ГОСТ Р МЭК 60770-3-2016 Датчики для применения в системах управления промышленным процессом. Часть 3. Методы оценки характеристик интеллектуальных датчиков.
ГОСТ Р МЭК 60770-3-2016
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ДАТЧИКИ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫМ ПРОЦЕССОМ
Часть 3
Методы оценки характеристик интеллектуальных датчиков
Transmitters for use in industrial-process control systems. Part 3. Methods for performance evaluation of intelligent transmitters
ОКС 25.040.40
Дата введения 2017-04-01
Предисловие
1 ПОДГОТОВЛЕН Негосударственным образовательным частным учреждением "Новая Инженерная Школа" (НОЧУ "НИШ") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4, который выполнен Российской комиссией экспертов МЭК/ТК 65, и Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении" (ВНИИНМАШ)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 306 "Измерения и управление в промышленных процессах"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ
4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту МЭК 60770-3:2006* "Датчики для применения в системах управления промышленным процессом. Часть 3. Методы оценки характеристик интеллектуальных датчиков" (IEC 60770-3:2006 "Transmitters for use in industrial-process control systems - Part 3: Methods for performance evaluation of intelligent transmitters", IDT).
Международный стандарт разработан Техническим комитетом МЭК ТК 65 "Измерения и управление в промышленных процессах".
При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные и межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном
5 В настоящем стандарте часть его содержания может быть объектом патентных прав
6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
7 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Апрель 2020 г.
Правила применения настоящего стандарта установлены вИнформация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)
Введение
Современные датчики, предназначенные для использования в системах управления промышленным процессом, часто оснащаются микропроцессорами, которые выполняют обработку и передачу цифровых данных, имеют дополнительные чувствительные элементы и встроенные алгоритмы искусственного интеллекта. Такие датчики являются гораздо более сложными устройствами по сравнению с традиционными аналоговыми датчиками, что существенно повышает их стоимость.
Интеллектуальный (микропроцессорный) датчик (далее - датчик) - это измерительное устройство, использующее цифровые методы обработки и передачи данных для выполнения возложенных на него функций, для защиты и передачи данных и другой служебной информации. Он может быть оснащен дополнительными чувствительными элементами и функциональными модулями, обеспечивающими выполнение основных функций датчика. Дополнительные возможности могут, например, заключаться в повышении точности и расширении диапазона измерений, а также в обеспечении функций самодиагностики, аварийной сигнализации и мониторинга заданных условий. Поэтому методы тестирования, предназначенные для определения точности рабочих характеристик, хотя и остаются по-прежнему основными методами оценки функционирования датчиков, не являются более достаточными для подтверждения их универсальности, возможностей и других особенностей с точки зрения проектирования, установки, эксплуатации, надежности и работоспособности.
Из-за сложности датчиков оценку их рабочих характеристик необходимо выполнять в тесном сотрудничестве между представителями лаборатории, проводящей тестирование, и изготовителем данных датчиков. При разработке программы тестирования особое внимание следует уделять спецификациям характеристик датчиков, предоставленным изготовителем. Также следует внимательно изучать комментарии изготовителя как по программе тестирования, так и по результатам ее выполнения. Данные комментарии рекомендуется включать во все отчеты организации, проводящей тестовые испытания.
Настоящий стандарт содержит описание структурированных методов, обязательных для выполнения при проведении анализа проектов датчиков и тестирования их рабочих характеристик. Датчики в ряде случаев также могут быть встроены в цифровые системы связи (подключены к сети или общей шине), где им приходится взаимодействовать со множеством других устройств. В таких случаях важными становятся проблемы обеспечения требуемого уровня функциональной надежности, совместимости и возможности работы в режиме реального времени. Тестирование данных характеристик зависит в основном от внутренней структуры и организации датчика, а также от архитектуры и размера сетевой системы. В приложениях А, В и С описаны вспомогательные методы и концепции для разработки специфических процедур оценки общей надежности и проведения тестовых испытаний по определению производительности, а также тестирования функциональных блоков для конкретных случаев.
В случаях, когда проведение оценки характеристик датчиков по полной программе, приведенной в настоящем стандарте, не требуется или невозможно, следует проводить только указанные тестовые испытания, а их результаты представлять в соответствии с соответствующими разделами настоящего стандарта. В таких случаях в отчете по проведению тестирования необходимо указать, что оно не включало все тестовые испытания, определенные настоящим стандартом. Более того, там же необходимо перечислить пропущенные тестовые испытания, для того чтобы дать пользователям настоящего отчета реальную картину о проведенном тестировании.
Структура настоящего стандарта соответствует структуре МЭК 62098. При проведении тестирования также следует учитывать рекомендации МЭК 61298. Число тестовых испытаний, описанных в МЭК 61298, применимо для датчиков. Также рекомендуется ознакомиться со стандартами серии МЭК 61069, поскольку некоторые положения, приведенные в настоящем стандарте, основаны на концепциях, описанных в указанных стандартах.
1 Область применения и цель
Настоящий стандарт определяет:
- методы для:
- оценки функциональности и возможностей встроенных вычислительных функций интеллектуальных датчиков (далее - датчиков);
- тестирования рабочих параметров, а также статических и динамических характеристик датчиков;
- методики для:
- определения надежности и диагностических возможностей, используемых для детектирования аварийных ситуаций;
- определения возможностей по обмену данными датчиков, встроенных в коммуникационную сеть.
Данные методы и методики применимы для датчиков, преобразующих одну или более физических, химических или электрических величин в цифровые сигналы, передающиеся далее в коммуникационные сети, или в аналоговые электрические сигналы (как определено в стандартах серии МЭК 60381).
Методы и методики, приведенные в настоящем стандарте, предназначены для использования:
- изготовителями для определения рабочих характеристик своей продукции;
- пользователями или независимыми тестирующими лабораториями для проверки характеристик датчиков, указанных в спецификации.
Изготовителям датчиков рекомендовано использовать настоящий стандарт на ранних стадиях разработки изделий.
