к основным функциям и техническим характеристикам мцк относятся: контроль от 40 до 500 величин; допусковый контроль по одной - четырем уставкам каждой величины; сигнализация, измерение и регистрация величин, отклонившихся от установленных норм; периодическое, например через 10, 20, 30, 60 мин, измерение и регистрация значений контролируемых величин; измерение контролируемых величин по вызову оператора; связь с эвм. в ряде случаев мцк выдает сигналы двухпозиционного регулирования.

nzi5

и

Фгы Фгоз ±ть In

0,2/0,1

jul3(Z-1D)

Ф-250

Х1>св; 1

WM-23 41=

Рис. 14.26. Структурная схема МЦК типа К-200

в дальнейшем ограничимся рассмотрением только структурных схем и алгоритмов некоторых характерных цифровых мцк и мцк с аналоговым каналом контроля и цифровым каналом измерения.

На рис. 14.26 представлена упрощенная структурная схема одной из модификаций параллельно-последовательной цифровой мцк типа к-200 [14.5] с каналом контроля, работающим по алгоритму <1 (СН : Z, \ Dch, DCb) >.

в системе предусмотрены циклический, циклический разовый и адресный режим работы. При циклическом режиме частота опроса напряжений при работе коммутатора от внутреннего генератора 0,5+0,1; 1+0,2; 10±2 Гц и от внешнего генератора - до 50 Гц.

СЛСА для циклического разового режима работы при выполнении операций контроля и регистрации результатов измерения с помощью цифропечатающей машинки имеет следующий вид:

ф(в) ф(1=1)ГФ(1: = i+l)Xl(t ur, 1,8-10-3) I( i/Zb 0,6-10-з)Х х{[1(3; 2-10/3; 10; 10-10- ) 1(ш:2-, 100-10-з)]х Х11[<1(СН:2 IjDch, Dcb; 100-10-3)xI(R:Dch z, DCb I > DCb I < Dc ) ]} Xfo (г=n) ~1 Ф (e).

Рядом с видом производимого преобразования в СЛСА показаны времена, необходимые для его выполнения. Если времена преобразования в СЛСА не указываются, значит, ими при рассмотрении суммарного времени можно пренебречь. В представленной СЛСА с этой точки зрения можно было бы не указывать и время преобразования кодов. В рассматриваемом частном случае для реализации заданного режима работы можно выбрать частоту внутреннего генератора 0,5 и 1 Гц.

Рис. 14.27. Структурная схема МЦК с раздельными каналами измерения и контроля:

Коммутаторы: СТ-канала контроля; те - снгнЕлизацни: КИ -капала измерения

Наиболее быстрый режим работы системы, по-видимому, связан с измерением и записью результатов измерения на ленточном перфораторе ПЛ-150. В этом случае нормальная работа возможна при частоте управляющих импульсов до 50 имп./с, что следует из СЛСА:

Ф(В) у(г = 0) L*( : = -f l)<I(t .z,; 2,4-10-)>Х Xl(W:Zb 15-10-) со(г=йП Ф(Е).

Структурная схема МЦК с раздельными каналами измерения и контроля представлена на рис. 14.27. Унификация сигналов от измерительных цепей в САК выполняется индивидуально в каждом канале. В САК производятся измерение и регистрация контролируемых величин при выходе их за пределы зоны допуска. Основной алгоритм работы САК описывает выполнение системой циклического режима допускового контроля:

ЦХо/Х^) {(р{КК; КСг, г=1, 2,...,40; At)X[l{C АС

ACs/Chu Acu, Ac2i) III(Хи/Хш)]I[ {xni-c i) =AXui] X

XI (iMxHi) I (CH : kAx i, II Acu, Aczt) ]} X

- индивидуальная унификация, коммутация в узле КК и контроль;

Хсо [xiN) [I (S : Di) IIФ (Xni/Zi) III (R : Dt) ] X

- фиксация результатов контроля;

Хф(КИ, О 1(Хн/х„г) Iix i/Zi) I(W: Zi, N, Т*; iOAt)

- коммутация в узле КИ, измерение величины, отклонившейся от нормы.

