УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА

Полезная модель относится к электронике, а именно к устройствам для автоматизированного контроля теплового режима, например генераторов ГЭС.
Известен портативный микропроцессорный прибор для измерений относительной влажности и температуры с помощью сенсоров влажности сорбционного типа и резистивных сенсоров температуры ИВТМ-7 М, выполненный в виде двух блоков. Один из блоков предназначен для подключения 8 измерительных зондов, содержащих датчики температуры и влажности, и первичной обработки информации, а второй блок - для индикации и управления прибором. Измерительный зонд подключается к первому блоку с помощью гибкого шнура. Индикация показаний прибора осуществляется с помощью жидкокристаллического индикатора. В приборе предусмотрен вывод результатов на персональный компьютер (ПК) (OOO «Энергопромавтоматика», www.kipia.ru).
Данный прибор позволяет сохранять данные измерений, однако малое количество измерительных каналов (8) и одноуровневая структура сбора информации не позволяют использовать его в поставленной задаче для обслуживания большого количества точек контроля на значительной территории промышленного объекта.
Известен регулятор температуры, в котором в качестве датчика температуры используется стандартный термометр сопротивления, медный или платиновый. Для преобразования изменения величины сопротивления терморезистора (датчика температуры) в изменение фазы используются две фазовращающие цепи, состоящие из последовательно включенного резистора и дросселя, в одной из которых (измерительной) используется терморезистор - датчик температуры, а в другой (опорно-компенсационной) - стабильный манганиновый резистор. Схема сравнивает сигнал с измерительной и опорной частей фазовращающих цепей и производит оцифровку сигнала. Регулятор имеет: четыре дискретных выхода с гистерезисом, уставки которых задаются с помощью внешнего или внутреннего постоянного запоминающего устройства; аналоговый выход измеренного значения сопротивления; выход последовательного шестнадцатиразрядного кода значения сопротивления; сигнал контроля входных сигналов; выход последовательного шестнадцатиразрядного кода контроля состояния триггеров
внутренней схемы БИС (большой интегральной схемы) (заявка РФ №94015501, МПК G 05 D 23/19).
Известен измеритель-регулятор, содержащий датчик измеряемой регулируемой величины, который представляет собой резистивный элемент, изменяющий свое сопротивление при изменении измеряемой регулируемой величины; первый источник тока; второй источник тока, первый резистор, дифференциальный каскад, исполнительный орган, который воздействует на измеряемый и регулируемый параметр при отклонении его от заданного воздействия; пороговый элемент, который может быть включен, если необходимо импульсное воздействие исполнительным органом на регулируемую величину; третий источник тока; второй резистор; резистор, который можно считать составной частью датчика измерительной величины; первый резистор, входящий в источник тока; транзистор; источник опорного напряжения между точкой питания источника тока и базой транзистора резистор, который ограничивает (задает) ток, протекающий через источник напряжения; повторитель напряжения или усилитель с большим входным сопротивлением; резисторы одинакового номинала; резистор меньшего номинала (например R/2); ключевой элемент; исполнительный элемент, включенный в выходную цепь ключевого элемента; транзисторы, на которых может быть выполнен ключевой элемент; источник питания измерителя регулятора; измеритель-регулятор;
развязывающие диоды; автономный источник питания (аккумуляторная батарея), полевой транзистор, используемый в качестве управляемого напряжением резистора (патент РФ №2050580, МПК G 05 D 23/19).
Наиболее близким является цифровое устройство измерения и контроля температуры, в котором датчик температуры - термопреобразователь сопротивления - включен в качестве одно из плеч в схему измерительного моста, плечи которого запитаны генераторами тока от общего источника опорного напряжения. Сигнал, снимаемый с измерительной диагонали данного моста, после прохождения дифференциального и масштабного усилителей оцифровывается в аналого-цифровом преобразователе. Код оцифрованного сигнала сравнивается с кодом, вводимым схемой формирования уставок и после обработки схемами совпадения поступает на дискретные выходы внешней сигнализации и управления. Кроме того, описываемое устройство имеет светодиодную индикацию «ОБРЫВ» (датчика температуры) и «АВАРИЯ». Код оцифрованного сигнала преобразуется в код цифрового индикатора, на котором индицируется значение температуры. Устройство имеет возможность работы с термодатчиками - термопреобразователями сопротивления - различных градуировок (патент РФ №2072722, МПК G 01 К 7/20).
Недостатками перечисленных аналогов и прототипа является их одноканальная структура, затрудняющая построение централизованной системы контроля, невозможность сохранения и обработки получаемых данных по заданным алгоритмам применительно к конкретному объекту, аппаратная реализация обработки сигнала, которая не обеспечивает достаточной функциональной гибкости устройства.