Настоящий стандарт является руководством по проведению оценки проектов датчиков. Настоящий стандарт включает в себя:
- структурированную форму перечня мероприятий по оценке аппаратной и программной частей проекта;
- описание методов проведения тестовых испытаний для определения и оценки рабочих характеристик, надежности и функциональности датчиков в различных рабочих условиях и режимах эксплуатации;
- описание форм представления полученных данных в отчете.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты и документы. Для недатированных ссылок применяют последнее издание ссылочного документа (включая все его изменения). Для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного документа.
IEC 60050-300, International Electrotechnical Vocabulary - Electrical and electronic measurements and measuring instruments - Part 311: General terms relating to measurements - Part 312: General terms relating to electrical measurements - Part 313: Types of electrical measuring instruments - Part 314: Specific terms according to the type of instrument (Международный электротехнический словарь. Электрические и электронные измерения и измерительные устройства. Часть 311. Общие термины, относящиеся к измерениям. Часть 312. Общие термины, относящиеся к электрическим измерениям. Часть 313. Типы электрических измерительных инструментов. Часть 314. Специальные термины, относящиеся к конкретному типу измерительных инструментов)
IEC 60068-2-1:2007, Environmental testing - Part 2-1: Tests - Test A: Cold (Климатические испытания. Часть 2-1. Тестирование. Тестовое испытание А: Холод)
________________
________________
IEC 60068-2-31, Environmental testing - Part 2-31: Tests - Test Ec: Drop and topple, primarily for equipment-type specimens (Климатические испытания. Часть 2-31. Тестирование. Тестовое испытание Ec: Падение и опрокидывание, применяемое в основном для образцов оборудования)
IEC 60068-2-78, Environmental testing - Part 2-78: Tests - Test Cab: Damp heat, steady state (Климатические испытания. Часть 2-78. Тестирование. Тестовое испытание Cab: Влажное тепло, стационарное состояние)
IEC 60079 (all parts), Electrical apparatus for explosive gas atmospheres (Электрические аппараты для взрывоопасных газовых сред)
IEC 60381 (all parts), Analogue signals for process control systems (Аналоговые сигналы в системах управления промышленным процессом)
IEC 60529:1989, Degrees of protection provided by enclosures (IP Code), Amendment 1 (1999) [Степени защиты корпусов (IP-код - степень защиты оборудования), редакция 1 (1999)]
IEC 60654 (all parts), Operating conditions for industrial-process measurement and control equipment (Условия эксплуатации контрольно-измерительной аппаратуры промышленного назначения)
IEC 60721-3 (all parts), Classification of environmental conditions - Part 3: Classification of groups of environmental parameters and their severities (Классификация условий окружающей среды. Часть 3. Классификация групп параметров окружающей среды и степени их опасности)
________________
________________
IEC 61032:1997, Protection of persons and equipment by enclosures - Probes for verification (Защита людей и оборудования с помощью защитных оболочек. Измерительные щупы для проверки степени защиты)
IEC 61158 (all parts), Digital data communications for measurement and control - Fieldbus for use in industrial control systems (Передача цифровых данных в системах измерения и контроля. Последовательная двусторонняя сеть Fieldbus для использования в системах управления промышленным процессом)
IEC 61298 (all parts), Process measurement and control devices - General methods and procedures for evaluating performance (Устройства измерения и управления промышленным процессом. Общие методы и процедуры оценки рабочих характеристик)
________________
IEC 61499 (all parts), Function blocks (Функциональные блоки)
IEC 61804 (all parts), Function blocks (FB) for process control (Функциональные блоки для систем управления промышленным процессом)
CISPR 11, Industrial, scientific and medical (ISM) radio-frequency equipment - Electromagnetic disturbance characteristics - Limits and methods of measurement (Оборудование высокочастотное. Промышленное, научное и медицинское. Характеристики электромагнитных помех. Ограничения и методы измерений)
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по МЭК 60050-300 и МЭК 60770-1, а также следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 интеллектуальный датчик (intelligent transmitter): Датчик, оснащенный средствами для осуществления двунаправленной связи с внешними системами и человеком-оператором, используемыми для отправки результатов измерений и служебной информации, а также получения внешних команд.
3.2 интеллектуальный датчик для измерения одной переменной (intelligent single variable transmitter): Датчик, измеряющий одну физическую величину.
3.3 интеллектуальный датчик для измерения нескольких переменных (intelligent multi variable transmitter): Датчик, измеряющий не менее двух идентичных или различных физических величин.
3.4 установка (adjustment): Последовательность операций, проводимых на измерительном устройстве для обеспечения того, чтобы его показания соответствовали заданным значениям измеряемой величины.
Примечание 1 - Если показания измерительного устройства должны быть нулевыми при нулевом значении измеряемой величины, эта последовательность операций называется установкой нуля.
Примечание 2 - Многие производители используют термин "калибровка" вместо термина "установка" нуля, диапазона показаний, линейности или соответствия.
3.5 пользовательская настройка (user adjustment): Настройка, определенная изготовителем, проводимая только при помощи средств, находящихся в распоряжении пользователя.
3.6 калибровка (calibration): Последовательность операций, устанавливающая в соответствии со стандартами зависимость, реализуемую при определенных условиях, между показаниями измерительного устройства и действительными значениями измеряемой величины.
Примечание - Зависимость между показаниями измерительного устройства и действительными значениями измеряемой величины может быть выражена в принципе с помощью калибровочной диаграммы.
3.7 регулирование (tuning): Процесс настройки различных параметров измерительного устройства, проведение которой необходимо для получения стабильных и оптимальных результатов измерений. Настройка параметров может осуществляться как методом "проб и ошибок", так и автоматически при применении запатентованной изготовителем процедуры регулировки.
3.8 базовая нагрузка (base load): Минимальное программное обеспечение, необходимое для выполнения основных(ой) функций(ии).
3.9 генератор сигналов (signal generator): Установка или устройство, обеспечивающие генерацию физической величины, которая должна быть измерена датчиком. Выходной сигнал генератора сигналов должен быть точным и соответствовать международным стандартам как при эталонных условиях, так и в заданном диапазоне контролируемых рабочих условий.
3.10 выбор конфигурации (configuring): Процесс реализации функциональности, заданной требованиями определенного приложения.
