Системы сбора информации с датчиков па базе микроЭВМ

Для автоматизированного сбора и обработки электрических сиг­налов, поступающих с различного рода датчиков (температуры, давления, частоты вращения, счетчиков количества жидкости или газа, вибрации и т.п.) широко используются компьютерные системы, оснащенные преобразователями таких сигналов в цифровую фор­му (АЦП, таймерами/счетчиками, коммутаторами и др.) - информа­ционно-вычислительные системы.

Обобщённый алгоритм (рис. 13.3.) ИВС представляет совокуп­ность функционально связанных между собой частных алгоритмов, реализующих единую задачу обработки информации с требуемой точностью. Основными особенностями ИВС является использование в них методов цифровой обработки информации, оптимальных алго­ритмов оценивания измеряемых процессов.

Эти системы конструируются на базе одноплатных микроЭВМ, наиболее совершенными из которых на настоящее время являются так называемые микроРС. В состав микроРС входит материнская плата IBM-совместимого компьютера, уменьшенная в несколько раз, оснащенная современным мощным и быстродействующим процессо­ром Х86. С материнской платой сопрягается плата, предназначенная для сбора сигналов с датчиков, которые удалены от компьютера.

Рисунок 13.3 - Обобщенный алгоритм ИВС.

С компьютером микроРС обычно сопрягается с помощью како­го-либо последовательного интерфейса. Удаленные системы сбора на базе одноплатных микроРС не лишены недостатков, одним из которых является очень высокая стоимость самой микроРС (как минимум равная стоимости стандартного IBM-совместимого компь­ютера, а подчас в несколько раз больше).

Применение таких удаленных систем целесообразно лишь в слу­чае сбора сигналов с очень большого количества датчиков (100 и бо­лее), когда требуется высокоскоростная обработка поступающих сигналов. В случае, когда сигналов немного - десятки или даже еди­ницы, применять системы на базе микроРС нецелесообразно. С другой стороны, существует масса задач, где как раз и тре­буется именно удаленная компьютерная система сбора сигналов с не­большого количества датчиков. Здесь на помощь приходят однокри­стальные микроЭВМ.

Однокристальные микроЭВМ - микрокомпьютеры, расположен­ные в одной микросхеме. В состав такой микроЭВМ входят основ­ные атрибуты компьютера - память, процессор, различные перифе­рийные устройства, интерфейсы (например, для связи с другим ком­пьютером). В последнее время в такую микросхему стали встраивать даже многие атрибуты систем сбора (АЦП, счетчики и генераторы импульсов, параллельные и последовательные порты и др.). Стои­мость однокристальных микроЭВМ невысокая. Они не обладают та­кими колоссальными быстродействием и памятью, как микроРС, но это от них и не требуется.

Применение однокристальных микроЭВМ в удаленных систе­мах сбора сигналов с небольшого количества датчиков наиболее це­лесообразно и оптимально.

Основная идея применения однокристальных микроЭВМ в уда­ленных системах сбора заключается в том, что программа их работы передается в нее из компьютера по последовательному интерфейсу (кабелю), а результаты работы этой программы передаются в компь­ютер по этому же кабелю и полноценно обрабатываются компьюте­ром.

Удаление системы сбора от компьютера может достигать десят­ков и даже сотен метров; при этом, поскольку передача информации осуществляется в цифровом виде, потерь информации нет.

Структурная блок-схема подобной системы приведена на рис. 16.4. Основой системы является устройство сбора и предварительной об­работки аналоговых и частотных сигналов, к которому подсоединя­ются кабели от датчиков, и которое сопрягается с компьютером с помощью оптронной развязки на максимальное пробивное напряже­ние до 3000 вольт. В устройстве применяется однокристальный микроконтроллер со встроенным АЦП. Устройство содержит внешнюю память программ и данных.

