НПП "ПАРК-ЦЕНТР" - Устройство измерительно-управляющее УИУ 2001

УСТРОЙСТВО ИЗМЕРИТЕЛЬНО-УПРАВЛЯЮЩЕЕ УИУ 2001

Устройство измерительно-управляющее УИУ 2001 (далее по тексту - УИУ) было разработано в 1999 г. на замену ранее выпускавшегося Регистратора цифрового. Основные направления разработки - достижение более высоких метрологических характеристик, повышение быстродействия, применение более современной импортной элементной базы и конструктивов, расширение функциональных возможностей. Далее, в развитие УИУ, для обеспечения работы с тензорезисторными датчиками, было разработано Устройство измерительное тензометрическое (УИТ). УИТ и УИУ имели однотипную конструкцию и единое встроенное программное обеспечение, что давало возможность, при необходимости, устанавливать в УИТ функциональные модули из состава УИУ без каких-либо доработок.

1.1.1 УИУ предназначено для сбора информации с датчиков и выдачи сигналов управления на исполнительные механизмы при работе в составе технических комплексов контроля и управления.

1.1.2 УИУ по живучести и стойкости к внешним воздействиям соответствует требованиям ГОСТ В 20.39.304 к аппаратуре класса 1, группы 1.1 исполнения УХЛ для отапливаемых помещений и предназначено для работы в условиях:

- температура окружающего воздуха от плюс 5 до плюс 40 'С;
- относительная влажность до 80 % при плюс 25 'С;
- пониженное атмосферное давление 86 кПа.

УИУ состоит из набора унифицированных программно-управляемых функциональных модулей, выполненных по единому стандарту в виде сменных блоков.

Номенклатура функциональных модулей УИУ:
- модуль электропитания 1 (МЭ1);
- модуль центрального процессора 1 (МЦП1);
- модуль измерительный 1 (МИ1);
- модуль измерительный 2 (МИ2);
- модуль ввода-вывода 1 (МВВ1);
- модуль ввода-вывода 2 (МВВ2);
- модуль ввода-вывода 3 (МВВ3);
- модуль частотный 1 (МЧ1).

Обеспечивается возможность конструктивной установки в УИУ не менее 16 функциональных модулей, не считая модуля электропитания и модуля центрального процессора.

Количество устанавливаемых в УИУ функциональных модулей первоначально определяется спецификацией заказа на каждый экземпляр УИУ и в дальнейшем может изменяться при эксплуатации УИУ. Максимальное количество каналов УИУ - 512.

Структурная схема УИУ приведена на рисунке 1.

1.2.2 Характеристики модуля измерительного 1

- датчики с выходным сигналом в виде напряжения постоянного тока в диапазонах от минус 50 до 50 мВ, от минус 100 до 100 мВ, от минус 1 до 1 В, от минус 10 до 10 В;

- термоэлектрические преобразователи ТХК, ТХА, ТПР по ГОСТ 3044;

- резистивные датчики с сопротивлением в диапазонах (от 0 Ом) до 50, 100, 200, 1000 Ом;

- термопреобразователи сопротивления ТСМ50, ТСМ53, ТСМ100, ТСП50, ТСП100 по ГОСТ 6651;

- потенциометрические датчики с общим сопротивлением в диапазонах 200, 1000, 2000, 6500 Ом.

К каждому измерительному каналу МИ1 может быть подключен датчик любого типа из вышеперечисленной номенклатуры, задание требуемого типа входного сигнала для каждого измерительного канала МИ1 осуществляется программно.

Разность потенциалов между любыми двумя аналоговыми входами МИ1 не должна превышать 30 В, разность потенциалов между любым аналоговым входом МИ1 и общим проводом вторичного питания УИУ (клемма "0В") не должна превышать 15 В.

Амплитуда импульсного тока, протекающего через резистивные и потенциометрические датчики, и максимальное падение напряжения на этих датчиках, в зависимости от диапазона измерения, приведены в таблице 1.1.

Диапазон измерения, Ом	Ток, мА	Падение напряжения, В
50 100 200 1000 2000 6500	3,3 3,3 3,3 1,0 1,0 0,5	0,16 0,33 0,66 1,00 2,00 3,33

МИ1 обеспечивает возможность изменения времени измерения, в зависимости от характеристик используемого для подключения датчиков кабеля.

