10. МЕРНИ СИСТЕМИ И ПРЕНОС НА МЕРНИ ПОДАТОЦИ

10. МЕРНИ СИСТЕМИ И ПРЕНОС НА МЕРНИ ПОДАТОЦИ При следење на разни технолошки процеси и управување со истите, неопходно е да се вршат мерења на повеќе мерни места истовремено. Најчесто е потребно мерните податоци да се собираат во кусо време за да може врз база на резултатите од мерењата навремено да се управува со процесот. Реализацијата на вакви сложени задачи се можни со употреба на повеќе мерни уреди поврзани во една функционална целина, позната како мерен систем. Мерните системи се сложени мерни уреди со чија што помош се автоматизираат различни технолошки процеси. Во зависност од техничко економската оправданост постојат едноставни и посложени системи. Поедноставните служат за автоматско регистрирање на резултатите од мерењата во потребните мерни места. Посложените мерни системи служат за сигнализирање кога некоја од мерените големини пречекорува некоја зададена вредност. Најсложените системи служат за контрола и автоматско управување со технолошкиот процес. 10.1 Мерен систем за запис на мерни податоци Мерните системи за запис на мерни податоци се употребуваат во случаи кога е потребно мерните податоци од повеќе мерни места да се запишуваат-регистрираат. На ваков начин се олеснува контролата врз технолошкиот процес и се врши рационализација, затоа што мерењата во сите мерни места се вршат со еден мерен уред. На сл. 10.1 дадена е блок-структура на ваков мерен систем. X 1 X 2 X 3 i n P 1 P 2 P 3 P i P n ЕЛЕКТРОНСКА ПРЕКЛОПКА ЛОГИЧКИ БЛОК ДАВАЧ НА ТАКТНИ ИМПУЛСИ A ПЕЧАТАЧ Сл. 10.1 Мерен систем за запис на мерни податоци Мерените големини 1, 2, 3 i n, се електрични или неелектрични влезни големини кои се предмет на мерење. Тие со соодветни преобразувачи P 1, P 2, P 3...P i...p n се преобразуваат во еднонасочен напон со стандардизирана вредност од 0 до 1V, односно од 0 до 10 V. Електронската преклопка има повеќе влеза а само еден излез. Тоа е склоп кој се управува од логичкиот блок. Логичкиот блок со давачот на тактни импулси овозможува на излезот од електронската преклопка по одреден редослед да се појавуваат сукцесивно мерените големини. Редоследот и моментот на вклучување се одредува со логичкиот блок според зададена фиксна програма. Логичкиот блок може по потреба да се реализира така да овозможи почесто вклучување на мерените големини кои побрзо се менуваат. Излезниот ПОГЛАВЈЕ 10 1

сигнал од електронската преклопка се проследува во аналогно-дигиталниот конвертор (A/). На излезот од A/ конверторот е приклучен дигитален волтметар на кој редоследно се покажуваат мерните резултати и печатач кој ги печати резултатите од мерењата. Се запишуваат редниот број на мерното место, времето на мерење, бројната вредност и единицата на мерената големина. На ваков начин се овозможува мерење и регистрирање на различни големини на повеќе мерни места со еден мерен систем. 10.2 Систем за сигнализирање на пречекорена зададена вредност На сл. 10.2 дадена е блок структура на мерен систем кој овозможува сигнализирање при пречекорување на претходно зададена вредност на мерената големина. 1 n P 1 P 2 P 3 P i P n ЕЛЕКТРОНСКА ПРЕКЛОПКА LB TI S K ЕЛЕКТРОНСКА ПРЕКЛОПКА 2 P 1 * P n * Сл. 10.2 Мерен систем за сигнализација на пречекорена вредност Мерните системи за сигнализација на пречекорена вредност се употребуваат да сигнализираат во случај кога мерните големини пречекоруваат однапред зададена вредност. На ваков начин се олеснува контролата врз технолошкиот процес и се дава можност благовремено да се интервенира кога некоја од мерените големини поприма несакана вредност. Мерените големини 1, 2, 3 i n, се електрични или неелектрични влезни големини кои се предмет на мерење. Тие со соодветни преобразувачи P 1, P 2, P 3... P i... P n