Безбумажные регистраторы

Устройства отображения и регистрации информации

Одна из важнейших задач системы автоматизации - предоставление оператору информации о ходе технологического процесса и ее регистрация. Устройства, реализующие эти задачи, устанавливаются на щитах и пультах и служат для отображения и регистрации значений технологических параметров процесса.

В зависимости от сложности объекта автоматизации, объема и целей предоставляемой информации, а также от организации рабочего места персонала используются различные устройства отображения информации:

- приборы показывающие;

- приборы самопишущие (регистрирующие);

-многофункциональные операторские панели.

Показывающие приборы делятся на два класса: стрелочные и цифровые.

Стрелочные приборы имеют отсчетное устройство в виде указателя и шкалы служат для измерения электрических параметров цепи в сетях постоянного и переменного тока. В настоящее время для измерения неэлектрических величин технологических процессов, таких как температура, давление, расход, уровень, параметров состава и свойств сред, не применяются.

Конструктивно стрелочные приборы бывают различных систем: магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, ферродинамической, индукционной и тепловой. Наиболее массово производятся в нашей стране приборы магнитоэлектрической и электромагнитной систем.

Приборы магнитоэлектрической системы более чувствительные и более точные, не чувствительны к изменению магнитных полей и температуры, имеют малую потребляемую мощность, но, с другой стороны - плохо переносят токовые перегрузки. Благодаря всем своим достоинствам приборы именно этой системы получили самое широкое распространение. В общем объеме выпуска приборы этой системы занимают более 60%.

Приборы электромагнитной системы отличаются сравнительной простотой и отсутствием в них подвижных токоведущих частей, что обеспечивает их стойкость к перегрузкам. К недостаткам этих приборов относят зависимость показаний от внешних магнитных полей.

Щитовые стрелочные электроизмерительные приборы применяются на пультах управления (ПУ) ТЭЦ, ГЭС, АЭС, на щитах транспортных средств МПС, в составе бортовой аппаратуры боевой техники, бытовой техники и во многих других сферах и являются самыми массовыми средствами измерения в мире. По оценке специалистов, общий парк стрелочных приборов к 2000 году составлял около 200 млн. штук.

Достоинствами использования щитовых стрелочных приборов на ПУ объясняется это не только их низкой стоимостью, но и основным преимуществом - аналоговое представление измеряемой информации удобно для оператора. По положению стрелок на шкалах опытный оператор быстро оценивает состояние объекта управления. Для оператора щитового диспетчерского пульта, у которого на щите расположены десятки или сотни щитовых стрелочных электроизмерительных приборов, замена их на цифровые приборы может привести к ошибкам в оценке состояния объекта и в конечном итоге к авариям. Стрелочные приборы компактны, надежны и долговечны при достаточно низкой стоимости.

Недостатком щитовых стрелочных приборов является невозможность эффективного их использования в автоматизированных системах управления.

На сегодняшний день развитие традиционного «стрелочного» приборостроения, которое базировалось на разработках, выполненных в конце XIX и начале XX веков, достигло своего технологического совершенства. Дальнейшее развитие стрелочных приборов связано с разработкой аналого-цифровых измерительных приборов, у которого функцию индикатора выполняет стрелка, перемещаемая на шкале прибора миниатюрным шаговым двигателем («ЗИП-Магнитоника», Краснодар). Прибор имеет возможность дистанционного задания уставок, дискретные выходы управления и сигнализации для работы в локальных системах автоматизации.

Особенность современной ситуации в применении стрелочных приборов состоит в том, что и сегодня потребность в них остаётся большой и превышает потребность в цифровых приборах, несмотря на появление современных цифровых приборов, габариты которых сопоставимы со стрелочными приборами, а характеристики (точность, функциональность, возможность работы в системах автоматизации) - безусловно, превосходят стрелочные приборы.

Например, Германия, при высоком уровне автоматизации энергетических объектов, потребляет стрелочных приборов больше чем Россия. А если сравнивать объемы производств стрелочных и цифровых приборов в Европе, то 70% производства щитовых приборов - это стрелочные и лишь 30% - цифровые. Таким образом, вопреки современным тенденциям традиционные стрелочные щитовые электроизмерительные приборы и по сей день составляют достойную конкуренцию цифровым приборам и будут использоваться на энергообъектах не только нашей страны, но и ряда европейских стран еще не одно десятилетие.

С точки зрения производства эти приборы на порядок более сложные, чем цифровые. Каждый стрелочный прибор состоит из большого количества миниатюрных деталей, в которых критично отклонение в деталях на сотую долю миллиметров. Стрелочное сборочное производство преимущественно состоит из ручной сборки и организовано конвейерным типом, где каждый рабочий выполняет свою операцию. Для сборки одного простого стрелочного прибора необходимо совершить около 50 сложных, механических и миниатюрных операций. Сегодня благодаря стремительному развитию техники и технологии, заводами-производителями осваиваются новейшие способы производства стрелочных щитовых приборов.

