Автоматизированная система калибровки и поверки комплекса технических средств программно-аппаратного диагностического комплекса "Луг-1"

Разработка программного обеспечения для автоматизированной системы калибровки и поверки комплекса технических средств ПАДК "Луг-1". Аналитический обзор аналогов. Проектирование пользовательского интерфейса. Средства разработки программного обеспечения.

Рубрика Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 17.12.2014
Размер файла 1,4 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГБОУ ВПО

"СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Ханты-Мансийского автономного округа - Югры"

Кафедра "Автоматизированных систем обработки информации и управления"

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Автоматизированная система калибровки и поверки комплекса технических средств программно-аппаратного диагностического комплекса "Луг-1"

По специальности 230102 - Автоматизированные системы обработки информации и управления

студента

ТРОФИМЕНКО ОЛЕСИ ВИТАЛЬЕВНЫ

Научный руководитель:

д. т. н., доцент

Бушмелева К.И.

Сургут 2014

Реферат

__ стр., 35 рис., 12 табл., 4 прил.,

КАЛИБРОВКА, ПОВЕРКА, ПАДК "ЛУГ-1", ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ, МОДЕЛИ, КАЛИБРОВОЧНЫЕ ФУНКЦИИ

Целью данного дипломного проекта является разработка автоматизированной системы калибровки и поверки комплекса технических средств программно-аппаратного диагностического комплекса "ЛУГ-1".

В рамках проделанной работы проведено изучение и описание предметной области, приведен аналитический обзор существующих аналогов, разработано программное обеспечение. Спроектирован пользовательский интерфейс.

Программное средство разработано в среде программирования Visual Studio 2012 на языке программирования C#, для хранения данных используется СУБД Microsoft SQL Server 2012.

Автоматизированная система прошла тестовые испытания и готова к внедрению в опытную эксплуатацию.

Содержание

  • Перечень сокращений
  • Введение
  • 1. Цель и основные функциональные задачи
  • 2. Анализ предметной области
  • 2.1 Точность измерительных систем
  • 2.1.1 Принцип работы "ЛУГ-1"
  • 2.1.2 Математическая модель работы "ЛУГ-1"
  • 2.1.3 Выводы
  • 2.2 Калибровка измерительных систем
  • 2.2.1 Общие принципы
  • 2.2.2 Калибровочные модели основного метода международного стандарта ISO 11095
  • 2.2.2.1 Модель 1.
  • 2.2.2.2 Модель 2
  • 2.2.3 Альтернативные методы калибровки
  • 2.2.3.1 Точечный метод
  • 2.2.3.2 Метод "вилки" (заключения в скобки)
  • 2.2.4 Оценка адекватности калибровочной функции с помощью критерия Фишера
  • 2.2.5 Калибровка и поверка - зависимость и отличия
  • 2.3 Государственные стандартные образцы
  • 3. Анализ существующих аналогов
  • 3.1 Программное обеспечение "Поверка СИД"
  • 3.2 Программное обеспечение Beamex CMX
  • 3.3 Программа линейной калибровки измерительных комплексов
  • 3.4 Выводы
  • 4. Выбор средств разработки программного обеспечения
  • 4.1 Microsoft SQL Server 2012
  • 4.2 Microsoft Visual Studio 2012
  • 5. Моделирование процесса проведения калибровки
  • 6. Организационно-функциональная структура
  • 7. Инфологическая модель
  • 8. Виды обеспечения системы
  • 8.1 Информационное обеспечение
  • 8.1.1 Структура базы данных
  • 8.2 Лингвистическое обеспечение
  • 8.3 Математическое обеспечение
  • 8.4 Программное обеспечение
  • 8.5 Техническое обеспечение
  • 9. Структура программного обеспечения системы
  • 10. Алгоритмическая модель процесса калибровки
  • 11. Интерфейс системы
  • Заключение
  • Список используемых источников
  • Приложения

Перечень сокращений

ПАДК "ЛУГ" -

программно-аппаратный диагностический комплекс "Локатор Утечек Газа"

СУБД -

система управления базами данных

ЕСГ -

единая система газоснабжения

КТС -

комплекс технических средств

БД -

база данных

САУ -

система автоматического управления

ГХ -

градуировочная характеристика

СО -

стандартный образец

МНК -

метод наименьших квадратов

СИ -

средство измерения

ГСО-ПГС -

государственные стандартные образцы - поверочные газовые смеси

ТУ -

технические условия

ГОСТ -

государственный стандарт

СИД -

средство измерения давления

ПК -

персональный компьютер

ПО -

программное обеспечение

ОС -

операционная система

ПП -

программный продукт

ПрО -

предметная область

ИО -

информационное обеспечение

АС -

автоматизированная система

Введение

Единая система газоснабжения (ЕСГ) является крупнейшей в мире системой транспортировки газа и представляет собой уникальный технологический комплекс, включающий в себя объекты добычи, переработки, транспортировки, хранения и распределения газа. ЕСГ обеспечивает непрерывный цикл поставки газа от скважины до конечного потребителя.

Хотя при формировании газотранспортной системы в 70-80-х гг. прошлого века в нее был заложен значительный запас прочности, известно, что ЕСГ России является стареющей, в связи с чем повышается аварийность на магистральных газопроводах страны. Согласно официальным данным Газнадзора за последние 10 лет на линейной части магистральных газопроводов ежегодно происходит порядка 40 отказов. Стоимость ущерба от этих отказов ежегодно составляет около 3-4 млн. долл. США.

Периодический контроль и освидетельствование состояния газопроводов дают возможность продлевать ресурс их эксплуатации. На сегодняшний день диагностика является одним из основных инструментов обеспечения длительной и безаварийной эксплуатации газопроводов. Для безопасной эксплуатации газотранспортных систем необходимо регулярное патрулирование газопроводов с целью своевременного обнаружения утечек газа [1].

