Архив ZIP - WinRAR / 1-10 ответы ТЗА

«центральної частини» ДСП і деяких периферійних пристроїв. З урахуванням особливостей приладів різного функціонального призначення УТК підрозділяються на дві частини: загальнопромислову й приладову.

Загальнопромислова частина УТК служить для компонування апаратури промислової автоматики, технологічних пристроїв, периферійних (для зв'язку з об'єктом) засобів обчислювальної техніки й інших виробів ДСП, використовуваних в автоматизованих системах керування.

Приладова частина УТК призначена для електровимірювальних і аналітичних приладів контролерів і обчислювальної техніки, випробувальних установок і іншої апаратури.

При розробці обох частин комплексу проектувальники виходять з наступних принципів:

–максимального врахування основних положень ДСП: уніфікація, агрегатування,

сумісність;

–у номенклатуру УТК включається мінімальна кількість виробів (їх типорозмірів

івиконань), необхідних для вирішення всіх завдань, відповідних до призначення комплексу;

–ураховується функціональне призначення кожного виробу, умови його експлуатації й зберігання, взаємозв'язок із пристроями інших функціональних груп в автоматизованих системах управління;

–передбачається сумісність УТК із уже існуючими виробами.

Крім того, береться до уваги необхідність великої динамічності розроблювального комплексу, що забезпечує постійне поширення області використання УТК на нові групи приладів. Одночасно дотримується вимога відносної стійкості УТК, щоби впровадження нових виробів не викликало принципових змін в інших частинах комплексу й, головне, не порушувало конструктивної сумісності виробів.

Структура комплекса УТК показана на рис. 2.1. Вироби УТК нульового й першого порядків призначені для побудови уніфікованих елементів (субблоків). З елементів першого й другого порядків збираються функціональні блоки, з яких, у свою чергу, комплектуються вироби третього порядку.

При монтажі виробів УТК звичайно використовуються два способи компонування:

–поступальне переміщення складових частин в одному, двох або трьох взаємно перпендикулярних напрямках;

–поворот плоских або об'ємних складових частин навколо однієї або кількох паралельних осей.

Рис. 2.1. Структура комплекса уніфікованих типових конструкцій ДСП

(по ГОСТ 20504–81):

0.1 - монтажні всувні плати; 1.1 – часткові каркаси; 1.2 - часткові перехідні каркаси; 1.3 – часткові приладові каркаси;

2.1 - блокові вставні каркаси; 2.2 – комплектні вставні каркаси; 2.3 - блокові приладові каркаси; 2.4 – комплектні приладові каркаси;

3.1 – вбудовані кожухи; 3.2 – настільні кожухи; 3.3 – настінні кожухи;

3.4 - підлогові шафи; 3.5 – настінні шафи; 3.6 – стаціонарні стійки; 3.7 - пересувні стійки; 3.8 – настільні стійки; 3.9 – столи; 3.10 – підставки; 3.11 - секції пультів; 3.12 – секції щитів шафових; 3.13 - секції щитів панельних;

Економічна ефективність від впровадження УТК пов'язана зі зменшенням обсягу робіт і строків створення нових приладів, зі збільшенням серійності виробництва, скороченням строків виготовлення й зниження вартості апаратури шляхом централізованого виробництва УТК. Наскрізна уніфікація деталей і складальних одиниць у всім комплексі забезпечує можливість модернізації АСУ ТП під час експлуатації шляхом заміни блоків, приладів і пристроїв на однотипні.

Уніфікований сигнал (УС) ДСП – це сигнал дистанційної передачі інформації з уніфікованими параметрами, що забезпечує інформаційне спряження між блоками, приладами й установками ДСП.

Під уніфікованим параметром УС ГСП розуміється той його параметр, який є носієм інформації, а саме: значення постійного або змінного токи або напруги, або частоти, коду, тиску повітря пневматичного сигналу.

Залежно від виду уніфікованих параметрів у ДСП застосовують уніфіковані сигнали чотирьох груп: 1) струму й напруги (електричні безперервні); 2) частотні електричні безперервні; 3) електричні кодовані; 4) пневматичні.