3.11 способность к изменению конфигурации (configurability): Максимально возможное расширение функциональности интеллектуального датчика с целью его применения в различных приложениях.
3.12 отладка (set-up): Процесс конфигурации, калибровки и настройки датчика для обеспечения проведения оптимальных измерений.
3.13 мертвая зона (dead band): Ограниченный диапазон значений, в пределах которого изменение входной переменной не приводит к заметным изменениям выходной переменной.
Примечание - Значение мертвой зоны, как правило, определяется разрешающей способностью подсистемы обработки цифровых данных и электрической выходной системой.
3.14 рабочий режим (operating mode): Выбранный режим работы датчика.
3.15 точность (accuracy): Показывает, насколько близки между собой результат измерения и (условно) истинное значение измеряемой величины.
3.16 ошибка (error): Алгебраическая разность между измеренным и истинным значениями измеряемой величины.
3.17 ошибка соответствия (conformity error): Абсолютное значение максимального расхождения между калибровочной кривой и заданной характеристической кривой.
3.18 ошибка линейности (linearity error): Абсолютное значение максимального расхождения между калибровочной кривой и заданной прямой линией.
4 Анализ проекта
4.1 Общие положения
Анализ проекта тестируемого датчика предназначен для выявления его возможностей и построения четкой структуры функциональности. Как было отмечено во введении, существует разнообразие датчиков. Анализ проекта датчиков является необходимым инструментом для определения деталей их физической и функциональной структур.
В подразделе 4.2 приведен алгоритм процесса построения физической структуры датчиков, в ходе которого определяются аппаратные модули, входы и выходы со стороны рабочей и окружающей среды. После определения физической структуры приступают к описанию функциональной структуры, для чего используют последовательность операций, описанную в подразделе 4.3. Приведенные в данном подразделе таблицы позволяют очертить круг актуальных вопросов, на которые необходимо ответить в ходе проведения анализа проекта, в основном при проведении качественных и количественных экспериментов.
4.2 Анализ датчика
4.2.1 Общие положения
Датчики можно разделить на два типа:
- датчик, предназначенный для измерения одной переменной. Измеряемое значение (выходной сигнал) соответствует одной физической величине, измеряемой одним типом чувствительного элемента;
- датчик, предназначенный для измерения нескольких переменных. Данный тип датчиков бывает двух видов:
- датчик, вырабатывающий несколько выходных сигналов, соответствующих разным измеряемым величинам; при этом каждый выходной сигнал соответствует одной конкретной входной величине, измеряемой с помощью определенного чувствительного элемента;
- датчик, вырабатывающий несколько композитных выходных сигналов, формируемых в ходе обработки по определенному алгоритму данных, полученных при измерении нескольких входных величин с помощью чувствительных элементов разного типа (сюда можно отнести расходомеры и механические измерители мощности). Во многих случаях для пользователя доступны и результаты измерений отдельных входных переменных.
Каждый тип датчиков может быть оснащен независимыми вспомогательными чувствительными элементами и дополнительными выходами (в основном, цифровыми), которые не используются для проведения основных измерений.
Обобщенная модель датчика в максимальной конфигурации представлена на рисунке 1. Данная модель позволяет построить блок-схему тестируемого датчика и дать его краткое описание. Также важно для определения функций, которые необходимо установить при проведении тестовых испытаний по оценке рабочих характеристик (см. раздел 5).
|
 |
Рисунок 1 - Модель интеллектуального датчика
Функционально все интеллектуальные датчики являются преобразователями информации. Данные вводятся в датчик и затем выводятся из него через разные (внешние) области, показанные на рисунке 1, следуя определенными маршрутами потоков данных. Можно выделить следующие маршруты потоков данных (следует понимать, что в конкретном рассматриваемом датчике не всегда присутствуют все типы потоков данных):
- от чувствительных элементов (область обработки данных) к внешним системам (область удаленных систем обработки данных);
- от чувствительных элементов (область обработки данных) к дисплеям операторов (область интерфейса связи с людьми);
- от чувствительных элементов (область обработки данных) к внешним системам (область электрических выходных сигналов);
- команды оператора, вводимые через персональную клавиатуру (область интерфейса с оператором), направляющиеся в подсистему обработки данных. Данные команды, соответственно, оказывают влияние на вышеупомянутые потоки данных, направленные к внешним системам: к удаленной системе обработки данных и к системе электрических выходных сигналов;
- команды дистанционного управления из области внешних удаленных систем обработки данных, направляющиеся в подсистему обработки данных датчика. Исполнение данных команд, соответственно, оказывает влияние на вышеупомянутые потоки данных, направленные к внешним системам: к системе электрических выходных сигналов и к локальным дисплеям операторов (область интерфейса связи с людьми).
Блок-схему и ее описание следует включать в отчет о проведении оценки датчика, по возможности добавив в него фотографии или эскизы важных деталей.
Основные физические модули и устройства, используемые для связи датчиков с внешними системами и операторами, определены в 4.2.2-4.2.9.
4.2.2 Подсистема обработки данных
Подсистема обработки данных является центром датчика. Его основное назначение заключается в подготовке и обработке измеренных(ой) величин(ы) с целью дальнейшего использования в режиме реального времени оператором или в интерфейсах связи и/или в подсистеме электрических выходов. Большая часть датчиков измеряет одну величину с помощью одного (основного) чувствительного элемента, однако композитные измеряемые переменные, такие как тепловой или массовый потоки, а также механическая мощность требуют применения большего количества чувствительных элементов.
Кроме основной измерительной функции, у датчика может быть целый ряд дополнительных функций, которые могут существенно меняться в зависимости от типа реализации датчика. Дополнительными функциями датчика могут быть:
- конфигурация;
- настройка и регулировка;
- самотестирование, диагностика, мониторинг условий;
- функции внешнего управления процессом;
- отслеживание и хранение данных.
Часть функций может быть реализована во внешних устройствах, которые постоянно или временно подключены к интерфейсу связи (например, функции конфигурации и отслеживания данных).
