- •Автоматизация измерений, контроля и испытаний
- •Введение. Основные определения и термины
- •1. Принципы построения измерительных систем
- •1.1. Ввод аналоговых сигналов в измерительных системах
- •1.1.1. Датчики измерительных систем и устройства согласования
- •1.1.2. Измерительные коммутаторы
- •1.1.3. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
- •1.2. Оценка системных параметров многоканальных измерительных систем
- •1.3. Каналы передачи данных (интерфейс)
- •1.4. Устройства и системы ввода/вывода фирмы National Instruments
- •1.4.1. Системы согласования сигналов scxi и scc
- •1.4.2. Многофункциональные платы и устройства для сбора данных
- •1.4.3. Модульные измерительные системы стандарта pxi
- •1.4.4. Система распределенного ввода/вывода и промышленного управления FieldPoint
- •1.4.5. Реконфигурируемая контрольно-измерительная система CompactRio
- •1.5. Система дистанционного измерения и сбора измерительно-диагностической информации
- •1.5.1. Общая структура системы
- •1.5.2. Измерительная часть автоматизированной системы дистанционных измерений
- •1.5.3. Алгоритмы работы автоматизированной системы дистанционных измерений
- •1.5.4. Разработка схем подключения средств измерения
- •2. Сигналы и методы их исследования
- •2.1. Общие характеристики электрических сигналов
- •2.2. Методы исследования прохождения сигналов
- •2.3. Динамические модели преобразователей сигналов
- •2.4. Механические, тепловые и электрические аналогии
- •2.4.1. Механические элементы
- •2.4.2. Тепловые элементы
- •2.4.3. Электрические элементы
- •2.5. Фильтры
- •2.5.1. Фильтры нижних частот
- •2.5.2. Фильтры верхних частот
- •2.5.3. Полосовые фильтры
- •2.5.4. Полосно-подавляющие фильтры
- •3. Аналоговая обработка сигналов
- •3.1. Операционные усилители. Основные свойства
- •3.2. Параметры и характеристики оу
- •3.3. Обратная связь в усилителях
- •3.4. Влияние ос на параметры усилителей
- •3.5. Применение операционных усилителей
- •3.5.1. Инвертирующий усилитель
- •3.5.2. Неинвертирующий усилитель
- •3.5.3. Суммирующий усилитель
- •3.5.4. Дифференциальный усилитель
- •3.5.5. Измерительный усилитель
- •3.5.6. Интеграторы
- •3.5.7. Дифференциаторы
- •3.5.8. Нелинейные преобразователи на оу
- •3.6. Активные фильтры
- •4. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи
- •4.1. Электронные ключи и коммутаторы
- •4.2. Цифро-аналоговые преобразователи
- •4.2.1. Общие положения
- •4.2.2. Цап с суммированием токов
- •4.2.3. Цап с внутренними источниками тока
- •4.2.4. Сегментированные цап
- •4.4.5. Цифровые потенциометры
- •4.2.6. Цап прямого цифрового синтеза
- •4.2.7. Параметры цап
- •4.3. Аналого-цифровые преобразователи
- •4.3.1. Общие положения
- •4.3.3. Ацп последовательного приближения
- •4.3.4. Последовательно-параллельные ацп конвейерного типа
- •4.3.5. Сигма-дельта ацп
- •5. Цифровая обработка сигналов
- •5.1. Общая характеристика цифровых сигналов и цифровых микросхем
- •5.2. Основы алгебры логики
- •5.3. Логические элементы
- •5.3.1. Типы логических элементов
- •5.3.2. Параметры логических элементов
- •5.4. Построение комбинационной логической схемы по заданной функции. Минимизация логических функций
- •5.5. Типы выходных каскадов цифровых элементов
- •5.6. Сложные логические элементы
- •6. Функциональные устройства на цифровых микросхемах
- •6.1. Системы счисления
- •6.2. Дешифраторы и шифраторы
- •6.3. Мультиплексоры и демультиплексоры
- •6.4. Компараторы кодов
- •6.5. Сумматоры
- •6.6. Триггеры
- •6.7. Регистры
- •6.8. Счетчики импульсов
- •6.9. Автоматизированные измерительные системы
- •Заключение
- •Библиографический список
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
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
Внешний вид контроллера cFP приведен на рис. 1.27.
Рис. 1.27. Внешний вид
контроллера серии Compact Field Point
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
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.