АСУ ТП как объект метрологического обеспечения

Метрологическое обеспечение - это установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм для достижения единства и требуемой точности измерении.

Принято рассматривать метрологическое обеспечение (МО), как органическое сочетание четырех групп (основ): научной основы, технических и организационных основ, а также правил и норм МО.

Научной основой является метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Зародившись в недрах естественных наук, метрология в настоящее время стала разделом технической физики.

Измерение физических и химических величин, которые характеризуют состояние и ход технологического процесса, является одной из главных функций АСУ ТП. Основной целью МО является получение необходимой точности измерений в условиях эксплуатации систем, а также единообразие способов выражения результатов измерений в процессе функционирования АСУ ТП для возможной их сопоставимости. Все эти условия должны выполняться независимо от типа системы и ее отраслевой принадлежности.

В соответствии со стандартами, АСУ ТП является автоматизированной системой управления для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления в соответствии с принятым критерием управления. АСУ ТП включает в себя технологическое оборудование, средства автоматизации, оперативный персонал (операторы, технологи, диспетчеры), которые, взаимодействуя в реальном масштабе времени, управляют технологическим процессом по заданным алгоритмам и обобщенному технико-экономическому критерию при наличии технологических, экономических, социальных и экологических ограничений.

Метрологическое обеспечение АСУ ТП находится в стадии становления - методы и средства практически не разработаны. Это обусловлено прежде всего тем, что АСУ ТП как объект МО является оригинальным комплексом, к которому не применим традиционный подход, общепринятый в метрологии.

С точки зрения МО АСУ ТП можно выделить следующие основные признаки:

· индивидуальность целевых и алгоритмических функций АСУ ТП одного типа;

· органическая неразрывная связь комплекса технических средств измерения, регулирования, вычислительных комплексов, человека-оператора с конкретным технологическим объектом управления;

· малосерийное и одноразовое исполнение для большинства АСУ непрерывных технологических процессов. В то же время изделия, комплектующие АСУ ТП, - средства измерений и средства автоматизации - являются серийными изделиями, к которым предъявляются общепринятые технические требования и которые должны иметь технические условия, предусмотренные ГОСТами;

· АСУ ТП в отличие от комплекса технических средств ГСП в большинстве случаев не проходят стадий макетирования, лабораторной проверки, периодических и типовых испытаний в полном комплекте, а сразу же после проектной разработки комплектуются и монтируются непосредственно на конкретном технологическом объекте управления;

· составляющие элементы АСУ ТП - объект управления, средства измерения, каналы связи, регуляторы, исполнительные механизмы, вычислительные комплексы в большинстве случаев удалены друг от друга (иногда на значительные расстояния), находятся в различных условиях эксплуатации и подвержены воздействию разнообразных влияющих факторов. Эти влияния настолько существенны, что могут свести к нулю ожидаемую экономическую эффективность от внедрения автоматизированной системы.

Условия эксплуатации всех технических средств на реальных объектах, как правило, не могут быть изменены и приведены к определенным, например, нормальным условиям. Это исключает возможность при испытаниях АСУ ТП определять или контролировать те метрологические характеристики (МХ) каналов измерения и точностные характеристики каналов управления, которые нормируются на стадии проектирования для нормальных условий. Поэтому часто эти характеристики АСУ ТП определяют расчетными методами. Эффективность таких расчетов целиком зависит от достоверности исходной информации, обоснованности методик расчета, опытности и квалификации проектировщиков систем.

Каналы АСУ ТП неравноценны по своему функциональному назначению. Самыми важными являются те, которые обеспечивают безопасные для обслуживающего персонала условия эксплуатации и безаварийное протекание технологического процесса. Вторичными по значимости являются каналы, обеспечивающие заданное количество и качество самых "весомых" (в экономическом плане) материальных и энергетических потоков, участвующих в производстве. При обследовании ряда АСУ ТП в металлургической, химической и энергетической промышленности оказалось, что только 10-15 % каналов являются - самыми значимыми и дорогими, а 90-85 % приходится на «маловесомые».

Разработка метрологического обеспечения конкретной АСУ ТП тесно связана с разработкой всех других ее основных составляющих и может быть проведена в полном объеме только при следующих условиях: определении обобщенного технико-экономического критерия управления) обосновании рационального объема первичной информации, поступающей с объекта и, обеспечивающей заданное качество продукции проработке количественной оценки величины экономического эффекта, получаемого от внедрения комплексов управления с учетом степени адекватности объектов управления и точностных характеристик и метрологических характеристик технических средств, входящих в состав АСУ ТП.

