Методика поверка измерительной системы. Поверка и калибровка информационно измерительных систем
Полезная модель относится к вычислительной технике, к ее применению в области метрологии, а именно, к калибровке измерительных каналов автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) промышленных объектов, например, теплоэнергетики.
Задачей полезной модели было создание эффективной системы калибровки измерительного канала АСУ ТП, за счет автоматизирования процесса.
Поставленная задача решена за счет того, что в системе калибровки измерительных каналов автоматизированных систем управления технологическими процессами, включающей стационарный персональный компьютер, содержащий программу идентификации и калибровки каналов. включая набор необходимых эталонных сигналов по каждому каналу. соединенный с выходом измерительного канала и блок связи, последний состоит из двух радиомодемов, первый радиомодем подключен к стационарному персональному компьютеру, а второй радиомодем -к карманному персональному компьютеру, к выходу которого подключен вход генератора эталонных сигналов, выход которого подключен ко входу измерительного канала.
Полезная модель относится к вычислительной технике, к ее применению в области метрологии, а именно калибровке измерительных каналов автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) промышленных объектов, например, теплоэнергетики.
АСУ ТП объектов теплоэнергетики относится к системам типа ИС-2 "Государственный стандарт Р Ф. Государственная система обеспечения единства измерений. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения. Госстандарт России. Москва, 2002"./1/.
Одной из функций АСУ ТП является измерение физических величин (например, давлений, расходов, температур). В распределенной архитектуре АСУ ТП выделяют измерительный канал (ИК). Измерительный канал обладает метрологическими характеристиками. влияющими на точность результата измерений. На практике требуется периодическое подтверждение метрологических характеристик, или калибровка, измерительных каналов /1/.
Измерительный канал подвергают покомпонентной калибровке: демонтированные первичные измерительные преобразователи (датчики) - в лабораторных условиях: вторичную часть - комплексный компонент, включая линии связи, - на месте установки измерительной системы /1/.
Известна система, патентуемая под названием "PDA INSTRUMENT / PROCESS CALIBRATOR" (WO 0215109 European Patent Office)/2/.
Техническое решение представляет собой так называемый Калибратор, который объединяет в своем корпусе источник эталонного сигнала или задатчик, KПK (карманный персональный компьютер или наладонный компьютер), предоставляющий пользователю средства ввода для получения пользовательских инструкций по управлению источником-калибратором, а так же средства вывода, главным образом графические, для отображения идентификационной информации и результатов калибровки. Калибратор включает в себя также сигнальный сенсор для замера величины электрического сигнала и интерфейсом для передачи величины измеренного сигнала в наладонный компьютер.
Существенными недостатками этого решения являются:
Калибратор предназначен для калибровки непротяженных измерительных каналов с измерительными модулями, расположенными вблизи датчиков и выдающими цифровое значение измеренного сигнала.
Подобный калибратор не подходит для калибровки протяженных измерительных каналов АСУ ТП, в которых получение измеренного измерительным каналом значения происходит на некотором стационарном компьютере, где и происходит статистическая обработка полученных данных. Наиболее близкой по техническим признакам к предлагаемому техническому решению является существующая система калибровки измерительных каналов, которая предполагает работу двух специалистов-калибровщиков. Один из них работает на стационарном компьютере, где запущена программа калибровки, которая принимает измеренные значения с калибруемого канала, формирует выборку, производит расчет метрологических характеристик и выдает информацию о результате калибровки в виде сертификата годности канала. Второй подает на вход измерительного канала некоторые значения эталонного сигнала, которые ему сообщает первый специалист.
"Государственный комитет Российской федерации по стандартизации, метрологии и сертификации. Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической
службы (ВНИИМС). Рекомендация. Государственная система обеспечения единства измерений. Метрологические характеристики измерительных систем. Номенклатура. Принципы регламентации, определения и контроля. МИ 2439-97. Москва 1997." /3/ "Методика приемки, наладки и сдачи в эксплуатацию измерительных каналов информационно-измерительных систем. РД 153-34.0-11.204-97. Служба передового опыта ОРГРЭС. Москва 1999"./4/.
