12

ВВЕДЕНИЕ.

Сбор данных о параметрах теплоносителя в бойлерной имеет большое значение для оперативного контроля и требует использование современных методов и средств автоматизации. Система состоит из системы оперативного кон­троля и средства отображения поступающей информации. Система позволяет контролировать следующие параметры теплоносителя: температуру, давление и расход. Путем решения этой пробле­мы является автоматиза­ция процедуры сбора информации. Экономическая целесообразность подобных разработок определяется тем, что, несмотря на относительную дороговизну, внедрение предлагаемой системы окупается в очень короткие сроки в силу следующих причин: своевременное выявление и предотвращение неисправностей; автоматическое поддержание параметров на заданном уровне; обеспечивание возможности контроля в реальном масштабе времени; повышение точности и надежности контроля; небольшие габаритные размеры подобных систем; возможность подключения системы к персональному компьютеру через сеть и дистанционный контроль всех параметров.

1. Описание системы для сбора данных о параметрах теплоносителя в бойлерной.

Назначение, функциональные возможности, состав и структурная схема системы.

Система предназначена для сбора данных о параметрах теплоносителя в бойлерной. Данная система обеспечивает формирование и выдачу на монитор и распечатку на принтере информации: среднесуточные данные о параметрах теплоносителя; ежеминутный контроль теплоносителя; архивирование и выдачу данных о параметрах теплоносителя за месяц. Данные могут выдаваться как в табличном виде, так и в виде диаграммы.

Предлагаемая система содержит: первичные измерительные преобразователи (датчики) давления (Сапфир 22М-ДИ), расхода (Сапфир 22ДД) и температуры (ТХА-0179); нормирующие усилители (К553УД2); коммутатор (К168КТ2); аналого-цифровой преобразователь (К572ПВ1А); ЭВМ со специализированным программным обеспечением, которая может собирать информацию с группы подобных систем.

Вариант исполнения системы представлен в виде следующей структурной схемы.

С труктурная схема

Где:

Д1 – датчик давления;

Д2 – датчик расхода;

Д3 – датчик температуры на прямой ветви;

Д4 – датчик температуры на обратной ветви;

НУ – нормирующие усилители;

SW – коммутатор;

АЦП – аналого-цифровой преобразователь;

ЭВМ – подобранная ЭВМ;

САР – система автоматического регулирования параметров теплоносителя.

1.1 Описание работы системы.

Система предназначена для выдачи данных о параметрах теплоносителя в бойлерной и работает следующим образом. При включении питания система автоматически производит самотестирование для определения работоспособности. По завершению теста определяется наличие подключенных датчиков, состояние датчиков записывается в ОЗУ. Далее определяется первый по списку датчик и происходит поступление информации через коммутатор и аналого-цифровой преобразователь в микропроцессор ЭВМ, где происходит обработка информации, которая затем поступает в ОЗУ. Нормирующий усилитель необходим для согласования выходного сигнала датчика с входными параметрами коммутатора и АЦП. Далее происходит опрос последующих датчиков. После поступления в вычислительное устройство информации со всех датчиков, происходит анализ данных. Проанализированные данные поступают в систему регулирования параметров теплоносителя, которая поддерживает их на заданном уровне. Затем информация из ОЗУ записывается в файл на НЖМД. Также на НЖМД записывается дата и текущее время суток. Одновременно вся информация в виде диаграммы выводится на монитор. Помимо этого оператор может вывести на монитор информацию о параметрах теплоносителя за последний месяц. Проанализировав данные можно будет принять меры для поддержания необходимых параметров теплоносителя, а также своевременно выявить возникшую неисправность. Данная система имеет небольшие габаритные размеры, проста в настройке и эксплуатации.

1.2 Рассмотрим более детально работу системы

На прямой и обратной ветвях устанавливаются датчики давления, расхода и температуры, которые соединяются с коммутатором. Датчик температуры подсоединен через нормирующий усилитель с коэффициентом усиления 1000, который усиливает выходной сигнал датчика до величины порядка 15 В для согласования со входом коммутатора и АЦП. Выход коммутатора соединен со входом АЦП, а выход АЦП – с ЭВМ. В зависимости от значения параметра теплоносителя датчики формируют сигналы в пределах от 0 до 15 В, поступающие на входы коммутатора. ЭВМ формирует код датчика, который поступает на адресный вход коммутатора. Опрос датчиков производится с периодичностью 1 минута. Коммутатор передает сигнал с выбранного входа на выход, с которого он поступает на АЦП. АЦП производит преобразование входного сигнала в 12-разрядный двоичный код, который поступает на ЭВМ. 12 разрядов позволяет регистрировать 4096 уровней сигнала, что соответствует точности измерения 0,025%. ЭВМ производит статистическую обработку и хранение поступающих данных и вывод их на внешние устройства: монитор и принтер для дальнейшего анализа оператором.

2. Подбор элементов и расчет надежности.

