I n с iбгрт х

Рисунок 3 – Структурная схема измерительного канала концентрация углекислого газа в воздухе

При изображении структурной схемы ИК концентрация углекислого газа в воздухе были использованы следующие элементы, условные обозначения которых приведены ниже в таблице 2.

Таблица 2 – Условные обозначения блоков ИК

Обозначение элемента	Полное название	Погрешность, %
ДАК-СО2	Газоанализатор для определения содержания углекислого газа	0,025
БГРТ03-ДПИ	Блок гальванического распределения унифицированного токового сигнала	0,2
МСКУ	Микропроцессорный субкомплекс контроля и управления	0,2
РМОТ	Рабочее место оператора-технолога	Не вносит погрешность

3.3 Описание основных элементов измерительного канала и их

метрологические характеристики

3.3.1 Блок гальванического распределения унифицированного токового сигнала БГРТ3-ДПИ

Блоки предназначены для гальванической развязки и формирования шести идентичных выходных сигналов из входного токового сигнала.

Они устанавливаются в шкафах распределения унифицированного токового сигнала РТ-М и РТ-М-Д.

Так же они служат для приема и распределения выходного сигнала и возможности контроля наличия входных и выходных сигналов, сигнализации о выходе из строя блока и т.д. В данном ИК используется функция аналого-цифрового преобразования.

Таблица 3 – Технологические и метрологические характеристики БГРТ03-ДПИ

Технические характеристики

Метрологические характеристики

1. Условия функционирования (нормальные): - температура окружающего воздуха: +5 ÷ +550С; - относительная влажность: от 40 до 90% при t = 300С; - атмосферное давление: от 84 до 107 кПа. 2. Входное сопротивление с выходными сигналами 0 – 5 мА не превышает 1,01 кОм, с выходными сигналами 0 – 20мА – 250 кОм. 3. К входу преобразователей подключаются выходные цепи первичных или нормирующих преобразователей с унифицированными токовыми выходами с диапазонами 0-5мА, 0-20мА. 4. Средний срок службы блоков не менее 10 лет. Техническое обслуживание 1 раз в год. Среднее время восстановления блоков не более 1 часа. 5. Параметр потока отказов блоков не превышает 4,0*10-6 1/ч, а составляющая вероятность Р(8000) = 0,97

1. Нормальные условия, при которых нормируются метрологические характеристики: - температура окружающего воздуха: (20 ± 2)0С; - относительная влажность: (65 ±15)% - атмосферное давление: от 84 до 107 кПа. 2. Предел допускаемой основной приведенной погрешности для БГРТ не должен превышать ±0,2%. 3. Дополнительная погрешность, вызванная воздействием помех нормального вида амплитудой 10В и частотой 50Гц не должна превышать ±0,1%.. 4. Дополнительная погрешность, вызванная воздействием помехи общего вида амплитудой 100В, не должна превышать ±1 %. 5. Дополнительная погрешность, вызванная изменением напряжения питания на ±5% не должна превышать ±0,2%. 6. Дополнительная погрешность, вызванная изменением температуры окружающего воздуха от плюс (20 ± 2)0С на каждые 100С в диапазоне изменения температур от +50С до +550С, не должна превышать ±0,1%. 7. Дополнительная погрешность при верхнем значении относительной влажности окружающего воздуха (90%) и температуры (300С) не должна превышать ±0,1%.

Блоки выдают на контакты А2-Б30 сигнал «Неисправность» (при отсутствии одного из выходных сигналов и наличии входного) замкнутым «сухим» контактом в АСУТП. Ток нагрузки через «сухой» контакт не более 100 мА при напряжении на контактах не более 30 В.

Блоки выдерживают без повреждений отключение нагрузки по любому из выходных сигналов. При этом отключение нагрузки (или короткое замыкание) любого выхода блока не влияет на работу остальных выходов.

Программно-технические средства диагностики блоков обеспечивают контроль основных элементов, основных функций и параметров блоков.

Блоки обеспечивают выдачу диагностической информации по цифровому каналу связи с помощью интерфейса RS-485. Состав диагностической информации:

• номер места блока в шкафу;

• тип блока;

• номер блока;

• наработка блока;

• состояние флагов диагностики.

Программы для функционирования средств диагностики вводятся в блоки на этапе изготовления через технологический разъем и не могут быть изменены во время эксплуатации.

Программно-технические средства диагностики не влияют на выполнение блоками своих функций (при любых отказах аппаратных средств и нарушениях в работе программ).

Средняя наработка до отказа 125 000 ч, не менее.

