Основы эксплуатации систем автоматизации

n Классификация воздействий и воздействующих факторов

n Условия эксплуатации СА

n Климатические факторы

n Механические воздействия

n Биологические воздействия

n Радиационные воздействия

n Сертификация продукции в Республике Беларусь

Классификация воздействий и воздействующих факторов на СА

Все воздействия на СА можно разделить на внешние и внутренние. Внешние воздействия не связаны с режимом эксплуатации СА и определяются условиями хранения, транспортировки и эксплуатации изделий. Внешние воздействия подразделяют на естественные воздействия и воздействия объекта, в составе которого находятся данные СА. Под естественными воздействиями понимают совокупность климатических, биологических, космических и механических воздействий, обусловленных состоянием окружающей среды в месте нахождения объекта. Воздействия объекта, на котором установлены РЭСИ, связаны с его функционированием. К таким воздействиям относятся климатические, механические, радиационные и др.; электрические и магнитные поля. Наиболее важными из перечисленных являются механические воздействия.

Внутренние воздействия определяются режимами работы СА и характеризуются нагрузками, например электрическими и механическими, связанными с функционированием СА. Электрические нагрузки, обусловленные необходимостью формирования и преобразования электрических сигналов в цепях СА, вызывают тепловые, электрические и электрохимические процессы, приводящие к старению. Механические нагрузки связаны с наличием в СА соединений материалов с различными температурными коэффициентами линейного расширения. В процессе эксплуатации указанные компоненты подвергаются износу.

Под условиями эксплуатации СА понимают совокупность внешних и внутренних воздействий, оказывающих влияние на работоспособность изделий.

Воздействующие на СА факторы

Характеристика воздействующих факторов

Объективные факторы характеризуют воздействие внешних условий, в которых осуществляют хранение, транспортировку и эксплуатацию СА. Различают прямые и косвенные объективные факторы. Первые характеризуют естественные воздействия, вторые — воздействия объекта.

Субъективные факторы характеризуют человеческую деятельность на этапах проектирования, производства и эксплуатации СА. Результатом воздействия этих факторов являются ошибки проектирования, производства и эксплуатации, приводящие к дефектам изделий, которые при воздействии объективных факторов приводят к частичной или полной потере работоспособности СА.

К ошибкам проектирования относятся недостатки электрических и функциональных схем и конструктивно-технологических решений, переоценка возможностей операторов, обслуживающих спроектированные СА, и недостаточно эффективная система контроля работоспособности изделий. Ошибки производства обусловлены нарушениями ТП, применением некачественных комплектующих элементов и материалов, отсутствием достаточно жесткого контроля на отдельных стадиях производства СА. Ошибки эксплуатации связаны с нарушениями обслуживающим персоналом эксплуатационных требований, предусмотренных соответствующими нормативными документами на СА.

Влияние объективных и субъективных факторов на работоспособность СА существенно различно. Так, физико-химические процессы в структуре изделия, приводящие к отказам СА, протекают, как правило, при повышенных значениях объективных факторов. Из-за наличия субъективных факторов снижается устойчивость разрабатываемых изделий к воздействию объективных факторов, в результате чего уменьшаются предельно допустимые значения последних, а, следовательно, снижаются качество и надежность СА. Последствия влияния субъективных факторов скрыты от разработчиков и изготовителей конкретных изделий. Для их выявления на всех этапах “жизненного цикла” СА применяют различные виды контроля и испытаний.

Климатические факторы

Климатические воздействия при эксплуатации СА подразделяют на естественные и искусственные. Естественные климатические воздействия определяются погодными условиями, включающими температуру, влажность, ветер, атмосферное давление и др. Искусственные климатические воздействия создаются вследствие функционирования СА и расположенных рядом объектов.

Формирование климата на определенной территории происходит под влиянием радиационного процесса, циркуляции атмосферы и влагооборота, определяющих тепловой и водный баланс поверхности Земли в природной географической среде.

Радиационный процесс характеризуется распределением радиационного баланса R, учитывающего приход/расход энергии солнечной радиации. Составными частями радиационного баланса являются прямая (Q) и рассеянная (q) солнечная радиация, а также эффективное излучение (Е) Земли, под которым понимают разность противоположно направленных потоков излучения земной поверхности и атмосферы. Отношение отраженной энергии солнечной радиации к падающей характеризуется числом к, называемым “альбедо” и выражаемым обычно в процентах. Уравнение радиационного баланса:

R=(Q+q)∙(α-1)∙E

На основании исследований радиационных процессов в отдельных районах Земли разработаны мировые карты составляющих радиационного баланса.

