Взаимоотношения службы эксплуатации систем автоматиза- ции с другими службами и организациями 117

А. Структура цеха КИП и А 120

5. Требования, предъявляемые к помещениям цеха КИП и А . 121

6. Паспортизация и технический учет СИ и СА 124

7. Планирование работ по ТО и Р 132

8. Материально-техническое обеспечение ТО и Р 134

9. Организация эксплуатации и ремонта СИ и СА 138

Глава IV. Метрологическое обеспечение . . . 145

1. Общие сведения 145

2. Назначение, структура, состав и задачи подразделений цен- тральной метрологической лаборатории металлургического предприятия 149

3. Содержание работ и нормы времени на поверку средств

измерений

4. Расчет объемов поверочных работ и численности персонал

ЦМЛ

Глава V. Проектирование систем контроля и автоматики

1. Стадии проектирования и состав проектов по автоматизации

2. Комплектование проектной документации

Глава VI. Монтаж СИ и СА

1. Сдаточная документация

2. Нормы времени на монтаж СИ и СА

Глава VII. Пусконаладочные работы по системам автомати

зации

1. Содержание работ

2. Испытание трубных проводок

3. Испытание электрических проводок

4. Техника безопасности при испытаниях трубных и электриче скмх проводок

5. Контрольно-измерительная аппаратура для наладочных работ

6. Наладка систем измерения температуры

7. Наладка систем измерения давления

8. Наладка систем измерения расхода

9. Наладка систем измерения уровня

10. Наладка автоматических регуляторов

11. Наладка схем электропитания, сигнализации, защиты и бло

173

174

175

176

198

198

198. 206

209

209. 216 220 222

225

226

• - ~===: ПРЕДИСЛОВИЕ

На XXVII съезде КПСС было отмечено, что одним из важнейших на­правлений научно-технического прогресса является автоматизация- производства. Интенсификация технологических процессов, возросшие требования к качеству выпускаемой продукции, к экономии энергоре­сурсов предъявляют все более высокие требования к надежности и работоспособности систем автоматизации.

Активно внедряются в производство как новые комплексы унифи­цированных средств автоматизации, средства вычислительной техники* так и средства автоматизации, специально разработанные для метал­лургического производства с учетом его специфических характеристик.

В связи с техническим прогрессом в области создания и внедрения автоматизированных систем управления технологическими процессами, и производствами функции служб автоматизации металлургических за­водов за последнее время значительно расширились.

Вопросами организации работ по эксплуатации систем автомати­зации в черной металлургии занимается отдел автоматизации и вычис­лительной техники Черметэнерго Минчермета СССР, НПО «Чермет- автоматика», НПО «Днепрчерметавтоматика», Гипромез, Укргипромез. и др.

Большую работу по организации эксплуатации установленных средств и систем автоматизации проводят службы автоматизации ме­таллургических предприятий, таких как Криворожский, Новолипецкий, Череповецкий, Магнитогорский, Западно-Сибирский металлургические комбинаты, Ждановские металлургические комбинаты «Азовсталь» и им. Ильича, Запорожский металлургический комбинат «Запорожсталь» и завод «Днепроспецсталь», Днепровский металлургический комбинат им. Дзержинского и др.

Минчерметом СССР утвержден комплекс нормативно-технических документов отраслевого назначения по вопросам эксплуатации средств измерений, средств и систем автоматизации на предприятиях черной металлургии.

Однако организация работ служб автоматизации, структура и чис­ленность обслуживающего и ремонтного персонала служб автоматиза­ции даже на подобных по составу основных технологических цехов и агрегатов металлургических предприятиях имеют между собой весьма: существенные различия, что объясняется отсутствием литературы, обоб­щающей практическую деятельность служб автоматизации.

Приведенные в книге нормы времени на техническое обслужива­ние и ремонт (ТО и Р), наладку, поверку, монтаж одного средства измерения (СИ) или средства автоматизации (СА) не могут быть едиными для всех служб автоматизации. Они зависят от степени осна­щенности металлургического предприятия современным оборудованием для обслуживания, ремонтов и поверок СИ и СА, укомплектованности квалифицированными кадрами, организационно-технических мероприя­тий и других причин. Поэтому приводимые в книге среднерасчетные нормы времени должны быть на каждом предприятии уточнены.

Поскольку в одной публикации не представляется возможным дать описание указанных работ для всех типов и модификаций средств и си­стем автоматизации, выпускаемых отечественной промышленностью, в книге приведено описание работ службы автоматизации только для широко применяемых в черной металлургии приборов, регуляторов и исполнительных устройств. Однако авторы считают, что приведенные материалы могут быть полезны при проведении аналогичных работ с оборудованием систем автоматизации, не включенным в настоящую мигу.

Авторы весьма признательны коллективам Криворожского метал­лургического комбината имени В. И. Ленина и Укргнпромеза, оказав­шим помощь при выполнении настоящей работы, и выражают искрен­нюю благодарность работникам службы автоматизации Криворожского металлургического комбината Р. А. Поповичу, Б. П. Федосову,

Э. И. Эсаулову, М. Н. Байраке, А. Д. Коссе и отдела автоматизации производства Укргипромеза Л. Д. Билярчик, Л. П. Завгородней, Р. И. Радченко, Д. Я. Гильдман за помощь, оказанную ими в подборе материала и оформлении книги. Авторы заранее благодарят читателей за все замечания по книге, которые просят присылать по адресу: 119857, ГСП, Москва, Г-34, 2-й Обыденский пер., д. 14, издательство «Металлургия».

Глава I основные понятия : — и определения

щенно первичным преобразователем), например сужающее устройство (диафрагма) для измерения расхода, электрод сигнализатора уровня и т. п.

Измерительный преобразователь, занимающий в канале измерения место после первичного и преобразующий выходной сигнал первичного преобразователя в форму, удобную для последующего преобразования в сигнал для дистанционной передачи, называют промежуточным изме­рительным преобразователем (промежуточным преобразователем). На­пример, мембранный блок дифманометра — расходомера, который в измерительный цепи измерения расхода непосредственно располагается после сужающего устройства, служит для преобразования перепада давления на сужающем устройстве в соответствующее перемещение мембраны и связанной с ней механической системы прибора.