Основная масса стрелочных щитовых приборов имеет класс точности 1,5. Выпускаются стрелочные приборы в щитовом исполнении и с классом выше 1, но, как правило, производить точные измерения, используя стрелочный прибор, не целесообразно. Учитывая то, какими темпами сейчас развивается цифровая техника, использовать стрелочные приборы классом 0,5 и выше просто дорого, более того, визуально уловить показания такого прибора с доведенной точностью очень тяжело.

В СССР было несколько крупных заводов, выпускавших щитовые приборы: ОАО «Электроприбор» (г. Чебоксары), ОА «Краснодарский ЗИП» (г. Краснодар), ОАО «Электроточприбор» (г. Омск), ОАО «Мегомметр» (г. Умань, Украина), «Амурэлектроприбор» (г. Благовещенск), ПО «Электроизмеритель» (г. Витебск, Белоруссия), АОЗТ «Вибратор» (г. Санкт-Петербург), «Электроточприбор» (г. Ереван, Армения). Каждое из этих предприятий специализировалось на определенном виде щитовых приборов. Например, Чебоксарский завод выпускал только миниатюрные и малогабаритные приборы, Краснодарский ЗИП - крупногабаритные приборы. Номенклатуру определяло государство, оно же выступало и в качестве заказчика.

С приходом рыночных отношений эти предприятия были «выпущены в свободное плавание». Не всем удалось полностью сохранить свой научный и производственный потенциал. «Амурэлектроприбор» прекратил выпуск таких приборов, Уманьский завод оказался «за границей» и сейчас выпускает в основном омметры и измерители сопротивления, Омский «Электроточприбор» избрал в качестве основного производства шахтные приборы, Санкт-Петербургский «Вибратор» производит в основном приборы высокого класса точности и специального назначения. Крупнейшее приборостроительное предприятие АО «Краснодарский ЗИП» резко сократил объемы производства стрелочных приборов. Чебоксарский «Электроприбор» пошел по пути расширения номенклатуры за счет освоения приборов крупного габарита, европейского габарита, приборов новых систем и конструкций и сейчас представляет на рынке самую широкую гамму щитовых электроизмерительных приборов (80 % от общей номенклатуры).

- индикаторные панели - самые простые изделия, которые являются неотъемлемой частью всех цифровых приборов. Они отображают цифровое значение величины, стоящей на входе. Индикаторы могут быть как светодиодные (LED), так и жидкокристаллическе (LCD), но на российском наиболее распространены LED индикаторы.

- электроизмерительные приборы, предназначенные для измерения тока, напряжения, частоты, фазы, мощности. Эти приборы аналогичны по использованию стрелочным, широко используемым в распределительных шкафах и щитах.

- измерители – регуляторы неэлектрических величин - уровня, температуры, давления. По устройство такие приборы соответствует электроизмерительным, но отличаются тем, что обрабатывают сигналы датчиков и предназначены для регулирования технологического процесса.

- микропроцессорные таймеры с привязкой к реальному времени, реле времени, счетчики импульсов.

В состав цифровых прибороввходитиндикаторная панель и различные по функциональному значению электронные блоки: блок входных цепей (АЦП, нормализаторы сигналов, кварцевые датчики времени) и блок обработки измеряемой величины.

По сравнению со стрелочными щитовыми приборами, цифровые измерительные приборы характеризуются:

1. Малыми габаритами, возможностью установки в плоскостях с различным углом наклона.

2. Применением в неблагоприятных условиях: при высоких и низких температурах, повышенных влажности и давлении, вибрации.

3. Наглядное и удобное отображение результатов измерений на светодиодной панели

4. Возможность преобразовывать измеряемые показатели в сигнал, передаваемый по цифровым сетям.

В России на сегодняшний день крупнейшими производителя цифровых электроизмерительных приборов являются: ЗАО «Электроточприбор» (г. Омск), ООО «ЗИП Научприбор» (г. Краснодар), ОАО «Электроприбор» (г. Чебоксары), ПАООТ «Вибратор» (г. Санкт-Петербург). На протяжении нескольких десятилетий эти предприятия специализировались на производстве щитовых стрелочных аналоговых электроизмерительных приборов.

Цифровые измерители-регуляторы неэлектрических величин, применяемые, измерения технологических параметров, сначала были в основном зарубежных производителей, однако сейчас рынок щитовых цифровых приборов освоили и российские приборостроители, причем их номенклатура немногим уступает западным. Среди отечественных производителей этих приборов следует отметить ООО "ПО "ОВЕН", НПП ЭЛЕМЕР.

Регистрирующие приборы

Регистрирующие приборы (регистраторы самописцы) предназначены для измерения, показания и регистрации сигналов от аналоговых датчиков температуры, расхода, давления и других параметров технологических процессов как функции времени или (реже) другой физической величины.

