ЖУРНАЛ «СТА» №3/2003

69 СТА 3/2003 www.cta.ru В ЗАПИСНУЮ КНИЖК У ИНЖЕ Н Е РА специализированным информацион- ным элементом системы автоматиза- ции, сигнал которого требует допол- нительной обработки. Сегодня это, конечно же, далеко не так, и примеров тому множество. Современные интел- лектуальные датчики фирм Pep- perl+Fuchs, Siemens, Omron и др. — это высокоинтегрированные устрой- ства, в которых объединены функции приёма, фильтрации, нормализации, хранения, преобразования в цифро- вую форму, вычислительной обработ- ки и передачи по одному из множест- ва используемых в промышленности последовательных интерфейсов вели- чины физического параметра (темпе- ратуры, давления, уровня жидкости, давления, концентрации и т.д.). Кро- ме того, эти устройства могут прово- дить периодическую автокалибровку с внесением соответствующих попра- вок во флэшпамять и корректировать дальнейшие результаты измерений с учетом возможной погрешности. Учи- тывая возросшие возможности совре- менных датчиков, может показаться, что для таких устройств, как нормали- заторы, настало время «уходить со сцены». Тем не менее это мнение не представляется таким уж однознач- ным — вспомним хотя бы, что послед- ние пять лет объёмы реализации нор- мализаторов фирмы Dataforth не- уклонно растут! Перечислим основные причины, позволяющие прогнозировать долго- летие востребованности элементов нормализации. Вопервых, существует много про- изводств, до сих пор использующих огромный парк первичных датчиков, термопары, терморезисторы и т.д., вы- ходные сигналы которых не унифици- рованы и нуждаются в согласовании перед использованием в системе управления. Хотелось бы особо под- черкнуть, что это вовсе не «особенно- сть национальной автоматизации» России: зарубежные фирмы, произво- дящие нормализаторы, ориентируют- ся в первую очередь на потребности в подобных элементах собственных рынков, а не российского! При модер- низации таких производств с целью повышения точностных характерис- тик системы управления, экономичес- ки оправданной, как правило, оказы- вается замена именно элементов нор- мализации, так как тотальная замена первичных датчиков на датчики интег- ральные ведёт к существенным из- держкам, связанным с дорогостоящи- ми монтажными работами (сложный демонтаж, несовпадение габаритов старого и нового оборудования, необ- ходимость прокладки новых комму- никационных каналов, соответствую- щих современным спецификациям промышленных интерфейсов и т.д.). Вовторых, большинство аппарату- ры, используемой в системах автома- тизации производства, является уни- версальной (платы вводавывода, устанавливаемые в промышленные компьютеры, контроллеры в распре- деленных системах управления и т.д.), то есть имеет входывыходы со стан- дартными (нормализованными!) уров- нями и диапазонами сигналов, и при подключении нестандартных сигна- лов нуждается в использовании опре- делённых средств согласования. Втретьих, применение нормирую- щих преобразователей позволяет упростить построение систем с дубли- рованием каналов обработки сигналов от одного первичного датчика (прос- тое распараллеливание выходного си- гнала). Вчетвёртых, являясь, как правило, одноканальными, элементы нормали- зации при построении управляющих систем позволяют реализовать фунда- ментальный принцип модульности аппаратуры, минимизируя информа- ционные (и финансовые) потери в системе при выходе нормализатора из строя. Впятых, внешний элемент норма- лизации, выполненный, как правило, на основе специализированной мик- росхемы или полупроводникового ре- ле для случая дискретного сигнала, по сравнению с платой изолированного вводавывода, устанавливаемой в слот компьютера, обеспечивает более качественную гальваническую развяз- ку и более эффективно устраняет воз- можное влияние сильноточных или высоковольтных входных сигналов на аппаратуру системы. Т ЕРМИНОЛОГИЯ Так как многие характеристики мо- дулей нормализации определяются терминами, чаще встречаемыми в тех- нической литературе по усилительной технике, будет нелишним напомнить и пояснить основные из них. Несколько слов о видах помех. Вы- ходной сигнал инструментального (измерительного) усилителя может быть искажён изза влияния помех на его входе. Принято различать попе- речные помехи, называемые также по- мехами нормального вида (Noise NormalMode), и продольные помехи, именуемые помехами общего вида (Noise CommonMode). Поперечные помехи действуют между входными за- жимами измерительного усилителя наряду с входным сигналом. Продоль- ные помехи действуют между вход- ными зажимами измерительного уси- лителя и землей и в общем случае яв- ляются следствием электрической связи источника сигнала и измери- тельного усилителя с землёй через комплексные сопротивления. Раз- ность потенциалов «земель», обуслов- ленная блуждающими токами, зазем- лением силовых установок и т.д., и определяет возникновение в измери- тельном контуре дополнительного ис- точника напряжения продольной по- мехи, суммируемого с напряжением измеряемых сигналов датчика. Учиты- вая, что проводники, соединяющие датчик и измерительный усилитель, имеют конечное сопротивление, по- лучаем на входе измерительного уси- лителя напряжение уже поперечной помехи, пропорциональное отноше- нию сопротивления проводника к сумме комплексных сопротивлений электрических связей с землёй, внут- реннего сопротивления источника продольной помехи и сопротивления проводника. Таков механизм преобра- зования продольной помехи в попе- речную. Широко используемым методом борьбы с продольной помехой являет- ся реализация гальванической развяз- ки между входной и выходной цепями измерительного усилителя. Полоса пропускания (Bandwidth) — это диапазон частот, для которого ве- личина передаточной функции со- ставляет не меньше 70,7% от своего максимального значения. Передаточ- ная функция ( G ) равна отношению амплитуд выходного сигнала к вход- ному, то есть, если сигнал с входа ка- коголибо устройства передаётся без потерь на выход, значит, G =1. Время отклика (Response Time) — время, необходимое измерительной системе (прибору), чтобы изменение входного измеряемого сигнала до- стигло на выходе 90% от своего входного значения. Нелинейность (Nonlinearity). Линей- ность системы предполагает, что вы- ходной сигнал прямо пропорциона-