Измерительный преобразователь, предназначенный для дистанцион­ной передачи (передачи на расстоянии) сигнала измерительной инфор­мации, называют передающим измерительным преобразователем (пере­дающим преобразователем).

Примерами таких преобразователей могут служить различные электрические или пневматические преобразователи, встраиваемые в дифманометры. В этих приборах перемещение мембраны, изменяющее положение сердечника дифференциального трансформатора, преобра­зуется в выходной унифицированный сигнал постоянного тока 0—5 мА (электрический преобразователь) или перемещение сильфонов днфма- нометра — в унифицированный выходной пневматический сигнал 0,02— 0,1 МПа (пневматический преобразователь) для дистанционной пе­редачи.

В зависимости от состава канала измерения параметра одни п те же приборы могут играть роль различных преобразователен изме­рительной информации. Например, если канал измерения образуют термоэлектрический термометр (термопара)—линия связи—милливольт­метр, то термопара выполняет функции первичного, промежуточного и преобразующего преобразователей. Если в качестве вторичного прибора применен потенциометр с токовым входом 0—5 мА, то сигнал от тер­мопары поступает вначале на измерительный преобразователь, пре­образующий термо-э.д.с. в унифицированный сигнал постоянного тока 0—5 мА. В этом случае термопара выполняет функции только первич­ного преобразователя.

Государственной системой промышленных приборов и средств авто­матизации (ГСП) предусмотрены общепромышленные унифицирован­ные электрические и пневматические сигналы передачи информации со следующими пределами измерении:

сигнал постоянного тока 0—5; 5—0—5; 0—20; 4—20 мА;

сигнал напряжения постоянного тока 0—1; 1—0—1; 0—10; 10— 0—10 В;

сигнал напряжения переменного тока частотой 50 и 400 Гц 0,25—

0. 0,25; 0—0,5; 1—0—1; 0—2 В (у приборов с сигналами напряжения переменного тока частотой 50 и 400 Гц, основанных на измерении взаимной индуктивности, пределы измерения взаимной индуктивности выбираются из ряда 0—10; 10—0—10;, 0—20 мГц при номинальном токе питания 0,125 или 0,32 А. Противоположные значения взаимно!' индуктивности получаются при перемене фазы напряжения питания на 180°);

частотный сигнал переменного тока (наиболее широко применяется сигнал с диапазоном частот 4—8 кГц);

пневматический сигнал давлением 0,02—0,1 МПа.

На металлургических предприятиях в основном применяется а ,.:л- ратура, использующая электрические сигналы.

К первичным преобразователям также относят н отборные устрой ства. устанавливаемые на трубопроводах и технологических агрегатах и служащие для непрерывного или периодического отбора контроли­руемой среды и передачи ее параметров к измерительному преобразо­вателю или измерительному прибору. В отличие от первичного изме­рительного преобразователя отборное устройство передает к измери­тельному прибору или преобразователю измеряемую величину, не изме­няя ее физической природы (например, отбор давления среды в тех­нологическом аппарате и передача его по импульсной трубке для измерения к манометру). На рис. 1 представлены примеры конструк­ций отборных устройств.

Средства измерений, с помощью которых измерительная информа­ция выдается в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, называются измерительным прибором. В практике для измерительных приборов, устанавливаемых на щитах контроля и управления, применяется термин вторичный прибор, т. е. устройство воспринимающее сигнал от первичного или передающего измеритель­ного преобразователя и выражающее его в воспринимаемом виде с помощью отсчетного устройства (шкалы, диаграммы, интегратора, сиг­нального устройства).

Совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для вы­работки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использования в автома­тических системах управления, называется измерительной системой.

К вспомогательным устройствам измерительной системы относятся устройства, предназначенные для питания энергией средств измерений, защиты их от внешних воздействий, внутренних перегрузок и т. д.

В зависимости от назначения и поставленных задач измерительная система может включать в себя один или несколько измерительных преобразователей и измерительных приборов.

Под системой автоматизации следует понимать совокупность при­боров и средств автоматизации (измерительной, преобразующей, пере­дающей, исполнительной и другой аппаратуры, а также вычислитель­ной техники), связанных между собой каналами связи в единые си­стемы, например измерительные системы, системы автоматического управления (регулирования), системы сигнализации, защиты и управ­ления технологическим процессом.

В показывающих приборах измерительная информация воспроиз­водится положением стрелки или какого-либо другого указателя отно­сительно отметок шкалы прибора. Шкала представляет собой сово­купность отметок, расположенных вдоль какой-либо линии и простав­ленных около некоторых из них чисел отсчета или других символов, соответствующих ряду последовательных значений измеряемой вели­чины. Для каждого измерительного прибора устанавливается диапазон показаний — область значений шкалы, ограниченная начальным и ко­нечным ее значениями.

Средства измерений по метрологическому назначению делятся на эталоны, образцовые и рабочие средства измерений.

Эталон — средство измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающее воспроизведение и хранение единицы физической ве­личины с целью передачи ее размера другим средствам измерений.

Образцовые средства измерений предназначены для передачи раз­мера единиц от эталона к рабочим средствам измерения. Образцовые измерительные приборы предназначены для воспроизведения и хране­ния единиц измерения, поверки и градуировки различных измеритель­ных приборов.

I

■

!

1ЦН1- Гч'.ч'лствие внешних влияний, II методические (теоретические) по-

Инструментальные погрешности называются конструктивными и п'\гч' нн'нческпми погрешностями, а также износом и старением средств и.^ч-пений. Конструктивные погрешности вызываются несовершенством ко!к-гр\кцин или неправильной технологией изготовления средства намерения. Плохая балансировка измерительного механизма, неточ­ности прп нанесении отметок шкалы, некачественная сборка прибора вызывают технологическую прогрешность. Конструктивная погрешность у приборов одного типа постоянна, технологическая же погрешность меняется от экземпляра к экземпляру.

