Метрология зачет. Назначение и цель создания систем контроля и управления

• Название: Назначение и цель создания систем контроля и управления
• Дата: 06.01.2023
• Размер: 241.41 Kb.
• Имя файла: Метрология зачет.docx
• Тип: Документы; #874511
• страница: 1 из 4

Рисунок 1.1 - Пятиуровневая модель системы управления предприятием
Назначение и цель создания систем контроля и управления

Промышленность, как объект управления так же как и другие системы(социальные, рыночные, организационные и т.д.) все они стремятся к информационной интеграции.

Своевременная, полная и достоверная информация в производственной системе определяет производительность труда и издержки производства и эффективность.

Эффективность технической системы определяется как отношение результата к затратам на его получение. Для того чтобы различать техническую эффективность от экономической, которая всегда представляется в стоимостном выражении, техническая называется качеством функционирования. Характерной особенностью ОУ контроля является их многопрофильность проявляющаяся в составе этого объекта множества подсистем, и все же находятся в единой технологической цепи.

При этом информация распространяется от руководства системы вниз и снизу от технологического оборудования к руководству.

Современный подход контроля и управления предпологает использовать технические средства и программы сбора, хранения и передачи данных с открытыми интерфейсами, что позволяет повысить эффективность. Узко специализированный подход контроля не позволяет достигать такого результата.

Управление – воздействие на объект регулирования с целью получения нужного результата.

В соответствии с ГОСТ 34.003-90 управляющая функция АСУ ТП включает получение информации о состоянии технологического объекта управления, оценку информации, выбор управляющего воздействия и их реализацию.

Введение в метрологию

Метрология - это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Основоположник отечественной метрологии Д.И. Менделеев считал, что в природе мера и вес - главные орудия познания и справедливо полагал, что наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры.

Объектом метрологии являются все единицы измерения физических величин (механических, электрических, тепловых и др.), все средства измерения, виды и методы измерений, т.е. все то, что необходимо для обеспечения единства измерений и организации метрологического обеспечения на всех этапах жизненного цикла любых изделий и научных исследований, а также учет любых ресурсов.

Метрология проникает во все области человеческой деятельности, во все науки и дисциплины и является для всех них единой наукой. Нет ни одной области человеческой деятельности, где можно было бы обойтись без количественных оценок, получаемых в результате измерений. Измерения являются главным путем познания природы человека, основой научных знаний, служат для учета материальных ресурсов, обеспечения требуемого качества продукции, взаимозаменяемости деталей и узлов, совершенствования технологий, автоматизации производства, стандартизации, охраны здоровья и обеспечения безопасности людей и их имущества. Именно от степени метрологического обеспечения зависит решение проблем достижения высокого качества продукции. Для этого необходимо правильно измерять параметры качества материалов и комплектующих изделий, поддерживать заданные технологические режимы, правильно обрабатывать результаты измерений. Нарушение единства измерений, непродуманная их организация и недостаточная точность могут привести к очень большим потерям и даже жертвам.

В настоящее время метрология включает в себя следующие разделы: законодательная метрология, теоретическая метрология и прикладная (практическая) метрология.

Законодательная метрология - раздел метрологии, включающий комплекс взаимосвязанных и взаимообусловленных общих правил, требований и норм, а также другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства, направленные на обеспечение единства измерений и единообразия средств и способов измерений.

Теоретическая метрология - раздел метрологии, посвященный изучению ее теоретических основ.

Прикладная метрология - раздел метрологии, посвященный изучению вопросов практического применения в различных сферах деятельности результатов теоретических исследований в рамках теоретической метрологии и положений законодательной метрологии.

В науке и промышленности значительная часть измерений состава вещества все еще производится с помощью качественного анализа. Погрешности этих анализов иногда бывают в несколько раз выше, чем разница между количествами отдельных компонентов, на которые должны отличаться друг от друга металлы различных марок, химические материалы и др. В результате таких измерений невозможно достичь необходимого качества продукции.