Отличительная особенность системы сбора - ее программируемость, т.е. возможность оперативного изменения программы одно­кристального микроконтроллера, которая передается из компьютера и записывается в память. Это позволяет приспосабливать устройство сбора к самым различным задачам (т.е. оно достаточно универсаль­но). Программное обеспечение, написанное на компьютере, также может легко изменяться, и поэтому вся система сбора является ис­ключительно гибкой в программном отношении и может использо­ваться для самых различных целей.

Рисунок 13.4 — Структурная блок-схема удаленной компьютерной системы измерения, регистрации и обработки сигналов.

Лекция 14. «Программируемые регуляторы»

Для контроля и управления технологическими процессами все большее применение находят многофункциональные микропроцес­сорные программируемые регуляторы.

Центральным узлом подобного цифрового устройства является микроЭВМ, которая через свои устройства ввода-вывода обменивает­ся информацией с периферийными узлами. С помощью этих допол­нительных узлов осуществляется сопряжение микроЭВМ (микропро­цессора) с внешней средой: датчиками исходной информации, объек­том управления, оператором и т.д. В реальном устройстве может ис­пользоваться несколько микропроцессоров, каждый из которых занят решением отдельного фрагмента общей задачи с целью обеспечения высокого быстродействия.

Непременными узлами любого цифрового устройства являются:

-входные и выходные преобразователи сигналов;

- тракт аналого-цифрового преобразования;

- кнопки управления и ввода информации от оператора;

- дисплей для отображения информации;

- коммуникационный порт для связи с другими цифровыми уст­ройствами.

- блок питания.

Основные функции вышеперечисленных узлов следующие.

Входные преобразователи. Они обеспечивают гальваническую развязку внешних цепей от внутренних цепей устройства. Одновре­менно входные преобразователи осуществляют приведение контро­лируемых сигналов к единому виду (как правило, к напряжению) и нормированному уровню. Здесь же осуществляется предварительная частотная фильтрация входных сигналов перед их аналого-цифровым преобразованием. Одновременно принимаются меры по защите внут­ренних элементов устройства от воздействия помех и перенапряже­ний.

Сигналы, контролируемые устройствами входными средствами автоматики, имеют, в общем случае, разную физическую природу -ток, напряжение, температуру и т.д.

При подключении микропроцессорных устройств к традицион­ным датчикам тока и напряжения требуется приведение их сигналов к единому виду и диапазону изменения, приемлемому для обработки электронными узлами.

Практически во всей современной электронной аппаратуре ввод дискретных сигналов осуществляется через преобразователи на осно­ве оптронов. Собственное время переключения у оптронов составля­ет доли микросекунды. Для оптрона характерна малая проходная ем­кость, что препятствует проникновению помех по этому пути. Допус­тимое напряжение между цепью управления и элементами управляе­мой цепи достигает нескольких киловольт, а рабочий ток светодиода составляет 3-5 мА.

Различают преобразователи аналоговых и логических входных сигналов.

Первые стремятся выполнить так, чтобы обеспечить линейную (или нелинейную, но с известным законом) передачу контролируемо­го сигнала во всем диапазоне его изменения.

Преобразователи логических сигналов, наоборот, стремятся сде­лать чувствительными только к узкой области диапазона возможного нахождения контролируемого сигнала.

Выходные преобразователи. Воздействия на объект управления традиционно осуществляются в виде дискретных сигналов управле­ния. При этом выходные цепи устройства выполняют так, чтобы обеспечить гальваническую развязку коммутируемых цепей, как ме­жду собой, так и относительно внутренних цепей системы управле­ния.

Несмотря на очевидные достижения электроники в области ком­мутации высоких потенциалов и сильных токов в цифровых реле, в большинстве случаев по-прежнему используются промежуточные электромагнитные реле. Контактная пара пока еще остается вне кон­куренции, как единственное устройство, обеспечивающее видимый разрыв в коммутируемой цепи. К тому же это и самое дешевое реше­ние.

