Усо что это в энергетике

03.01.202412.12.2022 admin 0 Comments

УСТРОЙСТВА СВЯЗИ С ОБЪЕКТОМ (УСО)

Аппаратура, предназначенная для сопряжения по соответствующим каналам связи датчиков (измерительных преобразователей) с исполнительной аппаратурой автоматизации и преобразования информации, т.

Модули ввода/вывода являются локальными, УСО и осуществляют первичную обработку непрерывных и дискретных сигналов от входных датчиков и выдачу управляющих воздействий на ИМ. Каждый модуль имеет выход в технологическую сеть на основе интерфейса. Обработанный сигнал преобразуется модулем в защитный цифровой код для дальнейшей передачи в сеть. Из сети модуль получает команды на выдачу управляющих воздействий. Вычислительные мощности модулей обеспечивают также выработку дополнительных сигналов о выходе значения за допустимые пределы, синхронизацию ведения единого времени системы, взаимодействие с минипультом и т. п.

Каждый модуль представляет собой функционально законченное устройство, все модули имеют единые конструкцию, интерфейс и питание.

В современной автоматике большое число автоматических систем управления формируются на основе применения промышленных компьютерных систем, выполняющих функции центрального элемента (звена) сбора, обработки информации, а также выработки и передачи управляющих сигналов на исполнительные устройства.

К промышленным компьютерным системам предъявляются специфические требования, которые, в основном, определяются условиями эксплуатации в производственных помещениях. Спе

цифичность этих условий определяется повышенным содержанием пыли и влаги в окружающей среде, изменениями температурных режимов, повышенной вибрацией, наличием сильных электромагнитных полей и т. д.

Устройства связей «датчик — человек — компьютер» должны быть выполнены с учетом жестких условий эксплуатации, требований представления информации человеку-оператору, а также возможности оперативного вмешательства в процесс управления.

Важным компонентом любой автоматизированной системы управления технологическими процессами является УСО — устройство связи с объектом. УСО предназначено для сопряжения аппаратуры (Д или ПИП), исполнительных механизмов (ИМ), управляемого (контролируемого) объекта (технологического процесса) с вычислительными и управляющими средствами компьютерных систем.

Для реализации указанных задач и функций УСО разрабатывается и конструктивно изготавливается широкая номенклатура модулей. Каждый модуль выполняется в виде функционально законченного устройства (платы), заключенного в соответствующий корпус и оснащенного клеммами, штырьевыми или другими соединителями для входных и выходных цепей. Модули УСО, как правило, монтируются на стандартных несущих рельсах, которые можно объединить в монтажные панели. Такая конструктивно-технологическая схема наиболее распространена для УСО как зарубежного, так и отечественного производства.

Модуль УСО конструктивно и функционально состоит из ряда элементов, входящих в состав УСО любой конфигурации, предназначенных в первую очередь для выполнения основных функций, указанных выше, а конкретнее — для нормализации (нормирования) сигналов, фильтрации сигналов и обеспечения гальванической изоляции (развязки).

Измерительные усилители (ИУс) предназначены для усиления уровня входного напряжения тока и введения его в диапазон нормирования, удобный для последующих преобразований или индикации. ИУс выполняют следующие требования: обеспечение большого коэффициента усиления, постоянство коэффициента усиления; минимальное выходное напряжение и его изменение (дрейф) при нулевом напряжении на выходе; максимальное входное сопротивление; минимальная инерционность.

Этим требованиям, предъявляемым к ИУс, удовлетворяют усилители постоянного тока в интегральном исполнении с глубокой отрицательной связью, т. е. операционные усилители (ОУ). Операционные усилители с глубокой отрицательной обратной связью удовлетворяют вышеуказанным требованиям. Например, схема инвертирующего измерительного усилителя выполняет эти требования, т. е. изменяет полярность выходного напряжения по отношению к входному. Она состоит из операционного усилителя, резисторов обратной связи и корректирующего резистора.

В дифференциальных усилителях наряду с усилением входного сигнала осуществляется и дифференцирование его по времени, т. е. учитывается скорость его изменения. Эта операция реализуется схемно комбинацией ОУ с ЛС-цепочками.

Гальваническая связь — это связь электронных (электрических) элементов и схем, реализуемая посредством активных сопротивлений (резисторов) устройства. Гальванические связи между элементами схем могут возникать через общие шины питания, «земли», шасси и по другим каналам. Гальваническая изоляция (или развязка) является необходимой для электрической изоляции между источниками аналоговых или дискретных электрических сигналов различного вида и статусными каналами УСО, а также для изоляции между каналами дискретного вывода системы и управляемым силовым оборудованием (исполнительными устройствами и механизмами).

