17.2. Похибка методу вимірювань.

Для виконання автоматизованих вимірювань використовують датчики і вимірювальні перетворювачі, вимірювальні модулі введення аналогових сигналів, обробку результатів вимірювань на комп'ютері або в контролері. При цьому на похибку результату вимірювань роблять вплив наступні чинники:

• опір кабелів;

• співвідношення між вхідним імпедансом засобу вимірювань і вихідним імпедансом датчика;

• якість екранування і заземлення, потужність джерела перешкод;

• похибка методу непрямих, сумісних або сукупних вимірювань;

• наявність зовнішніх впливаючих чинників, якщо вони не враховані в додатковій погрішності засобу вимірювань;

• похибка обробки результатів вимірювань за допомогою програмного забезпечення.

Всі погрішності, які не можуть бути враховані в процесі сертифікаційних випробувань і внесені до паспорта засобу вимірювань, а з'являються в конкретних умовах застосування, відносяться до методичних. На відміну від них, інструментальні погрішності нормуються в процесі виробництва вимірювального приладу і заносяться в його експлуатаційну документацію. Таким чином, якщо до складу змонтованої автоматизованої вимірювальної системи входять засоби вимірювань з нормованими погрішностями, то похибка, викликана перерахованими вище чинниками, є методичною. Якщо ж виконується сертифікація всієї вимірювальної системи, то методичні погрішності можуть бути враховані в погрішності всієї системи і вони переходять в розряд інструментальних.

Для розрахунку або вимірювання методичної погрішності важко дати загальні рекомендації. Кожен конкретний випадок вимагає окремого розгляду.

17.3. Похибка програмного забезпечення

Похибка програмного забезпечення (ПО) оцінюється як різниця між результатами вимірювань, отриманих даним ПО і еталонним ПО. Під еталонним розуміється програмне забезпечення, висока точність якого доведена багатократними випробуваннями і тестуванням. Поняття еталонного ПО є умовним і визначається угодою між замовником атестації і виконавцем. Як еталонне може бути використано раніше атестоване ПО.

До основних джерел погрішностей ПО відносяться:

• помилки запису початкового тексту програми і помилки трансляції програми в об'єктний код;

• помилки в алгоритмі вирішення вимірювальної задачі;

• помилки в таблицях для лінеаризації нелінійних характеристик перетворення;

• застосування нестійких або таких, що поволі сходяться алгоритмів при вирішенні погано обумовлених вимірювальних завдань;

• помилки перетворення форматів даних;

• помилки округлення і ін.

Надійність (достовірність) ПО забезпечується засобами захисту від несанкціонованих змін, які можуть з'явитися причиною появи не врахованих при атестації погрішностей.

17.4. Достовірність вимірювань.

В процесі виконання вимірювань можуть з'явитися грубі помилки (промахи), які роблять вимірювання недостовірними не дивлячись на застосування дуже точних вимірювальних приладів. Тут під достовірністю розуміється ступінь довіри до отриманих результатів. Достовірність може бути низька за наявності погрішностей, про існування яких експериментатор не здогадується. Достовірність при використанні автоматизованих вимірювальних систем знижується із зростанням їх складності і істотно залежить від кваліфікації персоналу проектуючої і монтажної організації.

Головним методом забезпечення достовірності є зіставлення результатів вимірювання однієї і тієї ж величини різними, не зв'язаними один з одним способами. Наприклад, після монтажу системи вимірювання температури в силосі елеватора слід порівняти дані автоматизованої системи і автономного контрольного термометра, щоб переконатися в правильності даних, отриманих від автоматизованої системи.

Приведемо декілька прикладів, що ілюструють випадки, коли, не дивлячись на застосування точних засобів вимірювань, виходять абсолютно помилкові дані, що вводять людину в оману.

Приклад 1. Для вимірювання температури повітря в теплиці використаний датчик температури з погрішністю ±0,5°С. Проте датчик встановлений таким чином, що в деякий час на нього падають прямі промені сонця, які нагрівають датчик, але не змінюють температуру повітря. При цьому похибка вимірювання температури повітря може скласти +5°С, що дозволяє кваліфікувати результат вимірювання як недостовірний.

Приклад 2. Для вимірювання температури в силосах елеватора встановлені точні датчики і зроблений ретельний монтаж, але розташований на даху елеватора ретранслятор стільникового зв'язку виявився непоміченим і не було прийнято достатніх заходів для захисту від перешкод. При цьому похибка вимірювання температури може скласти ±10°С унаслідок перешкод, наведених передавачем на сигнальних кабелях системи.

Приклад 3. У автоматизованій системі для вимірювання параметрів продукції використаний модуль введення з погрішністю ±0,05%, проте при наладці системи програміст помилково встановив частоту перешкодоподавляючого режекторного фільтру не 50, а 60Гц. Об'єм проведених приймально-здавальних випробувань системи не дозволив виявити цю помилку. В результаті похибка вимірювань внаслідок наведеної перешкоди з частотою 50 Гц може підвищитися до ±10% замість очікуваних ±0,05%.

Приклад 4. Під час виконання вимірювань ваш колега розмовляв по стільниковому телефону. Наведення сигналу від передавача стільникового телефону може підвищити похибку вимірювань у декілька разів.