Как правило, в цифровых устройствах применяются несколько типов малогабаритных реле: с большей коммутационной способно­стью - для работы непосредственно в цепях управления выключате­лей, с меньшей - для работы в цепях сигнализации. Мощные реле способны включать цепи с током порядка (5-30)А, но их отключаю­щая способность обычно не превосходит 1А при напряжении 220В. Отключающая способность сигнальных реле обычно не превышает 0,15 А в цепях постоянного тока напряжением 220 В.

Помимо электромагнитных реле в выходных цепях широко при­меняются также мощные транзисторы на токи 10-30 А и тиристоры.

Тракт аналого-цифрового преобразования включает мультиплек­сор и собственно аналого-цифровой преобразователь - АЦП.

Мультиплексор - это электронный коммутатор, поочередно по­дающий контролируемые сигналы на вход АЦП. Применение муль­типлексора позволяет использовать один АЦП (как правило, дорого­стоящий) для нескольких каналов.

В АЦП осуществляется преобразование мгновенного значения входного сигнала в пропорциональную ему цифровую величину. Преобразования выполняются с заданной периодичностью во време­ни. В последующем по этим выборкам из входных сигналов в микро-ЭВМ рассчитываются интегральные параметры контролируемых сигналов - их амплитудные или действующие значения.

Блок питания обеспечивает стабилизированным напряжением все узлы рассматриваемого устройства независимо от возможных из­менений напряжения в питающей сети. Как правило, в нем формиру­ется ряд дополнительных сигналов, исключающих неправильную ра­боту ЭВМ и некоторых других электронных узлов устройства в мо­мент появления и исчезновения напряжения питания.

Дисплей и клавиатура. Они являются непременными атрибутами любого цифрового устройства, позволяя оператору получать инфор­мацию от устройства, изменять режим его работы, вводить новую информацию.

Для отображения информации используются и отдельные свето­диодные индикаторы, и табло, и даже графические экраны. Для про­стоты совокупность элементов визуального отображения информа­ции называют дисплеем.

Дисплей должен обеспечивать быстрое и однозначное представ­ление информации. Наилучшим образом этим требованиям удовле­творяют простые дисплеи в виде светодиодных индикаторов. С дру­гой стороны, цифровое устройство защиты - это устройство, которое способно предоставить оператору очень большой объем информации.

В некоторых устройствах применяются цифро-буквенные много­строчные табло, что обеспечивает удобство считывания информации. Такие табло выполняются на основе жидкокристаллических индика­торов (ЖКИ). Основными недостатками ЖКИ-дисплеев являются от­носительно низкая контрастность изображения и неработоспособ­ность при низких температурах. Однако невысокая стоимость и лег­кость управления ЖКИ способствуют их широкому применению.

Порт связи с внешними цифровыми устройствами. Достоинст­вом цифровых устройств является возможность передачи имеющейся информации в другие цифровые системы: АСУ ТП, персональный компьютер и т.д., что позволяет интегрировать различные системы, экономя на каналах связи, затратах на предварительную обработку сигналов и т.п. Коммуникационный порт - необходимый элемент для дистанционной работы с данным устройством.

Наряду с вышеперечисленными, в цифровых устройствах, в об­щем случае, могут встретиться и другие узлы. Например, цифро-аналоговые преобразователи при формировании аналоговых сигналов управления и регулирования.

Практически вся обработка информации в цифровом устройстве осуществляется внутри микроЭВМ по определенному алгоритму, реализованному в виде программы работы этой ЭВМ.

Цифровые устройства подобного типа (вместе с датчиком) име­ют погрешность (2-5)%. С учетом этой погрешности и выполняются дисплеи - с возможностью отображения лишь трех-четырех знача­щих цифр.