Кожна група УС ДСП визначається відповідним державним стандартом. Як приклад у табл. 2.1 наведені основні види уніфікованих аналогових сигналів ДСП.

Таблиця 2.1 Основні види уніфікованих аналогових сигналів

Усі вимірювані й керовані величини ДСП поділяють на 5 груп: теплоенергетичні, електроенергетичні, механічні, фізичні властивості й хімічний склад. Кожний вимірюваний параметр (їх більше 30) має своє позначення: I –сила струму, T – температура, K – число обертів, Q – витрат,тощо.

До пристроїв одержання інформації відносять: датчики, вимірювальні, нормувальні перетворювачі й кодеры. АЦП та ЦАП, часто разом із зазначеними елементами становлять єдиний прилад.

Датчик – конструктивно закінчений елемент, що складається із чутливого елемента (сенсора) й вимірювальних перетворювачів (ВП). Із запровадженням уніфікованих сигналів у практику приладобудування ввійшло виробництво датчиків з уніфікованим вихідним сигналом. У цьому випадку датчиком називають об'єднані в одному блоці чутливий елемент, первинний вимірювальний перетворювач, та нормалізувальний перетворювач. ВП служать для перетворення природнього сигналу чутливого елемента (первинний перетворювач) у форму, зручну для передачі або обробки.

Датчики: підрозділяються також на аналогові, бінарні дискретні й цифрові датчики, що видають послідовність імпульсів або двійкове слово в певному коді.

Носієм інформації може бути один з параметрів сигналу: амплітуда, частота, фаза, часові та просторові співвідношення.

Цифрові бінарні датчики мають два стани, кожному з яких відповідає свій рівень сигналу, який перетворюэться до стандартних значень «лог. 0» або «лог. 1» для передачі й подальшої обробки.

Кодові датчики (одиниця виміру - Байт) – видають цифровий сигнал в одній із систем кодування: код 2/10 (BCD), код 1248, код Грея, код ASCII, код EBCD1C.

Для перетворення природнього вихідного сигналу в уніфікований сигнал у ДСП використовуються нормувальні перетворювачі. Значення нормування параметрів вхідних і вихідних сигналів у ДСП зручно пояснити на прикладі. Дуже широке поширення одержав уніфікований сигнал постійного струму з діапазоном значень від 0 до 5мА. Якщо в даному агрегатному комплексі технічних засобів прийнятий такий сигнал, то це означає, що незалежно від виду вимірюваного параметра Х и діапазону його значень (Xmin,..., Xmax) йому відповідає на виході нормувального перетворювача,, діапазон сигналів постійного струму від 0 до 5мА. При цьому сигнал не повинен змінюватися зі зміною опору навантаження на виході перетворювача, у діапазоні від 0 до 2,5кОм.

Установивши на виході перетворювача резистор, наприклад з опором 1кОм, можна привести сигнал до загального діапазону від 0 до 5В и саме на цей діапазон спроектувати АЦП. Нормувальні перетворювачі з вихідним сигналом у вигляді уніфікованого сигналу струму можна розміщати досить далеко від АЦП – на відстані до декількох кілометрів. У цьому випадку значення опору проводів, що підводять, не позначиться на точності вимірювання. Лише при більших відстанях (понад 10км) починають впливати струми втрати між проводами лінії. Рис.3.1.

Рис.3.1. Датчик с уніфікованим вихідним сигналом 0..5 mA.

Сучасні датчики містять вузли, що виконують лінеаризацію, корегування й іншу обробку сигналу – так звані інтелектуальні датчики. Інтелектуальний датчик має вбудований мікропроцесор, що виконує певну обробку сигналу, і тому може давати більш точні показання завдяки застосуванню числових обчислень для компенсації нелінійностей чутливого елемента або температурної залежності.

На відміну від інтегральних датчиків, у яких на базі нових технологій здійснюється об'єднання чутливих елементів зі схемами їх включення, а також лінеаризація характеристик і термокомпенсація, датчики із вбудованими обчислювальними засобами прийнято називати інтелектуальними, враховуючи різноманіття їх функцій, можливості самоконтролю й двостороннього обміну інформацією із системою керування.