се преобразуваат во еднонасочен напон со стандардизирана вредност од 0 до 1V, односно од 0 до 10 V. Електронските преклопки 1 и 2 се идентични. Тие имаат повеќе влеза а само еден излез. Тоа се склопови кои синхронизирано се управуваат од логичкиот блок. Логичкиот блок (LB) со давачот на тактни импулси (TI) овозможува на излезот од преклопките по одреден редослед да се појавуваат сукцесивно мерените и споредбените големини. Редоследот и моментот на вклучување се одредува со логичкиот блок според зададена фиксна програма. Излезните сигнали од електронските преклопки се проследуваат во компараторот К. Компараторот сукцесивно ги споредува излезните сигнали од мерните преобразувачи со сигналите од преобразувачите P * 1,P * 2,P * 3,,P * i,,p * n. Овие преобразувачи се прецизни, стабилни извори на еднонасочен напон чија што вредност може да се нагоди со потенциометар на вредности кои се компатибилни со излезните напони од преобразувачите P i. Во мерниот систем со потенциометрите во преобразувачите P * се нагодува граничната вредност на контролираната големина. Во случај на пречекорување на зададена вредност на мерената големина се јавува сигнал на излезот од ПОГЛАВЈЕ 10 2

компараторот кој го активира склопот за сигнализација S. Овој склоп најчесто содржи звучен и светлосен сигнал кој служи да информира дека е пречекорена одредена зададената вредност на мерената големина. Склопот за сигнализација работи синхронизирано со електронските преклопки, па при пречекорување на некоја вредност во склопот има идентификација за која мерена вредност станува збор. Пософистицираните системи од ваков вид може да бидат снабдени со извршни склопови кои вршат автоматска контрола на процесот. 10.3 Мерен систем за управување со процесен компјутер Мерните системи со процесен компјутер служат за автоматско управување и контрола со некој мерен односно технолошки процес. Со компјутерот кој е составен дел на мерниот систем, со соодветена софтверска програма се одредува редоследот и моментот на вклучување на мерните преобразувачи, активирањето на уредите за отчитување и запишување на контролираните големини, времето на мерење и бројните вредности за мерените големини изразени во соодветни мерни единици. На сл. 10.3. дадена е блок структура на ваков мерен систем. Мерените големини се преобразуваат со соодветни преобразувачи во еднонасочни напонски сигнали со стандардни вредности. Работата на електронската преклопка се управува софтверски преку компјутерот. 1 i P 1 P 2 P 3 P i P n ЕЛЕКТРОНСКА ПРЕКЛОПКА A IB ЕКРАН PC ПРИНТЕР ТАСТАТУРА Сл. 10.3 Автоматизиран мерен систем со процесен компјутер Во овој мерен систем врз основа на измерените вредности се пресметуваат одредени потребни параметри кои се проследуваат до блоковите за отчитување и регистрирање. При пречекорување на зададена вредност, компјутерот преку излезниот блок IB го активира соодветниот блок за сигнализација. Преку IB компјутерот управува со блоковите за регулација во контролираниот процес. Мерната постапка се одвива према однапред зададена програма запишана во трајната меморија на компјутерот. Мерните системи со процесен компјутер се флексибилни, програмски се прилагодуваат за решавање на разноврсни барања. Таа значајна преденост ги прави ваквите мерни системи атрактивни и технички оправдани решенија за контрола и управување со сложени технолошки процеси. ПОГЛАВЈЕ 10 3