Существующий метод калибровки измерительных каналов недостаточно эффективен из-за значительных затрат времени на калибровку одного канала. Это связано с привлечением ручного труда, несовершенством средств связи, а так же пользовательского интерфейса программы калибровки.
В частности, к недостаткам пользовательского интерфейса можно отнести потребность в ручном внесении настроек процесса, таких как класс точности канала, сечений диапазона измерений, единиц измерения, серийных номеров каналов и других. Это необходимо делать при проверке каждого канала.
Задача полезной модели - создание более эффективной системы калибровки измерительного канала АСУ ТП, за счет автоматизирования процесса.
Поставленная задача решена за счет того, что в известной системе калибровки измерительных каналов, включающей стационарный персональный компьютер (СПК), содержащий программу идентификации и калибровки каналов, в том числе набор необходимых эталонных сигналов по каждому каналу, к которому подключен выход измерительного канала, и блок связи связи, в качестве блока связи используется первый и второй радиомодемы, первый радиомодем подключен к стационарному персональному компьютеру, второй радиомодем - к карманному персональному компьютеру, ко входу измерительного канала подключен выход генератора эталонных сигналов, вход которого подключен к выходу карманного персонального компьютера (КПК), который осуществляет управление генератором по командам, получаемым через радиомодемы от СПК.
Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что за счет применения КПК, программируемого генератора эталонного сигнала и беспроводных технологий связи удалось сократить ручной труд, затрачиваемый на проведение процесса калибровки. Программа калибровки, запущенная на стационарном ПК, работает в автоматическом режиме и управляется программой с КПК через беспроводную связь.
Положительным в предлагаемой системе калибровки является также то, что хранение всей необходимой для инициализации процесса калибровки информации о калибруемом измерительном канале осуществляется в базе данных на стационарном ПК. Процессом может управлять один человек, с карманного персонального компьютера. Описание системы калибровки измерительных каналов АСУ ТП
Описание системы калибровки ИК поясняется рисунком, где на фигуре 1 приведена структурная схема системы.
На фигуре введены обозначения:
1. Измерительный канал АСУ ТП.
2. Стационарный персональный компьютер (СПК) для метрологической обработки данных.
3. Карманный персональный компьютер (КПК)
4. Первый радиомодем
5. Второй радиомодем.
6. Программируемый генератор эталонного сигнала.
7. Датчик.
8. Вход измерительного канала для подключения датчика.
Система включает стационарный персональный компьютер для метрологической обработки данных 2, соединенный с выходом измерительного канала 1 и первым радиомодемом 4; карманный персональный компьютер 3, к которому подключен второй
рамодемом 4; карманный персональный компьютер 3, к которому подключен второй радиомодем 5 и программируемый генератор эталонного сигнала 6, выход которого подключен ко входу 8 измерительного канала 1.
Описание функционирования системы калибровки
1. Отключение датчика 7 и подключение генератора эталонных сигналов 6 ко входу измерительного канала 8.
2. Установление связи между СПК 2 и КПК 3 посредством второго и первого радиомодемов.
3. Выбор канала по его коду или наименованию на интерфейсе КПК 3. При выборе канала посылается запрос на СПК на котором из базы данных или из перечня измерительных каналов выбирается вся необходимая информация об этом канале:
диапазон измерения, класс точности канала, сведения о датчике (тип, наименование, класс точности), заводской номер измерительного модуля другая информация, необходимая для организации процесса калибровки и для внесения в сертификат.
4. Запуск автоматической процедуры сбора измеренных значений и статистической обработки выборки. После сигнала с КПК 3 о готовности, программа СПК начинает передавать задания генератору эталонных сигналов (калибратору) 6. В каждом цикле (сечении диапазона измерения) стационарный ПК дожидается ответа с КПК о выставленном на входе канала значении, а затем собирает с заданным периодом измеренные каналом значения.
5. Мониторинг процесса калибровки, просмотр результатов. Во время автоматического выполнения процесса калибровки на КПК отображается информация о ходе процесса калибровки канала: текущее измеренное значение, отклонение это значения от эталонного и другая служебная информация.
