А. Г. КОСТЕРИН – генеральный директор НПФ «КонтрАвт»
Статья посвящена нормирующим преобразователям 4...20 мА, их роли и месту в современных системах управления технологическими процессами.
Практически все современные измерительные системы преобразуют сигналы в цифровую форму для дальнейшей передачи, обработки и хранения. Нормирующие преобразователи ведут преобразование в аналоговый унифицированный сигнал, но интерес к ним по-прежнему не ослабевает. Как же взаимосвязаны эти два подхода? Почему сегодня применение нормирующих преобразователей по-прежнему целесообразно? Это вопросы, на которые мы постараемся ответить в данной статье.
Понятие нормирующих измерительных преобразователей
Дадим определение. Нормирующие измерительные преобразователи преобразуют сигналы или параметры сигналов в унифицированные сигналы тока и напряжения с нормированными метрологическими характеристиками.
Обсудим подробнее каждый элемент этого определения.
Во-первых, нормирующие преобразователи работают как с сигналами, так и с параметрами сигналов. Примерами сигналов могут служить сигналы термопар, сигналы термосопротивления, унифицированные сигналы. Форма сигнала на выходе воспроизводит форму сигнала на входе.
Иная ситуация с параметрами сигналов. Это некоторые обобщенные характеристики сигналов. Например, напряжение в сети имеет форму синусоиды, а такой параметр как среднеквадратичное значение (или действующее значение), характеризующий усредненные энергетические свойства сигнала, меняется совсем по-другому. Термин «нормирующий» делает акцент на то, что на выходе преобразователя формируются унифицированные сигналы тока или напряжения.
Только в этом случае мы называем преобразователь нормирующим. Самым распространенным сигналом является 4...20 мА. Причины большой популярности этого сигнала мы обсудим далее, но сейчас лишь отметим, что особенности именно этого сигнала делают нормирующие преобразователи такими полезными.
Наконец, последний аспект. Преобразователи являются измерительными, то есть являются средством измерения. Это означает, что метрологические характеристики преобразователей нормированы. Приборы должны быть сертифицированы и зарегистрированы в Госреестре средств измерений.
Место нормирующих измерительных преобразователей в системах изменения и управления
Какое место занимает нормирующий преобразователь системе измерений и автоматизации? Традиционно в структуре систем автоматизации выделяют несколько уровней.
Первый уровень – уровень первичных датчиков и исполнительных механизмов. Это полевой уровень, или уровень объекта. Первичные датчики преобразуют технологические параметры в электрические сигналы, которые поступают на второй уровень. Там они измеряются вторичными измерительными приборами: регуляторами, модулями ввода и контроллерами, регистраторами. Со второго уровня управляющие сигналы возвращаются на первый уровень и поступают на исполнительные механизмы.
В этой структуре появляются нормирующие преобразователи, которые занимают промежуточное положение между первым и вторым уровнем.
Преобразование в цифру, о котором мы сказали в начале, происходит на втором уровне, а нормирующие преобразователи передают вверх и вниз аналоговые сигналы. И эти две функции не противоречат друг другу, а поддерживают и дополняют друг друга.
Физически нормирующие преобразователи могут размещаться как в месте расположения вторичных приборов, так и в области первого уровня (даже располагаться внутри корпуса первичного преобразователя). Во втором случае к нормирующим преобразователям будут предъявляться жесткие требования по условиям эксплуатации: климатическим, механическим.
Когда нужно применять нормирующие измерительные преобразователи?
Приведем ряд признаков, при наличии которых в системе измерения, следует поставить вопрос о необходимости и целесообразности применения нормирующих преобразователей:
- Территориальная распределенность и, как следствие, длинные соединительные провода, которые оказывают негативное влияние на точность измерения.
- Разнородные сигналы затрудняют использование многоканальных модулей измерения.
- Оборудование различных производителей сопровождается разнообразием сигналов.
- Неблагоприятная электромагнитная обстановка приводит к большим помехам на длинных линиях.
Условия эксплуатации в зоне размещения первичных датчиков могут быть такими, что помещать вторичные приборы в непосредственной близости просто нельзя. Особый случай, когда сигналы поступают из взрывоопасной зоны.
Зачем применять нормирующие преобразователи?
Перейдем к главному вопросу. Зачем же все-таки нужны нормирующие преобразователи? Почему в некоторых случаях целесообразно вводить промежуточный уровень? Какие функции и свойства нормирующих преобразователей так необходимы?
Мы выделяем как минимум 11 причин, почему следует применять нормирующие преобразователи. И этот перечень, очевидно, неполный.
- Унификация разнородных сигналов.
- Кондиционирование сигналов.
- Снижение влияния помех на слабые сигналы.
- Преобразование подобных сигналов в подобные.
- Гальваническая изоляция.
- Размножение сигналов.
- Сигнализация на переднем крае без участия контроллеров.
- Обнаружение обрывов линии связи.
- Передача на большие расстояния, экономия.
- Различные зоны размещения оборудования (климатика, механика).
- Обеспечение искрозащиты цепей во взрывоопасной зоне.
Унификация разнородных сигналов
Унификация разнородных сигналов – одна из наиболее распространенных причин.