Крім того, сучасні інтелектуальні датчики усе більш широко використовують можливості свого мікропроцесорного перетворювача для вдосконалювання процесу вимірювання: підвищення точності, збільшення надійності, вибору діапазону вимірювань, виключення помилкових вихідних даних, розширення функцій дистанційного управління роботою чутливого елемента.

Інформаційні функції.Датчики зберігають у своїй пам'яті й по дистанційному запиту користувача видають усі дані, що визначають властивості, характеристики, параметри даного конкретного приладу: його тип, заводський номер, технічні показники, можливі діапазони вимірювання, установлену шкалу, задані параметри настроювання чутливого елемента, версію програмного забезпечення, тощо. Крім того, датчики можуть мати архів поточних вимірюваних значень й обчислюваних ними величин за заданий інтервал часу.

Функції конфігурування.Дистанційне формування або модифікація користувачем основних настроювальних параметрів датчика: установка нуля приладу, вибір заданого діапазону вимірювання, фільтрація поточних значень, вибір найменування одиниць вимірювання, у яких датчик повинен видавати інформацію й т.п. дії.

Функції форматування.Автоматичний аналіз змін вимірюваної величини й поточного стану середовища вимірювання: визначення виходів значень вимірюваної величини за задані норми, видача різних повідомлень про зміни значень вимірюваної величини, перевірка знаходження в припустимих діапазонах параметрів вимірюваного середовища. Усі ці функції дистанційно настроюються користувачем.

Функції самодіагностики.У процесі роботи датчики виконують аналіз своєї роботи: при виникненні різних збоїв, порушень і несправностей фіксують їхнє місце виникнення й причину, визначають вихід похибки приладу за паспортну норму, аналізують роботу бази даних датчика, розглядають правильність обліку факторів, які корегують вихідні показання датчика.

Функції перетворення.Датчик перетворює електричний сигнал на виході чутливого елемента (зазвичай, низьковольтний аналоговий, або частотний, або імпульсний сигнал) у значення заданого найменування одиниці вимірювання; при цьому він виконує корекцію вихідного значення за супутними поточними показниками стану вимірюваного середовища (наприклад, за її температуроюі або тиском), у випадку, якщо показання датчика залежать і від них. У приладі проводяться необхідні перетворення вимірювальної інформації: посилення сигналів чутливого елемента, стандартизація діапазонів вихідних аналогових сигналів, лінеаризація й фільтрація обмірюваних значень, розрахунки вихідних значень за заданими алгоритмами, аналого-цифрове перетворення значень вимірюваної величини. корекція вихідних показань датчика.

17.Метрологічні характеристики датчиків

При роботі датчика вихідна величина у відхиляється від необхідного значення за рахунок внутрішніх або зовнішніх факторів (зношення, старіння, коливання напруги живлення, температура і т.д.). Відхилення характеристики називається похибкою. Похибки: діляться на основні й додаткові.

Основна похибка – максимальна різниця між вихідним сигналом датчика і його номінальним значенням при нормальних умовах експлуатації.

Додаткові похибки – викликаються зміною зовнішніх умов стосовно норми, нормовані по основному факторі. Виражаються у відсотках до зміни фактора, що викликав. Наприклад:

1% на 5 С.

Основна похибка може бути абсолютною, відносної й наведеної.

а) Абсолютною похибкою (помилкою) називається різниця між дійсним значенням

вихідної величини і його номінальним значенням– Y:Y

б) Відносною похибкою називається відношення абсолютної похибки Y до

номінального (бажаного) значення вихідної величини Y (завичай виражається в %: 100 % .

в) Наведеною похибкою називається відношення абсолютної похибки до нормувального значення: для перетворювачів це найбільше значення вихідної величини, для приладів максимальне значення шкали. Величина цієї похибки визначає клас точності приладу

0,1; 0,5; 1.0 тощо.

Y Y 100%

Ymax .

Похибки засобів вимірювання (ЗВ) можуть мати систематичні й випадкові складові. Випадкові складові призводять до неоднозначності станів. Тому випадкові складові похибки ЗВ намагаються зробити незначними в порівнянні з іншими складовими.