В систему входят следующие датчики:

- датчик давления Сапфир 22М-ДИ, модель 2151 со следующими параметрами: диапазон измерения 0 – 25 МПа, выходной сигнал 5 – 15 В, погрешность измерения 0,25%;

- датчик расхода Сапфир 22ДД, модель 2440 со следующими параметрами: диапазон измерения 0 – 250 кПа, выходной сигнал 5 – 15 В, погрешность измерения 0,5%, допускаемое рабочее давление 16 МПа;

Принцип действия преобразователей типа Сапфир основан на использовании тензоэффекта в полупроводниковом материале. Измеряемый параметр поступает в камеру измерительного блока, где линейно преобразуется в деформацию чувствительного элемента и изменение электрического сопротивления тензорезисторов тензопреобразователя, размещенного в измерительном блоке. Электронное устройство преобразует это изменение сопротивления в выходной сигнал. Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами, прочно соединенная с металлической мембраной тензопреобразователя.

- 2 датчика температуры ТХА-0179, установленные на прямой и обратной ветвях, со следующими параметрами: диапазон измерения –50 – +200C, инерционность 10 с, выходной сигнал 0 – 15 мВ, погрешность измерения 0,5%.

Датчик температуры ТХА-0179 представляет собой термоэлектрический преобразователь, чувствительный элемент которого представляет собой два термоэлектрода, сваренных между собой в термопару (рабочий спай) и изолированных по всей длине при помощи керамической трубки. Под воздействием разности температур между термопарой и свободными концами термоэлектродов в термопаре появляется термо-ЭДС, которая приводит к возникновению в цепи термопары электрического тока, пропорционального разности температур. К термоэлектродам присоединяются провода, идущие к вторичному преобразователю.

Данные датчики используются по причине высоких эксплуатационных характеристик: устойчивость к температурному воздействию до 200C, гидростойкость, обеспечение необходимого диапазона измерений параметров, низкая погрешность измерений.

Нормирующие усилители, необходимые для согласования сигнала на выходах датчиков температуры со входом АЦП, выполнены на операционных усилителях К553УД2, поскольку они обладают высоким входным и низким выходным сопротивлением, высоким коэффициентом усиления, не вносят искажений в сигнал. Коэффициент усиления выбран 1000, что позволяет получить на выходе сигнал порядка 15 В при подаче на вход сигнала порядка 15 мВ, что соответствует выходному сигналу датчика температуры ТХА-0179.

В качестве коммутатора используется высококачественный 4-канальный электронный переключатель К168КТ2 на МДП транзисторах, обеспечивающий хорошую развязку между управляющей и коммутируемой цепями. Он обладает следующими характеристиками: диапазон коммутируемых напряжений 0 – 25 В, частота коммутации до 1 МГц, что вполне достаточно для наших целей.

У словное графическое обозначение коммутатора К168КТ2.

АЦП представляет собой 12-разрядный преобразователь напряжения в двоичный код на микросхеме К572ПВ1А и операционном усилителе К553УД2. Микросхема К572ПВ1А вместе с ОУ, играющим роль компаратора, выполняет функции АЦП последовательного приближения с параллельным двоичным кодом на выходах. Преобразование запускается подачей импульса на стробирующий вход. По завершении цикла преобразования результат записывается в регистр, откуда может быть считан в любое время. В микросхеме используются 2 источника питания, позволяющие согласовать ее практически с любой входной и выходной цепями. Цифровые выходы микросхемы могут иметь 3 устойчивых состояния. АЦП на К572ПВ1А обладает следующими характеристиками: напряжение 1 источника питания 5 В, напряжение 2 источника питания 20 В, опорное напряжение 15 В, напряжение 0 – 0,4 В, напряжение 1 – 2,4 В, тактовая частота 250 кГц, время преобразования 170 мкс, погрешность преобразования не более 0,1%. Данная микросхема использована, поскольку она имеет широкие функциональные характеристики, позволяющие построить на ее основе законченный блок АЦП, полностью согласованный с ЭВМ, обладает достаточно высокой точностью и диапазоном измерений.

У словное графическое изображение АЦП К572ПВ1А.

Общая погрешность измерений в системе не превышает 1%.

В системе использована следующая ЭВМ:

процессор Intel Celeron 333 МГц;

оперативная память 32 Мб;

жесткий диск Maxtor 10 Гб, 5400 rpm;

дисковод для гибких дисков 3,5”;

видеоадаптер S3 TRIO 64V2, 2 Мб;

монитор 15” LG SW500E 1024х768, 32бит, 60 Гц;

принтер цветной струйный Canon S-300;

время наработки на отказ 1  10⁵ ч.

Данная ЭВМ обладает достаточной производительностью при относительно низкой стоимости, однако может при необходимости быть заменена на более мощную без каких-либо изменений системы.

Данные об элементах, содержащихся в системе, сведем в таблицу:

№ поз.	Обозн.	Наименование	Тип	Надежность
1	Д1	Датчик давления	Сапфир 22М-ДИ/2151	8,7·104 ч
2	Д2	Датчик расхода	Сапфир 22ДД/2440	8,7·104 ч
3	Д3	Датчик температуры 1	ТХА-0179	3,2·104 ч
4	Д4	Датчик температуры 2	ТХА-0179	3,2·104 ч
5	НУ	Нормирующий усилитель	К553УД2	1·106 ч
6	SW	Коммутатор	К168КТ2	1·106 ч
7	АЦП	Аналого-цифровой преобразователь	К572ПВ1А+К553УД2	5·105 ч
8	ЭВМ	ЭВМ	Celeron333/32Mb/10Gb/ S3TRIO64V2/2Mb/15” LG-SW500E/S-300	1·105 ч