4.3. Интеллектуальные датчики, счетчики и вычислители
В АСКЭУ находят применение измерительные преобразователи, как автономные, так и интегрированные, в счетчики электрической энергии, расходов газа, тепла и т.д. При этом во все большей степени наблюдается расширение функций ИП, вплоть до решения интеллектуальных задач, связанных с логико-арифметической и программной обработкой измерительной информации [75, 79, 150].
В интеллектуальном измерительном преобразователе (рис. 4.7), который иногда называют интеллектуальным датчиком (ИД), вторичный преобразователь комплектуется из программируемого микропроцессора (МП) с оперативным (ОЗУ) и постоянным (ПЗУ) запоминающими устройствами, аналого-цифрового преобразователя (АЦП), сетевого контроллера связи (СКС) с типовыми полевыми сетями (ПС).
Преобразователи имеют ряд вариантов исполнения, рассчитанных на различные свойства измеряемой и окружающей сред. Получают распространение многопараметрические (мультисенсорные) датчики, в которых к одному вторичному преобразователю через коммутатор (К) подключается ряд сенсоров, воспринимающих различные или однотипные величины. Например, интеллектуальный датчик расхода газа может состоять из трех сенсоров (ПИП): перепада давления на сужении, абсолютного давления и температуры в месте сужения. По измеренным параметрам преобразователь вычисляет значение расхода газа. Многозонные (многоточечные) датчики температуры имеют в своем составе до десяти и более термочувствительных элементов.
Р и с. 4.7. Структурная схема многосенсорного интеллектуального датчика
Кроме обычных функций восприятия искомой величины и преобразования сигнала ИД выполняют ряд других функций, существенно расширяющих их возможности и улучшающих их технические характеристики.
Интеллектуальные ИП обеспечивают:
передачу в систему текущего значения измеряемой величины и добавочных сигналов о выходе его за пределы заданных норм;
уменьшение искажений измерительной информации на пути от датчика к контроллеру;
увеличение надежности измерения благодаря самодиагностике датчиков;
хранение значений измеряемой величины за заданный длительный интервал времени;
дистанционный выбор диапазона измерения датчика;
возможность программирования датчика для реализации алгоритмов измерения.
Стоимость интеллектуальных измерительных преобразователей превышает стоимость обычных преобразователей. Однако по своим возможностям они приближаются к специализированным контроллерам, счетчикам и вычислителям, нередко превосходя их по функциональным возможностям. Это создает возможность для минимизации состава и исключения из классической схемы АСКУЭ аппаратуры среднего уровня.
Счетчики нижнего уровня представляют собой совокупность измерительных преобразователей и вычислителя.
Вычислитель – это электронный прибор для расчета расхода конкретного вида энергоносителя или потребляемой энергии. Он должен получать информацию о нескольких параметрах и на их основе производить соответствующие расчеты. Все современные вычислители отличаются друг от друга только объемами архивов, числом обслуживаемых ИП, удобством эксплуатации и ценой. Обычно работа вычислителей организуется по единому алгоритму, и влияние типа вычислителя на точность счетчика незначительно. Многие измерительные приборы, позиционируемые как корректоры, сумматоры, специализированные контроллеры и т.п., в принципе, выполняют в полном или частичном объеме функции вычислителя.
Счетчики являются специализированными измерительными приборами, которые, будучи зачастую гораздо проще в функциональных возможностях, имеют средства визуализации информации (табло, индикатор), а также могут настраиваться «вручную» непосредственно на месте установки. Счетчик либо конструктивно объединен с ПИП (расходомер, индукционный счетчик электроэнергии), либо подключается напрямую или через адаптер к одному и более вынесенным первичным преобразователям (например, к датчикам расхода, давления и температуры при вычислении потребления тепла).
Для современных интеллектуальных счетчиков энергии характерны следующие особенности:
наличие одного или нескольких микропроцессоров;
наличие локального дисплея;
высокая точность измерения в сочетании с достаточно большим настраиваемым диапазоном измерения;
возможность подключения переносного пульта для настройки и считывания информации со счетчика (например, через оптопорт);
модульный принцип построения, облегчающий построение АСКУЭ и последовательную модернизацию счетчика на протяжении его жизненного цикла;
наличие развитой системы внешних интерфейсов: «токовая петля», ИРПС, RS -232, RS– 422\ 485, числоимпульсный выход и т.д.;
реализация многотарифного режима измерения параметров;
многоуровневая система защиты от несанкционированного доступа (механические и электронные пломбы, система паролей, фиксация каждого нарушения штатного режима работы);
Р и с. 4.8. Структурная схема счетчика газа
удобство и простота метрологической поверки, автоматическая регулировка нуля;
устойчивость к механическим, электромагнитным и климатическим воздействиям;
возможность синхронизации таймеров узла учета с таймером сервера АСКУЭ.
В качестве примера рассмотрим структурную схему счетчика расхода газа (рис. 4.8).
Аналоговые сигналы с ПИП расхода 1 и частотные сигналы с ПИП плотности 2 через усилители 3 и 4 поступают на преобразователи «аналог-код» 6 и «частота-код» 7 соответственно. Клавиатура 5 предназначена для ввода настроечных данных. Цифровые коды параметров и настройки поступают через внутренние системные шины на микропроцессор (МП) 8, выполняющий функции вычислителя. Выход МП подключен к регистру 9 для связи с УСПД (контроллером среднего уровня). Кроме того, через двоично-десятич-ный преобразователь 10 и цифро-аналоговый преобразователь 11 микропроцессор соединен с индикатором 12 и информационным каналом для передачи унифицированных сигналов.