В цифровых устройствах используются в основном два способа представления величин - в именованных единицах (вольтах, амперах, градусах, метрах, килограммах и т.д.) и в относительных. Оператив­ному персоналу удобнее работать с именованными величинами, от­ражающими реальные значения токов, напряжений и других пара­метров технологического процесса. Но это требует занесения допол­нительной информации - коэффициентов преобразования датчиков, а на дисплей необходимо дополнительно выводить размерность ото­бражаемой величины. Альтернативным решением является представ­ление всех величин в относительных единицах или процентах. Чаще всего за базисные единицы принимают номинальные значения кон­тролируемых величин.

В последнее время применение сложного дисплея становится менее актуальным. Современные цифровые устройства, как правило, предусматривают подключение к компьютеру, и вся необходимая информация может в любой удобной форме быть представлена на привычном дисплее компьютера.

Кнопки управления или клавиатура являются неотъемлемыми элементами связи человека с цифровым устройством. С помощью клавиатуры можно изменить режим работы устройства, вызвать на дисплей интересующие параметры и величины, ввести новые уставки и т.д.

Число кнопок, используемых в клавиатурах различных устройств, варьируется от двух до десяти. Чем больше кнопок в клавиатуре, тем удобнее и быстрее можно вводить информацию в устройство. Однако кнопки являются наиболее ненадежными элементами цифровой ап­паратуры. Поэтому там, где пользоваться клавиатурой приходится крайне редко, стремятся использовать минимальное число кнопок. Минимальное число кнопок клавиатуры, позволяющее вводить лю­бую информацию, равно двум.

Для хранения рабочей программы обычно используются посто­янные запоминающие устройства - ПЗУ. Отличительной чертой ПЗУ является однократная запись информации. В последующем возможно только считывание записанной информации. Достоинством микро­схем ПЗУ является их низкая стоимость и возможность хранения ин­формации при отключенном питании.

Рабочая программа может располагаться в перепрограммируе­мом постоянном запоминающем устройстве - ППЗУ с энергонезави­симой памятью, т.е. хранимая в ней информация не разрушается в обесточенном состоянии.

Для временного хранения результатов промежуточных вычисле­ний используются оперативные запоминающие устройства (ОЗУ). Существенным недостатком ОЗУ является разрушение информации при отключении питания.

Для хранения уставок и других параметров, которые приходится изменять в процессе эксплуатации, используются ППЗУ, допускаю­щие многократное изменение уставок. До появления этих микросхем уставки хранились либо в аналоговом виде, как некое регулируемое опорное напряжение, либо в ОЗУ с независимым источником пита­ния. В таких устройствах применяют специальные малопотребляю­щие микросхемы и литиевые батареи, имеющие срок службы 5-6 лет.

Одним из таких регуляторов является регулятор МПР-51. Струк­тура прибора МПР51 приведена на рис. 14.1. Прибор имеет 5 входов для контроля температуры, влажности и положения задвижек. Три входа предназначены для подключения термодатчиков (тип - ТСМ, ТСП, ТХА, ТХК) и два входа для датчи­ков положения задвижек трубопроводов. Прибор измеряет влажность психрометрическим методом, поэтому один из термодатчиков ис­пользуется в качестве влажного термометра.

Прибор имеет 2 канала регулирования по Т, П, ПД или ПИД-закону, которые позволяют поддерживать заданные значения влаж­ности, температуры или скорости ее нарастания, а также режим D-варки (поддержания разности между температурой в сердцевине про­дукта и в шкафу).

На выходе прибора имеются восемь ключей с открытым коллек­тором для сигнализации о выполняемом шаге программы и 5 двухпо-зиционных реле с нормально разомкнутыми контактами. Одно реле сигнализирует об аварии («реле тревоги») или об окончании техноло­гического процесса, когда измеряемые параметры выходят за про­граммно заданные пределы. Четыре других реле управляют исполни­тельными устройствами.

Рисунок 14.1 -Структура прибораМПР51.

Управление исполнительными устройствами осуществляется по одной из 16 хранящихся в памяти прибора программ, в каждой из ко­торых можно задать от одного до восьми однородных участков - ша­гов.