Специалистами университета СурГУ разработан перспективный метод дистанционного обнаружения утечек природного газа и создан компактный локатор утечек газа. Методика обнаружения газа предполагает необходимость монтажа локатора утечек газа на борту вертолета и облёт проверяемых веток магистрального газопровода. Дороговизна такого способа обследования очевидна, поэтому необходимо помнить о точности измерений показаний. Ввиду сложности устройства локатора, нельзя отрицать возможность появления ошибок измерений. Для снижения вероятности появления ошибок и оперативного выявления неадекватного поведения локатора "ЛУГ-1", остро стоит необходимость создания автоматизированной системы калибровки технических средств данного устройства.

1. Цель и основные функциональные задачи

Основной целью работы является создание автоматизированной системы калибровки комплекса технических средств ПАДК "ЛУГ". Назначение разрабатываемой системы:

1. Автоматизация процесса получения, обработки, хранения калибровочных образцов;

2. Автоматизация процесса калибровки;

3. Сокращение времени, требующегося на вычисления при калибровке комплекса технических средств ПАДК "ЛУГ".

4. Снижение возможности ошибок при расчете показателей калибровочной функции к минимуму.

5. Представление и систематизация полученной информации в виде, удобном для отображения и дальнейшей обработки.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие функциональные задачи:

• изучить предметную область;

• разработать организационно - функциональную структуру;

• спроектировать инфологическая модель предметной области;

• разработать методику калибровки КТС;

• промоделировать процесс калибровки КТС;

• разработать структуру программного обеспечения системы, описать функции основных модулей;

• разработать схему БД;

• разработать автоматизированную систему калибровки комплекса ПАДК "ЛУГ";

• разработать базу данных;

• произвести отладку и тестирование программного обеспечения;

• подготовить отчет о проделанной работе.

2. Анализ предметной области

2.1 Точность измерительных систем

Калибровка измерительных систем заключается в установлении зависимости между показаниями системы и размером измеряемой (входной) величины. Под калибровкой часто понимают процесс подстройки показаний выходной величины до достижения согласования между эталонной величиной на входе и результатом на выходе (с учётом оговоренной точности) [6]. Рассмотрим работу сложной измерительной системы на примере лазерного локатора утечки газа "ЛУГ-1".

2.1.1 Принцип работы "ЛУГ-1"

Лазерный локатор "ЛУГ-1" содержит два лазера, оптический поток одного из них (излучение лазера с длиной волн = 3,3922 мкм) претерпевает значительное поглощения в газовой среде, а второй (излучение с длиной волны = 3,3912 мкм) проходит через эту среду практически не ослабляясь, поскольку длина волны его излучения не совпадает с линией поглощения газа. Электронная часть лазерного локатора осуществляет поочередное излучение этих лазерных источников в направлении исследуемой области пространства, прием рассеянного в обратном направлении излучения, а также управление коэффициентом пропускания электрооптических модуляторов, регулирующих мощности лазерных потоков, таким образом, чтобы интенсивности принятых оптических потоков для обоих лазеров были одинаковыми. Величина управляющего сигнала в цепи обратной связи регулирования коэффициентов пропускания модуляторов пропорциональна концентрации газа в области распространения лазерного излучения [2].

На рис.1 приведена функциональная схема локатора "ЛУГ-1".

Рис. 1. Функциональная схема локатора "ЛУГ-1"

2.1.2 Математическая модель работы "ЛУГ-1"

Рассмотрим математическую модель работы ПАДК "ЛУГ".

Для исследования лазерного локатора с поверхности земли была выработана величина коэффициента обратного отражения, под которым понимается отношение отраженной в единице телесного угла мощности оптического сигнала к падающей на подстилающую поверхность мощности оптического сигнала. Знание такого параметра реальных подстилающих поверхностей, обладающих в той или иной мере как зеркальным, так и диффузным отражением, необходимо для разработки основных узлов локатора, а также для контроля загазованности атмосферы метаном вблизи газопровода [3].

Автором прибора установлено, что при мощности излучения от 10 до 15 мВт, существующей апертуре приемного зеркала диаметром 300 мм и высоте полета вертолета 80 м, мощность отраженного сигнала, попадающего на фотоприемник, лежит в пределах от 0,1 до 1х10-9 Вт, в зависимости от величины коэффициента отражения земной поверхности k2= (0,1…1).

программное обеспечение пользовательский интерфейс

Мощность отраженного сигнала рассчитывалась из уравнения 1 с учетом коэффициента усиления оптической системы (104) локации для газового лазера

(1)

где P - принимаемая мощность отраженного сигнала; P0 - мощность зондирующего излучения; А - площадь приемного зеркала; R - расстояние от локатора до поверхности земли; T (R) - прозрачность слоя атмосферы протяженностью R; k1 - коэффициент поглощения атмосферы на трассе луча длиной 2R; k2 - коэффициент отражения исследуемой поверхности. В результате получена система следующих уравнений:

(2)

(3)

(4)

где b1,b2,bx - отношения отраженного и опорного сигналов для первой и второй эталонных мишеней и исследуемой поверхности соответственно; - коэффициенты отражения эталонных мишеней; fcx - коэффициент, зависящий от параметров локационного устройства; - коэффициент ослабления излучения в метановом облаке.

Из выражений (2-4) видно, что для того, чтобы получить информацию о коэффициенте отражения исследуемой поверхности k2, необходимо сначала на одном и том же расстоянии провести калибровку локатора по двум эталонным мишеням, определив fсх, а затем на требуемых расстояниях с помощью одного эталона определить k2.

