Для воспроизведения показаний в цифровой форме применяют цифровые указатели (индикаторы) и регистраторы

Устройства отображения информации

Индикаторные приборы или элементы индикации составляют основу устройств отображения информации, которые предназначены для преобразования электрического сигнала в видимую форму.

В современном промышленном производстве число контролируемых параметров технологических процессов становится настолько большим, в связи с этим возникла необходимость в создании систем централизованного контроля, с помощью которых можно было бы осуществлять быстродействующий последовательный опрос состояния контролируемых величин, производить простейшую обработку и регистрацию.

По виду выходного сигнала измерительные системы подразделяют на аналоговые, в которых используются стрелочные приборы, и системы с цифровым отсчетом, получившие наибольшее распространение.

В настоящее время все более широкое распространение получает дискретное (цифровое) воспроизведение измеряемой величины, которая обычно является непрерывной (аналоговой) функцией времени.

В цифровых приборах измеряемая величина представляется в дискретной форме (числом), т.е. в виде окончательного результата измерения.

Дискретная форма представления величины по сравнению с аналоговой более удобна для визуального отсчета и регистрации, для передачи на расстояние, а также исключает субъективную погрешность отсчета. При измерении числовое значение контролируемой величины определяется в процессе квантования.

Квантованием называется процесс преобразования непрерывных (аналоговых) величин в дискретные. Различают три вида квантования: по уровню, времени и смешанное по уровню и по времени.

Квантованием непрерывной величины по уровню называют операцию, при которой непрерывная функция заменяется определенными дискретными значениями. Диапазон значений измеряемой величины X разбивается на одинаковые интервалы, называемые шагом квантования ДХ, и вместо действительных значений измеряемой величины воспроизводятся ближайшие дискретные к ним значения.

Квантованием по времени называется замена непрерывной величины ее значениями, взятыми в определенные дискретные моменты времени -период дискретности или интервал квантования.

В цифровых измерительных приборах измеряемая величина преобразуется в число в результате комбинированного квантования (по уровню и времени) — цифрового кодирования.

Для перехода от непрерывных значений измеряемого параметра в цифровой код автоматические измерительные приборы с цифровым выходом имеют аналого-цифровые преобразователи, осуществляющие преобразование непрерывных выходных сигналов первичных преобразователей в соответствующие им цифровые коды. Аналого-цифровой преобразователь является одним из основных узлов цифровой системы автоматического измерения.

Для воспроизведения показаний в цифровой форме применяют цифровые указатели (индикаторы) и регистраторы.

По принципу действия и конструктивному исполнению цифровые индикаторы выполняются в виде электромеханических устройств, цифровых ламп, электролюминесцентных знаковых элементов, устройств с подсветкой изображаемых цифр («световое табло»), электронно-лучевых трубок и др.

Цифровые индикаторы электромеханического типа представляют собой набор колес или непрерывных лент вращения, на которых нанесены изображения цифр. Эти индикаторы применяют главным образом в медленно действующих приборах, например в электрических счетчиках, массоизмерительных приборах различного рода и др.

В индикаторах на цифровых лампах для изображения цифр применяются газоразрядные лампы. Такая лампа представляет собой стеклянную цилиндрическую колбу, заполненную неоном. Внутри колбы расположены десять катодов, которые выполнены из нихромовых проволочек, изогнутых в форме цифр от 0 до 9, и один сетчатый анод, охватывающий пакет катодов. При подаче напряжения на один из катодов между ним и анодом возникает тлеющий разряд, охватывающий всю поверхность катода, который начинает светиться, и очертания данной цифры становятся видимыми.

Электролюминесцентные знаковые индикаторы выполняют обычно из семи (иногда больше) изолированных полосок, образующих цифру 8. При подаче возбуждающего напряжения на соответствующие полоски возникает светящееся изображение любой десятичной цифры. Принцип действия индикатора состоит в использовании явления электролюминесценции, заключающегося в возникновении свечения люминофора (например, различных соединений фосфора) под воздействием электрического поля. Принципиально элекгролюминесцентный индикатор (рисунок 1) является конденсатором с общим электродом 3, выполненным в виде прозрачной токопроводящей пленки из оксида кадмия, нанесенной на стекло 1. Второй электрод 4 конденсатора представляет собой изолированные друг от друга непрозрачные проводящие полоски из алюминия, отражающие свет, излучаемый люминофором. Электролюминофорный слой — смесь порошкообразного фосфора с диэлектриком — расположен между электродами 2 и 4 конденсатора. Конденсатор помещен в корпус 5 из диэлектриков. Для получения изображения нужной цифры напряжение подводят к определенным полоскам.

 

i

Рисунок 1. Электролюминесцентный знаковый индикатор: электрод; 1— стекло; 2.4 — электроды конденсатора; 3 — общий 5 — корпус

Для уменьшения числа индивидуальных приборов применяют системы централизованного обегающего контроля. Основным техническим средством этих систем являются машины централизованного контроля, которые собирают, хранят и перерабатывают по определенному закону (алгоритму) информацию о ходе производственного процесса, поступающую от различных первичных преобразователей.

Рассмотрим принципы действия и типовую схему машины централизованного контроля (см. рисунок 2).

