Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
5 Расчётная часть
Согласно постановке задачи представлен расчёт надёжности блока управления на микроконтроллере PIC для ламинатора. Надёжность блока управления является одним из главных показателей, который зависит от электрических параметров работы схемы и эксплуатации данного устройства.
Надёжность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. [ ]
Устройство может быть исправным или не исправным. Если устройство соответствует всем требованиям нормативно технической и конструкторской документации, то данное устройство исправно. Если хоть одно из перечисленных требований не выполняется – неисправно.
При разработке, эксплуатации возникают отказы. Отказы бывают внезапными и постепенными. Внезапные отказы характеризуются резким скачкообразным изменением параметров. Устраняют такой отказ заменой или заменой элемента. Возникает такой отказ при разработке устройства. Постепенные отказы чаще всего возникают в процессе эксплуатации устройства, которые связанны со старением элементной базы.
С точки зрения надёжности, устройство характеризуется следующими свойствами: безотказность, долговечность, ремонтопригодностью и сохраняемостью.
- безотказность – свойство устройства сохранять при выполнении технического обслуживания и ремонтов работоспособность до наступления предельного состояния.
- ремонтопригодность – приспосабливаемость устройства к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и их устранению путём проведения технического обслуживания и ремонтов.
- сохраняемость – свойство устройства непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течении работы, после транспортирования и хранения.
Количественно надёжность устройства определяется:
- интенсивностью отказов, λ(t), ч-1;
- средней наработкой до первого отказа Тср, ч;
- вероятность безотказной работы P(t).
Интенсивность отказов – количество отказов за единицу времени. Её можно трактовать как вероятность того, что элемент, сохранил работоспособность до момента времени.
Средняя наработка до первого отказа – математическое ожидание времени работы изделия до отказа. Вычисляется через частоту отказов (плотность распределения времени безотказной работы).
Вероятность безотказной работы – показатель надёжности устройства, схемы или отдельного элемента, который оценивает возможность сохранения изделием работоспособности в определённом интервале времени или при выполнении заданного объёма работы.
На рисунке 5.1 показана зависимость интенсивности отказа от времени.
Рисунок 5.1 – Зависимость интенсивности отказов от времени
Участок 1 - интенсивность отказов блока управления самая высокая.
Участок 2 - интенсивность отказов уменьшается, так как были устранены отказы в первом участке.
Участок 3 – блок управления работает в каждом режиме и правильно эксплуатируется согласно паспортным данным. Вероятность безотказной работы самая низкая.
Участок 4 – резко возрастает отказ в работе блока управления по причине старения элементной базы.
Одной из главных задач – это разработка высоконадежного устройства и правильная его эксплуатация согласно паспортным данным.
5.1 Оценка надёжности устройства
Согласно постановке задачи представлен расчёт оценки надёжности блока управления. Для выполнения расчёта используется:
- схема электрическая принципиальная Приложение Б, КП.230101.021 14 Э3;
- сборочный чертеж платы, графический лист 3, КП.230101.021 14.01 СБ;
- характеристика элементной базы Приложение В.
Исходные данные для расчета оценки надёжности блока управления на микроконтроллере PIC для ламинатора:
- наработка на отказ, ч: 8500
- напряжение питания, В: плюс 15
- максимальный ток, А: 4
- температура окружающей среды, °С: от 0 до плюс 40
В данном расчёте применяются следующие допущения:
- все элементы с точки зрения надёжности принимаются соединённые последовательно, то есть отказ одного элемента приводит к отказу всего устройства.
- во время ремонта устройства обесточено, значит, отказы возникать в данном устройстве не будут.
