Введение

Современные автоматизированные системы управления техническими процессами требуют значительного количества и разнообразия средств измерений, обеспечивающих выработку сигналов измерительной информации в форме, удобной для дистанционной передачи, сбора, дальнейшего преобразования, обработки и передачи.

Эффективность производства и качество выпускаемой продукции во многом зависят от достоверности и своевременности полученной информации о ходе технологического процесса. Важную роль имеет контроль и для обеспечения безопасности на производстве.

Современный рынок предлагает разнообразные средства измерений, следовательно, нужно уметь проводить правильный их выбор для определенных целей. Применение ЭВМ для решения информационных задач АСУТП и для расчета технико-экономических показателей работы оборудования предопределяет применение таких методов и средств измерений, которые в конкретных условиях эксплуатации обеспечили бы необходимую точность.

Дальнейшее развитие научных исследований и техническая модернизация производства ставят новые задачи перед техникой технологических измерений: требуется дальнейшее совершенствование методов и средств измерений, повышение их качества, надежности и ремонтопригодности, создание новых средств измерений, обеспечивающих нужды народного хозяйства, в том числе в области теплотехнических измерений.

Предлагаемое учебное пособие включает теоретический материал по контролю таких параметров, как перемещение, температура, давление; практическую часть – методические указания для выполнения лабораторных работ для исследования первичных преобразователей технологических параметров на базе комплекта типового лабораторного оборудования ДТП1-Н-Р; а также необходимый справочный материал для выполнения практикума. В пособии изложены конструкция, принципы действия датчиков, применяемых в современной промышленности.

1. Описание лабораторного комплекса

Аппаратная часть комплекса выполнена по блочному (модульному) принципу и содержит [3]:

- блоки испытания датчиков линейного и углового положения, скорости вращения, датчиков давления, температуры, тока и напряжения;

- однофазный источник питания постоянного и переменного напряжения с регулировкой частоты;

- блок счетчика импульсов;

- наборы датчиков положения и температуры.

Питание комплекса осуществляется от однофазной электрической сети напряжением 220 В с нейтральным и защитным проводниками.

При выполнении всех лабораторных работ блоки комплекта «Датчики технологических параметров» для повышения электробезопасности подключается к сети через однофазный источник питания G1 (218.1), включающий устройство защитного отключения, в соответствии со схемой, приведенной на рис. 1.1. Для различных работ набор блоков, требующих питания от сети и подключаемых к источнику G1 (218.1), может отличаться от примера показанного на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Схема электропитания блоков комплекта.

При выполнении лабораторной работы необходимо соблюдать следующий порядок подачи питания на испытываемую цепь:

• Убедитесь, что выключатели питания «Сеть» всех устройств, используемых в эксперименте, установлены в положение выключено.

• Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электропитания выполняемой работы.

• Включите устройство защитного отключения и автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.

• При использовании регулируемого источника питания (216.1) напряжение на его выходе установите по показаниям мультиметра до подключения нагрузки.

• Соберите испытываемую цепь.

• Включите выключатель «СЕТЬ» всех блоков выполняемой работы. Мультиметр MY65 (блок 509.3) неработоспособен, если он включен при нажатой кнопке «HOLD». Кнопку «HOLD» необходимо отжать.

• Выполните испытания датчиков, предусмотренные заданием. При необходимости изменения исследуемой цепи отключите выключатель «СЕТЬ» блоков, питающих испытываемую цепь. Измените схему, включите выключатели «СЕТЬ», используемых источников питания.

• По завершении работы отключите выключатель «СЕТЬ» всех блоков и автоматические выключатели в однофазном источнике питания G1 (218.1).

Источник питания

С помощью источника питания (рис.1.2) можно получить напряжение синусоидальной, прямоугольной, пилообразной формы различной частоты и амплитуды, а так же переключаться между переменным и постоянным напряжением.

Рис. 1.2. Блок «Источник питания»:

1 – выключатель «Сеть»; 2 – тумблер переключения напряжения; 3 – выбор формы сигнала; 4 – переключатель формы сигнала; 5 – тумблер переключения диапазона частот; 6 - регулятор частоты; 7 – переключатель диапазона напряжений/токов; 8 – регулятор амплитуды; 9, 10, 11 – выходные клеммы

В данном блоке предусмотрена защита от перегрузок (в случае перегрузки напряжение и ток снижаются практически до нуля).

Необходимо учитывать что при положении тумблера 7 в положении 5В/1,5В возможны искажения напряжения.