 

Рисунок 2 - Типовая схема машины централизованного контроля

Основные функции, выполняемые машиной, следующие: опрос первичных преобразователей и сравнение полученных значений с заданной нормой; световая (звуковая) сигнализация и цифровая регистрация отклонений; измерение контролируемой величины и представление результатов измерения (в виде показания стрелочного прибора, цифрового указателя или записи) по запросу оператора; вычисление и анализ технико-экономических показателей, характеризующих объект контроля; цифровая регистрация измеренных и вычисленных значений параметров с заданной периодичностью, в том числе на перфокартах или магнитных лентах, для последующей обработки на вычислительной машине; цифровая регистрация значений параметров по запросу оператора. На вход машины от первичных преобразователей Д1... ДЗ поступают сигналы в аналоговой форме, чаще всего в виде напряжения или постоянного тока. Входной переключатель 2 по очереди подключает преобразователи к узлу обнаружения отклонения 4, фиксирующему отклонение контролируемого параметра от установленных задатчиком 1 пределов. При наличии отклонения с учетом знака последнего («меньше», «больше») через выходной переключатель 5, работающий синхронно с входным, сигнал поступает на выходные реле Р1... РЗ. Реле срабатывает и включает индикаторную лампу (ДМ — «меньше», АБ — «больше»). Для цифрового представления значения контролируемого параметра преобразователи через входной переключатель 11 подключены к аналого-цифровому преобразователю 9, который выдает цифровой код, полученный в преобразователе; этот код используется в печатающем устройстве 8, регистрирующем значения контролируемых параметров, и в блоке логики 6, служащем для выявления причин нарушения работы объекта контроля, анализа причин аварий ит.д.

Печатающее устройство регистрирует значения всех или определенным образом выбранных контролируемых параметров. При регистрации всех параметров машина как бы опрашивает каналы контроля, поэтому такая печать называется опросной. Опросная печать может запускаться либо автоматически в заранее выбранные и введенные в блок управления 3 моменты времени (периодическая регистрация), либо по произвольному выбору оператора с помощью блока выбора 10. Кроме того, этот блок позволяет вызвать данный параметр на показывающий и записывающий приборы. Визуальное наблюдение за параметрами осуществляется также с помощью цифрового показывающего прибора 7, на который оператор может вызвать значение любого контролируемого параметра из аналого- цифрового преобразователя либо из вычислительного устройства.

Информация, подлежащая обработке, поступает в вычислительное устройство, которое хранит результаты обработки в своей оперативной памяти и может выдавать их по требованию на печатающее устройство или цифровой показывающий прибор. Промышленность выпускает различные виды устройств централизованного автоматического контроля. К их числу относятся ЭЛРУ-2, МАР-1, ЗЕНИТ-1 и др.

Дальнейшим развитием централизованного контроля являются машины, содержащие блоки математической обработки полученной информации и выдачи результатов в соответствии с законом управления. Такие машины называются управляющими вычислительными машинами (УВМ).

 

Предупредительная сигнализация извещает обслуживающий персонал о различных режимах работы оборудования или о непредвиденном его выключении, вызванном неисправностью или внешними причинами. Получаемая обслуживающим персоналом информация может быть как звуковой, так и световой.

Для подачи звуковых сигналов используются сирены, звонки, гудки, зуммеры и магнитофоны с предварительно записанными сообщениями. Громкость и частота звукового сигнала должны обеспечивать его хорошую слышимость на фоне производственных шумов (уровень сигнала должен быть выше на 10 дБ общего шума). Повышенной надежностью обладают модулированные (по высоте) и прерывающиеся во времени звуки.

В качестве визуальных сигнализаторов используются световые приборы: фонари, прожекторы, табло, транспаранты с надписью, указывающие характер событий, электромеханические реле с сигнальными флажками.

Отдельные сигнализаторы можно объединить в комплекс (на пультах управления), дающий изображение текущего состояния контролируемого объекта.

Конструкция и параметры светосигнальных устройств должны обеспечивать надежное фиксирование сигнала глазом человека. Для этого необходимо создавать такую освещенность, при которой начинает восприниматься цвет сигнала. Сигнальные цвета должны быть контрастными по отношению друг к другу и окружающему фону.

В аварийной световой сигнализации предпочтение отдается красному цвету, который лучше всего виден сквозь пыль и дым. Хорошо воспринимается мигающий свет с частотой мигания не более 10 Гц и продолжительностью не менее 0,05 с.

Для надежного обнаружения светового сигнала сигнализаторы должны располагаться в пределах 30° от нормальной оси зрения оператора.

В качестве источников света в сигнализаторах используют лампы накаливания, лампы тлеющего разряда и электролюминесцентные приборы.

В литейных цехах при транспортировании и разливе жидкого металла обязательно предусматривается звуковая сигнализация. Упрощенная схема предупредительной сигнализации рольганговой печи с водоохлаждаемыми роликами показана на рисунке 3. Если по каким- либо причинам вода недостаточно охлаждает ролики (или совсем прекратилась подача воды), приводится в действие световая и звуковая сигнализации. При недостатке воды в охлаждающей системе реле ВР замыкает контакты и включает промежуточное реле KL1.1, контакт которого включает сигнальную лампу EL и звуковой сигнал НА Одновременно возбуждается реле КТ1, которое своим контактом через определенный интервал времени включает промежуточное реле KL2. Контакт KL2.1 этого реле размыкается, и цепь управления магнитным пускателем КМ с управляющим контактом УК разрывается. Аналогичные схемы применяются и для контроля смазки подшипников ответственных механизмов

 

 

Рисунок 3

 

Контрольные вопросы

1. Какая система носит название системы контроля с цифровым отсчетом?

2. Что такое квантование?

3. Перечислите виды цифровых индикаторов.

4. Какое назначение имеет система централизованного контроля?

5. Укажите виды и средства систем автоматической сигнализации.