Таблица 5.1 - Расчет количества ножек установленных на плате
|
Наименование |
Количество элементов, шт. |
Количество ножек одного элемента, шт. |
Общее количество ножек, шт. |
|
Плата 1 |
|||
|
Резисторы |
17 |
2 |
34 |
|
Кварцевый резонатор |
1 |
2 |
2 |
|
Конденсаторы |
7 |
2 |
14 |
|
Микроконтроллер |
1 |
28 |
28 |
|
Микросхема |
1 |
14 |
14 |
|
Диод |
1 |
2 |
2 |
|
Транзисторы |
2 |
3 |
6 |
|
Разъём |
2 |
3 |
6 |
|
Разъём |
1 |
8 |
8 |
|
Разъём |
1 |
9 |
9 |
|
Разъём |
1 |
16 |
16 |
|
Разъём |
2 |
2 |
4 |
|
Перемычки |
14 |
2 |
28 |
|
Итого: |
193 |
||
|
Плата 2 |
|||
|
Резисторы |
11 |
2 |
22 |
|
Конденсаторы |
12 |
2 |
24 |
|
Микросхема |
1 |
20 |
20 |
|
Микросхема |
1 |
14 |
14 |
|
Стабилизаторы |
2 |
3 |
6 |
|
Катушка индуктивности |
1 |
2 |
2 |
|
Диоды |
8 |
2 |
16 |
|
Вилка штыревая |
1 |
8 |
8 |
|
Вилка штыревая |
1 |
8 |
8 |
|
Перемычки |
15 |
2 |
30 |
|
Итого: |
150 |
Чтобы рассчитать количественные показатели надёжности блока управления на микроконтроллере PIC16 для ламинатора необходимо рассчитывать коэффициент нагрузки для каждого вида элементов.
Рассчитывается коэффициент нагрузки по формуле:
, (5.1)
где: НРАБ – рабочий режим элемента, взятый из работы схемы электрической принципиальной;
ННОМ – Номинальный режим работы элемента, взятый из характеристики элементной базы.
Коэффициент нагрузки рассчитывается согласно каждому типу элементов:
для резисторов:
Плата 1
К HR1-17 =0,0016*4/0,125=0,05
Плата 2
К HR1-11 =0,0016*4/0,125=0,05
для конденсаторов:
Плата 1
К HC1-11=5/6,3=0,8
Плата 2
К HC1-12=5/6,3=0,8
для транзисторов:
Плата 1
К HVT1=5/60=0,83
К HVT2=5/50=0,1
для диодов и светодиодов:
Плата 1
К HVD1=4/150 =0,027
К HHL1=4/25 =0,16
Плата 2
К HVD1-VD2=4/300=0,01
для микросхем:
Плата 1
К HDD1=1
К HDD2=1
Плата 2
К HDD1=1
К HDA1=1
К HDD2=1
К HDD3=1
для кварцевого резонатора:
для разъёмов и вилок:
Плата 1
К HX1-X7=1
Плата 2
К HX1-X2=1
Блок управления на микроконтроллере PIC16 для ламинатора эксплуатируется при температуре от 0 до плюс 40 °С. По коэффициенту нагрузки, согласно температурному режиму блок управления по графикам [ ] находится относительная интенсивность отказов λотн. Полученные данные заносятся в таблицу 5.2. Также в эту таблицу заносится интенсивность отказов элементов в нормальных условиях λН.У.. Рассчитывается общая интенсивность отказов элементов Блок управления на микроконтроллере PIC16 для ламинатора по формуле, результат записывается в таблицу 5.2.