Длительная или неправильная эксплуатация прибора, а также длительное хранение приводят к погрешностям, которые называют по­грешностями износа и старения. Такого рода погрешности особенно вредны в образцовых средствах измерений, так как они могут пере­давать эти погрешности всем поверяемым по ним средствам измере­нии. Именно вследствие этого к хранению и эксплуатации образцовых средств измерений предъявляются повышенные требования. Этим же вызвано запрещение применения образцовых средств измерений для работ, не связанных с передачей единиц размера.

Погрешности от неправильной установки могут вызываться накло­ном прибора, т. е. отклонением от нормального рабочего положения; установкой на ферромагнитный щит прибора, градуированного без щита: близким расположением друг к другу однотипных приборов.

Погрешности, возникающие вследствие внешних влияний, вызы­ваются вибрацией, электромагнитными полями, конвекцией нагретого воздуха и др.

Следует иметь в виду, что наиболее сильное воздействие на по­казания приборов оказывает изменение температуры. Даже незначи­тельные перепады температуры между отдельными элементами прибора приводят к заметным погрешностям вследствие, например, возникнове­ния паразитных термо-э.д.с. или по другим причинам. Поэтому не ре­комендуется устанавливать измерительные приборы вблизи источников тепла.

Методические погрешности возникают в результате несовершенства метода измерений и теоретических допущений (использование прибли­женной зависимости вместо точной). К таким погрешностям относятся, например, погрешности, обусловленные пренебрежением внутренним сопротивлением (проводимостью) прибора, т. е. пренебрежением соб­ственным потреблением электроэнергии.

Одним из эффективных путей повышения точности измерений яв­ляется исключение отдельных составляющих систематической погреш­ности, которое включает в себя: устранение источников погрешности до начала измерения (профилактика погрешностей), исключение по­грешности в процессе измерений, исключение погрешности после окон­чания измерений.

Для исключения погрешности до начала измерений следует опре­делить причину, вызывающую погрешность, и устранить ее. Например, если погрешность вызывается влиянием внешнего электромагнитного поля, то нужно либо экранировать прибор, либо удалить источник помехи. Для исключения температурной погрешности средство измере­ний термостатируют, вибрацию устраняют путем установки амортиза­торов. Для устранения погрешности от неправильной установки необ­ходимо установить прибор в полном соответствии с требованиями нормативно-технической документации.

В процессе измерения погрешность устраняется применением спе­циальных методов измерения.

Исключение погрешности после проведения измерений Листнга. Т-Мт путем введения соответствующей поправки в показания тжбо.ог численно равной систематической погрешности, но противоположной ем по знаку.

В некоторых случаях применяют не поправку, а поправочный Со­житель — число, на которое нужно умножить результат измерения, чтобы исключить систематическую погрешность. Поправочные множи­тели применяются для исключения систематической погрешности дели­телей напряжения, плеч отношения в мостах и т. п.

Случайные погрешности вызываются не зависящими друг от друга случайными факторами и изменяются случайным образом при повтор­ных измерениях одной и той же величины. Проявляются случайные погрешности в том, что при измерениях одной и топ же неизменной величины одним и тем же средством измерения и с той же тщатель­ностью получают различные показания. Следует отметить, что если при повторных измерениях одной и той же величины одним и тем же средством измерения получают совершенно одинаковые результаты, то это обычно указывает не на отсутствие случайной составляющей погрешности, а на недостаточную чувствительность средства измере­ния. Полностью совпадающие, как и сильно разнящиеся, результаты наблюдений при измерениях одинаково свидетельствуют о их неточ­ности. Случайные погрешности могут возникнуть, например, нз-за тре­ния в опорах, люфтов в сочленениях кинематической схемы измери­тельного прибора, неправильного режима работы электронных устройств и по многим другим, трудно объяснимым причинам. В принципе влия­ние случайных погрешностей может быть уменьшено, если обработать результаты многих измерений методами математической статистики. Однако, поскольку в большинстве случаев в металлургии промышлен­ные измерения являются однократными, эти методы на практике не применяются.

Субъективные погрешности (промахи)—это погрешности, вызван­ные ошибками лица, производящего измерение (например, неправиль­ный отсчет по шкале прибора, неверное подключение проводов к дат­чику и др.).

Погрешности рабочих средств измерений устанавливаются при по­верке— определении метрологическим органом погрешностей средств измерений и установлении пригодности их к применению (применять сочетание слов поверка показаний не рекомендуется, следует говорить поверка средств измерений). Слово проверка применяется для уста­новления комплектности чего-то, оценки состояния взаимодействия элементов (например, электрической схемы).

Совокупность операций по доведению погрешностей средств изме­рений до значений, соответствующих техническим требованиям, назы­вается юстировкой средства измерений. Зависимость между значениями величин на выходе и входе средства измерений, составленная в виде таблицы, графика или формулы, называется градуировочной характе­ристикой. Определение градуировочной характеристики называется градуировкой средства измерения (термин «тарировка» применять не рекомендуется).

Различают абсолютные и относительные погрешности измерения.

Абсолютная погрешность А — это разность между измеренным Л и истинным Х„ значениями измеряемой величины. Абсолютная погреш­ность выражается в единицах измеряемой величины:

А = Х-Х_и. -Г

Поскольку истинное значение измеряемой величины опреде 1 : ' невозможно, вместо него в практике используют действительное о- .3-

чаше измеряемой величины л_д, которое находят экспериментально показаниям образцовых средств измерений. Таким образом, абсолют* ную погрешность находят по формуле

А = Л — Лд. ^2)

Относительная погрешность 6 — это отношение абсолютной по­грешности измерения к истинному (действительному) значению изме­ряемой величины, выраженное в процентах:

<5 = ± ~^_1°0= ± "ГГ— 100. (3)

Л_а

Пример 1. Определить абсолютную и относительную погреш­ности измерения давления, если при действительном значении давления среды 70 кПа показание прибора равно 68,5 кПа.