Пределы допускаемой основной приведенной погрешности измерения напряжения постоянного тока, сопротивления, отношения сопротивлений потенциометрических датчиков приведены в таблице 1.2.

Тип датчика	Диапазон входных сигналов измерительных каналов	Пределы допускаемой основной приведенной погрешности
Датчик с выходным сигналом в виде напряжения постоянного тока	от минус 50 до 50 мВ от минус 100 до 100 мВ от минус 1 до 1 В от минус 10 до 10 В	+-0,2 % +-0,1 % +-0,05 % +-0,05 %
Резистивный датчик	от 0 до 50 Ом от 0 до 100 Ом от 0 до 200 Ом от 0 до 1000 Ом	+-0,1 % +-0,1 % +-0,1 % +-0,1 %
Потенциометрический датчик	от 0 до 100 %	+-0,15 %

Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности измерений при работе МИ1 с термопреобразователями сопротивления и термоэлектрическими преобразователями в рабочих диапазонах изменения температуры приведены в таблице 1.3.

Тип датчика	Диапазон измерений	Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности, 'C
ТСМ50 ГОСТ 6651-84 ТСМ100 ГОСТ 6651-84 ТСМ53 ГОСТ 6651-78 ТСП50 ГОСТ 6651-84 ТСП100 ГОСТ 6651-84 ТХК ГОСТ 3044-84 ТХА ГОСТ 3044-84 ТПР ГОСТ 3044-84	- 50...+ 200 'С - 50...+ 200 'С - 50...+ 200 'С -200...+ 200 'С -200...+ 200 'С 0...+ 600 'С 0...+1200 'С +300...+1800 'С	+-0,3 +-0,3 +-0,3 +-0,3 +-0,3 +-2 +-3 +-10

Пределы допускаемой дополнительной погрешности, вызванной изменением температуры окружающего воздуха от 20 'C до любой температуры в пределах от 5 до 40 'C, равны половине приведенных в таблицах 1.1, 1.2 пределов основной погрешности на каждые 10 'С.

Пределы допускаемой дополнительной погрешности, вызванной отклонением напряжения сети питания переменного тока на плюс 22 и минус 22 В от номинального значения, равны половине пределов основной погрешности, приведенных в таблицах 1.2, 1.3.

Время однократного опроса одного измерительного канала МИ1 при работе в режиме максимального быстродействия - 1,8 мс.

1.2.3 Характеристики модуля измерительного 2

- датчики с выходным сигналом в виде напряжения постоянного тока в диапазонах от минус 15 до 15 мВ, от минус 30 до 30 мВ, от минус 60 до 60 мВ, от минус 150 до 150 мВ, от минус 300 до 300 мВ, от минус 600 до 600 мВ, от минус 1 до 1 В, от минус 2 до 2 В.

- термоэлектрические преобразователи ТХК, ТХА, ТПР по ГОСТ 3044.

К каждому измерительному каналу МИ2 может быть подключен датчик любого типа из вышеперечисленной номенклатуры, задание требуемого типа входного сигнала для каждого измерительного канала МИ2 осуществляется программно.

Разность потенциалов между любыми двумя аналоговыми входами МИ2 не должна превышать 5 В, разность потенциалов между любым аналоговым входом МИ2 и общим проводом вторичного питания УИУ (клемма "0В") не должна превышать 5 В.

Пределы допускаемой основной приведенной погрешности измерения напряжения постоянного тока при работе МИ2 приведены в таблице 1.4.

Тип датчика	Диапазон входных сигналов измерительных каналов	Пределы допускаемой основной приведенной погрешности
Датчик с выходным сигналом в виде напряжения постоянного тока	от минус 15 до 15 мВ от минус 30 до 30 мВ от минус 60 до 60 мВ от минус 150 до 150 мВ от минус 300 до 300 мВ от минус 600 до 600 мВ от минус 1 до 1 В от минус 2 до 2 В	+-0,05 % +-0,02 % +-0,02 % +-0,02 % +-0,02 % +-0,02 % +-0,01 % +-0,01 %

Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности измерений при работе МИ2 с термоэлектрическими преобразователями в рабочих диапазонах изменения температуры приведены в таблице 1.5.