Блок счетчика импульсов

Блок счетчика импульсов используется при тестировании датчиков с импульсным или частотным выходом. Счетчик выполняет счет импульсов с суммированием или вычитанием, вычисление частоты импульсов и измерение интервалов времени. Блок также используется как маломощный источник питания с фиксированными напряжениями «+5 В» и «+24 В» и суммарным током обеих источников не более 100мА.

Элементы управления счетчиком импульсов (рис. 1.3):

1 – выключатель «Сеть»;

2 – счетчик импульсов СИ8;

3 – индикаторы направления счета (+ и -) и состояния контактов управления внешней цепью К1, К2. Эти контакты не используются в данном комплекте оборудования и не выведены на лицевую панель блока;

4 – индикатор счетчика;

5, 6 – кнопки управления счетчиком;

7 – кнопка перевода счетчика в режим программирования;

8, 9, 10 – входы счетчика 1, 2 и 3. В зависимости от режима работы счетчика назначение этих входов изменяется. Активным уровнем (т. е. вызывающим срабатывание счетчика) для всех входов является логический 0 (напряжение на входе не более 0,8 В относительно «0 В» или вход замкнут через внешний контакт на «0 В»). Состоянию логической 1 соответствует уровень напряжения более 2 В или разомкнутая цепь входа;

11 – кнопка «Сброс». При подключении к гнезду 10 (вход 3) используется для обнуления счетчика в некоторых режимах работы счетчика импульсов;

12 – тумблер «Счет – Стоп». При соединении с гнездом 9 (вход 2) используется для остановки или возобновления счета в некоторых режимах работы счетчика импульсов;

13, 14, 15 – выводы стабилизированного источника питания счетчика. Суммарный ток нагрузки выходов «+5 В» и «+24 В» не должен превышать 100 мА.

16 – индикатор перегрузки источника питания счетчика с самовосстанавливающимся предохранителем. При срабатывании этой защиты необходимо устранить перегрузку и, кратковременно, разомкнуть цепь нагрузки. Счетчик СИ8 имеет и встроенную быстродействующую защиту от перегрузок. При ее срабатывании гаснут все индикаторы на лицевой панели счетчика. После устранения перегрузки работа счетчика автоматически восстанавливается.

Рис. 1.2. Блок счетчика импульсов.

Перед использованием блока необходимо задать конфигурацию счетчика импульсов [10], необходимую для выполнения конкретной лабораторной работы. Программирование (конфигурирование) счетчика импульсов целесообразно выполнить до подключения к блоку каких либо внешних цепей. Подробно режимы работы счетчика СИ8 и порядок его программирования описаны в [10]. Перевод счетчика импульсов в режим программирования:

1. Включите тумблер «Сеть». Счетчик переходит в режим «РАБОТА».

2. Для перехода в режим «ПРОГРАММИРОВАНИЕ» нажмите и удерживайте кнопку «ПРОГ.» (7, рис. 1.3) на лицевой панели счетчика до появления на индикаторе надписи c_rES (примерно 5 с).

3. Счетчик входит в меню верхнего уровня (рис. 1.4). Переключение между пунктами меню происходит при нажатии на кнопку со стрелкой вверх (5, рис. 1.3). Кнопка со стрелкой вправо (6, рис. 1.3) – переход от любого пункта меню сразу к пункту меню out, позволяющего, при нажатии кнопки «ПРОГ.» (7, рис. 1.3) сохранить установленные параметры и вернуться в режим «РАБОТА».

Назначение пунктов меню верхнего уровня:

c_rES – сброс счетчика импульсов (не используется в лабораторных работах);

t_rES – сброс счетчика времени (не используется в лабораторных работах);

GrouP_A – уставки срабатывания логических устройств управления выходными контактами (не используются, рекомендуемые значения указаны ниже);

GrouP_b – параметры загрузки счетчика импульсов. Требуют однократной установки (проверки) и, в дальнейшем, не должны изменяться;

GrouP_C – основные параметры конфигурации счетчика импульсов (требуют настройки или проверки установленных значений);

GrouP_d – параметры работы логических устройств (не используются, рекомендуемые значения приведены ниже);

GrouP_E – параметры интерфейса RS485 (не используются, изменение нецелесообразно);

out – при нажатии кнопки «ПРОГ.» (7, рис. 1.3) - выход из режима программирования и переход в режим «РАБОТА».

Выбрав необходимый пункт (группу параметров) в меню верхнего уровня нажимаем кнопку «ПРОГ.» и переходим в меню нижнего уровня. Все меню нижнего уровня организованны аналогично меню верхнего уровня (рис. 1.4).

