Система регистрации температурных полей протяжённых объектов

Автор: Неделько Александр Юрьевич, ведущий инженер ОАО НПП "Эталон"

Author: Alexander Yuryevich Nedelko - principal engineer of JSC RPI "Etalon"

Аннотация. Приводится описание контроллеров цифровых измерительных преобразователей температуры. Рассматриваются возможности сервисного программного обеспечения для обслуживания системы сбора данных, а также основные принципы и правила объединения контроллеров в единую сеть.

Abstract: The present article concerns the description of the digital temperature sensors controllers. Describes the ability of service software for data acquisition system, as well as rules and principles the controllers network creation.

Регистрировать температурные поля объектов можно различными способами, например:

К достоинствам метода измерений одним датчиком можно отнести возможность минимальных затрат на измерительное оборудование и его поверку. Среди недостатков высокая трудоемкость проведения измерений и обработки результатов, дополнительная погрешность в случае, если после перемещения датчика не выдержано время, необходимое для установления теплового равновесия, искажения температурного распределения при нестационарных тепловых процессах.

Для минимизации этих недостатков датчики размещают во всех заданных точках объекта и объединяют в единую сеть. Устройство сбора данных (контроллер) с заданной периодичностью опрашивает все датчики сети, обрабатывает результаты, затем передает их на ПК либо сохраняет в памяти. Таким образом затраты времени на проведение измерений существенно сокращаются. Если же местоположение датчиков в процессе проведения измерений изменяется, целесообразнее использовать системы с радиоинтерфейсом либо тепловизоры. Тепловизоры значительно упрощают и ускоряют процесс регистрации температурного распределения, имеют встроенный дисплей, но их применение имеет ряд ограничений, среди которых отметим: контролируемые зоны должны находится в прямой видимости под углами, близкими к прямому, поверхности должны иметь известную и одинаковую излучательную способность, погрешность и воспроизводимость бесконтактных измерений в большинстве случаев хуже контактных. Системы с радиоинтерфейсом имеют значительную стоимость и требуют периодической замены элементов питания.

В случае, когда расположение датчиков заранее известно и стационарно, удобнее использовать заранее смонтированные в единое изделие датчики и соединительный кабель - так называемые термокосы.

Термокосы серии МЦДТ 0922 предназначены для полевого определения температуры грунтов по ГОСТ 25358-82, а также для измерений температур в строительстве, на других сложных нелинейных объектах. МЦДТ 1201 - герметичные термокосы, предназначены для измерения температуры жидкости в резервуарах, а также зерна в силосных зернохранилищах. В качестве защитной оболочки термокос этой серии используется герметичный металлорукав или металлопластиковая труба, которые дополнительно обеспечивают высокую механическую прочность.

Для регистрации данных цифровых датчиков температуры и термокос, изготовленных из них, можно использовать портативные контроллеры, например ПКЦД-1/16 или ПКЦД-1/100, максимальное количество одновременно подключаемых датчиков (или количество датчиков в термокосе) 16 или 100 соответственно. Эти контроллеры подключаются к разъему термокосы и в течение нескольких секунд считывают и обрабатывают данные с датчиков и сохраняют во внутреннюю память. Далее данные сбрасываются на ПК либо сохраняются в энергонезависимую память и оператор может перейти к месту следующего замера. Дополнительно к ПКЦД-1/100 вместо термокосы можно подключить выносной датчик температуры и относительной влажности окружающего воздуха, при этом контроллер также производит расчет абсолютной влажности и точки росы. ПКЦД-1/100 может работать в режиме логгера, т.е. автоматически сохранять данные в энергонезависимой памяти с заданной периодичностью, ресурс автономной работы в режиме логгера составляет около 20 суток (изменяется в зависимости от емкости аккумулятора и окружающей температуры).

Максимальное количество записей Nmax можно рассчитать по формуле:

Nmax = 65534 / (12 + дат * 4), но не более 1000, где дат - количество подключенных датчиков

Время заполнения памяти T можно рассчитать по формуле:

T = (Nmax * P)/86400, суток, где P - период автоматического сохранения в секундах.

Если необходимо производить сбор данных длительное время и термокосы установлены стационарно, целесообразно объединить все термокосы в единую систему сбора данных. Для этого были разработаны стационарные контроллеры СКЦД-1/100 и СКЦД-6/200. К СКЦД-1/100 подключается одна термокоса, содержащая до 100 датчиков, к СКЦД-6/200 можно подключить от 1 до 6 термокос, содержащих суммарно до 200 датчиков. До 255 контроллеров при помощи кабеля типа "витая пара" объединяются в сеть RS-485 и через переходник USB/RS-485 подключаются к ПК, на котором установлена программа-сервер сети.

Программа сканирует сеть, идентифицирует найденные контроллеры и подключенные к ним термокосы, ведет мониторинг температур в реальном времени на графиках и таблицах. Накопленные данные можно сохранить как в виде единого для всей системы файла, так и отдельно для каждой термокосы. Для предотвращения потери данных при сбоях в работе ПК контроллер ведет запись данных в энергонезависимую память, структура и объем которой аналогичны ПКЦД-1/100. При необходимости потерянные данные можно восстановить, загрузив содержимое энергонезависимой памяти на ПК. Контроллеры СКЦД имеют степень защиты от пыли и воды IP65 и оснащены термостатом для подогрева электроники при работе при температурах окружающего воздуха ниже -40
⁰С.

Для регистрации температурных полей удаленных, труднодоступных объектов разрабатываются автономные логгеры для термокос. Логгеры размещаются рядом с местом установки термокосы и работают автономно от литиевого элемента питания в течение нескольких лет. Данные записываются на карту памяти формата MicroSD. Сбор данных можно проводить как на месте установки термокосы, путем копирования файла данных с карты на ПК, так и путем извлечения и замены карты памяти на новую, с последующим хранением карт памяти с данными в виде архива.

В силовых электрических установках необходимо контролировать в реальном времени температуру токопроводящих и коммутационных элементов для предотвращения их перегрева и выхода из строя. Однако, т.к. эти элементы находятся под высоким напряжением, измерения необходимо производить бесконтактным способом. Количество точек контроля может достигать десяти и более, многие перекрыты закрыты защитными кожухами и находятся в разных местах установки, что делает затруднительным использование тепловизора. Для решения этой проблемы разрабатывается система многоточечной бесконтактной регистрации температуры. Система представляет собой подобие термокосы, в которой в качестве датчиков установлены пирометрические преобразователи. Контролирующее устройство производит опрос датчиков системы (до 255 датчиков, протокол Modbus) посредством интерфейса RS-485, формирует необходимые сигналы для оповещения и аварийного отключения электроустановок.

Ключевые слова: контроллер, цифровой преобразователь температуры, система сбора данных, сеть RS-485.

Keywords: controller, digital temperature sensor, data acquisition system, RS-485 network.

Литература