Тип датчика	Диапазон измерений	Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности, 'C
ТХК ГОСТ 3044-84 ТХА ГОСТ 3044-84 ТПР ГОСТ 3044-84	0...+ 600 'С 0...+1200 'С +300...+1800 'С	+-0,2 +-0,3 +-2,0

Пределы допускаемой дополнительной погрешности, вызванной изменением температуры окружающего воздуха от 20 'C до любой температуры в пределах от 5 до 40 'C, равны половине приведенных в таблицах 1.4, 1.5 пределов основной погрешности на каждые 10 'С.

Время однократного опроса одного измерительного канала МИ2, не превышает 60 мс.

Тип входных дискретных сигналов - датчики типа "сухой контакт", напряжение постоянного тока.

Активный уровень сигналов - замкнутый "сухой контакт", напряжение от 0 до 0,8 В.

Пассивный уровень сигналов - разомкнутый "сухой контакт", напряжение от 2,4 до 10 В.

Тип выходных дискретных сигналов - "сухой контакт".

Количество выходных дискретных сигналов - 16.

Коммутационные параметры выходных дискретных сигналов:

- напряжение постоянного или переменного тока, не более - 30 В;

- тип коммутационного элемента - герконовое реле;

Тип входных дискретных сигналов - датчики типа "сухой контакт", напряжение постоянного тока.

Активный уровень сигналов - замкнутый "сухой контакт", напряжение от 0 до 0,8 В.

Пассивный уровень сигналов - разомкнутый "сухой контакт", напряжение от 2,4 до 10 В.

Тип выходных дискретных сигналов - типа "сухой контакт".

Количество выходных дискретных сигналов - 32.

Коммутационные параметры выходных дискретных сигналов:

напряжение постоянного или переменного тока, не более - 30 В;

тип коммутационного элемента - герконовое реле;

Тип входных частотных сигналов - датчики частотно-импульсных сигналов с уровнем выходного сформированного сигнала в диапазоне от минус 10 до 10 В.

Измерение частоты производится одновременно по всем частотным каналам модуля.

Диапазоны измерения частоты, времена измерения, пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения частоты приведены в таблице 1.6.

Диапазон измерения частоты	Время измерения частоты	Пределы допускаемой основной относительной погрешности
от 10 Гц до 10 кГц от 20 Гц до 10 кГц	0,2 с 0,1 с	+-0,05 % +-0,15 %

Модуль частотный 1 обеспечивает измерение временных интервалов:

- длительностью до 60 с - с абсолютной погрешностью не более 0,01 с;

- длительностью до 600 с - с абсолютной погрешностью не более 0,1 с.

Количество дискретных каналов для измерения временных интервалов - 16.

Тип входных дискретных сигналов - датчики типа "сухой контакт", напряжение постоянного тока.

Активный уровень сигналов - замкнутый "сухой контакт", напряжение от 0 до 0,8 В.

Пассивный уровень сигналов - разомкнутый "сухой контакт", напряжение от 2,4 до 10 В.

По каждому дискретному каналу обеспечивается фиксация времени изменения фронта сигнала.

Границы измеряемых временных интервалов определяются интервалами между срабатываниями двух любых дискретных сигналов.

УИУ имеет интерфейс типа RS232C со скоростями обмена 9600, 19200, 38400, 115200 бод.

Управление работой УИУ осуществляется командами, поступающими по интерфейсу.

УИУ обеспечивает выполнение следующих функций:

- прием исходных данных, определяющих дальнейшее функционирование УИУ;

- опрос измерительных каналов (аналоговых, частотных, измерения временных интервалов);

- обработку результатов измерений (в том числе усреднение, перевод измеренных величин в физические значения температуры, частоты и других измеряемых физических величин, включая учет температуры холодного спая при работе с термоэлектрическими преобразователями);

- определение текущих значений физических величин, соответствующих показаниям датчиков, подключенных к измерительным каналам;

- прием и выдачу дискретных сигналов, в том числе автоматическое управление каналами дискретного вывода при выходе измеряемых УИУ параметров за заданные уставки.