При выполнении программы переход к следующему шагу осуще­ствляется либо по времени, либо по достижении заданной уставки. Оператор имеет возможность оперативно выбрать нужную програм­му и шаг, с которого ее необходимо запустить. Имеется возможность временной остановки или перезапуска выполняемой программы. Из­менение хранящихся в памяти прибора программ, коэффициентов на­стройки регуляторов, переконфигурирование прибора под необходи­мый тип датчиков возможно только через пароль, что исключает не­санкционированный доступ к энергонезависимой памяти прибора.

Прибор может использоваться в хлебопекарнях для поддержания режима в расстоечных шкафах, в печах для выпечки хлеба; на мясо- и рыбокомбинатах для обеспечения технологического процесса в каме­рах варки и копчения, в камерах созревания, в универсальных клима­тических камерах, в камерах сушки древесины и т.д.

Сигналы от термодатчиков обрабатываются сначала аппаратно, а затем программным способом и в качестве измеренных величин по­ступают на входы регуляторов и компараторов. Входных сигналов от термодатчиков три, а измеренных величин - пять. Дополнительно вы­числяются относительная влажность и разность температур 1-го и 3-го входов (камеры и внутри продукта).

Сигналы с входов 4 и 5, информирующие о положении задвижки, используются в качестве вспомогательных для повышения качества процесса регулирования, когда в качестве исполнительных механиз­мов используются запорнорегулирующие вентили.

За каждым регулятором закреплено по два выходных реле. При двухпозиционном регулировании, второе реле может быть использо­вано для сигнализации срабатывания одного из четырех компарато­ров "Тревога".

На входы регуляторов можно подать любую измеренную вели­чину. Для компараторов "Тревога" можно задавать закон функцио­нирования:

- срабатывание по верхнему пределу;

- по нижнему пределу;

- по нижнему и верхнему пределам ("окно" и "коридор").

Также задается время задержки срабатывания и длительность сигнала "Тревога". На вход любого из 4-х компараторов можно по­дать любую измеренную величину. На выход любого из компарато­ров можно подключить реле 5 или любое не участвующее в регули­ровании реле 1, 2, 3, 4. Возможно подключение выходов сразу не­скольких компараторов на одно реле.

Устройство "Контроль датчиков" проверяет датчики на обрыв или короткое замыкание. Сигнал об одном из этих событий можно вывести на любое свободное в процессе регулирования реле. Сигнализатор "Окончание выполнения программы" сигнализи­рует о моменте окончания программы регулирования. Этот сигнал можно подключить к любому свободному от процесса регулирования реле.

Прибор имеет восемь транзисторных ключей (n-p-п) с откры­тым коллектором. На каждом шаге программы может замыкаться один транзисторный ключ. Номер транзисторного ключа, замкнутого на данном шаге, задается при программировании.

В приборе имеется возможность связи с ЭВМ, Специальная программа позволяет опрашивать температурные каналы с опреде­ленной периодичностью и выводить полученные данные на принтер или на экран в табличном или графическом виде.

Прибор может находиться в двух основных режимах - "РАБО­ТА" и "ПРОГРАММИРОВАНИЕ".

Режим "РАБОТА" - это основной режим, в котором происходит выполнение выбранной программы управления технологическим процессом.

Режим "ПРОГРАММИРОВАНИЕ" - это режим, в котором осу­ществляется задание ("написание") программ для технологических процессов, настройка параметров регуляторов и компараторов и кон­фигурирование прибора под конкретный объект.

При перебоях в электроснабжении прибора параметры регулиро­вания сохраняются в памяти прибора в течение 1 часа. После возоб­новления питания выполнение программы может быть продолжено или остановлено с выдачей сигнала "Авария", что задается специаль­ными параметрами. Прибор сохраняет информацию о прерванном процессе регулирования до одного часа.

