УДК 681.3.087.6
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ РЕГИСТРИРУЮЩИХ ПРИБОРОВ
С.Ю. Петров, Н.О. Власов
Рассмотрены основные принципы построения регистрирующих приборов, описан принцип работы нового поколения регистрирующих приборов сер. "Технограф".
Многочисленный парк регистрирующих электронных приборов, который по некоторым подсчетам составляет в России до 5 млн. шт., стремительно устаревает. И это неудивительно. Ведь в эксплуатации на металлургических заводах, в котельных, на нефтехимических комбинатах и других производствах находятся приборы разработок 60 — 70 годов. Это такие широко известные модели как Ф1ДЛ, А-100, А-100Н, ДИСК250, РП-160 и т. д. Более того, явно устаревшие модели приборов А-100, А-100Н, ДИСК250, РП-160 до настоящего времени еще выпускаются на ОАО "Теплопри-бор" (г. Челябинск) и АО "Львовприбор" (г. Львов).
Указанные модели регистрирующих приборов обладают рядом принципиальных недостатков:
• приборы имеют множество вариантов исполнения, каждый из которых может работать только с конкретными типами датчиков, рассчитанными на конкретные пределы измерений;
• в приборах отсутствует математическая обработка результатов измерения (линеаризация, корнеизвле-чение и др.);
• в приборах отсутствует функция самоконтроля и самодиагностики;
• нет возможности подключения приборов в локальную сеть;
• отсутствует регистрация параметров в цифровой форме.
В связи с ужесточением требований к контролю технологических процессов при современном уровне развития промышленности в середине 90-х годов возникла необходимость разработки многоканальных регистрирующих приборов нового поколения, а учитывая необходимость модернизации стареющего парка приборов, эта задача становится тем более актуальной.
Учитывая большую конкуренцию со стороны Западноевропейских компаний, специализирующихся на выпуске регистрирующих приборов и контроллеров, которые, несмотря на ценовую разницу, постепенно завоевывают рынок России, сформулируем основные технические требования, которым должны удовлетворять вновь разрабатываемые отечественные приборы.
• Основное качество, которым должны обладать регистрирующие приборы — это универсальность, т. е. приборы должны обслуживать практически все, предусмотренные ГОСТом, датчики (температуры, давления, влажности, тока, напряжения и др.).
• Рассматриваемые приборы должны иметь два типа записи на бумажный носитель: цифровую и аналоговую. При цифровой записи напротив результата
измерения должна фиксироваться дата и время измерения, тип подключенного датчика и диапазон измерения.
• Новые приборы должны иметь возможность подключения в локальные компьютерные сети.
• Необходимо иметь встроенные функции самоконтроля и самодиагностики с возможностью вывода кода неисправности на цифровой индикатор.
• Приборы должны иметь ряд модификаций для разных условий промышленного применения, а именно, должны выпускаться модели с различным числом каналов и различным полем записи (100, 160 и 250 мм).
• Механическая часть приборов должна быть легко обслуживаема в промышленных условиях. Картридж с чернилами или фломастер должны легко меняться в условиях эксплуатации.
• Приборы должны сохранять заданные оператором параметры (файл режима), а также результаты измерений за длительный период, при выключении питания, т. е. приборы должны иметь встроенное энергонезависимое ОЗУ.
Для реализации этих требований специалистами научно-производственного предприятия "Росспецпри-бор" и научно-производственного комплекса "Оазис" были разработаны многоканальные регистрирующие приборы "Технограф-100 и -160" (рис. 1), которые серийно выпускаются в ОАО "Теплоприбор".
В таблице приводятся основные технические характеристики приборов "Технограф-100 и -160" в сравнении с аналогичными приборами фирмы JUMO (Германия) Logoprint С 240 и Logoprint 084.
Рис. 1
56
Sensors & Systems • № 4.2001
Параметр Сравнительные характеристики приборов
Технограф-100 Технограф-160 1х>§оргш1 С 240 Logoprint 084
Поле записи, мм 100 160 100 80
Типы используемых датчиков Термометры сопротивления медные, платиновые, никелевые градуировок по ГОСТ Р50353^92. Термопары хромель-копель, хромель-алю-мель, платина-платина-родий, платина градуировок по ГОСТ Р50431^92. Датчики давления. Датчики влажности типа "Гигротерм". Датчики тока 0-5, 0-20, 4-20 мА. Датчики напряжения 0-5 В, 0-10, 0-20, 0-50, 0-100 мВ Термометры сопротивления РШО, Рг500, РЦООО, N1100 -
Термопары типа Т, /, К. Я, 5, В, 1, и -
Датчики тока 0-20, 4-20 мА. Датчики напряжения 0-1, 0-10 В
Скорость перемещения диаграммной ленты, мм/ч Любое из значений ряда 5, 10, 20, 40, 60, 120, 240, 480, 1200, 2400 0, 5, 10, 20, 60, 120, 240, 300, 600, 720 0, 5, 10, 20, 60, 120, 240, 300, 600, 1200, 1800, 3600, 7200
Цвет печати Черный Фиолетовый, красный, черный, зеленый, синий,коричневый Черный
Число каналов 6 12 6 3, 6
Размеры лицевой панели, мм 144x144 220x240 144x144
Погрешность измерения, % < 0,25 < 0,2
Погрешность регистрации, % < 0,5
Потребляемая мощность, в-А < 15 < 35 < 90
Из приведенной таблицы видно, что приборы "Тех-нограф-100 и -160" по своим характеристикам не уступают своим зарубежным аналогам, а по ряду параметров превосходят их (например по числу подключаемых датчиков).