Приклад 5. При монтажі системи заземлили екран сигнального кабелю з двох сторін. Об'єм проведених приймально-здавальних випробувань не дозволив виявити цю помилку. Похибка може збільшитися у декілька разів в порівнянні з очікуваною.

Приклад 6. В процесі експлуатації системи порушився контакт в ланцюзі заземлення, що призвело до епізодичного підвищення рівня перешкод у вимірювальному ланцюзі. Погано затягнутий болт в ланцюзі заземлення призводив до збоїв системи автоматики, причину яких шукали декілька років.

Приклад 7. При розрахунку погрішності засобів вимірювань була проігнорована динамічна похибка, оскільки початкові дані для її розрахунку не були вказані в експлуатаційній документації на засіб вимірювання і не були виявлені в процесі прийомосдаточних випробувань зважаючи на складність постановки експерименту, відсутність часу і приладів для контролю величини погрішності. Під час експлуатації системи фактична похибка у декілька разів перевищує розрахункову.

У приведених прикладах складно виявити наявність похибки в процесі здачі системи в експлуатацію, або вона з'являється в процесі експлуатації. Це призводить до зниження достовірності вимірювань не дивлячись на високу інструментальну точність використаних технічних засобів.

Загальний підхід до вирішення проблеми полягає в застосуванні іншої, незалежної системи або методики вимірювань для виявлення помилок. Можна використовувати також цілий комплекс заходів, включаючи підбір персоналу, дотримання графіка перевірки, ретельність виконання типових і сертифікаційних випробувань системи, дотримання методики вимірювань і обслуговування вимірювальної системи.

Термін «достовірність» іноді використовується в іншому його значенні — для вказівки вірогідності того, що виміряне значення знаходиться в заданому довірчому інтервалі за умови, що всі промахи і помилки вимірювальної системи і методики вимірювань виключені. Кількісним виразом достовірності в даному випадку є довірча вірогідність. Слід розрізняти ці два значення одного і того ж терміну.

ЛЕКЦІЯ 18. Програмовані логічні контролери (ПЛК) ДЛЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦІЇ. ПЛК.

18.1. Типи ПЛК.

18.2. Архітектура.

18.3. Характеристики ПЛК.

18.4. Пристрої збору даних.

18.1. Типи ПЛК.

Для класифікації величезної різноманітності контролерів, що існують в даний час, розглянемо їх істотні відмінності.

Основним показником ПЛК є число каналів введення-виведення. За цією ознакою ПЛК діляться на наступні групи:

• нано- ПЛК (менше 16 каналів);

• мікро- ПЛК (більше 16, до 100 каналів);

• середні (більше 100, до 500 каналів);

• великі (більше 500 каналів).

За розташуванням модулів введення-виведення ПЛК бувають:

• моноблочними, в яких пристрій вводу-виводу не може бути видалений з контролера або замінений на інший. Конструктивно контролер є єдиним цілим з пристроями введення-виведення (наприклад, одноплатний контролер). Моноблочний контролер може мати, наприклад, 16 каналів дискретного введення і 8 каналів релейного виводу;

• модульні, такі, що складаються із загальної корзини (шасі), в якій розташовуються модуль центрального процесора і змінні модулі вводу-виводу. Склад модулів вибирається користувачем залежно від вирішуваного завдання. Типове число слотів для змінних модулів — від 8 до 32;

• розподілені (з віддаленими модулями вводу-виводу), в яких модулі введення-виводу виконані в окремих корпусах, з'єднуються з модулем контролера по мережі (зазвичай на основі інтерфейсу RS-485) і можуть бути розташовані на відстані до 1,2 км від процесорного модуля.

Часто перераховані конструктивні типи контролерів комбінуються, наприклад моноблочний контролер може мати декілька знімних плат; моноблочний і модульний контролери можуть бути доповнені віддаленими модулями введення-виводу, щоб збільшити загальну кількість каналів.

За конструктивним виконанням і способом кріплення контролери діляться на:

• панельні (для монтажу на панель або дверці шафи);

• для монтажу на DIN-рейку усередині шафи;

• для кріплення на стіні;

• стоєчні — для монтажу в стійці;

• безкорпусні (зазвичай одноплатні) для застосування в спеціалізованих конструктивах виробників устаткування (ОЕМ — Original Equipment Manufacturer).

За областю застосування контролери діляться на наступні типи:

• універсальні загальнопромислові;

• для управління роботами;

• для управління позиціонуванням і переміщенням;

• комунікаційні;

• ПІД-контролери;

• спеціалізовані.

За способом програмування контролери бувають:

• програмовані з лицьової панелі контролера;

• програмовані переносним програматором;

• програмовані за допомогою дисплея, миші і клавіатури;

• програмовані за допомогою персонального комп'ютера.

Контролери можуть програмуватися на мові МЕК 61131-3, використовуються також мови С, С#, Visual Basic.

Контролери можуть містити в своєму складі модулі вводу-виводу або не містити їх. Прикладами контролерів без модулів вводу-виводу є комунікаційні контролери, які виконують функцію міжмережевого шлюзу, або контролери, одержуючі дані від контролерів нижнього рівня ієрархії АСОВІ ТП.