6.4. Интерфейсы измерительных каналов и проводных линий связи
АСКУЭ – многоуровневая сетевая система, которая требует средства ввода и вывода измерительной информации в аналоговом, дискретном и цифровом виде. Характеристики и объемы циркулирующей в системе информации определяются, в первую очередь, спецификой ее применения – например, на нижнем уровне и среднем уровнях АСКУЭ не требуются клавиатура и дисплей, так как обычно информацию дистанционно программирует и контролирует ПК с использованием последовательной линии интерфейса.
Интерфейсом называется совокупность унифицированных аппаратурных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации взаимодействия различных функциональных элементов в автоматических системах сбора и обработки информации при условиях, предписанных стандартами и направленных на обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимости указанных элементов [102, 105, 113]. Разработкой стандартов интерфейсов занимаются международные организации: ITU (International Telecommunications Union – Международный союз по электросвязи) – комитет ООН (Женева, Швейцария), ISO (Innternational Standards Organisation – Международный комитет по стандартизации) и др. [105, 114-118].
6.4.1. Интерфейсы аппаратуры нижнего уровня аскуэ
В типовой трехуровневой структуре АСКУЭ на нижнем уровне чувствительные элементы измерительных преобразователей могут подключаться непосредственно к контроллеру либо объединяться в единое устройство с формирователями унифицированных сигналов. В качестве такого формирователя могут выступать вторичные или промежуточные (нормирующие) измерительные преобразователи, адаптеры, входные цепи контроллера. Иногда первичный и вторичный преобразователи выполняются в пространственно разнесенном варианте, который применяется, если первичный преобразователь (ПИП) находится в агрессивной среде, а также в труднодоступном для контроля месте. В этом случае ПИП и ВИП обычно соединяются посредством аналогового измерительного канала. Если ИП является источником унифицированного аналогового сигнала, то связь с контроллером осуществляется также по аналоговому измерительному каналу. ВИП может быть источником цифровых сигналов. В этом случае он передает информацию на контроллер по цифровому или числоимпульсному измерительному каналу. Типичные схемы интерфейсов аналогового и числоимпульсного измерительных каналов представлены на рис. 6.15.
Измерительные преобразователи с токовым аналоговым выходом имеет встроенный источник тока – генератор тока с внутренним сопротивлением Rвн, который управляется функцией f(х) измерения параметра х энергоносителя (рис. 6.15, а). Ток i=f(x) поступает в линию связи и на входном нагрузочном резисторе Rн контроллера создает соответствующее падение напряжения, которое далее преобразуется в цифровое значение измеряемого параметра х. ИП данного вида имеют, как правило, унифицированные выходные сигналы постоянного тока в диапазонах {0 – 5}, {0 – 20} или {4 – 20} мА. Току i = 0 или i = 4 мА соответствует некоторое минимальное значение измеряемого параметра х, а току i = i макс. из {5– 20} мА – максимальное значение этого параметра. Максимально допустимая длина линии связи между ИП и контроллером зависит от величины Rвн, активного сопротивления Rлс линии связи, входного сопротивления Rвх контроллера, ожидаемого уровня помех и обычно не превышает нескольких десятков метров.
а
б
Р и с. 6.15. Типовые интерфейсы измерительных преобразователей (датчиков) с контроллерами: а – схема подключения датчика с токовым выходом; б – схема подключения ИП с числоимпульсным выходом
Измерительные преобразователи (ИП) с дискретным последовательным выходным сигналом имеют, как правило, гальванически развязанный выход с открытым коллектором транзистора или релейным «сухим» контактом, питание которого производится со стороны источника тока, встроенного в ИП или входные цепи контроллера (рис. 6.15, б). При этом величина тока в линии связи имеет значение iмин. или iмакс в зависимости от того, закрыт или открыт выход ИП, что определяется дискретным характером процесса измерения преобразователем параметра х. Последовательность «замыканий-размыканий» выходной цепи ИП порождает на входе контроллера последовательность токовых двоичных импульсов («0», «1») определенной частоты и длительности, которая используется для цифрового представления измеряемого параметра х. Как правило, ток в линии связи не превышает 10-20 мА. Максимально допустимая длина линии связи зависит от величины тока, активного сопротивления линии и может доходить до 3 км.