Структурная схема прибора "Технограф-160" приведена на рис. 2.
Коммутатор каналов КК осуществляет поочередное подключение к АЦП первичных преобразователей. Коммутация цепей датчиков осуществляется с помощью герконовых реле в соответствии с управляющими сигналами, поступающими с платы АЦП.
Входные сигналы через плату коммутатора К К поступают на вход АЦП, построенного по принципу двойного интегрирования для уменьшения влияния помех промышленной частоты. Однако интегратор не полностью подавляет помехи промышленной частоты, т. к. частота сети может меняться от изменения нагрузки на энергосистему. Для полного устранения помех в АЦП время интегрирования жестко связано с частотой сети, благодаря чему происходит полное подавление помех. В АЦП входной сигнал поступает на вход нормирующего усилителя. Затем с его выхода через электронный ключ он приходит на вход интегрирующего усилителя, который интегрирует его за строго заданный промежуток времени — период частоты сети. После этого электронный ключ отключает входной сигнал и на вход усилителя подключается высокостабильное напряжение постоянного тока. При достижении напряжения на выходе интегратора значения, равного нулю, компаратор
отключает электронный ключ и закорачивает конденсатор обратной связи интегратора, после чего подает сигнал центральному процессору об окончании преобразования. Такое построение прибора позволяет тестировать плату АЦП и тем самым уменьшать погрешность приборов, кроме того, дает возможность производить замену прибора или его узлов еще до выхода прибора из строя (увеличение погрешности в заданном интервале).
Центральный процессор ЦП, получив от платы АЦП сигнал об окончании преобразования, считывает дво-
Рис. 2. Структурная схема прибора "Технограф-160":
ИТ — источник тока; К — клавиатура; ШД1 — шаговый двигатель следящей системы; 111, (2 шаговый двигатель лентопротяжного механизма; ИОН — источник опорного напряжения; ИД — цифровой дисплей; КС — канал связи 118-232; Л ИМ — лентопротяжный механизм; ШФ— шинный формирователь
Датчики и Системы • № 4.2001
57
ичный шестнадцатиразрядный код, пропорциональный входному сигналу, с электронных счетчиков. Далее ЦП в соответствии с программой, записанной в ПЗУ, преобразует двоичный код в значение параметра, а потом передаст его на контроллер клавиатуры и дисплея и далее на цифровой дисплей. Клавиатурная часть контроллера обеспечивает ввод информации с клавиатуры в прибор.
Центральный процессор формирует сигнал управления исполнительными реле блока сигнализации выхода параметра за заданное значение. В связи с тем, что в приборе отсутствует реохорд обратной связи, в начале и конце диаграммной бумаги установлены два датчика положения ДНШ и ДКШ (датчики начала и конца шкалы). Число шагов шагового двигателя между ДНШ и ДКШ соответствует ~ 1 ООО, что составляет ~0,1 % от диапазона измерения.
В приборе применено записывающее устройство ЗУ, выполненное в виде каплеструйного картриджа. Напряжение на картридж подается от схемы управления с помощью гибкой печатной платы. При подаче напряжения на резистор, встроенный в картридж, чернила, подаваемые через капилляр, вскипают и выбрасываются на диаграммную бумагу, оставляя след в виде точки. Подвижная каретка, на которой закреплен картридж, соединена с шаговым двигателем следящей системы с помощью гибкого тросика. Применение бесконтактной записи позволило уменьшить трение в следящей системе.
В настоящее время выявлены две тенденции совершенствования регистрирующих приборов.
Во-первых, это развитие и усовершенствование традиционных приборов, имеющих как механическую (записывающую) часть, так и электронный (управляющий) блок. В этих приборах будет совершенствоваться, в основном, электронная часть, что выразится в:
• использовании многоразрядных, высокоточных интегральных аналого-цифровых преобразователей, которое приведет к повышению точности измерения и большей помехоустойчивости приборов;
• общем совершенствовании элементной базы, что должно существенно снизить массу и габаритные размеры приборов.
Кроме того, безусловно будут совершенствоваться узлы записи приборов, особенно пишущих головок и картриджей с чернилами, позволяющими производить запись в широком диапазоне температур. Это существенно расширит сферу применения регистрирующих приборов, повысит их надежность на реальных промышленных объектах.
Что касается механической части приборов, то тут, на наш взгляд, невозможно ожидать революционных изменений. Все технические решения, используемые в настоящее время, будут применяться и в дальнейшем, т. к. очевидно, что механический узел приборов является более консервативным и трудно ожидать в этой части быстрых конструкторских и технологических прорывов.
Вторая тенденция в развитии регистрирующих приборов связана с з
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.