Отчет о научно-исследовательской работе «Способы нормирования метрологических характеристик измерительных каналов измерительных систем асу тп металлургических производств» icon

Отчет о научно-исследовательской работе «Способы нормирования метрологических характеристик измерительных каналов измерительных систем асу тп металлургических производств»



НазваниеОтчет о научно-исследовательской работе «Способы нормирования метрологических характеристик измерительных каналов измерительных систем асу тп металлургических производств»
страница1/7
Дата конвертации06.07.2013
Размер0.94 Mb.
ТипОтчет
скачать >>>
  1   2   3   4   5   6   7


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ



СОГЛАСОВАНО

Директор ФБУ «Томский ЦСМ»

_____________ М.М. Чухланцева

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по НРиИ ___________ В.А. Власов




ОТЧЕТ

о научно-исследовательской работе

«Способы нормирования метрологических характеристик измерительных каналов измерительных систем АСУ ТП металлургических производств»

Шифр: х/д № 12-327/11


Научный руководитель работы

Директор ЦМ _________ Л.А. Хустенко

«___» _________ 2011


Ответственный исполнитель

инженер-метролог ЦМ _________ А.В. Лимарева

«___» _________ 2011


Томск 2011

^ СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ


Руководитель работы ______________________ Л.А. Хустенко

директор ЦМ


Ответственный исполнитель ______________________ А.В. Лимарева

инженер метролог ЦМ


Инженер-метролог ЦМ ______________________ Т.В. Данилова


Нормоконтроль ______________________ А.В. Лимарева

РЕФЕРАТ


Отчет 46 с., 4 рисунка, 1 таблица, 6 источников, 2 приложения.

ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ, ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КАНАЛ.
^

Объектом исследования являются способы нормирования метрологических характеристик измерительных каналов измерительных систем АСУ ТП металлургических производств.


Цель работы – оценка существующих способов нормирования метрологических характеристик измерительных каналов измерительных систем; разработка способов нормирования метрологических характеристик применительно к АСУ ТП металлургических производств; расчет метрологических характеристик измерительных каналов ИС АСУ ТП металлургических производств.

При выполнении работ по утверждению типа ИС, функционирующих в составе АСУ ТП ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат» исследования проводились на базе Государственного центра испытаний средств измерений ФБУ «Томский ЦСМ» и Центра метрологии ТПУ.

^ В ходе работы была проведена идентификация метрологических характеристик компонентов ИК ИС, определены метрологические характеристики ИК ИС расчетным способом.


СОДЕРЖАНИЕ





С.

Введение …………………………………………………………………………………...

6

1 Особенности измерительных систем АСУ ТП ………………………………………..

7

1.1 Измерительные системы: особенности, классификация …………………………...

7

1.2 Особенности ИС АСУТП металлургических производств ………………………...

7

2 Особенности нормирования метрологических характеристик измерительных каналов АСУ ТП …………………………………………………………………………..

12

2.1 Нормирование метрологических характеристик СИ ……………………………….

12

2.2 Особенности нормирования метрологических характеристик измерительных каналов измерительных систем …………………………………………………………..

16

2.3 Способы нормирования метрологических характеристик измерительных каналов АСУ ТП металлургических производств ……………………………………...


18

Заключение ………………………………………………………………………………...

23

Список использованных источников ……………………………………………………

24

Приложение А. Пример расчета МХ ИК ………………………………………………..

25

Приложение Б. Нормирование МХ ИК по измеряемой физической величине ……….

31


^ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ


АСУ ТП – автоматизированная система управления технологическим процессом

АЦП – аналого-цифровой преобразователь

ВВ – влияющая величина

ИВК – измерительно-вычислительный комплекс

ИИС – информационно-измерительная система

ИК – измерительный канал

ИС – измерительная система

МО – метрологическое обеспечение

МХ – метрологические характеристики

НД – нормативная документация

НСХ – номинальная статическая характеристика

НП – нормирующий преобразователь

ПИП – первичный измерительный преобразователь

ПЛК – программируемый логический контроллер

ТЭДС – термоэлектродвижущая сила

УВХ – устройство выборки-хранения

ФВ – физическая величина

ЭВМ – электронно-вычислительная машина


ВВЕДЕНИЕ


Важное значение для экономики государства и граждан имеют обеспечение безопасности производства и эксплуатации промышленной продукции и технических сооружений, контроль качества продукции, учёт энергоресурсов и др. Все существующие и строящиеся промышленные объекты в той или иной степени оснащаются средствами автоматизации, как правило, автоматизированными системами управления технологическими процессами. Особо следует выделить системы контроля и технической диагностики на промышленных предприятиях, эксплуатирующих сложные технические и технологические комплексы (гидроэлектростанции, предприятия металлургии, нефтехимии, атомной и тепловой энергетики и др.). Непонимание роли и возможностей таких систем контроля и технической диагностики приводит к гибели людей, авариям, катастрофам, большим финансовым потерям, загрязнению окружающей среды.