Установлено также, что солнечная суммарная радиация при безоблачном небе имеет сравнительно устойчивые среднемесячные суточные значения, которые определяются в основном широтой местности и временем года.

Циркуляция атмосферы — это перемещение воздушных масс (течений с различным содержанием теплоты и влаги), а также изменение их свойств, сопровождающееся образованием поверхностей раздела между разными воздушными массами. Основные причины общей циркуляции атмосферы — неодинаковое нагревание Солнцем поверхности Земного шара и вращение Земли. Кроме того, на общую циркуляцию атмосферы влияет изменение ландшафта поверхности Земли, вызывающее постоянно действующие турбулентные потоки отраженного тепла, которые приводят к изменению температуры и плотности воздуха в тропосфере.

Влагооборот — это ряд последовательных физических процессов, происходящих с водой (испарение, конденсация, образование облаков, выпадение осадков), а также перенос влаги. Влагооборот определяет континентальность климата и зависит от неравномерности нагревания Солнцем суши и океана, наличия циркуляции воздушных масс и изменения ландшафта.

Влагооборот между сушей и океаном называют внешним, а в пределах ограниченной территории — внутренним.

Внутренний влагооборот определяется количеством внешней влаги (К), которая частично выпадает на территорию в виде осадка O, а частично выносится за ее пределы атмосферным стоком C_a. Часть выпавших осадков O_и испаряется, а часть образует поверхностный сток С_п. При гидрометеорологических наблюдениях измеряют количество выпавших осадков и испарившейся влаги. Остальные составные части влагооборота не учитывают.

Одним из основных процессов влагооборота является испарение, которое зависит от радиационного баланса (энергетических ресурсов) и увлажнения поверхности Земли. С увеличением широты местности и снижением солнечной радиации испарение уменьшается.

Характеристика климатических факторов

Температура - один из наиболее важных климатических факторов. Для различных климатических поясов Земли она колеблется от -75 до +50 °С. Однако большое число изделий работает в условиях нагрева (до 500 °С и выше) или охлаждения (-100 ºС и ниже) их элементов. Тепловое воздействие может быть стационарным, периодическим и непериодическим. Установившийся режим теплообмена как внутри изделия, так и изделия с внешней средой создает стационарное тепловое воздействие. Периодическое тепловое воздействие происходит при повторно-кратковременной работе изделий, суточном изменении температуры окружающей среды, регулярном солнечном облучении и т.д.; непериодическое тепловое воздействие вызывается единичными или сравнительно редкими случайными действиями тепла и холода.

Изменение температуры окружающей среды может изменить физико-химические свойства материалов. При повышении температуры ускоряется развитие некоторых дефектов в материалах, понижающих прочность соединений конструкций, ухудшаются функциональные и электрические характеристики изделий. При одновременном воздействии тепла и механических нагрузок многие материалы легко деформируются. У ряда материалов при нагреве происходит химическое разложение и ускоряется старение, что приводит к изменению их характеристик.

В зонах с холодным климатом могут быть резкие колебания температуры изделий, вызываемые их нагревом в период работы и охлаждением после выключения. При резком изменении окружающей температуры на поверхности и внутри изделия конденсируется влага. Периодические расширения и сжатия, соприкасающихся металлических и пластмассовых деталей могут вызывать нарушение герметичности изделия и разрушение деталей. Резкие колебания температуры приводят к разрушению паяных, сварных, клепаных и других соединений, отслоению и растрескиванию покрытий, появлению утечки наполнителей.

Влажность - один из наиболее опасных воздействующих климатических факторов. Она ускоряет коррозию материалов, изменяет электрические характеристики диэлектриков, вызывает тепловой распад материалов, гидролиз, рост плесени и многие другие механические повреждения изделий

Воздействие влажности на изделия существенно зависит от свойств воды, которая может находиться в трех состояниях: жидком, твердом (лед) и газообразном (пар). В жидком состоянии вода характеризуется следующими основными физическими параметрами: плотностью, вязкостью и поверхностным натяжением. При увеличении температуры от 20 до 100°С значения всех перечисленных факторов уменьшаются: плотность от 0,998 до 0,985 г см-1; вязкость от 10 до 2,5 Па с; поверхностное натяжение от 76 103 до 60 103 Н см-1. Вода представляет собой химически активное соединение, легко вступающее в реакции со многими веществами.

