Цифровой пневмоэлектропреобразователь

В настоящее время многие системы автоматизации процессов на предприятиях химической, нефтехимической, и газовой промышленности выполнены на базе пневматических приборов контроля и управления. В операторных помещениях панельные щиты заполнены сотнями пневматических вторичных приборов, которые занимают много места и требуют постоянных затрат на периодическую поверку и ремонт. При проведении модернизации таких производств обычно вместо старой системы управления устанавливаются современные программно-технические комплексы (ПТК) на базе средств вычислительной техники, заменяющие показывающие, регистрирующие и регулирующие приборы. Однако, при этом не всегда удается (обычно по экономическим причинам) единовременно заменить все пневматические датчики на современные электрические в искробезопасном исполнении и приходится решать проблему подключения датчиков с пневматическим выходным сигналом к средствам ВТ. Обычно для этого применяются нормирующие пневмо-электропреобразователи с токовым выходом. Как правило, эти преобразователи громоздки и нестабильны в работе, а главное - после них требуется еще одна ступень преобразования - токового сигнала в цифровую форму, что существенно увеличивает стоимость информационного канала.

Для решения всех этих проблем НПФ "КРУГ" разработан и выпускается 12-ти канальный пневмо-электропреобразователь ППМ (сертификат Госстандарта РФ №5848 № гр. 18020-98 от 5.01.99), выполняющий пропорциональное преобразование унифицированного пневматического сигнала (0,2-1,0) кг/см2 непосредственно в цифровой сигнал.

• самая низкая стоимость канала непосредственного преобразования пневмосигнала в цифру 
• высокая надежность благодаря отсутствию пневмокоммутатора 
• высокая точность (до 0,25) 
• быстродействие 
• малые габариты (1 каркас с 5 пневмопреобразователями 
• заменяет 60 вторичных приборов типа ПВ 10) 
• простота создания и эксплуатации информационных систем без больших инвестиций 
• возможность создания систем технического учета 
• возможность отказа от парка вторичных показывающих и самопишущих пневматических приборов. 

Технические характеристики 

Преобразователь ППМ имеет следующие технические данные: 

                            На рисунке 1 приведена блок-схема прибора. 

Рисунок1 - Блочная схема преобразователя 

Принцип действия прибора основан на преобразовании давления входных пневматических сигналов преобразователями P/I в электрические сигналы, которые поступают далее на входы аналого-цифровых преобразователей (АЦП). С выходов АЦП 16-ти битные коды считываются микроконтроллером. Температура воздуха в корпусе прибора измеряется датчиком температуры. Микроконтроллер вычислительным путем корректирует разброс индивидуальных характеристик преобразователей, а также выполняет компенсацию дополнительной погрешности, вызванной отклонением температуры в корпусе прибора от нормальной (25°C). Все индивидуальные калибровочные коэффициенты по каждому измерительному каналу хранятся в энергонезависимом ППЗУ. Откорректированные значения измеренного давления по всем 12-ти каналам и значение температуры в корпусе прибора в цифровой форме передаются (по запросу) в линию связи интерфейса RS-485 через порт с гальванической развязкой. Питание прибора осуществляется от сети постоянного или переменного тока напряжением 18-30В через преобразователь напряжения, гальванически развязанный от питающей сети. 

На основе многоточечного интерфейса RS-485 преобразователи ППМ могут быть объединены в локальную сеть магистрального типа с одним фиксированным центром управления. К сети можно подключить до 31 преобразователя ППМ. Длина магистральной линии связи может достигать 1000 метров (Рисунок 2). 

Рисунок 2 - Локальная сеть из модулей ППМ 

Один из абонентов сети должен быть активным, т.е. Master-модулем, который направляет запросы по определенному адресу и переходит в режим ожидания ответа. Функцию Master-модуля может выполнять IBM PC, ПЛК и т.п. В качестве Slave-модулей рассматриваются преобразователи ППМ. Каждый Slave-модуль находится в режиме ожидания запроса от Master-модуля и, если адрес в запросе соответствует собственному адресу ППМ и в пакете нет ошибок, то он отправляет пакет с ответом. Пакеты с другими адресами или с ошибками Slave-модуль игнорирует. 

Конструктивно преобразователь ППМ выполнен в форме вдвижного модуля с индивидуальной лицевой панелью размером 81х130 мм., на которой расположены монтажные пневматические соединители, разъемы для подключения электрического питания 24В и линий связи интерфейса RS-485, а также элементы сигнализации. 

К лицевой панели стандартными деталями крепится печатная плата с электронными компонентами. На эту плату через специальные разъемы с золочеными контактами устанавливаются 6 мезонинов с преобразователями - по 2 преобразователя на каждом мезонине. Такая конструкция позволяет легко менять преобразователи как при наладке, так и в процессе эксплуатации прибора. Для механической защиты и удобства монтажа, вдвижные модули ППМ помещаются в каркас компоновочный DIN 19" (Рисунок 3). 

Рисунок 3 - Каркас компоновочный DIN 19" 

В одном таком каркасе могут быть размещены до 5-ти модулей преобразователей ППМ, таким образом, в одном компоновочном каркасе размещается 60-ти канальный преобразователь. Неиспользуемые места в каркасе закрываются декоративными заглушками. Применение стандартных конструктивов DIN 19" упрощает производство преобразователей ППМ и позволяет легко встраивать их в стандартные шкафы размера DIN 19". Имеется также модификация ППМ в приборном исполнении на 12 каналов (рисунок 4). Наличие в схеме преобразователя микроконтроллера позволило не только получить высокие метрологические характеристики, но и полностью автоматизировать метрологическое обслуживание прибора. Процесс калибровки и поверки преобразователя предельно упрощен за счет специально разработанного фирменного программного обеспечения, входящего в комплект поставки прибора. 

Рисунок 4 - ППМ в приборном исполнении на 12 каналов 

Открытый протокол обмена ППМ с IBM PC поддерживается практически любыми SCADA системами, в том числе "КРУГ - 2000". Пользователи могут написать драйвер связи с ППМ самостоятельно или заказать (бесплатно) специальную программу "ОРС - сервер", которая обеспечивает взаимодействие с ППМ любой SCADA системы, поддерживающей обмен через программный ОРС - сервер. 

ППМ так же может использоваться для непосредственного измерения уровня в аппаратах без давления, если в них применяется пьезометрический метод измерения уровня. При этом давление после дросселя из линии продувки подается прямо на вход ППМ, исключая применение дорогих дифманометров (манометров) в качестве датчиков давления. ППМ легко перестраивается на любой диапазон давления в пределах от 0 до 1,0 кгс/см2, например 0 - 0,1 кгс/м2, что позволяет одним техническим средством перекрыть большой диапазон шкал и быстро менять их при изменениях в технологическом процессе. Такая замена, кроме того, позволяет в несколько раз увеличить точность измерения. 

Преобразователи ППМ эксплуатируются на ОАО "Роснефть - Туапсинский НПЗ", ООО "Новокуйбышевский завод масел и присадок", ООО "Лукойл-Пермнефтеоргсинтез" и др. 

Опыт эксплуатации ППМ показал их экономическую эффективность, надежность в работе, стабильность метрологических характеристик и простоту эксплуатации.