Самопищущие приборы (СП) применяют тогда, когда недостаточно знать только некоторое отдельное значение измеряемой величины, а требуется проследить за её изменением с течением времени либо в зависимости от других физических величин. Такая запись может служить документом, позволяющим судить об эволюции изучаемого явления, о ходе технологического процесса, работе контролируемых агрегатов или действиях обслуживающего их персонала.

Необходимость использования самописцев или регистраторов в пищевой промышленности в первую очередь вызвана требованиями контролирующей организации (Ростехнадзор, СЭС и пр.) осуществлять контроль и регистрацию ряда параметров технологического процесса. Например, в молочной промышленности, температура пастеризации является параметром, подлежащим обязательной регистрации с последующим хранением архива в течение года. В случае нештатной ситуации (порчи продукта, отравлении и пр.), наличие на производстве такого архива позволяет с одной стороны найти виновных, установив по документам архива, что имело место нарушение технологического процесса, или, напротив доказать отсутствие вины производителя.

По способу регистрации такие приборы делятся на бумажные и безбумажные (электронные) самописцы.

Бумажный самописец представляет собой измерительный прибор, к подвижной части которого присоединён пишущий элемент (ПЭ) — перо, карандаш, капиллярная трубка и т. д., оставляющий след на движущемся носителе записи (чаще всего на бумажной ленте).

Различают самописцы для дискретной записи (точками, штрихами или другими знаками) и для непрерывной записи (в виде некоторой линии).

Запись осуществляется на ленточную или круговой диаграмму. Ленточную диаграмму, как правило, используются для непрерывных процессов, позволяя оператору быстро обнаружить недопустимые отклонения на продолжительном отрезке времени. Благодаря большой длине ленты, эти самописцы могут работать автономно без замены ленты в течение длительного периода. Для периодических процессов предпочтительно использование бумажных самописцев с круговой диаграммой. Бумажные самописцы с круговой диаграммой записывают один цикл за определенный промежуток времени: от часа до 31-го дня. Важным преимуществом этих самописцев является простота хранения и копирование записей. По сравнению с ленточными круговые диаграммы обладают более узкой калибруемой областью записи.

Для одновременной регистрации нескольких величин (до шести), изменяющихся во времени, самопишущий прибор оснащают соответствующим числом ПЭ и широким ленточным носителем записи (со шкалами измеряемых величин по ширине и шкалой времени по длине ленты). При этом результаты измерений разных величин записываются различными знаками либо отметками разных цветов.

Перемещение ленты во времени может иметь непрерывный и шагообразный характер; получающаяся в последнем случае запись обладает дискретностью в двух измерениях: по шкале значений и во времени. Скорость перемещения ленты настраивается.

Современные бумажные самописцы имеют цифровую индикацию значения по одному каналу, релейные выходы для дискретного управления и сигнализации, встроенный блок питания, возможность преобразование входных сигналов в цифровые по интерфейсу RS-232/485, для одноканальных прборов – функцию ПИД-регулирования.

Достоинствами бумажных регистраторов является простота в монтаже и удобство в эксплуатации. В этих приборах предусмотрено несколько параметров, которые инженер может настраивать по своему усмотрению, включая скорость подачи бумаги и циклы регистрации данных. Бумажные регистраторы имеют невысокую погрешность измерений и долгий срок службы. На производствах,где требуется постоянный и жесткий контроль над технологическим процессом как со стороны контролирующих организаций (СЭС, Технадзор, Энергонадзор), так и непосредственного руководства, то бумажная лента или диск практически незаменимы. На них ставятся реальные, а не электронные подписи участников процесса, любые исправления легко заметны.

Недостатками бумажных регистраторов являются обязательное регулярное обслуживание, наличие подвижных частей, что снижает надежность прибора, необходимость применения расходных материалов, ограниченные функции записи, измерения, архивации информации, значительные временные и финансовые затраты ресурсов для обработки полученных данных, наличие «человеческого фактора». Стоит отметить также более короткий межповерочный интервал.

Лидерами отечественного приборостроения по производству бумажных регистраторов являются ОАО «Теплоприбор», г. Челябинск и ОАО «Элемер», Москва. Самописцы ОАО «Теплоприбор» «Технограф – 160», «Альфалог-100М», «Экограф», «Мемограф» и «Диск-250М» 6 – 12 канальные, производят печать измеряемых параметров в циклическом режиме 6 - цветной фломастерной печатающей головкой на диаграммной ленте. Построены приборы на базе старых бумажных регистраторов, но имеют электронные блоки обработки, позволяющие свести к минимуму реорганизацию производства, изменение технологий и, соответственно, затраты. НПП “ЭЛЕМЕР” выпускает 1-3-6- канальные приборы РТМ с цифровым отсчетом показаний, регистрации и сигнализации Допустимая погрешность по измерению 0,25%,по регистрации 1%.

Таким образом, с появлением более сложного технологического оборудования, которое решало большее количество задач с меньшими временными и человеческими затратами, формирование территориально-распределенных систем управления бумажные самописцы не могли уже функционально соответствовать поставленным целям, в виду возникающих проблем при их эксплуатации.