Примеси в воздухе. Примеси в воздухе могут вызывать нарушения функционирования электрических элементов, изменять режимы теплообмена, вызывать механические повреждения (пыль, песок), усиливать коррозионные процессы и т.п.

Пыль - смесь твердых частиц в воздухе. Естественная пыль состоит из космической и земной частей. В свободную атмосферу осаждается 120 - 150 мм пыли за 100 лет. Техническая пыль образуется при сжигании топлива, износе и обработке деталей. Технической пыли осаждается на два порядка больше, чем естественной. Серьезную проблему представляют для больших городов дымовые газы, содержащие в сравнительно больших количествах серу, из которой образуются в итоге сернистая и серная кислоты, соединения фтора, пары ртути и другие активные вредные химические соединения.

Неорганическая пыль представляет собой частицы, имеющие форму пластинок, иголочек, круглых чешуек, размеры которых в среднем колеблются от 5 до 200 мкм. В состав неорганической минеральной пыли в основном входят кварц, полевой шпат, а также иногда слюда, хлориды и доломиты. Частицы пыли могут быть абразивными, а иногда и гигроскопичными.

Органическая пыль представляет собой споры растений, плесневые грибы, бактерии, частицы волокон шерсти и хлопка, мельчайшие остатки насекомых и растений. В городах органическая пыль содержит около 40 % веществ, состоящих из сажи и смол. Особенностью органической пыли является ее способность при наличии влаги служить хорошей питательной средой для развития плесени.

Солнечное излучение представляет собой электромагнитные волны с длинами 0,2-5 мкм. На ультрафиолетовую область (длина волны до 0,4 мкм) приходится 9% энергии, на видимую (длина волны 0,4 - 0,7 мкм) -41% и на инфракрасную область с длинами воли 0,72мкм - 50 % солнечной энергии. Влияние солнечного излучения на изделие заключается в его нагреве и химическом разложении некоторых органических материалов. Наибольшее воздействие оказывают ультрафиолетовые лучи, которые обладают высокой энергией. Под действием этих лучей происходит поверхностное окисление материалов частичное разложение полимеров, содержащих хлор, расщепление органических молекул, быстрое старение пластмасс, изменение важнейших органических компонентов и цвета у некоторых типов термореактивных пластмасс, образование корки на поверхности резины и ее растрескивание.

Атмосферное давление создается массой воздуха в данном месте. Колебания атмосферного давления вследствие изменения погоды ±7%, а при тропических бурях превышают 10 %. Ряд изделий по своему функциональному назначению может работать в условиях резко повышенного и резко пониженного атмосферного давления, что следует учитывать при проведении соответствующих испытаний. Изменение давления вызывает опасность пробоев воздушных промежутков электрических установок в связи с изменением диэлектрической проницаемости воздуха, может изменять диаграмму направленности излучения электромагнитных антенн, влияет на режим теплообмена изделия, нарушает в ряде случаев герметичность изделий и расположение подвижных деталей

Механические воздействия

При эксплуатации и транспортировке СА подвергаются механическим воздействиям: вибрационным, ударным и линейным нагрузкам, а также звуковому давлению (акустическим шумам). К изделиям, предназначенным для функционирования в условиях воздействия механических нагрузок, предъявляют требования по прочности и устойчивости при воздействии этих нагрузок. К изделиям, не предназначенным для функционирования в условиях воздействия механических нагрузок, предъявляют требования только по прочности при воздействии этих нагрузок.

Биологические воздействия и их характеристика

Биологические воздействия, в которых находятся СА, определяются совокупностью воздействующих биологических факторов.

Биологический фактор (биофактор) — это организмы или их сообщества, вызывающие нарушение работоспособного состояния объекта. Событие, состоящее в выходе какого-либо параметра СА под действием биофактора за границы, указанные в НТД, называют биологическим повреждением (биоповреждением).

Анализ биоповреждений позволяет выделить их основные виды: механическое разрушение при контакте организмов с СА; ухудшение эксплуатационных параметров; биохимическое разрушение; биокоррозия.