В конкретной реализации полезной модели был использован карманный персональный компьютер (КПК) с интерфейсом RS232 и инфракрасным портом (ИКП) реализующим функции второго интерфейса RS232. К первому интерфейсу RS232 подключен программируемый калибратор. Радиомодем соединяется с КПК через инфракрасный порт. Калибратор подключается к входу измерительному канала вместо соответствующего датчика. Радиомодемы КПК и стационарного ПК обеспечивают беспроводную связь между компьютерами. Основная часть функций по калибровке ИК решена на КПК. На КПК установлено программное обеспечение, которое через интерфейс RS232 управляет калибратором, получая через радиомодем соответствующие инструкции со стационарного АРМ. Также, программа стационарного ПК передает на КПК другую служебную информацию о ходе процесса калибровки. Калибратор служит для формирования на входе ИК аналогового сигнала требуемой величины или эмуляции магазина сопротивлений.
В качестве генератора эталонного сигнала (калибратора) был выбран калибратор с возможностью программирования его через интерфейс RS232, что дает возможность избежать ручного внесения инструкций по установке того или иного значения на калибраторе.
Для обеспечения беспроводной связи в изобретении использованы радиомодемы, которые обеспечивают необходимую надежность и помехоустойчивость связи в условиях промышленного объекта.
Использованные источники информации
1. Государственный стандарт Российской федерации. Государственная система обеспечения единства измерений. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения. Госстандарт России. Москва, 2002.
2. Патент № WO 0215109, European Patent Office, G 06 F 19/00, от 21.02.2002.
"PDA INSTRUMENT/PROCESS CALIBRATOR"
3. Государственный комитет Российской федерации по стандартизации, метрологии и сертификации. Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы (ВНИИМС). Рекомендация. Государственная система обеспечения единства измерений. Метрологические характеристики измерительных систем. Номенклатура. Принципы регламентации, определения и контроля. МИ 2439-97. Москва 1997.
4. Методика приемки из наладки в эксплуатацию измерительных каналов информационно-измерительных систем. РД 153-34.0-11.204-97. Служба передового опыта ОРГРЭС. Москва 1999.
5. Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения. Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. Минск. 2000.
Формула полезной модели
Система калибровки измерительных каналов автоматизированных систем управления технологическими процессами, включающая стационарный персональный компьютер, содержащий программу идентификации и калибровки каналов, включая набор необходимых эталонных сигналов по каждому каналу, соединенный с выходом измерительного канала, и блок связи, отличающаяся тем, что блок связи состоит из двух радиомодемов, первый радиомодем подключен к стационарному персональному компьютеру, а второй радиомодем - к карманному персональному компьютеру, к выходу которого подключен вход генератора эталонных сигналов, выход которого подключен ко входу измерительного канала.
7 МЕТОДИКИ КАЛИБРОВКИ (ПОВЕРКИ) ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КАНАЛА
Периодическую поверку должен проходить каждый экземпляр средств измерений.
Поверка ИК - совокупность операций, выполняемых органами Государственной метрологической службы (другими уполномоченными органами, организациями) с целью определения и подтверждения соответствия ИК установленным техническим требованиям.
Измерительные системы или отдельные их каналы, подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору, подвергаются поверке органами Государственной метрологической службы (другими уполномоченными органами, организациями) при выпуске из производства или ремонта, при ввозе по импорту и в эксплуатации.
Поверке (калибровке) в ПТК подлежат измерительные каналы аналогового ввода и счета импульсов. Поверка проводится, как правило, при остановке технологического процесса.
Поверка (калибровка) СИ неутвержденных типов неправомерна. Такие СИ допускается использовать только в качестве индикаторов. При проведении поверки персонал КИПиА предоставляет метрологам-поверителям свидетельства о поверке эталонов, техническую документацию и эксплуатационные паспорта на СИ.
При поверке (калибровке) выявляется степень влияния на процесс измерения проявлений систематических и случайных погрешностей в реальных промышленных условиях. Погрешности возникают при воздействии на измерительные компоненты не только агрессивных сред, температуры, но и человеческого фактора. Например, если пользователь неграмотно установил в ПО для измерительных каналов значение апертуры нуля, настроечные коэффициенты в сглаживающих фильтрах, сравнительно большой период обработки ре-
КП 6.051001.005 ПЗ
зультатов измерения. Это приводит к появлению статических и динамических погрешностей в измерениях.
