Испытания ИИС количественного учета «Радуга» и «Квант»
ИИС учета «Радуга» в 1970 г. прошла государственные межведомственные испытания на стендовой установке. При испытаниях аппаратуры «Радиус» проверяли как погрешность измерения давления, так и погрешность измерения массы.
Погрешность измерения давления аппаратурой «Радуга» не превышает 0,25%. При определении массы аппаратурой «Радуга» гидростатическое давление отпущенной порции в мм вод. ст. умножалось на среднее по высоте сечение резервуара стендовой установки,
равное 65,04×10-3 м2.
На практике при ОУ, по определению массы продукта в резервуарах, среднее сечение по высоте последнего также принимают постоянным.
Приведенная погрешность здесь находилась как отношение абсолютной погрешности к массе жидкости во всем резервуаре (масса жидкости равна 65,04×10-3×104 кг, где последний множитель представляет собой давление всего столба жидкости в резервуаре). Как показывают результаты испытаний, максимальная приведенная погрешность измерения массы отпускаемой жидкости не превышает 0,33%.
Относительная погрешность δМ определения массы продукта при П-способе взвешивания имеет вид
, (6.17)
где δFср – погрешность определения средней площади с учетом калибровки резервуара и допущения F(Н), F(Р); dММЕТ – методическая погрешность звена прямого преобразования, равная 0,03%; ∆ Р – абсолютная погрешность измерения гидростатического давления РЖ жидкости, т.е. аппаратурная погрешность.
Тогда в соответствии с формулой (6.17) при минимальной взвешиваемой порции жидкости, тождественной изменению гидростатического давления в резервуаре около 1250 мм вод. ст. (как в аппаратуре «Радиус»), ИИС «Радуга» имеет относительную погрешность измерения массы
.
При испытаниях ИИС «Квант» на вход аппаратуры «Радиус-М» подавались различные значения гидростатического давления от испытательной установки (измерялся уровень воды в резервуаре) и проверялась правильность передачи информации о значении гидростатического давления по каналу связи, а также вычисления массы и уровня по значениям констант, заложенных в память вычислительного устройства. Канал связи между ИИС «Радиус-М» и аппаратурой диспетчерского пункта имитировался индуктивно-емкостными четырехполюсниками. Как показали испытания, при давлениях от 1250 мм вод. ст. и выше, в которых обеспечивается заданная погрешность измерения аппаратурой «Радиус-М» погрешность преобразования гидростатического давления в массу и уровень не превосходит допустимых значений 0,05% и 0,1% соответственно.
Результаты испытаний аппаратуры были одобрены приемочной комиссией. ИИС учета «Квант» рекомендован к промышленному производству.
Система КОР-ВОЛ
Система КОР-ВОЛ (рис. 6.6) имеет следующие преимущества по сравнению с ранее описанными системами: процесс измерения полностью автоматизирован – осуществляется цифровая индикация и регистрация данных, проведение математических операций коррекции, наличие внутреннего запоминающего устройства. Центральный блок обработки данных обеспечивает получение результатов измерения непосредственно в необходимой форме для коммерческих расчетов, т.е. в единицах массы или объема, приведенного к базисной температуре.
Комплексная система КОР-ВОЛ состоит из центрального блока обработки данных и первичных приборов, являющихся источниками информации. В системе используются два типа первичных приборов, уровнемер жидкости который снабженный цифровым кодовым датчиком, и прибор измерения среднего значения температуры в среде резервуара. В качестве чувствительного элемента датчика уровня применяют поплавок, положение которого с помощью непрерывно работающего сервомеханизма следящей системы преобразуется в соответствующий электрический сигнал. Встроенный кодовый датчик позволяет осуществить цифровую дистанционную передачу данных измерения.
Чувствительный элемент датчика средней температуры представляет собой погруженные в жидкость платиновые элементы сопротивления, укрепленные на стальной конструкции, которая перемешается в соответствии с изменением уровня жидкости. Датчик средней температуры подсоединяют к прецизионному электрическому компенсационному измерительному преобразователю постоянного напряжения. Приемная аппаратура системы КОР-ВОЛ представляет собой цифровое устройство обработки данных.
