4. Формирование измерительной информации

4.1. Информационные сигналы

В АСКУЭ применяется огромное разнообразие источников первичной измерительной информации: измерители давления, температуры, расхода энергоносителя и т.д., работа которых основана на различных физических принципах. Большинство этих приборов выдает информацию, отображающую измеряемую величину, в виде электрических сигналов, характеризующихся рядом параметров, часть из которых можно классифицировать в соответствии с требованиями к информационному обеспечению АСКУЭ (рис. 4.1).

Некоторые виды сигналов показаны на рис. 4.2. Аналоговый сигнал (рис. 4.2, а) является непрерывным во времени и пространстве параметром. Квантованный сигнал может быть дискретным по амплитуде (u), частоте (f), фазе (), времени (T) или по двум и более параметрам.

Сигнал, квантованный по измеряемому параметру c шагом u в соответствии с выражением

, (4.1)

называется двоичным цифровым кодом. В (4.1) n – разрядность двоичного кода; U_max – максимальное значение параметра U.

Текущее значение кода параметра с округлением до целого числа

. (4.2)

Различают параллельный и последовательный во времени коды. При передаче параллельного кода сигнал каждого разряда (0 или 1) имеет свой физический или параметрический канал (рис. 4.2, б).

Р и с. 4.1. Классификация информационных сигналов АСКУЭ

а

б

в

Р и с. 4.2. Типы выходных сигналов измерительных преобразователей: а – аналоговый; б – параллельный четырехразрядный цифровой код (Т – период следования посылок); в – частотно-импульсный сигнал последовательного двоичного кода (Т0 – длительность посылки)

Разряды последовательного кода передаются по одному физическому каналу начиная с младшего кода и заканчивая старшим (или наоборот). При этом информационный параметр принимает два (0 и 1) или три (0, 1, отсутствие сигнала) значения. Существуют многоуровневые двоичные коды, в которых цифрам 0 и 1 могут соответствовать более двух значений информационного параметра. На рис. 4.2, в показан последовательный двоичный код, в котором передача сигнала в каждой кодовой посылке начинается с младшего разряда. При этом цифрам 1 и 0 соответствуют частоты колебаний f₁ и f₂.

Каждый из источников информации в силу особенностей физических явлений, положенных в основу их функционирования, имеет свой выходной сигнал, изменяющийся по одному из параметров пропорционально измеряемой величине. Чтобы избежать разнообразия сигналов, которое может привести к рассогласованию и сбоям в работе смежной аппаратуры, применяют методы и устройства нормирования сигналов по току, напряжению, частоте, фазе, длительности и периоду следования импульсов. Принятые нормы прописаны соответствующими стандартами [74-77]. На уровне первичных источников измерительной информации (измерительных преобразователей) функции унификации выполняют встроенные или вынесенные одно– и многоканальные нормирующие преобразователи (рис. 4.3).

Р и с. 4.3. Пример формирования унифицированных сигналов из выходного сигнала датчика давления

Задача нормирующих преобразователей состоит в том, чтобы преобразовать различные сигналы первичных преобразователей (термопар, электрических термометров сопротивления, датчиков влажности, давления, расхода и проч.) в унифицированные сигналы. В АСКУЭ унифицированные сигналы применяются для связи датчиков с вычислителями, контроллерами и устройствами сбора информации. Унифицированные сигналы постоянного и импульсного тока имеют амплитудные диапазоны по току: 0-5 мА, 0-10 мА, 4-20 мА, по напряжению 0-1 В, 0-10 В. Сигналы переменного тока 0-2 В имеют частоты 4-8 кГц.

Унифицированные сигналы могут быть аналоговыми и цифровыми. В первом случае значения сигналов I_min = 4 мА, I_max =20 мА соответствуют краям диапазона изменения измеряемой величины. В источниках цифровой информации значение I_min приравнивается, например, к пороговому уровню логического «0», а I_maх – к предельному уровню логической «1».

При передаче информации по линии связи может применяться модуляция несущей частоты информационным сигналом. В первую очередь это связано с особенностями распространения радиоволн. Другие причины – необходимость переноса спектра сигнала из области низких частот в зону более высоких, отстройка от помех, использование одного канала для передачи нескольких сообщений. При этом необходимо учитывать случайный характер изменения измеряемого параметра, что является причиной расширения спектра. Спектральная ширина сигнала зависит также от тактовой частоты дискретизации, метода кодирования и характеристик передатчика.