Приборы и техника эксперимента, 2021, № 6, стр. 133-135

Щитовые измерители активно применяются в автоматизированных системах управления технологическими процессами в энергетике, металлургии, химической, пищевой и других отраслях промышленности и народного хозяйства в качестве устройств сбора, обработки, представления и передачи данных.

Существующие отечественные и зарубежные приборы этого типа во многих случаях отстают от современных тенденций в развитии средств обработки и представления информации и в том числе обладают невысокой точностью, не превышающей в основном 0.1%. В то же время микроэлектронная промышленность предлагает широкий спектр преобразователей аналоговых сигналов в цифровые, а использование современной микропроцессорной техники позволяет создавать высокотехнологичные цифровые приборы, обеспечивающие максимальную автоматизацию измерений при одновременном обеспечении высокой точности [1–3].

В НИИ автоматики и электромеханики ТУСУР [4] был разработан точный щитовой прибор для измерения постоянного тока и напряжения, имеющий расширенный набор интерфейсов передачи данных. Блок-схема прибора приведена на рис. 1.

Рис. 1.

Блок-схема щитового прибора. АЦП – аналого-цифровой преобразователь, ИОН – источник опорного напряжения, ЗСИ – знакосинтезирующие индикаторы, Кн – кнопки, МК – микроконтроллер, Рг – регистр, СД – светодиод; ISO – galvanic isolation (гальваническая развязка), SPI – Serial Peripheral Interface (последовательный периферийный интерфейс).

Прибор состоит из двух модулей. В модуле измерения используется 24-разрядный сигма-дельта аналого-цифровой преобразователь (АЦП) со встроенным программируемым дифференциальным усилителем. Для достижения высоких точностных характеристик использован внешний источник опорного напряжения с температурным коэффициентом 3 ppm/°C, а также резисторы с малым температурным коэффициентом сопротивления во входном делителе-преобразователе входного сигнала в дифференциальный сигнал.

В состав прибора также входят:

– микроконтроллер (МК) с термометром для корректировки показаний при изменении температуры в интервале 10–35°С;

– передняя панель, на которой размещены: знакосинтезирующие индикаторы (ЗСИ) с числом десятичных разрядов, равным шести, и с высотой знака 14.22 мм; светодиодные индикаторы для отображения режимов работы прибора; многофункциональные кнопки управления для программирования или изменения режимов работы прибора;

– интерфейс связи RS-485 с гальванической изоляцией;

– преобразователи для питания схем прибора, позволяющие совместно с изолятором ISO SPI-интерфейса на выходе АЦП гальванически разделить цепи и снизить помехи в процессе измерения.

Прибор функционирует в одном из следующих режимов:

– измерения;

– программирования (настройки и просмотра параметров);

– прошивки (обновления) программного обеспечения;

– аварийном.

Режим измерения является основным эксплуатационным режимом прибора, в котором прибор отображает результат измерения на ЗСИ, управляет дискретным выходом в соответствии с заданным алгоритмом и передает информацию по интерфейсным каналам.

Режим программирования предназначен для редактирования программируемых параметров прибора и может быть активирован тремя способами: 1) при отключенном питании подключением прибора к персональному компьютеру через интерфейс USB; 2) через интерфейс RS-485, используя регистры управления; 3) с помощью интерактивного меню команд посредством кнопок, расположенных на передней панели.

Режим прошивки п.о. (программного обеспечения) предназначен для обновления внутреннего п.о. прибора через USB-интерфейс.

Аварийный режим активируется в случае, если внутреннее п.о. определит, что нормальная работа прибора по каким-либо причинам невозможна. В этом режиме на знакосинтезирующем индикаторе отображается код возникшей ошибки.

Приборы имеют различные исполнения. Информация об исполнении прибора приведена в коде условного обозначения, приведенном на рис. 2.

Рис. 2.

Код условного обозначения прибора.

Вид измеряемой величины: А – постоянный ток, В – напряжение постоянного тока.

Диапазон измерений напряжения: 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 750 В. Диапазон измерения тока с внутренним шунтом 1, 2 А. С внешним шунтом с выходным напряжением 60, 75, 100, 150 мВ.

Номинальное напряжение питания прибора: 5, 12, 24, 48 В.

Пределы допускаемой основной приведенной погрешности прибора при измерении напряжения 0.01%, при измерении тока – 0.02% (без учета погрешности шунта при внешнем его подключении) в рабочем диапазоне температур +10…+35°С.

Интерфейс прибора соответствует: R – RS-485, протокол обмена данными MODBUS RTU.

Цвет ЗСИ прибора соответствует: К – красный, З – зеленый, О – оранжевый.

Тип дискретного выхода прибора соответствует: Р – реле, Т – транзистор (открытый коллектор), С – симистор.

Внешний вид прибора приведен на рис. 3.

Рис. 3.

Внешний вид прибора.

Прибор является однопредельным, с автоматическим определением полярности измеряемого сигнала и возможностью автоматического определения положения точки, разделяющей целую и дробные части числа, имеет меню команд управления режимами измерения. Управление и настройка режимов может осуществляться двумя способами:

– через интерфейс RS-485 с использованием специальной программы-конфигуратора;

– с использованием кнопок, расположенных на передней панели прибора.

Опытная партия приборов прошла все испытания в соответствии с ГОСТ 14014-91 [5]. Приборы щитовые цифровые электроизмерительные ПЩА, ПЩВ внесены в Госреестр СИ РФ № 81748-21, срок действия свидетельства до 05.05.2026 [6].