Гальваническая изоляция позволяет снизить влияние помех на систему по цепям заземления посредством полного разделения вычислительной системы ПТК АСУТП (или промышленного компьютера) от управляемого оборудования.

Простейшим устройством гальванической изоляции-развязки являются электромагнитные реле. Однако они инерционны, имеют значительные габариты, невысокую надежность и высокое потребление энергии. Наиболее часто в качестве элементов гальванической изоляции применяются резисторные, резисторно-емкостные, резисторно-индуктивные, емкостно-индуктивные цепи и фильтры. Например, используются аттенюаторы, обеспечивающие при постоянном уровне мощности или напряжения сигнала на входе возможность уменьшить выходной сигнал в заданное число раз; применяются ЛС-цепочки, эффективность которых зависит от соотношения между постоянной времени т = RC и периодом входного сигнала t. При х «t автоматически выполняется соотношение U «и.

В последнее время в устройствах УСО находят применение оптроны (оптроны, оптопары), представляющие собой оптоэлектронное устройство, состоящее из источника света, фотоприемника и оптической согласующей или управляющей среды, которые могут быть связаны оптически, электрически или обоими видами связи. Наиболее распространенными являются оптроны с пассивной оптической средой, которые выполняют роль согласующего элемента для получения максимального коэффициента передачи светового сигнала от источника света к фотоприемнику.

Важной функцией модулей УСО является фильтрация сигналов как на входе и выходе, так и на его внутренних связях.

Фильтры электрических сигналов позволяют ограничивать частотный спектр сигналов или выделять сигналы в пределах ограниченной полосы частот.

Фильтры разделяются на несколько видов: нижних частот, верхних частот, полосопропускающие и полосозаграждающие.

Идеальный фильтр низких частот имеет нулевой коэффициент передачи на частотах выше частоты среза, т. е. частоты, которая измеряется при условии, что мощность выходного сигнала фильтра уменьшилась на 50% в сравнении с мощностью входного сигнала.

Идеальный полосопропускающий (полосозаграждающий) фильтр пропускает (не пропускает) сигналы в интервале между их нижней и верхней частотами среза. Частотные фильтры представляют собой LC-цепочки требуемых параметров. Для получения требуемых параметров фильтров используются высокоточные и высокостабильные конденсаторы и катушки индуктивности.

Из множества модулей УСО, производимых зарубежными и отечественными фирмами, рассмотрим, например, модули УСО фирмы «Analog Devices» и фирмы «Прософт».

Аналоговые модули УСО фйрмы «Analog Devices» предназначены для обеспечения ввода сигналов измерительной информации от первичных измерительных преобразователей в устройства обработки и вывода сигналов для автоматического управления исполнительными механизмами. Они обладают высокой точностью, хорошей линейностью, воспроизводимостью преобразований, надежностью, предназначены для работы с различными источниками входных сигналов (тока, напряжения, сигналы от термоэлектрических преобразователей — термопар; термопреобразователей сопротивления — терморезисторов и др.) и могут быть быстро заменены при выходе из строя.

Эта фирма выпускает несколько видов модулей УСО (серии 3, 5, 6, 7 и др.). На рис. 3.12 представлена структурная схема модуля (серии 5В) входного типа 5В32-02, предназначенная для нормализации сигнала 4+20 мА.

Сигнал от ПИП (датчика) 4+20 мА поступает на измерительный резистор (20 Ом), на котором формируется падение напряжения, пропорциональное входному сигналу. Далее это напряжение поступает на входные цепи. Схема защиты, обеспечивающая защиту элементов устройства от перенапряжения на входе, представляет собой электронную схему, состоящую из /?С-цепочек,

Рис. 3.12. Структурная схема аналогового входного модуля УСО серии 5В фир- мы «Analog Devices» (пояснение в тексте)

функционирующих с опорным напряжением. Фильтр высоких частот (ФВЧ) предназначен для подавления помехи на частотах 50 и 60 Гц, т. е. частот, на которых функционирует большинство электротехнического оборудования. Фильтр сформирован LC-цепочкой.

Дифференциальный усилитель, не обозначенный на схеме, представляет собой операционный усилитель, осуществляющий усиление сигнала и дифференцирование его по времени, т. е. представляется возможным учитывать скорость изменения сигнала, что осуществляется комбинацией операционного усилителя с /?С-цепочками.

Напряжение гальванической развязки, построенной на основе /?ДС-цепочек, составляет величину 1500 В.