Можно выделить три основные функции измерений:

• 
  - измерения физических величин (ФВ), технических параметров, характеристик процессов, состава и свойств веществ, проводимые при научных исследованиях, испытаниях и контроле продукции;
  
• 
  - измерения, проводимые для контроля и регулирования технологических процессов;
  
• 
  - учет продукции, исчисляющейся по массе, длине, объему, расходу, мощности, энергии и т.д.; (особенно в автоматизированных производствах) и для обеспечения нормального функционирования транспорта и связи.
  

Метрология, являясь в известном смысле «наукой наук», естественно, не может обойтись без терминов и определений. Термины в метрологии отличаются от слов обиходного языка тем, что они имеют специализированное, точно ограниченное научное значение. Конкретное явление природы или общества требует точного определения его названия. Наука закрепляет в терминах достижения научного познания. Нередко термин образуется из слова, имеющего в обиходном языке много значений, путем придания ему терминологического значения. Иногда это значение не отрывается от общего значения исходного слова, а только ограничивает его (например, эталон единицы ФВ), в других случаях происходит отрыв от значения исходного слова (например, полотно железной дороги). По определению, данному в Советском энциклопедическом словаре, (Издательство «Советская энциклопедия», издание 4-е. -М., 1986 г., стр. 1325), термин - слово или сочетание слов, употребляемое с оттенком специального научного значения. В этом определении есть одно, на первый взгляд не грозящее никакими осложнениями, ограничение: «употребляемое с оттенком специального научного значения». Метрология является одной из областей науки и, следовательно, для нее это ограничение имеет, казалось бы, такую же силу, как и для других областей науки. Тем не менее, в отношении метрологии дело обстоит намного сложнее. Роль метрологии за последние десятилетия чрезвычайно возросла. Метрология проникла и завоевала (в некоторых областях завоевывает) себе весьма твердые позиции. В силу того обстоятельства, что метрология распространилась практически на все области человеческой деятельности, метрологическая терминология тесно соприкасается с терминологией каждой из «специальных» сфер. При этом возникло что-то, напоминающее явление несовместимости. Тот или иной термин, приемлемый для одной области науки или техники, оказывается неприемлемым для другой, так как в традиционной терминологии другой области этим же словом может обозначаться совершенно другое понятие.

Поскольку к терминам предъявляются требования лаконичности, им свойственна определенная условность. Не следует об этом забывать и применять утвержденные термины в соответствии с их определением, а, с другой стороны, понятия, данные в определении, заменять другими терминами.

Метрология — это наука, а ее практическим приложением является метрологическое обеспечение. В настоящее время под термином «метрологическое обеспечение» понимается установление научных, организационных и нормативных основ и технических средств обеспечения единства и требуемой точности измерений.

Научной основой метрологического обеспечения (МО) является метрология. Организационной основой - метрологические службы: государственная, отраслевые и предприятий любой формы собственности. Нормативная основа МО - система стандартов Государственной системы обеспечения единства измерений, правила Госстандарта, методические указания (МУ), методические инструкции (МИ), отраслевые стандарты (ОСТ), стандарты предприятий (СТП), технические условия (ТУ), метрологические нормы и правила. Технической основой МО - средства измерений и вспомогательное оборудование.

Необходимо, чтобы результаты измерений одинаковых величин, полученные в разных местах, с помощью различных измерительных средств, различными наблюдателями, были бы сопоставимы на уровне требуемой точности.
Виды обеспечения АСУ ТП

Знакомство с каталогами, сайтами, рекламными материалами ведущих мировых производителей систем автоматизации, а также фирм — системных интеграторов в области АСУ ТП, могут создать впечатление, что АСУ ТП — это просто совокупность технических средств (hard) и программного обеспечения (soft). Безусловно, технические средства и программное обеспечение — очень важные элементы системы автоматизации, во многом определяющие уровень и потенциальные возможности АСУ ТП. Однако, только глубокая проработка всех составных частей, вопросов их взаимодействия и совместимости, обеспечивают успешное функционирование автоматизированного объекта.