Систематичні похибки вимірювань - це складові погрішності, які залишаються постійними й закономірно змінюються при повторних вимірюваннях однієї й тієї ж величини. До постійних систематичних похибок відносять погрішність градуїровки шкали, температурна похибка, тощо. До змінних систематичних похибок відносять похибку, обумовлену нестабільністю джерела живлення. Систематичні похибки виключають шляхом калібрування або введення поправок (зсуву).

Випадкові похибки вимірювань – це складові похибки вимірювань, що змінюються випадковим способом при повторних вимірюваннях однієї й тієї ж величини. Значення й знак випадкової похибки визначити неможливо.

Виявляються випадкові похибки при багаторазових вимірюваннях однієї й тієї ж величини, отже, їхній вплив на результат вимірювань ураховується методами математичної статистики й теорії імовірності. Рис. 3.4.

Рис. 3.4. Систематична і випадкова складові похибки

18. Компоненти вимірювальних пристроїв. Структура вимірювального пристрою прямої дії та вимірювальних приладів врівноважувального та диференціального типу, їхні похибки

У ДСП, незважаючи на значне різноманіття вимірюваних величин і використовуваних для цього принципів вимірювань, застосовуються чотири структурні схеми вимірювальних пристроїв, а саме: схема прямого одноразового перетворення, схема послідовного прямого перетворення, схема прямого диференціального перетворення, схема керуючого перетворення (часто називається компенсаційною).

Структура одноразового прямого перетворення реалізується у вимірювальному перетворювачі (ВП) із природніми вихідними сигналами, наприклад у термоелектричних перетворювачах, датчиках тиску й перепаду тиску. Якщо первинне перетворення вимірюваної величини не дає зручного для використання сигналу, застосовують структури з декількома послідовними ВП.

Диференціальна структура в ВП застосовується тоді, коли вимірювання ґрунтується на зіставленні результатів перетворення вимірювальної інформації, отриманої в реальних й у деяких еталонних умовах. Перевага цієї структури в порівнянні з попередніми полягає в

значному зменшенні похибки, обумовленої зміною параметрів джерела живлення й навколишнього середовища.

Найбільш досконалою є структура з негативним зворотним зв'язком, що отримав назву компенсаційної схеми. Достоїнство схеми - компенсація змін параметрів вимірювального тракту внаслідок того, що вихідний сигнал безупинно порівнюється з вимірюваною величиною. Негативний зворотний зв'язок істотно знижує вплив погрішності ланок прямого каналу на результат перетворення.

Вимірювальні пристрої в цих структурах складаються з певного числа елементів, організованих у вимірювальний коло.

Перетворювальний елемент – елемент системи вимірювань (СВ), де відбувається одне з ряду послідовних перетворень величини;

Чутливий елемент – перший елемент у вимірювальному колі це перетворювальний елемент, що перебуває під безпосередні впливом вимірюваної величини;

Вимірювальний механізм – частина конструкції СВ, що складається з елементів, взаємодія яких викликає із взаємне переміщення

Відліковий пристрій – частина конструкції СВ, призначене для реєстрації показань. Реєструвальний пристрій, – частина вимірювального приладу, призначена для

реєстрації показань.

На рис.3.5. нижче наведені схеми вимірювальних пристроїв прямої дії (прямого перетворення), врівноважувального або компенсаційного перетворення.

а).

Рис. 3.5. Структурні схеми ЗВ прямої дії.

Робота ЗВ прямої дії. На рисунку 3.5а вимірювана фізична величина Х надходить у чутливий елемент 1, де перетворюється в іншу величину, зручну для подальшого використання (струм, напруга, тиск, переміщення, сила), і надходить на проміжний перетворювальний елемент 2, який звичайно або підсилює вхідний сигнал, або перетворює його за формою. (Елемент 2 може бути відсутнім). Вихідний сигнал елемента 2 надходить до вимірювального механізму 3, переміщення елементів якого визначається за допомогою відлікового пристрою 4. Вихідний сигнал Y (показання), формований вимірювальним приладом, може бути сприйнятий органами почуттів людини.

