Для осуществления процесса измерений, т.е. количественного определения характеристик объекта деятельности (технического устройства или агрегата, технологического процесса, продукции, сырья и т.д.), необходимы технические и методические средства измерений адекватные поставленной задаче. Выбор этих средств представляет непростую комплексную задачу, в которой присутствуют взаимосвязанные научно-техническая, экономическая и организационная составляющие. Обычно эта задача решается в несколько этапов, причем каждый последующий этап может вызвать необходимость корректировки решений, принятых на более ранних стадиях.
Для решения научно-технической составляющей этой задачи необходимо выполнить следующую последовательность действий.
На первом этапе должны быть разработаны технические требования к средствам измерений. Для этого необходимо:
· Определить задачу измерений. Т.е. установить физические величины, которые наиболее точно характеризуют интересующие нас свойства объекта, и определить степень достоверности, с которой эти величины должны измеряться. Обычно эти характеристики задаются техническими параметрами объекта измерения.
· Определить условия измерений, т.е. провести анализ условий, в которых должны выполняться измерения. Это один из наиболее ответственных этапов выбора измерительных средств, который включает:
§ анализ особенностей технологического оборудования и технологического процесса, совместно с которым должны работать средства измерений,
§ анализ условий их эксплуатации
§ анализ условий окружающей среды
§ анализ потенциальных источников шумов и помех.
§ анализ требований производственной безопасности
· Определить требования к средствам измерений, которые накладывает имеющаяся (при модернизации) или проектируемая система управления, в том числе используемые конструктивные, аппаратные, программные и другие стандарты.
· Определить требования к экономическим показателям оборудования.
· Сформулировать требуемые условия для проведения измерений, обработки результатов и ошибок измерений, оценки точности измерений, документирования и архивация результатов измерений.
На основании полученной и обработанной информации формулируются технические требования к методам и средствам измерений. Эти требования в том числе должны включать:
1. Диапазон изменения измеряемого технологического параметра - физической величины.
§ При этом следует учитывать какой диапазон значения параметра соответствуют нормальному (рабочему) режиму и каковы могут быть предельно допустимые максимальные и минимальные значения параметра.
2. Допустимые величины абсолютной и относительной погрешности измерений во всем диапазоне измерений, а также в рабочем и предельно допустимых режимах.
3. Величину предельной допустимой нормальной погрешности средств измерения.
4. Требования к быстродействию средств измерений. Нужно обязательно принимать во внимание несколько обстоятельств.
§ В нормальном рабочем режиме быстродействие средства измерений должно минимум в 2-5 раз превышать быстродействие системы управления объектом
§ При измерении параметров, критичных с точки зрения безопасности работы объекта, необходимо учитывать с какой максимальной скоростью может изменяться величина измеряемого параметра в критических условиях.
§ Быстродействие средств измерений определяется не только быстродействием первичного и вторичных измерительных преобразователей, но скоростью передачи информации в систему управления. Нужно, к примеру, учитывать, что аналоговый унифицированный сигнал передается в режиме реального времени, скорость передача цифровой информации по последовательному интерфейсу в реальности RS-485 имеет ограничение на уровне порядка 500 байт/с, скорость передачи информации в сетях зависти не только от типа интерфейса, но и от архитектуры самой сети
5. Условия проведения измерений – наличие неблагоприятный факторов в месте установки элементов средства измерений (химическая активность, температура, влажность, запыленность рабочей и окружающей среды, источники вибраций и электромагнитных шумов и помех и т.п.)
6. Условия эксплуатации и показатели надежности оборудования – требования к электропитанию, наличию систем сжатого газа, пыле, и влагозащиты, долговечности, периодичности технического обслуживания и др.
7. Условия монтажа элементов средства измерения, их взаимное пространственное расположение, предполагаемые или имеющиеся средства и стандарты информационного обмена, требования к конструктивному оформлению средств измерений
8. Требования к конструктивной, энергетической и информационной совместимости.
На втором этапе исходя из технических требований определяются принципы, методы и технические средства измерений, которые соответствуют выработанным техническим требованиям и наиболее адекватны задаче измерений и условиям, в которых эти измерения должны осуществляться. При этом необходимо принимать во внимание и анализировать технические, экономические и организационные факторы.
· Как правило, для измерений какой-либо физической величины могут быть применены различные методы измерений, а каждый из методов может быть реализован с использованием разнообразного по своим характеристикам и конструктивному исполнению оборудования. Однако далеко не все из них могут быть использованы в конкретных условиях. Каждый метод, каждый тип измерительного прибора имеет свой диапазон применений. Так различные методы имеют разную методическую и инструментальную погрешность, разную чувствительность к условиям эксплуатации, разные стандарты исполнения, разные требования к монтажу в составе технологического оборудования и т.п.
