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.