книги из ГПНТБ / Электрические измерения. Общий курс учебник

m = Л и . Некоторым достоинством матричных схем управления является сокра­ щение числа транзисторов (но сравнению с распределителями импульсов) за счет применения более простых элементов — диодов.

Нее приведенные примеры коммутаторов производят переклю­ чение каналов друг за другом практически без интервалов времени

.между выходными сигналами. При необходимости интервалы между сигналами формируются на выходе коммутатора дополнительным устройством, «вырезающим» часть сигналов во времени синхронно с переключением, чем устраняются переходные процессы, возникаю­ щие при включении и выключении сигналов, несущих информацию.

Уставки и устройства сравнения. В системах автоматического контроля (CAh'} регистрируется или сигнализируется отклонение контролируемой величины от установленного номинала. Для этой цели в CA К применяются устав­ ки и устройства сравнения. Эти блоки, которые делаются общи­ ми для всех контролируемых ве­ личин, но автоматически пере­ страиваются одновременно с пе­ реключением каналов для воз­ можности контролировать изме­ нения физических величин в каждом канале. Уставки могут задавать номинальные значения измеряемых величин либо в ана­ логовой форме, либо в цифро­ вой. Простейшими аналоговыми уставками являются уставки,

задающие номинальные значения контролируемых величин и их до­ пустимые отклонения от номинальных значений в виде напряжений постоянного тока. Такие уставки могут применяться в САК с унифи­ цированным сигналом в виде напряжения постоянного тока. Извест­ ны различные схемы и конструкции уставок, зависящие от предъяв­ ляемых к ним требований (число контролируемых параметров, тре­ бования к точности, быстродействие).

На рис. 316 показана упрощенная принципиальная схема уставки с выдачей номинального значения контролируемой величины (на­ пример, температуры различных точек объекта) в виде напряжения постоянного тока. Уставка состоит из двух мостов Л/х и Л/.,, питаемых от отдельных стабилизированных источников питания c7l u c u и U.iUCU. Два плеча каждого моста (гх, г.,, гя и г4 ) выполнены из постоянных по величине сопротивлений, два других плеча выполнены из набора

переключающим устройством II, работающим синхронно и синфазно

410

ç переключением каналов. Схема рис. 317 иллюстрирует идею устрой­ ства сравнения. При включении г'-го канала напряжение измеритель­ ного преобразователя включается встречно с напряжением уставки У, устанавливаемым устройством управления У У, Разность напряжений

Практически схемы уставки и устройства сравнения иногда слож­ нее, если необходимо устанавливать для каждого канала три напря­ жения, соответствующие номинальному и предельным допустимым значениям контролируемой величины.

Основными недостатками аналоговых уставок и устройств сравне­

ражает код контролируемой величины; триггеры группы В — код, заданный уставкой. Сравнение кодов производится при помощи логи­ ческих схем «И» и «ИЛИ». Будем считать, что сигнал на выходе схем «И» появляется только тогда, когда на двух ее входах действует сигнал, соответствующий «1». Если состояния триггеров обеих групп одинаковы, на выходе схемы «ИЛИ» появится сигнал, означаю­ щий, что числа А и В, выражаемые кодами, одинаковы. Если состоя-

411

ния триггеров обеих групп какого-либо разряда кода неодинаковы, соответствующая схема «И» выдает сигнал А < В или А > В. Логи­ ческие схемы имеются у каждой пары триггеров (на рис. 318 показана логическая схема для первого триггера наибольшего разряда).

Сравнение кодов производится последовательно по разрядам, начиная от старшего разряда, и при обнаружении неравенства раз­ рядов выдается соответствующий сигнал и дальнейшая работа сравни­ вающего устройства прекращается.

Уставки в цифровой форме могут применяться для различных кодов и обеспечивают высокую точность сравнения.

Устройства отображения и регистрации измерительной инфор­ мации. Измерительная информация, получаемая ИИС, может быть представлена оператору (человеку) в следующих видах.

1.В виде показаний группы аналоговых приборов, число которых равно числу измерительных каналов.

2.В виде группы цифроуказателей, расположенных в определен­

ном порядке на специальных табло.

3.В виде кривых, получаемых при помощи аналоговых самопи­ шущих приборов.

4.В виде таблиц цифр, получаемых при помощи многоканальной цифровой печатающей машинки.

5. В виде графиков, представленных точками для каждого канала

вотдельности, получаемых специальными печатающими машинами.

6.В виде световых или акустических сигналов при достижении предельных допустимых значений контролируемыми величинами.