Особое внимание необходимо уделить отработке метрологического обеспечения АСУ ТП, когда в ее создании принимают участие организации многих ведомств, имеющие различный научный и технический уровень. Тогда возникают ситуации, при которых различные комплексы системы создаются и работают в соответствии с техническими условиями различных разработчиков и достижение необходимых точностных и технических характеристик системы в целом затруднено. Единственный выход из создавшегося положения - максимальное внимание вопросам метрологического обеспечения на стадии технического задания и технического проектирования системы.

Анализ АСУ ТП, как объекта МО, позволяет сформулировать некоторые общие принципы организации работ по метрологическому обеспечению АСУ ТП.

1. Метрологическое обеспечение АСУ ТП должно охватывать все виды преобразования информации и сигналов в системах. Это возможно осуществить, базируясь при разработке

структурных схем систем на корректном обследовании объекта автоматизации, с помощью аттестованных методик выполнения измерений, либо его моделировании.

2. В настоящее время требования МО АСУ ТП можно, в основном, распространить на технические средства систем и измерительно-информационные каналы.

Специфические трудности возникают здесь при более детальном рассмотрении систем, имеющих в своем составе как средства измерений, так и устройства, не относящиеся к ним (вычислительная техника). Распространение же требований метрологии на каналы и устройства, осуществляющие управляющие функции, когда будет разработана соответствующая нормативная база.

3. Метрологическое обеспечение АСУ ТП должно содержать единый комплекс нормированных МХ и показателей точности для всех звеньев для системы в целом-Згот~с должен отражать случайный характер погрешностей возникающих в АСУ ТП, и обеспечивать возможность обоснованной оценки расчетным путем МХ звеньев, а также оценки показателей точности результатов измерения, контроля управления, осуществляемых системами, с учетом действия на различные звенья систем различных по характеру и величине влияющих факторов.

4. Метрологическое обеспечение АСУ ТП должно содержать три составные части:

· методики проведения работ;

· технические средства МО;

· структуру организации работ по МО, что особенно важно при метрологической аттестации систем.

При организации работ по МО АСУ ТП следует более полно учитывать как конкретные свойства систем, так и некоторые особенности их проектирования и эксплуатации, которые сводятся к следующему:

1. Так как в ряде случаев не обеспечивается единый подход к проблемам нормирования МХ средств измерений, контролирующих технологические процессы и сырье, а также отдельных компонентов системы, что приводит к метрологической несовместимости при их использовании в измерительных каналах (ПК) АСУ ТП, необходимо максимально использовать выпускаемые в рамках ГСП агрегатированные комплексы, минимально разнообразить применяемые методы измерений, что сведет к минимуму различия в номенклатуре МХ используемых систем измерения и методов их нормирования.

2. Так как имеющиеся сведения о характеристиках измеряемых величин paзличных технологических процессов часто недостаточны для научно обоснованного проектирования системы, то при решении вопросов применения конкретных технических средств на стадии разработки ТЗ и технического проекта АСУ ТП необходимо проводить дополнительные исследовательские работы по уточнению методик выполнения измерений, а если потребуется, то и их аттестации.

3. В тех случаях, когда методики расчета МХ измерительных каналов по МХ их звеньев и другие расчетные методики невозможно применить для расчета МХ измерительного канала АСУ ТП в целом, следует такой расчет проводить для отдельных частей канала с последующей стыковкой для получения МХ канала в целом. При невозможности проведения и таких расчетов следует определить МХ экспериментально на макетах ПК либо в процессе опытной эксплуатации АСУ ТП.

4. Методики испытаний и поверки ПК АСУ ТП должны быть ориентированы на использование выпускаемых в стране образцовых СИ. Недостающие образцовые СИ должны быть разработаны и аттестованы до начала испытаний СИ.

5. Нормативно-техническая документация, регламентирующая порядок проведения испытаний любого вида (внутренних, ведомственных, межведомственных), метрологическую экспертизу систем и метрологический надзор за ними в процессе эксплуатации, должна быть разработана как минимум на уровне стандартов предприятия.