Измерения зависимостей коэффициента отражения от направления зондирования показали, что чаще всего у подстилающих поверхностей наблюдается смешанное отражение, т.е. одновременно зеркальное, и диффузное, причем в зависимости от структуры поверхности одно из них может преобладать над другим. Полученные результаты послужили исходными данными для разработки математической модели лазерного локатора по обнаружению утечек газа вблизи линейной части магистрального газопровода [2].

На рис.2 представлена структурная схема разработанной модели локатора в виде системы автоматического управления (САУ).

Рис. 2. Структурная схема САУ "ЛУГ-1"

2.1.3 Выводы

Одной из проблем настройки и юстировки лазерных локаторов, а также отработки новых технологических решений является сложность регулировки электронной части локатора, которая в свою очередь связана с:

· наличием двух каналов (1 и 2);

· сложностью математической модели.

Выделим несколько ключевых моментов, принципиальных для настоящей исследовательской работы:

1. Наличие в системе двух каналов излучения и использование сложной математической модели накладывают ограничения на регулировку электронной части локатора и вызывают проблемы с настройкой и юстировкой лазерных локаторов.

2. Коэффициенты отражения поверхности и коэффициенты поглощения луча являются непостоянной характеристикой (не являются константами), использование таких коэффициентов вносит свои погрешности в результаты измерений.

3. В инструкции по эксплуатации ЛУГ-1 указана необходимость периодической поверки прибора. В пункте 10 "Поверка локатора" указаны операции и функциональные узлы, требующие поверки. Проведение указанных операций требует наличия сложных средств поверки.

Исходя из этого, необходимость системы калибровки становится очевидной:

• Калибрование поможет достичь согласования между эталонной величиной на входе и результатом на выходе с учётом оговоренной точности;

• Калибрование снизит вероятность ошибки и упростит процесс настройки системы в целом;

• Применение калибрования может стать быстрым и недорогим "индикатором" необходимости проведения внеочередной поверки (в случае получения неадекватной модели).

2.2 Калибровка измерительных систем

Калибровка - важнейшая и неотъемлемая часть всех косвенных измерений, существенным образом определяющая правильность полученных результатов анализа и квалификацию метролога.

2.2.1 Общие принципы

Калибровка - это процедура, определяющая систематическое различие, которое может существовать между измерительной системой и "ссылочной" системой, представляющей стандартные образцы и их аттестованные значения. В этом международном стандарте термин система (измерительная система или ссылочная система) используется не только для отображения измерительного прибора, но так же для набора процедур, операторов и внешних условий, связанных с прибором.

Результатом процедуры калибровки является калибровочная функция, которая используется для составления преобразований, будущих результатов измерения. В этом международном стандарте термин "преобразование" относится:

· к любой корректировке будущих измерений, если аттестованные значения стандартных образцов и измеренные значения имеют одинаковые единицы измерения;

· к переводу из единиц измерения измеренного значения в единицы измерения стандартных образцов.

Адекватность калибровочной функции зависит от двух условий:

1. Если измерения, по которым была вычислена калибровочная функция, являются образцом нормальных условий, при которых работает измерительная система;

2. Если измерительная система находится в состоянии проверки (контроля) [12].

Калибровочный эксперимент должен соответствовать условиям пункта 1. Контрольный метод определяет, когда система считается неконтролируемой.

Результатом калибровки является функция, которую называют "калибровочной" или "градуировочной характеристикой". ГХ определяют по экспериментальным данным, полученным с использованием различных типов СО. На практике широко применяется программное обеспечение используемой системы, алгоритм расчета калибровочной функции в этом случае скрыт от пользователя и его унификация невозможна.

Для калибровки необходимо использовать комплекты СО, численность образцов входящих в состав которых соответствует действующему стандарту: не менее трех согласно ISO 11095, Госстандарт рекомендует использовать не менее пяти. Данное требование обеспечивает адекватную проверку предположения линейности калибровочной функции.

Результаты измерений набора СО считаются независимыми и нормально распределенными величинами вместе с шумом измерений (переменной величиной, называемой в стандарте "остатком" модели). Проверка на независимость и нормальность исходных данных не производится.

2.2.2 Калибровочные модели основного метода международного стандарта ISO 11095

В данном стандарте представлен основной метод, применяемый в случаях, когда в распоряжении имеется более двух стандартных образцов, что позволяет проверить предположение о линейности калибровочной прямой.

Предполагается, что в допустимых значениях стандартных образцов нет ошибки. В данном стандарте это предположение не проверяется, что делает возможным его применение только в тех случаях, когда неопределенности допустимых значений стандартных образцов, которые всегда присутствуют на практике, сравнительно малы относительно погрешностей результатов измерений этих стандартных образцов.

Повторяющиеся измерения стандартного образца предполагаются независимыми и нормально распределенными с дисперсией, называемой "остаточной дисперсией". Предположение о независимости и нормальности не проверяется. Квадрат величины корня остаточной дисперсии является остатком стандартного отклонения.

Остаток стандартного отклонения предполагается любым (константой) или пропорциональным допустимому значению стандартного образца. Это предположение проверяется в данном стандарте.

Для построения линейной калибровочной функции используются две статистические регрессионные модели (модель 1 и 2), имеющие следующий вид:

yij = a + b*xi + еij (5)

где xi - аттестованное (паспортное) значение выбранного компонента в i стандартном образце, i = 1, N;

yij - результат j - ого измерения i - ого СО j=1, ,Ki;

Ki - число измерений i-ого СО;

в случае, когда число измерений всех СО одинаково и равно K:

(6)

a + b*xi - вычисленное значение измеренной величины для i - ого СО.

