной целостности. Также различается вид и состав расчетных моделей. На основе сравнения существующих методов расчета надежности был сделан вывод о том, что наиболее предпочтительной для анализа надежности электроприводов чистовых клетей прокатных станов является группа логико-вероятностных методов.
Основная идея логико-вероятностного (ЛВМ) и общего логико-вероятностного (ОЛВМ) методов основывается на следующих двух положениях [53]: 1. Все элементы / моделируемого объекта или процесса представляются простыми, бинарными событиями, которые в процессе функционирования системы могут находиться только в двух состояниях. Такие бинарные модели элементов обозначаются простыми логическими переменными х, є{х,,х,}, где прямое обозначение логической переменной сопоставляется одному, а инверсное - другому возможному исходу соответствующего бинарного события. 2. В системе каждый элемент і выполняет (или не выполняет) некоторую выходную системную функцию, которая обозначается у,е{у у,}, где условия реализации этой функции соответствуют прямому обозначению, а условия ее не выполнения — инверсному. С помощью одной или нескольких выходных функций yt представляется то сложное событие, которое характеризует исследуемое свойство системы (надежность, безопасность и т.п.). Простые логические переменные х, исходов выделенных бинарных событий используются в качестве параметров формируемых логических моделей, а собственные вероятностные характеристики элементов pt и q( - в качестве параметров формируемых расчетных вероятностных моделей исследуемой системы.
Обоснованное и целенаправленное разделение исследуемой системы на логически связанные совокупности простых бинарных х, є{х,.Д} и сложных функциональных у, є {у,, У І) событий называют в ЛВМ событийно-логическим подходом к анализу систем [50-54]. Возможность событийно-логического описания системы является необходимым и достаточным условием применимости логико-вероятностных методов для построения модели и анализа различных свойств рассматриваемого системного объекта.
В логико-вероятностных методах получают два вида математических моделей надежности: логические и вероятностные. Логические модели соотносят исходные события и выходные системные функции и получаются путем аналитического описания структурных схем надежности. Вероятностные модели оперируют вероятностными характеристиками (вероятностью безотказной работы р и вероятностью отказа q) исходных событий и выходных функций и получаются путем преобразования по определенным правилам логических моделей. В связи с этим второй этап общей схемы расчета надежности (рис. 2.1) для логико-вероятностных методов подразделяется на два, каждый из которых соответствует получаемому виду модели надежности. Таким образом, в ЛВМ выделяют четыре последовательно выполняемых этапа моделирования [50-56]:
Этап первичного структурно-логического моделирования, при котором осуществляется формализованная постановка задачи логико вероятностного моделирования, которая подразумевает — составление перечней главных функций F и возможных аварийных (опасных) ситуаций для исследуемой системы, а также показателей надежности и безопасности этой системы, которые должны быть определены в процессе моделирования и расчетов; — построение структурных моделей системы в виде одной из общепринятых форм; — определение логических критериев функционирования системы и/или возникновения аварийных ситуаций YF=YF({yl}). Данный критерий характеризует (в обобщенном виде) тот режим работы или использования системы, математическую модель которого необходимо построить для количественной оценки исследуемого свойства системы в целом. Сложные и многофункциональные системные объекты могут характеризоваться не одним, а несколькими логическими критериями, для каждого из которых должны строиться свои математические модели системы. 2. Этап логического моделирования, на котором определяется логическая функция работоспособности системы. Под логической функцией работоспособности системы понимается функция вида YF=YF({xl}), представляющая собой аналитическую форму описания всех комбинаций состояний элементов х,, в которых и только в которых система реализует свою выходную функцию. Таким образом, логическая функция работоспособности определяет сложное случайное событие реализации системой заданного логического критерия ее функционирования, т.е. моделируемое свойство надежности исследуемой системы в целом. 3. Этап вероятностного моделирования, на котором осуществляется переход от логической функции работоспособности системы к расчетной вероятностной модели системы вида PF(p,(t) ]i(t),f) позволяющей непосредственно выполнять расчеты показателей надежности исследуемой системы. 4. Этап выполнения расчетов системных характеристик. На этом заключительном этапе с помощью полученных расчетных моделей вычисляются показатели, необходимые для решения различных задач системного анализа надежности, безопасности и риска функционирования системы. Результаты расчетов могут использоваться, например, для нормативной оценки свойств системы, сравнения и выбора вариантов ее структуры, оптимизации и синтеза систем в процессе выполнения научных исследований, проектирования, эксплуатации, выработки и обоснования управленческих решений в области надежности, безопасности и риска функционирования исследуемых объектов.