Многофункциональные программируемые регуляторы - это при­боры, позволяющие управлять многоступенчатыми технологически­ми процессами при производстве мясных и колбасных изделий, в хлебопекарной промышленности, обжиге металлов, изготовлении железобетонных конструкций.

Требуется поддержание определенных температуры и влажности на каждой стадии процесса, а на некоторых стадиях - плавное возрас­тание и снижение этих параметров. Кроме того, требуется включение дополнительных устройств в процессе выполнения технологического процесса. Пример использования прибора МПР51 для процесса суш­ки древесины приведен на рис.14.2.

Процесс сушки древесины состоит из нескольких этапов, во вре­мя которых поддерживаются постоянными температура и влажность в камере сушки. Все этапы имеют определенную длительность. Для поддержания заданной температуры в камере установлен теплоэлектронагреватель - ТЭН. Пар для увлажнения подается через запорно-регулирующий вентиль. В камере установлены 2 датчика - влажно­сти и температуры. Один поддерживает необходимую на каждом ша­ге температуру в камере, управляя ТЭНом через реле 1 по двухпозиционному (включено/выключено) закону. Второй поддерживает влажность путем выдачи на реле 3 и реле 4 управляющих импульсов "больше-меньше" для привода запорно-регулирующего вентиля. Текущее значение влажности вычисляется психрометрическим методом по температуре сухого и влажного термометра. После окон­чания процесса выдается сигнал заданной длительности на реле 5.

В примере, изображенном на рис. 14.3, прибор МПР51 исполь­зован для управления процессом термообработки и копчения мясо­продуктов в коптильной камере.

В камере находятся 3 датчика температуры - сухой датчик тем­пературы, влажный датчик температуры и датчик температуры мяса. Регулирование температуры ведется при помощи реле 1, 2, а влажно­сти при помощи реле 3, 4. Для включения дополнительных устройств - дымогенератора и вентилятора - используются соответственно транзисторные ключи 2 и 1.

Рисунок 14.2 - Сушка древесины под управлением МПР-51.

Другим примером микропроцессорной техники для управления объектами являются регуляторы температуры серии ТРМ (ТРМ-4, ТРМ-5)идр.

Микропроцессорный регулятор температуры ТРМ-4 обеспечива­ет измерение температуры среды, в которую помещен термочувстви­тельный датчик, последующее отображение результатов измерения на четырехразрядном жидкокристаллическим индикаторе и двухпо-зиционное регулирование данной температуры с помощью внешнего нагревателя в соответствии с введенными оператором величинами заданной температуры Т_уст и допустимого отклонения ΔT.

Рисунок 14.3 - Управление режимами копчения мяса.

Рассмотрим упрощенную схему прибора ТРМ-4, приведенную на рис. 14.4.

Рисунок 14.4 - схема прибора ТРМ4.

Центральным узлом прибора является микропроцессорное вы­числительное устройство МПВУ. Оно обеспечивает управление все­ми составными частями схемы: выработку сигналов управления ана­логовой частью измерителя; обработку результатов измерения и вы­дачу их на индикатор; ввод значения заданной температуры и допус­тимой погрешности с помощью набора кнопок и управление испол­нительным ключевым устройством, включающим нагреватель. В терморегуляторе ТРМ-4 МПВУ реализовано на основе одно­кристальной микроЭВМ фирмы Intel.

Программа, обеспечивающая функционирование данного микро­процессора в составе терморегулятора ТРМ-4, записывается во внут­реннее ПЗУ микросхемы.

Для обеспечения работоспособности прибора без вмешательства оператора в случае периодического отключения электропитания пре­дусмотрено наличие энергонезависимого электрически перепрограм­мируемого запоминающего устройства EEPROM. Оно предназначено для хранения заданных значений температуры объекта регулирования Т_уст, величины ее допустимого отклонения ΔТ и некоторой служеб­ной информации, необходимой для перезапуска процессора.