Решение проблем безопасности связано с непрерывным измерением многих диагностических параметров, многомерной обработкой информации, оснащением современными системами контроля, в том числе информационно-измерительными системами.

Актуальными вопросами теоретической поддержки решения проблем МО ИИС являются: регламентация МХ ИК, экспериментальное определение и контроль метрологических характеристик, прогнозирование и определение характеристик неопределенности измерений в соответствии с Руководством по выражению неопределенности измерений, оценка характеристик точности программ обработки данных.

Развитие измерительной техники, в частности ИИС, используемых в АСУ ТП, усложнение измерительных задач и условий эксплуатации СИ, выдвигает новые требования к описанию свойств СИ, прежде всего, предназначенных для системного применения. Приборы, рассчитанные на применение в качестве самостоятельных СИ, для которых назначение класса точности однозначно определяло комплекс нормированных МХ, практически непригодны при синтезе ИК ИИС. Комплекс нормированных МХ должен выбираться так, чтобы по некоторой совокупности СИ, средств вычислительной техники и других устройств, образующих ИК, можно было определить МХ всего ИК.

Развитие теоретических, методологических и организационных положений МО ИИС является в настоящее время динамично развивающейся областью как научной, так и прикладной метрологии. Совершенствование научно-методического подхода к решению основных проблем МО ИИС в современный период является актуальным.

В данной работе разработаны способы нормирования МХ ИС АСУ ТП металлургических производств (на примере АСУ ТП ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат»).


^ 1 Особенности измерительных систем АСУ ТП


1.1 Измерительные системы: особенности, классификация


В соответствии с ГОСТ Р 8.596 [1] под измерительной системой понимается совокупность измерительных, связующих, вычислительных компонентов, образующих измерительные каналы, и вспомогательных устройств (компонентов ИС), функционирующих как единое целое, предназначенной для:

– получения информации о состоянии объекта с помощью измерительных преобразований в общем случае множества изменяющихся во времени и распределенных в пространстве величин, характеризующих это состояние;

– обработки результатов измерений;

– регистрации и индикации результатов измерений и результатов их обработки;

– преобразования этих данных в выходные сигналы системы в разных целях.

Отличительной особенностью ИС является то, что они представляют собой многофункциональные средства измерений многочисленных физических величин и состоят из множества компонентов, работающих в различных условиях эксплуатации.

Актуальной является задача метрологического обеспечения ИС, входящих в АСУ ТП (рисунок 1). В этих системах на функциональном уровне выделяют измерительные каналы (ИК), представляющие собой совокупность измерительных, связующих, вычислительных, комплексных и вспомогательных компонентов [1].


Рисунок 1 – Обобщенная структура ИИС и АСУ ТП


Классификация ИС и ИК более подробно рассмотрена в [2].


^ 1.2 Особенности ИС АСУ ТП металлургических производств


Объекты управления в металлургии отличаются своей сложностью, нелинейностью и нестационарностью, что затрудняет получение точных математических моделей технологических процессов. В силу этого системы управления и автоматизированные системы управления металлургическими процессами для своего эффективного функционирования требуют периодического уточнения статических и динамических характеристик объектов управления, а значит, и изменения управляющих воздействий в соответствии с изменениями параметров объекта.

Чаще всего АСУ ТП имеют трехуровневую структуру. Пример структурной схемы комплекса технических средств такой системы приведен на рисунке 2.

На верхнем уровне (вычислительные компоненты) с участием оперативного персонала решаются задачи диспетчеризации процесса, оптимизации режимов, подсчета технико-экономических показателей производства, визуализации и архивирования процесса, диагностики и коррекции программного обеспечения системы. Верхний уровень АСУ ТП реализуется на базе серверов, операторских (рабочих) и инженерных станций.

На среднем уровне (комплексные компоненты) – задачи автоматического управления и регулирования, пуска и останова оборудования, логико-командного управления, аварийных отключений и защит. Средний уровень реализуется на основе ПЛК.

Нижний (полевой) уровень (измерительные компоненты) АСУ ТП обеспечивает сбор данных о параметрах технологического процесса и состояния оборудования, реализует управляющие воздействия. Основными техническими средствами нижнего уровня являются датчики и исполнительные устройства, станции распределенного ввода/вывода, пускатели, концевые выключатели, преобразователи частоты.