По формуле (2) находим абсолютную погрешность измерения Д = = 68,5-70= —1,5 кПа, а по формуле (3) — относительную погрешность

6= —^••100«-2%.

70

Абсолютная погрешность измерительного прибора — это разность между показанием Х_п прибора и истинным значением измеряемой величины. Поскольку, как указывалось выше, истинное значение вели­чины остается неизвестным, на практике вместо него пользуются дей­ствительным значением величины Х_я, отсчитанным по образцовому при­бору. Таким образом:

Аи — Хп — Х%. (4)

Поправкой называют величину, одноименную с измеряемой, кото­рую следует алгебраически прибавить к показаниям прибора, чтобы получить действительное значение. Поправка равна абсолютной по­грешности измерения, взятой с обратным знаком.

Относительная погрешность измерительного прибора б_п — это от­ношение абсолютной погрешности измерительного прибора к действи­тельному значению измеряемой им величины. На практике, как пра­вило, относительную погрешность выражают в процентах:

б_п = ±— ЮО. (5)

•

Приведенная погрешность измерительного прибора г_п — это отно­шение абсолютной погрешности измерительного прибора к нормирую­щему значению Хц (обычно выражается в процентах)

V.-*—-100. (в)

Ху

Нормирующее значение Хн — условно принятое значение, которое может быть равным верхнему пределу измерений, диапазону измере­ний, длине шкалы и др. Как правило, за нормирующее значение при­нимается:

1. конечное значение диапазона измерений — для приборов, имею­щих нулевую отметку на краю шкалы;

арифметическая сумма конечных значений диапазона измере­ний — для приборов, имеющих двустороннюю шкалу (нулевая отметка в середине шкалы). Например, для термометра со шкалой от —50 до + 50^СС величина Хц будет определяться суммой 50 + 50=100;

разность конечного и начального значений диапазона измере­ний для приборов со шкалами без нуля (шкалы с «подавленным ну-

ярм»). Например, для потенциометра со шкалой 300—1600°С величи­на Хлг определяется разностью 1600-300=1300.

Приведенная погрешность является удобной формой для нормиро­вания погрешностей аналоговых приборов. Например, нормировать по­грешность аналоговых приборов в относительной форме неудобно, так как согласно выражению (5), относительная погрешность различна на разных отметках шкалы и, кроме того, стремится к бесконечности при уменьшении измеряемой величины до нуля. Приведенная погрешность свободна от этого недостатка. Она определяется лишь качеством изго­товления измерительного прибора и не зависит ни от диапазона изме­рения, ни от значения измеряемой величины.

Необходимо отметить, что приведенная погрешность характеризует .лишь метрологические свойства самого прибора, а не погрешность •измерений, полученных с помощью этого прибора, которые могут вы­ражаться только в виде абсолютной погрешности. Абсолютная и отно­сительная погрешности связаны, в соответствии с выражениями (4) — ,{6), с приведенной погрешностью следующими соотношениями:

мются следующих классов точности: 0,01; 0,015; 002- 0 (т. пп. 0,05; 0.1; 0.10; 0.2; 0,25; 0.4; 0,5; 0,6; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 4 0-50Гп Класс точности средств измерении характеризует их свойства в "от шенни точности, но не является непосредственным показатечем точ' ностн измерений, выполняемых с помощью этих средств (под точное г елчЛто' намерений понимается качество измерений, отражающее б ап* лость к нулю его погрешностей). На циферблаты, щитки корпус^ средств измерений наносят условные обозначения класса ’точности включающие числа и прописные буквы латинского алфавита

Пределом допускаемой погрешности средства измерений называется наибольшая (без учета знака) погрешность средства измерении, при которой оно может быть признано годным и допущено к применению Предел допускаемой основной погрешности может выражаться одним из трех способов в форме абсолютной погрешности, относительной погрешности и приведенной погрешности.

Для средств измерений, у которых нормируются абсолютные по­грешности. класс точности обозначается прописными буквами латин­ского алфавита или римскими цифрами. В определенных случаях до­бавляется индекс в виде арабской цифры. Такое обозначение класса точности не связано с пределом допускаемой погрешности, т. е. носит условный характер.

Для средств измерений, у которых нормируется приведенная или относительная погрешность, класс точности обозначается числами. Для них существует связь между обозначением класса точности и кон­кретным значением предела допускаемой погрешности.

При выражении предела допускаемой основной погрешности в форме приведенной погрешности класс точности обозначается числами, которые равны этому пределу, выраженному в процентах. При этом обозначение класса точности зависит от способа выбора нормирующего значения. Если нормирующее значение выражается в единицах изме­ряемой величины, то класс точности обозначается числом, совпадаю­щим с приведенной погрешностью. Например, если V = 1,5%, то класс точности обозначается 1,5 (без кружка). Если нормирующее значение принято равным длине шкалы или ее части, то обозначение класса

точности (при г=1,5%) имеет вид 1,5.

При выражении предела допускаемой основной погрешности в форме относительной погрешности необходимо руководствоваться сле­дующим:

Предел допускаемой относительной погрешности, согласно выра­жению (5):

6₃=±-^-100,

X

_где Дд — предел допускаемой абсолютной погрешности; Л'— измерен­ное значение.

В том случае, когда предел относительной погрешности остается постоянным во всем диапазоне измерений, выражение (9) имеет вид

5 _± -^3-.100±С, (¹⁰>

где С — постоянное число.

Если предел относительной погрешности изменяется, то

15

ке»^рп^мкл7сс„³,.5™~

+300-:-1600 °С. По формуле (15) »аходнГ^^абс^Г™ ^ШКалу погрешность на всех точках шкалы не должна пропшш! значеж^

(1,5(1600-300) 0,25-300

- -|~

тельного прибора к вызывающему его изменению измеряемой величи­ны. Иногда чувствительностью называют величину перемещения указа­теля прибора при изменении измеряемой величины на единицу (напри­мер 2 мм/град или 1° дуги/град). Чувствительность не связана с ве­личиной погрешности прибора.