Представление измерительной информации в виде группы анало­ говых указывающих приборов возможно только при небольшом их числе (практически до одиого-двух десятков), так как при большом числе приборов оператор-человек не в состоянии следить за изме­ нениями измеряемых величин и быстро принимать решения в зависи­ мости от показаний приборов.

По этой причине в ИИС с большой информативностью применяется сигнализация о достижении предельных допустимых значений конт­ ролируемых величин и регистрация измерительной информации наиболее быстро печатающими средствами. Выбор того или иного способа представления информации ИИС зависит от ее назначения, числа измерительных каналов, использования получаемой информа­ ции и других причин.

56. Принципы построения измерительных информационных систем

Измерительные системы и системы автоматического контроля.

К измерительным системам (ИС) относятся такие системы, в которых производится измерение ряда физических величин. Измерительные системы используются в основном для различного рода исследований научного характера.

Пример одной из возможных структурных схем ИС показан на рис. 319. Структурная схема составлена в предположении однородно-

412

стп измеряемых величин: хх, х.г, а\ѵ и одинаковости пределов изме­ рения во всех каналах. Унифицированные сигналы через коммутатор поступают в блок преобразования информации, выдающий сигналы в форме, удобной для представления и регистрации измерительной информации. Например, в качестве блока преобразования сигналов может быть применен АЦП, дающий возможность представления ре­ гистрации информации в цифровой форме. В этом случае устройство представления информации может быть выполнено в виде цифрового табло, представляющего собой рядцифроуказателей, переключаемых синхронно и синфазно с измерительными каналами. Регистрация информации может производиться цифропечатающей электрифици­ рованной машинкой. Режим работы ИС (частота переключений кана­ лов) и управление остальными блоками производится блоком управ-

Оператор

ym

Рис. 319. Структурная схема ИС

ления в соответствии с установленной программой оператором (чело­ веком). ИС значительно усложняется, если пределы измерения вели­ чин различные. В этом случае возможны два пути решения задачи.

Первый путь заключается в том, что измерительные преобразо­ ватели регулируются так, чтобы численные значения их чувствительностей были одинаковы. Например, если в качестве унифицированного сигнала принято напряжение постоянного тока с пределами 0 — U т ,

нала преобразователей. Недостатком этого способа является увели­ чение погрешности дискретности для всех каналов, имеющих напря­ жение меньше, чем установленное максимальное значение. Очевидно, что этот способ практически приемлем при незначительной разнице пределов измерения в каждом канале.

Второй путь, являющийся более универсальным, заключается в том, что для каждого измерительного канала устанавливаются так

413 I

называемые шкальные коэффициенты, которые представляют собой целые числа, лежащие в пределах от 1 до 10.

Шкальные коэффициенты (/\;) должны выбираться таким образом, чтобы соблюдалось условно:

414

Следующий сигнал устройства управления переводит коммутатор первой группы в положение «2» и процесс повторяется. После регист­ рации всех измеряемых величин первой группы коммутатор второй ступени переводится устройством управления в положение «2» и на­ чинается регистрация измеряемых величин второй группы. Цикл заканчивается регистрацией измеряемой величины пі в группе п.,. В результате окажутся зарегистрированными все измеряемые вели­ чины в виде напряжений, поступающих от УП. Для определения чис­ ленных значений измеряемых величин необходимо знать чувствитель­ ности УП. Группирование измеряемых величин но одинаковым пре­

данных номинальных значений. Пример упрощенной структурной схемы САК приведен на рис. 321. Выбор отдельных блоков САК и режим ее работы определяются требованиями, предъявляемыми к САК. Вследствие разнообразия требований, предъявляемых к САК, из-за различия технологических процессов, в настоящее время раз­ работаны и выпускаются различные САК. Разработка новых САК и усовершенствование существующих продолжаются все время.

Некоторые ИС являются комбинированными, т. е. наряду с кон­ тролем параметров позволяют производить и измерения, для чего предусматривается необходимая для этой цели аппаратура. Измере­ ния отдельных величин производится оператором путем подачи команды через устройства управления.

В табл. 19 приведены основные характеристики некоторых оте­ чественных САК и ИС.

Телеизмерительные системы и системы телеконтроля. В практике применения ИИС встречается необходимость осуществить измерения (или контроль) на объектах, находящихся на значительном расстоя­ нии от места нахождения оператора. Приведем несколько примеров.

В энергетических системах наблюдение за режимом работы элек­ трических станций производится нз диспетчерского пункта, находя-

415

В этих случаях передача измерительной информации произво­ дится по каналам связи, под которыми понимается совокупность тех­ нических средств для передачи электрических сигналов. Применяемые каналы связи могут быть разделены на проводные линии связи (воздушные и кабельные)и радиоканалы

(радиолинии).