Период однократного опроса 128 измерительных каналов УИУ при циклическом опросе при работе модулей измерительных 1 составляет в режиме максимального быстродействия не более 0,1 с.

Период однократного опроса 128 измерительных каналов УИУ при циклическом опросе при работе модулей измерительных 2 составляет не более 2 с.

УИУ обеспечивает работу с кабельной сетью (от датчиков до входов измерительных каналов УИУ) длиной до 70 м.

Обеспечивается процедура обновления версий встроенного программного обеспечения УИУ с целью устранения возможных ошибок и последующего совершенствования функций УИУ.

УИУ конструктивно выполнено в виде прибора настольного исполнения, имеется возможность установки УИУ в стойку.

Питание УИУ осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 (+22, -22) В частотой 50 Гц.

Мощность, потребляемая УИУ от сети (при полном заполнении), не превышает 50 Вт.

Время установления рабочего режима измерительных каналов УИУ не превышает 0,5 ч.

Время непрерывной работы УИУ - не менее 8 ч, не считая времени установления рабочего режима.

Габаритные размеры УИУ не превышают 495х355х275 мм.

Масса УИУ (при полном заполнении) не превышает 20 кг.

Наименование	Обозначение	Кол.
Блок Модуль электропитания 1 Модуль центрального процессора 1 Модуль частотный 1 Модуль измерительный 1 Модуль измерительный 2 Модуль ввода-вывода 1 Модуль ввода-вывода 2 Модуль ввода-вывода 3 Таблица программирования	ЛТКЖ.687244.013 ЛТКЖ.687244.004 ЛТКЖ.687244.005 ЛТКЖ.687244.006 ЛТКЖ.687244.007 ЛТКЖ.687244.008 ЛТКЖ.687244.009 ЛТКЖ.687244.010 ЛТКЖ.687244.011 ЛТКЖ.411528.006 ТБМ	1 1 1 * * * * * * 1

* - количество функциональных модулей определяется спецификацией заказа на УИУ.

Блок является конструктивом, обеспечивающим установку функциональных модулей и электрические связи между ними.

Блок с функциональными модулями представляет собой аппаратные средства УИУ.

Количество устанавливаемых в блок функциональных модулей первоначально определяется спецификацией заказа на каждый экземпляр УИУ и в дальнейшем может изменяться при эксплуатации УИУ по согласованию с предприятием-изготовителем УИУ.

Таблица программирования содержит в себе встроенные программные средства УИУ и является постоянной для всех предусмотренных вариантов комплектования УИУ функциональными модулями.

УИУ имеет магистрально-модульную структуру и построено на основе следующего ряда функциональных модулей:

- модуль электропитания 1 (МЭ1);
- модуль центрального процессора 1 (МЦП1);
- модуль измерительный 1 (МИ1);
- модуль измерительный 2 (МИ2);
- модуль ввода-вывода 1 (МВВ1);
- модуль ввода-вывода 2 (МВВ2);
- модуль ввода-вывода 3 (МВВ3);
- модуль частотный 1 (МЧ1).

МЭ1 предназначен для обеспечения остальных функциональных модулей УИУ электропитанием.

МЦП1 предназначен для управления работой УИУ в целом, функциональными модулями по локальной магистрали УИУ, реализации функций тестирования, обработки измерительной информации, интерфейсного обмена с другими устройствами по RS232C.

Остальные функциональные модули УИУ также являются процессорными, работают параллельно и в определенной степени независимо друг от друга под управлением МЦП1.

МИ1 предназначен для измерения сигналов датчиков напряжения, термоэлектрических преобразователей, термопреобразователей сопротивления, резистивных и потенциометрических датчиков по 16 каналам.

МИ1 обеспечивает выполнение следующих функций:

- прием управляющей информации о порядке опроса измерительных каналов и последующей обработке результатов измерений от МЦП1;

- коммутацию сигналов измерительных каналов;

- адаптацию измерительной части в соответствии с типом подключаемого к измерительному каналу датчика;

- нормализацию измеряемых сигналов датчиков и их аналого-цифровое преобразование;

- первичную обработку результатов измерений;

- передачу результатов измерений по локальной магистрали УИУ в МЦП1.

МИ1 использует в своем составе 16-разрядный АЦП поразрядного уравновешивания и обладает сравнительно высоким быстродействием.