В состав АСУ ТП входят следующие компоненты:

• 
  информационное обеспечение;
  
• 
  техническое обеспечение;
  
• 
  математическое обеспечение;
  
• 
  программное обеспечение;
  
• 
  организационное обеспечение;
  
• 
  метрологическое обеспечение;
  
• 
  эргономическое обеспечение;
  
• 
  оперативный персонал.
  

1. Информационное обеспечение АСУ ТП включает:

• 
  исходные данные, используемые в процессе разработки или эксплуатации системы;
  
• 
  промежуточные данные, хранящиеся в базах данных реального времени, используемые для дальнейшей обработки;
  
• 
  выходные данные, передаваемые для реализации на исполнительные устройства, отображаемые визуально на панелях операторов, табло и мониторах рабочих станций;
  
• 
  передаваемых пользователям в электронном или бумажном виде;
  
• 
  принятые формы входных и выходных документов (электронных или бумажных);
  
• 
  принятая система кодирования информации;
  
• 
  электронные архивы данных.
  

В состав информационного обеспечения АСУ ТП входят внемашинные (на бумажных носителях) и внутримашинные (на электронных носителях) компоненты. Так, например, к внемашинным компонентам информационного обеспечения АСУ ТП можно отнести технологический регламент, определяющий допустимые пределы изменения технологических параметров, условия аварийных отключений, порядок пуска и останова оборудования и т.п. К внутримашинному информационному обеспечению АСУ ТП относятся входные сигналы, поступающие от датчиков, а также выходные сигналы на исполнительные устройства, архивы нарушений технологического регламента, графики изменений контролируемых параметров, сформированные на экране монитора и т.п.

2. Техническое (аппаратное) обеспечение АСУ ТП — это комплекс технических средств, обеспечивающих выполнение всех функций АСУ ТП, а также обеспечивающих взаимодействие персонала с техническими средствами системы и с технологическим процессом.

В состав технического обеспечения АСУ ТП входят:

• 
  средства сбора информации (измерительные преобразователи, счетчики, сигнализаторы, устройства ручного ввода);
  
• 
  исполнительные устройства;
  
• 
  программируемые логические контроллеры;
  
• 
  устройства распределенного ввода/вывода;
  
• 
  операторские станции;
  
• 
  инженерные станции;
  
• 
  серверы;
  
• 
  панели оператора;
  
• 
  программаторы;
  
• 
  сетевые адаптеры;
  
• 
  преобразователи частоты;
  
• 
  пускатели;
  
• 
  концевые выключатели;
  
• 
  кабели связи;
  
• 
  табло;
  
• 
  устройства световой и звуковой сигнализации.
  

3. Математическое обеспечение АСУ ТП — это совокупность математических моделей, методов, алгоритмов решения различных задач, используемая на этапе проектирования и в процессе эксплуатации АСУ ТП.

К математическому обеспечению относятся:

• 
  методы фильтрации сигналов;
  
• 
  методы идентификации математических моделей;
  
• 
  математические модели объектов управления;
  
• 
  методы анализа, синтеза и настройки контуров регулирования;
  
• 
  алгоритмы управления и регулирования;
  
• 
  методы анализа устойчивости и точности систем;
  
• 
  методы и алгоритмы оптимизации (поиска экстремума);
  
• 
  методы принятия решений;
  
• 
  алгоритмы адаптации параметров системы управления;
  
• 
  алгоритмы косвенных измерений;
  
• 
  методы прогнозирования случайных последовательностей;
  
• 
  методы наблюдения состояния динамической системы;
  
• 
  интеллектуальные алгоритмы управления.
  

4. Программное обеспечение АСУ ТП — совокупность программ, обеспечивающих функционирование всех цифровых вычислительных средств АСУ ТП (контроллеры, серверы, рабочие и инженерные станции, программаторы, панели оператора), а также решающих все функциональные задачи на этапах разработки, наладки, тестирования и эксплуатации системы.