4.2.3 Подсистема чувствительных элементов
Назначение подсистемы чувствительных элементов заключается в преобразовании измеряемой(ых) физической(их) или химической(их) величины(величин) в электрический(ие) сигнал(ы), их приведении к требуемому виду и оцифровки для дальнейшего использования в устройстве обработки данных. Данная подсистема может быть оснащена дополнительными электрическими схемами для возможности работы с двоичными сигналами (например, для изменения диапазона измерений по приходу внешней команды) или вспомогательными чувствительными элементами разного типа (например, для компенсации или осуществления внутренней диагностики, а также мониторинга условий).
Чувствительный элемент или подсистема чувствительных элементов может быть интегрирована с другими модулями в один корпус.
Чувствительный элемент может быть также расположен отдельно на некотором расстоянии (например, в денситометрах и термопарных датчиках). Определенные датчики [например, термопарные датчики и резистивные детекторы температуры (RTD)] используют стандартные чувствительные элементы (сторонних изготовителей) с выходным электрическим сигналом. В таких случаях при проведении тестовых испытаний вместо подачи на вход датчика реальной физической величины может быть предусмотрено использование подходящего симулятора.
В зависимости от используемого принципа измерений для датчиков может потребоваться (как в случае струнных датчиков) или не потребоваться (как в случае термопарных датчиков) применение дополнительных (внешних) источников электропитания. Отдельные типы датчиков (такие как расходомеры Кориолиса и электромагнитные расходомеры) требуют применения источников электропитания со строго определенными характеристиками.
Чувствительные элементы, как правило, встраиваются в технологические установки, и во многих случаях могут напрямую контактировать с рабочей средой. По этой причине свойства среды, условия среды и сама установка могут отрицательно повлиять на чувствительные элементы. Если чувствительный элемент вынесен за пределы датчика, он может подвергаться воздействию условий окружающей среды сильнее, чем остальные подсистемы. Более того, при подготовке к проведению тестовых испытаний следует также рассматривать вопрос о том, надо или нет в ходе проведения тестовых испытаний подвергать датчик комбинированному воздействию как окружающих условий, так и технологических условий.
При проведении анализа проекта датчика должен быть составлен перечень типов рассматриваемых чувствительных элементов и приведены их диапазоны измерений.
4.2.4 Интерфейс с оператором
Интерфейс с оператором является важным инструментом для прямого взаимодействия с оператором. Он состоит из встроенных в датчик средств для считывания данных (локальный дисплей), а также ввода и запроса необходимой информации (локальные кнопочные устройства; например, клавиатура). В ряде случаев датчики не имеют интерфейса с оператором. В таких случаях доступ к базе данных осуществляется через интерфейс связи и внешние устройства или с помощью ручного пульта.
Перечень измеряемых данных, которые могут быть выведены на дисплей, и частота их обновления, а также статусные данные, которые автоматически или по запросу могут быть доступны оператору, следует представлять в виде таблиц. В дополнение к этому необходимо предоставить итоговый перечень функций и способов доступа к данным и их презентации.
4.2.5 Интерфейс связи
Датчики оснащаются интерфейсом связи, назначение которого заключается в обеспечении связи датчика с внешними системами. Данные измерений и управляющая информация передаются с помощью интерфейса и последовательной двусторонней шины Fieldbus (линии связи для передачи цифровых данных). Таким же путем осуществляется доступ к данным по конфигурации датчика. Также существуют гибридные датчики, в которых цифровые данные накладываются на аналоговый сигнал и передаются по линии передачи аналоговых сигналов. Могут быть и датчики, вообще не имеющие интерфейсов связи. В таких случаях процедура конфигурации датчика и считывание данных могут осуществляться через интерфейс с оператором.
Следует предоставлять перечень измеряемых данных, которые могут быть переданы в управляющее устройство, а также указывать частоту их обновления. Необходимо приводить список статусных данных, которые могут автоматически или по запросу быть переданы в управляющее устройство. Также следует указывать функции и средства доступа и предоставления данных.
4.2.6 Электрическая выходная подсистема
Датчики, пригодные для подключения к шине Fieldbus, не всегда оснащены электрической выходной подсистемой.
Электрическая выходная подсистема в основном предназначена для конвертации цифровой информации, предоставляемой подсистемой обработки данных, в один или несколько аналоговых электрических сигналов. Выходная подсистема может также иметь один или несколько электрических выходов для двоичных (цифровых) сигналов. Для реализации этих целей датчику может потребоваться дополнительный источник электропитания.
Перечень измеряемых переменных, которые могут быть выведены на электрические выходы подсистемы, следует представлять в виде таблиц. В эти таблицы необходимо также включать типы сигналов и диапазоны их изменения (например, 4-20 мА или 1-5 В). В дополнение к этому необходимо предоставлять итоговый перечень статусных данных, которые могут быть переданы на выходы для двоичных (цифровых) сигналов.
4.2.7 Электропитание
Многие датчики до сих пор требуют отдельного подключения к электросети постоянного или переменного напряжения. Однако большинство современных датчиков являются устройствами с "электропитанием от контура". Это означает, что они получают электропитание через линию передачи сигналов или выходную линию, предназначенную для электрических сигналов.
4.2.8 Внешние функциональные возможности
С помощью интерфейса для обмена данными и шины Fieldbus датчик контактирует с управляющим оборудованием [персональным компьютером (ПК), сервером связи и т.д.]. Поэтому часть функциональных возможностей датчика может быть реализована на управляющем оборудовании. В режиме дистанционного управления можно осуществлять следующие функции:
- дистанционную конфигурацию датчика;
- хранение данных (информации о конфигурации, трендах, режимах работы датчиков);
- часть процедур настройки и регулирования.
К внешним функциональным возможностям (если они есть) следует относиться так же, как и к встроенным функциям датчика.
4.2.9 Длительность цикла (ct)
Качество работы датчика в режиме реального времени в основном зависит от:
- времени, необходимом для подготовки и проведения измерений и передачи полученных данных во внешний мир;
Аббревиатура ct1-ct4 обозначает длительность циклов (время обновления) передачи внутренних данных между различными модулями и внешним миром. Длительность этих циклов не обязательно должна быть одинаковой, и, как правило, может полностью или частично настраиваться пользователем.