еij - отклонение - разность между измеренным (yij) и вычисленным по формуле (a + b*xi) значениями. Это случайные величины, независимые, распределенные нормально со средним, равным нулю, и неизвестной дисперсией , не зависящей от значений концентраций xi,

D (еij) = D (yij) =const (7)

a, b, - три неизвестных параметра, которые оцениваются в модели.

2.2.2.1 Модель 1

Модель 1 предполагает постоянство дисперсии остатков отклонений данных измерений набора СО от калибровочного графика, т.е. ее независимость от аттестованных значений СО.

Численный аппарат для оценки параметров модели - метод наименьших квадратов. Суть МНК заключается в том, что для получения искомых оценок минимизируется функционал, равный сумме квадратов отклонений измеренных значений yij от вычисленных по модели a + b*xi соответствующих значений в калибровочных точках набора из i СО с паспортными значениями xi

(8)

где N - число СО; Ki - количество измерений i-ого СО.

После получения оценок калибровочной кривой можно оценить качество калибровки на основе таблицы дисперсионного анализа ANOVA (приложение 1).

2.2.2.2 Модель 2

Модель 2 используется в случае, когда дисперсии остатков пропорциональны аттестованным значениям стандартных образцов. Используемый математический аппарат для оценки параметров модели - взвешенный МНК.

Формула для калибровочной функции остается аналогичной формуле модели 1:

yij = a + b*xi + еij (9)

а дисперсионные соотношения есть

(10)

где - постоянная величина.

В модели 2 параметр

(11)

представляет собой вес модели.

Оценки основных параметров модели 2 - a, b, получаются на основе минимизации функционала, учитывающего вес модели

(12)

где N - число измеряемых СО;

Ki - количество измерений i-ого СО.

Дисперсионный анализ модели 2 производится аналогично анализу ANOVA для модели 1. Эксперимент объясняется выводами и замечаниями, принятыми для как для .

2.2.3 Альтернативные методы калибровки

При специальных условиях можно использовать два альтернативных метода калибровки процесса измерений. Эти два метода актуальны в частных случаях основного метода, когда используется один или два образца.

2.2.3.1 Точечный метод

Точечный метод калибровки полезен для быстрой повторной калибровки, когда функция линейна и лежит в пределах [0,…M]. "Нулевая точка" получена подбором нескольких шкал, чтобы значение неизвестной величины было равно нулю при нулевом измерении. Только бланк (величина со значением 0) и один образец используются в этом методе.

Этот метод называют точечной калибровкой, но в действительности в нем используются две точки: бланк и образец. Это так называемая "точечная калибровка" - слабый и недостоверный метод, потому что нулевая точка сомнительная (неопределенная). Он не рекомендуется для калибровки, но его используют для первичной проверки линейной калибровочной функции.

Точечный метод предполагает ряд допущений.

1. Нет ошибок в принятом значении только образца и бланка, использующихся в этом методе (предположение не проверяется).

2. Калибровочная функция линейна в интервале [0,…,M] (предположение не проверяется).

3. Остаток стандартного отклонения постоянен (предположение не проверяется).

Модель, заложенная в этом методе подобна одному из основных методов с постоянной остаточной дисперсией, определенной выше, но без пересечения. Эта модель

(13)

где x - принятое значение только что использованного образца.

yk - k-ое измерение образца (k=1,…K).

- разница между yk и ожидаемым значением измерения образца (эти отклонения приняты независимыми и нормально распределенными со средним = 0 и дисперсией ).

и - два параметра подсчитываемые для собранных в течение эксперимента данных.

параметры рассчитываются по следующим формулам

(14)

(15)

(16)

Точечный метод калибровки - быстрый метод, он позволяет "перекалибровать" систему измерений, где калибровочная функция линейна.

2.2.3.2 Метод "вилки" (заключения в скобки)

Метод "вилки" используется тогда, когда нет сомнений о линейности калибровочной функции на всем диапазоне значений встречающихся в течение нормальной работы системы измерений. Этот метод также используется, когда есть некоторое отношение к стабильности процесса измерений. В принципе этот метод состоит в уменьшении насколько возможно интервала, в котором принятая калибровочная функция линейна. Это окружение (заключение в скобки) значения неизвестной величины двумя образцами трудоемкое. Потому что это сжатое окружение каждой неизвестной величины двумя образцами и для этой процедуры нужен короткий промежуток времени (время измерения неизвестной величины и двух образцов), метод заключения в скобки обычно дает правильные результаты, определяющие преобразованное значение неизвестной величины.

Неизвестная величина и два образца измеряются вместе. Значение неизвестной величины оценивается точно, основываясь на линейной интерполяции между значениями двух образцов.

Допущения этого метода следующие:

1. принятые значения образцов безошибочны;

2. калибровочная функция между двумя образцами линейна;

3. остаток стандартного отклонения постоянен.

Модель - такая же, как в базовом методе с постоянным остатком стандартного отклонения.

(17)

i - показатель (индекс) относящийся к обеим образцам (i=1,2) неизвестной величины (i=0);

x1 и x2 - принятые значения образцов;

x0 - неизвестное истинное значение неизвестной величины;

y1k, y2k и y0k - измерения образцов и неизвестной величины соответственно (k=1,…,K);

- отклонение между yik и вероятным значением измерения любого из двух образцов или неизвестной величины (зависящее от значения i) (эти отклонения приняты случайно распределенными со средним 0 и дисперсией ).

, , и - четыре параметра для оценки собранных в течении эксперимента данных (они не представляют интерес в предположении что и влияют на параметр )

и остаток дисперсии рассчитываются по следующим формулам:

(18)

(19)

где , при i=0,1,2

Метод заключения в скобки - трудоемкий метод, он позволяет определить значение неизвестной величины с высокой точностью и с минимальным набором допущений.