МИ2 предназначен для измерения сигналов датчиков напряжения и термоэлектрических преобразователей по 30 каналам.

МИ2 обеспечивает выполнение следующих функций:

- коммутацию сигналов измерительных каналов;

- нормализацию измеряемых сигналов датчиков и их аналого-цифровое преобразование;

- передачу результатов измерений по локальной магистрали УИУ в МЦП1.

МИ2 использует в своем составе АЦП интегрирующего типа, обладает сравнительно невысоким быстродействием, но обеспечивает значительное подавление помех при работе с сигналами низкого уровня.

МВВ1 предназначен для сбора информации с датчиков дискретных сигналов по 16 каналам и выдачи дискретных сигналов управления по 16 каналам.

МВВ2 предназначен для сбора информации с датчиков дискретных сигналов по 32 каналам.

МВВ3 предназначен для выдачи дискретных сигналов управления по 32 каналам.

МЧ1 предназначен для измерения частоты сигналов частотно-импульсных датчиков по 16 каналам, измерения временных интервалов по 16 каналам.

Измерение значения частот в МЧ1 производится программно, одновременно по всем измерительным каналам модуля, исходя из величины целого количества периодов входных сигналов, наблюдаемых за время измерения частоты, что позволяет обеспечить низкую относительную погрешность измерения частоты сигналов во всем рабочем диапазоне частот.

Измерение временных интервалов в МЧ1 происходит путем фиксации времени изменения фронта сигнала по каждому дискретному каналу, значения временных интервалов могут быть определены как разность времен изменения двух любых дискретных сигналов.

УИУ выполнено в виде прибора настольного исполнения на основе унифицированных несущих конструкций, предусмотрена установка УИУ в стойку.

Функциональные модули УИУ устанавливаются в блок УИУ со стороны задней панели УИУ, вместо отсутствующих функциональных модулей устанавливаются фальшпанели, лицевые панели функциональных модулей и фальшпанели фактически образуют заднюю панель УИУ.

Соединители для подключения датчиков, интерфейсов и сети питания, другие органы управления и контроля УИУ расположены непосредственно на лицевых панелях соответствующих функциональных модулей УИУ.

УИУ имеет в своем составе ППЗУ для хранения встроенных программных средств, определяющих его функциональные возможности (системное ППЗУ).

В системном ППЗУ расположена таблица программирования УИУ.

Программирование системного ППЗУ производится во время изготовления УИУ. Содержимое системного ППЗУ во время эксплуатации УИУ, в общем случае, не изменяется.

Предусмотрена процедура обновления версий встроенного программного обеспечения УИУ с целью последующего совершенствования функций УИУ.

Вызов (активизация) функций встроенных программных средств УИУ производится командами, поступающими по интерфейсу УИУ.

В ППЗУ пользователя УИУ могут находиться данные для работы УИУ.

Занесение исходных данных в ППЗУ пользователя производится при эксплуатации УИУ с помощью соответствующих функций встроенных программных средств УИУ.

Нумерация каналов в УИУ производится следующим образом:

- в блоке УИУ, не считая МЭ1 и МЦП1, имеется 16 мест для установки функциональных модулей;

- места для установки функциональных модулей пронумерованы от 1 до 16;

- каждому установочному месту, вне зависимости от того, какого типа модуль устанавливается на данное место, соответствует группа из 32 номеров каналов, приведенная в таблице 1.8;

- распределение номеров каналов внутри группы зависит от типа установленного модуля.

Номер места	Каналы
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16	001...032 033...064 065...096 097...128 129...160 161...192 193...224 225...256 257...288 289...320 321...352 353...384 385...416 417...448 449...480 481...512

1.5 Средства измерения, инструмент и принадлежности

Во время эксплуатации УИУ, в том числе при замене отказавших функциональных модулей УИУ на исправные, не требуется проведения регулировочных и настроечных работ.

Собственно УИУ согласно спецификации заказа; комплект ЗИП одиночного (функциональные модули согласно спецификации заказа, ответные части соединителей, технологические кабели и программное обеспечение для проведения периодической калибровки УИУ и проверки его функционирования); комплект эксплуатационных документов (руководство по эксплуатации, формуляр, методика калибровки).