Механическое разрушение СА вызывается в основном макроорганизмами, т.е. организмами, имеющими размеры, сравнимые с габаритами изделий. Макроразрушение при контакте может произойти в результате столкновения, прогрызания и уничтожения изделия, например при столкновении птиц с самолетами и антеннами радиолокационных станций, прогрызания материалов грызунами (крысами, зайцами, белками, слепышами и др.), а также открыточелюстными насекомыми (главным образом различными видами термитов и муравьев).

Ухудшение эксплуатационных параметров СА вызывается биозагрязнением, биозасорением и биообрастанием. Биозагрязнением называют выделения организмов и продукты их жизнедеятельности, воздействие которых в результате смачивания водой или впитывания влаги из воздуха приводит к изменению параметров изделий. Биозасорение СА связано с наличием спор грибов и бактерий, семян растений, частей мицелия грибов, помета птиц, выделений организмов, отмирающих организмов. Обрастание бактериями, грибами, водорослями, губками, моллюсками и другими организмами поверхностей СА усиливает коррозию металлов.

Биохимическое разрушение — наиболее широко распространенный вид биоповреждений, но вместе с тем и наиболее трудно поддающийся изучению, так как вызывается в основном микроорганизмами — любыми организмами, имеющими микроскопические размеры и не видимыми невооруженным глазом. Этот вид разрушения разделяют на два подвида: биологическое потребление материалов в процессе питания микроорганизмов и химическое воздействие выделяющихся при этом веществ. Биологическое потребление связано с предварительным химическим разрушением ферментами исходного материала иногда только одного компонента (обычно низкомолекулярного соединения, например пластификатора, стабилизатора). Такое разрушение открывает путь физико-химической коррозии, приводит к ухудшению термодинамических свойств материала и его механическому разрушению под действием эксплуатационных нагрузок.

Подавляющее большинство (от 50 до 80 %) повреждений СА обусловлено воздействием на них микроорганизмов (бактерий, плесневых грибов и др.), развитие и жизнедеятельность которых определяются внешними воздействующими факторами: физическими (влажность и температура среды, давление, радиация и т.д.), химическими (состав и реакция среды, ее окислительно-восстановительные действия), биологическими. Наибольшее влияние на активность микроорганизмов оказывают температура и влажность.

Бактерии — самая многочисленная и распространенная группа микроорганизмов, имеющих одноклеточное строение. Бактерии быстро размножаются и легко приспосабливаются к изменяющимся физическим, химическим и биологическим условиям среды благодаря тому, что они могут адаптивно образовывать ферменты, необходимые для трансформации питательных сред. Одна из особенностей микроорганизмов — их способность к спорообразованию. Образование спор у бактерий не связано с процессом размножения, а служит приспособлением к выживанию в неблагоприятных условиях внешней среды (недостатке питательных веществ, высушивании, изменении рН среды и т. д.), причем из одной клетки формируется только одна спора.

Плесневые грибы, играющие доминирующую роль среди микроорганизмов, отличаются от бактерий более сложным строением. Клетки грибов имеют сильно вытянутую форму и напоминают нити — гифы. Оптимальными условиями для развития большинства плесневых грибов являются высокая влажность (более 85%), температура +20...30 °С и неподвижность воздуха.

Радиационные воздействия и их характеристика

Микроэлементы и интегральные микросхемы, находящиеся в зоне воздействия радиоактивных излучений, могут существенно изменять свои параметры и выходить из строя. Это происходит вследствие изменения физических и химических свойств материалов и (или) деградации параметров изделий под действием излучения.

Излучения возникают в результате естественных или искусственных радиоактивных распадов веществ и некоторых физических процессов в космосе. Поскольку радиоактивные излучения, проникая в толщу материала, вызывают в нем ионизацию, то часто они называются ионизирующими.

Радиоактивные излучения подразделяются на корпускулярные и квантовые. Первые представляют собой потоки быстрых элементарных частиц (нейтронов, протонов, ядер атомов химических элементов, бета-, альфа- и других частиц), вторые — электромагнитные ионизирующие излучения (гамма-и рентгеновское).

Нейтронное и гамма-излучения, образующиеся в результате реакций деления, принято называть проникающим излучением.