Канал связи характе­ ризуется определенной по­ лосой пропускания (ча­ стот), зависящей от вида канала связи и наличием помех. ИИС, в которых передача измерительной информации производится по каналам связи, полу­ чили название телеизмери­

тельных систем (ТИС) и систем автоматического телеконтроля (CA Т). Наличие канала связи существенно влияет на структуру ТИС и CA Т. Для телеизмерений на небольших расстояниях (10—20 км) приме­ няются ТИС с передачей измерительной информацией постоянным током (0—5 мА) по проводным линиям связи.

Принцип построения таких систем показан на рис. 322. В данном примере измеряемыми величинами являются переменные токи и на­ пряжения. В схеме показаны стандартные измерительные трансфор­ маторы тока TT и напряжения 77/, во вторичные обмотки которых включаются амперметры А и вольтметры V, а'также вторичные изме­ рительные трансформаторы тока ВТТ и напряжения ВТН, необхо-

416

днмые для так называемого гальванического разделения цепей изме­ рительных трансформаторов и устройств телеизмерений (включая линию связп) и получения необходимых напряжений для выпрями­ тельных устройств ВУ. Принимающими приборами являются милли­ амперметры, включенные последовательно, отградуированные соот­ ветственно измеряемым величинам в каждом канале. Принцип работы системы заключается в следующем. Оператор (человек) посредством устройства управления УУ подает команду для включения необхо­ димого канала. Включение производится переключающими устрой­ ствами П1 и П2, которые замыкают цепь соответствующего ВУ на передающей стороне и расшунтируют принимающий прибор. Такие телеизмерения называются телеизмерениями по вызову (или спорадическими). Система может работать и с автоматическим пере­ ключением измерительных каналов по заданной программе (цикли­ ческие телеизмерения). Дальность действия подобных систем огра­ ничивается погрешностью, вносимой непостоянством параметров линии связи. Практически по воздушным линиям связи дальность действия"'таких систем 7—10 км, по кабельным линиям связи 20— 25 км. При необходимости производить телеизмерения (или теле­ контроль) на больших расстояниях по проводным линиям связи или

Примером таких систем могут быть: частотные ТИС (измеритель­ ная информация передается частотой переменного тока или импульсов постоянного тока); время-импульсные системы (измерительная инфор­ мация передается длительностью импульсов постоянного тока или интервалами меязду импульсами); цифровые или, как их еще назы­ вают, кодо-импульсные ТИС (измерительная информация передается цифровым кодом).

На рис. 323 приведена упрощенная структурная схема передающего устрой­ ства цифровой ТИС, иллюстрирующая один из возможных принципов ее по­ строения. Схема составлена в предположении применения в качестве проме­ жуточного унифицированного сигнала напряжения постоянного тока U, выра­ жающего значения измеряемых (или контролируемых) величин, однородности и

применен 8-разрядный двоично-десятичный код. Рассмотрение принципа дей­ ствия передающего устройства начнем с момента выдачи распределителем им­ пульсов РИ, работающим от генератора тактовых импульсов ГТИ, 9-го импульса. Девятый импульс производит следующее: переводит коммутатор К в следующее положение; устанавливает аналого-цифровой преобразователь (АЦП в данном

Импульсы распределителя РИ поочередно подаются на логические схемы «И»1 — «И»8, и, если на вторых их выходах действует импульс, обусловленный измененным состоянием триггера, через логическую схему «ИЛИ»1 и формиро­ ватель кодовых импульсов (ФКИ) импульсы поступают на усилитель и далее в канал связи,

417

равно 9 тг, следовательно, наибольшее возможное число импульсов в кодовой

ния измеряемых величин, цнфропечати, ввода кодов в ЭВіѴІ п др.). На рис. 325 приведена упрощенная структурная схема приемника применительно к требова­ нию только цифрового воспроизведения измеряемых величин и для сигналов, соответствующих рассмотренному передающему устройству. Импульсы из ка­ нала связи поступают через усилитель У на формирующее устройство ФИ1%

418

образующее в соответствии с поступаемымп импульсами практически прямоу-' гольные пмиульсьг (импульсы в КС могут быть искажены помехами н другими факторами). Из формирующего устройства импульсы поступают на преобра­

Рис. 326. Преобразователь последовательного кода

впараллельный

логические схемы поступают кодовые импульсы (или интервалы). Если из канала связи поступает импульс, то логическая схема выдает сигнал п соответствующий триггер (один из триггеров Тг80 — Тгі) изменяет свое состояние. После поступ­ ления всех импульсов кодовой группы (измерительного канала) триггеры своими состояниями выразят принятый код.

419