2.2.4 Оценка адекватности калибровочной функции с помощью критерия Фишера

Главным показателем адекватности градуировочных характеристик в стандартных методиках является критерий Фишера.

Для уровня значимости =0,05 ( (1-) - или 95% доверительного уровня надежности) сравнивается расчетное значение F - критерия Фишера, с табличным, выбранным для и степеней свободы:

(20)

Если данное неравенство выполняется, то на этом уровне надежности калибровочное уравнение адекватно описывает исходные данные. Если наоборот, расчетное значение F - критерия Фишера больше табличного, то уравнение не адекватно, и следует искать другую калибровочную кривую.

В работе предполагается, что из моделей, инвариантных по другим показателям адекватности, оптимальной считается та, у которой расчетное значение критерия Фишера наименьшее.

Формула расчет критерия Фишера указан в таблице 1 Приложения 1. Табличные значения критерия Фишера указаны в Приложении 2.

Разрабатываемая система калибровки позволит производить анализ адекватности полученных моделей согласно критерию Фишера, что, прежде всего, даст возможность устранить постоянную систематическую погрешность, связанную с неверным предположением о виде зависимости выходного сигнала прибора и значением измеряемой величины.

2.2.5 Калибровка и поверка - зависимость и отличия

Калибровка средств измерений введена Законом РФ "Об обеспечении единства измерений" (далее по тексту - "Закон"); этот термин обозначает "совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и (или) пригодности к применению средства измерений, не подлежащего государственному метрологическому контролю и надзору" (Ст.1 Закона).

Ст.11 (п.2) Закона определяет калибровку как вид метрологического контроля и разрешает ее проведение метрологическим службам юридических лиц без каких-либо ограничений.

Исходя из положений Закона, калибровка не подлежит государственному метрологическому надзору, а необходимость ее проведения определяется только на предприятии, изготавливающем или использующем средство измерений. Это подтверждает Ст.23 Закона, в которой, применительно к средствам измерений, не подлежащим поверке, говорится, что они "могут подвергаться калибровке " [8].

Принципиальное отличие калибровки от поверки по определению состоит в том, что при калибровке определяются и подтверждаются действительные характеристики средства измерения. Поверка определяет и подтверждает соответствие средства измерения установленным требованиям.

Исходя из этого, результаты калибровки могут быть более информативны, чем поверки. Однако на практике как поверка, так и калибровка проводятся "с использованием эталонов, соподчиненных государственным эталонам единиц величин" (Ст.23 Закона), при этом для калибровки используется поверочная схема и методики поверки. Следует отметить, что в ряде методик поверки предусматривается получение данных о действительных значениях метрологических характеристик средств измерений, а далее - сопоставление этих данных с установленными техническими требованиями, т.е. в поверке на определенном этапе проводится калибровка; такая методика поверки приемлема для использования в калибровке. В ряде методик подтверждение соответствия требованиям осуществляется без фиксации действительных значений метрологических характеристик, такие методики нуждаются в некоторых дополнениях. Естественно, что используемые для калибровки эталоны должны иметь подтверждение соответствия своих метрологических характеристик в четком соответствии с государственным регламентом.

Другими словами, с метрологической точки зрения калибровка отличается от поверки тем, что при калибровке определяются действительные значения метрологических характеристик калибруемого СИ, а при поверке определяется, находятся ли метрологические характеристики в пределах допустимых для них норм. Технически, процедуры калибровки и поверки абсолютно тождественны и сводятся к определению погрешности средства измерения с использованием эталона.

2.3 Государственные стандартные образцы

Государственные стандартные образцы - поверочные газовые смеси (ГСО-ПГС) применяются для градуировки, калибровки, поверки газоаналитических приборов и систем, для аттестации методик выполнения измерений содержания компонентов газовых сред, для контроля точности результатов измерений, выполняемых с помощью анализаторов универсального назначения (газовых хроматографов, масс-спектрометров и других).

Каждая поверочная (калибровочная) газовая смесь приготавливается отдельно в соответствии со стандартом ISO 6142: 2001 "Газовый анализ. Приготовление калибровочных газовых смесей. Гравиметрический метод" и в соответствии с ТУ 6-16-2956-92 "Смеси газовые поверочные - стандартные образцы состава" в диапазоне измерения молярной (объёмной) доли компонента от 1·10-4 до 99,99%.

Контроль качества приготовления и аттестация всех ГСО-ПГС производится в научно-исследовательском отделе государственных эталонов в области физико-химических измерений ФГУП "ВНИИМ им.Д.И. Менделеева" на эталонных установках, входящих в состав государственного первичного эталона единиц молярной доли и массовой концентрации компонентов в газовых средах ГЭТ 154-01, что обеспечивает высочайшее качество ГСО-ПГС.

ГСО-ПГС приготавливаются путем смешения чистых газов в заданных соотношениях. Состав чистых газов тщательно анализируется на наличие примесей.

В зависимости от уровня точности ГСО-ПГС подразделяются на разряды: 0, 1, 2.

В соответствии с Государственной поверочной схемой для средств измерений содержания компонентов в газовых средах (ГОСТ 8.578-2012) ГСО-ПГС выполняют функции рабочих эталонов 0-го, 1-го и 2-го разрядов

ГСО-ПГС поставляются и хранятся в баллонах под давлением. В комплект поставки входит паспорт, содержание которого соответствует ISO 6141-2000. Гарантийные сроки годности - 6-24 месяца.

Список государственных стандартных образцов, используемых при калибровке ПАДК "ЛУГ-1"представлен в Приложении 3.

