Визначення придатності вимірювальних каналів систем до застосування

Автор: Малецька О.Є.

Текст статті перевірено на актуальність 06.01.2022 р.

 

     Сучасний розвиток техніки дозволяє реалізовувати складні технології для  контролю технологічних процесів із значною точністю. Для цього на підприємствах впроваджують та експлуатують різні системи: вимірювально– інформаційні, автоматизовані системи контролю, автоматизовані системи управління технологічними процесами  (далі – АСУ ТП) тощо. АСУ ТП широко застосовуються для управління різними технологічними процесами на підприємстві. Такі системи встановлюються на підприємствах з 1960 р. Тому крім встановлення нових систем на підприємствах йде їх модернізація із застосуванням нових сучасних компонентів. Функціонування таких систем забезпечує оперативне отримання достовірної інформації про контрольовані параметри технологічного процесу і стан технологічного обладнання, прийняття на основі отриманої інформації оптимальних керуючих впливів на пристрої управління.

      Для отримання інформації про контрольовані параметри технологічного процесу і стан технологічного обладнання, використовуються вимірювальні канали АСУ ТП, які представляють собою сукупність датчиків, ліній зв'язку, вимірювальних перетворювачів, реєструючих та показуючих пристроїв. За сучасним розвитком вимірювальної техніки датчики об’єднуються з вимірювальними перетворювачами, а реєструючі та показуючі пристрої входять до програмно-технічного комплексу. Всі ці компоненти вимірювальних каналів (далі - ВК) систем, за міжнародним словником VIM та визначенням терміну «засіб вимірювальної техніки» за Законом України «Про метрологію та метрологічну діяльність», називають частинами вимірювальних систем.

     Програмно-технічний комплекс (далі - ПТК) являє собою гнучку структуру апаратних і програмних засобів, які забезпечують управління і контроль об'єктами. Надійний контроль і управління технологічними процесами досягається застосуванням при розробці ПТК сучасних контролерів - мікропроцесорних модулів, які виготовляються різними іноземними фірмами: «Tomson», «Serck Controls», «Emerson», «Motorolla», «MOSCAD», «АВВ», «Octagon Systems »,« Advantech »,« ICP DAS »,« GE FANUC »та іншими, а також і українськими підприємствами.

     До складу ПТК входять:

  • пристрою пунктів управління (ПУ).

  • пристрою базових контрольованих пунктів (КП), в тому числі і модулі вимірювання аналогових сигналів (аналогові модулі);

  • програмне забезпечення;

  • сервісне обладнання.

    Функціональні можливості ПТК забезпечують такі завдання контролю і управління, як:

  • автоматичний контроль технологічних параметрів;

  • обчислення витрат і обсягу речовин і матеріалів при реалізації технологічного процесу;

  • дистанційного автоматизованого і (або) автоматичного управління технологічними об'єктами.

      При виборі конструктивних і схемних рішень ПТК враховуються такі чинники:

  • гнучка структура апаратних і програмних засобів контрольованого пункту;

  • максимальна універсальність канального модуля зв'язку з об'єктом, що дозволяє забезпечити будь-яку необхідну конфігурацію аналогових і дискретних каналів;

  • забезпечення модулями вимірювання і управління необхідною кількістю параметрів КП;

  • забезпечення модулем центрального контролера КП обробки інформації з високою швидкістю і наявність достатнього числа зовнішніх портів для роботи з модулями КП, різними зовнішніми пристроями (наприклад, лічильниками обліку електроенергії, обчислювачами витрати матеріалу тощо) і модулями основного й аварійного каналів зв'язку з пунктом управління.

  Програмне забезпечення, що застосовується в ПТК, є відкритим і універсальним для будь-якої конфігурації вимірювальних і управляючих каналів, дозволяє легко тестувати і налаштовувати обладнання, забезпечує архівацію подій і дій оператора. У зв'язку з тим, що ПТК розробляються звичайно під конкретні АСУ ТП підприємства, то для встановлення метрологічних характеристик вимірювальних каналів ПТК проводиться їх метрологічний контроль, метою якого є встановлення метрологічних характеристик вимірювальних каналів ПТК і підтвердження їх відповідності вимогам технічного завдання на розробку АСУ ТП.

