Наладка устройств телемеханики на промышленных предприятиях - Промышленные устройства телеизмерения

Телеизмерение — измерение на расстоянии является одновременно частью измерительной техники и телемеханики.
При дистанционном методе измерений электрических и неэлектрических величин дальность передачи ограничивается погрешностью, вносимой соединительными проводами (падение напряжения, нестабильность электрических параметров), а когда необходимо контролировать большое число параметров — количеством проводов.
В отличие от дистанционных измерений системы ТИ обеспечивают передачу значений измеряемой величины путем преобразования ее в другую, удобную для передачи по каналу связи на значительные расстояния, и последующего преобразования этой величины в показания прибора, который обычно устанавливают на пункте управления.
Применение систем ТИ позволяет значительно уменьшить погрешность при передаче измеряемых величин на большие расстояния, а также многократно использовать линию связи.
На рис. 12 показана функциональная схема системы телеизмерения. Датчик ТИ 1 преобразует контролируемую величину во вспомогательную (например, ток или напряжение), удобную для дальнейшей передачи. Передатчик 2 вспомогательную величину преобразует в величину, приспособленную для передачи по каналу связи 3. На приемной стороне сигнал поступает на вход приемника 4 и преобразуется в величину, измеряемую приемными приборами 5. Шкалы приборов градуируются в значениях измеряемого параметра (тока, напряжения, давления и т. д.).
Телеизмерение может осуществляться непрерывно и по вызову с диспетчерского пункта. При ТИ по вызову канал связи многократно используется, а приемный прибор может быть общим для измерения однородных параметров (например, измерение тока на объектах с одинаковыми коэффициентами трансформации). Для вызова ТИ применяют устройства ТС и ТУ.
Системы ТИ можно разделить на дискретные и аналоговые.
Характерной особенностью дискретных систем является преобразование измеряемой величины в импульсы тока или переменный ток меняющейся частоты. Соответственно эти системы ТИ называют импульсными и частотными. В этих системах изменение параметров канала связи не вызывает существенных изменений параметров передачи, поэтому такие системы относятся к системам дальнего действия. В импульсных системах в качестве параметра сигнала используется продолжительность (ширина), фаза или частота следования импульсов. В частотных системах вспомогательной величиной является частота или фаза переменного тока.
Рис. 12. Функциональная схема устройства телеизмерения.

К аналоговым системам относят системы ТИ, в которых каждому из непрерывного ряда значений измеряемой величины соответствует определенная величина ТИ, передаваемая по каналу связи. К таким системам относят, например, систему интенсивности, в которой измеряемая величина преобразуется в постоянный ток или напряжение пропорционально величине телеизмеряемого параметра. Такие системы соответственно называют токовыми системами и системами напряжения.
Токовые системы могут быть разделены на некомпенсационные и компенсационные. Так как в этих системах передача информации осуществляется постоянным током, то исключается влияние емкости и индуктивности ЛC на показания приемного прибора, а также появляется возможность использования магнитоэлектрических миллиамперметров, имеющих большую точность и равномерную шкалу. Некомпенсационные системы по принципу действия являются наиболее простыми. Однако на эти системы оказывает влияние изменение параметров канала связи, дальность действия таких систем находится в пределах 10—25 км. На компенсационные системы изменение параметров канала связи практически не влияет, поэтому их дальность действия больше, чем у некомпенсационных систем.
В системах напряжения измеряемая величина преобразуется в напряжение постоянного тока, которое автоматически сравнивается с напряжением потенциометра. На приемной стороне такие системы отличаются большой точностью. Однако из-за значительного влияния на эти системы колебаний параметров канала связи и наличия токов утечки они не нашли широкого применения для телеизмерения.
На большинстве промышленных предприятий для телеизмерения параметров электрических и неэлектрических величин в энергоснабжении применяют токовые выпрямительные системы. Ниже рассматриваются выпрямительные системы, которые получили широкое распространение. Эти системы наиболее просты по устройству, а дальность их действия удовлетворяет промышленные предприятия.

Статические погрешности систем телеизмерения.

Основной характеристикой системы ТИ, как и любой измерительной системы, является точность передачи показаний, причем показания приборов должны минимально зависеть от внешних факторов: изменения напряжения и частоты, изменения температуры окружающего воздуха, изменения параметров канала связи и т. д.
По точности измерений телеизмерительные устройства согласно ГОСТ 13600-68 делятся на семь классов: 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Точность телеизмерительной системы характеризуется статической погрешностью, под которой понимается степень приближения показаний прибора на приемной стороне к действительному значению измеряемой величины. Погрешность устройств ТИ, так же как в измерительной технике, характеризуется абсолютной Да, относительной Д0 и приведенной Дтр погрешностями.
Абсолютной погрешностью ТИ называют разность показаний прибора на приемном пункте Ап и истинного значения измеряемой величины Ли:

Истинное значение определяется по образцовому прибору, который подключают к входным цепям первичного преобразователя.
Относительной погрешностью ТИ называют отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины, выраженное в процентах,

Приведенной погрешностью называется отношение абсолютной погрешности к предельному (нормирующему) значению измеряемой величины по шкале приемного указывающего прибора Л110рм, %:

В приемном приборе с двусторонней шкалой приведенная погрешность равна отношению абсолютной погрешности к сумме предельных значений рабочей части шкалы; для приемных приборов с безнулевой шкалой в знаменателе формулы будет разность предельного и начального Лп, и значений рабочей части шкалы, т. е.