Экспертный метод оценки показателей надежности элементов систем управления
В качестве основного показателя надежности системы управления главным электроприводом клети было выбрано среднее время наработки системы на отказ. Для его расчета согласно разработанной методике необходимо знать среднее время наработки на отказ выделенных элементов системы управления. Эти показатели были определены с использованием экспертного метода оценки показателей надежности, описанного в п. 2.7. Оценки среднего времени наработки на отказ элементов системы управления до и после реконструкции, данные экспертами, приведены в табл. 3.1-3.2. Среднее значение экспертных оценок показателей надежности по каждому элементу рассчитываются по формуле (2.19).
Для того, чтобы обосновать возможность использования для последующих расчетов полученных экспертных оценок, необходимо проверить их на согласованность. Для этого их необходимо проранжировать. Ранги присваиваются следующим образом: наименее надежному элементу системы по мнению эксперта (согласно его оценкам среднего времени наработки на отказ всех элементов системы) присваивается ранг равный единице, по мере увеличения надежности элементов их ранг возрастает, максимальный ранг, равный числу элементов, присваивается самому надежному элементу. В случае если оценки показателей надежности нескольких элементов совпадают, то им присваивается ранг, равный среднему арифметическому их порядковых рангов.
Для пояснения сказанного, рассмотрим процедуру ранжирования оценок эксперта 1 для системы управления электроприводом до реконструкции (столбец 1 табл. 3.1). Элементы системы управления в порядке возрастания их надежности (среднего времени наработки на отказ) расположены следующим образом:
Коэффициент учета связанных рангов Ти 24 12 30 30 12 48 Согласно приведенным расчетам коэффициенты конкордации для оценок показателей надежности элементов систем управления электроприводом до и после реконструкции равны 0,862 и 0,818 соответственно. Оценки экспертов полагают согласованными в том случае, если коэффициент конкордации W 0,5 [5]. Это условие выполняется, следовательно, мнения экспертов можно полагать согласованными. Более точный вывод можно сделать, используя результаты расчетов по j2-статистике.
Вывод мнения экспертов согласованы мнения экспертов согласованы Поскольку условие zip Xі выполняется в том и другом случаях, делаем вывод о том, что оценки экспертов согласованы и для дальнейших расчетов можно использовать средние значения показателей надежности элементов систем управления электроприводом чистовых клетей до и после реконструкции. Расчет показателей надежности систем управления преобразователем главного электропривода клети Согласно деревьям отказов, приведенным на рис. 3.1 и 3.3 системы управления тиристорным преобразователем электропривода до и после реконструкции работоспособны только при условии работоспособности всех выделенных элементов систем. Схемы функциональной целостности для систем управления электроприводами, соответствующие построенным деревьям отказов, приведены на рис. 3.4. Система логических уравнений, соответствующая схеме функциональной целостности для системы управления электроприводом до реконструкции, имеет вид: где Xf и Xj — условное обозначение работоспособного состояния элементов систем управления до и после реконструкции соответственно; YFi и Ypi — логические функции работоспособности систем управления до и после реконструкции соответственно; М и N - множество номеров элементов систем управления до и после реконструкции соответственно, М= {71,74,75,76,78,79}, # = {74,75,84,85,86,87,91,92,93}. работоспособность СУТП отказ СУ ТП где ToF] и ToF2 — средние времена наработки на отказ систем управления до и после реконструкции, соответственно; Арі и AF2 — интенсивности отказов до и после реконструкции, соответственно. После подстановки средних времен наработки на отказ отдельных элементов в формулы (3.9) были получены следующие значения: T0Fi = 0,4 мес. = 0,28 тыс. час, ToF2 = 1,4 мес. = 0,98 тыс. час. Интенсивность отказов равна AF1 =30 отказов/год nAF2 = 9 отказов/год. Анализ статистических данных об отказах главных электроприводов стана 2500 3.2.1. Методика проведения статистического анализа Цель проведения статистического анализа данных об отказах главных проводов чистовых клетей стана 2500 - выяснить, как зависит количество возникающих в системе отказов от времени, номера клети и места возникновения отказа в системе электропривода. Это позволит проверить правомерность принятых допущений в разработанной методике расчета надежности (п. 2.4). Первый этап статистического анализа - выдвижение гипотезы о характере влияния исследуемого фактора (время, номер клети клети, место возникновения отказа) на интенсивность отказов электроприводов. Для подтверждения выдвинутой гипотезы проводится дисперсионный анализ [88] по следующей схеме: 1. Рассчитываются числовые характеристики (математическое ожидание и выборочные дисперсии) распределений интенсивностей отказов. 2. Проверяется, соблюдаются ли предпосылки для проведения дисперсионного анализа: распределения интенсивностей отказов подчиняются нормальному закону и выполняется условие воспроизводимости опытов, т.е. однородности выборочных дисперсий на всех уровнях фактора. 3. Проводится собственно дисперсионный анализ для оценки значимости влияния фактора.