4.3 Аспекты, требующие рассмотрения
4.3.1 Общие положения
Для корректной работы необходимо проводить поверку датчика перед любыми тестовыми испытаниями, которые могут потребоваться для определения всех аспектов функциональности и возможностей, перечисленных в таблицах 1-7. Датчик должен быть исправен и не должен выдавать никаких сообщений об ошибках, что может быть показано на локальном дисплее или на дистанционно расположенном устройстве (ручном пульте, ПК или хост-компьютере), подключенном к общей шине.
В таблицах 1-7 приведен перечень операций, которые необходимо выполнить при подготовке тестовых испытаний по определению реализуемых функций и характеристик тестируемого датчика. Специалист, проводящий оценку датчика, должен принимать во внимание аспекты, перечисленные в последней колонке таблиц. Пример формата отчета о проведении оценки приведен в 4.3.9.
4.3.2 Функциональные возможности
Таблица 1 - Перечень операций при подготовке тестовых испытаний датчика по проверке функциональных возможностей
|
|
Функция/возможность | Аспект, который необходимо рассмотреть в ходе проведения оценки |
Основная(ые) функция(ии) | Приведите краткое описание принципа(ов) измерения.
Опишите статусную информацию о датчике и информацию по измерениям (отдельные и композитные величины), доступную для интерфейсов с оператором, а также с другими устройствами и электрической выходной подсистемой.
Опишите структуру программного обеспечения (функциональные блоки и связи между ними), а также правила применения программного обеспечения |
Дополнительная(ые) функция(ии) | Приведите краткое описание вспомогательных аналоговых и цифровых входных и выходных функций |
Соответствие | Новые версии датчиков должны быть совместимы со старыми версиями как по программному, так и по аппаратному обеспечениям |
Функциональные блоки | Приведите перечень доступных стандартных функциональных блоков (в соответствии со стандартами серии либо МЭК 61499, либо МЭК 61804). В случае запатентованных функциональных блоков необходимо описать и классифицировать их по следующим категориям:
- времязависимые функциональные блоки (сумматоры, контроллеры, таймеры, модули задержки/опережения);
- времянезависимые функциональные блоки, которые следует разделять на:
- вычислительные блоки (например, модули линеаризации характеристики чувствительного элемента, взятия квадратного корня, определения экспоненты);
- логические блоки (модули И, ИЛИ и т.д.).
Для каждого функционального блока необходимо указать:
- название блока;
- диапазон регулирования (если допустима его регулировка пользователем) |
Функциональные блоки | - значения, принятые по умолчанию (если такие есть);
- возможность распознавания и отбраковки недействительных значений.
Более подробную информацию о проверочных функциях функциональных блоков можно найти в приложении С |
Сигнал отключения | Проверьте доступность сигнала отключения. Сигнал отключения обычно применяется на нижнем конце характеристической кривой. Он позволяет защититься от ложных сигналов и шумов. Однако сигнал отключения может быть использован и в верхнем конце характеристической кривой. Требуется определить, какая из данных опций доступна, и может ли пользователь задавать параметры отключения.
Проверьте, есть ли у датчика мертвая зона между активацией данного сигнала и непосредственно отключением, и может ли пользователь регулировать эту величину |
Фильтры | Если в измерительной системе есть фильтры, необходимо выяснить:
- являются они аналоговыми (аппаратными) или цифровыми (программными); - к какому типу они относятся (первого или второго порядка), а также можно ли регулировать их постоянную времени |
4.3.3 Способность к изменению конфигурации
Таблица 2 - Перечень операций при подготовке тестовых испытаний датчика по проверке способности к изменению конфигурации
|
|
Функция/возможность | Аспект, который необходимо рассмотреть в ходе проведения оценки |
Совместимость шин Fieldbus | Проверьте, для чего предназначен тестируемый датчик:
- для подключения к шине fieldbus в соответствии со стандартами серии МЭК 61158;
- для использования в отдельно стоящей конфигурации в комбинации с временным подключением к запатентованной шине fieldbus;
- для использования только в отдельно стоящей конфигурации.
Приведите список шин fieldbus, совместимых с данным датчиком |
Средства конфигурации | Проверьте, может ли датчик конфигурироваться с помощью:
- локальных средств управления на самом датчике (интерфейс с оператором);
- дистанционно расположенного ПК или хост-компьютера;
- временно подключаемого ручного пульта управления.
Отметьте возможные проблемы, которые могут появиться при конфигурировании датчика с помощью данных средств. Могут встречаться следующие проблемы:
- некорректный ввод из-за слишком малого расстояния между ключами;
- ввод некоторых параметров может привести к незаметным изменениям других ранее установленных параметров, что скажется на корректности работы;
- несовместимость в обработке параметров. Например, отсутствие предупреждающих сообщений при попытке изменения защищенных параметров |
Конфигурация (переконфигурация) в режиме реального времени | Проверьте, могут ли быть изменены функции и параметры непосредственно в режиме управления. Если да, проверьте, как это сказывается на выходных сигналах. Проверьте, существуют ли механизмы защиты, запрещающие доступ ко всем параметрам и функциям или некоторым из них в режиме реального времени |
Конфигурация в автономном режиме | Проверьте, существует ли возможность установки и сохранения данных по конфигурации нескольких датчиков на разных ПК (в автономном режиме).
Измерьте требуемое время для проведения конфигурации в автономном режиме |
Загрузка параметров конфигурации | Проверьте, возможна ли загрузка параметров конфигурации.
Проверьте, возможна ли загрузка параметров конфигурации, подготовленных в автономном режиме.
