Файл: Основы автоматизации для металлургов..pdf

Это преимущество является очень важным в тех случаях, когда нужно производить измерения в среде с очень высоким индуциру­ емым напряжением помех, например на электростанциях, в стале­ плавильных цехах и др.

В состав простой измерительной станции входят аналого-циф­ ровой преобразователь (цифровой вольтметр), соединенный с ре-

Рас. П. Блок - схема центральной измерительной станции

гистрирующим устройством (печатающим, перфорирующим устрой­ ством или устройством для записи на магнитную ленту и др.), а также входной переключатель, который в самом простом случае позволяет последовательно подсоединить к аналого-цифровому преобразователю несколько измеряемых напряжений. Большинство измерительных станций можно разделить на три основные системы: входную, собственно цифровую измерительную и выходную (рис. 17). Ниже приводится описание узлов, из которых состоит каждая система, и общие принципы их построения.

Входная система измерительной станции

В зависимости от конструкции измерительная станция может иметь несколько десятков и даже несколько сотен входов. Входная система состоит из целого ряда аналоговых входов, к которым под­ водится напряжение постоянного тока, подаваемое от термоэле­ ментов, датчиков давления и др. Кроме аналоговых входов, кото­ рые составляют большинство, есть и другие входы, где входной сигнал считывается с датчиков прямо в цифровой форме. Эти дат­ чики, в основу которых положен непосредственно цифровой способ измерений, применяются в тех случаях, когда выходной сигнал

59

дятся с помощью клавиатуры, кольце- Рис. is. п у л ь т ручного ввода вых переключателей или другим спо­ собом. Пульты должны быть снаб­ жены защитой от вмешательства посторонних лиц. Для этого

обычно используют выключатели, которые можно включить только при помощи особого ключа.

Многие типы датчиков, подсоединяемых к входным каналам, требуют, кроме того, использования специальных устройств для обеспечения их работы. Например, термопары требуют точного поддержания температуры холодного спая; тензометрические дат­ чики требуют применения мостовой схемы с изменяемой чувстви­ тельностью и с компенсацией; потенциометры и другие датчики требуют подачи опорного напряжения и т. д. Все эти дополнитель­

обеспечивается переключателем входных каналов. Интервал между отдельными измерениями выбирают в зависимости от характера процесса. Он может быть от нескольких секунд до нескольких ча­ сов. На современных измерительных станциях интервал между двумя измерениями лимитируется скоростью записи. Скоростные станции обычно имеют буферное запоминающее устройство, по­ этому регистрация может осуществляться более медленно в ин­ тервалах между запрограммированными измерениями. Собственно измерения протекают быстро, и при большой частоте опроса можно считать, что измерения в начале и в конце цикла опроса будут проведены.практически одновременно.

Наиболее пригодными коммутационными элементами для этих переключателей являются реле. Чаще других применяют вибра­ ционные реле, так как они имеют большую рабочую скорость, про­ изводят мало шума и мало чувствительны к влиянию загрязнения окружающего воздуха. Хороший релейный переключатель входов

60

от скорости аналого-цифрового преобразования (для некоторых преобразователей эта скорость достигает порядка нескольких де­ сятков миллисекунд) и скорости обработки информации выходной частью измерительной станции. Преимуществом релейных пере­ ключателей, кроме вышеуказанных, является то, что они могут

преобразователи также должны работать очень быстро. Обработку цифровых данных осуществляет обычно ЭВМ с быстродействую­ щим ферритовым запоминающим устройством.

При использовании полупроводниковых элементов возникает ряд недостатков, к которым относятся высокий уровень помех и

применяют в основном электронные преобразователи, которые осу­ ществляют преобразование или методом последовательной аппрок­ симации, или методом преобразования величин напряжения в зна­ чения времени или колебания. Некоторые методы преобразования напряжения во временные показатели позволяют проводить такие измерения, в результате которых получают среднее значение на­ пряжения на входе за определенное время. Кроме того, уровень высокочастотных помех сводится к минимуму. Следующим преиму­ ществом является отсутствие электрической связи входных конту­ ров с землей и другими полосами. Благодаря этому не могут воз­ никнуть ошибки, обусловленные тем, что линия передачи сигнала при отсутствии входного сигнала может иметь определенный по­ тенциал относительно земли. Несмотря на это, могут появиться помехи, связанные с наличием таких потенциалов в других частях схемы.

На конструкциях отдельных типов преобразователей останав­ ливаться не будем, так как преобразователи, работающие даже по одному принципу, в деталях могут отличаться один от другого. Обычно применяют такой преобразователь, который обладает тре­ буемой точностью и скоростью преобразования.

Система управления

Системы управления отдельных измерительных станций имеют существенные различия по объему и составу оборудования. Такая система может состоять, например, из цифровой временной раз­ вертки, арифметического блока, программирующего устройства, си­ стемы автоматической сигнализации отклонений, контрольного оборудования и др.