Здесь С„ - номинальное значение величины, а ACj и ДСг - нижняя и верхняя зоны допуска соответственно. Время измерения равно 40 At=4 с, т. е. такое же, какое необходимо каналу контроля для того, чтобы проконтролировать 40 величин. Это сделано для того, чтобы одна и та же измерительная цепь не была подключена к каналам контроля и измерения.

Метрологические характеристики приведенных МЦК соответствуют средним данным таких машин.

Обязательными функциональными устройствами современных УВМ (рис. 14.28) и УВК (рис. 14.29) являются малые ЭВМ или устройства из микропроцессорных наборов, соединенные с устройством связи с объектом [14.6-14.8].

В 60-70-х годах нашей промышленностью выпускались УВМ Днепр-1 и Днепр-2 (широкого назначения), специализиро-.

УВМ

УСО

Измерительная часть

Возвейстбие на объект

и

------1

Стандартное \ перисрерийное oSopy додан ие j

J

Рис. 14.28. Структурная схема УВМ

УВК

I-----------

I УСО

L + 1

Стандартное \перисрерийное оборудование

Рис. 14.29. Структурная схема УВК

ванные УВМ типа ИВ-500 и др. Эти машины имели относительно невысокое быстродействие (десятки тыс. операций в секунду), относительно небольшие емкости памяти (примерно 4 Кслов); в качестве элементной базы в них использовались дискретные элементы, поэтому они имели довольно большие габариты и относительно высокую стоимость. В дальнейшем были разработаны УВМ, входящие в агрегатный комплекс АСВТ-М ГСП. К ним относятся семейство УВМ М-40 (М-41, М-42, М-43, М-44), М-6000, М-7000, затем семейство СМ (СМ1, СМ2, СМЗ, СМ4 и др.). Кроме того, выпускаются УВМ гипа Электроника (К-200, К-2000, 60 и др.) и другие, не входящие в ГСП.

Технические характеристики и системное программное обеспечение ЭВМ, входящих в эти УВМ и УВК, были описаны в гл. 6.

Здесь уместно остановиться на специфической части УВМ и УВК - на устройстве связи с объектом (УСО). Устройство связи с объектом осуществляет операции сбора информации от объекта, включая коммутацию аналоговых и дискретных сигналов, аналого-цифровое преобразование, и операции выдачи сигналов, управляющих воздействием на объект, - цифро-аналоговые преобразования, распределение дискретных сигналов и т. п.

Остановимся на части УСО, связанной со сбором информации от объекта контроля; назовем сокращенно эту часть УСО-И.

Первые УСО-И выполнялись специально для использования в конкретной УВМ. В большинстве случаев принцип действия их измерительной части - параллельно-последовательный с выполнением процедур контроля в ЭВМ. При большом количестве источников информации в измерительной части используется двухступенчатая коммутация. В качестве типичного УСО-И можно представить измерительную часть УВМ ИВ-500, показанную на рис. 14.30 [14.8].

Сигналы от 12 групп по 40 измерительных схем с датчиками подключаются к коммутаторам первой ступени, выходы которых соединяются с коммутатором второй ступени.

Укрупненная СЛСА для режима периодического измерения имеет следующий вид:

X...l{XjK ,] 1Ф(/: = /+1) Ч^ ;..) I(;.,-M )I(S:2; )X

X >(i=12) 1ш(/ = 40Л.

В соответствии с этим алгоритмом одновременно коммутируются все i-e входные сигналы, а затем с помощью коммутатора второй ступени эти сигналы последовательно подключаются к аналого-цифровому преобразователю.

1,1 тг?