Измерьте требуемое время для проведения данных операций:
- при запуске fieldbus-системы;
- при работающей (активной) fieldbus-системе (требуемое время для проведения данных операций может зависеть от количества участников fieldbus -сети) |
Условия перезапуска | Если датчик оснащен функциями технологического контроля, он также может иметь опции перезапуска после восстановления напряжения питания. При проведении перезапуска могут выполняться следующие условия:
- возврат к последнему значению;
- переход к значению, заданному пользователем; - перезапуск в ручном режиме |
Условия перехода в безопасный режим | Перечислите действия по переконфигурации датчика при детектировании внутренних неисправностей или выходе из строя чувствительных элементов |
4.3.4 Конфигурация аппаратных средств
Таблица 3 - Перечень операций при подготовке тестовых испытаний датчика по проверке способности к изменению конфигурации аппаратных средств
|
|
|
Функция/возможность | Аспект, который необходимо рассмотреть в ходе проведения оценки | |
Механическая конструкция | Шарнирные соединения/защитные конструкции | Напишите комментарии по этим пунктам: по сложности и прочности конструкций и их защите от повреждений.
При необходимости приведите информацию о проблемах, связанных с механической прочностью, которые могут возникнуть при подготовке к оценке датчика и во время проведения тестовых испытаний.
Напишите комментарии по внутренним модулям, которые должны включать информацию об их расположении/размещении и способе адресации аппаратных устройств: программном или с помощью DIP-переключателей |
| Внутренние модули |
|
| Опоры |
|
| Выступающие части |
|
| Средства локального управления |
|
| Соединения с чувствительным элементом |
|
| Электрические соединения |
|
| Механические соединения |
|
Простота монтажа | Процедура монтажа оборудования может оказывать влияние на параметры калибровки.
Проверьте, уделяется ли достаточное внимание выравниванию, креплению датчика к установке, теплоизоляции и т.д.
Отметьте все возможные проблемы, которые могут возникнуть при монтаже и демонтаже датчика. Также определите время, необходимое для корректного монтажа датчика | |
4.3.5 Регулировка и настройка
Примечание 1 - Многие изготовители используют термин "калибровка" для обозначения процедуры регулировки нуля, диапазона измерения, а в некоторых случаях и линейности. Такой подход конфликтует с определениями регулировки и калибровки, приведенными в МЭК 60050-300.
Примечание 2 - Не все типы датчиков могут предоставить пользователям инструменты для возможности проведения регулировки и настройки.
Таблица 4 - Перечень операций при подготовке тестовых испытаний датчика по проверке процедур настройки и регулирования
|
|
Функция/возможность | Аспект, который необходимо рассмотреть в ходе проведения оценки |
Процедура регулировки | Вопросы, которые необходимо рассмотреть:
- определите, сколько существует процедур регулировки и чем они различаются [какая из них является предпочтительней и т.д., регулирование в режимах онлайн (в режиме реального времени) или офлайн (автономно)];
- определите, какое внешнее оборудование необходимо для проведения калибровки, регулировки и настройки;
- определите, как часто пользователь должен проводить регулировку датчика и когда;
- определите, выполняется ли часть процедур в автоматическом режиме;
- определите, сохраняются ли данные о регулировках, калибровке и настройках (имя оператора, дата, параметры и т.д.) в энергонезависимом запоминающем устройстве;
- определите пределы диапазона измерений;
- определите разрешающую способность регулировок нуля и верхней и нижней границ диапазона измерений;
- определите, является ли линеаризация частью процедуры регулирования;
- измерьте время, необходимое для выполнения процедур регулировки, настройки и калибровки.
Сформулируйте все очевидные и потенциальные проблемы, которые могут проявиться при выполнении процедуры регулирования |
Процедура настройки | Некоторым датчикам требуется проведение процедур настройки для адаптации к технологическим условиям, условиям конкретной установки и условиям окружающей среды. Кратко опишите процедуру настройки. При этом необходимо рассмотреть следующие вопросы:
- в некоторых случаях настройка/адаптация может потребовать установки фиксированных параметров, непосредственно связанных с технологическим процессом, в частности при проведении конфигурации датчика. Как правило, данный метод имеет ограниченную применимость, особенно в случаях, когда реальные технологические параметры могут меняться в широком диапазоне значений;
- процедура настройки может выполняться в автоматическом режиме, тогда датчик будет самостоятельно подстраиваться под реальные условия. В этом случае необходимо определить, как часто пользователь должен проверять настройки. Также необходимо указать, будут ли результирующие параметры активироваться самостоятельно, или пользователь может игнорировать/изменять их и выбирать для них различные значения. Требуется записывать значения выходного сигнала датчика в ходе выполнения процедуры настройки. Полученная запись может помочь выявить ограничения данной процедуры;
- необходимо определить, можно ли объединить две независимые процедуры регулировки и настройки в одну процедуру; - измерьте время, необходимое для проведения процедуры настройки |
4.3.6 Удобство эксплуатации
Таблица 5 - Перечень операций при подготовке тестовых испытаний датчика по проверке удобства эксплуатации
|
|
Функция/возможность | Аспект, который необходимо рассмотреть в ходе проведения оценки |
Локальные средства (инструменты) управления и доступа к измерительной системе | Кратко опишите:
- имеющиеся в наличии клавиши (кнопки);
- доступность клавиш (кнопок) и их защищенность от попадания газа, воды, пыли;
- эргономику расположения и использования клавиш (кнопок);
- защиту/пригодность к эксплуатации клавиш (кнопок) в местах с агрессивными условиями окружающей среды |
Локальные дисплеи | Кратко опишите данные, которые могут быть отображены на локальных дисплеях, такие как:
- число строк и символов в строке;
- заданные контрольные параметры;
- сообщения об ошибках;
- удобство считывания с дисплея без удаления защитных кожухов с электронных устройств |
Интерфейс(ы) с оператором(ами) на внешней системе | Опишите программное обеспечение ПК, организацию и иерархию доступа для различных групп пользователей и соответствующих дисплеев, а также возможность использования специализированных клавиатур.
Для ручных коммуникаторов приведите картинку с расположением дисплея и клавиатуры |
Техническое обеспечение и инструменты для инженерно-технического и обслуживающего персонала | Для систем, работающих под управлением ПК, приведите краткое описание организации и иерархии программного обеспечения и шаблонов экранов на дисплее, используемых для поддержания работы инженерно-технических систем.