Рисунок 2 – Пример структурной схемы распределенной АСУ ТП

Уровень ввода/вывода (полевой уровень)

Упрощенная схема ввода/вывода с использованием станции распределенной периферии приведена на рисунке 3. Полевая шина Profibus DP (Process field bus Distributed Periphery) позволяет соединить до 125 устройств, до 32 на сегмент (ПЛК, станций распределенной периферии, интеллектуальных датчиков и исполнительных устройств). Станция распределенной периферии состоит из трех основных компонент:

  • базовой панели (Baseplate), на которую в специальные слоты устанавливают модули ввода/вывода и интерфейсные модули, или специальной профильной рейки, на которую крепятся модули;

  • модулей ввода/вывода (I/O Modules);

  • интерфейсных модулей (Interface modules), обеспечивающих обмен данными с ПЛК через цифровую полевую шину.


Рисунок 3 Схема ввода/вывода с использованием станции распределенной периферии


Количество слотов под установку модулей может быть различным (чаще всего от 2 до 16). Крайний левый слот обычно используется для установки интерфейсного модуля. Блок питания может быть установлен на базовой панели или может быть использован отдельный (внешний) блок. Внутри базовой панели проходят две шины: одна служит для подачи питания на установленные модули, другая – для информационного обмена между модулями.


Сигнальные модули (модули ввода/вывода)

Модули ввода/вывода бывают 4 типов:

1 Сигнальные модули аналогового ввода (AI, analogue input). Они принимают от датчиков, подключенных к его входам, электрические сигналы унифицированного диапазона, например:

  • (0-20) mA или (4-20) mA (токовый сигнал);

  • (0-10) V или (0-5) V (потенциальный сигнал);

  • сигналы от термопар (TC) измеряются миливольтами;

  • сигналы от термосопротивлений (RTD).

2 Сигнальные модули дискретного ввода (DI, discrete input). Принимают от датчиков дискретный электрический сигнал, который может иметь только два значения: или 0 или 24 V (в редких случаях 0 или 220 V).

3 Сигнальные модули дискретного вывода (DO, discrete output). В зависимости от внутреннего логического состояния выхода («1» или «0») устанавливает на клеммах дискретного выхода напряжение 24 V или 0 V соответственно. Есть вариант, когда модуль в зависимости от логического состояния выхода просто замыкает или размыкает внутренний контакт (модуль релейного типа).

4 Сигнальные модули аналогового вывода (АО, analogue output) используются для подачи токового управляющего сигнала на исполнительные механизмы с аналоговым управляющим сигналом.

В современных системах расположение модулей ввода/вывода на базовой плате строго не регламентировано, и их можно устанавливать в произвольном порядке. Однако один или несколько слотов, как правило, зарезервированы под установку коммуникационного модуля. Иногда возможна установка сразу двух коммуникационных модулей, работающих параллельно. Это делается для повышения отказоустойчивости системы ввода/вывода.

Одним из жестких требований, предъявляемых к современным подсистемам ввода/вывода, является возможность «горячей» замены модулей без отключения питания (функция hot swap).

Коммуникационные модули обеспечивают обмен данными между ПЛК, станциями распределенной периферии, интеллектуальными датчиками и исполнительными устройствами. Модули поддерживают один из коммуникационных протоколов:

  • Profibus DP;

  • Profibus PA;

  • Modbus RTU;

  • HART;

  • CAN и др.


Обработка аналоговых сигналов в процессе ввода в контроллер

Для ввода аналогового сигнала в контроллер и его последующей обработки, он должен быть оцифрован, т.е. преобразован в цифровой код. Процесс обработки сигнала от аналогового датчика до использования в контроллере схематически показан на рисунке 4.

 


Рисунок 4 – Схема обработки аналогового сигнала при вводе в контроллер


Сигналы от датчиков доводятся до нормированного уровня ((4 – 20) mA, (0 – 10) V) нормирующими преобразователями (НП) и проходят этап аналоговой фильтрации. Аналоговые фильтры позволяют устранить высокочастотные шумы, которые могут быть вызваны, например, электромагнитными помехами при передаче сигнала по кабелю.

Необходимо отметить, что сигнал должен быть отфильтрован от высокочастотных шумов до цифровой обработки в контроллере. Это является необходимым условием правильного выбора периода дискретизации при вводе сигнала. Дело в том, что для адекватного восстановления исходного аналогового сигнала по дискретным данным, частота дискретизации должна не менее чем в два раза превышать наивысшую частоту в спектральном разложении вводимого сигнала (спектральный состав может быть получен в результате разложения сигнала в ряд Фурье). При более низкой частоте дискретизации в восстановленном сигнале появится ложная составляющая (так называемая псевдочастота), которую невозможно детектировать и устранить на этапе цифровой обработки. Наличие высокочастотного шума потребует очень высокой частоты дискретизации (частоты опроса датчика), что будет неоправданно загружать контроллер.