Средний срок службы 15 лет, не менее.

Средний срок сохраняемости блоков, без переконсервации 3 года, не менее.

Блок имеет три основных узла: узел питания, узел преобразования входного сигнала в выходные и узел диагностики. Функциональная схема блока приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Функциональная схема блока

Узел импульсного преобразователя напряжения (на рисунке 4 не обозначен) преобразует напряжение электропитания блока плюс 15 В и минус 15 В в напряжения, которыми питаются ИЭТ блока.

Индикация диода светоизлучающего на лицевой панели блока свидетельствует о положительном результате тестирования основных элементов и функций блока, а отсутствие свечения - о наличии неисправности в системе диагностики блока.

Комплекс программно-технических средств внутриблочного уровня диагностики обеспечивает контроль параметров функционирования блока, принятие обобщенного решения о работоспособности блока вида «исправен - не исправен», прием запроса от контроллера системного уровня, установленного в шкафу, а также передачу контроллеру системного уровня информации о месте блока в шкафу, типе блока, времени наработки блока, номере блока, состоянии функциональных узлов блока.

Проверка работоспособности (диагностирование) блока осуществляется путем сравнения сигнатур управляющих воздействий и сигналов в различных точках схемы блока с образцовыми сигнатурами, записанными в память микро-контроллера блока, и выдачи по запросу сигналов о состоянии блока.

Передача диагностической информации (постоянный циклический опрос блока) осуществляется по цифровому каналу связи с помощью интерфейса RS-485.

Входной сигнал 0-5 мА (4-20 мА) поступает на входные контакты блока и преобразуется в цифровую форму двенадцатиразрядным аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и через узел гальванической развязки в контроллер блока, где происходит обработка сигнала. С выхода контроллера сигнал поступает на шесть аналого-цифровых преобразователей, которые управляют генераторами тока. С генератора тока сигнал поступает на контакты выходного разъема блока. В случае наличия неисправности в блоке на контактах разъема возникает сигнал «НЕИСПРАВНОСТЬ» [5].

Номинальная статическая характеристика представлена на рисунке 5.

;

I_БГРТ=kI+b,

где k=1; b=0;

γ = ±0,2%;

Δ = ±0,032 мА; мА

Рисунок 5 - Номинальная статическая характеристика

3.3.2 Микропроцессорный субкомплекс контроля и управления (МСКУ)

Микропроцессорные субкомплексы контроля и управления (МСКУ) -

программируемые контроллеры, осуществляющие прием и обработку информации от объекта, управление технологическим оборудованием, регулирование параметров техпроцесса, защиту оборудования и блокировки аварийных

процессов. Они могут также использоваться в качестве автономных систем контроля и управления.

Функционирование осуществляется под управлением микропроцессорных контроллеров в соответствии с рабочей программой, хранящейся в оперативной или многократно программируемой постоянной памяти.

МСКУ реализуют широкий спектр функций, от простых операций ввода-вывода до сложных алгоритмов управления и регулирования.

Средства связи с объектом предназначены для ввода в МСКУ различных типов аналоговых и дискретных сигналов, характеризующих состояние объекта и состояние технологического оборудования, а также для формирования и выдачи управляющих воздействий на различные исполнительные механизмы и устройства.

Каждый блок является конструктивно автономным и функционально законченным изделием. МСКУ содержит ядро, состоящее из трех микропроцессорных контроллеров, соединенных между собой специальными связями. Подключение различных устройств ввода-вывода: дисплеев, устройств печати, функциональных клавиатур, пультов, щитовых устройств цифровой и алфавитно-цифровой индикации, а также выход в локальные сети обеспечивается через блоки связи по интерфейсам RS-485, RS-232C, ИРПС, МАПС.

МСКУ обеспечивает выполнение необходимых пользователю функций из следующего набора:

− прием и преобразование в код аналоговых входных сигналов;

− прием дискретных, импульсных входных сигналов;

− формирование и выдача дискретных выходных сигналов;

− выполнение всех арифметических действий;

Основные особенности:

- являются средствами измерений;

- поставляются как заказные изделия с комплектами эксплуатационной документации, запасных частей, программным обеспечением;

- совокупность блоков связи с объектом обеспечивает ввод/вывод практически всех типов аналоговых и дискретных сигналов, определенных действующими стандартами;

- компонуются в напольных шкафах со степенью защиты IP43 [6].

Внешний вид МСКУ представлен в Приложении В.