На малюнку 3.5б наведена структурна схеми вимірювального перетворювача, у якого відсутній вимірювальний механізм і відліковий пристрій. Цим визначається той факт, що сигнал вимірювальних перетворювачів має форму, недоступну для сприйняття людиною. У той же час у складі таких вимірювальних перетворювачів, як правило, є кінцевий перетворювальний елемент 7, який формує вихідний сигнал (підсилює його за потужністю, перетворює у частоту коливань, тощо.) таким чином, щоби його можна передавати на відстань, зберігати й обробляти.

Схема вимірювального приладу, заснованого на методі перетворення, що врівноважує, показано на малюнку 3.6а. Відмінною рисою таких приладів є наявність негативного зворотного зв'язку. Тут сигнал Z, що виникає на виході чутливого елемента, надходить на перетворювальний елемент 5 (елемент порівняння, компаратор), який здатний здійснювати порівняння двох величин, що надходять на його вхід. Крім величини Z на вихід елемента 5 подається величина із протилежним знаком Zвр ( сигнал, що врівноважує), яка формується на виході зворотного перетворювального елемента 6. На виході елемента 5 формується сигнал, пропорційний різниці значення величин Z і Zвр. Цей сигнал надходить у проміжний

перетворювальний елемент 2, вихідний сигнал якого надходить одночасно на вимірювальний механізм 3 і на вхід зворотного перетворювального елемента 6. Залежно від типу проміжного перетворювального елемента 2 при кожному значенні вимірюваного параметра й відповідному йому значенні Z різниця Z-Zвр, що надходить на вхід елемента 5, може зводитися до нуля або мати деяке мале значення, пропорційне вимірюваній величині.

На рис.3.6б наведена структурна схема врівноважувального вимірювального перетворювача.

Рис.3.6 Структурні схеми ЗВ порівняння.

3.5Похибки ВП.

1.Пряме перетворення.

Рис. 3.7. Схема прямого перетворення.

На рисунку позначені: Р – вимірювана величина; Х – її значення; Y – вихідний сигнал перетворювача; Кi – коефіцієнти підсилення елементів; I – похибки елементів.

2.Диференціальна схема.

Рис. 3.8. Диференціальна схема.

Достоїнства цієї структури:

– зменшення сист;

-збільшення чутливості й зниження нелінійності

-одержання реверсивної характеристики.

3.Компенсаційна схема.

Рис. 3.9. Компенсаційна схема.

Достоїнства цієї структури:

-збільшення чутливості й точності;

-стабільність коефіцієнта перетворення;

-компенсація похибок,

-високий вхідний опір, що приводить до зменшення навантаження на датчик.

19.Чотиритри- та двопровідні ліній зв’язку датчиків з пристроями автоматики

Чотирьохпровідна лінія (рис. 4.1) найбільш універсальна й гнучка. Використовує два окремі проводи для живлення вимірювального перетворювача й два окремі проводи для передачі інформаційного сигналу.

Рис. 4.1. Структурна схема чотирьохпровідного зв’язку вимірювального перетворювача з пристроєм ДСП.

ВП – вимірювальний перетворювач. ДЖ – джерело живлення.

ПОІ – пристрій обробки інформації. Достоїнства:

–дозволяє передавати всі відомі стандартні електричні сигнали;

–можливість застосування усередині виміривального пристрою гальванічного розділення (виключення впливу напруги живлення, можливість підключення великої кількості різних споживачів інформації, забезпечення безпеки сигнальних кіл і обслуговуючого персоналу від впливу напруги живлення).

Недоліки:

–висока вартість лінії зв'язку.

–Певна вибухонебезпека через наявність мережевої напруги, що підводиться до ВП.

4.2Трипровідна лінія.

Використовує один провід для передачі живлення, та один провід для передачі інформаційного сигналу й один загальний провід. Зображена на рис. 4.2 лінія зв'язку використовується для передачі сигналів напруг. У цьому випадку по загальному проводу протікає струм живлення й струм інформаційного сигналу. Через це загальний провід може бути джерелом похибки, оскільки струм живлення створює спад напруги на опорі цього провідника.