λОБЩ=λотн*λН.У.*N, ч-1 (5.2)
Таблица 5.2- Расчет интенсивности работы на отказ
|
Наименование |
Относительная интенсивность отказов при t=+40°С, λотн |
Интенсивность отказов при нормальных условиях, λН.У., ч-1 |
Количество элементов, шт. N |
Общая интенсивность отказов, λОБЩ ч-1 |
|
Плата 1 |
||||
|
Микросхемы |
1 |
0,2 х 10-7 |
2 |
0,8 х 10-7 |
|
Резисторы |
0,04 |
0,1 х 10-7 |
17 |
0,064 х 10-7 |
|
Конденсаторы C1..C3, C6..C7 |
0,57 |
0,3 х 10-7 |
5 |
0,684 х 10-7 |
|
Конденсаторы C4, C5 |
0,225 |
0,3 х 10-7 |
4 |
0,27 х 10-7 |
|
Перемычки |
1 |
0,3 х 10-7 |
14 |
0,6 х 10-7 |
|
Диод |
4 |
0,2 х 10-7 |
1 |
|
|
Транзистор |
0,8 |
0,1 х 10-7 |
2 |
|
|
Кварцевый резонатор |
1 |
0,1 х 10-7 |
1 |
0,1 х 10-7 |
|
Паяные соединения |
||||
|
Ножки микросхем |
- |
0,5 х 10-9 |
42 |
0,26 х 10-7 |
|
Ножки резисторов |
- |
0,5 х 10-9 |
34 |
0,16 х 10-7 |
|
Ножки конденсаторов |
- |
0,5 х 10-9 |
14 |
0,06 х 10-7 |
|
Ножки кварцевого резонатора |
- |
0,5 х 10-9 |
2 |
0,01 х 10-7 |
|
Ножки перемычек |
- |
0,5 х 10-9 |
28 |
0,02 х 10-7 |
|
Отверстия для кнопок |
- |
0,5 х 10-9 |
20 |
0,015 х 10-7 |
|
Ножки светодиода |
- |
0,5 х 10-9 |
2 |
|
|
Ножки диода |
- |
0,5 х 10-9 |
2 |
|
|
Отверстия для подключения датчиков BK1,U1 |
- |
0,5 х 10-7 |
6 |
0,8 х 10-7 |
|
Отверстия для подключения разъёма X1...X7 |
- |
0,5 х 10-7 |
43 |
0,8 х 10-7 |
|
Итого λОБЩ |
7,851 х 10-7 |
|||
|
Плата 2 |
||||
|
Микросхемы |
1 |
0,2 х 10-7 |
40 |
0,8 х 10-7 |
|
Резисторы |
0,04 |
0,1 х 10-7 |
22 |
0,064 х 10-7 |
|
Конденсаторы C2, C3,C5,C6, C7,C9,C10,C12 |
0,57 |
0,3 х 10-7 |
16 |
0,684 х 10-7 |
|
Конденсаторы C1, C4,C8,C11 |
0,225 |
0,3 х 10-7 |
8 |
0,27 х 10-7 |
|
Перемычки |
1 |
0,3 х 10-7 |
30 |
0,6 х 10-7 |
|
Диод |
4 |
0,2 х 10-7 |
16 |
|
|
Дроссель |
4 |
0,2 х 10-7 |
2 |
|
|
Паяные соединения |
||||
|
Ножки микросхем |
- |
0,5 х 10-9 |
42 |
0,26 х 10-7 |
|
Ножки резисторов |
- |
0,5 х 10-9 |
34 |
0,16 х 10-7 |
|
Ножки конденсаторов |
- |
0,5 х 10-9 |
14 |
0,06 х 10-7 |
|
Ножки перемычек |
- |
0,5 х 10-9 |
28 |
0,02 х 10-7 |
|
Ножки диода |
- |
0,5 х 10-9 |
2 |
|
|
Отверстия для подключения разъёма X1..X2 |
- |
0,5 х 10-7 |
4 |
0,8 х 10-7 |
|
Итого λОБЩ |
7,851 х 10-7 |
Рассчитывается среднее время наработки на отказ по формуле:
Тсред = 1/λОБЩ, ч (5.3)
где: λОБЩ – общая интенсивность отказов всех элементов схемы при температуре плюс 40 °С.
Тсред = 1/7,851 х 10-7 = 1273723,093
Рассчитывается вероятность безотказной работы P(t), т.е. вероятность, что не будет отказа в работе устройства в пределах заданной наработки по формуле:
P(t) = е-Тзад/Тсред (5.4)
P(t) = 2,718-20000/1273723,093= 2,718-0,000328 = 0,98442
P(t)% = 0,9739 * 100% = 98,44%
Данное устройство считается высоконадёжным, т.к. его коэффициент надёжности равен 0,98442, а процент надёжности равен 98,44%.