Иногда высокочувствительные приборы могут иметь большую по­грешность, а прибор с малой чувствительностью — высокую точность измерений.

При выполнении поверочных операций необходимо располагать приборами более высокого класса точности, чем поверяемые, так как в противном случае разность между показаниями поверяемого при­бора и действительным значением измеряемой величины будет опре­деляться не только погрешностями поверяемого прибора, но и погреш­ностями образцового.

Для правильного выбора образцового средства измерения реко­мендуется вычислять пределы допускаемых относительных или абсо­лютных погрешностей образцового и поверяемого приборов при одних и тех же значениях измеряемой величины (например, в начале, сере­дине и конце шкалы поверяемого прибора) и сравнивать> средства изм-ерения по их предельно допускаемым относительным (абсолютным) погрешностям в указанных точках, а не по обозначению класса точ­ности.

При выборе образцового прибора для определения погрешности и вариации показаний поверяемого прибора следует соблюдать условие

газом. Указатель ^шкалы прибора КСУЗ показывает, что температ р* в печи равна 757 С.

Исходные данные: I. При поверке термопары ТХА-0806 отклонит термо-э.д.с. по отношению к стандартной градуировке по ГОСТ 3041 17

составило 0,06 мВ от ее значения при температуре 757°С. Выражаем это отклонение в % от требуемого. Согласно ГОСТ 3044—84, термо-

э.Д-с. термопары ТХА при измерении температуры 757 °С должна быть равной 31,546 мВ. Таким образом, отклонение 0,06 мВ составляет 0 19% от стандартного значения.

2. По данным заводов-изготовителей основная погрешность при­бора НП-ТЛ1-И составляет ±1%, а прибора КСУЗ ±0,5%.

Погрешность отсчета по шкале оценим в ±0,3%. Согласно формуле (21)

а= ± V 0,19²+ 1² + 0,5² + 0,3² = ±1,17%.

Для вторичного прибора со шкалой 0—900 °С суммарная погреш­ность составит

асу« = ±0,0117-900 = ± 10,5 °С.

Следовательно, для данного случая действительное значение изме­ренной температуры может находиться в пределах:

нижний предел 757— 10,5 = 746,5°С;

верхний предел 757+10,5 = 767,5 °С.

Таким образом, класс точности измерительной системы в целом (1,17%) оказался ниже класса точности каждого из входящих в си­стему элементов.

Достоверность информации о ходе технологического процесса са­мым непосредственным образом связана с надежностью систем авто­матизации.

Технические характеристики приборов и средств автоматизации определяют возможности системы автоматизации, которые используют­ся в процессе ее эксплуатации. В процессе эксплуатации эти характе­ристики должны сохраняться, т. е. система должна выполнять задан­ные функции.

Свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя эксплуа­тационные показатели в заданных пределах в течение требуемого про­межутка времени, называется надежностью (под «эксплуатационными показателями» понимаются показатели производительности, скорости, точности, расхода электроэнергии и т. п.). Надежность является ком­плексным свойством, так как неразрывно связана со всеми его харак­теристиками и характеризует проявление всех показателей его качества при использовании. Например, если у вторичного прибора часто выхо­дит из строя лентопротяжный механизм, то даже при отличных других отдельных его характеристиках (точность, быстродействие и т. п.) назвать надежным такой прибор нельзя.

Основными в теории надежности являются два понятия — работо­способность и отказ.

Работоспособность (работоспособное состояние) — это такое со­стояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функ­ции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установлен­ных нормативно-технической документацией (ГОСТ, технические усло­вия и т. п.). Любой объект всегда находится в одном из двух со­стояний— работоспособном или неработоспособном. Неработоспособ­ный состоянием (неработоспособностью) называется состояние объек­та, при котором значение хотя бы одного заданного параметра, теризующего способность выполнять заданные функции, не соош?1-

-_ПП,_Н„ЯМ установленным нормативно-технической докумен- ствует треоовлння,. ’ ешпвать понятия «работоспособность» и «исправ- таиией. Не сл«:Д>е1 ■ _ВНОе состояние) — это состояние Объекта

ность». ^//п,/ ‘ответствует всем требованиям, установленным нор- лр„ котором ОН _{ментац|1е}й. Неисправность — состояние объек-

матнвно-техни'еичи _{соотвеТ}ствует хотя бы одному ИЗ всех требо-

та. ^пР^п^^0Т_п°Р,р‘ еспи у вторичного прибора перегорела лампа кон- ванип. ^мапР"_р *■’ _{0 счнтать} его исправным нельзя, хотя он и работо-

-грапч напряже . ^6 яет _{контролируемы}й параметр (скажем давле-

точностью т е выполняет заданные функции. Таким образом, работо- ^ объект может быть неисправным, однако его неисправности

этом не настолько существенны, чтобы нарушать нормальное функ- ГонГование объекта (например, нарушение декоративных покрытии).

Событие заключающееся в нарушении исправного состояния объек­та при сохранении работоспособного состояния, называется поврежде­нием;■ обратное событие — ремонтом объекта.

Событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта, называется отказом. Признаками отказа называются непосредственные или косвенные воздействия на органы чувств наблюдателя явлений, характерных для неработоспособного состояния объекта или процес­сов, с ним связанных, например изменение показателей работы указа­теля (стрелки) шкалы показывающего прибора. Обратное событие .называют восстановлением объекта.

Продолжительность функционирования объекта, выражаемая или в единицах времени, или в единицах длины, площади, объема выпол­ненной работы, называется наработкой. Различают суточную, месяч­ную или наработку до первого отказа или между отказами. Под наработкой на отказ понимают среднее значение наработки объекта до первого отказа. Наработка на отказ определяется эксперименталь­но. Для этого, например, на стенд, позволяющий моделировать реаль­ные условия, в которых будет работать прибор, устанавливают этот прибор и определяют время его работоспособности до первого отказа (наработка на отказ). Проведя также эксперименты с большим числом однотипных приборов, по результатам испытаний определяют среднюю наработку до первого отказа:

Гср=(^ + /₂+...+^«)/п (22)

или

Л

Тс1>=2и1п, (23)

где и наработка 1-того прибора до отказа; п — число испытываемых, ■приборов.