Активный двухполосный фильтр обеспечивает сглаживание пульсаций напряжения на выходе преобразователя. В качестве основных элементов используются дроссели с большой индуктивностью либо резисторы и конденсаторы большой емкости. Действие таких фильтров основано на зависимости сопротивления цепей, составленных из этих элементов, от частоты тока, т. е. у дросселей оно растет с увеличением частоты и равно нулю для постоянного тока, а у конденсатора, наоборот, уменьшается с увеличением частоты и равно бесконечности (разрыв) при постоянном токе.

Полоса пропускания частот для модулей 5 В составляет: 4 Гц — узкополосный вариант и 10 кГц — широкополосный вариант.

Питание модулей 5В осуществляется от внешнего специального источника постоянного напряжения +5 В±5%. В каждом из

модулей в схеме питания смонтированы две гальванические развязки: электронная, для связи с основной схемой модуля, и трансформаторная, для развязки с другими УСО, функционирующими в общей системе АСУТП и питающимися от общего источника питания. Назначение элементов схемы питания на входе и на выходе, т. е. преобразователя питания и фильтра, — защита постоянного напряжения (5 В) от помех по частоте и от перенапряжения.

На рис. 3.13 представлена блок-схема аналогового выходного модуля УСО серии 5В.

Рис. 3:13. Структурная схема аналогового выходного модуля УСО серии 5В фирмы «Analog Devices»

Из рис. 3.13 видно, что назначение отдельных элементов аналогично назначению их у входных модулей, схема которых нами разобрана. Кроме них в схеме имеются «Схема выбора входного диапазона» и «УВХ», допускающие мультиплексированное включение, т. е. когда один ЦАП может обеспечивать работу нескольких входных модулей, при этом необходимый период регенерации аналогового сигнала на входе каждого модуля должен быть не менее 25 мс. Выбор модуля при этом осуществляется сигналом от УВХ.

Элементы «Источник тока» и «Защита» обеспечивают питание током выхода модуля, подаваемого на управляющие цепи ЦАП или другого управляющего элемента системы*.

Для использования модулей серии 5В в системе управления и контроля фирма организовала выпуск нескольких видов монтажных панелей, допускающих подключение источников внешних аналоговых сигналов, компенсаторов холодного спая термопар, гнезда для измерительных резисторов холодного спая термопар, гнезда для измерительных резисторов и 26 контактных разъемов для АЦП/ЦАП.

Фирмой «Analog Devices» выпускаются также модули серий ЗВ, 7В и 6В. Основными достоинствами модуля ЗВ являются: диапазон изменения сигналов более широкий, чем у модулей 5В, для питания требуется три напряжения +15, —15, +24 В. Модули серии 7В функционально аналогичны модулям 5В, однако напряжение питания их +24 В. Имеются также некоторые отличия по номенклатуре и диапазону входных и выходных сигналов. Модули серии 6В предназначены для распределенного сбора данных. Их метрологические характеристики в основном те же, что и у модулей 5 В. В их схемах использованы микроконтроллеры, предназначенные для передачи по запросу данных из буфера в устройство обработки посредством соответствующего интерфейса.

Широкая номенклатура УСО, предназначенных для использования в АСУ различного уровня, начиная от сравнительно простых до сложных, состоящих из технологических объектов сосредоточенных и распределенных систем, выпускается отечественной фирмой «Прософт».

Для создания локальных систем автоматического регулирования, а также компактных АСУТП, состоящих из ряда взаимосвязанных технологических процессов и агрегатов,’ широко применяются УСО фирмы серии ADAM-3000.

При организации взаимодействия между ПИП (датчиками) непрерывных и дискретных параметров технологических процессов и вычислительных систем контроля и управления, разделенных между собой на достаточно большие расстояния, используются модули серии ADAM-4000, которая включает специальные коммуникационные модули, программное обеспечение, реализуемое встроенным микропроцессором. Настройка и калибровка этих модулей осуществляется программным способом с помощью стандартного интерфейса RS-485.

Выпускаются также модули серии ADAM-5000, которая является дальнейшим развитием концепции фирмы для построения сложных распределенных и соподчиненных систем управления технологическими объектами (отделений, цехов, производств).