1 X1,i-;

(с

у х'-Ж

I(R:CHXji)

Рис. 14.30. Измерительная часть УВМ ИВ-500

Режиму контроля и измерения вышедших из допуска величин соответствует следующая СЛСА:

<Р(; = 1. /=1) ЬФ0:-=гЧ-1) ll(Jx.,)ll...lim%)-X X-ll 1Ф,(/: = Л-1)[1(/)11№/-/..-)1Х

Х<1(СН:х^..,-, С;)><о(х^.,еЛ) I(S:г^.,; DCi;]V)X

X со (У - 12) V (г -40)1-

В качестве датчиков в ИВ-500 могут использоваться термопары и термометры сопротивления, источники ЭДС постоянного тока О-50 мВ с внутренним сопротивлением не более 300 Ом, датчики с унифицированным выходом (О-10, -10-+10 В; О- 5, -5-f---5 мА), дифференциально-трансформаторные и другие датчики переменного тока частотой 50 Гц с выходным сигналом О-1,0 В и более (с внутренним сопротивлением не более 300 Ом) и 0-5 мА.

В устройствах коммутации первой ступени размещены клем-мные колодки для подключения датчиков, мосты температурной компенсации термопар, собственно коммутатор, устройства, обеспечивающие получение выходных сигналов постоянного тока от датчиков сопротивления, температурную компенсацию и компенсацию изменения напряжения, а также питание дифференциально-трансформаторных датчиков.

Конструктивно в устройстве коммутации размещен и многопредельный показывающий прибор типа ПЛМ1-01 (погрешность ±0,5 7о), представляющий собой автоматический потенциометр с десятью шкалами, сменяющимися полуавтоматически; его входное сопротивление более 100 кОм, время прохождения шкалы 8 с.

Устройство коммутации первой ступени выполнено на реле с магнитоуправляемыми контактами в пылебрызгозащищенном корпусе, имеет скорость коммутации 5-10 переключ./с и пред-

назначено для установки непосредственно у объекта контроля. Групповые унифицирующие (нормализующие) элементы УН комплектуются устройствами для унификации сигналов постоянного тока БН-1 и переменного тока БН-2. Быстродействие этих элементов относительно высокое (время, необходимое для унификации, равно примерно 120 мс). Основная погрешность унифицирующих элементов ±0,5%. Унифицированные сигналы: -5-О-5 мА и -10-О-10 В постоянного тока.

Аналоговые унифицированные сигналы от всех 12 групп подаются на групповой коммутатор, выполненный на полупроводниковых транзисторных ключах. Скорость переключения группового коммутатора (60-120 переключ./с) и управление его работой обеспечивает последовательное подключение к АЦП за один такт коммутации первой ступени 12 одноименных датчиков. Следовательно, суммарное время измерения и 1Шнтроля 480 датчиков определяется скоростью работы группового коммутатора и составляет 8 или 4 с.

Аналого-цифровой преобразователь поразрядного уравновешивания используется для измерения и для сравнения цифровых уставок со значениями контролируемых параметров. (Время работы АЦП примерно наполовину занято операциями контроля. Следовательно, быстродействие АЦП должно быть не менее 200 измерений/с.) В последнем случае цифровое значение уставок преобразуется в аналоговую величину, однородную со входной величиной. Устройство сравнения АЦП спужит для определения знака разности между уставкой и контролируемой величиной.

Для каждого контролируемого параметра можно установить по четыре уставки (две мало - много предупредительной и две мало - много аварийной сигнализации).

Результаты контроля передаются к устройствам сигнализации, конструктивно объединенным с устройствами нормализации. Устройства сигнализации содержат релейные устройства памяти (действующие в течение полного цикла измерения и контроля), местное табло сигнализации и устройства выдачи сигналов на регуляторы.

Цифровые значения контролируемых величин подаются для дальнейшей обработки в вычислительное устройство.

На центральном информационном пульте оператора имеются групповые индикаторы аварийной (непрерывный сигнал) и предупредительной (прерывистый сигнал) сигнализации, адресные переключатели, контроль уставок и параметров, вызов на регистрацию по адресу, управление общим вызовом на регистрацию, контроль исправности основных блоков машины и др.

