Классификация КИС по функциональному назначению.

Для измерительных систем характерны:

-более высокие по отношению к системам другого вида требования к метрологическим характеристикам;

-более широкий спектр измеряемых физических величин и в особенности их количество (число измерительных каналов);

-необходимость в средствах представления информации (неискаженное, наглядное и оперативное представление текущей информации с учетом динамики ее обновления и быстродействия системы, обеспечивающее удобство восприятия и анализа человеком);

-большой объем внешней памяти для систем, в которых обработка и анализ результатов измерений выполняются после завершения процесса эксперимента с помощью набора различных средств обработки и представления информации. Входными в ИС для прямых измерений являются величины, воспринимаемые датчиками или другими входными устройствами системы. Задача таких ИС заключается в выполнении аналого-цифровых преобразований множества величин и выдаче полученных результатов измерения.

Многоканальные системы объединяются в один из самых распространенных классов измерительных систем параллельного действия, применяемых во всех отраслях народного хозяйства. Основные причины столь широкого распространения многоканальных ИС заключаются в возможности использования стандартных, относительно простых, измерительных приборов, в наиболее высокой схемной надежности таких систем, в возможности получения наибольшего быстродействия при одновременном получении результатов измерения, в возможности индивидуального подбора СИ к измеряемым величинам. Недостатки таких систем — сложность и большая стоимость по сравнению с другими системами. Многоканальные измерительные преобразователи представляют собой совокупность датчиков, объединенных с помощью измерительного коммутатора (ИК). К ИК предъявляют повышенные требования по погрешности, вносимой в измерительный канал. Лучшими по точности являются контактные ИК, но они имеют низкое быстродействие, небольшое число коммутируемых цепей. Бесконтактные ИК лучше по быстродействию, но погрешность на 2 порядка выше контактных. Уровень шумов и остаточных ЭДС бесконтактных ИК составляет 10-100 мкВ.

Измерительные системы с общей образцовой величиной — мультиплицированные развертывающие измерительные системы — содержат множество параллельных каналов. Структура системы включает датчики и устройство сравнения (одно для каждого канала измерения), источник образцовой величины и одно или несколько устройств представления измерительной информации. Мультиплицированные развертывающие измерительные системы позволяют в течение цикла изменения образцовой величины (развертки) выполнять измерение значений, однородных по физической природе измеряемых величин, без применения коммутационных элементов в канале измерения. Такие ИС имеют меньшее количество элементов по сравнению с ИС параллельного действия и могут обеспечить практически такое же быстродействие.

Системы автоматического контроля предназначены для контроля технологических процессов, при этом характер поведения и параметры их известны. В этом случае объект контроля рассматривается как детерминированный. Эти системы осуществляют контроль соотношения между текущим (измеренным) состоянием объекта и установленной " нормой поведения" по известной математической модели объекта. По результатам обработки полученной информации выдается суждение о состоянии объектов контроля. Таким образом, задачей САК является отнесение объекта к одному из возможных качественных состояний, а не получение количественной информации об объекте, что характерно для КИС.

В САК благодаря переходу от измерения абсолютных величин к относительным (в процентах " нормального" значения) эффективность работы значительно повышается. Оператор САК при таком способе количественной оценки получает информацию в единицах, непосредственно характеризующих уровень опасности в поведении контролируемого объекта (процесса).

Как правило, САК имеют обратную связь, используемую для воздействия на объект контроля. В них внешняя память имеет значительно меньший объем, чем объем памяти ИС, так как обработка и представление информации ведутся в реальном ритме контроля объекта.

Объем априорной информации об объекте контроля в отличие от ИС достаточен для составления алгоритма контроля и функционирования самой САК, предусматривающего выполнение операций по обработке информации. Алгоритм функционирования САК определяется параметрами объекта контроля:

1) параметры, кратковременное отклонение которых от " нормального" значения может повлечь за собой возникновение аварийной ситуации;

2) кратковременное отклонение других параметров существенно не влияет на нормальный ход процесса;

3) используется для расчета технико-экономических показателей (расход сырья, выход основного продукта).

По сравнению с ИС эксплуатационные параметры САК более высокие: длительность непрерывной работы, устойчивость и воздействие промышленных помех, климатические и механические воздействия.
Вопрос 152 Нормализация сигналов.

Самый простой подход к сбору и передаче данных заключается в том, чтобы передавать сигналы непосредственно с датчиков на первом уровне к вторичным измерительным и управляющим приборам на втором уровне. Но такой подход часто оказывается не самым лучшим по двум причинам.

Во-первых, как правило, большинство датчиков и исполнительных механизмов, расположенных на технологической установке, удалены на значительные расстояния от вторичных средств контроля и управления.