Модули аналогового ввода-вывода серии ADAM-3000 представляют собой устройства, назначение которых заключается в сопряжении ПИП (датчиков) и исполнительных механизмов автоматизируемого объекта с промышленными компьютерными системами. Поэтому на УСО этой серии возлагаются следующие функции:

• нормализация аналогового сигнала, т. е. приведение границ шкалы первичного непрерывного сигнала к одному из стандарт

Каждый модуль этой серии является функционально законченным устройством, заключенным в пластмассовый корпус и оснащенным клеммными соединителями с винтовой фиксацией для подключения входных и выходных цепей. Габаритные размеры модуля (101,0×93,5×23,2) мм. Установка модулей производится на стандартных DIN-рельсах. Питание модулей осуществляется напряжением 24 В постоянного тока. Диапазон рабочих температур от 0 до 70° С.

Структурная схема аналогового модуля серии ADAM-3012 представлена на рис. 3.14.

Рис. 3.14. Структурная схема модуля ADAM-3012

Назначение элементов модуля аналогично назначению элементов, рассмотренных выше. Отличительной особенностью схемного решения для этой серии является то, что тип и диапазон входного сигнала, подводимого к инструментальному усилителю, задается с помощью миниатюрных переключателей «Установка коэффициентов усилителя». Гальваническая развязка осуществляется с помощью аналоговой оптопары, состоящей из светоизлучающего диода и транзистора.

Кроме вышеуказанных основных функций нормализации аналоговых сигналов, их фильтрации и обеспечения гальванических развязок на УСО серии ADAM-3000 возможно выполнение и более сложных задач, что гарантируется подключением в их состав АЦП, а также дискретного ввода-вывода, микропроцессоров и средств организации интерфейсов передачи данных.

Источник

Усо что это в энергетике

Шкафы УСО, в зависимости от функционального назначения, может комплектоваться собственным резервируемым контроллером с «горячим резервом». Обмен данными между контроллером шкафов УСО и модулями ввода-вывода осуществляется по внутренней шине, интерфейсы и протоколы обмена определяются на этапе проектирования. Шкафы УСО производит опрос своих модулей ввода-вывода, необходимую обработку данных (удлинение коротких дискретных сигналов, масштабирование аналоговых измерений при необходимости) и передачу их в шкаф ЦП(центральный процессор).

Пример схемы структурной комплекса технических средств (КТС) представлен в приложении 1

Шкафы УСО предназначены для размещения оборудования среднего уровня МПСА (модулей ввода-вывода, интерфейсных модулей, блоков питания для установленного оборудования и контрольно-измерительные приборы(КИП), вторичных блоков КИП, сетевого оборудования сетей передачи данных на СУ(средний уровень), панелей оператора), а также БРУ.

УСО выполняет функции за счет наличия в их составе подсистемы аналого-цифрового преобразования и дискретного ввода-вывода, микропроцессора и средств организации одного из интерфейсов последовательной передачи данных.

Возможно изготовление нестандартных размеров шкафов УСО. Пример cхемы общего вида шкафа УСО представлен в приложении 2.

Данные шкафы могут применятся во всех отраслях промышленности, а также на объектах гражданского строительства.

Если вы не нашли интересующую информацию, обратитесь, пожалуйста, к специалисту отдела продаж по телефону +7 (4832) 32-50-10

Источник

Модули УСО

Модули УСО (Устройства Сопряжения с Объектом) предназначены для преобразования сигналов различных датчиков температуры (термопар, термометров сопротивления), давления, расхода, влажности и иных первичных преобразователей в цифровой сигнал для передачи данных в систему верхнего уровня.

Модули УСО применяются в системах распределенного сбора данных, АСУ ТП, АСКУЭ.

Дополнительно, помимо возможности выдачи данных по интерфейсу RS-485 (протокол ModBUS RTU ), устройства сопряжения с объектом «Юримов» имеют возможность преобразования входных сигналов в унифицированные выходные сигналы 0-5 мА или 4-20 мА. Модульный принцип построения технических средств АСУ ТП на базе модулей ввода-вывода дает возможность гибкого конфигурирования систем управления технологическим процессом под нужды заказчика в зависимости от конкретного объекта автоматизации.

Гальваническая изоляция входов U ср.кв : 1, 5 кВ

Входные сигналы по току: 0, 1 мА — 1 А

Входные сигналы по напряжению: 20 мВ — 400 В

Поддержка унифицированных сигналов: 0-20 мА, 4-20 мА, 0-5 мА, 0-10 В

Класс точности: 0, 2 (для каналов температуры 0, 5)

Поддержка интерфейса RS-485 (протокол ModBUS RTU )

Вот стандартные исполнения УСО производства «Юримов»:

— 1 аналоговый вход (ТСМ50, ТСМ100, ТСП50, ТСП100, ТХК, ТХА, U, I )

— 1 аналоговый выход