Служебная информация представляет из себя некоторое кон­трольное число, значение которого зависит от наличия или отсутст­вия сбоев в работе процессора при предшествующих запусках. Если ранее произошел сбой (или если производится первый запуск микро­процессора в работу по данной программе), то микропроцессор сам запишет в соответствующие ячейки EEPROM некоторые заранее за­данные значения параметров регулирования. Если же значение кон­трольного числа указывает на отсутствие сбоев, то микропроцессор считает записанные ранее значения параметров регулирования вер­ными и в дальнейшем использует их в работе.

Микропроцессор сравнивает получаемые в результате измерения значения текущей температуры объекта с хранящимся в памяти зада­нием и на основании результатов сравнения управляет работой сило­вых ключей. При этом реле, коммутирующее силовые цепи внешнего нагревателя, будет замкнуто, когда измеряемая температура объекта Т_об = Т_уст-ΔТ, и это реле выключится при достижении значения Т_об = Т_уст+ΔТ

Таким образом, устанавливается периодический процесс вклю­чения и отключения нагревателя, который обеспечивает поддержание средней температуры объекта регулирования вблизи заданного зна­чения Т_уст.

Для осуществления процесса измерения микропроцессор выдает последовательность адресных кодов, обеспечивающих управление переключением каналов мультиплексора MS.

Так как величины измеряемых напряжений малы, то для полного использования динамического диапазона преобразователя их необхо­димо усилить. Для этого используется усилитель УС. Кроме того, большое входное сопротивление усилителя позволяет исключить влияние ненулевого сопротивления ключей на величину напряжения на выходе мультиплексора. С выхода усилителя сигнал поступает на вход преобразователя напряжения в частоту ПНЧ.

Преобразователь служит для преобразования аналоговых величин измеряемых напряжений в цифровую форму, необходимую для обра­ботки в микропроцессоре. В приборе ТРМ-4 ПНЧ выполнен на мик­росхеме КР1108ПП1. На выходе преобразователя возникает последо­вательность частот, каждая из которых прямо пропорциональна на­пряжению источника сигнала, выбираемого переключением каналов мультиплексора.

При подаче на адресные входы мультиплексора адреса «1» вход усилителя оказывается соединенными с общим проводом. При этом на выходе усилителя вырабатывается некоторое напряжение, харак­теризующее реальные погрешности схемы измерителя.

Источниками таких погрешностей могут служить токи утечки ключей мультиплексора, входные токи и напряжения смещения ОУ, пульсации напряжений питания, временные и температурные дрейфы параметров компонентов и т.д. При этом на выходе ПНЧ будет выра­ботана частота F_norp, в значении которой будут учтены все вышепере­численные факторы. В дальнейшем это позволит при вычислении значения температуры объекта скомпенсировать влияние этих факто­ров.

При подаче на адресные входы мультиплексора адреса «2» на вход усилителя будет подано напряжение с источника образцового напряжения (ИОН), а с ПНИ - частота F_on. Точное значение этого на­пряжения устанавливается резистором R₁ при регулировке прибора.

При подаче адреса «3» ко входу усилителя подключено напряже­ние, поступающее с термопары. При этом на выходе ПНЧ будет вы­рабатываться импульсный сигнал с частотой F_изм.

И наконец, при подаче адреса «4» ко входу усилителя будет под­ключено напряжение с датчика температуры опорного спая (DTOC), а с ПНИ - частоту F_комп. Конкретная величина этого напряжения ус­танавливается резистором R.2 в процессе калибровки прибора.

Микропроцессор постоянно производит циклическую смену ад­ресов мультиплексора. В результате с выхода ПНЧ на специальный счетный вход микропроцессора поступают периодически повторяю­щиеся импульсные последовательности с частотами F_norp, F_on, F_изм и F_komii После каждой смены адреса микропроцессор отсчитывает неко­торый защитный интервал времени, необходимый для завершения переходного процесса в преобразователе, а затем переходит к изме­рению поступающей частоты. Измерение частоты происходит путем подсчета количества импульсов на калиброванном интервале време­ни. Длительность этого интервала стабилизирована кварцевым резо­натором тактового генератора микропроцессора и равна приблизи­тельно 1 сек.

