Национальный стандарт РФ ГОСТ Р МЭК 61069-4-2017 "Измерение, управление и автоматизация промышленного процесса. Определение свойств системы с целью ее оценки. Часть 4. Оценка производительности системы" (утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 7 ноября 2017 г. N 1652-ст)

Industrial-process measurement, control and automation. Evaluation of system properties for the purpose of system assessment. Part 4. Assessment of system performance

ОКС 25.040.40
IDT

Дата введения - 1 сентября 2018 г.
Взамен ГОСТ Р МЭК 61069-4-2012

Предисловие

1 Подготовлен Негосударственным образовательным частным учреждением дополнительного профессионального образования "Новая Инженерная Школа" (НОЧУ "НИШ") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии указанного в пункте 4 стандарта, который выполнен Российской комиссией экспертов МЭК/ТК 65 и Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации" (ВНИИНМАШ)

2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 306 "Измерения и управление в промышленных процессах"

3 Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 7 ноября 2017 г. N 1652-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту МЭК 61069-4:2016 "Измерение, управление и автоматизация промышленного процесса. Определение свойств системы с целью ее оценки. Часть 4. Оценка производительности системы (IEC 61069-4:2016 "lndustrial-process measurement, control and automation - Evaluation of system properties for the purpose of system assessment - Part 4: Assessment of system performance", IDT).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 Взамен ГОСТ Р МЭК 61069-4-2012

Введение

В МЭК 61069 рассматривается метод, который следует использовать для оценки системных свойств основной системы управления (ОСУ). МЭК 61069 состоит из следующих частей:

часть 1. Терминология и основные концепции;

часть 2. Методология оценки;

часть 3. Оценка функциональности системы;

часть 4. Оценка производительности системы;

часть 5. Оценка надежности системы;

часть 6. Оценка эксплуатабельности системы;

часть 7. Оценка безопасности системы;

часть 8. Оценка других свойств системы.

Оценка системы - основанное на доказательстве суждение о пригодности системы для определенного целевого назначения или класса целевых назначений.

Для получения полного итогового доказательства потребовалось бы полное (т.е. при всех влияющих факторах) определение пригодности всех свойств системы для конкретного целевого назначения или класса целевых назначений.

Так как на практике это требуется редко, для оценки системы более рациональным будет:

- определить критичность соответствующих свойств системы;

- спланировать определение (оценку) соответствующих свойств системы на основе экономического принципа "цена - целесообразность" для усилий по реализации этих свойств.

При проведении оценки системы следует стремиться к получению максимальной обоснованности пригодности системы с учетом целесообразной стоимости и ограничений по времени.

Оценка может быть выполнена только в том случае, если целевое назначение (миссия) сформулировано (или задано), или если оно может быть представлено гипотетически. В случае отсутствия миссии оценка не может быть выполнена. Тем не менее, возможно определение свойств системы в части сбора и систематизации данных для последующей оценки, проводимой другими лицами. В таком случае настоящий стандарт может применяться как руководство для планирования, а также устанавливает процедуры определения свойств системы, являющееся неотъемлемой частью оценки системы.

При подготовке к оценке может быть установлено, что определение границ системы является слишком узким. Например, для средства с двумя или более версиями совместного пользования системы управления, например сети, необходимо учитывать вопросы сосуществования и функциональной совместимости. В этом случае система, подлежащая оценке, не должна ограничиваться "новыми" ОСУ. Такая система должна включать в себя как "новые", так и "старые" системы. То есть, система должна изменять свои границы, чтобы включать в себя достаточный объем другой системы для решения требуемых от нее задач.

Структура настоящей части и ее взаимосвязь с другими частями МЭК 61069 показаны на рисунке 1.

Рисунок 1 - Общий состав МЭК 61069

Некоторые примеры элементов оценки объединены в приложении С.

1 Область применения

Настоящий стандарт:

- устанавливает детальный метод оценки производительности основной системы управления (ОСУ) на основании общих концепций, данных в МЭК 61069-1 и методологии, приведенной в МЭК 61069-2;

- устанавливает основную классификацию свойств производительности;

- описывает факторы, влияющие на производительность, и которые необходимо учитывать при оценке производительности; и

- предоставляет руководство по выбору методов из набора вариантов (с нормативными ссылками) для определения производительности.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты. Для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного стандарта. Для недатированных ссылок применяют последнее издание ссылочного стандарта (включая все изменения к нему).