Отфильтрованные сигналы от датчиков поступают на аналоговый мультиплексор, основное назначение которого – последовательное подключение сигналов от N датчиков к УВХ и аналого-цифровому преобразователю (АЦП) для дальнейшей обработки. Такая схема позволяет существенно снизить общую стоимость системы ввода за счет применения только одного УВХ и АЦП на все каналы аналогового ввода. УВХ запоминает мгновенное значение сигнала в момент подключения датчика и удерживает его постоянным на своем выходе на время преобразования в АЦП.

В контроллере введенный цифровой сигнал проверяется на физическую достоверность и, при необходимости, проходит этап цифровой (программной) фильтрации [3].


2 Особенности нормирования метрологических характеристик измерительных каналов АСУ ТП


^ 2.1 Нормирование метрологических характеристик СИ


Под нормированием метрологических характеристик понимается установление границ на допустимые отклонения реальных метрологических характеристик средств измерений от их номинальных значений. Только посредством нормирования метрологических характеристик можно добиться их взаимозаменяемости и обеспечить единство измерений. Реальные значения метрологических характеристик определяют при изготовлении средств измерений и затем проверяют периодически во время эксплуатации. Если при этом хотя бы одна из метрологических характеристик выходит за установленные границы, то такое средство измерений либо подвергают регулировке, либо изымают из обращения.

MX отражают свойства СИ (ИК), оказывающие определяющее влияние на результат и точность измерений.

Общие принципы нормирования, применяемые к ИС:

возможность сравнения и выбора СИ,

возможность определения неопределенности измеряемой величины с учетом нормируемых MX практически реализуемыми методами,

возможность определения оценки (мер) неопределенности результатов измерений, проводимые с помощью данного СИ.

Особенности ИС обуславливают специфику регламентации их метрологических свойств, и следует учитывать:

особенности выпуска и комплектования систем;

условия их эксплуатации с учетом пространственной распределенности компонентов системы;

использование в составе систем сложных вычислительных устройств.

Если ИС выпускается и комплектуется как единое целое, то в НД устанавливаются MX ИК в целом, а также методы их контроля. Если ИС строится по агрегатному принципу, то тогда регламентируются расчетные MX и методы расчета MX ИК систем по MX входящих в их состав компонентов, либо нормируют индивидуальные характеристики ИК систем и методы их экспериментального определения.

Если все компоненты ИС находятся в одинаковых внешних условиях, то функции влияющих величин и дополнительные составляющие неопределенности, возникающие под их воздействием, нормируются как для обычных СИ. Нормирование и определение ВВ – исключительно сложная задача, для решения которой прибегают к планированию эксперимента. Если функция влияния одной ВВ на MX зависит от других ВВ – необходимо нормировать и определять многомерные функции влияния и проводить многофакторный эксперимент.

При использовании аналоговых вычислительных устройств, их рассматривают как обычный измерительный компонент системы и соответствующим образом нормируют его MX. Если используют сложные вычислительные устройства (включая ЭВМ), то возникает задача регламентации MX алгоритмов вычислений.

Основной структурной единицей ИС является ИК (последовательная цепь измерительных компонентов, соединенная каналами связи).

Началом ИК является либо вход системы, либо выход промежуточного устройства, от которого расходятся несколько таких последовательных цепей, концом ИК является выход системы, либо вход системы разветвления.

Таким образом, чтобы достаточно полно описать метрологические свойства системы, необходимо нормировать MX:

^ ИК системы;

измерительных компонентов системы;

аналоговых вычислительных компонентов;

алгоритмов вычисления, реализуемых цифровыми вычислительными компонентами [4].

Основными нормируемыми МХ СИ, согласно нормативным документам, являются характеристики, приведенные в таблице 1.


Таблица 1 – Перечень нормируемых МХ СИ

Обозначение НД

Нормируемые МХ

ГОСТ 8.009 ГСИ. Нормирование и использование метрологических характеристик средств измерений

^ 1 характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправки):

– функция преобразования измерительного преобразователя;

– значение однозначной или значения многозначной меры;

– цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры;

– вид выходного кода, число разрядов кода, цена единицы наименьшего разряда кода средств измерений.