10.4 Поврзување програмабилни мерни уреди во мерните системи Поврзувањето на мерни уреди во мерните системи зависи од оддалеченоста на мерните места. Во случај на мали растојанија најчесто се користи стандардот IEEE 488-1975 (IEEE Standard igital Interface for Programmable Instrmentation), познат уште и како IEC интерфејс. Поврзувањето подразбира користење на дигитални програмабилни мерни инструменти, дигитално управувани напонски извори, сигнал генератори, принтери и друга програмабилна опрема. На сл. 10.4 како пример дадено е едно вакво поврзување на уреди и мерни инструменти во автоматизиран мерен систем управуван со компјутер. 8-ЖИЧНА МАГИСТРАЛА ЗА ПРЕНОС НА ПОДАТОЦИ И АДРЕСИ 5-ЖИЧНА МАГИСТРАЛА ЗА УПРАВУВАЊЕ 3-ЖИЧНА МАГИСТРАЛА ЗА СИНХРОНИЗАЦИЈА PC СИГНАЛ ГЕНЕРАТОР МУЛТИМЕТАР ФРЕКВЕНЦМЕТАР ПРИНТЕР МЕРЕН ОБЈЕКТ Сл. 10.4 Поврзување на мерни уреди во мерен систем Мерниот објект се напојува со програмабилен генератор на сигнали од кој зависно од видот на потребните испитувања на мерниот објект се генерира одредено напојување со соодветен бранов облик на сигналот. Параметрите на излезните напони се мерат со дигиталниот мултиметар и фреквенцметарот. Мерната постапка се одвива според софтверот изработен за конкретните испитувања на мерниот објект. Резултатите од испитувањата се пресметуваат со компјутерот и се печатат со принтерот кој е составен дел на системот. Поврзувањето на компонентите во системот е со IEC интерфејсот. Сите припадни компоненти се поврзуваат паралелно со 16-то жична врска. Секоја од припадните компоненти има стандардни 16-то пински конектор. Врските се остваруваат со соодветни 16-жични кабли кои на двата краја имаат ПОГЛАВЈЕ 10 4

конектори за врска со компонентите на мерниот систем. За да се обезбеди непречена работа на паралелно поврзаните компоненти, компјутерот преку соодветна адреса во одреден момент активира само една од компонентите. На тој начин активираната компонента ги испраќа своите податоци. Компјутерот истовремено може да активира една или повеќе компоненти кои ќе ги примат тие податоци. Од 16-то жичната врска осум служат за двосмерен пренос на податоци и адреси меѓу компонентите на системот, а другите осум врски служат за пренос на контролните сигнали кои ја одредуваат моменталната состојба на преносот на информацијата. Секој проводник од паралелната врска меѓу компонентите може да има состојба на логичка нула или логичка единица. Од осумте линии една се користи за контрола на преносот, што значи дека со другите седум линии може да се остварат 2 7 =128 комбинации. Значењето на овие комбинации е стандардизирано. Десет комбинации служат за броевите од 0 до 9; 52 комбинации служат за малите и големите букви на латиничната азбука, а другите 66 за математичките и интерпункциските знаци. 10.5 Пренос на мерни податоци на далечина Преносот на мерни податоци од мерното место до местото каде што треба да се контролираат, прикажуваат, запишуваат или меморираат може да се реализира на различни начини. Зависно од преносниот медиум преносот може да биде жичен или безжичен. Доколку се работи за покуси растојанија, жичните преноси се реализираат со двожични телефонски линии. За поголеми растојанија, но не повеќе од неколку километри се употребуваат коаксијални кабли. Безжичниот пренос вообичаено се користи за пренос на податоци на поголеми растојанија, но и во случаи кога мерните места се наоѓаат на објекти кои се подвижни. Безжичните преноси се остваруваат со електромагнетни бранови користејќи ги познатите техники на радио пренос. Со жичен пренос се реализира аналоген пренос на податоци и тоа со еднонасочна струја, со наизменична или пак со импулси. Дигиталниот пренос на податоци се остварува безжично или пак со коаксијални кабли. Аналоген пренос на мерни податоци со еднонасочна струја. Ваквиот пренос се користи за растојанија до неколку километри. Мерената големина со соодветен мерен преобразувач и мерен засилувач се преобразува во пропорционална еднонасочна струја или напон. На сл. 10.5 е прикажано далечинско мерење со еднонасочна струја - струен излез, а на сл. 10.6 далечинско мерење со