IEC 60068 (all parts), Environmental testing [Испытания на воздействие внешних факторов (все части)]

IEC 60654 (all parts), Industrial-process measurement and control equipment - Operating conditions [(Оборудование контрольно-измерительное для промышленных процессов. Условия работы (все части)]

IEC 61000 (all parts), Electromagnetic compatibility (EMC) [Электромагнитная совместимость (все части)]

IEC 61069-1 ¹⁾, Industrial-process measurement, control and automation - Evaluation of system properties for the purpose of system assessment - Part 1: Terminology and basic concepts (Измерение, управление и автоматизация промышленного процесса. Определение свойств системы с целью ее оценки. Часть 1. Терминология и базовые концепции)

IEC 61069-2 ¹⁾, Industrial-process measurement, control and automation - Evaluation of system properties for the purpose of system assessment - Part 2: Assessment methodology (Измерение, управление и автоматизация промышленного процесса. Определение свойств системы с целью ее оценки. Часть 2. Методология оценки)

------------------------------

¹⁾_{Второе издание стандарта подлежит одновременной публикации с настоящим стандартом.}

------------------------------

IEC 61326 (all parts), Electrical equipment for measurement, control and laboratory use - EMC requirements [Оборудование электрическое для измерения, управления и лабораторного применения. Требования электромагнитной совместимости (все части)]

3 Термины, определения, обозначения и сокращения

3.1 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по МЭК 61069-1.

3.2 Обозначения и сокращения

В настоящем стандарте применены обозначения и сокращения по МЭК 61069-1.

4 Основы оценки, связанные с производительностью

4.1 Свойства производительности

4.1.1 Общие положения

Как ожидается, система сможет правильно и в пределах установленного времени реакции системы выполнять задачи измерения и управления промышленным процессом. Если система выполняет несколько задач, то это происходит без создания препятствий для выполнения других задач и, в связи с этим, число задач, которые могут быть выполнены в определенных временных рамках, является важным свойством.

Чтобы оценить производительность системы, необходимо произвести классификацию свойств системы в иерархическом порядке. Классификация свойств производительности системы приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Производительность системы

Производительность не может быть оценена непосредственно и определена по одному свойству. Производительность может определяться только при помощи анализа и испытания каждого свойства производительности по отдельности.

Для того чтобы определить эти свойства, необходимо провести анализ системы в отношении передачи информации.

Необходимо проверить составляющие свойства производительности системы для каждой передачи информации через систему.

Следует заметить, что составляющие свойства производительности системы взаимозависимы.

Если система выполняет несколько задач, ее производительность может изменяться, и для каждой из этих задач требуется проведение отдельного анализа.

Производительность должна быть описана для каждой задачи, которая представлена передачей информации с заданными условиями для других задач, выполняемых одновременно.

4.1.2 Точность

Точность указывает на степень соответствия между указанной и реализованной передачей информации, выполняемой системой при определенных условиях.

Точность функции передачи информации потенциально включает многие свойства системы, например:

- гистерезис;

- мертвую зону;

- погрешность повторяемости;

- разрешающую способность.

4.1.3 Время отклика (реакции) системы

Время отклика (реакции) указывает на временной интервал между началом передачи информации и моментом, когда соответствующий отклик предоставляется при определенных условиях.

В целом функция передачи информации включает в себя следующие функциональные этапы:

- сбор информации, который зависит от постоянных времени входного фильтра (выполненного на аппаратных или программных средствах) и времени входного цикла;

- обработка информации, которая зависит от времени цикла обработки;

- вывод информации, который зависит от постоянных времени выходного фильтра (выполненного на аппаратных или программных средствах) и времени выходного цикла.

Каждый из вышеуказанных функциональных этапов функции передачи информации может быть реализован в синхронном или асинхронном режиме.

Необходимо обратить внимание на то, что из-за внешних зависимостей (наложений) общее время отклика передачи информации представляет собой не просто суммарное время, затраченное на функциональные этапы. Например, новая инициация может совпадать по времени с передачей другой информации, что в результате приводит к увеличению времени отклика (реакции) системы.

Время отклика различно для каждой передачи информации и зависит от настройки приоритетности выполнения задач, настройки времени цикла, наличия механизма обеспечения точности и т.д.

Время отклика может быть оценено количественно для каждой задачи. В некоторых случаях рассчитанное значение может содержать некоторую степень неопределенности, и это должно быть отражено совместно со значением, например, 50 %  10 % или 50 % с 90 % определенности.

4.1.4 Информационная мощность

Информационная мощность системы - это свойство производительности системы, которое указывает на максимальное число передачи информации установленной функции передачи информации, которую система способна выполнить в течение определенного периода времени без негативного воздействия на какие-либо другие возможности системы.

Информационная мощность системы зависит от способности расчета, доступной памяти и пропускной способности средств ввода-вывода.