ИВ-500 имеет следующие характеристики. Цикл опроса точек (через 5 с) от 5 до 60 с; скорость периодической регистрации (при двух печатающих устройствах) 2 точки/с; цикличность периодической регистрации 30, 60, 120 мин; скорость регистрации отключения 2,5 точки/с; основная погрешность измерения и конт-

роля для датчиков постоянного тока ±0,6 %, для датчиков переменного тока ±2,5 %; допускается установка нормализующих устройств на расстоянии до 100-200 м от коммутаторов.

На блоке котел - турбина мощностью 300 МВт период приработки для головных машин ИВ-500 составил 4450 ч, а установившийся период - 7850 ч, среднее время восстановления исправной работы после отказа составляет 2 ч.

Заметим, что наибольшее число отказов было вызвано неисправностями релейных и контактных устройств, а также устройств регистрации. Интенсивность отказов из-за этих неисправностей составляла от З-Ю- * до 20-Ю^ * 1/ч. Она уменьшалась в 2-4 раза в установившийся период по сравнению с периодом приработки.

Большинство УСО-И управляющих вычислительных машин и комплексов состоит из функциональных блоков, объединяемых с помощью цифровых интерфейсов. В состав измерительной части входят индивидуальные и групповые унифицирующие преобразователи, коммутаторы аналоговых (напряжений и токов низкого и высокого уровней, частотно-модулированных колебаний и т. п.), дискретных двухпозиционных и кодой.мпульсных сигналов, АЦП и т. п.

Каждый тип УВМ и УВК в зависимости от основного назначения имеет свой набор функциональных блоков, который может поставляться в УСО-И.

Ниже в качестве примера приводится описание набора агрегатных модулей УСО-И УВК типов СМ-1 и СМ-2, предназначенных Для использования при автоматизации технологических процессов [14.9]. Логическая часть модулей реализована на базе микросхем серии К155, аналоговая часть - на микросхемах серий К284, К140 и др. Модули имеют выход на унифицированный интерфейс 2К. Далее рассматриваются только модули ввода аналоговых и дискретных сигналов (рис. 14.31).

Аналого-цифровой преобразователь А611-19 имеет входное сопротивление 2 МОм, подавление продольной помехи более 60 дБ, основную погрешность ±0,1% и время преобразования 20 мкс.

Аналого-цифровой преобразователь А611-20 управляется программным путем. Это дает возможность использовать различные алгоритмы, осуществлять сравнение с уставками (см. ИВ-500), изменять время преобразования. Видимо, такие АЦП целесообразно выполнять совместно с микропроцессорами. Может быть, их полезно использовать в распределенных САК.

Коммутаторы А612-10 и А612-11 (бесконтактные) позволяют коммутировать 32 или 2x16 источников информации. Время переключения менее 4 мкс, погрешность коэффициента передачи примерно 0,05%, диапазон коммутируемых напряжений ±10 В (±5 В). Модуль выборки и запоминания напряжений А613-3 (±5 В) имеет три независимых канала с операционными усилителями, запоминающими конденсаторами и ключами. Ключи служат для поочередного подключения запомненных напряжений к

АЦП. Запоминающие устройства могут работать в режимах слежения и запоминания. Основная погрешность при времени сохранения сигнала 10 мс не превышает ±0,1%- Время запоминания при скачкообразном изменении сигнала от О до ±5 В равно примерно 5 мкс.

Модуль А612-12 служит для коммутации сигналов низкого уровня (10, 20, 50 и 100 мВ) и их нормализации (до 5 В).

Коммутатор 16 дискретных сигналов (А622-8) с уровнями 6, 12 или 24 В может работать в режиме ввода инициативных сигналов (с прерываниями при изменении их состояния) и по заданной программе.

Для гальванической развязки цепей с дискретными сигналами используются модули А621-1 - А621-3 с быстродействующими оптронными переключателями, обеспечивающими сопротивление

Рис. 14.31. Модули ввода аналоговых и дискретных сигналов УСО-И, СМ-1, СМ-2

AS1-7

ШЗ-11

±10 в

1 A612~1S

AS211,Z,3

Выносное устройство

Кросс

Сопряжение 2К А oil-19

A611-2D

AB12-1D

(г

A61Z-12

>

AGIS-J 17

AGZZ-8

МОХ

A6ZZ-S

МОХ

Аналоговая шина

СогпасЬватапь ввода-вывода

гальванической развязки 10 Ом и проходную емкость менее 50 пФ.

