1.5.4. Разработка схем подключения средств измерения

Рассмотрим выбор и обоснование конфигурации аппаратного обеспечения автоматизированной измерительной системы для сбора и обработки диагностической информации.

Исходные данные. Выбор структуры аппаратного обеспечения, типов датчиков, аппаратуры первичной обработки выходных сигналов датчиков, а также устройств сбора измерительно-диагностической информации осуществлялся на основании исходных данных о диапазоне и погрешности измеряемых параметров.

Выбор датчиков. Выбор датчиков считается весьма важным этапом при разработке измерительной системы, поскольку датчики создают измерительную информацию и являются первичным ее источником. Последующая цифровая обработка сигналов датчиков не дает существенного улучшения качества измерительной информации, поскольку принципиально нельзя извлечь больше информации, чем ее содержится в первичном источнике.

Таким образом, при выборе датчика необходимо стремиться к тому, чтобы по возможности датчик был точным, быстродействующим и имел линейную характеристику преобразования. Однако при этом следует соблюдать баланс между ценой инженерного решения измерительной задачи и ценой полезности полученного практического результата, если задача будет решена.

Датчики в своем составе содержат устройство для нормировки сигнала, термокомпенсации, а также для линеаризации калибровочной характеристики. Кроме того, датчики имеют стандартный выходной сигнал напряжения (0—5 В) или тока (4—20 мА). Таким образом, исключается необходимость в дополнительных устройствах обработки выходных сигналов датчиков.

Дополнительным оборудованием к датчикам являются блок питания и блок грозозащиты. Блок питания служит для электропитания датчиков давления. Блок грозозащиты необходим для защиты датчиков давления с выходом 4—20 мА (двухпроводная линия) от импульсных перегрузок, вызванных грозовыми разрядами и промышленными наводками.

Выбор устройства ввода/вывода для измерения и сбора данных. В качестве устройства для измерения и сбора измерительно-диагностической информации выберем промышленный контроллер серии Compact Field Point фирмы National Instruments.

Отдание предпочтения оборудованию данной фирмы обусловлено его высокой надежностью и точностью, что в сочетании с программным обеспечением LabVIEW позволяет строить высокопроизводительные и гибкие в конфигурировании автоматизированные измерительные системы, интегрируемые в локальные и глобальные сети. Последнее подразумевает возможность выполнения требуемых измерений и получение результатов дистанционно, например через сеть Интернет.

Контроллер серии Compact Field Point представляет систему распределенного ввода-вывода, объединяющую в себя программируемые контроллеры, а также различные измерительные и управляющие модули. Эта система, сочетая высокую производительность, компактность и надежность программируемых логических контроллеров с гибкостью и функциональностью ПК, предназначена для решения промышленных задач в условиях высоких ударных нагрузок, вибраций и экстремальных температур.

К cFP прилагаются сертификаты калибровки стандарта NIST для всех 8/16-канальных модулей аналогового ввода/вывода, что гарантирует высокую точность измерений. Каждый изолированный модуль ввода/вывода может изменять входной диапазон значений в зависимости от уровня измеряемого сигнала. Модули обладают возможностью фильтрации шума, автоматической температурной компенсации и калибровки.

Конфигурация контроллера cFP

Наименование устройства	Тип устройства	Кол-во
Процессорный модуль Модуль аналогового ввода сигналов напряжения или тока Модуль подключения термопар Платформа установки модулей на 4 слота Универсальная монтажная панель Монтажная панель для подключения термопарных датчиков Блок питания	cFP-2010 cFP-AI-100 cFP-TC-120 cFP-BP-4 cFP-CB-1 cFP-CB-3 PS-5	1 1 1 1 2 1 1

В соответствии с исходными данными выбрана конфигурация контроллера серии cFP, представленная в таблице.

Внешний вид контроллера cFP приведен на рис. 1.27.

Рис. 1.27. Внешний вид контроллера серии Compact Field Point

Процессорный модуль cFP-2010 является основой контроллера cFP и обеспечивает управление процессом измерения и накопления данных, а также сетевое взаимодействие через сеть Ethernet (10/100 Мбит) или последовательный интерфейс RS-232. Внешний вид лицевой и нижней панелей процессорного модуля показан на рис. 1.28.

Модуль подключения термопар cFP-TC-120 имеет следующие основные параметры:

возможность непосредственного подключения датчиков различных типов термопар (J, К, Т, N, R, S, Е и В);

Рис. 1.28. Лицевая и нижняя панели процессорного модуля контроллера cFP:

1 — сетевой порт Ethernet; 2 — последовательный порт RS-232; 3 — модуль памяти; 4 — световые индикаторы; 5 — DIP-переключатели; 6 — клавиша перезапуска; 7 — клеммы питания; 8 — терминалы цифрового вв/выв (для cFP-2020); 9 — последовательный порт RS-485 (для cFP-2020); 10 — последовательный порт RS-232 (для cFP-2020); 11 — последовательный порт RS-232

количество измерительных каналов — 8;

разрешение — 16 бит;

возможность задания индивидуальной конфигурации для каждого канала в отдельности;

возможность «горячей» замены модуля;

диапазон рабочих температур — 40—70 °С;

подавление шумов на частоте 50/60 Гц.

Модуль аналогового ввода сигналов (напряжения или тока) cFP-AI-100 имеет следующие основные характеристики:

количество измерительных каналов — 8;

разрешение — 12 бит;

измеряемые диапазоны напряжений — ±1 В, ±5 В, ±15 В, ±30 В, 0—1 В, 0—5 В, 0—15 В, 0—30 В;

измеряемый диапазон токовых сигналов — 0—20 мА, 4—20 мА, ±20 мА;

максимальная частота дискретизации по всем измерительным каналам — 360 Гц.

Монтажные панели cFP-CB-1 и cFP-CB-3. Монтажная панель cFP-CB-1 является универсальной и служит для подключения к измерительному модулю контроллера до 16 источников сигналов. Панель cFP-CB-3 предназначена для подключения к измерительному модулю сигналов датчиков термопар (до 8). Каждая из панелей имеет термочувствительный элемент, необходимый для компенсации температуры холодного спая при работе с термопарными датчиками.