· С точки зрения экономики достоверность и. точность применяемых методов и средств измерений должны обеспечивать оптимальное соответствие выбранным критериям решения задачи измерений. Т.е. выбранные технические средства должны обеспечить оптимальное качество измерений
Недостаточная точность измерений приводит к увеличению ошибок контроля и к экономическим потерям. Завышенная точность измерений требует дополнительных затрат на приобретение более дорогих средств измерений, увеличение времени измерений, повышенной квалификации персонала.
Ø Требования к точности измерений являются не только физическими, техническими и метрологическими, но и экономическими и и организационными требованиями.
· Выбранные технические средства должны соответствовать существующим стандартам предприятия и стратегии его технического развития.
· Необходимо, чтобы выбранное средство измерений было включено в Государственный реестр средств измерений. В виде исключения использование измерительных средств, которые не включены в этот реестр возможно только в случае, когда измеряемая величина используется для контроля технологических параметров, не влияющих на качество продукции и безопасность производства.
Особое внимание должно быть уделено вопросам аппаратной и программной совместимости средств измерения с другими средствами автоматизации. При этом необходимо учитывать не только сегодняшние требования к средствам и методам измерений, но и краткосрочную и среднесрочную перспективу их развития в общем контексте развития средств автоматизации предприятия.
Следует учитывать, что со временем требования к задаче измерений могут измениться, как правило в сторону их ужесточения. Выбор измерительных средств должен учитывать эту возможность.
На третьем этапе проверяется наличие условий для обеспечения нормальной эксплуатации выбранных средств измерения в условиях данного производства или предприятия. Это означает, что:
· На предприятии должна существовать система метрологической поддержки выбранных средств измерений, т.е. наличие организационных структур, способных осуществить работы по привязке средств измерений к соответствующим метрологическим процедурам и эталонам, включая возможность периодической поверки и калибровки средств измерений.
· При закупке оборудования и его монтаже необходимо предусмотреть наличие комплекса вспомогательных устройств и принадлежностей – источников электропитания, соединительных кабелей, адаптеров, линий и интерфейсов связи, сетевого оборудовании и программного обеспечения, необходимых для функционирования средств измерения в составе систем управления. Следует очень внимательно относится к определению комплектности приобретаемого оборудования – наличие кабелей, адаптеров, во подключения средств измерения, источников электропитания, согласующих устройств и т.п.
При выборе измерительного оборудования, как и любого другого, кроме технических и экономических соображений необходимо принимать во внимание организационные и коммерческие аспекты.
Средства измерений с практически одинаковыми техническими и эксплуатационными показателями могут производиться и поставляться множеством фирм. В такой ситуации выбор в пользу той или иной марки и модели прибора очень часто определяется не только техническими или экономическими соображениями, сколько организационными. Необходимо учитывать научно-технический уровень и квалификацию персонала поставщика, а также:
· долговременную техническую политику предполагаемых поставщиков и производителей,
· наработанные кооперационные связи предприятия,
· наличие у поставщика развитой системы технической поддержки, включая систему обучения персонала, гарантийного и сервисного обслуживания.
· наличие на предприятии опыта работы с оборудованием той или иной фирмы (поставщиком или производителем).
Если речь идет о сложных наукоемких измерительных системах, то указанные соображения могут играть определяющую роль при окончательном выборе средств измерений.
Рекомендуемая общая литература
1. Булатов Ю.И., Назаренко Р.Н. Технические измерения и приборы. Учебное пособие. Череповец, ЧГУ, 2005г., 244 с
2. Липухин Ю.В., Булатов Ю.И., Бок Г., Кнорр М.М. Автоматизация основных металлургических процессов, Металлургия, 1990, -280стр.
3. Зайцев С.А., Грибанов Д.Д.,. Толстов А.Н, Меркулов Р.В. Контрольно-измерительные приборы и инструменты. - М.:Изд. центр «Академия»; ПрофОбрИздат, 2002.
4. A.M. Беленький, В.Ф.Бердышев и др. Автоматическое управление металлургическими процессами. Москва «Металлургия», 1998г.
5. П.Профос. Измерения в промышленности. Справочник в 3-х томах, перевод с немецкого под ред. Д.И.Агейкина, М., «Металлургия», 1990г.
Дополнительная литература:
1. Информационный портал по измерительной технике https://www.instruments.ru
2. Периодические издания
«Датчики и системы»
«Современные технологии автоматизации»
«Приборы»
«Средства АСУ»
Номенклатурные справочники
Государственный реестр средств измерений
Руководитель курсовой работы: __________П.Г.Леонов
Задание № ____ принял к исполнению студент: ___________
варианты Задания на курсовую работу