УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ВХОДНОГО ЦИФРОВОГО КОДА В ВЫХОДНЫЕ АНАЛОГОВЫЕ СИГНАЛЫ ТОКА ИЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к области автоматизированных систем управления технологическими процессами (далее - АСУ ТП) и может использоваться на производственных объектах для диагностики состояния преобразователей цифрового кода в стандартизированные аналоговые сигналы.
На производственных объектах в системах автоматизации для организации передачи данных между различными объектами систем используется модуль аналогового ввода-вывода (далее - Преобразователь) [1, 2], который преобразуют цифровой код полученный от одного из объектов по протоколу Modbus (RS-485) в стандартизованный аналоговый сигнал: ток (4…20 мА; 0…20 мА) или напряжение (0…10 В; 0…5 В; -5…5 В), транслирующийся другому объекту.
Преобразователь является ведомым устройством, которое обнаруживает и принимает сообщение, на основании адреса в сообщении, а затем обрабатывает функцию, указанную кодом функции в сообщении, путем записи в память преобразователя (в регистр) переданного цифрового кода. После выполнения запрошенной функции ведомый передает ответное сообщение, содержащее информацию, подтверждающую выполненное действие. Преобразователь производит конвертацию по линейной характеристике цифрового кода, располагающегося в регистре данных, в стандартизированный аналоговый выход требуемого типа на основании проведенных настроек.
В настоящее время для определения причин неисправности преобразователя, требуется производить подключение к нему переносного персонального компьютера с предустановленными специализированным программным обеспечением, с помощью которого производить имитацию входного цифрового кода. Снятие выходного стандартизированного аналогового сигнала, требуется производить с помощью вспомогательного оборудования [3, 4], подключенного к преобразователю через клеммные колодки. На основании информации полученной с персонального переносного компьютера от специализированного ПО и информации от вспомогательного оборудования, производится оценка состояния преобразователя. Недостатками данного способа являются:
высокая длительность и трудоемкость проведения диагностики вследствие того, что требуется использование двух устройств,
высокая сложность проведения диагностики по причине необходимости наличия знаний и умений использования персональных переносных компьютеров, вспомогательных устройств, специализированного ПО и операционных систем,
требуется выполнение дополнительных задач, заключающихся в подсчете и анализе полученных данных.
Задачей полезной модели является проведение оперативной диагностики преобразователей входного цифрового кода в выходные аналоговые сигналы тока или напряжения.
Технический результат - определение состояния преобразователей входного цифрового кода в выходные аналоговые сигналы тока или напряжения.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается путем разработки и применения устройства, представляющего собой микроконтроллер с программным обеспечением, реализующим алгоритм работы, с присоединенными к нему посредством встроенных шин данных драйвером связи UART/RS232, дисплеем, АЦП, управляющееся переключателем и кнопками, имеющее разъем для подключения к линиям связи Modbus и клеммник для подключения к линиям физических сигналов и питающееся от встроенной батареи.
На фигурах 1-3 представлен алгоритм работы устройства.
Перед работой устройство подключают на вход преобразователя посредством разъема DB9, через преобразователь интерфейсов RS232/485, а выход преобразователя подключают на клеммник, затем производят конфигурирование путем выбора в меню на дисплее параметров (адрес устройства Modbus, код функции устройства, адрес памяти, тип сигнала, диапазон, точность, время замера) посредством кнопок (вверх/выбор/вниз). После этого устройство задает по Modbus (используя указанные адрес устройства, номер и адрес функции) выходное значение преобразователя, перебирая заданный диапазон, и контролирует параметр на выходе, определяя время задержки и точность установления сигнала. После прохождения всего диапазона, на экран выводится результат тестирования: точность сигнала, максимальная/минимальная задержка, с возможностью посмотреть значения замеров используя кнопки управления.
Принципиальная схема устройства показана на фигуре 4.
Устройство представляет собой микроконтроллер (1) с программным обеспечением, реализующим установленный алгоритм работы, и обвязанный компонентами, обеспечивающими его работу. К микроконтроллеру присоединены драйвер связи UART/RS232 (2), дисплей (3) и АЦП (4) посредством встроенных шин данных. Устройство имеет переключатель PWR (5) для включения/выключения; кнопки S1, S2, S3 для управления; разъем DB9 (6) для подключения к линиям связи Modbus и клеммник (7) для подключения к линиям физических сигналов. Устройство питается от встроенной батареи типа «Крона» напряжением 9 вольт через dc/dc (8) стабилизатор на 5 вольт. Быстродействующий АЦП, выполненный на базе AD7714YNZ (24 бит, частота выборки 1000/сек), используется для оцифровки токового сигнала (посредством замера падения напряжения на высокоточном сопротивлении R4-50 Ом±0,1%) или сигнала напряжения постоянного тока. Сигналы с PIN1 и PIN2 управляют выбором устройства протокола SPI - дисплей или АЦП. Сигналы с PIN3, PIN4, ΡIΝ5 считывают состояние кнопок S1, S2, S3, подтянутых резисторами к цепи питания.
Список источников:
1. ADAM-4024 - Модуль с 4 каналами аналогового вывода с Modbus: [Электронный ресурс]. URL: https://www.advantech.ru/products/gf-5vtd/adam-4024/mod_5e18f39b-38ef-4033-98f9-1ede917139ee (Дата обращения: 13.07.2021)
2. МОДУЛЬ ICP DAS I-7024 CR - Модуль с 4 каналами аналогового вывода: [Электронный ресурс]. URL: https://icpdas.ru/catalogue/remote_io/rs-485/i-7000/i-7024-cr/ (Дата обращения: 13.07.2021)
3. Пат. 1566302 СССР, МПК G01R 27/00. Магазин сопротивления / Булыга С.Г., Микийчук Н.Н., Пацарнюк Я.В., Шморгун Е.И.: заявитель и патентообладатель Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола. - №4331657/24-09; заявл. 20.11.1987; опубл. 23.05.1990, Бюл. №23. - 3 с.: ил.
4. Пат. 2345377 РФ, МПК G01R 35/00. Автоматический калибратор мер измерительно-вычислительного комплекса / Бодров В.Е., Краячич А.В., Галактионова А.А., Подборонов Б.П., Свирский Ю.А: заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ"). - №2007129375/28; заявл. 31.07.2007; опубл. 27.01.2009, Бюл. №23. - 3 с.: ил.