Задачей полезной модели является непрерывное централизованное обслуживание большого количества точек контроля (более 1000) с возможностью обработки и сохранения данных, получаемых с датчиков температуры и выхода на локальную вычислительную сеть. Также полезная модель позволяет использовать аналоговые и/или цифровые датчики температуры и применяет более простую схему включения аналоговых датчиков.
Задача решается тем что, устройство для измерительно-вычислительного контроля теплового режима содержащее датчик температуры, соединенный с модулем обработки, включающем плату обработки и оцифровки аналогового сигнала, модуль сигнализации, индикатор, согласно решению, содержит дополнительные аналоговые и/или цифровые датчики и устройство сбора информации, соединенное с модулем обработки линией связи и имеющее выход на локальную вычислительную сеть, при этом модуль обработки дополнительно содержит модуль процессора, соединенный с платой обработки и оцифровки аналогового сигнала, модуль сопряжения внутреннего интерфейса модуля процессора с протоколом обмена линии связи.
В качестве датчиков могут быть использованы аналоговые датчики, при этом модуль обработки дополнительно содержит панель подключения аналоговых датчиков, блок коммутаторов последовательно соединенных с платой обработки и оцифровки сигнала.
Устройство может дополнительно содержать концентратор модульный, соединенный с модулем обработки, а в качестве датчиков использованы цифровые датчики.
Могут быть дополнительно введены модули обработки, параллельно подключенные между собой по внешнему интерфейсу линии связи.
Полезная модель поясняется чертежами, где на ФИГ.1 представлена общая блок-схема устройства, на ФИГ.2 - блок-схема модуля обработки, на ФИГ.3 - многоуровневая структура сбора информации, где:
1 - модуль обработки;
2 - устройство сбора информации;
3 - концентратор модульный;
4 - плата обработки и оцифровки сигнала;
5 - модуль сигнализации и индикатор;
6 - модуль процессора;
7 - модуль сопряжения интерфейсов;
8 - панель подключения аналоговых датчиков;
9 - блок коммутаторов;
10 - модуль обработки в комплекте с концентратором модульным и датчиками (1-й уровень);
11 - устройство сбора информации в комплекте с устройствами 1-го уровня (2-й уровень);
12 - система из устройств 2-го уровня (3-й уровень)
В качестве датчиков устройства для измерительно-вычислительного контроля теплового режима (УИВКТР) используются термопреобразователи сопротивления градуировки 50 М и гр.23.
Модуль обработки 1 содержит панели подключения аналоговых датчиков 8, соединенные с блоками коммутации 9, которые соединены с платами обработки и оцифровки сигнала 4. Плата обработки и оцифровки сигнала 4 имеет выход на модуль процессора 6, который соединен с модулем сигнализации и индикатором 5 и модулем сопряжения интерфейсов 7. Кроме того, модуль процессора 6 имеет выход на блоки коммутаторов 9.
Модуль обработки 1 обеспечивает циклические замеры температуры с датчиков, установленных в точках контроля генераторов. Принимаемые от датчиков показания компонуются в так называемые группы, для более удобного наблюдения. Датчики, входящие в группу, обеспечивают контроль однотипных узлов генератора и находятся примерно в одинаковой температурной среде. Модуль обработки 1 обеспечивает возможность оператору компоновать до 8 групп с указанием типа градуировки каждого датчика. Модуль обработки 1 обеспечивает возможность корректировки температуры по каждому каналу, что позволяет производить первичную юстировку как каждого канала, так и каналов, входящих в группу. Модуль обработки 1 обеспечивает по каждому каналу задания двух пороговых значений, обеспечивающих работу предупредительной и аварийной сигнализации. В случае превышения температуры предупредительной уставки на лицевой панели модуля обработки 1 зажигается желтый светодиод «ВНИМАНИЕ», а на жидкокристаллическом индикаторе отобразится номер группы и список датчиков данной группы, на которых это превышение зафиксировано. Если количество групп, в
которых есть превышение температуры, более одной, то модуль обработки 1 отобразит только номера групп и предоставит возможность просмотра номеров датчиков, на которых произошло превышение температуры отдельно по каждой из указанных групп. Кроме того, модуль обработки 1 изменяет период циклического опроса, делая его минимально возможным, что позволяет более тщательно следить за изменением температуры в наиболее критичные моменты времени. Модуль обработки 1 позволяет оператору изменять период циклического опроса в широком диапазоне значений (от 15 секунд до одного часа). Действия модуля обработки 1 при превышении температурой аварийной уставки аналогичны случаю с предупредительной уставкой. При аварийной ситуации зажигаются светодиоды «ВНИМАНИЕ», «АВАРИЯ» и, кроме того, замыкается контакт реле, который может использоваться на усмотрение пользователя, например, для включения звукового сигнала и/или сигнальной лампы. Показания в случае аварийной сигнализации аналогичны уже описанному случаю предупредительной сигнализации. Все операции, связанные с изменением опций настроек модуля обработки 1, производятся с применением пользовательских паролей. Все операции, связанные с настройкой служебных функций модуля обработки 1, являются служебной функцией разработчика и не могут быть изменены пользователем. Имеющаяся в модуле обработки 1 информация по запросу передается в устройство сбора информации 2.
