2.3 Багатоточкові інформаційно-вимірювальні системи централізованого типу

Багато точкові ІВС здійснюють послідовний збір інформації про стан об’єкта дослідження, тобто на вхід АІ послідовно надходять дані від первинних ВП, розташованих в точках, які необхідно дослідити. Характерною особливістю ІВС централізованого типу є послідовна обробка всіх сигналів частинами системи, відповідальними за перетворення сигналу, за принципом розподілу часу. Типова схема АІ у подібній системі містить керований мікропроцесором мультиплексор, на його входи через фільтри надходять сигнали з уніфікованих ВП, а вихід зв’язаний з ПК за допомогою гальванічної розв’язки через АЦП.

ВП, які забезпечують при низькому рівні шуму, високому рівні придушення синфазних завад та малих спотвореннях посилення сигналу з високою точністю, використовується на вході АІ для підсилення сигналу. Це, як правило, особливий тип перетворювачів із точно визначеним регульованим коефіцієнтом підсилення. Також функцією таких ВП є ізолювання об’єкту дослідження від навантажувальної дії наступного тракту. Як правило, про роботі із датчиками із струмовими входами для зменшення вхідного імпедансу на вході ВП включається шунт, однак це призводить до зростання похибки узгодження.

Можливості даного інтерфейсу також характеризуються кількістю дротів, які можуть бути включені в канал зв’язку. Це може бути, наприклад, двопровідна лінія із струмовим сигналом 4…20 мА, або сигнал напруги 0…5 В, або уніфікований сигнал із частотою 1…6 кГц. Вибір необхідного сигналу здійснюється за наступними критеріями:

• якщо відстань до об’єкта вимірювання не перевищує десяти метрів, то у якості проміжного інформаційного сигналу обирається сигнал напруги;

• при дальності до вимірювального об’єкту, яка становить сотні метрів обирають струмовий сигнал;

• якщо відстань є більшою за один кілометр – частотний сигнал.

Не дивлячись на привабливість схеми із двопровідною лінією зв’язку, на практиці більшого розповсюдження набувають трипровідні лінії зв’язку з погляду на більші вимоги до точності, а також на те, що двопровідні лінії зв’язку піддаються впливу мережевих наведень. Особливо це стосується трипровідних ліній із зовнішнім блоком живлення, але така будова системи значно ускладнює її реалізацію за наявності великої кількості датчиків.

Однією із суттєвих переваг трипровідної ЛЗ є можливість працювати з низькоомними датчиками, однак загальним недоліком інтерфейсів як з двопровідним, так і з трипровідним струмовим КЗ є вплив на точність вимірювання нестабільності блоків живлення, які формують початковий струм (4 мА у стандарті 4…20 мА), така похибка виникає через вплив мережевих наведень. Це відбувається, коли енергія для живлення ВП передавача надходить по тим самим проводам, що й інформаційний сигнал. Одним з ефективних методів боротьбі з цим явищем є захисне екранування, що являє собою конструкцію «box in box».

Прикладом такого технічного рішення може бути АІ для багато точкової ІВС централізованого типу з струмовим двопровідним (або трипровідним) КЗ виробництва фірми BurrBrown. Інтерфейс містить перетворювачі струм-напруга, входи яких зв’язані безпосередньо з датчиками зі струмовими виходами, а виходи – із входами мультиплексора, мікропроцесора, АЦП, мережевого блоку живлення та блоку оптичної розв’язки, вихід якого є виходом інтерфейсу. Причому, керуючі входи мультиплексора і АЦП зв’язані з мікропроцесором, вихід мультиплексора зв’язаний із входом АЦП, а вихід мікропроцесора – із входом блоку оптичної розв’язки. Перетворювач струм-напруга в цьому інтерфейсі виконаний у вигляді підключеного до входу ВП шунта. Через відсутність в шунта нульового вхідного опору, мають місце похибки узгодження АІ з датчиком. Крім того, мережевий блок живлення в даному випадку не ізольований, і для розв’язки вимірювальних каналів по живленню, у кожному з них використовуються DC-DC конвертори у вигляді інтегральних мікросхем (ІМС) малої потужності. Внаслідок цього при збільшенні числа вимірювальних каналів пропорційно погіршується якість гальванічної розв’язки по живленню, так як збільшується загальна паразитна ємність між мережею та аналоговою землею.