^ 2 характеристики погрешностей средств измерений:

– характеристики систематической составляющей погрешности средств измерений;

– характеристики случайной составляющей погрешности средств измерений;

– характеристика случайной составляющей погрешности от гистерезиса – вариация выходного сигнала;

– значение погрешности;

– функции или плотности распределения вероятностей систематической и случайной составляющих погрешности;

– математические определения статистических характеристик погрешности средств измерений.

^ 3 характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам:

– функции влияния;

– изменения значений метрологических характеристик средств измерений, вызванные изменениями влияющих величин в установленных пределах.

^ 4 динамические характеристики средств измерений:

– переходная характеристика;

– импульсная переходная характеристика;

– амплитудно-фазовая характеристика;

– амплитудно-частотная характеристика;

– совокупность амплитудно-фазовой и амплитудно-частотной характеристик;

– время реакции;

– коэффициент демпфирования;

– постоянная времени;

– значение амплитудно-частотной характеристики на резонансной частоте;

– значение резонансной собственной круговой частоты.

^ 5 характеристики средств измерений, отражающие их способность влиять на инструментальную составляющую погрешности измерений вследствие взаимодействия средств измерений с любым из подключенных к их входу или выходу компонентов;

^ 6 неинформативные параметры выходного сигнала средства измерений.

МИ 2439 ГСИ. Метрологические характеристики измерительных систем. Номенклатура. Принципы регламентации, определения и контроля

Расчетный метод:

^ 1 характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправки):

– выходной код, число разрядов кода, номинальная цена единицы наименьшего разряда кода измерительного канала измерительной системы;

– номинальная статическая характеристика преобразования измерительного канала измерительной системы;

^ 2 характеристики погрешностей средств измерений:

– характеристики систематической составляющей погрешности измерительного канала измерительной системы;

– характеристики случайной составляющей погрешности измерительного канала измерительной системы;

– характеристика погрешности измерительного канала измерительной системы;

– предел допускаемого значения вариации выходного сигнала или показаний измерительного канала измерительной системы;

^ 3 характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам:

– номинальная функции влияния и предел допускаемого отклонения от номинальной функции или граничные функции влияния измерительного канала измерительной системы;

– наибольшие допускаемые изменения метрологических характеристик измерительного канала измерительной системы, вызванные отклонением внешних влияющих величин и неинформативных параметров входного сигнала от номинальных значений;

^ 4 динамические характеристики измерительного канала ИС:

– передаточная функция;

– импульсная весовая функция;

– переходная характеристика;

– амплитудно-фазовая характеристика;

– время установления показаний или выходного сигнала измерительного канала измерительной системы;

^ 5 неинформативные параметры выходного сигнала измерительного канала ИС;

6 характеристики линии связи, если она появляется как компонент ИС только при монтаже на объекте.

Расчетно-экспериментальный метод:

^ 1 градуировочная характеристика;

2 таблица поправок для измерительного канала ИС;

3 характеристики погрешности средств измерений:

– характеристики систематической составляющей погрешности измерительного канала измерительной системы;

– характеристики случайной составляющей погрешности измерительного канала измерительной системы;

– характеристики погрешности измерительного канала измерительной системы;

– вариация выходного сигнала измерительного канала измерительной системы;

^ 4 динамические характеристики измерительного канала ИС;

5 неинформативные параметры выходного сигнала измерительного канала ИС;

6 характеристики чувствительности измерительного канала ИС:

– функция влияния измерительного канала измерительной системы.

РМГ 62 ГСИ. Обеспечение эффективности измерений при управлении технологическими процессами. Оценивание погрешности измерений при ограниченной исходной информации

^ 1 характеристики погрешностей средств измерений:

– значение погрешности (основной и дополнительной).

2 динамические характеристики средств измерений:

– амплитудно-частотные характеристики;

– интервал времени установления выходного сигнала.

ГОСТ Р 8.596 ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения

^ 1 характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправки):

– функция преобразования измерительного преобразователя;

– значение однозначной или значения многозначной меры;

– цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры;

– вид выходного кода, число разрядов кода, цена единицы наименьшего разряда кода средств измерений.

^ 2 характеристики погрешностей средств измерений:

– характеристики систематической составляющей погрешности средств измерений;

– характеристики случайной составляющей погрешности средств измерений;

– характеристика случайной составляющей погрешности от гистерезиса – вариация выходного сигнала;

– значение погрешности;

– функции или плотности распределения вероятностей систематической и случайной составляющих погрешности;

– математические определения статистических характеристик погрешности средств измерений.

^ 3 характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам:

– функции влияния;

– изменения значений метрологических характеристик средств измерений, вызванные изменениями влияющих величин в установленных пределах.

