Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Территория конфликта: метрологические требования к АСКУЭ
Гуртовцев А.Л., к.т.н., Почётный работник Белорусской энергосистемы
В последние годы назрели принципиальные разногласия между энергетиками и метролога ми в отношении понимания метрологии современных цифровых АСКУЭ.
Энергетики рассматривают АСКУЭ как систему, состоящую из измерительной системы (ИС), включающую совокупность отдельных цифровых измерительных каналов (ЦИК), содержащих измерительные трансформаторы тока, напряжения и многотарифные микропроцессорные электросчётчики со встроенными базами данных, доступ к которым возможен по цифровым интерфейсам, и системы сбора данных (ССД) цифровых результатов измерений с выходов ЦИК ИС в центры сбора и обработки данных (ЦСОД). При необходимости АСКУЭ дополняется системой синхронизации времени. Метрологи же с таким подходом категорически не согласны и требуют рассматривать АСКУЭ как единую, неделимую измерительно-информационную систему (ИИС), подлежащую в целом и своих частях утверждению в качестве типа средств измерений (СИ) или, по меньшей мере, метрологической аттестации как СИ.
При этом на всю систему и её части устанавливаются соответствующие межповерочные интервалы (МПИ) для периодического метрологического контроля. Аргументы метрологов: согласно различным метрологическим документам, например, ГОСТ 8.437-81 “Системы информационно-измерительные. Метрологическое обеспечение. Основные положения” или ГОСТ Р 8.596-2002 “Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения”, ИИС следует рассматривать в целом как СИ. Кроме того, все вычислительные операции в ней над результатами измерений необходимо трактовать как косвенные измерения. Аргументы энергетиков: в АСКУЭ все измерения происходят только на их нижних уровнях, в ЦИК, где и заканчиваются, а далее осуществляются неизмерительные операции сбора, хранения, обработки, отображения и документирования цифровых данных. А технические средства, с помощью которых осуществляются указанные неизмерительные операции - цифровые каналы передачи данных (с модемами, концентраторами, маршрутизаторами, экранами и т.п.), устройства сбора и передачи данных (УСПД), компьютеры с программным обеспечением (т.е. все те технические новшества, с появлением которых технология АСКУЭ изменилась принципиальным образом), нельзя относить к средствам измерения.
Позиция метрологов Госстандарта имеет, по меньшей мере, две причины. Первая - психологическая, связанная с консервативным характером их деятельности, инерцией мышления, не поспевающего за бурными изменениями в технике и технологиях. Вторая - сугубо прагматическая: указанные выше процедуры метрологического контроля стоят денег, причём немалых (в масштабах республики - миллионы долларов). И заплатить их придётся не кому-нибудь, а тем самым флагманам реальной экономики, на которых и держится её благополучие (при этом, кроме снижения конкурентоспособности из-за дополнительных издержек на сомнительную метрологию, они, как и энергосистема, не получат ничего, кроме постоянной “головной боли”). Кто из монополистов упустит свой доход?
Если вторая причина в комментариях не нуждается, то в отношении первой своё слово должна сказать научно-техническая общественность - учёные, инженеры, энергетики и потребители. Хотелось бы напомнить простую истину: назначение метрологии - это обслуживание насущных потребностей общества. Не люди и техника для неё и метрологов, как это зачастую происходит сегодня, а наоборот, они для людей и техники. С этих позиций принципиально важен вопрос о том, где же кончается измерение и метрология и начинается другая область, к которой метрологи и созданный ими закон “Об обеспечении единства измерений” уже не имеют никакого отношения? Метрология причисляет себя к точным наукам, но точность любой из них, в первую очередь, проявляется в корректности её понятий и определений. К сожалению, терминологическая база современной метрологии во многом противоречива, что позволяет метрологам вольно трактовать понятия, причём в свою пользу, в пользу неограниченной экспансии метрологии в те области и операции, к которым, по существу, она не имеет никакого отношения. Это довольно подробно рассмотрено во многих статьях автора.