Для данной системы информационная мощность (максимальная нагрузка) является фиксированной. Информационная мощность может быть изменена только путем внесения дополнений или изменений в данную систему. Ниже приведены некоторые важные концепции:

Информационная мощность = базовая нагрузка + рабочая нагрузка + резервная информационная мощность.

Система находится в максимальной загрузке, когда резервная информационная мощность отсутствует. Перегрузка системы происходит, когда определенные потребителем задачи не работают в предусмотренном промежутке времени в результате ресурсных ограничений.

Оценка информационной мощности системы должна проводиться путем проверки доступности резервной информационной мощности при рабочей нагрузки, определенной в документе о требованиях к системе (ДТС). Оценка будет гарантировать, что резервная информационная мощность будет доступна при такой рабочей нагрузке.

4.2 Факторы, влияющие на производительность

На производительность системы могут оказать воздействие влияющие факторы, перечисленные в 5.3.1 МЭК 61069-1.

Для каждого дополнительного составляющего свойства производительности системы, указанного в подразделе 4.1, главными влияющими факторами могут быть нижеследующие.

На точность могут воздействовать:

- окружающая среда, например внешняя температура;

- недостатки системы энергоснабжения, такие как колебания и скачки напряжения, которые можно ожидать от основного источника энергоснабжения;

- электрические помехи во входящих и исходящих линиях связи с полевым оборудованием из-за проблем заземления и/или кондуктивных помех и/или внешних электромагнитных возмущений;

- времени воздействия температуры и теплового излучения;

- влажности;

- колебаний.

Точность необходимо проверять, как минимум, по всему диапазону измерений, выполняемых в системе.

На время отклика (реакции) системы главным образом воздействуют следующие условия, возникающие при выполнении задач:

- увеличение интенсивности функционирования (например, при аварийной сигнализации);

- нарушения в работе по внешним причинам, например, из-за основного источника энергоснабжения и/или электрических помех;

Информационная мощность и резервная информационная мощность системы зависят от:

- увеличения интенсивности функционирования (например, при аварийной сигнализации);

- усовершенствования системы;

- нарушения в работе по внешним причинам, например, из-за основного источника энергоснабжения, и/или электрических помех;

- потери емкости памяти в результате ненадлежащего управления распределением памяти.

В целом, любые отклонения от указанных условий эксплуатации могут повлиять на производительность системы.

При определении испытаний для оценки воздействия влияющих условий необходимо ознакомиться с:

- МЭК 60068;

- МЭК 60721;

- МЭК 60654;

- МЭК 61000;

- МЭК 61326.

5 Процедура оценки

5.1 Общие положения

Оценку следует проводить в соответствии с методологией оценки, изложенной в разделе 5 МЭК 61069-2.

5.2 Определение целей оценки

Определение цели оценки следует проводить в соответствии с процедурами, приведенными в подразделе 5.2 МЭК 61069-2.

5.3 Проектирование и схема оценки

Проектирование и схему оценки следует выполнять в соответствии с процедурами, приведенными в подраздел 5.3 МЭК 61069-2.

Определение объема оценки следует проводить в соответствии с 5.3.1 МЭК 61069-2.

Сопоставление документированной информации следует проводить в соответствии с 5.3.3 МЭК 61069-2.

Заключения, сформулированные в соответствии с 5.3.3 МЭК 61069-2, должны содержать следующую информацию в дополнение к пунктам, перечисленным в 5.3.3 МЭК 61069-2:

- требуемые задачи, как это определено в ДТС, а также функции передачи информации, обеспечиваемые системой для поддержки таких задач;

- расположение конечных точек каждой функции передачи информации.

Документирование информации для сопоставления следует проводить в соответствии с 5.3.4 МЭК 61069-2.

Выбор элементов оценки следует проводить в соответствии с 5.3.5 МЭК 61069-2.

Спецификацию оценки следует разрабатывать в соответствии с 5.3.6 МЭК 61069-2.

Сравнение ДТС и ДСС следует проводить в соответствии с подразделом 5.3 МЭК 61069-2.

Примечание 1 - Контрольный перечень ДТС для определения надежности системы приведен в приложении А.

Примечание 2 - Контрольный перечень ДСС для определения надежности системы приведен в приложении В.

5.4 Планирование программы проведения оценки

Планирование программы проведения оценки следует выполнять в соответствии с процедурами, приведенными в подразделе 5.4 МЭК 61069-2.

Действия по оценке должны быть разработаны в соответствии с 5.4.2 МЭК 61069-2.