Калибровку проводим по месту эксплуатации измерительных каналов и отдельных СИ в сфере распространения ведомственного контроля и надзора. Поверку СИ (эталонов, датчиков, приборов учета, техники безопасности, охраны природы) выполняют государственные поверители.
Процедура поверки (калибровки) измерительных каналов ПТК не является сложной. Вместо датчика в измерительный тракт подключается эталонный калибратор. По МИ2539-99 класс точности эталонного сигнала должен быть не более 0,2 абсолютной погрешности проверяемого измерительных каналов. Если измеряемый параметр имеет алгоритм корректировки по температуре и давлению, то устанавливаются их расчетные значения, чтобы результат измерения был достоверным. Отображение результата измерения в ПТК производится, как правило, на рабочем месте оператора-технолога в разных формах представления: в виде цифр, динамического тренда, графического индикатора (Рис.3). Здесь, если были включены алгоритмы округления данных или ограничения в формате представления чисел, возможно возникновение дополнительных погрешностей по вине человека.
При поверке расходомеров переменного перепада давления применяют поэлементный способ. При том методе образцовые расходомерные установки не нужны; сужающее устройство и дифманометр поверяют отдельно.
При поверке сужающего устройства необходимо:
Проверить правильность расчета сужающего устройства:
Убедившись в правильности расчета, измерить диаметр сужающего устройства. Диаметр цилиндрической части отверстия диафрагмы измеряют не менее, чем в 4-х диаметральных направлениях, погрешность измерения не должна превышать 1/3 допуска на диаметр;
Проверить соответствие действительного (измеренного) диаметра сужающего устройства расчетному;
КП 6.051001.005 ПЗ
Установить нормальное техническое состояние СУ, т.е. проверю., остроту входной кромки диафрагмы, плоскостность входного торн, и чистоту поверхностей сужающего устройства и установить отсутствие заусенцев и зазубрин на кромках входного отверстия.
Расходомерное устройство (РУ) - это комплекс технических устройств, в состав которого входит:
Сужающее устройство и его крепления;
Соединительные линии, уравнительные и разделительные сосуды;
Прямые участки трубопровода до и после СУ с местными сопротивлениями;
Приборы измерения параметров и характеристик измеряемой среды (дифманометр, манометр, термометр и др.).
7.1 Порядок проведения поверки СУ
Поверка СУ производится по графикам, согласованным в ТО Госстандарта в установленном порядке.
Для первичной поверки СУ предприятие представляет в ТО Госстандарта частично заполненный паспорт РУ и СУ, на котором должны быть нанесены надписи: порядковый номер завода-изготовителя, условное обозначение материала, из которого оно изготовлено, «+», «-».
На диафрагме надписи наносятся на стороне «-» за пределами круга
При положительных результатах поверки на СУ наносится оттиск повери-тельного клейма и оформляется паспорт СУ. После поверки предприятие-владелец РУ наносит на СУ надпись действительного диаметра отверстия и регистрационный номер.
Для технологических СУ допускается ведомственная поверка. Право ведомственной поверки СУ предоставляется предприятию в устаиовленном по-
КП 6.051001.005 ПЗ
Периодическая поверка СУ технологических РУ проводится представителями метрологических служб предприятий-владельцев РУ.
Параметры, подлежащие контролю при периодической поверке СУ. указаны в паспортах СУ.
При возникновении спорных вопросов о пригодности СУ к дальнейшей эксплуатации, СУ направляется в ТО Госстандарта на очередную поверку.
Для технологических РУ контроль за нанесением надписей и установку СУ возлагается на метрологические службы предприятий.
Форму акта установки СУ для технологических РУ устанавливает предприятие-владелец РУ.
Порядок проведения поверки РУ
Поверка РУ осуществляется в соответствии с ГОСТ8.513-85 «Поверка средств измерений. Организация и порядок их проведения», по согласованным в установленном в порядке графикам и при наличии полного комплекта документации на РУ.
