Измерительный преобразователь: аналог или цифра?
При автоматическом управлении технологическими процессами в сетевых и генерирующих компаниях, а также на промышленных предприятиях с развитой системой электроснабжения широко применяются информационно-измерительные системы, осуществляющие сбор, обработку, хранение, передачу и представление в удобной форме измерительной информации. Получение информации от контролируемого объекта и ее первичную обработку осуществляют измерительные преобразователи.
В данной статье речь идет о тех измерительных преобразователях, которые являются средствами измерения с нормированными метрологическими характеристиками и служат для преобразования электрических величин в унифицированный сигнал постоянного тока или в цифровой код, используемые для дальнейшей передачи или индикации. По своей сути они являются промежуточным звеном между объектом измерений и собственно измерительным прибором или системой телемеханики.
Классификация
По виду измеряемого и преобразуемого входного сигнала самыми распространенными и массово применяемыми измерительными преобразователями в энергетике и у производителей шкафного оборудования являются преобразователи:
- переменного тока и напряжения,
- постоянного тока и напряжения,
- активной и реактивной мощности переменного тока;
- частоты.
Основными производителями указанных преобразователей, представленных на рынке в России, являются: ОАО «Электроприбор» (г. Чебоксары), ООО «Алекто» (г. Омск), МНПП «Электроприбор», ООО «ЭнергоСоюз» и ОДО «Энергоприбор» (г. Витебск).
При выборе измерительного преобразователя перед потребителями всегда стоит ряд вопросов, которые мы и постараемся рассмотреть в данной статье.
«Аналоговый» или «цифровой» выход?
На сегодняшний день все производимые преобразователи по форме обработки входного сигнала можно разделить на две большие группы:
- преобразование входного сигнала в аналоговый выходной сигнал,
- преобразование входного сигнала в цифровой сигнал.
Аналоговые измерительные преобразователи – это тип изделий, которые широко применялись раньше и применяются сегодня во многих областях промышленности и энергетики. Большинство энергообъектов вводилось в строй в 70–80-х годах прошлого века. Системы телемеханики в то время строились на приеме и обработке аналоговых сигналов. Измерительные преобразователи в таких системах преобразовывают входной сигнал в унифицированный выходной сигнал постоянного тока и обеспечивают возможность дистанционной передачи выходного сигнала или подключения щитового прибора для визуальной индикации результата преобразования. Время установления выходного аналогового сигнала этих преобразователей составляет до 1 секунды.
Измерительные преобразователи с аналоговым выходным сигналом наиболее дешевые и очень распространены, однако современным требованиям не соответствуют. Принятая в ФСК ЕЭС и Россети политика предусматривает передачу данных от вторичных приборов и датчиков только в цифровом формате с использованием стандартных интерфейсов.
Измерительные преобразователи с цифровым выходным сигналом более дороги, но обладают достаточно серьезными преимуществами:
- высокая точность, быстродействие и скорость передачи данных;
- простота реализации линии передачи (например, для интерфейса RS485 – это витая пара);
- возможность подключения дополнительных модулей индикации для отображения измеряемых (преобразуемых) параметров;
- расширенный ряд напряжений питания (+12В, +24В, 220ВУ, ~230В);
- повышенный уровень электробезопасности за счет трехуровневой гальванической развязки: по входным измерительным цепям, по выходным цепям и по цепи питания.
Современные измерительные преобразователи нередко оснащаются и цифровыми, и аналоговыми выходными цепями. Примерами таких преобразователей являются Е854ЭЛ, Е856ЭЛ и Е849ЭЛ (рис. 1).
Рис. 1. Схема подключения цифровых измерительных преобразователей
Применение в цифровых измерительных преобразователях современной элементной базы (комплектующих элементов) позволяет резко сократить габаритные размеры, улучшить технические характеристики, ввести дополнительные сервисные функции.
- Первый шаг был сделан при разработке измерительных преобразователей типа Е854ЭЛ, Е856ЭЛ, Е849ЭЛ, где кроме аналогового выходного сигнала появился и интерфейс RS485 с универсальным протоколом передачи данных ModBus RTU.
- Вторым шагом стало уменьшение габаритных размеров измерительного преобразователя по ширине до 24 мм. Появились преобразователи Е1854ЭЛ, Е1856ЭЛ, Е1858ЭЛ (так называемые «узкие» преобразователи). В «узких» преобразователях есть два цифровых семисегментных индикаторов для отображения процентной шкалы входного сигнала и отображения меню при выборе кнопками управления параметра выходного аналогового сигнала. Единичные светодиодные индикаторы информируют о работе интерфейса и напряжении питания, а наличие дискретного выхода у измерительных преобразователей дает возможность потребителю организовать телеуправление коммутационным устройством. Имеющееся программное обеспечение позволяет по RS485 проводить конфигурацию всех приведенных выше типов измерительного преобразователя.
Появилась возможность объединения преобразователей в единую сеть с другими средствами измерения и передачи информации посредством интерфейсов RS485, а также наличие выходных унифицированных сигналов постоянного тока позволяет использовать преобразователи на объектах энергетики и в автоматизированных системах различного назначения (ССПИ, АСУ ТП).
Преобразователи с цифровым выходом выполняются с передним расположением винтовых подпружиненных клеммных разъемов, которые надежно фиксируют присоединительные провода и облегчают монтаж. Преобразователи допускают установку как на стандартную DIN-рейку 35 мм, так и на плоскую поверхность. В последнее время в энергетике планомерно проводятся работы по реконструкции старых и строительству новых подстанций с применением современных систем телемеханики. Цифровые измерительные преобразователи легко интегрировать в любую систему телеизмерения в силу целого ряда присущих им преимуществ (таблица 1).
Таблица 1. Преимущества цифровых измерительных преобразователей перед аналоговыми
Поверка или калибровка?
Нормативные документы не слишком четко разграничивают понятия поверки и калибровки средств измерений. Поверка – это совокупность операций и процедур, направленных на определение и подтверждение соответствия средств измерения и приборов установленным законодательством требованиям. В свою очередь калибровка представляет собой только установление зависимости между размерами измеряемых величин и показаниями приборов. Не все производители предлагают потребителям изделия с первичной поверкой, некоторые обходятся только калибровкой. При получении от таких изготовителей калиброванного измерительного преобразователя потребитель перед вводом его в эксплуатацию обязан провести поверку изделия в центре стандартизации и метрологии (ЦСМ).
Межповерочный интервал
Межповерочный интервал аналоговых измерительных преобразователей составляет 1 год. Межповерочный интервал цифровых преобразователей увеличен до 4-6 лет. На этот параметр производители шкафного оборудования и проектировщики обычно не обращают внимания, он для них не столь важен. Однако с этим сталкивается служба метрологии, обслуживающая приборный парк. Именно ей каждое средство измерения приходится поверять с указанной в технических условиях периодичностью. При увеличенном межповерочном интервале снижаются затраты на обслуживание приборного парка, в т. ч. за счет снижения объема обменного фонда и затрат на его поддержание.
Таблица 2. Основные параметры измерительных преобразователей
К завершению сказанного – задачи, решаемые с использованием измерительных преобразователей, самые разнообразные и знакомство с освещенными в статье аналоговыми и цифровыми преобразователями, поможет вам сделать правильный выбор.