В итоговой программе проведения оценки следует определить пункты, перечисленные в 5.4.3 МЭК 61069-2.

5.5 Проведение оценки

Оценку следует проводить в соответствии с подразделом 5.5 МЭК 61069-2.

5.6 Отчет об оценке

Отчет об оценке следует оформлять в соответствии с подразделом 5.6 МЭК 61069-2.

Отчет должен содержать информацию, приведенную в подразделе 5.6 МЭК 61069-2. Дополнительно отчет по оценке должен включать в себя следующие пункты:

- дополнительные пункты не отмечены.

6 Методы определения свойств

6.1 Общие положения

В настоящем стандарте приведено несколько методов определения свойств. Могут применяться и другие методы, однако в этом случае в отчете об оценке следует указывать ссылки на документы, в которых описано применение этих методов.

Данные методы определения свойств сгруппированы согласно требованиям, установленным в разделе 6 МЭК 61069-2.

Следует учитывать факторы, влияющие на свойства производительности системы, в соответствии с 4.2.

Методы, указанные в 6.2, 6.3 и 6.4, рекомендованы для оценки свойств функциональности системы.

6.2 Аналитические методы определения свойств

Аналитическое определение свойств системы - это качественный анализ конфигурации системы, выполненный при помощи количественного анализа основных параметров производительности элементов системы.

Для оценки свойств производительности, рекомендуется применять модели, которые представляют способ использования элементов для реализации необходимой передачи информации.

Та же модель может быть использована для определения производительности системы на основе оценки производительности отдельных элементов.

Пример такой модели приведен в приложении D.

Модель, представляющая аспекты производительности, показывает передачу информации, используемые элементы и их взаимосвязь.

Основные количественные данные производительности дополняют сведения о каждом из элементов модели. Эти количественные данные могут быть получены из общих данных, из документации системы, из данных, полученных в результате определения свойств элементов и/или детального анализа проекта элементов. Используемые данные должны быть применимы в диапазоне влияющих факторов, в которых требуется оценивание.

Затем значения параметров точности, времени отклика (реакции) системы и информационной мощности определяются на основе индивидуальных данных модулей и элементов, а также цепочек, поддерживающих передачу информации.

Более точный метод анализа параметров производительности может быть выполнен на основе использования описанного выше имитационного моделирования, задания случайных изменений на входах каналов и регистрации выходных результатов, загрузки шин и т.д.

6.3 Эмпирические методы определения свойств

6.3.1 Общие вопросы

Несмотря на то, что эмпирическую оценку (испытание) возможно произвести на изолированных отдельных модулях и элементах во время выполнения функции по передаче информации, такие испытания редко дают достаточный объем данных относительно выполнения требуемых задач. Такие испытания могут быть выполнены только на границе выполнения каждой передачи информации.

Проект этих испытаний следует составлять на основе качественного анализа системы и базироваться на выбранной задаче или наборе задач, которые представляют собой производительность функции передачи информации. Для каждого класса функции передачи информации необходимо выполнить как минимум одно из следующих испытаний:

- индикация измерения параметров процесса (например, аналоговый, цифровой);

- действие по управлению процессом;

- действие по управлению процессом с клавиатуры;

- вызов с клавиатуры отображения на монитор;

- обновление отображаемых данных;

- монитор аварийной сигнализации;

- запись времени;

- коммуникация по линиям связи;

- обратная связь по управляемым параметрам (например, индикация, корректирующее устройство).

В целом, каждое испытание производительности конкретной задачи передачи информации следует выполнять в условиях другой передачи информации, изложенной в ДТС.

Производительность системы зависит от влияющих факторов, как это определено в 4.2.

6.3.2 Испытания для определения точности

Для цели определения/измерения точности передача информации может быть разделен на следующие два типа:

a) Независимая от времени передача информации.

Руководство по измерению точности независимых от времени передач информации приведено в МЭК 61298-2.

Передачами информации, которые могут частично рассматриваться как независимые, например, являются следующие передачи:

- измерение и индикация значений процесса (например, аналогового, цифрового, счетчикового типа);

- вывод управляющего воздействия;

- обратная связь управляющего воздействия (например, индикация, корректирующее устройство).

b) Зависимая от времени передача информации.

Зависимые от времени передачи информации содержат в основном части, не зависимые от времени. Рекомендуется отдельно определять или измерять точность этих частей перед оценкой полной точности передачи информации, как это указано выше.

Точность действий по управлению процессом в системе должна оцениваться с использованием моделирования процесса.