^ 4 динамические характеристики средств измерений:

– переходная характеристика;

– импульсная переходная характеристика;

– амплитудно-фазовая характеристика;

– амплитудно-частотная характеристика;

– совокупность амплитудно-фазовой и амплитудно-частотной характеристик;

– время реакции;

– коэффициент демпфирования;

– постоянная времени;

– значение амплитудно-частотной характеристики на резонансной частоте;

– значение резонансной собственной круговой частоты.

^ 5 характеристики средств измерений, отражающие их способность влиять на инструментальную составляющую погрешности измерений вследствие взаимодействия средств измерений с любым из подключенных к их входу или выходу компонентов;

^ 6 неинформативные параметры выходного сигнала средства измерений.

ГОСТ 8.508 ГСИ. Метрологические характеристики средств измерений и точностные характеристики средств автоматизации ГСП. Общие методы оценки и контроля

^ 1 характеристики погрешностей средств измерений:

– характеристики систематической составляющей погрешности средств измерений;

– характеристики случайной составляющей погрешности;

– вариация;

– характеристика погрешности средств измерений.

^ 2 характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам:

– функции влияния;

– наибольшие допускаемые изменения метрологических (точностных) характеристик.

^ 3 динамические характеристики средств измерений:

– импульсная характеристика;

– переходная характеристика;

– передаточная функция;

– комплексная частотная характеристика;

– амплитудно-частотная характеристика;

– фазо-частотная характеристика;

– время запаздывания результатов измерений;

– время установления выходного сигнала.

ГОСТ 8.586.5 ГСИ. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Часть 5. Методика выполнения измерений

1 характеристики погрешностей средств измерений:

– значение погрешности (основной и дополнительной).

ГОСТ 22261 Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия

^ 1 характеристики погрешностей средств измерений:

– значение погрешности (основной и дополнительной);

2 динамические характеристики:

– дифференциальное уравнение;

– импульсная характеристика;

– переходная характеристика;

– передаточная функция;

– совокупность амплитудных и фазо-частотных характеристик.


При анализе нормативных документов можно сделать вывод, что существуют различные подходы в нормировании метрологических характеристик, необходима разработка оптимальных способов регламентации и контроля метрологических характеристик средств измерений.


^ 2.2 Особенности нормирования метрологических характеристик измерительных каналов измерительных систем


Нормирование метрологических характеристик измерительных каналов относится к одному из видов деятельности по метрологическому обеспечению измерительных систем в соответствии с ГОСТ Р 8.596 [1]. Стандарт указывает также, что ИС являются разновидностью средств измерений и на них распространяются все общие требования к средствам измерений. Однако практика показывает, что МО ИС АСУ ТП имеет свою специфику [5-6]. На этапе нормирования собственно решается проблема легализации ИС как средства измерений.

Отметим особенности нормирования метрологических характеристик ИК АСУ ТП:

1) Особенности развития самих систем контроля и технической диагностики, в том числе:

а) увеличение масштаба (многофункциональность) ИС:

  • измерение разнородных ФВ (электрические ФВ, теплотехнические, расход, уровень, содержание веществ в газах и т.д.);

  • применение ИВК в составе ИС;

  • увеличение групп ИК (сформированных по виду, диапазону измеряемой ФВ, по составу ИК);

  • распределенная многоуровневая структура;

  • модульность исполнения;

б) возрастающая интеллектуализация систем и их компонентов за счёт широко использования вычислительных подсистем и, соответственно, увеличение роли и усложнение программного обеспечения в функционировании ИС;

в) использование резервных подсистем и встроенных средств контроля и самодиагностики «провоцируют» на поиск оптимальных способов регламентации МХ ИК ИС.

2) При нормировании МХ ИС рациональным является подход, при котором всё многообразие измеряемых величин и соответствующих измерительных компонентов разделено на группы. При построении структуры ИС для объединения в группы можно использовать разные признаки: измеряемая физическая величина, ее диапазон, тип измерительных компонентов, состав измерительного канала и т.д. Данный вопрос решается в результате анализа специфических особенностей и назначения ИС. Для ИС, предназначенной для контроля параметров сложного технологического объекта (например, металлургического предприятия), оптимальным является группировка ИК по виду и диапазону измеряемой физической величины.

3) Трудности вызывает поиск и выбор оптимального способа регламентации метрологических характеристик ИС. В соответствии с МИ 2439 «ГСИ. МХ ИС. Номенклатура. Принципы регламентации, определения и контроля» для ИС регламентируются МХ ИК в целом, МХ входящих в них компонентов (или их некоторой совокупности – комплексных компонентов), в виде: нормируемых значений (норм), экспериментально или (и) расчётно-определяемых значений. Актуальность проблемы обусловлена особенностями создания и эксплуатации ИС, не позволяющими зачастую осуществить комплектную поверку (калибровку) канала.

