5. Метрологический расчет

Погрешность данной измерительной системы складывается из погрешностей, вносимых датчиком температуры, расходомером, барьером искрозащиты, блоком аналогового входа и линией связи. На данный момент производители кабелей и интерфейсов передачи данных практически свели к нулю погрешность, вносимую линией связи, следовательно, её при расчетах не учитывают.

Точность процесса измерения технологических параметров может быть понижена за счет влияния систематической погрешности (неточно установлен ноль, неправильно установлен/смонтирован прибор, засор в импульсной линии и др.). При монтаже и эксплуатации измерительных каналов следует учесть все возможные варианты внесения погрешностей или попытаться исключить их.

Выполним метрологический расчет измерительных каналов, рассматриваемых в ВКР – канал измерения уровня и канал измерения расхода.

1. Расчет погрешности канала измерения уровня

Приведенная погрешность датчика уровня LS 5200 рассчитывается из условия класса допуска 1:

∆L = 1,5 см;

T_n = 425 см;

следовательно,

γ_T = ∆T/ T_n *100% = 1,5/425*100% = 0,35%.

Приведенная погрешность барьеров искрозащиты Метран-360-201: γ_БИЗ = 0,1%.

Приведенная погрешность модуля аналогового ввода: γ_AI = 0,2%.

Приведенная погрешность АЦП контроллера MD Plus VE3006: γ_АЦП = 0,15%.

Приведенная погрешность линии связи: γ_лс = 0%.

Таким образом, предел допускаемой погрешности измерительного канала составит:

2. Расчет погрешности канала измерения расхода

Приведенная погрешность датчика расхода Optimass 7050K: γ_F = 0,125%.

Приведенная погрешность барьеров искрозащиты Метран-360-201: γ_БИЗ = 0,1%.

Приведенная погрешность модуля аналогово ввода: γ_AI = 0,2%.

Приведенная погрешность АЦП контроллера MD Plus VE3006: γ_АЦП = 0,15%.

Приведенная погрешность линии связи: γ_лс = 0%.

Таким образом, предел допускаемой погрешности измерительного канала составит:

Выводы: выполнен метрологический расчет погрешности измерительных каналов. Погрешность для канала измерения уровня составила 0,46%. Для канала измерения расхода составила 0,28%. Таким образом, погрешности СИ позволяют обеспечить требуемую точность измерения параметров технологического процесса.

5. Расчет надежности сар

Под надежностью системы управления понимают способность системы выполнять предъявляемые к ней требования за заданное время в пределах, заданных ее техническими характеристиками. Полностью исключить отказ оборудования невозможно, следовательно, надежность не может быть 100%.

Мерой надежности служит интенсивность потока отказов .

где - число отказавших блоков (элементов) СУ за время .

– число блоков (элементов) СУ, работающих к моменту времени t.

Для характеризации надежности используют следующие виды распределения:

• экспоненциальное распределение (используется, когда интенсивность потока отказа практически не меняется);

• распределение Вейбулла (применяется при исследовании надежности аппаратов и систем, состоящих из большого числа однотипных элементов);

• усеченное нормальное распределение (используется для описания надежности элементов, отказы которых происходят из-за физического износа отдельных деталей или узлов, при этом число факторов, влияющих на появление отказа достаточно велико);

• γ –распределение (имеет те же параметры и формы кривых, что и при распределении Вейбулла).

Для определения надежности используют также экспериментальные методы:

• определительные испытания;

• контрольные испытания.

Показателями надежности СУ служат:

• наработка на отказ (с учетом восстановления);

• наработка до отказа (без учета восстановления) или вероятность безотказной работы за заданное время.

Вероятность безотказной работы за заданное время (2000 часов для промышленной автоматики) является нормативной характеристикой и вводится на все технические средства, входящие в САР.

Отказы, возникающие в САР можно классифицировать следующим образом:

• внезапные;

• параметрические (постепенные).

Внезапные отказы связаны с отказами в линиях связи, технических устройствах. Они сильно зависят от веществ, обращающихся в технологическом процессе, контакте с которыми находятся чувствительные элементы и регулирующие органы.

Параметрические отказы связаны с ухудшением качества работы САР, изменением динамических характеристик объекта управления. Их устраняют путем изменения настроечных параметров регуляторов.

Произведем расчет вероятности возникновения внезапных отказов измерительного канала, если известно, что:

• для контроллеров MD PlusVE3006 среднее время наработки на отказ равно 200000 часов (tср.н=200000 часов);

• для датчика температуры ТПУ 0304/М1-Н время наработки на отказ равно 150000 часов (tср.н=150000 часов);

• для датчика расхода Optimass 7050K время наработки на отказ равно 131400 часов (tср.н= 131400 часов);

• для барьеров искрозащиты Метран 630-201 время наработки на отказ равно 150000 часов (tср.н=150000 часов);

• для модулей ввода/вывода Emerson время наработки на отказ равно 200000 часов (tср.н=200000 часов);

• для соединительных проводов вероятность отказа за 2000 часов составляет 0,004.

Условно примем, что закон распределения отказов экспоненциальный, тогда вероятность безотказной работы определяем по формуле: , где λ=1/t_ср.н

Вероятность безотказной работы контроллера MD Plus VE3006:

Вероятность безотказной работы датчика температуры ТПУ 0304/М1-Н:

Вероятность безотказной работы датчика расхода Optimass 7050K:

Вероятность безотказной работы барьера искрозащиты Метран 630-201:

Вероятность безотказной работы модулей ввода/вывода Emerson:

Вероятность безотказной работы линий связи:

Вероятность безотказной работы системы управления за 2000 часов:

Выводы: выполнен расчет надежности САР. Вероятность безотказной работы системы управления за 2000 часов равна 0,935, что свидетельствует о высокой надежности используемой САР.