P align=justify>В рамках решения этой проблемы была выработана концепция единого универсального модуля, который бы сочетал в себе измерительную, цифровую-расчётную часть, сигнализирующую (коммутирующую внешние цепи при срабатывании уставок), цифровой интерфейс, универсальную токовую петлю, возможность автономной работы, установку модуля беспроводной связи и решал задачи интеграции в АСУ ТП.
При этом предложено использовать магнитный абсолютный энкдер (датчик угла поворота), показывающий текущую координату своего положения сразу при включении, без необходимости прохождения референтных отметок.
В модуле данная функция реализуется посредством микросхемы AS5043, производства Austriamicrosystems AG, которая представляет собой бесконтактный энкодер угла поворота с диапазоном 360о и разрешающей способностью 10 бит, что позволяет отслеживать положение стрелки с точностью 0.35о. Также имеется возможность установки энкодера AS5045 с разрешающей способностью 12 бит, что позволило бы отслеживать положение стрелки с точностью в 0.0875о, такой энкодер прекрасно подойдёт для оснащения высокоточных стрелочных приборов.
Рисунок 1. Функциональная схема прибора.
На рис.1 приведена функциональная схема прибора, которая включает в себя прибор с установленным на ось стрелки магнит из материала NdFeB, энкодер AS5043, связанный со стрелкой прибора магнитной связью, микропроцессор с запрограммированной математической моделью шкалы для устранения возможной нелинейности шкалы, блок сигнализации-коммутации с поляризованными реле, блок индикации и интерфейсный блок для интеграции в АСУ ТП. Использование поляризованных реле в блоке коммутации обуславливается их высокой скоростью переключения и тем, что энергия тратится лишь на переключение их из одного положения в другое, что позволяет значительно снизить энергопотребление прибора и сохраняет его функцию при кратковременном отключении напряжения питания.
Рисунок 2. Модифицированный прибор МП—100.
Данными модулями были оснащены следующие серийные стрелочные приборы — НП-100 и МП-100 производства НПО «ЮМАС» и МП-3У, ДМ-8008-ВУ-У2 производства ОАО «Манотомь ». Для установки модулей приборы прошли следующие доработки (рис. 2) — в корпус приборов устанавливался коммуникационный разъём (6), на стрелку прибора устанавливался магнит BMN-35H (1) осуществляющий магнитную связь между стрелкой прибора и энкодером, к циферблату прибора, посредством латунных стоек (4) смонтирована плата включающая в себя энкодер (2), стабилизатор питания (5), микропроцессор (3) и сигнальные интерфейсы (5).
Рисунок 3. Модифицированный прибор ДМ—8008—ВУ—У2
Жидконаполненный, виброустойчивый прибор ДМ-8008-ВУ-У2 (рис. 3) оснащён коммутационными выходами, к которым подключается устройство разгрузки контактов УРК (3), производства ОАО «Манотомь», для коммутации высоковольтной нагрузки и сигнализации срабатывания уставок. Уставки задаются путём подачи порогового значения давления и запоминания этого значения по сигналу с пульта через инфракрасный канал (ИК) (2). Срабатывание уставок индицируется зажигающимися на плате электроники миниатюрными световыми диодами (1).
Рисунок 4. Конструкторская идея модифицированного прибор ДМ 5012—Сг в корпусе 160мм.
Конструкторская идея модернизации сигнализирующего манометра ДМ 5012 Сг (рис. 4 ) представляет собой более интересную задачу в виду необходимости указания уставок. Здесь на внешней стороне циферблата имеются лишь кронштейн с закреплёнными на него энкодером и механизмом задания уставок со стрелками, показывающими текущее положение уставок. Механизм задания уставок представляет собой два подстроечных резистора, на оси которых монтируются стрелки указывающие уставки. Сигнал с резисторов принимается в АЦП микропроцессора, где оцифровываются и сопоставляются с текущим цифровым положением стрелки прибора. Блок с микропроцессором, разъёмами, коммутационными, цифровыми и аналоговыми интерфейсами располагается на задней стенке прибора. Опытный образец данного прибора с установленным модулем уже проходит стендовые испытания.
Рисунок 5. Внешний вид установки для проверки модуля.
Модули имеют два режима работы - калибровка и измерение.
1)В режиме калибровки производится установка нуля и путём совмещения стрелки с контрольными точками шкалы в микропроцессор процессор записывается закон аппроксимации шкалы, а также запоминаются значения уставок (min/max).
2) В режиме измерение (рис. 5.) производится преобразование поворота стрелочного индикатора энкодером в виде аналогового сигнала пропорционального показанию прибора или цифрового значения показаний прибора.
Проверка модулей проводилась на установке (рис. 5) которая состоит из воздушного пресса, эталонного многопредельного прибора ДМ 5002, цифрового измерителя токовой петли ЦИ 5003 Б/1 и проверяемого модифицированного прибора с установленным энкодерным модулем. В ходе проверки и измерений, на прямом и обратном ходу были получены данные:
— Приведенная погрешность к ВПИ, прямой ход — 0,71%
— Приведенная погрешность к ВПИ, обратный ход — 0.67%
В проведённых измерениях показания модуля без калибровки, использующий лишь линейное распределение по углу поворота стрелки. Измеренная приведённая погрешность устраняется при калибровке модуля по 9 опорным точкам шкалы:
— Приведенная погрешность к ВПИ после калибровки, прямой ход — 0.2%
— Приведенная погрешность к ВПИ после калибровки, обратный ход — 0.24%
Процесс модернизации стрелочного прибора в электронный прибор на сегодняшний день уже не представляет собой сложную задачу, что и показывают результаты данных доработок. Установка в прибор данного модуля требует от существующих приборов минимально доработки (стойки платы, интерфейсный разъём, увеличение высоты обечайки). Конечно, сам модуль нуждается в дальнейшей проработке и модернизации в плане минимизации электроники и снижения энергопотребления, но и существующая конструкция способна успешно выполнять задачи интеграции стрелочных приборов в современные АСУ ТП.
Компания
"Промышленные страницы Сибири" №11 (70) ноябрь 2012 г. Никита Тимошенков, аспирант, ведущий специалист СКБ ОАО «Манотомь».
|
