Ответы по дисциплине «Технические средства автоматизации»

Вопрос №1. Общие принципы построения Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП). Понятие унифицированного входного сигнала.

Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации – совокупность устройств получения, передачи, хранения, обработки и представления информации о состоянии и ходе различных процессов и выработки управляющих воздействий на них. Т.е. ГСП – это совокупность измерительных устройств, средств автоматизации и средств управляющей вычислительной техники с программными средствами, предназначенными для построения автоматических и автоматизированных систем измерения, контроля, регулирования, диагностики и управления производственными процессами. ГСП состоит из унифицированных элементов, модулей и блоков. В ГСП входят электрические, пневматические и гидравлические приборы и устройства, имеющие обычный, виброустойчивый, герметичный, пыле- и влагозащищённый корпус, приведённый к стандарту.

В основу построения ГСП положены след. принципы: выделение устройства по функц. признакам, блочно-модульное построение технических средств, агрегатное построение систем управления, совместимость приборов и устройств.

К устройствам получения и первичного преобразования информации относятся датчики, кнопки, табуляторы, а также выводные устройства, формирующие сигналы для передачи на расстояние. Передача информации осуществляется либо непосредственно через каналы связи (при небольших дистанциях или специально выделенных каналах связи), либо через устройства телемеханики (на большие расстояния). Передача сигналов от многих источников в одно место достигается при помощи устройств централизованного контроля.

Выработка управляющих воздействий достигается регулирующими устройствами (регуляторами). Регулятор, получая сигналы непосредственно от датчика или через устройство централизованного контроля, вырабатывает в соответствии с заданной программой и законом регулирования энергетические импульсы, приводящие в действие исполнительный механизм, который через регулирующие органы (коммутирующую аппаратуру, управляемые вентили, клапаны, заслонки, задвижки) изменяет потоки энергии или вещества и этим воздействует на объект регулирования.

К средствам представления информации относятся показывающие стрелочные, цифровые, символьные и др. индикаторы, самопишущие приборы, печатающие устройства, графопостроители.

Средства вычислительной техники применяют для обработки большого количества информации, для предварительного логического и математического анализа и синтеза в системах связи и кодирования информации, а также в системах регулирования всевозможных процессов.

Нормированный (унифицированный) сигнал – это сигнал, соответствующий стандарту, согласно которому приписываются требования по диапазону изменения сигнала, линейности изменения сигнала в рамках этого диапазона, а также описывается природа измеряемого сигнала.

Вопрос №2. Классификация устройств ГСП по функциональным признакам. Входные и выходные параметры модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов.

ГОСТ 12997-84. Изделия ГСП. Общие технические условия.

В ГСП изделия должны выполнять одну или несколько из следующих функций: получение информации; передача; ввод/вывод; использование; вспомогательные источники питания.

Классификация:

1) по наличию информационной связи изделия подразделяются на: предназначенные (поддерживают связь); которые связи не имеют.

2) по виду энергии носителя сигнала в канале связи: электрические; пневматические; гидравлические; комбинированные; использующие другие виды энергии.

Примечание: бывают изделия, работающие без использования вспомогательной энергии.

3) в зависимости от эксплуатационной законченности изделия подразделяются на изделия 1,2 и 3 порядка:

Изделия 3 порядка – это изделия, которые не требуется обязательно размещать внутри других изделий при эксплуатации (т.е. автономные устройства, которые работают без внешних схем).

Изделия 2 порядка – требуется обязательно размещать внутри изделия 3 порядка.

Изделия 1 порядка – требуется размещать внутри изделия 2 порядка.

4) по метрологическим свойствам: средства измерения; изделия, не являющиеся средствами измерения.

5) по защищенности от воздействий окружающей среды: обыкновенные; защищенные от попаданий внутрь изделия твердых тел (пыль); защищенные от попадания внутрь изделия воды; защищенные от агрессивной среды; взрывозащищенные; защищенные от других внешних воздействий.

5) по стойкости к механическим воздействиям относят: виброустойчивые; вибропрочные; ударостойкие; ударопрочные.

В общем случае изделия должны изготавливаться в соответствии с ГОСТами: ГОСТ 12997-84, ГОСТ 13033, ГОСТ 13053.

Изделия 3 порядка должны быть устойчивыми и прочными к воздействиям температуры и влажности.

Устройства ГСП взаимодействуют посредством нормированных электрических, пневматических, гидравлических, механических, акустических и оптических сигналов. По виду сигналов устройства ГСП делятся на аналоговые, дискретные, цифровые. Устройства ГСП имеют нормированные источники питания. Конструктивное сопряжение устройств ГСП обеспечивается унифицированной структурой модулей и блоков, применением нормированных по форме и размерам монтажных плат, кассет, каркасов, панелей, шкафов, щитов и пультов, а также базовых конструкций оснований и узлов, из которых компонуются агрегаты. Этим достигается высокая взаимозаменяемость изделий ГСП.

По функциональному признаку все изделия ГСП делятся на четыре группы: устройства получения информации о состоянии процесса; устройства приема, преобразования и передачи информации по каналам связи; устройства преобразования, хранения, обработки информации и формирование команд управления; устройства использования командной информации для воздействия на объект управления.

Таблица. Основные виды унифицированных входных сигналов ГСП

Вид сигнала	Физическая величина	Параметры сигнала
Электрический	Постоянный ток	0…5, 0…20, -5…+5, 4…20 мА
	Постоянное напряжение	0…10, 0…20, –10…+10 мВ; 0…10, 0…1; –1…+1 В
	Переменное напряжение	0…2, -1…+1 В
	Частота	2…8, 2…4 кГц
Пневматический	Давление	0,2…1 кгс/см2
Гидравлический	Давление	0,1…6,4 МПа

Вопрос №3. Способы коррекции и обработки результатов измерений непрерывного сигнала. Понятие полосы и глубины фильтра.

В модулях ввода аналоговых сигналов могут быть реализованы функции коррекции измерений (компенсации погрешности датчиков). Эта функция необходима для коррекции входных сигналов с учетом случайной и систематической составляющих погрешности конкретного типа датчика путем сдвига характеристики или изменения наклона характеристики. При этом предполагается, что характеристика линеаризована, т.е. имеет линейный характер изменения.

Сдвиг характеристики: Коррекция происходит уже на уровне оцифрованного сигнала

1 – компенсированная характеристика измерительного устройства,

2 – некомпенсированная характеристика измерительного устройства.

где – компенсация.

Изменение наклона характеристики:

В данном случае компенсация осуществляется следующим образом: .

Как правило, обе ф-ции заложены одновременно и могут производиться для приведения в соответствие измеряемой величины. Когда хар-ка имеет нелин хар-р, можно либо разбить диапазон измерений на несколько, либо выбрать другой принцип измерения параметра. Эти функции реализует масштабир. усилитель модуля ввода аналог сигналов.

Цифровая фильтрация результатов измерений (две ступени фильтрации: полоса и глубина фильтра, отличия).

Цифр фильтрация вх. сигнала снижает влияние случайных импульсных помех на показания устройств. Как правило цифр. фильтрация 2-х ступенчатая:

1. Полосовая, устраняющая единичные помехи

2. Сглаживающая, снижает действие высокочастотных помех

1-я ступень фильтрации задается полосой фильтра

2-я ступень задается глубиной фильтра (постоянная времени фильтра)