Показатели надежности главных электроприводов чистовых клетей
Стан 2000 горячей прокатки по своей структуре аналогичен стану 2500 горячей прокатки (п. 1.З.). Это позволяет применять разработанную методику расчета надежности электроприводов как к электроприводам чистовых клетей стана 2500, так и стана 2000.
Деревья отказов и схемы функциональной целостности главных электроприводов и системы управления ими, существующей в настоящее время, приведены на рис. 2.4, 2.7, 3.1, 3.4, а. Стан 2000 является более современным по сравнению со станом 2500, следовательно, и показатели надежности системы управления электроприводами для стана 2000 и стана 2500 до его реконструкции будут различны. Для оценки средних времен наработки на отказ выделенных элементов системы управления используется экспертный метод. Оценки, данные экспертами для стана 2000, приведены в табл. 4.1.
Согласованность мнений экспертов определялась путем расчета коэффициента конкордации по методике, описанной в п. 2.7. Предварительно оценки экспертов были проранжированы (табл. 4.2). Результаты расчетов коэффициента конкордации приведены в табл. 4.2, 4.3. Коэффициент конкордации для оценок показателей надежности элементов систем управления электроприводом чистовых клетей стана 2000 равен 0,829. Как отмечалось выше, оценки экспертов полагают согласованными в том случае, если коэффициент конкордации W 0,5 [16]. Это условие выполняется, следовательно, мнения экспертов можно полагать согласованными. Более точный вывод можно сделать, используя %г - статистику, расчетное и критическое значение которой приведено в табл. 4.3. Поскольку условие Хкр %2 выполняется, делаем вывод о том, что оценки экспертов согласованы и для дальнейших расчетов можно использовать средние
Статистические данные об отказах главных электроприводов чистовых клетей стана 2000 за период 2003-2007 гг. приведены в табл. 4.4. На рис. 4.1 приведен график, показывающий изменение суммарного количества отказов в исследуемый период времени. На рис. 4.2 приведена гистограмма, показывающая распределение интенсивностей отказов главных приводов по чистовым клетям стана. На основе анализа данных табл. 4.4 и рис. 4.1, 4.2 была выдвинута следующая гипотеза: интенсивность отказов электроприводов не зависит от времени и клети либо эта зависимость носит линейный характер.
Статистический анализ данных проводится по методике, приведенной в п. 3.2.1. Результаты расчетов приведены в табл. 4.4, 4.5. Поскольку фактор времени оказывает незначительное влияние на интенсивность отказов главных приводов чистовых клетей стана 2000, то можно сделать вывод о том, что данные электроприводы работают на участке нормальной эксплуатации (а не на участках приработки или старения). Следовательно, применимо следующее допущение: закон распределения времени безотказной работы для систем электропривода носит экспоненциальный характер.
Поскольку номер клети оказывает незначительное влияние на интенсивность отказов главных приводов чистовых клетей стана 2000, применимо следующее допущение: данные клети идентичны по надежности.
Следующий этап статистической обработки данных об отказах представляет собой их анализ с точки зрения места их возникновения в системе электропривода. Все отказы по месту их возникновения в системе электропривода были сгруппированы следующим образом: отказы двигателя, отказы силовой части тиристорного преобразователя, отказы системы управления тиристорным преобразователем и отказы релейно-контакторной схемы. Кроме этого, были выделены отказы, произошедшие по внешним причинам (технологическим, механическим и т.д.), и отказы, причина которых неизвестна. Распределение интенсивностеи отказов по месту их возникновения приведены в табл. 4.6. и на рис. 4.3. На основе анализа данных табл. 4.6 и рис. 4.3 была выдвинута следующая гипотеза: наибольшее количество отказов происходит в системе управления электроприводами.
Для подтверждения выдвинутой гипотезы была проведена проверка на однородность математических ожиданий интенсивностеи отказов в системе управления (СУ), силовой части (СЧ) и релейно-контакторной схеме (РКС) по критерию Стьюдента (3.2.12). Результаты вычислений и критическое значение квантиля приведены в табл. 4.7.
На уровне значимости q = 0,05 условие t t].g/2 выполняется во всех случаях. Следовательно, выдвинутая гипотеза о различии математических ожиданий интенсивностей отказов подтверждается, и наибольшее число отказов происходит в системе управления, в силовой части интенсивность отказов ниже, а в релейно-контакторной схеме число отказов наименьшее. Отсюда можно сделать вывод, что система управления является наиболее ненадежным элементом в системе электропривода и подлежит реконструкции в первую очередь.
