В этой лекции мы рассмотрим сведения о структуре технических средств автоматизации и управления технологическими процессами и комплексами; средства сбора информации о ходе технологического процесса (датчики, нормирующие преобразователи, интеллектуальные устройства сбора информации); средства отображения и хранения информации; сетевое оборудование и НАRТ - протоколы.
При выборе технических средств АСУ ТП необходимо руководствоваться требованиями по группам видов технических средств.
Входные (первичные) преобразователи (датчики) применяются в комплекте с вторичными приборами, регуляторами, устройствами централизованного контроля, системами управления.
Физическим основам используемого преобразования датчики делятся на 2 категории:
1. пассивные – не нуждается в дополнительном источнике энергии (например, термопара, пьезоэлектрические чувствительные элементы, фотодиоды), обычно – прямого действия,
2. активные - используют источник внешней энергии, называемой сигналом возбуждения (при формировании выходного сигнала датчик тем или иным способом воздействует на сигнал возбуждения). Поскольку в этом случае происходит изменение характеристик датчиков, их иногда называют параметрическими. Фактически определенные параметры активных датчиков модулируют сигналы возбуждения, и эта модуляция несет в себе информацию об измеряемой величине (например, термисторы или резистивные тензодатчики).
По конструктивному исполнению датчики могут быть: наружными или встроенными.
По характеристике измерения датчики могут быть:
1. абсолютными - определяют внешний сигнал в абсолютных физических единицах, не зависящих от условий проведения измерений, например – термистор - его электрическое сопротивление напрямую зависит от абсолютной температуры по шкале Кельвина,
2. относительными – определяют внешний сигнал относительно только определенных условий использования, например - термопара.
По эксплуатационной характеристике датчики могут быть:
1. бесконтактными - не имеющими непосредственной связи с объектом,
2. другими: поверхностными и т.д.
Более распространенный подход к классификации датчиков заключается в рассмотрении их технических характеристик:
• назначение функциональное (например: термопреобразователь, преобразователь давления, уровня, перемещения и т.д.),
• вид чувствительного элемента: материал и/или способ преобразования, влияющие на область применения или диапазон допустимых значений измеряемой ФВ (например: термопреобразователи: термоэлектронные сопротивления, пирометры и т.д.),
Классификация датчиков по степени (глубине) преобразования:
· первичный преобразователь;
· с унифицированным выходным сигналом;
· с цифровым сигналом;
· микропроцессорный;
· с индикатором, в т.ч.с цифровым дисплеем и индикаторами состояния;
· интеллектуальный (с возможностью обмена данными с управляющим устройством, например наличие HART - интерфейса);
· с релейным выходом.
Первичный преобразователь с остоит из:
1. первичного преобразователя (чувствительного элемента),
2. клемного соединителя преобразователя с внешними цепями,
3. корпуса, защищающего преобразователь от внешнего воздействия среды,
4. корпуса, защищающего клемный соединитель с внешними цепями.
Назначение корпуса преобразователя – защита от воздействия измеряемой среды (от воздействия влаги, абразивных веществ, сильных перепадов температур, химических реагентов, механических напряжений и ядерного излучения. Назначение корпуса защиты соединителя - защита от воздействия внешней среды при эксплуатации (от воздействия влаги, пыли, дождя). В эксплуатационной документации материалы изготовления и другие характеристики корпусов оговариваются отдельно
Датчик с унифицированным выходным сигналом с остоит из:
1. первичного преобразователя (чувствительного элемента),
2. аналоговой электронной схемы (с возможностью подстройки для калибровки)
3. корпуса защищающего преобразовательный элемент от воздействия внешней среды.
4. корпуса защищающего и электронную схему от воздействия внешней среды.
Защитный корпус первичного преобразователя. Защитный корпус электронной схемы
Датчик цифровой с остоит из:
1. первичного преобразователя,
2. сенсорного аналого-цифрового электронного модуля,
3. регистров коррекции результатов,
4. регистров коммуникации информационных сигналов управления датчиком и выдачи результатов измерения.
Датчик микропроцессорный с остоит из:
1. первичного преобразователя,
2. сенсорного электронного модуля,
3. микроконтроллерного модуля.
Сенсорный модуль содержит:
1. первичный преобразователь,
2. аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
3. микросхему энергонезависимой памяти с информацией о модуле и коэффициентов калибровочных настройки,
4. датчик температуры (для коррекции погрешности измерений из-за влияния температуры окружающей среды).
Обеспечивает аналого-цифровое преобразование сигнала первичного сенсора и его коррекцию в соответствии с калибровочными значениями и температурой окружающей среды.
Микроэлектронный модуль содержит:
1. микроконтроллер,
2. микросхему энергонезависимой памяти с конфигурацией датчика,
3. схему регулировки нуля и шкалы,
4. цифро-аналоговый преобразователь.
Обеспечивает генерацию аналогового сигнала, пропорционального измеряемой величине в соответствии настройкой конфигурации.
Конфигурируется через терминальный порт с помощью специальный программы ПК или специального дисплейного клавишного устройства.
Датчик индикаторный (микропроцессорный) с остоит из:
1. микропроцессорного датчика,
2. установленного или подключаемого цифрового дисплея или индикатора (сигнализатора) состояния, например:
Вид индикатора:
1. стрелочный,
2. цифровой (обычно -ЖКИ)
3. конструкция:
4. встроенный
5. выносной.
Выносной индикатор – обеспечивает лучший обзор и меньшие требования к исполнению (защите от внешней среды)
Встроенный индикатор для удобства доступа к электронному преобразователю может быть провернут относительно измерительного блока от установленного положения.
Датчик интеллектуальный с остоит из:
1. микропроцессорного датчика,
2. портов коммуникации (ввода/вывода) информации (обычно с протоколом битовой формы).
Содержит:
1. специальный терминальный порт настройки программы.
2. аналоговый выход через который осуществляется и коммуникация цифровых сигналов (для протокола HART)
3. информационный выход через который осуществляется:
4. управление работой датчика верхним по иерархии управляющим устройством (например, контроллеров или ПК),
5. коммуникация результатов измерения в цифровом виде