Если есть возможность, приведите перечень всех аппаратных средств (таких как переключатели, потенциометры и т.д.), которые могут быть использованы для проведения процедур конфигурации, установки, регулировки и калибровки |
Вопросы диагностики техпроцесса | Проверьте, может ли датчик, наряду с основной своей функцией проведения измерений, осуществлять обнаружение сбоев в техпроцессах и технологических установках и диагностику дефектов, например, таких как:
- пустоты;
- загрязнение продуктов;
- несовместимость продуктов (например, газ, попавший в жидкость);
- возникновение препятствий на пути потока продуктов;
- чрезмерная вибрация установки;
- нарушение целостности контура и его характеристик (для этого необходима информация от датчиков и функциональных блоков, входящих в этот контур);
- трещины, износ, усталость или коррозия трубок, сосудов и т.д.
Опишите соответствующие тестовые испытания и системы существующей аварийной сигнализации. Для этого:
- проанализируйте спектры основного сигнала датчика во временной и частотной областях;
- проверьте, существует ли дактилоскопический контроль;
- проверьте доступность дополнительных чувствительных элементов;
- проанализируйте дополнительные программные возможности для экономии рабочего времени, времени при определенной нагрузке, количества циклов. Проверьте, встроены ли эти программные средства в датчик или в хост-компьютер;
- уточните, запускает ли тестовые испытания оператор, или они инициируются автоматически в режиме реального времени;
- укажите, может ли пользователь менять параметры тестовых испытаний; - опишите реакцию датчика на срабатывание сигнализаторов в ходе диагностики |
4.3.7 Функциональная надежность
Таблица 6 - Перечень операций при подготовке тестовых испытаний по проверке функциональной надежности
|
|
Функция/возможность | Аспект, который необходимо рассмотреть в ходе проведения оценки |
Диагностика датчика | Опишите, как датчик диагностирует свои внутренние неисправности и как обеспечивает безопасность работы в случае их обнаружения. Механизмы самодиагностики могут быть использованы для обнаружения:
- неисправностей постоянного запоминающего устройства (ПЗУ);
- нехватки времени;
- сбоев опорного напряжения;
- сбоев управляющего тока;
- критических неисправностей энергонезависимых запоминающих устройств;
- неисправностей вспомогательных чувствительных элементов (например, внутренней температуры, давления).
Устройства на шине Fieldbus могут выдавать следующие специальные сообщения:
- проблемы с процессором, управляющим входами/выходами;
- выход неисправен;
- статические параметры потеряны;
- ошибка чтения калибровочных данных.
Проверьте, какой тип диагностики проводится:
- диагностика в режиме реального времени (в процессе эксплуатации) проводится: в автоматическом, непрерывном режимах или периодически;
- диагностика в режиме реального времени (в процессе эксплуатации): проводится по запросу пользователя;
- автономная диагностика (вне эксплуатации).
Проверьте, указывает ли изготовитель значение коэффициента запаса с учетом детектирования внутренних неисправностей |
Детектирование некорректного использования датчика | Проверьте, может ли датчик или система шины fieldbus выявить ошибки и неисправности, вызываемые некорректными и/или неумышленными действиями и/или эксплуатационными работами, такими как:
- некорректная установка адреса с помощью перемычек (джамперов) или DIP-переключателей (если они установлены);
- неправильная полярность подключения проводов питания, разъемов, печатных плат (если это возможно);
- неправильное соединение разъемов (если длина проводов допускает это);
- оставление цепи в разомкнутом состоянии из-за неподключенного разъема;
- неполное или некорректное проведение процедуры запуска;
- применение для датчика некорректного уровня защиты;
- многократное использование в многоточечных цифровых системах связи одинаковых имен тега и номеров для разных датчиков;
- создание короткого замыкания при касании соседних элементов при выполнении механических настроек |
Аварийные сигналы | Можно различить две группы аварийных сигналов:
- аварийные сигналы при нарушениях техпроцесса (сюда относятся вышеупомянутые сбои и дефекты в технологических установках). Пользователь может влиять на установки данного типа сигналов;
- аварийные сигналы, возникающие в процессе самотестирования (при обнаружении внутренних неисправностей датчика). Оператор, как правило, не может влиять на параметры данного типа сигналов.
Перечислите аварийные сигналы обоих групп и укажите, как они поступают:
- на хост-компьютер, работающий через шину fieldbus;
- на устройства, подключенные с помощью проводных соединений через релейные выходы;
- на локальный дисплей.
Проверьте, появляются ли аварийные сигналы автоматически в режиме реального времени, или по запросу пользователя, или каким-то другим способом |
Защита против несанкционированного доступа | Опишите применяемые методы защиты:
- аппаратные (укажите ключ защиты);
- программные (пароли, разные уровни доступа, разные степени доступа и возможностей на каждом из уровней доступа);
- доступ к средствам локального контроля и регулировок/настроек |
Ремонтопригодность | Перечислите уровни ремонта, определенные изготовителем (замена частей, замена самого датчика).
Определите время, необходимое для ремонта (включая замену в мастерской и процедуры конфигурации, настройки и регулировки).
Определите, какие инструменты необходимы для проведения ремонта.
Перечислите процедуры профилактического и/или планового ремонта.
Проанализируйте, существуют ли методы и алгоритмы для определения степени ухудшения работы датчика |
Надежность | Приведите цифровое значение среднего времени между отказами и укажите источники получения этих значений. Данные значения могут быть найдены в:
- публичных базах данных (таких как MIL HDBK 217 или любые другие запатентованные базы данных);
- материалах, накопленных из производственного опыта (отслеживайте число и срок давности данных, использованных в расчетах).
Определите, заложена ли в системе частичная или полная избыточность, или она доступна опционально |
Защита от воздействия окружающей среды (ESS) | Выясните, проводил ли изготовитель климатические испытания (ESS испытания).