В результате измерения частот, поступающих на счетный вход, микропроцессор получает численные значения (они соответствуют числу импульсов за образцовый интервал времени): N_noгp N_оп N_изм и N_комп, соответственно.

Далее для вычисления значения измеряемой температуры мик­ропроцессор производит с этими числами следующее преобразова­ние:

Здесь величины N_оп N_изм и N_комп - это значения числа импульсов соответствующих частот, которые получились бы в случае примене­ния идеального преобразователя, не содержащего погрешностей. По­этому вычитание величины N_noгp позволяет скомпенсировать влияние погрешностей схемы на результаты измерения. Умножение на 1000 необходимо для получения реального значения температуры, выво­димого на индикатор, т.к. максимальная измеряемая температура +1300°С (для термопары ТХА). Вычитание 273 необходимо для пе­ревода показаний датчика температуры холодного спая к шкале Цельсия.

Оператор может управлять работой регулятора с помощью двух кнопок. Нажатием кнопки «Режим» прибор последовательно перево­дится в режимы записи значений заданной температуры Т^, пределов ее допустимого отклонения ΔT и величины корректирующей по­правки (о назначении этой поправки будет сказано далее). При этом значения задаваемых параметров высвечиваются на индикаторе.

Управление процессом записи осуществляется с помощью кноп­ки «Установка». При однократном ее нажатии выбранная цифра из­меняет свое значение на единицу, а длительное удержание в нажатом состоянии обеспечивает последовательный выбор других цифр. Для удобства работы оператора замыкание внутреннего исполнительного реле прибора отображается зажиганием светодиода «Нагрев».

Если по каким-либо причинам при эксплуатации прибора будет выявлено наличие систематической погрешности измерения (напри­мер, из-за плохого теплового контакта между объектом и датчиком), то такую погрешность можно компенсировать за счет дополнительно вводимой оператором поправки. Значение этой поправки вводится в режиме «Коррекция» и хранится в EEPROM наряду с другими пара­метрами регулирования.

Схема процесса пастеризации молока, выполненное приборам ТРМ4, приведено на рис. 14.5.

Пастеризация молока осуществляется в пластинчатой автомати­зированной установке. Обработка молока осуществляется в два этапа: предварительная обработка в секции регенерации, окончательный на­грев до 76°С и выдержка в секции пастеризации. В секции регенерации использованы теплообменники для пере­дачи тепла от готовой продукции сырому молоку. В секции пастери­зации подача тепла осуществляется водой, подогреваемой паром. Для автоматизации этого двухступенчатого процесса обработки могут быть использованы три двухпозиционных терморегулятора ТРМ-4.

По первому каналу осуществляется регулирование подачи тепла от котельной: ТРМ-4-1 через промежуточное реле подает команды запирающему вентилю с электромагнитным приводом для управле­ния подачей пара.

По второму каналу ТРМ-4-2 через промежуточный пускатель управляет регулирующим трехходовым клапаном с электрическим исполнительным механизмом. При закрытом клапане молоко направ­ляется в нормализованную ванну, а при достижении 76°С переключа­ется на трубопровод для выхода готового продукта.

Рисунок 14.5 — Блок-схема процесса пастеризации и охлаждения молока

Затем в охладительной секции при помощи рассола продукт ох­лаждается до температуры 4... 6°С. Этим процессом управляет другой терморегулятор ТРМ-4-3, который через промежуточное реле дает команду запирающему вентилю СВВ. Затем готовое молоко из танка поступает на линию упаковки в промежуточную емкость, где сигна­лизатор уровня жидкости контролирует степень наполнения резер­вуара.