еднонасочна струја - напонски излез. Кога мерената големина се преобразува во еднонасочна струја се употребува мерен засилувач со струен излез и негативна струјна повратна врска. При преобразба на мерената големина во еднонасочен напон се употребува мерен засилувач со напонски излез и негативна напонска повратна врска. i i МЕРНО МЕСТО КОНТРОЛНО МЕСТО Сл. 10.5 Далечинско мерење со еднонасочна струја - струен излез Кај далечинското мерење со струен излез струјата на излезот од засилувачот е носител на информацијата. Кај ваквите засилувачи (струен извор) излезната струја во широки граници не зависи од оптоварувањето во колото. Во практика се употребуваат мерни засилувачи со стандардизирано ПОГЛАВЈЕ 10 5

струјно подрачје од 4 до 20 ma. Максималниот напон на излезот од ваквите засилувачи вообичаено изнесува 20 V. Имајќи ги предвид наведените стандардни параметри на мерниот засилувач, јасно е дека вкупното оптоварување може да биде со отпорност до 1000 Ω. Тоа значи дека вкупната отпорност на преносните линии и отпорот на приклучените мерни инструменти не смее да ја пречекори вредноста од 1000 Ω. Во контролното место или во контролните места може да се приклучат повеќе мерни инструменти преку водови со мал попречен пресек (телефонска линија). Врз основа на внатрешната отпорност на мерните инструменти и отпорноста на користената линија лесно се пресметува максималното можно растојание на ваквиот пренос. МЕРНО МЕСТО КОНТРОЛНО МЕСТО Сл. 10.6 Далечинско мерење со еднонасочна струја - напонски излез Кај далечинското мерење со напонски излез се користи мерен засилувач со стандарден излезен напон од 0 до 1 V или од 0 до 10 V. Примената на ваквото решение наложува да се земат предвид падовите на напон во колото предизвикани од струјата која тече низ приклучените инструменти. Тој пад на напон треба да се има предвид при калибрацијата на инструментите и неговиот износ не смее да надмине 5% од вкупниот напон заради промената на отпорот на водовите од температурата на амбиентот. Влијанието на падот на напонот може да се елиминира доколку се користи напонска повратна врска, но во таков случај потребно е преносната линија да биде трожична. Аналоген пренос на мерни податоци со наизменична струја. Ваквиот пренос овозможува далечински мерења со кабловска врска или пак безжично. Поради значителни пречки и губитоци низ водовите при жичниот пренос, практичката употреба е за безжичен пренос на значително големи растојанија. Оправданост за безжичен пренос на мерни податоци, независно од растојанијата има и во случаи кога мерните места се наоѓаат на објекти кои се движат. При ваквиот пренос на мерени податоци најчесто се користи фреквентна модулација, постапка при која мерената големина ја менува линеарно фреквенцијата f 0 на извор на наизменичен напон со константна врвна вредност на напонот U m. По модулацијата напонот на изворот изнесува: = U sin{ 2 [ f + k( f f )]} t m 0 1 0 π 10.1 При = 0, фреквенцијата на изворот е f, а кога мерената големина има максимална вредност 0 1 ma =, тогаш фреквенцијата на изворот е f 1. Фреквенцијата е големина која може да се мери k многу прецизно. Тоа значи дека и мали разлики ( f1 f 0 ) може точно да се разлучуваат. Ова овозможува еден ист медиум (врска) да се искористи за пренос на поголем број сигнали истовремено. Во оваа постапка информацискиот параметар на сигналот е во промената на фреквенцијата. Мерниот резултат не зависи од, што значи дека падовите на напони во преносните водови не влијаат на точноста на мерењето. U m ПОГЛАВЈЕ 10 6

