Опыт испытаний измерительных систем ФБУ «Томский ЦСМ»

Опыт испытаний
измерительных систем
ФБУ «Томский ЦСМ»
ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРА АСУ ТП
ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ (технологический процесс)
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Входное
воздействие
Измерительная
информация
Классификационная
информация
Управляющая
информация
Выходное
воздействие
ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ
ПОДСИСТЕМА
КЛАССИФИКАЦИОННАЯ
ПОДСИСТЕМА
УПРАВЛЯЮЩАЯ
ПОДСИСТЕМА
ИСПОЛНИТЕЛЬНАЯ
ПОДСИСТЕМА
(СИ/сенсор)
(анализатор)
(синтезатор)
(активатор)
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СРЕДА (процессор)
БАЗА ДАННЫХ ОБ ОБЪЕКТЕ И СИСТЕМЕ
(априорная информация)
Измерительная
система
Измерительная информационная
система (ИИС)
Измерительная управляющая система
Система управления (АСУ ТП)
НОРМИРОВАНИЕ
МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КАНАЛОВ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ
СИСТЕМ КОНТРОЛЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Чухланцева М.М., Артюхина Л.В., Злыгостева Г.В., Лимарева А.В.
ОСОБЕННОСТИ НОРМИРОВАНИЯ
МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИК АСУ ТП
1 Особенности развития самих систем контроля и технической
диагностики
2 Объединение ИК в группы
3 Поиск и выбор оптимального способа регламентации МХ ИС
4 Выделение «рабочего диапазона» (нормально протекающий
технологический режим).
5 Необходимы новые подходы к обеспечению
метрологической надёжности ИС.
6 Комплектация средствами измерений
утвержденных типов
1 ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННЫХ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ:
а) увеличение масштаба (многофункциональность) ИС:
- измерение разнородных физических величин;
- применение измерительно-вычислительных комплексов в
составе ИС;
- увеличение групп ИК;
- распределенная многоуровневая структура;
- модульность исполнения;
б) возрастающая интеллектуализация систем и их компонентов за
счет широкого использования вычислительных подсистем;
в) использование резервных подсистем и встроенных средств
контроля и самодиагностики.
ГОСТ Р 8.673-2009 ГСИ. Датчики интеллектуальные и системы
измерительные интеллектуальные. Основные термины и определения.
ГОСТ Р 8.734-2011 ГСИ. Датчики интеллектуальные и системы
измерительные интеллектуальные. Методы метрологического
самоконтроля
ГОСТ Р 8.673-2009 «Государственная система обеспечения единства измерений. Датчики
интеллектуальные и системы измерительные интеллектуальные. Основные термины и
определения»
2 ФОРМИРОВАНИЕ ГРУПП ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КАНАЛОВ ИС
ПОСТРОЕНИЕ
СТРУКТУРЫ
ИС
ФОРМИРОВАНИЕ
ГРУПП ИК
По виду/
диапазону
измеряемой ФВ
По типу
электрических
сигналов
По составу
компонентов
ПРИМЕР.
Пределы допускаемой основной погрешности
измерительных каналов ИС (проектно-компонуемая)
Номер
группы
ИК
1
1
2
Наименование
измерительного
канала
2
ИК температуры
ИК температуры
Диапазон
измерений
Состав измерительного
физической
канала
величины, ед.
измерения
3
4
ТХА 9419
(0-1000) С
ИПМ 0399
Модуль IC200ALG240 ПЛК
2.1
ТСМУ Метран-274
Модуль IC200ALG240 ПЛК
(0-100) С
2.2
ТСМУ 9313
Модуль IC200ALG240 ПЛК
2.3
ТСМУ 9313
Модуль IC200ALG240 ПЛК
2.4
ТХК 9419
ИПМ 0399
Модуль IC200ALG240 ПЛК
3
ИК объемного
расхода
(12-300) м /ч
3
3.1
УРСВ “ВЗЛЕТ-МР”
Модуль IC200ALG240 ПЛК
3.2
УРСВ-010М “ВЗЛЕТ РС”
Модуль IC200ALG240 ПЛК
Пределы допускаемой
основной погрешности
компонента
5
Класс допуска 2
=±0,5 %
=±0,1 %
=±0,5 %
=±0,1 %
=±0,5 %
=±0,1 %
=±1,0 %
=±0,1 %
Класс допуска 2
=±0,5 %
=±0,1 %
=±2 %
=±0,1 %
=±1,5 %
=±0,1 %
Пределы допускаемой основной погрешности ИК
6
=±20 °С
=±1,5 °С
=±1,5 °С
=±1,5 °С
=±2 °С
=±3 %
=±3 %
3 ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО СПОСОБА
РЕГЛАМЕНТАЦИИ МХ ИК
СВИДЕТЕЛЬСТВО
ОБ УТВЕРЖДЕНИИ
ТИПА
ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ
СИСТЕМА
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ
КАНАЛЫ
ИС
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ
КАНАЛ
(в составе более
слож.структур или
различных ИС)
ИС в составе более
сложных
структур
(АСУТП, АСУП)
ИНФОРМАЦИОННОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ
СИСТЕМЫ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КАНАЛ
НОРМИРУЮЩИЙ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
ПЕРВИЧНЫЙ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
ЛИНИЯ
СВЯЗИ
(КАБЕЛЬНАЯ ПРОВОДКА)
Унифицированный
токовый
сигнал
0..20 мА
МОДУЛЬ
ВВОДА/
ВЫВОДА
VersaMAX
МОДУЛИ
ПИТАНИЯ
ПРОЦЕССОР
КОММУТАЦИОННЫЕ
СЕТЕВЫЕ
МОДУЛИ
ПОДСИСТЕМА КОНТРОЛЯ (ПЛК)
ЦИФРОВОЙ
КАНАЛ
СВЯЗИ
(Ethernet)
РАБОЧАЯ
СТАНЦИЯ
СЕРВЕР
Метрологические характеристики измерительных
каналов измерительно-вычислительного комплекса
№
группы
ИК
ИВК
Состав ИК ИВК
Входной/выходной
сигнал
Пределы
допускаемой
приведенной
погрешности
ИК ИВК, %
±0,5
Преобразователь измерительный разделительный ET 421
Преобразователь измерительный ТМА 301
Модуль TN 502 (503, 504) контроллера ЭЛСИ-ТМ
Преобразователь измерительный разделительный ET 421
Модуль TA 505 (501) контроллера ЭЛСИ-ТМ
(4-20) мА/(4-20) мА
(4-20) мА/RS-485
RS-485/ЦК
(4-20) мА/(4-20) мА
(4-20) мА/ЦК
Преобразователь измерительный разделительный ET 481
Модуль TN 502 (503, 504) контроллера ЭЛСИ-ТМ
Преобразователь измерительный ТМА 301
Модуль TN 502 (503, 504) контроллера ЭЛСИ-ТМ
(4-20) мА/RS-485
RS-485/ЦК
(4-20) мА/RS-485
RS-485/ЦК
±0,05
5
Модуль TA 505 (501) контроллера ЭЛСИ-ТМ
(4-20) мА/ЦК
±0,4
6
Преобразователь измерительный разделительный ET 421
Модуль TA 516 контроллера ЭЛСИ-ТМ
Модуль TA 516 контроллера ЭЛСИ-ТМ
(4-20) мА/(4-20) мА
(4-20) мА/ЦК
(4-20) мА/ЦК
±0,15
1
2
3
4
7
±0,5
±0,5
±0,1
Метрологические характеристики измерительных каналов
комплексов автоматики и телемеханики «ЭЛЕСИ»
Наименование
№
измерительного
групканала
пы
комплекса
ИК
«ЭЛЕСИ»
1
2
3
Диапазон
измерений
физической
величины, ед.
измерений
ИК
избыточного
давления
от 0 до
13,78 МПа
ИК
избыточного
давления
от 0 до
6,89 МПа
ИК разности
давлений
от 0 до
1,38 МПа
Состав измерительного канала
комплекса «ЭЛЕСИ»
Преобразователи давления
измерительные 3051
ИК ИВК № [1–16]
Преобразователи давления
измерительные 3051
ИК ИВК № [1–16]
Преобразователи давления
измерительные 3051
Пределы
допускаемой
приведенной
погрешности
компонентов, %
±0,04
±0,05; ±0,1; ±0,15;
±0,2; ±0,25; ±0,3;
±0,4; ±0,5
±0,065
±0,05; ±0,1; ±0,15;
±0,2; ±0,25; ±0,3;
±0,4; ±0,5
±0,065
Пределы
допускаемой
приведенной
погрешности ИК
комплекса
«ЭЛЕСИ», %
±0,1; ±0,15;
±0,2; ±0,25;
±0,3; ±0,4; ±0,5;
±0,6*
±0,1; ±0,15;
±0,2; ±0,25;
±0,3; ±0,4; ±0,5;
±0,6*
±0,1; ±0,15;
±0,2; ±0,25;
±0,3; ±0,4; ±0,5;
±0,6*
ПОВЕРКА
МОДЕРНИЗАЦИЯ
ПК
КАЛИБРОВКА
ЭКСПЛУАТАЦИЯ
РЕМОНТ
КОМПОНЕНТА
ЗАМЕНА
КОМПОНЕНТА
ВВОД
НОВЫХ
ИК
ОПЫТ ИСПЫТАНИЙ
ПРОГРАММНОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
СИСТЕМ
Чухланцева М.М., Толстихина Т.В., Артюхина Л.В., Злыгостева Г.В.
Программное обеспечение средств измерений
Программы (совокупность программ), предназначенные для
использования в средствах измерений и реализующие, в том числе,
сбор, передачу, обработку, хранение и представление
измерительной информации, а также программные модули и
компоненты, необходимые для функционирования этих программ
Функции ПО СИ
сбор
передача
обработка
ИВК «Спрут».
Анализатор расхода энергоресурсов. Режим обзора
представление
хранение
ИВК «Спрут».
Генератор отчётов. Пример отчёта за сутки
ИСТОЧНИКИ
ПОГРЕШНОСТЕЙ,
ВНОСИМЫХ
ПО СИ
ОШИБКИ
АЛГОРИТМОВ,
ПРОГРАММНОЙ
РЕАЛИЗАЦИИ
ИЗМЕНЕНИЕ
РЕЗУЛЬТАТОВ
ИЗМЕРЕНИЙ
СЛУЧАЙНОЕ
ИСКАЖЕНИЕ
ИСХОДНОГО КОДА
ПО СИ
ПРЕДНАМЕРЕННОЕ
НЕПОЛНАЯ,
НЕКОРРЕКТНАЯ
ДОКУМЕНТАЦИЯ
ДОКУМЕНТЫ В ОБЛАСТИ ИСПЫТАНИЙ ПО СИ
МЕЖДУНАРОДНЫЕ
 Директива Европейского Союза 2004/22/ЕС по измерительным приборам (MID)
 Руководство WELMEC 7.2. Руководство по программному обеспечению
 КООМЕТ R/LM/10:2004 ПО СИ. Общие технические требования
 Руководство WELMEC 7.1. Требования к ПО на основе MID
ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ
• Федеральный закон от 26.06.2008 № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений»
• ГОСТ Р 8.654-2009 ГСИ. Требования к программному обеспечению средств
измерений. Основные положения
• МИ 2955-2010 ГСИ. Типовая методика аттестации программного обеспечения средств
измерений
• МИ 2174-91 ГСИ. Аттестация алгоритмов и программ обработки данных при
измерениях
• МИ 3286-2010 ГСИ. Проверка защиты программного обеспечения и определение её
уровня при испытаниях средств измерений в целях утверждения типа
• МИ 3290-2010 Рекомендация по подготовке, оформлению и рассмотрению
материалов испытаний средств измерений в целях утверждения типа
МИ 2676-2001 ГСИ. Методика метрологической аттестации алгоритмов и
программ обработки данных результатов измерений при определении объема и
массы нефти и нефтепродуктов. Общие положения
Формы оценки соответствия ПО СИ
Испытания ПО СИ проводят
при аттестации ПО
при испытаниях ПО в
целях утверждения типа СИ
при сертификации ПО
в СДС ПО и АПК
ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ ПО СИ
Назначение уровней требований в
соответствии с классификацией ПО СИ
Разработка документации на ПО СИ:
Описания ПО, ПМИ (определение и
выбор требований, предъявляемых к ПО
СИ, методов и средств испытаний) и др.
Метрологическая экспертиза ПО СИ
Проведение испытаний ПО СИ
(экспериментальные исследования)
Оформление результатов испытаний
(протокола и акта испытаний)
КЛАССИФИКАЦИЯ ПО




Аппаратная реализация: встроенное и автономное ПО.
Критичность ПО: низкая, средняя, высокая.
Готовность: коммерческое, модифицируемое и
целевое ПО.
Функция ПО: сбор, передача, хранение, представление
данных и обработка данных
Лукашов Ю.Е., Сатановский А.А. Классификация программного
обеспечения средств измерений // Законодательная и прикладная
метрология. –2007. – №4. – С. 39–45.
Руководство WELMEC 7.2. Руководство по
программному обеспечению
Риск класса
Защита
программного
обеспечения
Проверка
программного
обеспечения
A
B
C
D
E
F
низкий
средний
средний
высокий
высокий
высокий
низкий
средний
средний
средний
высокий
высокий
Степень
соответствия
программного
обеспечения
низкий
низкий
средний
средний
средний
высокий
Основной принцип:
«требования являются разными в зависимости от классов риска (ПО). Риски
относятся к ПО средств измерений, и не к каким другим рискам. Для каждого
средства измерений должен быть назначен класс риска, поскольку конкретные
требования, относящиеся к ПО, определяются классом риска, характеризующим
средство измерений. Класс риска определяется совокупностью соответствующих
уровней, требуемых для защиты программного обеспечения, его проверки и
соответствия»
МИ 2891-2004 Рекомендация. ГСИ. Общие требования к
программному обеспечению средств измерений
«При назначении уровней требований учитываются технические особенности
СИ и их назначение, ввиду чего требования к ПО могут назначаться в
различном объеме.
ПО СИ оценивается в соответствии с выбранными уровнями по:
 жесткости испытаний,
 степени соответствия (идентификация),
 уровню защиты»
МИ 2955-2005 Рекомендация. ГСИ. Типовая методика
аттестации программного обеспечения средств измерений
По согласованию с разработчиком устанавливается жесткость испытаний ПО
СИ с учетом:
- области применения;
- риска намеренных искажений результатов измерений;
- требуемой степени соответствия утвержденному типу;
-специфических задач аттестации.
Определяются методы испытаний в соответствии с установленной жесткостью
испытаний, которые должны найти отражение в тестовых заданиях».
ПО ИС АСУТП
Встроенное ПО (ПО контроллеров)
Автономное ПО (ПО АРМ оператора)
Система программирования контроллеров
RSLogix 5000 v.16.0 «Rockwell Automation
Allen Bradley»
SCADA-система RSView32
«Rockwell Automation Allen Bradley»
Cистема программирования STEP 7
контроллера программируемого SIMATIC
S7 Siemens
SCADA-система WinCC Siemens
Метрологически значимая часть ПО ИС
Метрологически незначимая часть ПО ИС
Функции
Автоматизированный сбор, обработка и
передача измерительной информации на
АРМ, диагностика оборудования,
обеспечение работы предупредительной и
аварийной сигнализации
Отображение измеренных значений
параметров технологического процесса,
хранение архивных данных в СУБД Microsoft
Access 2000, формирование и отображение
архивных данных, журнала сообщений,
сигналов сигнализации
Уровень защиты по классификации МИ 3286-2010
«А»
«С»
Отсутствует риск
намеренных
искажений ПО ИС
и результатов
измерений, либо
они будут
немедленно
обнаружены
Р 50.2.077-2013 ГСИ. Испытания средств измерений в
целях утверждения типа. Проверка защиты программного
обеспечения
ГОСТ Р 8.596-2002 ГСИ.
Метрологическое обеспечение измерительных систем.
Основные положения
Требуется актуализация
МИ 2441-97 ГСИ. Испытания для целей утверждения
типа измерительных систем. Общие требования
и гармонизация с:
ГОСТ Р 8.654-2009 ГСИ. Требования к программному
обеспечению средств измерений. Основные
положения.
МИ 3290-2010 ГСИ. Рекомендация по подготовке,
оформлению и рассмотрению материалов
испытаний средств измерений в целях утверждения
типа.
МИ 3286-2010 ГСИ. Рекомендация. Проверка защиты
программного обеспечения и определение её уровня
при испытаниях средств измерений в целях
утверждения типа.
МИ 2955-2010 Рекомендация. ГСИ. Типовая
методика аттестации программного обеспечения
средств измерений.

Благодарю за внимание