Практикум по системам управления химико-технологическими процессами

10

Стандартизуются также и общетехнические требования к изделиям ГСП и условиям их работы в АСУ. Ввиду многообразия производств и технологических процессов важное место отводится разделению приборов и устройств по группам условий эксплуатации. По защищенности от воздействия окружающей среды изделия ГСП подразделяются на следующие исполнения: обыкновенное, пылезащищенное, взрывозащищенное, герметическое, водозащищенное, защищенное от агрессивной среды. В зависимости от предполагаемых механических воздействий предусматривается обыкновенное и виброустойчивое исполнение.

1.2.1. Классификация приборов и устройств ГСП

Устройства ГСП по роду используемой вспомогательной энергии носителя сигналов в канале связи, применяемой для приема и передачи информации и команд управления, делятся на электрические, пневматические и гидравлические.

В отдельных видах изделий ГСП могут быть использованы и другие виды энергии носителей сигналов (акустическая, оптическая, механическая). В ГСП входят также устройства, работающие без использования вспомогательной энергии (приборы и регуляторы прямого действия). Устройства, использующие один вид энергии, образуют единую структурную группу или ветвь §ГСП-.

Устройства электрической ветви имеют преимущества по чувствительности, точности, быстродействию, дальности связей. Применение микросхем способствует уменьшению габаритов и массы изделия, сокращению количества потребляемой энергии, увеличению надежности, обеспечивает возможность непосредственной их связи с УВМ.

Пневматическая ветвь характеризуется безопасностью применения в легковоспламеняемых и взрывоопасных средах, высокой надежностью в тяжелых условиях работы, особенно при использовании в агрессивной атмосфере. Однако имеют место ограничения по быстродействию и передаче сигналов на значительные расстояния.

Гидравлические устройства позволяют получать точные перемещения исполнительных механизмов при больших усилиях.

Классификация основных аналоговых унифицированных сигналов связи ГСП и их характеристики приведены на рис. 1.3. Наибольшее распространение получили унифицированные сигналы ГСП постоянного тока и пневматические.

11

Унифицированные сигналы

Рис. 1.3. Классификация унифицированных сигналов ГСП

Унифицированным сигналом связи называется сигнал, у которого вид носителя информации и диапазон его изменения не зависят от вида измеряемой величины, метода измерения и диапазона изменения измеряемой величины. Обычно унифицированные сигналы получают в результате преобразования и нормирования сигналов первичных измерительных преобразователей при помощи встроенных в датчики или внешних нормирующих преобразователей. Они обеспечивают сопряжение со средствами вычислительной и микропроцессорной техники.

В значительно меньшей степени применяются сигналы постоянного и переменного напряжения частотой 50 Гц. Сигнал взаимоиндуктивности используется в датчиках теплоэнергетических параметров в связи с тем, что дифференциально-трансформаторный преобразователь линейного перемещения чувствительного элемента имеет простую конструкцию и высокую надежность. Частотные сигналы используются главным образом в телемеханической аппаратуре и в комплексе приборов МикроДАТ (КТС ЛИУС-2), имеющих сигнал с изменением частоты 4...8 кГц.

Наряду с унифицированными сигналами ГСП используются и так называемые естественные сигналы связи от первичных измерительных преобразователей, в частности термоэлектрических преобразователей, термопреобразователей сопротивления и др. Естественным сигналом связи называется сигнал, у которого вид носителя информации и диапазон его изменения определяются физическими свойствами преобразователя и диапазоном изменения измеряемой величины. Обычно в качестве естественных используются электриче-

12

ские выходные сигналы первичных измерительных преобразователей, которые достаточно просто могут быть переданы на расстояние.

Для связи устройств ГСП, использующих разные по физической природе сигналы связи, в составе ГСП применяются межсистемные преобразователи, а для преобразования естественных сигналов в унифицированные предусмотрены нормирующие преобразователи.

1.2.2. Типовые конструкции ГСП

Одним из важных принципов, лежащих в основе построения ГСП, является требование конструктивного сопряжения устройств. Высокая степень унификации достигнута в ряде групп изделий ГСП: в приборах для измерения температуры, датчиков теплоэнергетических параметров с силовой компенсацией, вторичных приборах типа КС. В настоящее время разработан комплекс унифицированных типовых конструкций (УТК), обеспечивающий нормализацию габаритных и присоединительных размеров и введения типовых конструктивов для §центральной частиГСП.

С учетом особенностей приборов различного функционального назначения УТК подразделяются на две части: общепромышленную

и приборную.

Общепромышленная часть УТК служит для компоновки аппаратуры промышленной автоматики, технологических устройств, периферийных (для связи с объектом) средств управляющей и вычислительной техники.