Программное обеспечение АСУ ТП принято делить на две категории:

• 
  общее программное обеспечение, включающее операционные системы, SCADA-системы, пакеты программ для программирования контроллеров, компиляторы, редакторы и т.п. Общее программное обеспечение АСУ ТП не привязано к конкретному объекту автоматизации, закупается и поставляется так же, как и технические средства.
  
• 
  специальное программное обеспечение — это программы, разработанные для конкретной АСУ ТП. К этой категории относятся программы для контроллеров, реализующие определенные функциональные задачи обработки информации и управления; программы, сгенерированные в среде SCADA-системы для визуализации, архивирования данных конкретного технологического процесса.
  

5. Организационное обеспечение АСУ ТП — совокупность документов, устанавливающих порядок и правила функционирования оперативного персонала АСУ ТП, а также организационные мероприятия, направленные на успешное внедрение системы и на безопасное ведение технологического процесса.

В частности, к организационному обеспечению АСУ ТП относятся:

• 
  технологический регламент производства в условиях функционирования АСУ ТП;
  
• 
  описание функциональной, организационной и технической структур автоматизированного технологического комплекса;
  
• 
  штатное расписание, должностные инструкции технологического и оперативного персонала в условиях функционирования АСУ ТП;
  
• 
  инструкция по пуску и останову технологических агрегатов в условиях АСУ ТП;
  
• 
  обучение персонала работе с АСУ ТП;
  
• 
  правила техники безопасности в условиях АСУ ТП.
  

6. Метрологическое обеспечение АСУ ТП — установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерения.

Возможность применения результатов измерений для правильного и эффективного решения любой задачи определяется следующими тремя условиями:

• 
  результаты измерений выражаются в узаконенных (установленных законодательством России) единицах;
  
• 
  значения показателей точности результатов измерений известны с необходимой заданной достоверностью;
  
• 
  значения показателей точности обеспечивают оптимальное в соответствии с выбранными критериями решение задачи, для которой эти результаты предназначены (результаты измерений получены с требуемой точностью).
  

Если результаты измерений удовлетворяют первым двум условиям, то о них известно всё, что необходимо знать для принятия обоснованного решения о возможности их использования. Такие результаты можно сопоставлять, они могут использоваться в различных сочетаниях, различными людьми, организациями. В этом случае говорят, что обеспечено единство измерений — состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности результатов не выходят за установленные границы с заданной вероятностью. Правила и нормы по обеспечению единства измерений установлены в Законе РФ «Об обеспечении единства измерений» и в нормативных актах Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ).

Третье из перечисленных выше условий определяет требования к точности применяемых методов и средств измерений. Недостаточная точность измерений приводит к увеличению ошибок и, как следствие, к экономическим потерям. Завышенные требования к точности измерений требуют дополнительных затрат на приобретение более дорогих средств измерений. Поэтому это требование влияет не только на метрологические, но и на экономические показатели системы. Если при измерениях соблюдаются все три условия (обеспечивается и единство, и требуемая точность измерений), то говорят о метрологическом обеспечении.

Необходимо отметить, что в АСУ ТП данные, полученные от измерительных преобразователей, проходят целый ряд этапов обработки и преобразования:

• 
  аналоговая фильтрация от высокочастотных помех;
  
• 
  дискретизация сигнала во времени;
  
• 
  аналого-цифровое преобразование с определенной разрядностью;
  
• 
  цифровая фильтрация.
  

Такая обработка, в общем случае, изменяет метрологические характеристики результирующих данных в сравнении с исходными данными от датчика, вносит временную задержку. Поэтому для корректного использования данных АСУ ТП (например, данных коммерческого учета тепловой и электрической энергии) необходимо выполнить оценку метрологических характеристик этих данных с учетом всех этапов обработки.