Аппаратура включает в себя блок автоматического сбора данных измерения, вычислительный блок. Накопитель данных, цифровой генератор тактовых импульсов, блок управления и блок индикации. К электронному блоку подключено печатающее устройство. Вычислительный блок определяет объем и массу жидкости, приведенные к нормальному состоянию хранимой среды. Накопитель данных содержит геометрические параметры резервуаров, составленные на основании таблиц калибровки последних.
В системе используются два типа первичных приборов: уровнемеры, снабженные цифровым кодовым датчиком, и прибор для измерения среднего значения температуры измеряемого продукта. Чувствительным элементом прибора для измерения средней температуры является термометр сопротивления, который подключается к аналоговому датчику постоянного тока компенсационного типа. Число импульсов, пропорциональное выходному сигналу постоянного тока датчика, вырабатывается электронным преобразователем-селектором, который устанавливается в удобном месте. Информация о температуре поступает в центральный блок обработки данных в виде числа импульсов, а данные измерения уровня – в цифровой закодированной форме. Измеренные параметры поступают в центральное устройство через селекторы мест измерения. Для передачи параметров уровня применяется цифровой селектор, а для передачи значений температуры – аналоговые селекторы.
Арифметическое устройство центрального блока обработки данных производит математические вычисления для коррекции результатов с помощью запрограммированных постоянных каждого резервуара (калибровочных таблиц) и хранимой в нем жидкости. Постоянные значения (β – коэффициент объемного расширения и 
– удельный вес жидкости в нормальном состоянии) устанавливаются вручную с точностью до четырех десятых знаков.
Для выполнения этих операций служат цифровые датчики. Естественно, что в случае одинаковых значений, постоянных для резервуаров или жидкостей и если не ожидается их изменение, число цифровых датчиков и тем самым число хранимых постоянных может быть уменьшено. Данные калибровочных таблиц записаны с необходимой точностью в постоянную память центрального блока обработки данных измерения. Средние значения сечений резервуаров, измеренные на разных высотах, незначительно отличаются друг от друга. Эти расхождения в значениях могут быть учтены путем записи в память величин сечений на разных уровнях резервуара как функции от высоты. Численные значения сечений и места снятия этих величин определяются на основе калибровочных таблиц, составляемых при строительстве резервуаров. Из записанных в постоянную память величин сечений центральный блок обработки данных учитывает только то значение, которое относится к секции резервуара, заполненного жидкостью.
В постоянную память записывается также значение базисной температуры Т0. Устройство памяти построено на пассивных элементах, достоинством которых является то, что при пропадании напряжения информация, записанная в памяти, не стирается. Центральный блок обработки данных построен на интегральных элементах фирмы Техас и кремниевых полупроводниках. Арифметический блок работает в последовательном режиме действия.
Центральный блок обработки данных производит кроме обработки измеренных величин и коррекционных вычислений выдачу приходящих данных измерений. Результатов вычислений и хранимых в памяти постоянных для их дальнейшего использования в следующих видах: цифровая индикация на лампах; цифровая регистрация в табличной форме на печатающей машинке; запись данных на перфоленту; бухгалтерские расчеты; дистанционная передача данных; составление балансов и т.д.
Центральный блок обработки данных может работать в циклическом или управляемом режимах. При циклическом режиме работы данные всех мест измерения, принадлежащих системе, поступают в центр по ранее определённой программе последовательно, и в это же время они обрабатываются арифметическим блоком. В управляемом режиме работы на пульте управления вручную выбирается резервуар, параметры которого поступают в центр для обработки. Циклический режим работы вводится, либо кнопкой, либо встроенными цифровыми часами через определенные интервалы времени. Может быть выбран такой режим работы, в котором система работает непрерывно, а периферийные устройства – циклически. Этот режим целесообразен, если необходимо непрерывно следить за преобразованными значениями, регистрировать возмущения или сигнализировать аварии.
В состав центрального блока обработки данных входит пульт центрального сбора, подготовки и регистрации информации. Пульт выполняет следующие функции:
· обеспечивает индивидуальный и автоматический пропуск кодов датчиков;
· после соединения его с буферной памятью позволяет запоминаться выводить на цифровой индикатор для визуального отображения самую свежую информацию о количестве функционирующих резервуаров и данных измерения уровня и средней температуры по каждому резервуару;
· обеспечивает управление цифропечатающим устройством в соответствии с заданной программой.