Здесь же уместно сделать акцент на примере сравнения понятий “прямое измерение” и “косвенное измерение”. Рассмотрим конкретное замечание РУП “БелГИМ” на один из документов, подготовленный разработчиками АСКУЭ: “…во всех действующих ТНПА, в том числе межгосударственных, ИС рассматривается как неделимое целое, с присущими этому целому функциями. УСПД в составе ИК не только реализует функцию измерения реального и обеспечения единого времени системы, но и функцию косвенных измерений. Как известно (исходя из МИ 2083), функция А, которая вычисляется по формуле…, рассматривается как результат косвенного измерения. Следовательно, УСПД имеет все признаки средства измерений … Предлагаемое разделение ИК на составляющие не является прогрессивным, не способствует повышению точности измерений, экономии времени и средств и противопоставляет АСКУЭ аналогичным измерительным системам, а особый подход разработчиков документа не способствует гармонизации его с аналогичными международными документами”.
Основой для принятия решения о том, что является измерением и средством измерения, а что нет, должен служить терминологический стандарт СТБ П 8021-2003 (или его международный аналог РМГ 29-99 “Метрология. Основные термины и определения”). Согласно его п.5.1: “Измерение физической величины - совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с её единицей и получение значение этой величины”. В примечании к определению сказано: “Приведённое определение понятия “измерение” удовлетворяет общему уравнению измерений, что имеет существенное значение в деле упорядочения системы понятий в метрологии. В нём учтена техническая сторона (совокупность операций), раскрыта метрологическая суть измерений (сравнение с единицей) и показан гносеологический аспект (получение значения величины)”. Там же, в п.6.2, определено средство измерений как “Техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени”. Важно примечание: “Приведённое определение вскрывает суть средства измерений, заключающееся, во-первых, в умении хранить (или воспроизводить) единицу физической величины; во-вторых, в неизменности размера хранимой единицы. Эти важнейшие факторы и обусловливают возможность выполнения измерения (сопоставление с единицей), т.е. делают техническое средство средством измерений”.
Приведённые основополагающие понятия измерения и средства измерений содержат необходимые и достаточные признаки для отнесения того или иного процесса или технического средства к измерению и средству измерения. Исключение любого признака из определения меняет его суть (а суть - сопоставление измеряемой величины с единицей измерения). Если нет практического процесса сопоставления величины с её единицей измерения, нет измерения и нет средства измерений. Ссылка оппонентов на определение “косвенного измерения” (п.5.11) демонстрирует только несовершенство и противоречивость самого терминологического стандарта СТБ П 8021-2003, так как это определение лишено коренных признаков понятия “измерения” и фактически не может рассматриваться в его качестве (в п.5.10 разработчики документа, как бы извиняясь за свой “прокол” в отношении определения косвенного измерения, отмечают: “Строго говоря, измерение всегда прямое и рассматривается как сравнение величины с её единицей”). Это очевидно для любого непредвзятого исследователя. Если в рамках той метрологии, которая рассматривала аналоговые вычислительные операции над аналоговыми сигналами можно ещё как-то простить введение понятия “косвенное измерение”, то в случае выполнения цифровых операций над цифровыми результатами измерений понятие косвенного измерения выглядит абсурдом. И не надо одним абсурдом прикрывать другие. В свете сказанного ясно, что УСПД не является средством измерений только на том основании, что оно выполняет цифровые операции над цифровыми результатами измерений.
Рассмотрим вопрос времени в работе АСКУЭ. Временные характеристики системы определяются встроенными часами электронных счётчиков и погрешностью их суточного хода. Счётчики вместе со своими часами являются средством измерений электроэнергии (мощности) и отсчёта времени. В зависимости от назначения, могут быть различные структуры АСКУЭ. В простейшем случае она может представлять собой множество ЦИК, в которых даже не требуется синхронизация часов различных каналов. В частности, это применимо при однотарифном учёте: для накопительного учёта не имеют никакого значения те несколько минут расхождений, что “набегут”, например, за год, между часами счётчиков различных каналов.