Цифровая временная развертка позволяет кодировать инфор-

61

мацию о времени в цифровой форме, пригодной для прямой индикации или регистрации. Кроме того, временные развертки используют для запуска различных контуров, выполняющих внутри системы определенные функции, например, считывание входных сигналов. В цифровой временной развертке используется электро­ механический или, что встречается чаще, электронный принцип.

Система автоматической сигнализации отклонений состоит из устройств для ручной установки максимальных и минимальных значений, ограничивающих поле допусков контролируемой вели­ чины. Такие устройства можно подсоединить к одному или не­ скольким каналам или группам каналов. Далее можно проводить сравнение двух измеренных значений, а также сравнение с уста­ новленным граничным значением.

Система автоматической сигнализации отклонений работает следующим образом: система считывания работает непрерывно с максимальной скоростью; у выбранных каналов полученные зна­ чения автоматически сравниваются с соответствующими установ­ ленными значениями, нарушение которых вызывает срабатывание сигнализации. Как только в соответствующем канале будет обна­ ружено отклонение, автоматически выдается соответствующий сиг­ нал. Таким сигналом может служить мигающая красная лампочка, звуковой сигнал или изменение в способе печатания (например, печатающее устройство печатает эти значения красным цветом вместо черного или обозначает их каким-либо заранее установлен­ ным знаком). Таким образом, постоянно регистрируется состояние тех каналов, которым следует уделять особое внимание. Излишние или не представляющие интереса данные из записи автоматически исключаются, т. е. будут печататься только данные о состоянии тех каналов, где наблюдается отклонение от заданных значений; кроме того, в заранее установленные периоды времени будет печататься полный перечень всех замеренных величин.

От большинства систем, особенно систем, предназначенных для использования на промышленных предприятиях, требуется, чтобы цифровая индикация и печатные записи выражались в технических единицах, например в градусах Цельсия, тоннах и др. Это осуще­ ствляется при помощи оборудования, меняющего масштаб и ха­ рактер изменения измеряемой величины.

К наиболее важному оборудованию современных измеритель­ ных станций относится программный блок, который позволяет осу­ ществлять программное управление процессом измерений. В па­ мять блока вводится программа, в соответствии с которой автома­ тически происходит цикл измерений. Эту программу в случае не­ обходимости можно корректировать вручную. Конструкция блока может быть различной — от простейшего механического устройства до программирующего устройства, имеющего магнитную память.

Система управления может быть также оснащена контроль­ ным органом, который в промежутках между отдельными измере­ ниями проверяет работу всех частей измерительной станции. Это позволяет очень быстро обнаружить ошибку.

62

Выходная система

Оборудование выходной системы измерительной станции ана­ логично такому же оборудованию цифровой ЭВМ. Поэтому рас­ смотрим это оборудование только с точки зрения его примени­ мости для измерительной станции. Объем оборудования выходной системы на различных измерительных станциях весьма различен. На наиболее простых измерительных станциях это всего лишь ин­ дикаторные и сигнализирующие устройства, а также устройства, печатающие на бумажной ленте. Более сложные измерительные станции оснащены целым рядом других выходных устройств; на­ пример, более сложными печатающими устройствами, телетайпом, перфоратором, блоком записи на магнитную ленту, а также имеют связь с цифровой ЭВМ.

Печатающее устройство печатает выходные значения на бумаж­ ной ленте шириной примерно 7,5 см. Напечатанная строка содер­ жит измеренное значение и данные для идентификации канала. Но могут печататься и другие данные, например время считыва­ ния или величина отклонения.

Более сложное печатающее устройство записывает выходные

в виде таблицы. Аналогичным образом ведется регистрация теле­ тайпом, который можно использовать также для дистанционной передачи данных.

Перфоратор для нанесения информации на перфоленты или перфокарты уже сейчас относится к основному оборудованию вы­ ходной системы, так как количество применяемых цифровых ЭВМ все возрастает и все чаще требуется, чтобы данные, поступающие с измерительной станции, получались на выходе в такой форме, которая пригодна для непосредственной обработки на ЭВМ. Ин­ формация на перфокартах и перфолентах может содержать дан­ ные для идентификации канала, измеренные значения, время и др. Размещение информации на перфоносителе и ее кодирование мо­ гут быть такими, чтобы они соответствовали любым конкретным требованиям, предъявляемым цифровой ЭВМ.

В последнее время проявляется тенденция к использованию магнитной ленты для записи данных, которые подлежат последу­ ющей обработке на ЭВМ. По сравнению с перфолентой магнит­ ные ленты имеют много преимуществ: существенно большую плот­ ность записи, возможность повторного использования ленты и большую рабочую скорость. Так как поток входной информации не является равномерным, целесообразно применять специальное за­ писывающее оборудование — устройство для записи на магнитную ленту в старт-стопном режиме, что позволит достичь равномерной

63