Среднюю наработку можно также определить путем сбора стати­стических данных на предприятиях, где уже работают приборы, надеж­ность которых должна быть определена.

йронплт^Д^^ЖН°^СТЬ объекта характеризуется его безотказностью, долго­вечностью, ремонтопригодностью, сохраняемостью.

отказа может бГк1°,^СПОС°^{бНОСТЬ кот}орого в случае возникновения ваемым — такой объект^ва^™“^{3 (о}₍7Р^емонтиР^ован)- ^а невосстанавли- новения отказа «о ^{аботосп}°собность которого в случае возник-

ивения отказа не подлежит восстановлению.

Необходимо четко понимать, что все определения, связанные с на­дежностью, имеют физический смысл только при их рассмотрении в неразрывной связи с промежутками времени. Поэтому количественная оценка надежности относится к конкретному отрезку времени и усло­виям эксплуатации.

Долговечностью называют свойство объекта сохранять работоспо­собность до наступления предельного состояния при установленной .системе технического обслуживания и ремонтов. Предельным назы­вается состояние объекта, при котором его дальнейшая, эксплуатация должна быть прекращена либо из-за неустранимого нарушения требо­ваний безопасности, либо неустранимого ухода заданных параметров за установленные пределы, либо неустранимого снижения эффектив­ности эксплуатации ниже допустимой, либо необходимости проведения среднего или капитального ремонта.

Ресурсом (техническим ресурсом) называют наработку объекта от начала эксплуатации или ее возобновления после среднего или ка­питального ремонта до наступления предельного состояния.

Ремонтопригодность — это свойство объекта, заключающееся в при­способленности к предупреждению и обнаружению причин возникно­вения его отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания.

Сохраняемость — свойство объекта непрерывно сохранять исправ­ное и работоспособное состояние в течение и после хранения и (или) -транспортирования.

Причинами отказов объектов могут быть дефекты, допущенные при конструировании, производстве и ремонтах, нарушение правил и норм эксплуатации, различного рода повреждения, а также естествен­ные процессы изнашивания и старения, т. е. факторы, большинство из которых являются случайными функциями времени. Поэтому теория надежности основывается на методах теории вероятностей и матема­тической статистики. Качественной мерой возможности появления слу­чайного события является его вероятность. Под вероятностью безотказ­ной работы понимается вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ не произойдет. Если задан промежуток времени в котором требуется определить вероятность безотказной работы, то ■она может быть определена по формуле

Р(1)=е^{~^{1/Тс р)}, (24)

где е — основание натуральных логарифмов (е«2,71); Г_Ср—средняя наработка до первого отказа.

Если, например, наработка на отказ манометрического термометра типа ТПК-160 составляет 2000 ч, то, согласно выражению (24), ве­роятность безотказной работы прибора в течение 50 ч составит

Р ₌ £ — 500/2000 = е-1 /4 „ 0,78.

Полученный результат говорит о том, что если 100 манометров будут находиться в работе, то можно ожидать, что 78 из них в тече­ние 500 ч проработают безотказно, а в 22 по тем или иным причинам ■произойдут отказы.

Если в приведенном примере уменьшить заданное время безотказ­ной работы до 200 ч, то вероятность составит

ю

р _{= е}-200/2000 _{= е}-1/ю₌ 1/У2.71 =0,97.

'Следовательно, можно ожидать, что 97 из 100 приборов в течение этого срока не дадут отказов.

Вероятность отказа в единицу времени после данного момента

времени прм условии, что отказ до. этого момента не возник, называется интенсивностью отказов K(t).

При вводе систем автоматизации в эксплуатацию график изменения интенсивности отказов во времени имеет вид, представленный на рис. 2. На графике видны три периода.

В период времени 0—11 (период I) происходит приработка элементов и узлов систем, в результате чего наблюдается повышенная интенсив- ность отказов. Основными причинами этого явления являются невыявлен- ные до пуска дефекты в изготовле-

нии приборов и средств автоматизации, дефекты монтажа, необходи- мость совместной настройки узлов и блоков сложных систем.

Для уменьшения подобного рода отказов необходимо осуще- ствлять включение максимально большего числа систем при опробова- нии, сушке и обкатке технологических агрегатов на нейтральных сре- дах или вхолостую. Например,, зная, что наиболее вероятными яв- ляются отказы кинематики лентопротяжных механизмов вторичных приборов, их необходимо включать в работу за 5—6 сут до пуска технологического процесса. В этот же период 0 —1\ значительное число отказов возникает из-за неподготовленности и отсутствия достаточного опыта работы эксплуатационного персонала службы автоматизации и технологов с новыми приборами и средствами автоматизации. В связи с этим наладочный персонал до включения систем автоматизации в работу должен провести инструктаж с эксплуатационниками по пра- вилам работы с аппаратурой. В период 0—^обязательно круглосуточ- ное дежурство наладчиков. По мере исправления дефектов, роста квалификации эксплуатационного персонала и приработки элементов системы интенсивность отказов снижается, и по истечении времени 11 работа системы стабилизируется с некоторой постоянной величиной интенсивности отказов. Продолжительность периода 0—1\ составляет в среднем 100—200 ч работы систем автоматизации. Период t] — t₂ (пе- риод II) характерен стабильной работой системы автоматизации с по- стоянной интенсивностью отказов. Продолжительность его зависит от качества эксплуатации системы автоматизации, интенсивности ее ра- боты, технологического ресурса приборов и средств автоматизации,, характера возмущающих воздействий и т. д.

В период после (₂ (период III) интенсивность отказов начинает возрастать вследствие старения и износа элементов системы. В этот период для обеспечения надежности системы необходимо проведение соответствующих ремонтов, выполняемых для восстановления исправ- ности и частичного, полного или близкого к полному восстановлению ресурса элементов системы, с заменой или восстановлением любых ее частей, включая базовые.