В процессе взаимодействия с материалами происходит упругое или неупругое рассеяние нейтронов и их энергия постепенно уменьшается, приближаясь к энергии теплового движения атомов и молекул среды, равной примерно 0,025 эВ. Такие нейтроны называют тепловыми. Тепловой нейтрон будет блуждать в веществе до тех пор, пока его не захватит одно из ядер атомов, в результате чего образуется изотоп исходного элемента, а избыток энергии ядра излучается в виде гамма кванта. Этот тип взаимодействия называется радиационным захватом.

Вероятность различного типа взаимодействий нейтронов с ядрами зависит от их энергии, поэтому нейтроны условно разделяются на три группы: быстрые нейтроны с энергией от 500 кэВ до 10 МэВ, промежуточные нейтроны с энергией от 0,5 эВ до 500 кэВ и тепловые нейтроны с энергией менее 0,025 эВ. С увеличением энергии нейтронов до 10 МэВ растет вероятность неупругого рассеяния, которое становится доминирующим при 20 МэВ.

Протонное излучение образуется за счет испускания ядрами атомов протонов в результате бомбардировки их заряженными частицами (нейтронами, гамма-квантами и др.). Длина пробега в веществе протонов с энергией от 1 до 1000 МэВ, зависит в основном от ионизационных потерь, т.е. от физических свойств вещества. В состав космических лучей входят протоны с энергией до 1018—1019 эВ.

Излучение альфа-частиц происходит при распаде тяжелых радиоактивных ядер (урана, тория, радия и т. п.). В отличие от других элементарных частиц альфа-частицы имеют наименьшую длину пробега в материалах, поэтому они практически не воздействуют на МЭ и ИМ, вмонтированные в РЭА, защищенную кожухом, экранами или покрытиями. Длина пробега альфа-частиц в воздухе пропорциональна кубу их скорости.

Излучение бета-частиц обусловлено потоком электронов и позитронов. Проникающая способность бета-излучения во много раз больше, чем альфа-частиц и протонов той же энергии. Источниками бета-частиц являются радиоактивные изотопы. Бета-частицы излучаются при ядерных реакциях и являются составной частью космических излучений. Энергия бета-частиц достигает несколько миллионов электронвольт. В космическом пространстве (за пределами атмосферы) обнаружены электроны с энергией больше 300 МэВ.

Излучение гамма-квантов относится к квантовому излучению, является одной из форм проявления электромагнитного излучения и представляет собой потоки квантов (фотонов) различной энергии. Электромагнитные волны в определенных диапазонах обладают разными свойствами. Поэтому для характеристики процессов, протекающих при генерировании, распространении и поглощении электромагнитных волн, имеются специальные параметры, относящиеся лишь к одному диапазону и характеризующие специфические особенности этого диапазона. К электромагнитным радиоактивным излучениям принято относить гамма- и рентгеновские излучения. Энергия гамма-квантов соответствует длине волны короче 10-12 м. К рентгеновскому излучению относят квантовое излучение с длинами волн от 5-10-9 до 10-12 м

Сертификация продукции в Республике Беларусь

Деятельность по сертификации в республике основывается на Законах Республики Беларусь “О защите прав потребителей”, “О сертификации продукции, работ и услуг” и других законодательных и нормативных актах.

Общее руководство системой, организацию и координацию работ по реализации целей системы осуществляет Республиканский орган по стандартизации, метрологии и сертификации - Госстандарт.

Системой предусматриваются следующие виды деятельности:

сертификация продукции;

сертификация услуг;

сертификация систем качества;

сертификация персонала;

аккредитация органов по сертификации систем качества;

аккредитация органов по сертификации персонала;

аккредитация центра подготовки экспертов-аудиторов по качеству;

инспекционный контроль за сертифицированными продукцией, услугами, системами качества, персоналом, аккредитованными органами и центром подготовки экспертов-аудиторов по качеству;

подготовка и аттестация экспертов - аудитов по качеству;

ведение реестра системы.

Система предусматривает проведение обязательной и добровольной сертификации продукции. Обязательная сертификация продукции проводится на основании законодательных актов и правительственных постановлений, которыми устанавливаются сроки введения в Республике Беларусь обязательной сертификации продукции.

Организационная структура Национальной системы сертификации Республики Беларусь

Дата добавления: 2014-01-20