Необходимое для питания аппаратуры напряжение +5, +24 и +170В получаются с помощью понижающих трансформаторов и стабилизаторов напряжения. Стабилизированное напряжение +5В служит для питания интегральных схем, напряжением +24В – для питания уровнемеров, расположены на резервуарах, +170В – для питания газоразрядных индикаторов.
Пульт состоит из нескольких блоков:
ü контрольного устройства, которое предназначено для опроса декад кодовых датчиков, декодирования ответных сигналов, обнаружения ошибок, фиксации полученной информации об измеренных уровнях и сигналах ошибок и направление их в регистратор;
ü регистратора, предназначенного для регистрации существующей в системе параллельной информации о номерах резервуаров, уровне жидкости в них, а также для подготовки этих данных к выводу на цифропечать;
ü цифрового измерителя времени, служащего для индикации точного времени и выработки запускающих импульсов через определенные промежутки времени. Высокая точность работы измерителя обеспечивается кварцевым генератором;
ü блока управления, предназначенного для управления подачи сигналов опроса, вывода информации на индикатор и регистратор. Он позволяет осуществлять следующие режимы работы:
- однократный поочередный опрос параметров резервуаров и при необходимости их регистрацию;
- автоматический циклический опрос датчиков всех имеющихся резервуаров с последующей регистрацией результатов измерений.
Кроме этих блоков пульт управления содержит: устройство выбора номера резервуара, дешифраторы, мультиплексоры, диодные матрицы, преобразователи, инверторы и пр.
Центральное устройство пульта управления работает следующим образом. Органами управления пульта могут быть выбраны следующие режимы работы: однократный, поочередный, циклический опрос, запускаемый сигналом цифрового измерителя времени через заранее установленные интервалы времени.
Однократный опрос осуществляется нажатием кнопки Iх. В этом случае блок управления посылает запускающий импульс в центральное устройство пульта, которое опрашивает кодовые датчики уровнемера выбранного резервуара и посылает запускающий импульс в регистратор. Блок регистратора выводит полученную информацию и номер объекта измерения на цифровой индикатор или на цифропечать.
Для осуществления поочередного опроса следует нажать кнопку Nx. В этом случае блок управления после остановки регистратора снова посылает запускающий импульс в центральное устройство пульта, осуществляя, таким образом, поочередный опрос датчиков.
Циклический опрос запускается нажатием кнопки ЦИКЛ. При этом на вход управления поступает сигнал о наличии резервуара с диодной матрицы, на которой запоминаются номера существующих резервуаров. После этого блок управления подает команду на опрос кодового датчика выбранного резервуара и регистрацию полученной информации на бланке. Работа блока управления прекращается после опроса датчиков всех имеющихся резервуаров. На время работы блока управления ручной ввод сигналов опроса запрещен, т.к. цифровое печатающее устройство переведено на автоматическую работу.
Ручной ввод сигналов опроса возможен лишь после прекращения работы блока управления и печатающие устройства.
Динамичность цикла опроса, запускаемого блоком цифрового измерения времени, можно установить при помощи многопозиционного переключателя Т в диапазоне от 10 мин до 24 ч. Через установленные промежутки времени блок управления осуществляет цикл опроса выше определенным способом.
Мерная память. Для возможности работы системы телемеханики с системой КОР-ВОЛ в ней предусмотрено буферное запоминающее устройство. Задачей устройства является запоминание информации об уровне для ее последующей передачи по каналам телемеханики на РДП. С функциональной точки зрения буферное запоминающее устройство может быть разделено на две основные части: блок памяти согласования и блок логики управления записью.