На практике, обычно, применяется метод двухкомпонентной декомпозиции ИС, которая позволяет охватить ИК со структурой практически любой сложности за счёт последовательного применения метода расчёта двухкомпонентного канала. Если канал состоит из n (n>2) компонентов с известными МХ, то в принципе, можно рассчитать результирующую МХ. Однако неизбежные допущения расчётного метода снижают достоверность результатов расчёта.

4) Обычно при проектировании ИС АСУ ТП выбираются ПИП с заведомо широким диапазоном измеряемых величин, для которых нормированы границы приведённой погрешности измерений. При оценивании же суммарной погрешности ИК приходится делать выбор, – для каких значений из диапазона нормировать относительную погрешность измерений, чтобы она не превышала разумную, была адекватна измерительной задаче. В этом случае целесообразно выделить (назначить), так называемый, рабочий диапазон (нормальный режим – нормально протекающий технологический режим).

5) Как правило, системы контроля и диагностики АСУ ТП содержат большое количество ИК с труднодоступными ПИП (например, «вмурованные» в доменную печь термопары). В этом случае, невозможно осуществить бездемонтажный контроль МХ ПИП, а также поверку. Необходима разработка новых подходов к обеспечению метрологической надёжности подобных СИ.

6) ИК ИС АСУ ТП зачастую комплектуются средствами измерений утверждённых типов, но при этом включают блоки от разных модификаций, хотя и согласующиеся по техническим характеристикам. Трудность составляет поиск достоверных данных о нормированных МХ таких блоков. Целесообразно пользоваться базами данных Федерального информационного фонда в области обеспечения единства измерений Росстандарта (госреестра СИ утверждённых типов).

Для решения проблем нормирования метрологических характеристик измерительных каналов измерительных систем входящих в АСУ ТП необходимо продолжить исследования в области:

- разработки оптимальных способов регламентации и контроля МХ СИ, работающих в широком диапазоне изменения влияющих величин;

- обеспечения метрологической надёжности сложных технических систем контроля и диагностики, входящих в АСУ ТП, в том числе относящихся к промышленно опасным объектам.


^ 2.3 Способы регламентации метрологических характеристик измерительных каналов АСУ ТП металлургических производств


Согласно МИ 2439 существует два способа регламентации МХ измерительных каналов:

1 Метрологические характеристики измерительных каналов измерительных систем, нормируемые или определяемые расчетом.

2 Метрологические характеристики измерительных каналов измерительных систем, определяемые экспериментально или расчетно-экспериментально.

Первый способ нормирования МХ ИК наиболее применим для измерительных систем обладающими следующими признаками:

– ИС как единое законченное изделие комплектуется на заводе изготовителе;

– разнесенность измерительных компонентов, не препятствующая контролю и определению МХ ИК ИС экспериментальным путем;

– состав измерительных компонентов остается неизменным в процессе эксплуатации;

– ИС снабжена комплектом из небольшого числа сменных измерительных компонентов, позволяющих изменять ее состав в зависимости от целей измерений;

– размещение измерительных компонентов на объекте, где установлена ИС, не препятствует доступу к ее входу с целью контроля и определения ее MX;

– некоторые измерительные компоненты ИС размещены на перемещающемся объекте и в процессе эксплуатации работают с различными экземплярами остальной части ИС;

– ИС параллельной структуры или сканирующая ИС;

– ИС последовательно-параллельной структуры с малым числом параллельных частей однотипных измерительных каналов, сходящихся к одной и той же точке ИС;

– ИС последовательно-параллельной структуры с большим числом параллельных частей однотипных измерительных каналов, сходящихся к одной и той же точке ИС.

Второй способ нормирования МХ ИК наиболее применим для измерительных систем обладающими следующими признаками:

– различные измерительные компоненты выпускаются различными заводами-изготовителями. ИС как единое законченное изделие комплектуется только при монтаже на месте эксплуатации;

– разнесенность измерительных компонентов, затрудняющая контроль и определение MX измерительных каналов ИС;

– ИС снабжена комплектом из большого числа сменных измерительных компонентов, позволяющих изменять ее состав в зависимости от целей измерений;

– предусмотрено наращивание ИС в процессе эксплуатации;

– особенности размещения измерительных компонентов на объекте, где установлена ИС, препятствуют доступу к ее входу с целью контроля и определения ее MX.