Фреквентната модулација технички може да се реализира користејќи постапка мерената големина да предизвикува линеарни промени на фреквенцијата на осцилаторот кој е составен дел од генераторот (изворот) на наизменичен напон потребен за ваков вид пренос. Пренос на повеќе сигнали низ ист преносен медиум (линија на врски). На сл. 10.7 дадена е блок структура на истовремен пренос на повеќе мерни податоци низ иста линија за пренос. Ваквиот пренос е познат како повеќеканален. Бројот на каналите е одреден со бројот на големините што се предмет на мерење и пренос. Мерните големини 1, 2,..., n со соодветните преобразувачи P 1,P 2,...,P n се преобразуваат во еднонасочен напон со стандардизирана вредност. Излезите од овие преобразувачи се влезови во модулаторите М кои вршат модулација на носечките фреквенции на осцилаторите OSC i во тесен фреквентен појас (опсег). Јасно е дека осцилаторите OSC i се со различни носечки фреквенции. Со соодветните филтри F i се пропуштаат само напоните од соодветниот фреквентен појас. Сигналите од секој канал се пренесуваат низ иста линија на врски. На приемната страна со филтрите F i сигналите се издвојуваат и се водат во приемниците PR i каде што се демодулираат со демодулаторите. Секој демодулиран сигнал се преобразува со соодветните излезните преобразувачи во струи I i кои се пропорционални со мерените големини i. 1 P 1 M OSC 1 F 1 F 1 PR 1 P i1 i I 1 P 2 M OSC 2 F 2 F 2 PR 2 P i2 n P n M OSC n F n F n PR n P in I Сл. 10.7 Повеќеканален пренос низ иста преносна линија Ако за ваквиот повеќеканален пренос се употребуваат телефонски водови, се користи фреквентно подрачје од 300 до 3400 Hz поделено на 24 појаси од по 120 Hz. За безжичен пренос се употребува фреквентно подрачје од 400 до 70 khz поделено во 18 појаси и сето тоа, за да се овозможи радио врска дополнително се модулира на носечка фреквенција од 217,550 MHz. Дигитален пренос на мерни податоци. Кај ваквиот пренос секоја од мерените големини прво се преобразува во пропорционален еднонасочен напон со стандардизирана вредност, а потоа излезните сигнали од преобразувачите кои се носители на информацискиот параметар се преобразуваат во дигитален вид со стандардни A конвертори. Излезниот сигнал од A конверторот е во облик на дигитален збор кој содржи информација за бројната вредност на мерената големина. Истиот се проследува до блокот за времено меморирање, меѓумеморија MM, а потоа кон дигитален индикатор за приказ на резултатот или кон компјутер за обработка и анализа на резултатите. На сл. 10.8 дадена е ПОГЛАВЈЕ 10 7

PP Цветан Гавровски: ОСНОВИ НА МЕРНАТА ТЕХНИКА блок структура на едноканален систем за прибирање (аквизиција) на мерни податоци. Мерената големина, електрична или неелектрична со преобразувачот P се преобразува во електричен сигнал кој е влезен сигнал во преобразувачот P *. На излезот се добива еднонасочен напон со стандардизирана вредност од 0 до 1V, односно од 0 до 10V, пропорционален со мерената големина. Овој сигнал е влез во A конверторот. Излезниот сигнал од конверторот е дигитален репрезент на мерената големина кој може да се прикаже на дигитален дисплеј или да се проследи за обработка и анализа во компјутер. КОМПЈУТЕР X P * A MM ПРИНТЕР Сл. 10.8 Едноканален систем за прибирање мерни податоци Дигиталниот пренос на мерните податоци до оддалечени места се остварува со техники на амплитудна, фреквентна или фазна модулација. Системите за пренос познати се уште и како телеметриски системи. За да може да се пренесуваат повеќе сигнали низ ист преносен медиум, сигналите се мултиплексираат во местото на предавање. За одбегнување грешки при преносот на информацијата, сигналот се штити со кодирање на траењето на импулсите од дигиталниот збор. Во местото на прием, пренесените податоци се реконструираат, демултиплексираат и дистрибуираат до соодветни дисплеи за приказ на резултатите или пак доколку е потребно до компјутер за доплнителна обработка, мерење или анализа. ПОГЛАВЈЕ 10 8