При условии X(t) = const характерным для периода нормальной, работы элементов и означающим, что в равные промежутки времени отказывает одинаковая доля работающих элементов

МО = 1/7' ср. (25)

Таким образом, постоянная интенсивность отказов получает смысл' средней частоты отказов. Исходя из выражения (25) вероятность безотказной работы может быть выражена так:

P(t)=e~U«). (26))

реальные системы автоматизации представляют собой системы, со- ояшне из многих элементов-преобразователей, линий связи, вторич­ных приборов, регуляторов и т. д. Для расчетов надежности систем автоматизации при проектировании и эксплуатации пользуются мето­дами позволяющими по известным показателям надежности состав­ляющих элементов оценить надежность системы. Способ соединения элементов и их взаимодействия определяет надежность системы в це­лом Существуют три основных вида соединений элементов в систему: последовательное, параллельное и смешанное.

При последовательном соединении элементов в систему отказ лю­бого элемента вызовет отказ всей системы. Если система состоит из последовательно соединенных элементов и отказ любого элемента является случайным событием, то вероятность безотказной работы та­кой системы в течение какого-либо промежутка времени определяется произведением вероятностей безотказной работы всех ее элементов за то же время:

При большом числе элементов общая надежность системы опре­деляется выражением

Р_с (0 = 1^— П Q<, (31)

IS 1

где Qi — вероятность появления отказа /-того элемента.

Вероятность появления отказа системы

<?_С=П(1-Л'). (32).

i'= 1 |

Наработка на отказ системы с параллельно соединенными эле- .

ментами

/_г=—- -г — р-+...+7\. (33),

п п — 1

Вероятность безотказной работы такой системы P(t) при увели- I

чении числа параллельно соединенных равнонадежных элементов по­вышается. ‘

При смешанном соединении элементов в системе с последователь- !

ным и параллельным соединением и надежность системы определяются !

зависимостями (27)—(29).

При определении надежности системы автоматизации считается,, что все элементы, из которых состоит система (датчики, линии связи* вторичные приборы, регуляторы, исполнительные механизмы и др.),. а также детали и блоки, из которых состоят эти элементы, включены ^:

последовательно.

Следовательно, отказ любой детали или элемента приводит к от­казу всей системы и чем большее число элементов использовано в си­стеме, тем ниже ее надежность.

По месту возникновения отказов системы автоматизации можно- представить состоящими из электрических, механических (пневмати- :

ческих, гидравлических) и комбинированных (электропневматических и электрогидравлических) элементов. Для элементов первой и третьей групп характерны отказы, вызванные обрывом цепи или коротким i

замыканием, для механических элементов — поломками, заклиниванием, деформациями.

По характеру последствий отказы бывают опасными, т. е. свя­занными с возникновением опасности взрыва, пожара, загазованности и других тяжелых последствий для обслуживающего персонала н тех­нологического агрегата и без опасных последствий. В первую группу ₍

входят отказы систем блокировки и защиты, а также некоторых си­стем контроля и регулирования. Поэтому для устранения опасных последствий отказов, как правило, системы первой группы дублируют (параллельное соединение элементов) н предусматривают дополни­тельную технологическую защиту (например, устанавливают предохра­нительные клапаны на трубопроводах).

По возможности устранения отказы можно разделить на оконча~ j

тельные н перемежающиеся. Перемежающимся отказом называют мно- i

гократно возникающий сбой одного и того же характера. При появле­нии отказа такого вида наладчик или работник службы эксплуатации! должен уметь вскрыть причину его появления и устранить ее.

Отказы элемента системы автоматизации могут быть первичными, возникающими в самих элементах, и вторичными, которые возникают в результате отказа другого элемента. Например, отказ вторичного- прибора в результате выхода из строя датчика давления из-за резкого, повышения давления доменного газа по сравнению с номинальным.

о этом случае вторичный отказ может быть устранен расширением диапазона измерения прибора.

Таким образом, достоверность информации о характеристиках и состоянии протекающих процессов, надежность работы систем автома­тизации технологических процессов зависят от того, как эта система «сделана», т. е. из каких элементов она состоит, как они связаны между собой и технологическим объектом автоматизации, в каких условиях приборы и средства автоматизации работают.

В зависимости от выполняемых функций (или последствий отка­зов) в соответствии с ОСТ 1457—80 СИ и СА относят к одной из трех следующих групп ответственности:

1. я группа (Г1)—СИ и СА, отказы которых вызывают ухудше­ние сервис-фактора, частичную потерю индикации на вспомогательных каналах, не сопровождающуюся снижением производительности и ухуд­шением качества продукции;

2. я группа (Г2)—СИ и СА, отказы которых приводят к сниже­нию производительности технологического агрегата, ухудшению каче­ства продукции, нарушению межцеховых расчетов;

3. я группа (ГЗ) — СИ и СА, отказы которых приводят к оста­новке производственного процесса с тяжелыми экономическими послед­ствиями, браку выпускаемой продукции, к вредному влиянию на окру­жающую среду, а также к нарушению техники безопасности или ком­мерческих расчетов между предприятиями.

В зависимости от соотношения допустимых по ГОСТ 12997—76,, ГОСТ 17785—72 и ГОСТ 17167—71 для установленных групп испол­нений СИ и СА значений параметров- внешних воздействующих факто­ров и их фактических значений (по ОСТ 1457—80 и ОСТ 1458—80) в местах размещения СИ и СА в табл. 2 определены две категории 'размещения: К.1—первая категория размещения; К2 — вторая катего­рия размещения.

Если значения параметров хотя бы одного из названных внешних воздействующих факторов превышают значения, указанные для К1, то ■следует считать, что размещение СИ и СА относится к катего­рии К2.

К категории размещения К.2 следует относить и места установки СИ и СА, где в окружающей среде имеются агрессивные компоненты, снижающие надежность изделия.

В периоде «существования» любой системы автоматизации можно выделить четыре основных периода: проектирование, монтаж, наладка -м эксплуатация. Каждый из этих периодов по-разному влияет на на­дежность системы автоматизации, причем это влияние проявляется только на последнем этапе — эксплуатации.