Исследования в области нормирования метрологических характеристик измерительных каналов АСУ ТП металлургических производств проводились на базе Государственного центра испытаний средств измерений ФБУ «Томский ЦСМ» и Центра метрологии ТПУ, метрологические характеристики ИК определялись для ИС входящих в состав АСУ ТП ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат».

По перечисленным выше признакам метрологические характеристики исследуемых систем определяли с помощью расчетного метода.

При нормировании МХ ИС рациональным является подход, при котором все многообразие измеряемых величин и соответствующих измерительных компонентов разделено на группы. Для ИС ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат» оптимальной является группировка ИК по измеряемой физической величине (Приложение Б).

Метрологические характеристики измерительных и комплексных компонентов ИС принимались равными значениям, приведенным в эксплуатационной документации (паспорт, формуляр, описание типа и др.) СИ при наличии на них свидетельств о поверке.

Для термопреобразователей сопротивления ТСП, ТСМ, ТСН классов допуска А, В, С пределы допускаемого отклонения сопротивления от НСХ выбирались в соответствии с ГОСТ 6651.

Для разных типов термопар в зависимости от диапазона рабочих температур пределы допускаемых отклонений ТЭДС от НСХ преобразования, выраженные в температурном эквиваленте, выбирались в соответствии с ГОСТ Р 8.585.

При расчете метрологических характеристик ИК ИС оценивались основная погрешность ИК и погрешность ИК в рабочих условиях.

Для ИК расхода, в которых ПИП являются расходомеры, погрешность нормируют в относительной форме. Погрешность ИК температуры нормируют в абсолютной форме. Для ИК, в которых ПИП являются преобразователи давления, погрешность нормируют в приведенной форме.

  1   2   3   4   5   6   7




Похожие:

Отчет о научно-исследовательской работе «Способы нормирования метрологических характеристик измерительных каналов измерительных систем асу тп металлургических производств» iconЛабораторная работа №6 «исследование генераторов измерительных сигналов»
Цель работы: Изучить назначение, принципы построения и метрологические характеристики генераторов измерительных сигналов. Освоить...
Отчет о научно-исследовательской работе «Способы нормирования метрологических характеристик измерительных каналов измерительных систем асу тп металлургических производств» iconМодуль 9 «Информационно-измерительные системы (Lab View)»
Ознакомление с организацией распределенных измерительных систем и освоение популярных методов решения измерительных задач с использованием...
Отчет о научно-исследовательской работе «Способы нормирования метрологических характеристик измерительных каналов измерительных систем асу тп металлургических производств» iconОтчет о научно-исследовательской работе
Роль персонала в обеспечении безопасности функционирования технологических систем
Отчет о научно-исследовательской работе «Способы нормирования метрологических характеристик измерительных каналов измерительных систем асу тп металлургических производств» iconОбразовательная программа 200100 Приборостроение Дисциплина Точность измерительных приборов Семестр 9
Целью дисциплины является формирование у студентов знаний и навыков необходимых для оценки точности измерительных приборов
Отчет о научно-исследовательской работе «Способы нормирования метрологических характеристик измерительных каналов измерительных систем асу тп металлургических производств» iconРеферат на тему "Влияние среды распространения на точностные характеристики оптических измерительных систем"
Влияние среды распространения на точностные характеристики оптических измерительных систем”
Отчет о научно-исследовательской работе «Способы нормирования метрологических характеристик измерительных каналов измерительных систем асу тп металлургических производств» iconНовые технологии измерений на основе виртуальных измерительных систем

Отчет о научно-исследовательской работе «Способы нормирования метрологических характеристик измерительных каналов измерительных систем асу тп металлургических производств» iconВо Всероссийской научно-методической конференции «Единый государственный экзамен: содержание контрольно-измерительных материалов, использование результатов»
На участие во Всероссийской научно-методической конференции «Единый государственный экзамен: содержание контрольно-измерительных...
Отчет о научно-исследовательской работе «Способы нормирования метрологических характеристик измерительных каналов измерительных систем асу тп металлургических производств» iconВлияние среды распространения на точностные характеристики оптических измерительных систем

Отчет о научно-исследовательской работе «Способы нормирования метрологических характеристик измерительных каналов измерительных систем асу тп металлургических производств» iconВлияние среды распространения на точностные характеристики оптических измерительных систем

Отчет о научно-исследовательской работе «Способы нормирования метрологических характеристик измерительных каналов измерительных систем асу тп металлургических производств» iconУтверждаю
«Слесарь контрольно-измерительных приборов и автоматики» и специалистов со средним профессиональным образованием по специальности...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©rushkolnik.ru 2000-2015
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы