Метрологическое обеспечение измерительных систем (стр. 10 )

3. МИ 2808-2003. “ГСИ. Количество электрической энергии. Методика выполнения измерений при распределении небалансов на оптовом рынке электрической энергии”.

Автор

– ведущий научный сотрудник ФГУП “УНИИМ”, к. т.н.

Россия, 620000, Екатеринбург, www. uniim. ru

Тел. [phone] E-mail: *****@***ru

, ,

Методология разработки МВИ с использованием АИИС
крупных промышленных объектов

Одним из существенных отличий методик выполнения прямых и косвенных измерений заключается в том, что при прямых измерениях, в общем случае, роль методики выполнения измерения (МВИ) выполняют указания по применению, содержащиеся в эксплуатационной документации того или иного средства измерений. Это очевидное отличие нашло отражение даже в тексте последней редакции нового закона об обеспечении единства измерений, который сейчас активно обсуждается метрологической общественностью.

Действительно, вряд ли необходимо разрабатывать МВИ для измерения напряжения сети 220 В с погрешностью не более 2% вольтметром переменного тока с пределом измерений 300 В класса 1, или для измерения тока, потребляемого однофазной нагрузкой амперметром. Для измерения потребляемой мощности методом вольтметра-амперметра в этой же цепи с использованием этих же приборов и определения погрешности измерений требуется приведение схемы подключения приборов, определенный алгоритм обработки, а для измерения активной и реактивной мощности еще и дополнительное оборудования для определения угла сдвига фаз между током и напряжением, т. е. в том или ином виде оформленная МВИ. Те же измерения, выполняемые с помощью ваттметра определенного класса, являются прямыми измерениями и специальной МВИ не требуют.

Так, при измерении полного сопротивления выполняется сложная процедура косвенных измерений, требующая:

– подбора измерительных генераторов, усилителей,

– настройки резонатора измерительного зонда,

– настройки по специальной и достаточно сложной методике трансформатора (для снижения влияний КСВН выхода генератора),

– перемещений измерительного зонда (в определенной последовательности) и измерений этих перемещений,

– измерений и фиксации уровня выходного сигнала,

– расчета значения полного сопротивления (по определенным алгоритмам или диаграммам Вольперта или Смита).

Определение погрешности этих измерений также является трудоемкой процедурой, заключающейся в определении достаточно большого количества составляющих погрешностей и суммировании их с учетом законов распределения.

Совершенно очевидно, что МВИ в этом случае – документ, без которого измерения просто не могут быть проведены. В то же время современные анализаторы цепей выполняют измерения полного сопротивления в широких частотном и динамическом диапазонах, практически без участия оператора и выдают результаты измерений в любой, заранее заданной форме, т. е. фактически проводят прямые измерения полного сопротивления с заранее определенной погрешностью. Очевидно, что в этом случае разработка МВИ полного сопротивления теряет всякий практический смысл.

На этих простом и более сложном примерах хорошо видно, что необходимость разработки МВИ и, её содержание и документальное оформление зависят не столько от самой измеряемой величины и методов измерений, сколько от средств измерений, реализующих те или иные методы. Ведь в приведенном выше примере по измерению мощности переменного тока метод вольтметра-амперметра может быть реализован с помощью вольтметра, амперметра и фазометра, с последующим вычислением активной или реактивной мощности на калькуляторе или вручную (косвенные измерения), а может быть реализован в одном приборе, например вольтамперфазометре (ВАФ), где выполняются прямые измерения мощности.

Автоматизированные информационно-измерительные системы, содержащие большое количество каналов, реализуют, как правило, косвенные или совокупные измерения, проводимые в различных внешних условиях, осуществляют многоэтапную и довольно сложную обработку измерительной информации, но при этом представляют результат измерений физических величин в законченном виде, как при прямых измерениях. В результате пропадает необходимость регламентирования последовательности и содержания операций по подготовке и выполнению собственно измерительных процедур, по обработке промежуточных и вычислении окончательных результатов измерений, организации и проведения экспериментов по оценке показателей точности, т. е собственно методических инструкций, предусмотренных ГОСТ Р 8.563.

Основной задачей и содержанием МВИ с использованием таких систем становятся выбор номенклатуры и способов нормирования метрологических характеристик, расчет погрешностей измерительных каналов (ИК) по погрешностям входящих в них измерительных компонентов, впрочем, как и их идентификация, методы контроля и учета переменных влияющих факторов в пространственно разнесенных измерительных системах.

Решение этой задачи при разработке МВИ с использованием автоматизированных информационно-измерительных систем (АИИС) крупных промышленных объектов с большим количеством ИК, в которые входят компоненты с различным способом нормирования метрологических характеристик (МХ), представляет собой трудоёмкий процесс, связанный с необходимостью обработки больших объемов данных о типах измерительных компонентов, их метрологических характеристиках, взаимосвязях, условиях применения. Причем трудоёмкость увеличивается примерно пропорционально квадрату суммы количества каналов и типов измерительных компонентов. Предлагаемый путь кардинального снижения трудоемкости, а точнее линеаризации зависимости трудоемкости от количества, подразумевает специальный методологический подход, заключающийся в представлении структуры АИИС в виде реляционной базы данных (БД), а методов измерений и измерительных процедур - в виде набора программ, взаимодействующих с этой БД. При таком подходе модель АИИС становится инвариантной как к количеству ИК и измерительных компонентов, входящих в состав канала, так и к типу этих компонентов и к виду измеряемых величин.

Использование единой БД с предоставлением пользователям различных уровней доступа позволяет автоматизировать процесс обработки информации и сосредоточиться на его творческих аспектах, значительно снижает (а при соблюдении нескольких предписаний – полностью исключает) возможность использования неактуальных данных, даёт возможность оперативно контролировать ход выполнения проекта и оценивать объем и состав недостающей информации, выявлять противоречия в исходных данных.

Для выполнения работы по разработке МВИ создают БД, в структуре которой выделяют три основных таблицы: для хранения данных о месте и условиях применения компонента в АИИС (таблица COMPONENT), для хранения данных о контролируемом параметре технологического или учетного процесса (таблица PROCESS) и для хранения технических данных о компоненте (таблица COMPONENTTYPE). Связи между таблицами БД проиллюстрированы на рис. 1.

В таблицах PROCESS и COMPONENTTYPE связи между записями внутри одной таблицы отсутствуют (“плоская” структура данных), тогда как в таблице COMPONENT существуют связи типа двусвязного списка между записями, соответствующими компонентам, входящим в один и тот же ИК. При этом началом списка является запись с данными о датчике, концом списка – запись с данными о конечном компоненте ИК, например, автоматизированном рабочем месте (АРМ) оператора с установленным специализированным управляющим программным обеспечением (ПО). Для организации двусвязного списка используются специально введенные поля INPUT и OUTPUT, как это проиллюстрировано на рис. 2.

Рис. 1. Связи между таблицами БД АИИС

Рис. 2. Связи между записями таблицы COMPONENT

Двусвязный список позволяет автоматически восстанавливать состав ИК АИИС, а связи компонентов с таблицами PROCESS и COMPONENTTYPE позволяют автоматически вычислять метрологические характеристики ИК и выполнять иные аналитические действия, например, моделирование влияния различных факторов на метрологические характеристики ИК. Такая структура таблицы COMPONENT позволяет строить измерительные каналы из множества компонентов.

Пример структуры данных в таблицах БД и пример описания поля записи приведены в таблицах 1, 2, 3 и 4.

Таблица 1. Структура данных таблицы COMPONENT БД АИИС

Имя поля	Назначение
INPUT	Ссылка на поле NAME предыдущего компонента ИК
OUTPUT	Ссылка на поле NAME следующего компонента ИК
NAME	Обозначение компонента
TYPE	Тип компонента (с указанием модификации и т. п.)
Другие поля, характеризующие условия применения компонента

Таблица 2. Структура данных таблицы PROCESS БД АИИС

Имя поля	Назначение
NAME	Обозначение компонента
GOAL	Описание функционального назначения (цели использования) компонента
Другие поля, характеризующие процесс измерения

Пример структуры комплекса ПО для работы с БД проиллюстрирован на рис. 3.

Управление БД ведется с двух сторон: со стороны сервера, и со стороны клиента. На стороне сервера работает программное обеспечение, имеющее полный доступ к БД, задачей которого является предоставление клиенту веб-интерфейса доступа к данным.