После входа в меню нижнего уровня появляется запрос кода доступа Pln_0000. Если код доступа не установлен, для продолжения нажимаем кнопку «ПРОГ.» и переходим к списку параметров группы (меню нижнего уровня). Назначение кнопок управления в меню нижнего уровня:

1. Кнопка со стрелкой вверх (5, рис. 1.3) – переход от одного пункта меню к другому.

2. Кнопка со стрелкой вправо (6, рис. 1.3.) – переход к пункту меню out.

3. Кнопка «ПРОГ.» - переход в режим редактирования выбранного параметра. Для пункта out переход в меню верхнего уровня.

После выбора необходимого параметра и перехода к режиму его редактирования кнопки управления выполняют следующие функции:

1. Кнопка со стрелкой вправо (6, рис. 1.3.) – выбор изменяемого разряда многоразрядного числа. Не используется если параметр – одноразрядное число.

2. Кнопка со стрелкой вверх (5, рис. 1.3.) – изменение выбранного значения параметра или разряда многоразрядного числа.

3. Кнопка «ПРОГ.» - сохранение выбранного значения параметра и возвращение в меню группы.

Далее, изменяем другие параметры группы, и возвращаемся в меню верхнего уровня (выбираем пункт out и нажимаем кнопку «ПРОГ.»).

Рис. 1.4. Диаграмма переходов в меню верхнего уровня

Рассмотрим некоторые параметры, значения которых необходимо изменять или контролировать при выполнении лабораторных работ. Полный список параметров приведен в [10].

Группа GrouP_A - уставки включения логических устройств, управляющих выходными контактами. Для блокирования работы логических устройств целесообразно установить большое значение уставок, например U1=U3=9000000.

Группа GrouP_b (параметры загрузки счетчика импульсов). В группу входят следующие параметры:

Strt – начальное значение счетчика импульсов, загружаемое в него при сбросе после достижения минимального (FinL) или максимального (FinH) значений. Проверить, и при необходимости восстановить, значение Strt=0.

FinL – минимальное значение счетчика. По достижении этой величины счетчик сбрасывается к значению Strt. Должно быть FinL=-9999999.

FinH – максимальное значение счетчика. По достижении этой величины счетчик сбрасывается к значению Strt. Должно быть FinH=9999999.

Указанные значения параметров должны быть установлены при выполнении всех лабораторных работ.

Группа GrouP_C (параметры и режимы работы счетчика импульсов). В группу входят следующие параметры:

P – коэффициент деления предделителя. Указывает, сколько входных импульсов должен отсчитать предделитель, прежде чем показания счетчика импульсов увеличатся на 1. Диапазон допустимых значений 1…9999. В большинстве случаев должно быть Р=1, т. е. предделитель отключен. Указания по изменению значения Р даны в описании лабораторных работ.

F – множитель (диапазон 0.0000001…9999999). Указывает величину, на которую должно быть умножено значение счетчика импульсов перед его выводом на индикатор прибора. В большинстве случаев F=1.

ti – период измерения частоты импульсов на входе счетчика. Может быть задан в диапазоне 1…99 с. При ti=1 с (и P=F=1) на индикаторе будет показана частота входных импульсов.

di – смещение показаний частотомера (диапазон 0.0000001…9999999). Константа, добавляемая к содержимому счетчика после его умножения на F, перед выводом значения счетчика на индикатор прибора. Должно быть установлено di=0.

inp=1…6 – задает конфигурацию входов прибора. Необходимое значение указано в описании конкретных работ.

tc – постоянная времени входного фильтра устранения дребезга контактов (диапазон 0.1…999.9 мс). Увеличение постоянной времени снижает максимальную частоту счета импульсов. При выполнении большинства лабораторных работ устанавливается минимальная постоянная времени 0.1 мс при значении tc=0.

ind – выводимый на индикатор параметр 1…5. Необходимое значение указано в лабораторной работе.

Ftt – формат вывода времени на индикатор прибора. Необходимо установить Ftt=0 – режим секундомера с разрешающей способностью 0,01 с. Ftt=1 – режим счетчика времени наработки до 99999 часов.

init – перезагрузка счетчика значением параметра Strt (GrouP_b) при включении питания прибора. Должна быть включена – init=1.

Группа GrouP_d – режимы работы логических устройств. Для блокирования работы логических устройств рекомендуется установить следующие значения параметров, включенных в эту группу: SEL1=1, dir1=3, SEt1=2, SEL2=1, dir2=3, SEt2=2.

Параметры других групп не влияют на выполнение лабораторных работ, и менять их заводские установки не следует.

Рассмотрим задание параметров для нескольких типовых конфигураций, используемых в лабораторных работах.