3. Анализ существующих аналогов

3.1 Программное обеспечение "Поверка СИД"

Программное обеспечение "ПОВЕРКА СИД" производится компанией "Метран". Программа (рис.3.1) входит в состав опции "Аппаратно-программный интерфейс" к калибраторам давления Метран-502-ПКД-10П, Метран-501-ПКД-Р, Метран-515, Метран-517 и Метран-518. Программное обеспечение (далее программа) предназначено для частичной автоматизации процесса поверки (калибровки) средств измерений давления, формирования протокола поверки и сохранения полученной информации в базе данных.

Рис. 3.1 Главное окно программы

Программа производит дистанционное управление подключенными приборами, считывание измеряемой физической величины (мониторинг), настройку параметров прибора. На метрологических стендах для поверки и калибровки датчиков давления и манометров возможна одновременная автоматическая поверка нескольких технических или образцовых манометров, а также датчиков давления одинаковых диапазонов.

Основные функциональные возможности:

· выполнение поверки датчиков давления, образцовых, технических и электроконтактных манометров в соответствии с требованиями методик и ГОСТов;

· автоматизированный процесс поверки (калибровки);

· автоматическое считывание данных из архива калибратора в ПК;

· одновременная автоматизированная или автоматическая поверка нескольких датчиков давления, образцовых и технических манометров (на стенде);

· автоматическое формирование и печать протокола и свидетельства по результатам поверки на основе готовых шаблонов (форматы ODT, PDF, XML, RTF, HTML);

· редактирование пользователем шаблонов протоколов и создание новых;

· ведение автоматизированной базы данных поверок и поверяемых приборов;

· выбор данных о приборе из всех его поверок (годен/не годен, максимальная погрешность и др.) для анализа;

· проверка реле давления;

· дистанционное (удаленное) управление калибраторами давления серии Метран (Метран-502-ПКД-10П, Метран-501-ПКД-Р, Метран-515, Метран-517 и Метран-518);

· дистанционное управление контроллером давления (на стенде);

· выполнение мониторинга и контроля измеряемой физической величины (давления, тока, напряжения);

· проведение пользовательской калибровки модулей давления с применением эталонов давления [13].

Режим "Поверка СИД" предназначен для проведения процесса поверки средств измерений давления. В зависимости от типа поверяемого устройства (датчик давления, образцовый или технический манометр), программа производит поверку согласно соответствующей методике: МИ 4212.012_2001, МИ 1442.012_2006 и МИ1997_89 (датчики давления Метран и аналогичные), МИ 2145_91 (манометры, вакуумметры деформационные образцовые с условными шкалами), МИ 2124_90 (манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягонапоромеры показывающие и самопищущие). При выборе этого режима программа запрашивает информацию о поверителе, затем выводит на экран список сохраненных в базе данных приборов с архивом поверок (сохраняется каждая проведенная поверка для каждого прибора). В архиве хранится информация о зафиксированных измерениях поверяемого прибора, показания эталона, рассчитанная погрешность, графики погрешности в зависимости от задаваемого давления, а также заключение о пригодности данного прибора к дальнейшей эксплуатации.

Режим "Поверка СИД" позволяет проводить поверку (калибровку) средств измерений давления в реальном времени с ПК (считанные текущие измерения калибратора и поверяемого датчика отображаются в программе), либо производить считывание из памяти калибратора архива поверок.

При проведении поверки (калибровки) нового прибора программно, следует предварительно ввести технические и метрологические характеристики поверяемого прибора, условия поверки, определить ряд поверочных точек (автоматическое или ручное задание ряда) в базу данных. Для проведения очередной поверки прибора следует в списке базы данных выбрать необходимый прибор и использовать ранее введенную для него в базу информацию. Возможен поиск прибора в базе по его типу, модели, серийному или инвентарному номеру, по месту эксплуатации.

После окончания процесса поверки (калибровки), программа формирует пакет документов (протокол поверки, свидетельство о поверке или заключение о непригодности), в выбранном поверителем формате (RTF, XML, HTM, PDF, ODT) и сохраняет текущую поверку в базе данных.

Просмотр сформированных документов возможен непосредственно после окончания поверки или в дальнейшем из базы данных. В базе данных для каждого поверяемого прибора формируется список ранее осуществлённых поверок, в котором указаны дата и результаты поверки (годен/не годен, максимальное значение погрешности).

В качестве достоинств ПО "Поверка СИД" можно выделить следующее:

· Автоматическое считывание данных с приборов;

· Одновременная работа с несколькими приборами;

· Автоматическое формирование протокола поверки;

· Хранение результатов данных по осуществленным поверкам с возможностью быстрого доступа к ним.

Недостатками можно назвать следующие особенности:

· ПО является узконаправленной калибровочной системой, работает исключительно с СИД;

· Как следствие предыдущего пункта - отсутствие программы в свободной продаже (только в комплекте с СИД Метран), что существенно снижает интерес к ней.

3.2 Программное обеспечение Beamex CMX

Русифицированное программное обеспечение (ПО) Beamex CMX предназначено для поддержки калибровки/поверки средств измерения (СИ) давления, температуры, электрических сигналов, характерных для теплотехнических измерений, и веса с помощью документирующих калибраторов Beamex, а также других эталонов. Семейство Beamex CMX включает следующие модификации:

CMX Light - ПО для малых предприятий, устанавливаемое на одной рабочей станции.

CMX Professional - ПО для малых и средних предприятий, устанавливаемое на одной рабочей станции или на сервере, поддерживающем несколько рабочих станций; многочисленные опции предоставляют возможность создания систем, отвечающих различным требованиям.

CMX Enterprise - общее решение задач калибровки для больших компаний. Единая база данных СИ на корпоративном сервере может использоваться в режиме разделенного доступа из различных точек мира.