      Однак, крім ПТК до складу ВК входять інші складові частини. Їх метрологічні властивості теж важливі для достовірного визначення значення вимірювальної величини. Таким чином, метрологічні характеристики ВК  безпосередньо впливають на ефективність функціонування систем.

До метрологічних характеристик ВК відносять, в першу чергу: діапазон та похибку вимірювань. Під час проектування системи визначають необхідні значення цих характеристик на підставі вимог до контролю технологічних характеристик виробництва. В технічному завданні на розроблення системи встановлюються вимоги до метрологічних характеристик ВК або його частин.

    Після встановлення системи на підприємстві та дослідної її експлуатації необхідно перевірити значення метрологічних характеристик вимірювань перед впровадженням. Для цього проводять експериментальні дослідження, які до 2016 р. входили до процедури метрологічної атестації. На цей час термін «метрологічна атестація» не використовується. І тут виникає питання «А яким чином було заборонено використання цього терміну?» Дію ДСТУ 3215-95 «Метрологія. Метрологічна атестація засобів вимірювальної техніки» скасували. Однак, у перекладі Міжнародного словника з метрології (VIM) атестація застосована для терміну «валідація». Тому «метрологічну атестацію» можна замінити на «метрологічна валідація», однак, це не доцільно на підставі вимог ДСТУ iso 10012:2005, в якому використовується термін «метрологічне підтвердження», під час якого визначається, що засіб вимірювальної техніки за своїми метрологічними характеристиками придатний до застосування за призначенням.

    Для визначення придатності ВК системи до призначення необхідно провести зовнішній огляд, опробовування та експериментальні дослідження в послідовності, наведеній нижче.

1) Визначення методу досліджень – по-елементний (окремо досліджується датчик, вимірювальні перетворювачі та ПТК) або комплектний (досліджується весь ВК, еталонний сигнал подається на вхід ВК). 

2) Визначення обсягу представницької вибірки

Обсяг представницької вибірки ВК визначається у разі значної їх кількості. Якщо кількість ВК не значна, то дослідженням підлягає кожен ВК. Значна або не значна кількість встановлюється на підставі кількості ВК, які вимірюють  однорідні величини та мають однаковий склад.

3) Визначення кількості досліджуваних точок по діапазону вимірювання

Кількість досліджуваних точок в діапазоні вимірювання повинно гарантувати отримання результатів із заданою довірчою ймовірністю.

Для кожного вимірювального каналу в якості досліджуваних точок вибираються такі, які рівномірно розміщені в діапазоні вимірювання. Їх має бути не менше 5 6, включаючи 0 і 100% вимірюваної величини.

Для цього досліджуються точки 0, 25, 50, 75, 100% робочого діапазону вимірювання ВК. У разі неможливості проведення досліджень при 0 % та 100 % діапазону, проводять при 5 % та 95 % діапазону вимірювань.

4) Визначення кількості спостережень в досліджуваних точках діапазону вимірювань

Кількість спостережень в досліджуваних точках для отримання достовірних даних про похибку має бути не менше 10 циклів при зміні вхідного сигналу з боку менших (5) більших (5) значень до розрахункового значення в досліджуваній точці.

5) Набір статистичних даних результатів експериментальних досліджень ВК

Результати експериментальних досліджень Хі та значення абсолютної похибки в кожній контрольній точці заносяться до протоколу для подальшої обробки результатів вимірювань.

Абсолютна похибка Δ визначається в кожній контрольній точці ВК.

6) Визначення систематичної складової похибки

За систематичну складову похибки ВК приймається найбільше значення отриманих похибок в діапазоні вимірювання.

7) Визначення випадкової складової похибки.

За значення середнього квадратичного відхилення випадкової складової похибки ВК приймається найбільше значення за діапазоном вимірювання.

8) Визначення максимальної абсолютної похибки ВК 

9) Визначення зведеної похибки ВК

Розраховане значення похибки порівнюється із значенням похибки, встановленим у технічному завдання на розроблення або модернізацію системи, із визначенням відповідності ВК встановленим значенням.