Устройство сбора информации 2 в комплекте с программным обеспечением может архивировать получаемые данные и рассылать их в локальную вычислительную сеть для клиентских программ.
В устройстве могут быть использованы аналоговые и/или цифровые датчики в любых комбинациях, причем в случае использования цифровых датчиков, они подключаются к модулю обработки 1 через концентратор модульный 3.
Устройство может содержать несколько модулей обработки 1, подключенных параллельно к линии связи с протоколом RS-485.
Связь всех модулей обработки 1 с устройством сбора информации 2 обеспечивается по линии связи.
Связь устройства сбора информации 2 с локальной вычислительной сетью обеспечивается по интерфейсу Fast Ethernet.
Обслуживание большого количества точек контроля на значительной территории предприятия и возможность оперативного конфигурирования устройства под потребность конкретного объекта принципиально заложена в устройстве применением программной обработки информации и многоуровневой структурой сбора информации (ФИГ.3).
Устройство работает следующим образом.
Сигналы с аналоговых датчиков подводятся по кабелям, подключаемым к винтовым клеммам панели подключения аналоговых датчиков 8. Далее блок коммутаторов 9 по команде с модуля процессора б циклически подключается к плате 4, которая осуществляет обработку, нормирование аналогового сигнала и его оцифровку. Сигнал в цифровой форме поступает на модуль процессора 6, который осуществляет алгоритмическую обработку полученных данных по программе в соответствии с реализуемой в данный момент командой. Обработанные данные через модуль сопряжения интерфейсов 7 поступают в линию связи RS-485 на устройство сбора информации 2. Команды с устройства сбора информации 2 также через модуль сопряжения интерфейсов 7 с линии связи поступают в модуль процессора 6.
Сигналы с цифровых датчиков через концентратор модульный 3, осуществляющий по команде с модуля процессора б циклический опрос его входов, поступают на цифровой вход модуля процессора 6, где обрабатываются аналогично оцифрованным сигналам с аналоговых датчиков.
В состав устройства для измерительно-вычислительного контроля теплового режима входят до 24 модулей обработки. Устройство имеет выход в локальную вычислительную сеть предприятия, что делает его оперативным средством доставки информации как для оперативных, так и для обслуживающих служб предприятия. Модули обработки 1 обеспечивают замер температуры по 64 или по 256 аналоговым измерительным каналам (в зависимости от установленного типа устройств); условное разделение точек контроля на группы (до 8) для удобства наблюдения; установку для каждой точки контроля предупредительной и аварийной уставки; ввод типа датчика (ТСМ-50 или ТСМ-53) для каждой точки контроля; передачу информации на устройство сбора информации 2 по интерфейсу RS -485; ввод необходимой служебной информации для проведения замеров и передачи информации. Кроме того, модуль обработки 1 позволяет получать значения температуры посредством концентраторов модульных (КМ8/16) от 512 полупроводниковых (1-Wire) датчиков температуры, что позволяет проводить поэтапную модернизацию системы термоконтроля генераторов с переходом на более современные и достоверные средства измерения. Широко распространенный интерфейс RS-485, используемый в модуле обработки 1, позволяет добавлять различные устройства контроля за состоянием агрегата и его частей, что делает устройство для измерительно-вычислительного контроля теплового режима универсальным средством мониторинга агрегатов ГЭС. В состав УИВКТР входит так же и клиентское программное
обеспечение, устанавливаемое на персональный компьютер работающих в локальной вычислительной сети предприятия.
УИВКТР обеспечивает оперативный и качественный контроль теплового режима всех генераторов ГЭС одним оператором, реализуя, таким образом, возможность своевременно производить предписанные технологические операции, направленные на предотвращение выхода из строя узлов генераторов ГЭС.