Г При определении погрешности системы телеизмерения чаще всего пользуются приведенной погрешностью.  Погрешности ТИ делятся на основные и дополнительные: основная погрешность, это погрешность, определенная при нормальных условиях работы; дополнительная погрешность — появляется в результате Отклонения от нормальных условий, например, изменение питающего напряжения или частоты, изменение окружающей температуры, параметров канала связи и т. п.
Под нормальными условиями работы подразумеваются следующие: температура окружающей среды + 20±5°С; рабочее положение изделия в пространстве должно быть в соответствии с техническими условиями на изделие; относительная влажность не более 80%; отсутствие магнитных полей, кроме земного; отклонение напряжения питания от номинального значения ±2%; максимальный коэффициент высших гармоник 5%; частота питания переменного тока 50±5 Гц.
Эти условия соблюдаются при градуировке приемных приборов. Основная погрешность определяется
конструктивными особенностями телеизмерительного устройства.

Для определения точности приборов, входящих в комплект телеизмерительной аппаратуры, определяют основную погрешность преобразования Д0,п- Для этого снимается зависимость выходного параметра /4ВЫХ от изменения параметра на входе Авх [ЛВЫХ=/(ЛВХ)]. Нелинейность снятой характеристики не должна превышать допустимых отклонений от максимального значения параметра на выходе преобразователя. Определение основной погрешности преобразования показано на рис. 13.
Рис. 13. Определение основной погрешности преобразования.
Например, при Л1=40, Л2=41, Л6=71 в точке 1 основная погрешность преобразования

Аналогично можно определить погрешности в точках 2 и 3. Обычно наибольшее значение нелинейности данной характеристики, отнесенное к максимальному значению параметра на выходе, принимается за основную погрешность преобразования.
Результирующая погрешность ТИ, имеющаяся в реальных эксплуатационных условиях, есть алгебраическая сумма основной и всех дополнительных погрешностей.
Значения и знаки погрешности, входящие в результирующую погрешность, могут быть разными, так как приборы комплекта ТИ могут иметь различные условия работы (например, находятся в разных помещениях с различной температурой окружающего воздуха).
В соответствии с ГОСТ 12997-76 изменение показаний приемного прибора не должно превышать значения основной погрешности для данного класса при отклонении внешних условий в отдельности на передающей и приемной сторонах в пределах: напряжения питания + 10-=—15% номинального значения; частоты питающего напряжения от 49.5 до 50,5 Гц.
Таблица 1

По температурным условиям телеизмерительные устройства делятся на три группы. Допустимые погрешности в зависимости от температурных условий и типа помещения приведены в табл. 1.

Принцип действия и состав устройств выпрямительных систем.

Как уже отмечалось, в токовых системах измеряемая величина преобразуется в постоянный ток, пропорциональный значению измеряемого параметра. Постоянный ток измеряется приемным прибором, шкала которого градуируется в единицах измеряемой величины. В качестве приемных приборов используются миллиамперметры магнитоэлектрической системы, что позволяет обеспечить равномерную шкалу и высокую чувствительность. Величина постоянного тока, передаваемого по каналу связи, в соответствии с ГОСТ 9895-69 
находится в пределах 0—5 мА. Небольшой ток в ЛC позволяет включать последовательно с каналом связи добавочные (балластные) сопротивления для уменьшения дополнительных погрешностей, вызванных изменением параметров канала связи. Кроме того, широкое применение компенсационных систем также позволяет уменьшить дополнительные погрешности, создаваемые каналом связи. Таковые системы работают по двухпроводной линии связи, имеющей омическое сопротивление не более 3000 Ом. Устройства могут работать непрерывно и по вызову. Дальность действия определяется как самой системой, так и каналом связи.
Для кабельных ЛC в зависимости от сечения жилы кабеля дальность действия находится в пределах от 17 до 30 км. Рассмотрим общие для токовых систем приемные приборы и каналы связи.
В качестве приемных приборов применяют миллиамперметры магнитоэлектрической системы типов ТМ-А5, ПМДГ-1М, Ml730 и Ml731.
Щитовой миллиамперметр типа ТМ-А5 имеет круговую шкалу и используется в качестве приемного прибора или прибора местного отсчета. В приборе применен измеритель типа М325. Класс прибора 1,5.
Диспетчерский прибор типа ПМДГ-1М имеет горизонтально расположенную шкалу и устанавливается на приборных приставках диспетчерских пультов и имеет магнитный шунт, с задней стороны прибора — нуль- корректор и арретир. Класс прибора — 1,0.
Амперметры и вольтметры типа М1730, М1731 — узкопрофильные, магнитоэлектрической системы со световым указателем входят в состав унифицированного комплекса аналоговых сигнализирующих контактных приборов. Основная погрешность приборов типа Ml730 и М1731±1,0 и ±0,5% соответственно, погрешность срабатывания не превышает ±1,5 и ±1,0%. Подключение измерительной цепи питания осветительной лампы и блока сигнализации и регулирования производится с помощью штепсельного разъема.
В качестве канала связи для токовых систем применяют проводные линии связи (кабельные или воздушные). В основном это телефонные кабельные линии.
В токовых некомпенсационных системах колебания параметров ЛС из-за атмосферных явлений приводят к появлению дополнительной погрешности, которая зависит от длины ЛC, ее параметров, внутреннего сопротивления передающего устройства и сопротивления приемного прибора.
В токовых компенсационных системах теоретически колебания параметров линии связи не вызывают дополнительной погрешности. Однако наличие утечек между проводами линии связи, шунтирующими приемный прибор, вызывает дополнительную погрешность. Погрешность зависит также от сопротивления приемного прибора.

Рис. 14. Схема подключения устройства ТИ для измерения переменного тока.
Наименьшая погрешность получается, когда оно равно нулю. Дальность действия компенсационных систем также определяется падением напряжения в ЛC.