Основные достоинства ПО Beamex CMX:

· Полная автоматизация калибровки/ поверки, документирования и хранения результатов;

· Дружественный интерфейс пользователя с возможностью адаптации;

· Поддержка обозначений позиций на кириллице;

· Связь с калибраторами других изготовителей (опция);

· Поддержка весоизмерительного оборудования;

· Управление безопасностью и изменениями, журнал аудита, а также поддержка электронной подписи;

· Интерфейс карманного ПК;

· В качестве СУБД - Ms SQL SERVER 2005 Express;

· Минимальные требования к ОС и ПК:

· Microsoft Windows 7/Vista / XP;

· Microsoft Internet Explorer 6.0 SP1;

· Привод DVD-ROM (для установки ПО);

· Порты связи: RS232 и/или USB;

· Порт для ключа доступа: USB (LPT - опция).

Основные недостатки версии Light:

· Ограничение в 300 позиций приборов;

· Отсутствует многопользовательский режим работы;

· В СУБД MS SQL SERVER версии Express отсутствует возможность работы в БД;

· Отсутствие возможности расширения функциональности (доступно с версии Professional).

3.3 Программа линейной калибровки измерительных комплексов

В рамках научно-исследовательской работы кандидатом технических наук Яценко Е.А. разработан программный продукт (ПП), предназначенный для калибровки измерительных систем по набору стандартных образцов (СО) [5].

Данный программный продукт может быть применен при расчете градуировочных функций для любых измерительных приборов с линейной зависимостью между измеряемой величиной и выходным сигналом прибора, или если эта зависимость может быть линеаризована. Также необходимым требованием является нормальный закон распределения результатов измерений.

Главной целью создания пакета программ являлось исключение постоянной систематической погрешности измерений, связанной с градуировкой измерительных приборов.

Разработанный ПП позволяет рассчитывать параметры следующих калибровочных моделей стандартных методик ISO 11095 [3] и РМГ 54-2002 [5]:

· модель основного метода ISO с предположением о постоянстве среднеквадратичного отклонения;

· модель основного метода ISO с предположением о пропорциональности среднеквадратичного отклонения;

· метод заключения в скобки ISO;

· точечный метод ISO;

· метод усреднения оценок РМГ 54-2002;

· метод наименьших квадратов РМГ 54-2002.

Пакет программ обладает интуитивно понятным, удобным и универсальным интерфейсом. Главная экранная форма ПП для калибровки измерительных приборов состоит из четырех основных панелей: "Измерения", "Расчеты", "Дополнительные данные" и "График".

Панель "Измерения" позволяет вводить, просматривать и редактировать входной массив данных: аттестованные характеристики стандартных образцов или аттестованных смесей, результаты измерений.

Панель "Расчеты" позволяет просматривать и сравнивать параметры калибровочных функций, полученные в соответствии с различными методиками. Для каждой рассчитанной модели на экране отображаются коэффициенты линейного уравнения, расчетные и табличные значения критерия Фишера, заключение об адекватности модели. В случае если расчеты выполнялись в соответствии со стандартной методикой РМГ 54-2002, отображается заголовок выбранного метода.

Интерфейс пользователя включает визуализацию всех промежуточных данных, полученных на различных этапах использования стандартных методик ISO 11095: таблица дисперсионного анализа "Анова", график остатков, экспериментальные точки и градуировочный график. Таблица дисперсионного анализа содержится на панели "ANOVA" вкладки "Расчеты". Градуировочный график представлен на соответствующей вкладке "График".

Вкладка "Дополнительные данные" содержит панель "Остатки", на ней представлен график остатков, являющийся основным средством выбора одной из двух моделей ISO: "Модель 1", если остаток стандартного отклонения постоянен; "Модель 2", если точки графика образуют некоторый тренд, например, линейный, или если дисперсия возрастает с увеличением аттестованного значения в измеренных СО [5].

Дополнительная функциональная возможность пакета программ состоит в визуализации зависимости расчетного критерия Фишера от выбранной точки внутри доверительного интервала аттестованного значения СО, представленной на вкладке "Дополнительные данные", панели "Анализ".

Результатом калибровки прибора с применением ПП является градуировочная зависимость, выраженная алгебраически и графически, из данной информации формируется отчет, который при необходимости можно распечатать.

Главной отличительной особенностью представленного программного продукта является заложенные в основу его разработки принципы выбора калибровочной модели в соответствии с особенностями измерительного средства и объекта измерений, а также унификация процесса расчета градуировочной функции, направленные на снижение погрешностей измерений. Как заявляют авторы, использование разработанного программного продукта метрологами аттестационных лабораторий позволяет исключить погрешности связанные с неправильным выбором вида калибровочной функции, и ошибками при ее расчете, снизить затраты времени на выполнение калибровки приборов посредством автоматизации расчетов, унифицировать процесс калибровки приборов за счет использования стандартных алгоритмов.

Пакет программ может быть использован для калибровки измерительных систем, в таких сферах деятельности как: медицина, экология, легкая и пищевая промышленность, парфюмерия и т.п. Внедрение описанного программного продукта в различные аттестационные лаборатории позволит получить измерительную информацию с заданной точностью, для принятия адекватных решений при управлении производством, поддержания экологической обстановки, оценке качества пищевых продуктов, питьевой воды, и т.д.

Достоинства:

· Строгое соблюдение ГОСТ, регламентирующих методики калибровки;

· Универсальность - возможность применения в различных сферах деятельности: медицина, экология, промышленность и т.д.;

· Наглядность полученных калибровочных графиков.

Недостатки:

· Отсутствие каких-либо инструментов учета измерительных приборов;

· Отсутствие учета проведенных калибровок;

· Отсутствие ПО в свободном доступе.