Выносные измерительные нормализующие преобразователи сигналов от термопар и термометров сопротивления (А614-7), от дифференциально-трансформаторных датчиков (А614-2) имеют время преобразования 1 и 50 мс и основную погрешность преобразования ±0,4 и ±0,5%.

Выносной коммутатор А612-15 позволяет коммутировать 16 трехполюсных цепей с напряжением ±10 В или током ±5 мА с основной погрешностью ±0,05 и ±0,1%. Время коммутации 5 мс.

Выносные устройства могут быть удалены до 500-1000 м и расположены непосредственно на объекте. Это позволяет существенно упростить коммуникации между датчиками и УВМ.

Рассмотрим В качестве еще одного примера машину М-40-43./2 [14.10]. Эта машина выполняет сбор и унификацию сигналов от аналоговых и дискретных источников информации, допусковый контроль состояния параметров непрерывных и дискретных технологических процессов, выдачу информации на мнемосхемы, периодическую регистрацию и вывод текущих значений параметров на перфоленту, регистрацию и сигнализацию параметров, отклонившихся от нормы. Кроме того, М-40 может выполнять операции двухпозиционного регулирования, а также обмениваться информацией с УВМ М-400, М-6000 и др.

Машины типа М-40-43 выполнены на основе типовых ФВ и конструкций АСВТ-М ГСП и интерфейса 2К (см. гл. 5).

Структурно М-40-43-3 (модификация, предназначенная для контроля непрерывных и дискретных технологических процессов) состоит Ис! (рис. 14.32) устройства центрального управления (УДУ) и УСО (ближнего действия и телемеханического'- с блоками телемеханической связи - ETC). Кроме того, есть блок периферийных устройств, включающий алфавитно-цифровой дисплей, связанный с промышленной телевизионной установкой, клавишные устройства ввода символьной и функциональной пн-формации, печатающее устройство DZM-\80.

Основные технические данные МЦК М-40-43:

Время выпмнения команды, мкс............. 2

Цикл чтения, записи, выборки, мкс............ <С4

Вывод на индикацию десятичных разрядов........ По 4

Максимальное количество знаков на экране дисплея.... До 2048

Время передачи символов, мкс.............. Ю-90

Входной сигнал постоянного тока, мА.......... О-5

Входной сигнал постоянного напряжения, В........ О-5

Скорость коммутации, переключений в секунду...... <4000

Класс точности измерительного тракта .......... 0,4

Скорость передачи телемеханической информации, кбод ... 24

В агрегатный комплекс АСВТ входит МЦК типа М-60, предназначенная главным образом для АСУ мощными электроблоками тепловых и атомных электростанций. Эта МЦК выполну.ет сбор и обработку сигналов от 4096 датчиков, сигнализацию об от-

Рис. 14.32. Структурная схема ЛЩК М-40-43

клонении до 512 параметров, измерение 384 параметров одновременно с помощью аналоговых сигнализирующих контактных приборов и вызов до 120 параметров (на цифровых приборах), регистрацию параметров периодическую и при выходе их за пределы нормального состояния.

В целях уменьшения потоков информации, повышения надежности работы систем, обслуживающих несколько объектов контроля, создаются распределенные САК. В них каждый объект контроля обслуживается своей подсистемой, содержащей измерительные цепи с датчиками, АЦП, устройства из микропроцессорных наборов и устройства сопряжения с управляющим центром- второй ступенью иерархической системы. Структура таких систем аналогична структуре распределенных ИВС.

Г л а в а 15

О СИСТЕМАХ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

Цели контроля, диагностики и распознавания образов различны: при контроле определяется соответствие текущих состояний объектов нормам, при диагностике - места и причины неисправ-