Именно удаленность датчиков от вторичных приборов во многих случаях является причиной наведения помех на длинных кабельных линиях, которые, как антенны, собирают «весь электромагнитный мусор» и искажают передаваемую информацию. Кроме того, стоимость длинных кабельных линий может составлять значительную долю стоимости всей системы.

Во-вторых, разнообразие типов сигналов от первичных датчиков вступает в противоречие с принципом унификации сигналов на втором уровне средств контроля и управления.

Поэтому часто более предпочтительным решением является введение между первичным датчиком и вторичным прибором преобразователя сигнала в унифицированный сигнал – ток 4-20 мА. Преобразователь находится в непосредственной близости к первичному преобразователю и относится к первому уровню. В силу своего положения в структуре системы автоматизации преобразователи работают на «два фронта» и, соответственно, выполняют два основных набора функций.

Со стороны первичного датчика преобразователь:

- реализует метод измерения электрического параметра с первичного датчика;

- усиливает слабые сигналы;

- линеаризует нелинейную характеристику первичного датчика;

- осуществляет термокомпенсацию «холодных» спаев термопар;

- осуществляет преобразование в унифицированный токовый сигнал 4-20 мА.

Со стороны вторичных средств измерения и управления:

- ослабляет влияние электромагнитных помех;

- ослабляет погрешности, связанные с влиянием сопротивления соединительных линий и с влиянием нестабильности источника питания;

- позволяет экономить финансовые ресурсы за счет снижения стоимости соединительных линий;

- позволяет унифицировать сигналы, используемые для передачи данных и обрабатываемые вторичными средствами измерения.

Причины того, почему для передачи сигнала используется унифицированный токовый сигнал:

- 4-20 мА – унифицированный токовый сигнал (УТС). Используется во всем мире, поддерживается всеми производителями средств автоматизации

- Преобразователь – генератор тока. Поэтому мало влияние сопротивления соединительных проводов, входных сопротивлений, напряжения питания, наводок

- Унифицированный токовый сигнал можно передавать по недорогим проводам, в отличие от сигнала от термопары, для передачи которого требуется дорогой термокомпенсационный провод. При этом может происходить экономия на стоимости соединительных линий.

-Обрыв линии передачи токового сигнала 4-20 мА однозначно и легко определяется по нулевому току в цепи

Классификация нормирующих преобразователей

Нормирующие преобразователи (нормализаторы) - это устройства, преобразующие сигналы от датчиков в сигналы унифицированных диапазонов, принятых в системе ГСП. Для аналоговых сигналов такими диапазонами являются, как правило, 0…5 В, 0…10 В, 0…20 мА, 4…20 мА, либо токовая петля. Для дискретных - сигналы TTL-уровня в диапазоне 0…5 В.

Согласно ГОСТ 13384-93 преобразователи измерительные классифицируются в зависимости от эксплуатационной законченности, по защищенности от воздействия окружающей среды, по степени защищенности от электрических помех, по числу и виду преобразуемых входных сигналов, по зависимости выходного сигнала от входного сигнала, по наличию или отсутствию гальванической связи между входными и выходными цепями, а также и по некоторым другим показателям. Тот же ГОСТ 13384-93 устанавливает целый ряд требований:

- к нормируемым метрологическим характеристикам;

- к входным и выходным сигналам;

- к сопротивлениям входных и выходных цепей;

- к электропитанию;

- к электрической прочности и сопротивлению изоляции

и целый ряд других требований к техническим характеристикам преобразователей, которые призваны обеспечить высокое качество преобразователей при их производстве, повторяемость технических характеристик и взаимозаменяемость преобразователей при эксплуатации.

Некоторые экономические аспекты, которые необходимо учитывать при выборе преобразователя: применение преобразователей при измерении температуры, позволяет обеспечить инвестиционную экономию на соединительных проводах. Рассмотрим данный аспект более подробно.

В качестве примеров возьмем подключение к вторичному прибору различных датчиков температуры. Возможные варианты таких подключений представлены на Рис. 8.5.:

Рис. 8.5. Различные варианты подключения датчиков температуры к вторичному прибору

1) подключение термопары (ТП) с помощью термокомпенсационного провода типа ПТВВГ ХК 2х1, 5;

2) подключение термопары (ТП) с использованием преобразователя измерительного типа ПНТ и кабеля типа КММ 2х0, 35 в токовой цепи 4…20 мА;

3) подключение термосопротивления (ТС) с помощью кабеля МКЭШ 5х0, 35 при четырехпроводной схеме;

подключение термосопротивления (ТС) с использованием преобразователя измерительного типа ПСТ и кабеля типа КММ 2х0, 35 в токовой цепи 4…20 мА.