Лекция 3 Технические средства АТТП. Часть 1 – сбор и передача информации

В этой лекции мы рассмотрим сведения о структуре технических средств автоматизации и управления технологическими процессами и комплексами; средства сбора информации о ходе технологического процесса (датчики, нормирующие преобразователи, интеллектуальные устройства сбора информации); средства отображения и хранения информации; сетевое оборудование и НАRТ - протоколы.

При выборе технических средств АСУ ТП необходимо руководствоваться требованиями по группам видов технических средств.

Входные (первичные) преобразователи (датчики) применяются в комплекте с вторичными приборами, регуляторами, устройствами централизованного контроля, системами управления.

Физическим основам используемого преобразования датчики делятся на 2 категории:

1. пассивные – не нуждается в дополнительном источнике энергии (например, термопара, пьезоэлектрические чувствительные элементы, фотодиоды), обычно – прямого действия,

2. активные - используют источник внешней энергии, называемой сигналом возбуждения (при формировании выходного сигнала датчик тем или иным способом воздействует на сигнал возбуждения). Поскольку в этом случае происходит изменение характеристик датчиков, их иногда называют параметрическими. Фактически определенные параметры активных датчиков модулируют сигналы возбуждения, и эта модуляция несет в себе информацию об измеряемой величине (например, термисторы или резистивные тензодатчики).

По конструктивному исполнению датчики могут быть: наружными или встроенными.

По характеристике измерения датчики могут быть:

1. абсолютными - определяют внешний сигнал в абсолютных физических единицах, не зависящих от условий проведения измерений, например – термистор - его электрическое сопротивление напрямую зависит от абсолютной температуры по шкале Кельвина,

2. относительными – определяют внешний сигнал относительно только определенных условий использования, например - термопара.

По эксплуатационной характеристике датчики могут быть:

1. бесконтактными - не имеющими непосредственной связи с объектом,

2. другими: поверхностными и т.д.

Более распространенный подход к классификации датчиков заключается в рассмотрении их технических характеристик:

• назначение функциональное (например: термопреобразователь, преобразователь давления, уровня, перемещения и т.д.),

• вид чувствительного элемента: материал и/или способ преобразования, влияющие на область применения или диапазон допустимых значений измеряемой ФВ (например: термопреобразователи: термоэлектронные сопротивления, пирометры и т.д.),

Классификация датчиков по степени (глубине) преобразования:

· первичный преобразователь;

· с унифицированным выходным сигналом;

· с цифровым сигналом;

· микропроцессорный;

· с индикатором, в т.ч.с цифровым дисплеем и индикаторами состояния;

· интеллектуальный (с возможностью обмена данными с управляющим устройством, например наличие HART - интерфейса);

· с релейным выходом.

Первичный преобразователь с остоит из:

1. первичного преобразователя (чувствительного элемента),

2. клемного соединителя преобразователя с внешними цепями,

3. корпуса, защищающего преобразователь от внешнего воздействия среды,

4. корпуса, защищающего клемный соединитель с внешними цепями.

Назначение корпуса преобразователя – защита от воздействия измеряемой среды (от воздействия влаги, абразивных веществ, сильных перепадов температур, химических реагентов, механических напряжений и ядерного излучения. Назначение корпуса защиты соединителя - защита от воздействия внешней среды при эксплуатации (от воздействия влаги, пыли, дождя). В эксплуатационной документации материалы изготовления и другие характеристики корпусов оговариваются отдельно

Датчик с унифицированным выходным сигналом с остоит из:

1. первичного преобразователя (чувствительного элемента),

2. аналоговой электронной схемы (с возможностью подстройки для калибровки)

3. корпуса защищающего преобразовательный элемент от воздействия внешней среды.

4. корпуса защищающего и электронную схему от воздействия внешней среды.

Защитный корпус первичного преобразователя. Защитный корпус электронной схемы

Датчик цифровой с остоит из:

1. первичного преобразователя,

2. сенсорного аналого-цифрового электронного модуля,

3. регистров коррекции результатов,

4. регистров коммуникации информационных сигналов управления датчиком и выдачи результатов измерения.

Датчик микропроцессорный с остоит из:

1. первичного преобразователя,

2. сенсорного электронного модуля,

3. микроконтроллерного модуля.

Сенсорный модуль содержит:

1. первичный преобразователь,

2. аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

3. микросхему энергонезависимой памяти с информацией о модуле и коэффициентов калибровочных настройки,

4. датчик температуры (для коррекции погрешности измерений из-за влияния температуры окружающей среды).

Обеспечивает аналого-цифровое преобразование сигнала первичного сенсора и его коррекцию в соответствии с калибровочными значениями и температурой окружающей среды.

Микроэлектронный модуль содержит:

1. микроконтроллер,

2. микросхему энергонезависимой памяти с конфигурацией датчика,

3. схему регулировки нуля и шкалы,

4. цифро-аналоговый преобразователь.

Обеспечивает генерацию аналогового сигнала, пропорционального измеряемой величине в соответствии настройкой конфигурации.

Конфигурируется через терминальный порт с помощью специальный программы ПК или специального дисплейного клавишного устройства.

Датчик индикаторный (микропроцессорный) с остоит из:

1. микропроцессорного датчика,

2. установленного или подключаемого цифрового дисплея или индикатора (сигнализатора) состояния, например:

Вид индикатора:

1. стрелочный,

2. цифровой (обычно -ЖКИ)

3. конструкция:

4. встроенный

5. выносной.

Выносной индикатор – обеспечивает лучший обзор и меньшие требования к исполнению (защите от внешней среды)

Встроенный индикатор для удобства доступа к электронному преобразователю может быть провернут относительно измерительного блока от установленного положения.

Датчик интеллектуальный с остоит из:

1. микропроцессорного датчика,

2. портов коммуникации (ввода/вывода) информации (обычно с протоколом битовой формы).

Содержит:

1. специальный терминальный порт настройки программы.

2. аналоговый выход через который осуществляется и коммуникация цифровых сигналов (для протокола HART)

3. информационный выход через который осуществляется:

4. управление работой датчика верхним по иерархии управляющим устройством (например, контроллеров или ПК),

5. коммуникация результатов измерения в цифровом виде