Таблица 4 - Микропроцессорные субкомплексы контроля и управления (МСКУ)

Технические характеристики

Метрологические характеристики

Нормальные климатические условия эксплуатации: - Эксплуатационная температура 5-50 °С; - Относительная влажность воздуха при t=35°С 95% ; - атмосферное давление от 84 до 107 кПа. МСКУ устойчивы к воздействию: - к воздействию магнитных полей (напряженность) 400А/m; - к воздействию электрических полей (напряженность) 5kV/m; - температуры окружающего воздуха от плюс 5 до плюс 400С; - относительная влажность воздуха от 40 до 90%; - вибрации частотой 25 Гц и амплитудой до 0,1 мм. Длина линии связи аналоговых датчиков не более 500 м. Длина линии связи дискретных датчиков не более 1000 м. Напряжением 220В ±10%; Субкомплекс обеспечивает прием унифицированных аналоговых сигналов постоянного тока 0-5мА, 0-20мА, 4-20мА. Функция преобразования канала аналогового ввода от входа субкомплекса до выхода АУП является линейной. Интерфейсы связи: сеть Ethernet 10/100 BASE-T, RS-485; Сейсмоустойчивость до 8 баллов на высоте 30 m;

- предел допустимой приведенной погрешности преобразования ±0,2%; - дополнительная погрешность, вызванная изменением температуры окружающей среды относительно (20 ±2)0С в диапазоне температур от +5 до +400С не превышает ±0,1 % на каждые 100С; - дополнительная погрешность, вызванная изменением относительной влажности окружающего воздуха в диапазоне от 40 до 90%, не превышает ±0,1 %; - дополнительная погрешность, вызванная воздействием помехи общего вида амплитудой 100В или нормального вида амплитудой 10В и частотой 50Гц, не превышает значения ±0,2 %; -погрешность программной линеаризации характеристик датчиков термосопротивления и термопар не превышает ±0,1%. - Время опроса одного канала без программной обработки не превышает 300нс. - Входное сопротивление БГРТ в МСКУ – (200±2) Ом. - В метрологических характеристиках субкомплекса приводятся погрешности аналогово-цифрового преобразования γ 0,95 = ±0,2%, погрешность линеаризации ±0,1%

Номинальная статическая характеристика представлена на рисунке 6.

;

где N_вых – десятичное значение выходного кода;

I_вх – значение входного сигнала, мA;

I_д - верхнее значение тока входного сигнала, mA.

Рисунок 6 - Номинальная статическая характеристика АЦП в МСКУ

3.3.2.1 Принцип работы АЦП в МСКУ

В МСКУ используется АЦП с поразрядным уравновешиванием. Функциональная схема АЦП представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Функциональная схема АЦП

На вход сравнивающего устройства СУ подаются преобразуемое напряжение постоянного тока U_x и опорное напряжение U_к с выхода цифро-аналогового преобразователя. В процессе преобразования U_к изменяется по определенной программе, приближаясь к U_x . Эту програм­му реализует устройство управления УУ, содержащее: генератор прямоугольных импульсов G; распределитель импульсов РИ; регистр Рг, состоящий из набора триг­геров, разделенных на группы по 4 триггера, каждая из которых представляет в нормальном двоичном коде цифру числа отсчетов; логические элементы И и ИЛИ. Количество триг­геров в регистре и логических элементов И и ИЛИ опре­деляется количеством разрядов кода. ЦАП преобразует показания регистра в U_k, учитывая величину ступени квантования q [3].

3.3.3 Рабочее место оператора-технолога (РМОТ)

РМОТ предназначено для предоставления информации оператору – технологу о ходе технологического процесса и состоянии оборудования.

РМОТ выполняет следующие функции:

1)Отображение по командам оператора на цветных графических дисплеях фрагментов мнемосхем объекта управления и таблиц с индикацией значений параметров и состояния оборудования;

2)Отображение по командам оператора на символьном дисплее текущих значений параметров;

3)Отображение на экранах информации об отклонениях значений параметров;

4)Отображение на экране символьного дисплея сообщений о событиях, происходящих с параметрами и оборудованием, представленными на формате, индицируемом на экране;

5)Отображение на экране символьного дисплея информации о невыполнении оборудованием команд защит и блокировок при возникновении условий срабатывания защит и блокировок;

6)Отображение на экране группы аналоговых параметров в виде гистограмм по заранее сформированному списку;

7)Сигнализация на клавиатуре РМОТ отклонений по важным параметрам;

8)Адресный режим, позволяющий определить цифры параметров, выводимых на вызванный формат;

9)Звуковая сигнализация;

10)Получение справки по аналоговым и дискретным параметрам.