Цель оценки общей точности в целом состоит в том, чтобы проверить:

- отражает ли логическая копия памяти системы все состояния и параметры контролируемого процесса в текущей ситуации в реальном масштабе времени своевременно, полно и последовательно;

Примечание 1 - Может быть определено путем последовательного индуцирования каждого входа и проверки, имеет ли его содержание в образе процесса правильное значение и/или статус.

- идентичны ли внутренние времена системы каждого элемента системы, имеют ли одинаковое разрешение и соответствуют местному времени;

Примечание 2 - Может быть определено путем извлечения и отображения текущего дня и времени во всех соответствующих модулях и элементах и сравнения их друг с другом и с местным временем.

- позволяет ли разрешение внутреннего времени системы определить, зарегистрировать и правильно проставить временную метку последовательности быстро меняющихся значений и параметров того же или другого события;

Примечание 3 - Может быть определено путем индуцирования в хронологическом порядке набора входных сигналов с определенным числом событий в секунду и фиксированием временной метки, состояния и изменения значения в образе процесса.

Точность каждой передачи информации должна быть проверена на границах системы от источника информации до точки завершения передачи.

Результаты для каждого класса информационной передачи должны выражаться как среднее число результатов, полученных от ряда испытаний в установленных пределах указанных допусков передачи.

6.3.3 Испытания для определения времени отклика (реакции) системы

При испытаниях должно быть измерено время отклика передачи информации с учетом ее прохождения от источника до места назначения информации.

Результаты должны выражаться в виде среднего значения периодов времени, полученных в ряде испытаний в пределах указанных допусков передачи для каждого класса передачи информации.

Эффекты, полученные в результате воздействия особых условий, таких как переключение на резервный контроллер, должны учитываться отдельно.

6.3.4 Испытания для определения информационной мощности

Испытания должны определять информационную мощность системы. Такое определение должно выполняться для каждого класса передачи информации. Необходимо произвести оценку измеренной информационной мощности, чтобы определить, является ли она достаточной для ожидаемой задачи, принимая во внимание базовую нагрузку системы.

Если регистрация и хранение данных и событий являются ключевыми функциями, испытания должны учитывать любые ухудшения мощности с течением времени из-за плохого управления памятью.

При проведении таких испытаний другие передачи информации должны поддерживаться на постоянном уровне значений, требуемых согласно ДТС.

Для каждого из значений следует привести точную и подробную информацию об условиях, при которых они были получены, например:

- характер и объем каждой из передач информации; обновляются ли они периодически или в исключительных случаях; эффекты буферизации и т.д.;

- последствия возникновения случайных системных задач в результате, например, переключения на резервный контроллер, запроса отчета, срабатывания сигнализации и т.д.

Результаты должны быть выражены как среднее число результатов, полученных в ряде испытаний в установленных пределах передачи информации для каждого класса передачи информации.

6.4 Дополнительные вопросы методов определения свойств

Дополнительные пункты не установлены.

Библиография

[1]	IEC 60050 (all parts), International Electrotechnical Vocabulary (available at http://www.electropedia.org)
[2]	IEC 60050-351, International Electrotechnical Vocabulary - Part 351: Automatic control
[3]	IEC 60359, Expression of the performance of electrical and electronic measuring equipment
[4]	IEC 60546-1, Controllers with analogue signals for use in industrial-process control systems - Part 1: Methods of evaluating the performance
[5]	IEC 60770, Methods of evaluating the performance of transmitters for use in industrialprocess control systems
[6]	IEC 60870 (all parts), Telecontrol equipment and systems
[7]	IEC 60873, Methods of evaluating the performance of electrical and pneumatic analogue chart recorders for use in industrial-process control systems
[8]	IEC 61069-3 1), Industrial-process measurement, control and automation - Evaluation of system properties for the purpose of system assessment - Part 3: Assessment of system functionality
[9]	IEC 61069-5 1), Industrial-process measurement, control and automation - Evaluation of system properties for the purpose of system assessment - Part 5: Assessment of system dependability
[10]	IEC 61298-1, Process measurement and control devices - General methods and procedures for evaluating performance - Part 1: General considerations
[11]	IEC 61298-2, Process measurement and control devices - General methods and procedures for evaluating performance - Part 2: Tests under reference conditions
[12]	IEC 61298-3, Process measurement and control devices - General methods and procedures for evaluating performance - Part 3: Tests for the effects of influence quantities.
[13]	IEC 61298-4, Process measurement and control devices - General methods and procedures for evaluating performance - Part 4: Evaluation report content
[14]	IEC TS 62603-1:2014, Industrial process control systems - Guideline for evaluating process control systems - Part 1: Specifications

------------------------------

¹⁾_{Второе издание стандарта подлежит одновременной публикации с настоящим стандартом.}