Технические средства контроля параметров

Технические средства контроля технологических параметров САК — это комплекс технических устройств, которые позволяют определить значения параметров технологического процесса и передать их в ЭВМ для анализа и представления оператору.

Информация о технологических параметрах поступает от дат­чиков. Подавляющее большинство используемых в производстве. датчиков формируют сигналы в виде электрического напряжения, тока или сопротивления, поэтому технические средства большин­ства систем контроля предназначены для обработки именно элект­рических сигналов.

В подразд. 3.1.3 были рассмотрены различия между аналоговы­ми и дискретными сигналами. Эти сигналы несут разную инфор­мацию, и их обработка происходит по-разному, поэтому рассмот­рим средства обработки тех и других сигналов отдельно.

Технические средства обработки аналоговых сигналов. Их мож­но подразделить на пять групп, которые представлены далее в порядке прохождения по ним сигналов на пути от датчиков до ЭВМ.

54

1.               Переходные устройства (ПУ). Они передают сигналы отдат­чиков к аппаратуре системы контроля. Дело в том, что датчики, как правило, располагаются непосредственно на технологическом оборудовании, а система контроля располагается обычно там, где находится оператор. Расстояние между ними может достигать со­тен и даже тысяч метров.

Для передачи электрических сигналов на эти расстояния ис­пользуют специальные соединительные провода и кабели, кото­рые вместе с клеммными колодками, кабельными разъемами и другими подобными элементами и составляют группу переходных устройств.

2.                Устройства нормализации сигналов (УНС). Эти устройства необходимы для приведения сигналов в нормальное состояние. Пройдя сотни метров по проводам и кабелям, электрические сиг­налы неизбежно искажаются из-за воздействия внешних электро­магнитных полей и неидеальных параметров соединительных ли­ний. Устройства нормализации обеспечивают сглаживание и фильт­рацию сигналов, смещение уровня, преобразование тока в на­пряжение, линеаризацию и другие модификации сигналов, дела­ющие более удобной их дальнейшую обработку.

3.                   Коммутаторы (К). Это электронные или электромеханиче­ские переключатели, позволяющие поочередно подавать сигналы с различных датчиков на измерительные и другие устройства. Ком­мутаторы должны работать быстро, чтобы даже при большом ко­личестве датчиков суммарное время контроля всех параметров не было слишком большим.

4.                Усилители (У). Многие сигналы, поступающие с датчиков, представляют собой электрическое напряжение очень низкого уровня — сотые и даже тысячные доли вольта. Такое маленькое напряжение трудно измерить, особенно если нужно знать значе­ние параметра с большой точностью.

Современные измерительные средства обеспечивают высокую точность измерения напряжения в диапазоне от 0,1 В до несколь­ких вольт, а тока — в диапазоне от 0,1 мА до нескольких милли­ампер. Сигналы более низкого уровня должны быть усилены так, чтобы их значения попали в этот диапазон. Эту функцию выпол­няют усилители различных типов, имеющие необходимый коэф­фициент усиления.

Обычно количество усилителей намного меньше, чем количе­ство датчиков, и сигналы от датчиков подаются на усилители по­очередно через коммутатор.

5.             Аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Конечной точ­кой цепочки технических средств, по которой проходят сигналы, является ЭВМ. Однако она оперирует с числами и воспринимает информацию только в числовом виде. Обычно это двоичные чис­ла, состоящие из нулей и единиц, т.е. представляющие собой дво-

55

 

Д — датчик

 

ичный цифровой код. Для того чтобы ЭВМ могла обрабатывать аналоговые сигналы датчиков, эти сигналы должны быть преоб­разованы в цифровой код, что и делают аналого-цифровые пре­образователи.

Согласование работы АЦП, усилителей и коммутатора произ­водит ЭВМ с помощью сигналов синхронизации.

Примерная структура технических средств обработки аналого­вых сигналов САК представлена на рис. 3.2.

Технические средства обработки дискретных сигналов. Их мож­но подразделить на три группы, которые также представлены да­лее в порядке прохождения сигналов к ЭВМ.

1.              Переходные устройства. Они выполняют те же задачи, что и при обработке аналоговых сигналов.

2.          Устройства нормализации сигналов. Их функции иные, чем у аналогичных устройств обработки аналоговых сигналов. Дискрет­ные сигналы, поступающие от дискретных датчиков, имеют одно из двух значений информативного параметра сигнала — элект­рического напряжения: его значение может быть либо низким (в частном случае нуль), либо высоким (обычно это напряжение 5 В). Низкий уровень сигнала считают соответствующим логиче­скому нулю (0), а высокий — логической единице (1). Например, сигнал 0 от какого-либо датчика может нести информацию о замк­нутом состоянии контактов связанной с этим датчиком электри­ческой цепи, а сигнал 1 от того же датчика означает, что контак­ты в этой цепи разомкнуты. Или сигнал 0 поступает от датчика при открытом клапане, а сигнал 1 — при закрытом клапане и т.д.

В процессе передачи сигналов по кабелям они могут быть иска­жены различными внешними воздействиями и уровни сигналов

56

могут отличаться от 0 и 5 В, но эти искажения не настолько вели­ки, чтобы возникли сомнения в логическом значении сигнала: О или 1. Поэтому устройства нормализации дискретных сигналов -это так называемые пороговые устройства, сравнивающие значе­ния сигналов с некоторым пороговым уровнем. Их задача — чет­кое различение сигналов 0 и 1. Они формируют выходной сигнал 1 (например, в виде напряжения 5 В на выходе УНС), если вход­ное напряжение выше некоторого порога (например, 4 В), и сиг­нал 0 (напряжение на выходе УНС равно нулю), если входное напряжение ниже заданного порога (например, 1 В).

Сигналы, поступающие с выходов УНС, являются стандарт­ными и потому совместимыми с устройствами, на которые диск­ретные сигналы поступают для дальнейшей обработки, — регис­трами и счетчиками.

3. Регистры и счетчики. Основная задача технических средств обработки дискретных сигналов заключается в регистрации дво­ичных дискретных сигналов (типа «включен —выключен», «есть— нет», «открыт —закрыт») и подсчете многократно повторяющих­ся единичных событий (количества деталей, проходящих на кон­вейере мимо датчика; количества контейнеров, погруженных в трюм баржи, и т.д.). Далее эта информация поступает в ЭВМ для запоминания, учета, вывода оператору и т.д.

Наиболее естественная форма передачи информации в ЭВМ — в виде двоичных кодов', т.е. последовательности единиц и нулей. Поэтому средства обработки дискретных сигналов сконструиро­ваны так, что они формируют из полученных сигналов двоичные коды. Для этого устройства, регистрирующие одиночные дискрет­ные сигналы, объединяются в регистры, которые получают па­раллельно сигналы от целой группы дискретных датчиков. Сово­купность зарегистрированных сигналов в виде двоичного кода передается из регистра в ЭВМ (рис. 3.3, а).

Подсчет повторяющихся единичных событий производят счет­чики, которые выражают результат подсчета количества импуль­сов в виде двоичного числа, удобного для передачи в ЭВМ (рис. 3.3, б).

 

 

Возможная структура технических средств обработки дискрет­ных сигналов САК представлена на рис. 3.4.

Комбинирование рассмотренных ранее технических средств позволяет создавать системы автоматического контроля с разны­ми характеристиками для различных технологических процессов.