Приборная часть УТК служит для компоновки электроизмерительных и аналитических приборов, управляющей и вычислительной техники.

Структура комплекса УТК установлена ГОСТ 20504–81. Условно типовые конструкции разделяют на категории нулевого (монтажные платы), первого (защитные рамки, каркасы 1-го порядка), второго (каркасы приборов) и третьего (стойки, щиты) порядков.

Составные части изделий, выполненных на базе типовых конструкций низшего порядка, могут последовательно устанавливаться

влюбую из типовых конструкций более высокого порядка, образуя

витоге конструктивно законченные устройства.

Изделия УТК нулевого и первого порядков предназначены для построения унифицированных элементов (субблоков). Из элементов первого и второго порядков собираются функциональные блоки, из которых в свою очередь комплектуются изделия третьего порядка.

13

В настоящее время в качестве основной номенклатуры УТК принята типовая конструкция монтажных вдвижных плат, блочных и комплектных вставных каркасов, контейнеров, кожухов, шкафов, стационарных стоек, столов, секций щитов и пультов.

1.2.3. Агрегатные комплексы ГСП

Агрегатный комплекс есть совокупность изделий, взаимосвязанных между собой по функциональному назначению или области применения, конструкции, основным параметрам и техническим данным. Агрегатный комплекс содержит технически и экономически обоснованную номенклатуру изделий, созданных на единой конструктивной, элементной и технологической базе, с использованием блочного принципа построения на основе базовых моделей и обеспечивает решение всех функциональных задач, соответствующих назначению комплекса.

Агрегатирование означает построение функционально более сложных устройств из ограниченного набора более простых изделий (модулей) методом §наращивания и стыковкипростых изделий на основе функциональной, информационной и конструктивной совместимости.

В ГСП реализуют два пути агрегатирования:

1)за счет агрегатного соединения унифицированных модулей

иблоков (на основе общей унифицированной базовой конструкции, например, датчики ТС, ТП, приборы КС);

2)за счет использования унифицированных типовых конструкций (например, комплексы АСКР, КТС ЛИУС, МикроДАТ).

Унифицированный модуль выполняет одну типовую функцию (модуль питания, усилитель и т. д.).

Унифицированный блок представляет собой объединение модулей для реализации типовой автономной функции и является автономным изделием ГСП.

В рамках ГСП было разработано более 20 агрегатных комплексов. Вот некоторые из них:

АСЭТ – агрегатный комплекс средств электроизмерительной техники;

14

МикроДАТ – - " - микропроцессорные средства диспетчеризации автоматики, телемеханики;

Контрольные вопросы:

1.Принципы создания ГСП.

2.Назовите группы информационных сигналов ГСП.

3.Что такое блочно-модульный принцип построения изделий?

4.Проведите сравнительный анализ устройств электрической, пневматической и гидравлической ветвей ГСП.

5.Что такое унифицированный сигнал? Перечислите виды унифицированных сигналов.

6.Назначение и структура типовых конструкций ГСП.

7.Что такое агрегатирование? Назовите способы агрегатирова-

ния.

8.Расскажите об основных агрегатных комплексах.

1.3. Общие сведения об измерениях и средствах измерений. Точность средств измерения и автоматизации

Наиболее важными функциями систем автоматизации являются измерения технологических параметров ТП, выработка и автоматическая передача с определенной точностью воздействия на технологический объект измерения ТОУ.

Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных.

Косвенное измерение – измерение, при котором искомое значение величины находят на основании зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям.

Принцип измерений – совокупность физических явлений, на которых основаны измерения.

Метод измерений – совокупность приемов использования принципов и средств измерений.

Средство измерений (СИ) – техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства.

Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины заданного размера,

15

значение которой выражено в установленных единицах и известно с необходимой точностью.

Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для получения сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Аналоговый измерительный прибор – измерительный прибор, показания которого являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины.

Цифровой измерительный прибор – измерительный прибор, автоматически вырабатывающий дискретные сигналы измерительной информации, показания которого представлены в цифровой форме.

Показывающий измерительный прибор – измерительный прибор, допускающий только отсчитывание показаний.

Измерительный преобразователь – техническое средство с нормированными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, индикации или передачи.

Первичный измерительный преобразователь (ПИП) – измерительный преобразователь, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величина.

Датчик – конструктивно обособленный первичный преобразователь, от которого поступают измерительные сигналы.

Измерительная цепь – совокупность элементов средств измерений, образующих непрерывный путь прохождения измерительного сигнала одной величины от входа до выхода.