Создание любого устройства, процесса или системы начинается с проекта. Под проектом подразумевается замысел, план, прообраз ка­кого-либо изделия, сооружения, системы и др., а также совокупность документов (расчетов, схем, чертежей и других материалов) для созда­ния этих сооружений, изделий, систем. Процесс создания проекта назы- ^ ъается проектированием.

Проектировать — это творить, создавать что-то новое. Можно ска­зать, что проектирование — это непрерывный процесс, в котором науч- чая и техническая информация используется для создания новой | ‘Системы, устройства или процесса, приносящих обществу определенную

пользу. Процесс проектирования систем автоматизации состоит из от­дельных этапов, позволяющих определить фактическое состояние раз­работки:

1. составление задания на проектирование — при разработке или эксплуатации технологического процесса или агрегата определяются

температур.

гки.ч условии па монтаж, требований инструкций заводов-изготовите- ||м аппаратуры м кабелей, положений Строительных норм и правил' < Hull lll-3'l—74 и другой нормативно-технической документации.

Монтаж систем автоматизации охнатыпает следующие три этапа работ:

1. заготовительные, выполняемые вне зоны монтажа и

подготовительные, которые ведутся непосредственно на монти­руемом объекте и включают проверку наличия закладных устройств, проемов, отверстии в строительных конструкциях и элементах зданий, наличия закладных устройств на технологическом оборудовании и тру­бопроводах; сооружение лесов и подмостей; разметку трасс и установ­ку опорных и несущих конструкций для проводок, рам, подставок, кронштейнов и т. п. для щитов, пультов, исполнительных механизмов, приборов и т. д.; закладку в сооружаемые фундаменты, стены, полы и перекрытия труб и глухих коробов для скрытых проводок. Подготови­тельные работы должны выполняться одновременно с производством- основных строительных работ и монтажом технологического оборудо­вания и трубопроводов.

Заготовительные и подготовительные работы могут осуществляться- параллельно;

3. монтажные, охватывающие прокладку трубных и электрических проводок по установленным конструкциям; установку щитов и пуль­тов, стендов, приборов и средств автоматизации; подключение к ним всех трубных и электрических проводок и индивидуальные испытания приборов, средств автоматизации и каналов связи, смонтированных в объеме, предусмотренном проектом. Индивидуальное опробование, как правило, должно проводиться на неработающем оборудовании по искусственно создаваемым сигналам.

Закопченные монтажные работы сдают заказчику (эксплуатации), который принимает их в соответствии с проектной документацией.

Качество монтажных работ самым непосредственным образом влияет па надежность систем автоматизации. Поясним это на ряде примеров. Неправильный монтаж импульсных линий (предположим по трассе имеется несколько резких перегибов импульсной трубы) приво­дит к замедлению или даже к прекращению передачи импульса давле­ния к датчику и, следовательно, к искажению или прекращению по­ступления в систему управления измерительной информации.

Наличие неплотностей в соединениях трубных линий приводит при передаче импульса давления к заниженным, а при передаче импульса разрежения к завышенным показаниям прибора. В электрических соединительных линиях сопротивление может возрастать при нагрева­нии проводов. Поэтому прокладка таких линий, без специальных мер зашиты от теплоизлучения, например непосредственно над сводом ме­тодической печи, может привести к уменьшению электрического им­пульса, да и вообще к выходу кабеля или провода из строя. Непра­вильная установка н сочленение регулирующего органа с исполнитель­ным механизмом не могут обеспечить надежности воздействия системы автоматизации на регулируемый параметр, а этот фактор, так же как и достоверность отбора информации, определяющим образом влияет на надежность и эффективность работы технологического объекта.

Поэтому подготовку к эксплуатации приборов, средств и систем автоматизации следует начинать одновременно с монтажными рабо­тами. Общее наблюдение за ходом и качеством выполнения монтаж-

пых работ и их приемка должны поручаться представителю службь»

эксплуатации.

Как показал опыт внедрения систем автоматизации, на металлур­гических объектах такая совместная работа представителей эксплуата­ции с монтажниками способствует повышению качества монтажных работ.

Наладка — комплекс работ по пуску, испытанию и доведению обо­рудования, машин, систем и средств автоматизации, аппаратов и дру­гих устройств до режима нормальной работы. Вообще говоря, следует отметить, что термин «наладка» не совсем точно определяет объем и характер перечисленных выше работ. Поэтому в настоящее время при­меняется определение пусконаладочные работы. Пусконаладочные ра­боты (ПНР) по системам автоматизации технологических процессов — это комплекс работ, связывающий в единое целое стадии создания систем автоматизации и осуществляющий доведение этих систем да состояния, при котором они могут быть использованы для эксплуа­тации.

Таким образом, пусконаладочные работы по системам автоматиза­ции технологических процессов должны обеспечить надежное и беспе­ребойное действие систем при выполнении ими функций контроля и. управления технологическим процессом в режимах, заданных проектом.

Производство пусконаладочных работ осуществляется обычно & три стадии:

1. на первой стадии выполняются подготовительные работы, при. этом изучаются технологические особенности объекта, технические ре­шения проекта, основные характеристики приборов и средств автома­тизации и предмонтажная проверка приборов и средств автоматизаций (предмонтажная проверка приборов и средств автоматизации пред­ставляет собой комплекс работ по проверке и определению соответ­ствия основных технических характеристик приборов и средств автома­тизации техническим требованиям, установленным в паспортах и ин­струкциях заводов-изготовителей аппаратуры). Работы первой стадии; выполняются, как правило, вне зоны монтажа;

на второй стадии выполняются работы по наладке отдельных элементов и узлов систем автоматизации, законченных монтажом, уста­навливаются предварительные параметры наладки систем. Работы вто­рой стадии, как правило, выполняются одновременно с производством работ по монтажу приборов и средств автоматизации, каналов связи. Заканчивается вторая стадия включением в работу систем автомати­зации, необходимых для обеспечения индивидуальных испытаний тех­нологического оборудования;