Принцип действия запоминающего устройства следующий. Данные устройство каждому резервуару поступают на запись в буферную память в предварительной форме и в такой же форме подаются на выходы устройства
Каждому резервуару соответствует выходной 20-ти полюсный штепсельный разъем, на который подается величина уровня жидкости в резервуаре через контакты реле Рида в виде четырех разрядов двоично-десятичного кода (16 бит). Поступающие данные, а также сигналы управления записью и выбора элемента памяти, имеющие положительный логический уровень +24В, сначала подаются на вход преобразователя уровня сигналов (24→5) В. Отсюда данные уровней поступают на плату согласования, а сигналы управления записью и выбора разряда – к блоку управления памятью. Сигналы выбора резервуара подаются на плату декодера. Электронная схема каждой платы обеспечивает выполнение определенной логической функции. В состав устройства входят следующие печатные платы.
Плата дешифратора. Центральное устройство посредством селектора точек измерения запрашивает кодовые датчики уровнемеров. При изменении вида хранимой жидкости может быть изменен порядок опроса датчиков. Задачей дешифратора является обеспечение того, чтобы на плату памяти, относящуюся к данным выходам, поступала информация от одного и того же резервуара.
Плата согласования. Данные, подлежащие запоминанию, и сигналы выбора разряда поступают на все платы памяти. Учитывая входную нагрузку и допустимую выходную нагрузку интегральных схем, плата согласования осуществляет усиление по мощности поступающих сигналов.
Плата памяти и согласования уровня сигнала. Запоминание и хранение информации обеспечивают интегральные схемы типа SN7475, на выходы которых через схему согласования подключаются рид-реле. Одна интегральная схема способна запомнить 4´4 бит информации. Переключающие контакты рид-реле в исходном состоянии подают на выход уровень «0» логики, при срабатывании же на выходе должна быть логическая «1».
Блок управления памятью. Организует выбор порядкового разряда и импульсные сигналы управления записью информации. Кроме этого блок обеспечивает возможность последовательного выбора плат памяти.
Блок питания. Обеспечивает стабилизированным напряжением все платы.
Индикатор данных с центральным вызовом. Индикатор представляет собой настольную конструкцию, обеспечивающую возможность индивидуального вызова, индикацию в цифровой форме результатов измерения и электрическую регистрацию в табличной форме с указанием номера резервуара и времени измерения. Индикатор данных пригоден для обработки измеренных параметров, передаваемых подекадно последовательно, а в пределах каждой декады – параллельно в пятизначном двоично-десятичном коде. Построение системы контроля резервуарного парка следующее. Индикатор данных и регистрирующее устройство помещены в диспетчерском пункте. К отдельным группам резервуаров (не более 10) присоединяется цифровой селектор мест измерения. Селекторы, общее количество которых не должно превышать 10, соединяются друг с другом последовательно. Таким образом, для выбора определенного резервуара требуется двухзначная цифра. Старший разряд означает номер селектора, а младший – номер резервуара. В результате максимальное подключаемое число мест измерения равно 100.
Индикатор данных кроме контроля за параметрами уровня может быть использован и для контроля прочих параметров среды аналогового характера.
Щиты управления. Назначением щитов управления с нанесенным на них изображением технологической схема резервуарного парка является возможность ручного и автоматического управления технологическими процессами, а также наглядность. Световая сигнализация, появляющиеся на соответствующих местах графической схемы, сигнализирует о работоспособности резервуарного парка, а органы управления, размещенные на пультах, позволяют дистанционно управлять объектами.
Прибор имеет следующие технические параметры:
· Первичная цепь: токовый сигнал 4¸20 мА, напряжение 17 В;
· Вторичная цепь: токовый сигнал 4¸20 мА, R нагрузки 500 Ом, точность 0,25 %, температура окружающей среды -25¸63°С.
Помимо ручного управления при помощи диспетчерского пульта возможно автоматическое программное управление опорожнением и наполнением резервуаров. Программа автоматически управляют работой задвижек резервуаров. Графически схема щитов выполняется в двух вариантах: мнемосхема, разделенной на панели и мозаичная схема.
В обоих случаях за щитом на вспомогательных стойках размещены: реле и клеммные соединения, обеспечивающие ввод силовых линий. Размер модуля 900´2050´1200 мм.
Шкаф программного управления. Шкаф содержит электронную логику программного управления, которая осуществляет автоматическое наполнение и опорожнение соответствующих резервуаров в заранее определенной последовательности. Максимальное количество
программ – 7, каждая из которых управляет семью задвижками. Логика шкафа предусматривает блокировку программ при неправильном их прохождении.