Показания средства измерений – измерение величины, определяемое по отсчетному устройству и выраженное в принятых единицах этой величины.

Градуировочная характеристика средства измерений – зависимость между значениями величин на выходе и входе средства измерений, составленная в виде таблицы, графика или формулы.

Диапазон показаний – область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значениями шкалы.

Диапазон измерений – область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средства измерений.

Предел измерений – наибольшее и наименьшее значения диапазона измерений.

16

Чувствительность измерительного прибора – отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины.

Любые измерения сопровождаются погрешностями:

 случайные погрешности – имеют случайную природу

ипричина их неизвестна;

промахи – вызваны неправильными отсчетами по прибору;

систематические – обусловлены несовершенством методов определения, конструкции прибора.

Погрешность результата измерения – отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины.

Абсолютная погрешность измерения – погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины.

Абсолютная погрешность средства измерения – разность между показаниями средств измерений Х и истинным значением изме-

лютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины:

Относительная погрешность может быть выражена в процентах.

Приведенная погрешность средства измерения – относительная погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности СИ к условно принятому значению величины, постоянному во всем

где Хнорм Хmax Xmin – разность между максимальным и минималь-

ным значениями измеряемой величины.

Максимальная приведенная погрешность называется классом

где КТ – число, обозначающее класс точности; max – допускаемая основная абсолютная погрешность.

17

В зависимости от класса точности приборы делятся на эталонные (образцовые) и рабочие.

Контрольные вопросы:

1.Дайте определение понятий прямого и косвенного измерения.

2.Что такое принцип измерений и метод измерений?

3.Что такое средство измерений (СИ) и мера?

4.Дайте определение понятий измерительный прибор, аналоговый, цифровой, показывающий измерительные приборы.

5.Что такое измерительный преобразователь, первичный измерительный преобразователь, датчик?

6.Что такое измерительная цепь?

7.Что такое показания средства измерений и градуировочная характеристика?

8.Дайте определение понятий диапазон показаний, диапазон измерений, предел, чувствительность измерительного прибора.

9.Назовите основные виды погрешностей.

Задача 1

Какую точность измерения обеспечит автоматический потенциометр класса 0,5 (указан на шкале) со шкалой (0 +600 ¼С) при нормальной его эксплуатации, если указатель стоит на отметке 100 ¼С?

находиться в диапазоне (100 3) ¼С. При классе точности прибора 1,0 точность измерений падает и для данного случая составляет (100 6) ¼С.

Из рассмотренного примера видно, что повышение класса точности приборов (уменьшение числа, его обозначающего) повышает точность измерений. Однако применение приборов высокого класса точности вступает в противоречие с его стоимостью, поэтому в большинстве случаев следует ограничиться использованием общепромышленных приборов классов 0,25; 0,5; 1,0; 1,5.

18

Задача 2

Одинаков ли предел допускаемой относительной погрешности во всех точках потенциометра, рассмотренного в задаче 1?

Решение

Поскольку предел допускаемой абсолютной погрешности , определяемый классом точности СИ и диапазоном измерения, одинаков

ся при увеличении показаний прибора.

Следовательно, диапазон измерения прибора нужно выбирать таким образом, чтобы измеряемая величина находилась в конце шкалы.

19

ТЕМА 2. СРЕДСТВА ПОЛУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

ОСОСТОЯНИИ ПРОЦЕССА

2.1.Измерительные преобразователи

Измерительное преобразование играет крайне важную роль в процессах измерения и может осуществляться многочисленными способами. Хотя входные сигналы измерительных преобразователей весьма разнообразны, число физических величин, применимых в качестве выходных сигналов, ограничено.

Преобразование основано на физических и физико-химических явлениях, определяющих зависимость между входными и выходными сигналами измерительных преобразователей. В настоящее время применяется большое число измерительных преобразователей различных принципов действия: емкостный, пьезоэлектрический, тензорезистивный, потенциометрический, термисторный, эффекты Холла, Кориолиса и др.

Измерительные преобразователи (ИП) разделяются также по виду энергии. На рис. 2.1 представлены возможные комбинации входного (или измеряемого) сигнала, выходного сигнала и сигнала возбуждения для различных типов преобразователей (механическая 1, электрическая 2, магнитная 3, тепловая 4, энергия излучения 5, химическая 6).

Рис. 2.1. Схема к классификации измерительных преобразователей по виду преобразованной энергии

Классификация преобразователей может быть выполнена также и по их практическому применению (рис. 2.2). Измерительные преобразователи, используемые в каждой конкретной области, например для измерения давления, температуры, расхода и т. д., рассматриваются в соответствующих разделах этой главы.