Если проводил, то укажите, какие это были испытания:
- при циклическом изменении температуры;
- только под воздействием высокой температуры (термовыдержка);
- вибрационные испытания; - электрические испытания и т.д. |
4.3.8 Поддержка от изготовителя
Таблица 7 - Перечень операций при подготовке тестовых испытаний датчика по проверке поддержки от изготовителя
|
|
Функция/возможность | Аспект, который необходимо рассмотреть в ходе проведения оценки |
Обучение | Приведите перечень учебных курсов, укажите также их уровень подготовки и продолжительность |
Поддержка изготовителя в процессе эксплуатации | Укажите:
- предлагает ли изготовитель контракт по обслуживанию датчика в процессе эксплуатации;
- зону охвата этого контракта;
- в течение какого времени гарантируется прибытие на рабочее место обслуживающего персонала |
Запасные части | Укажите наименьшую заменяемую деталь.
Укажите содержимое/размер рекомендуемого склада запасных частей. Выясните доступность запасных частей по окончании производства датчиков данного типа |
Гарантия | Укажите гарантийный период и на что он распространяется |
4.3.9 Отчет
Формат отчета, приведенный в таблице 8, точно соответствует структуре, заданной выше в таблицах 1-7.
Таблица 8 - Формат отчета по анализу проекта
|
|
Функция/возможность | Наблюдение и комментарий |
Совместимость с шиной Fieldbus |
|
Инструменты конфигурирования |
|
Изменение конфигурации в режиме реального времени |
|
Автономная конфигурация |
|
Загрузка программного обеспечения |
|
Перестраиваемый датчик |
|
Выходные характеристики и т.д. |
|
4.4 Документированная информация
В таблице 9 кратко описаны вопросы, которые должны быть приведены в документации изготовителя.
Таблица 9 - Перечень доступной документации
|
|
Предмет | Наблюдение и комментарий |
Идентификация датчика:
- этикетка или бирка на корпусе;
- идентификация программного обеспечения |
|
Принцип действия |
|
Пределы применения:
- температура;
- вибрация;
- влажность;
- электромагнитные наводки;
- напряжение питания и т.д. |
|
Классификация условий окружающей среды (стандарты серии МЭК 60721-3).
Рабочие условия (стандарты серии МЭК 60654).
Классификация защитных конструкций (МЭК 60529) |
|
Сертификация датчика для применения в опасных условиях |
|
Данные о частоте отказов |
|
Механическая конструкция:
- габаритные размеры, монтаж;
- корпус; материалы и покрытия, контактирующие с измеряемой средой |
|
Монтажная схема внешней проводки |
|
Описание программного обеспечения (номера версии) |
|
Инструкции по монтажу и соединениям |
|
Инструкции по конфигурации |
|
Ввод в эксплуатацию:
- регулировка;
- калибровка;
- настройка/инициализация |
|
Рабочие инструкции |
|
Самодиагностика/поиск неисправностей |
|
Инструкции по эксплуатации |
|
Спецификации по рабочим характеристикам |
|
Перечень запасных частей |
|
Информация для заказа |
|
Способы поддержки от изготовителя |
|
Если данная информация недоступна или недостоверна, это следует отметить в колонке "Наблюдение и комментарий".
5 Оценка рабочих характеристик
5.1 Общие положения
Тестовые испытания, которым следует подвергнуть датчик, необходимо выбирать в процессе переговоров между всеми сторонами, участвующими в проведении его оценки. Руководящими принципами при выборе способа тестирования рабочих характеристик датчика являются интересы пользовательского приложения. Это является основой для определения требований к функции(ям) измерения, характеристикам датчика и рабочим условиям его эксплуатации.
На основе изучения требований к датчику, отобранному для проведения оценки, и самого датчика, разрабатываются тестовые процедуры и подбирается испытательная база, необходимая для проведения тестовых испытаний по оценке его рабочих характеристик. На начальном этапе выбора тестовых испытаний необходимо оценивать возможность их технической реализации, а также стоимость их проведения. В некоторых случаях проведение тестирования может оказаться очень сложным и дорогим, что может быть связано с измеряемой величиной, физическим принципом измерения или предъявленными требованиями.
5.2 Анализ функций датчика
5.2.1 Общие положения
Анализ проекта, описанный в разделе 4, позволяет получить представление о функциональных возможностях датчика, выбранного для анализа, с точки зрения его измерительных и вспомогательных функций, таких как конфигурация, локальное управление, самотестирование и диагностика. Если датчик обладает расширенной функциональностью, может быть принято решение (с целью экономии времени и денег) не подвергать его проверке всех функций, перечисленных в перечне тестовых испытаний по проверке рабочих характеристик. Может быть согласовано, что функция или определенные функции будут проверяться в ходе проведения нескольких тестовых испытаний под воздействием заданных факторов влияния. В определенных случаях, например в случаях применения стандартных или хорошо изученных чувствительных элементов [таких как термопары и резистивные детекторы температуры (RTD)], стороны, участвующие в проведении тестовых испытаний, могут договориться о замене реальных физических величин, которые необходимо замерить, на подходящий симулятор.
Определение функций измерения, которые требуется оценивать, базируется на концепции траектории потоков данных (см. подраздел 4.2). Стороны, принимающие участие в проведении оценки, должны определить соответствующие траектории потоков данных и диапазоны измерений исследуемого датчика. В таблицах 10 и 11 приведены примеры форматов перечней функций и их определений, оцениваемых в ходе анализа. Таблица 10 применима к датчику, измеряющему одну переменную (дифференциальному датчику давления), а таблица 11 - к датчику, измеряющему композитный сигнал (мощность на валу дизельного двигателя), который получается при измерении двух входных переменных (момента и скорости).
5.2.2 Пример датчика с одной переменной
В таблице 10 представлены диапазоны измерения сигналов, изучаемых в ходе тестовых испытаний по проверке рабочих характеристик исследуемого датчика. Датчик, рассматриваемый в данном примере, имеет электрический выход, а результаты измерений можно наблюдать на локальном дисплее; дополнительно к этому они также передаются во внешнюю систему. Локальный дисплей имеет малое разрешение, и его показания из-за низкой точности нельзя использовать в расчетах при проведении оценки. На локальном дисплее можно также отслеживать показания дополнительного датчика температуры, но в данной конкретной задаче реальная температура специально не контролировалась ни с помощью точного термометра, ни с помощью внешней системы.
Для получения доступа к полной версии без ограничений вы можете выбрать подходящий тариф или активировать демо-доступ.