3.4 Выводы

В каждом из рассмотренных аналогов имеются недостатки (в том числе и непреодолимые), из-за которых применение этого ПО невозможно к изучаемой предметной области. Наиболее близким к возможному использованию является ПО Beamex CMX Light. Однако попытки связаться с российскими представителями компании не увенчались с успехом. Тем не менее, некоторые особенности данного ПО можно взять в качестве образца.

Исходя из вышенаписанного, разработка АС необходима и оправдана.

4. Выбор средств разработки программного обеспечения

Для разработки автоматизированной системы будут использоваться программные продукты Microsoft - MS Visual Studio 2012 и MS SQL Server 2012.

4.1 Microsoft SQL Server 2012

Microsoft SQL Server - это система управления клиент-серверными реляционными базами данных, ориентированная на работу под управлением операционных систем Microsoft Windows. Microsoft SQL Server 2012 (MS SQL Server) поддерживает операционные системы Windows Server 2003, Windows Server 2012, Windows XP, Windows Vista, Windows 7.

MS SQL Server включает в себя как серверную, так и клиентскую часть. Однако состав служб, включенных в поставку сервера, зависит от версии. MS SQL Server 2012 доступен в шести версиях (редакциях).

Enterprise Edition - версия с максимальными возможностями для применения в крупных системах. Сюда включены более 60-ти функций, недоступных в других версиях, например: сжатие данных и резервных копий, аудит с использованием расширенного набора событий, утилита для управления ресурсами Resources Governor, возможность горячей замены процессора.

Standard Edition предназначена для использования в системах среднего уровня, где не требуются возможности Enterprise версии. Предоставляет базовые возможности по аналитике и созданию отчетов.

Workgroup Edition подходит для установки в филиалах компании и предоставляет средства управления данными, создания отчетности, удаленной синхронизации и управления.

Web Edition ориентирована на работу в Интернете, позволяет предоставлять клиентам доступ к крупномасштабным веб-приложениям.

Express Edition - бесплатная версия. Подходит для обучения, для создания настольных и небольших серверных приложений, а также для распространения независимыми производителями ПО.

Compact Edition - бесплатная версия. Позволяет создавать автономные или мало связанные приложения для мобильных устройств, настольных ПК и веб-клиентов, работающих под управлением любых версий Microsoft Windows.

Серверная часть MS SQL Server реализуется в виде нескольких самостоятельных служб, каждая из которых отвечает за выполнение определенных задач.

MS SQL Server поддерживает множество различных типов клиентов, каждый из которых может работать на своей аппаратной и программной платформе.

В комплект поставки MS SQL Server входят стандартные утилиты, которые могут использоваться для управления работой сервера и создания логической структуры баз данных, поддерживаемых им. Для разработки клиентского приложения могут быть использованы и различные средства разработки приложений, например, среды визуального программирования Visual Studio.net 2003-2012, Visual Basic, Delphi и др.

4.2 Microsoft Visual Studio 2012

Microsoft Visual Studio 2012 - надежное обеспечение для разработки приложений.

Microsoft Visual C# - одно из самых популярных сегодня программных обеспечений, которое позволяет создавать приложения разного рода. На данный момент вышло уже несколько версий данного обеспечения - все они пользуются большим успехом и востребованы среди пользователей.

Microsoft Visual C# постоянно совершенствуется, так, есть версия 2003 года, популярна также Microsoft Visual C# 2012 года. Специалисты компании Microsoft не останавливаются на достигнутом и периодически вносят корректировки и дополнения в уже существующие продукты. Так, появился новый товар Microsoft VS - Visual C# 2010 года.

C# - современный, удобный и элегантный язык программирования. C# представляет собой особый язык программирования, который предназначен для разработки и проектирования всевозможных приложений. Приложения, которые могут создаваться на основе этого языка, работают в среде.net Framework. Особенностями данного языка можно назвать его строгую типизацию, а также ориентированность на определенный объект. Решение Microsoft Visual C# разработано профессионалами компании Microsoft специально для реализации языка C#.

Стоит отметить, что в языке C# существует возможность быстро разработать самые разные приложения, этому способствуют нововведения, которые не были присущи другим языкам C. Наиболее популярная версия Visual Studio 2012 легко поддерживает Microsoft Visual C# 2012 со всеми его шаблонными проектами, компилятором, полнофункциональным редактором кода и другими востребованными среди пользователей средствами.

Немаловажен тот факт, что библиотека классов.net Framework позволяет открыть доступ к различным службам операционной системы. С помощью библиотеки также можно получить доступ к другим классам, это значительно ускоряет процесс разработки приложений и, бесспорно, относится к положительным моментам системы.

С помощью Visual C# 2012 можно создавать приложения для операционной системы Windows, всевозможные веб-службы, компоненты, средства для баз данных, элементы управления приложениями и многое другое.

5. Моделирование процесса проведения калибровки

Схема процесса калибровки, созданная средствами моделирования BPwin, изображена на рис. 4.

Весь процесс проведения калибровки разбит несколько этапов.

Рис. 4. Общий вид процесса калибровки

Наглядно это выглядит как множество именованных прямоугольников-блоков, обозначающих какую либо часть работы, которые имеют входные и выходные параметры. Стрелки, входящие в верхнюю грань блока представляют собой различные правила, стандарты, предписания, ГОСТы, и прочие нормативные и методические документы, характеризующие корректное выполнение данной работы. Стрелки, входящие в нижние грани представляют собой ресурсы, в виде оборудования, а также человеческие ресурсы, которые необходимо привлечь для успешного проведения данного этапа работ. Стрелки, входящие в левую грань блока - это входная информация, которая подвергается обработке и преобразуется с течением выполнения данной работы. И, наконец, стрелки, выходящие с правой грани блока представляют собой результат проведения данной работы и переход к следующему этапу.


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.