Страница 11 из 29
Если при моделировании используются различные гидравлические или электрофизические аналогии, то появляется возможность определить влияние дополнительных малых параметров на динамику системы. При разработке алгоритмов, они также могут быть включены в систему автоматизации процесса. Такие модели могут быть наиболее полезны при анализе точности сложных технологических схем, состоящих из большого числа узлов, соединенных последовательно или содержащих несколько разветвленных схем из таких последовательных цепочек. Требуется расчет точности контура регулирования каждого элемента и точности взаимного влияния этих контуров, для того, чтобы гарантировать функциональную точность процесса. Кроме того, модели должны учитывать изменение погрешностей во время эксплуатации. Ряд таких работ проводится в ВШТЭ СПБГУПТиД (бывшее ГТУРП), Санкт-Петербург. В результате моделирования одним из первых результатов может быть предсказание того, достигнет ли контур требуемой точности, будут ли сбои в определенный период, необходимо ли перепроектировать сам контур и т.п.
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ ВКЛАДОВ ДЛЯ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА ТОЧНОСТИ
Вклад – эта мера влияния данного фактора на тот или иной показатель точности выходной характеристики. По-видимому, этот метод наиболее характерен для расчета погрешностей процессов технологических схем, как уже было продемонстрировано. При этом вклады могут быть следующими
1. абсолютный вклад фактора, включая и возмущающие, в математическое ожидание или среднее значение,
2. относительный вклад того же фактора,
3. относительный вклад свободного члена исходной модели (погрешности линеаризации, моделирования, полноты учета входных параметров),
4. относительный вклад дисперсии фактора в дисперсию выходной характеристики,
5. относительный вклад поля рассеяния фактора в поле рассеяния выходной характеристики,
6. относительный вклад совместного влияния 2-х дисперсий в дисперсию выходной характеристики, поля рассеяния,
7. относительный вклад отклонения от среднего значения факторов в отклонение от среднего значения выходной характеристики.
Методология рассмотрения точности по методу вкладов позволяет решать следующие задачи:
– ранжирование факторов по степени их влияния на выходные характеристики,
– оценка вклада в линеаризованную область, что позволяет анализировать роль неопознанных, неучтенных факторов и возмущений, а также погрешностей моделирования,
– оценка технических требований к конструкции и процессам, а также их уточнение,
– совершенствование управления технологическим процессом.
Следует отметить, что вклад в среднее значение может быть мал, но в дисперсию может быть доминирующим. Это означает, что при проектировании технологических схем необходимо учитывать все вклады контуров регулирования и в алгоритмах управления производством предусматривать то же самое. Включение в технические требования на клапан только основных показателей, которые оказывают доминирующее влияние на номинальное значение выходной характеристики, как это, к сожалению, наблюдается в практике проектных организаций, может привести к утрате контроля за полем рассеяния факторов, оказывающих на него существенное влияние. Это напрямую ведет к непредсказуемому колебанию уровня доли качественного выполнения процесса, что часто и наблюдается.
АНАЛИЗ КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ С УЧЕТОМ ФАКТОРА ВРЕМЕНИ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ
При проектировании должны учитываться как период эксплуатации, так и изменение ремонтных размеров, для чего необходимо устанавливать связь качества изготовления и сборки клапана с последующим качеством работы его при эксплуатации. Для этих целей задаются функциональные параметры, эксплуатационные показатели и связь между ними. Пределы изменения эксплуатационного показателя, например, гистерезиса, определяется допусками изготовления деталей. При эксплуатации параметры клапана изменяются из-за износа или возмущений и величину параметра через время эксплуатации можно записать уравнениями, где должна быть добавлена скорость изменения параметра. Методологически это делается при помощи использования данных трендов с «Алмазной диаграммы» программы FIELD CARE.
Расчет или аппроксимация данных и расчет уравнений регрессии процесса падения точности позволяет задавать категории допусков и принимать определенные показатели дисперсий, назначать допуска на входные и функциональные параметры, определять средний срок службы.
Проведенный обзор показывает, как внимательное отношение к контурам регулирования с точки зрения не только автоматизации процесса, но и повышения их точности и связи с технологией позволят добиваться более существенного роста качества технологического процесса.
Шагами к этому является знание технологии, анализ технологических схем на предмет точности регулирования и знание особенностей поведения клапана с целью устранения колебательности процесса.
НАДЕЖНОСТЬ КЛАПАНОВ
Как известно, надежность закладывается при проектировании, обеспечивается при изготовлении и поддерживается при эксплуатации. Однако, в приложении к регулирующим клапанам, подразумевающим надежность регулирования, и в приложении к отсечным клапанам, подразумевающим надежность отсечки, эти понятия часто бывают спорными. Тем более трудно научиться считать надежность клапанов. Для того чтобы разрешить проблему, необходимо разобраться с терминами, требованиями по надежности со стороны потребителей, выявить связь надежности работы клапанов с надежностью оборудования и узлов, в которые входит арматура, с системой АСУ ТП, измерительными комплексами. Рассмотрение будет неполным без разбиения анализа отказов на внезапные и постепенные, а также скрытые или невыявленные.
На основе этого анализа мы предлагаем рассмотреть методики определения надежности, применимые к арматуре. В частности, ими могут быть методики предварительного статистического и полевого аудита.
Надежность регулирующих клапанов в большей степени определяется их способностью обеспечивать наибольшую точность регулирования. Критериями надежности в этом случае будут надежность их работы в измерительном контуре, способность противостоять отказам и диагностироваться на внезапные и постепенные отказы. Учитывая значительный вклад регулирующих клапанов в поддержание точности контура, важно будет определить, как происходит постепенный метрологический отказ и сбои, и какие виды диагностики могут определять подобные отказы.
Для работы контуров отсечки важно рассмотреть влияние режимов работы на работоспособность клапанов. При этом существенное влияние оказывает уже коррозия, эрозия и кавитация. Клапаны постоянно подвергаются пульсациям и вибрации, вносящим значительный вклад в снижение надежности работы клапанов.
Рассмотренные факторы позволяют предложить ряд конструктивных и эксплуатационных методов для повышения надежности, включая метрологическую надежность. Оценка их на основе расчета технико-экономических параметров позволяет выбрать наиболее оптимальную. Но в большей степени такая оценка позволяет наметить долгосрочные пути повышения надежности. Производители арматуры способны в этом случае предложить программы расширения сроков гарантий на основе повышения надежности арматуры.
УМЕЕМ ЛИ МЫ СЧИТАТЬ НАДЕЖНОСТЬ РЕГУЛИРОВАНИЯ?
Хотя клапаны используются повсеместно, однако, для арматуры энергохозяйств, подобные расчеты надежности в проектные решения практически не закладываются. Иногда производители регулирующей арматуры приводят данные по потокам отказов или наработке на отказ в своих каталогах. В то же время клапан, установленный на сложном участке тепловой схемы и работающий в условиях агрессивной среды, может иметь в 6 раз большую вероятность отказа по сравнению с нормальными условиями, при которых приведены данные по отказам в каталогах арматуры. Наверное, именно поэтому, только длительная эксплуатация и статистика может служить надежным критерием оценки применяемых клапанов.