Перед вызовом госповерителя предприятию необходимо перечислить предварительно на расчетный счет ТО стоимость поверки.
При первичной поверке РУ на месте эксплуатации госповеритель проводит проверку всей технической документации и соответствие РУ требованиям РД 50-213-80 и заполняет ведомость соответствия.
При периодической поверке поверяются только приборы для измерения параметров и характеристик среды (дифманометр, манометр, термометр и др.) и СУ по НД на методы и средства поверки.
Периодическая поверка производится в лабораториях метрологических служб предприятий (организаций) и ТО Госстандарта.
Перед поверкой дифманометр должен быть освобожден от измеряемой или разделительной жидкости (воды, конденсата и пр.).
По ходатайству предприятий поверка приборов для измерения параметров
ж/т! /; (1^1001.005 Ш
и характеристик среды может осуществляться на местах эксплуатации.
При положительных результатах поверки приборов для измерения параметров и характеристик среды в паспорте на прибор заносится дата поверки, заключение, Ф.И.О. поверителя, подпись. Подписи поверителя заверяются оттиском поверительного клейма.
Дифманомертры в обязательном порядке пломбируются госповерителем в местах, предусмотренных заводом изготовителем.
При отрицательных результатах поверки государственный инспектор (поверитель) выдает 1 экземпляр предписания лицу, ответственному за метрологическое обеспечение предприятия.
Методика поверки ИК пара приведена в приложении А.
Есть измерительная система в составе АСУ ТП. В ее состав входят первичные преобразователи с токовым выходом 4-20 мА, контроллер с модулями, измеряющими токовые сигналы, сервер и АРМ со SCADA системой. отдельно все СИ в составе системы поверяются. Какие операции поверки необходимо выполнять при поверке системы? Есть несколько вариантов, для примера выкладываю свою таблицу из методики поверки. У кого какие еще варианты этой таблицы и обоснование почему так.
1. К сожалению, файл "Операции поверки" имеет малое отношение к АСУ ТП, т.к., видимо по ошибке, в нем есть графа "после замены на однотипные ТТ или ТН...", которые редко входят в состав АСУ ТП.
2. Также к сожалению, операции поверки в таблице перечислены не совсем так, как хотелось бы, ибо проверка целостности (чего?) и идентификация ПО, по моему мнению, не относятся к внешнему осмотру. Сюда с небольшой натяжкой можно включить проверку подключения.
Начну с того, что АСУ ТП - техническая система с измерительными функциями. Эти функции могут быть реализованы ИС, которую в соответствии с ГОСТ Р 8.596 необходимо выделить в АСУ ТП. При этом предполагаю, что комплектная поверка хотя и предпочтительна, но невозможна.
Какие бы операции поверки ИС выбрал я? Для измерительных каналов ИС, применяемых в сфере ГРОЕИ, можно было бы выбрать следующие операции поверки:
1. Проверка документов, подтверждающих поверку компонентов ИС, являющихся СИ.
2. Внешний осмотр
5. Проверка идентификации ПО
Этот вариант имеет смысл применять в том случае, когда на выходе датчиков код.
Второй вариант - когда выходной величиной датчиков является сила тока или, скажем, частота. В этом случае операции поверки могут быть следующие:
1. Проверка документов, подтверждающих поверку первичных измерительных преобразователей.
2. Внешний осмотр.
3. Проверка условий эксплуатации (в случае периодической поверки) - возможно, но не обязательно.
4. Опробование (при периодической поверке может не иметь смысла)
5. Проверка идентификации ПО
6. Проверка поправки часов относительно координированной шкалы времени UTC - если есть такая нормируемая МХ
7. Проверка ИВК вместе с линиями связи - в этом случае датчики отключаются, выводы лини связи в месте подключения датчиков замыкаются, калибратор включается в разрыв токовой цепи два раза (сначала между одним выводом ИВК и линией связи, затем между другим выводом ИВК и другим выводом лини связи) - за результат имеет смысл взять полусумму полученных результатов - для уменьшения влияния помех в линии.
Возможны и другие варианты.
Если же речь идёт не о поверке, а о калибровке, то все гораздо сложнее...