2.7. Особенности метрологического обеспечения асу тп

Как и любой технический процесс, автоматизированное управление технологическим процессом на энергоблоке АЭС должно быть метрологически обеспечено (обосновано). Понятие о метрологии как о науке об измерениях, методах и средствах обеспечения единства измерений и способах достижения требуемой точности, дано в соответствующих курсах, читаемых в ИАТЭ. Эти курсы обычно не рассматривают особенности метрологического обеспечивания работы АСУ ТП и ограничиваются рассмотрением метрологических характеристик отдельных средств измерений и измерительных каналов.

Наряду с преобразователями основных параметров АСУ ТП АЭС должны оснащаться также и вспомогательными средствами измерений, служащими для ремонта, наладки и градуировки измерительных каналов и др. Метрологические характеристики нормируются для каждого измерительного канала.

В АСУ ТП результаты измерений получают в процессе обработки многократных прямых и косвенных наблюдений на различных временных интервалах. Каждый из этих интервалов может потребовать своего метрологического подхода к оценке достоверности получаемой информации. Кроме того, измерительные каналы АСУ ТП формируются на объекте в процессе монтажа, поэтому многие метрологические приемы и методы, разработанные для отдельных средств измерения и измерительных каналов, нуждаются в существенных изменениях или в разработке новых. В этом состоит специфика метрологического обеспечения АСУ ТП.

Поскольку измерительная информация и результаты ее автоматизированной обработки в АСУ ТП используются для контроля технологического процесса и состояния оборудования, оперативного управления, обеспечения безопасности эксплуатации АЭС, вопросы метрологического обеспечения АСУ ТП АЭС играют важную роль.

Отдельные разделы обеспечения единства измерений на АЭС, а именно, вопросы погрешности измерения некоторых параметров, характеризующих состояние оборудования и процессов (температура, энерговыделение), рассматривались в разделе, посвященном СВРК.

Рис. 8. Схемы каналов управления:

а – нерезервированный вариант; б – д – резервированные варианты

Поэтому в этом разделе будут кратко рассмотрены вопросы, относящиеся к погрешностям, источниками которых являются измерительно-вычислительные комплексы, измерительно-информа-ционные системы, ЭВМ, входящие в состав АСУ ТП.

Как сказано ранее, АСУ ТП АЭС не монтируется целым блоком на площадке АЭС, т.к. реальные линии связи между компонентами АСУ могут быть установлены только во время монтажа. Кроме того, преобразователи энерговыделения (датчики прямой зарядки – ДПЗ) – важнейший элемент АСУ ТП АЭС – устанавливаются в активной зоне реактора непосредственно перед физическим пуском реактора. По этим причинам АСУ как единое целое не имеет нормированных (исходных) метрологических характеристик, она не проходит предварительно государственные метрологические испытания.

Одним из эффективных путей получения достоверных метрологических характеристик измерительных каналов АСУ ТП АЭС является организация «встроенного» контроля каналов [9]. Такой контроль может быть организован путем подачи тестовых сигналов на входе в канал. Но он исключает из контроля первичный преобразователь (температуры или энерговыделения). В этом случае достоверность показаний преобразователей контролируется отдельно. Например, организуя специальные градуировочные – «квазиизотермические» режимы работы первого контура (см. разд. 2.4.) для калибровки термоэлектрических преобразователей температуры.

В монографии [9] описан ряд других методов уменьшения погрешности измерения с помощью измерительных каналов на энергоблоке. В основном они основаны на использовании избыточности измерений – временной или структурной, или комбинированной временно-структурной. Временная избыточность состоит в том, что за определенный период времени, в течение которого измеряемая величина практически не изменяется, выполняют ряд измерений. Это позволяет уменьшить случайную погрешность результата измерения. Структурная избыточность состоит в том, что измерения одной физической величины производят несколькими методами или средствами измерения. Примером является разрабатываемый в настоящее время метод измерения тепловой мощности реакторной установки, основанный на одновременном измерении мощности по показаниям теплотехнических параметров первого и второго контуров, преобразователей энерговыделения, установленных в активной зоне, показаний ионизационных камер, установленных вне зоны.

Подразделением, отвечающим за метрологическое обеспечение измерений на АЭС, является служба (отдел, лаборатория) главного метролога АЭС. В рамках этого отдела существует отдельная группа, занимающаяся АСУ ТП. Аналогичными вопросами занимается цех тепловой автоматики и измерений (ТАИ).

Погрешности ЭВМ. Автоматизированная обработка информации осуществляется в информационно-измерительных системах, представляющих собой совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и других технических средств для получения измерительной информации, ее преобразования и предоставления потребителю в требуемом виде. Упрощенная схема информационно-измерительной системы представлена на рис. 9.

Рис. 9. Упрощенная схема информационно-измерительной системы

Сигнал x_i поступает на ЭВМ с погрешностью Δx_i , которая может быть оценена по методикам, излагаемым в курсе «Метрология» и частично приведена в предыдущих разделах. Эта погрешность имеет математическое ожидание M [Δx_i], дисперсию ² [Δx_i] и интервал, в котором она находится с заданной вероятностью.

Погрешность Δy информационно-измерительной системы в общем случае зависит от свойств измеряемых параметров х_i, погрешностей их измерения Δx_i, алгоритма обработки информации, схемных и конструктивных особенностей ЭВМ. Погрешность Δy находится в интервале M [Δy] - k [y]  Δy  M [Δy] + k [y], где обозначения даны выше, k – квантильный множитель, зависящий от вида распределения Δy и заданной вероятности Р.

Погрешность разделяется на две составляющих: инструментальную Δy_инстр и методическую Δy_метод. Инструментальная погрешность обусловлена несовершенством ЭВМ, методическая зависит от особенностей обработки информации в ЭВМ.

Перечислим погрешности, специфичные именно для ЭВМ [9].

Погрешность квантования связана с преобразованием аналогового сигнала, поступающего в ЭВМ. Эта погрешность незначительна и ею можно пренебречь.

Погрешность аппроксимации связана с преобразованием математических выражений (показательная, логарифмическая, дифференцирования, интегрирования и другие функции).

Погрешность округления зависит от формы представления двоичных чисел: с фиксированной или с плавающей запятой. Эта погрешность также принимает малые значения.

Погрешность ввода констант связана с необходимостью ввода в алгоритм расчета некоторых постоянных величин (констант). Например, при вычислении функции y = exp x по формуле y = 1 + x + x²/2! + x³/3! + x⁴/4! в память машины необходимо ввести константы 1, 1/2!, 1/3!, 1/4!. При этом относительные погрешности ввода двух последних констант составляют 0,78 и 3,1 %. Отсюда видно, что ввод констант может сопровождаться значительной погрешностью, поэтому этой процедуре и методам уменьшения погрешности, связанной с ней, нужно уделять большое внимание.