В случае учёта по временным зонам синхронизация приобретает метрологический смысл. Но всё дело в том, как она выполняется. В одном простейшем случае каждый счётчик имеет встроенный радиоприёмник, и синхронизация первого осуществляется через радиосеть от источника сигналов точного времени (ИСТВ), установленного в какой-то другой точке сети. ИСТВ и счётчик относятся к СИ, но сама радиосеть не является СИ и принципиально не может быть поверена. В этом случае использование УСПД для сбора данных со счётчиков (без синхронизации самого УСПД) не превращает его в средство измерения времени. В другом случае, синхронизация счётчиков может выполняться не через радиосеть по отдельному входу синхронизации времени, а через общий цифровой интерфейс, подключённый к компьютерной вычислительной сети (Интернету или Интранету).
Такая сеть со всей своей начинкой (каналами, модемами, маршрутизаторами и т.д.) опять же не является СИ и не подлежит аттестации. И в этом случае использование УСПД в качестве промежуточного звена передачи цифрового времени не превращает его в измеритель времени. И только в том случае, когда именно часы УСПД используются для синхронизации часов счётчиков, можно ещё представить УСПД в качестве СИ (времени, но не электроэнергии!). Но в чём заключается это измерение времени и что в УСПД, собственно, поверять? Современные микросхемы часов - это микросхемы со встроенными кварцем и таблицей поправок, позволяющих свести погрешность ухода времени до минимума. Фактически в УСПД одна-единственная микросхема с цифровым выходом является часами. Здесь нечего проверять и поверять. Тем более что часы УСПД носят вспомогательный, промежуточный характер между ИСТВ и часами счётчиков.
Важно отметить, что АСКУЭ - это не автоматическая, а автоматизированная система, т.е. система с участием человека. Окончательные решения по использованию результатов измерений в АСКУЭ принимает человек, т.е. автоматически зафиксированные системой результаты измерений ещё не являются окончательными. Это связано, прежде всего, с наличием большого количества измерительных каналов, в которых оборудование периодически может заменяться и выходить из строя. Утраченные данные надо как-то восстанавливать, и это делает человек. Основой расчётов между сторонами по результатам АСКУЭ являются акты, которые согласовываются сторонами. А основой актов являются данные счётчиков, переданные на верхний уровень АСКУЭ через цифровую сеть, которая не имеет метрологических погрешностей.
Попытка рассматривать АСКУЭ как неделимое целое непродуктивна: в этом случае всякое изменение в системе (например, замена счётчика или трансформатора) или её любая модернизация (например, ввод новых каналов или замена одних каналов другими) потребует новой переаттестации всей системы, ведь она же, согласно метрологам, едина и неделима. В результате система будет находиться в перманентном состоянии переаттестации, что не улучшит её работу, но приведёт к бесконечным и ненужным затратам средств на обеспечение её мнимого метрологического качества. С подобной ситуацией РУП “БЕЛТЭИ” уже неоднократно приходилось сталкиваться при построении АСКУЭ промышленных предприятий Минска (сбор данных в энергосбыт по радиосети с 50 заводов): они ежегодно переаттестовывались по причине наращивания и замены вышедшего из строя оборудования.
Аналогичная картина имеет место в России, когда вопреки требованиям энергетиков, каждая уникальная АСКУЭ включается, согласно ГОСТ Р 8.596-2002, как единичный тип средства измерений, в Госреестр. Специалисты в научно-технической печати неоднократно отмечали абсурдность такого подхода, но в интересах метрологического ведомства, монополиста, он продолжает сохраняться. Большие финансовые затраты хозяйствующих субъектов на неэффективные и сомнительные метрологические мероприятия в российских АСКУЭ наносят прямой ущерб потребителям и государству. Такого не должно повториться в Беларуси - следует учиться на чужих ошибках. Надо понять, что автоматизированный сбор данных от измерительной системы, являющейся частью АСКУЭ, не может быть объектом метрологии. Госстандарту и его метрологам рано или поздно предстоит пересмотреть свои окостеневшие взгляды на метрологию в современных системах. И лучше это сделать раньше, чтобы не навредить тому цифровому миру, который создаётся сегодня
Справка
Статья опубликована в журналах:
Энергия и Менеджмент, № 3,2009 (Беларусь)
Промышленные АСУ и контроллеры, № 8,2009 (Россия)
Энергорынок, №7/8, 2009 (Россия)