Рекомендации

по программному

управлению

автоматизированными

комплексами

термометрической

аппаратуры

Москва 1988

Введение ............................................ 3

1.    Характеристика работ, подлежащих программированию............. 4

2.    Структурная схема измерительного комплекса с прщраммным управлением..............................................4

3.    Программа измерений комплекса АКТА-УП.....................6

4.    Программа сбора измерительной информации АКТЛ-УП.............8

5.    Технико-экономическая эффективность.......................12

Приложение. Про!раммная коррекция метрологических характеристик измерительных приборов..................................14

11ормативно-производствснное издание

ПНИИИС Госстроя СССР

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОГРАММНОМУ УПРАВЛЕНИЮ АВТОМАТИЗИРОВАННЫМИ КОМПЛЕКС АМИ ТЕРМОМЕТРИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ

Редактор Э.И. Федотова Мл. редактор Т.А. Самсонова Технический редактор И.В. Верина Корректор Л.А. Егорова Оператор Л. В. Марина

!1/К

Подписано в печать 10.11.88 г. Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная № 2 Печать офсетная Уел. псч. л. 1,86 Уел. кр.-отт. 2,23 Уч.-изд. л. 2,09 Тираж 2900 экэ. Иэд. № XII-3017 Цена 10 кои. Зме. 3979

Сгройиздат. 101442 Москва, Каляевская, 23а

Московская типография № 9 НПО ’’Всесоюзная книжная па

Госкомиздата СССР

109033, Москва, Волочаевская ул., 40

Рис. 6. Схема (енератора тактовых импульсов Г-6

Г9    К2 Рис. 7. Блок управления

^4<6* После печатания результата измерений на последней точке коммутаторы КД и КЦ становятся в исходное (нейтральное) положение, контакты КЦ размыкаются и выключают сеть 220 В.

4.7. Схема блока согласования представлена на рис. 9.

9

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

5.1. Известный алгоритм

R, =[<И,-И₃)/(И,-И,)]    2R,    (7)

предусматривает выполнение на каждой точке контроля температуры трех измерений:

Hi =A + B(R_t);    (8)

И₂ = A + B(R_t + R₃) ;    (9)

И₃ = A + B(R_t/2).    (10)

Хотя алгоритм и позволяет исключить влияние параметров А и В аппаратуры на точность измерений, погрешность за счет R₃ (влияние жестких условий эксплуатации), градуировки, перепада температур между R_t и R₃в момент измерений и других может достигать 0,5°С и более.

Кроме того, необходимо на каждой точке контроля температуры иметь два идентичных по всем характеристикам термометра и специальные преобразователи сопротивления в частоту, число которых равно количеству точек контроля температуры (низкая надежность).

5Л. Алгоритм и тест-программы АКТл позволяют получать измерения с точностью 0,1~0,05°С при одном термометре и одном измерении на точке контроля. Преобразователи сопротивления в частоту не требуются.

53. Технико-экономический эффект от использования программного управления АКТА может быть получен за счет повышения точности и надежности результатов измерений и уменьшения себестоимости температурных наблюдений.

5.4.    Расчет годового экономического эффекта от использования автоматизированных комплексов с программным управлением следует производить согласно СН 509-78.

5.5.    Техническая характеристика 10-канального термометрического комплекса с программным управлением АКТА-500УП приведена в табл. 4.

5.6.    Принципы программного управления АКТА-УП и разработанные практические схемы могут быть применены и при компоновке (конструировании) комплексов для измерения других неэлектрических величин.

Приложение

ПРОГРАММНАЯ КОРРЕКЦИЯ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

В основе программной коррекции - метрологический анализ принципиальных схем, разработка тсст-программ контроля и оснащение приборов устройствами для обнаружения и коррекции погрешностей измерений. При анализе принципиальных схем выявляются источники и виды погрешностей, их функциональная зависимость и дастся количественная оценка влияния на точность измерений при эксплуатации приборов в заданных условиях. Для выявления источников погрешностей, их количественного учета и выработки методов коррекции принята следующая классификация погрешностей: систематические, прог рессирующие, дополнительные и случайные. К систематическим отнесены погрешности, не изменяющиеся с течением времени, например делители напряжения, параллельно и последовательно симметричные мостовые схемы. К прогрессирующим относятся — погрешности медленно изменяющиеся со временем (аддитивная и мультипликативная) . К дополнительным - погрешности не изменяющихся во времени функций, вызывающих их влияние, например напряжение, температура. К случайным - неопределенные по своей величине или функционально зависящие от многих переменных.

Критерием оценки метрологического совершенства принципиальной схемы является: систематические погрешности корректируются повторной аттестацией (сличением с образцовыми мерами); прогрессирующие - требуют непрерывного повторения коррекции и тем чаще, чем интенсивнее их проявление; дополнительные корректируются введением поправок или преобразователей, воспринимающих влияющую величину и вводящих соответствующую поправку в результат измерений; случайные погрешности корректировке не подлежат, а их значения не могут быть предсказаны.

Для восстановления начальной характеристики простейшего измерительного прибора необходимо произвести две операции: установку нуля (коррекция аддитивной погрешности), т.е. смещение нижнего конца характеристики в начало координат и установку чувствительности (мультипликативная погрешность) -поворот статической характеристики. Первая операция, как правило, требует отключения измеряемой величины, т.е. обеспечения X =0. Для выполнения второй операции необходимы образцовые меры для создания Х_и = Х^. Для выполнения этих операций прибор должен иметь устройства регулировки нуля и чувствительности.

Ввиду того, что возрастание погрешностей происходит непрерывно, коррекцией исключаются только те погрешности, которые были у прибора в данный момент времени. Поэтому операция коррекции должна периодически повторяться и тем чаще, чем интенсивнее их проявление или меньше желаемый уровень остаточных погрешностей. Именно таким способом поддерживается точность всех средств измерений (путем регламентируемых по закону их ежегодных поверок). Если же период поверки уменьшить, доводя его от одного года до одной недели, дня, часа или минуты, то точность средств измерений повысится на порядок и более.

Программная коррекция предусматривает также совершенствование принципиальных схем измерительных приборов с целью исключения коррекцией не только прогрессирующих, но и систематических и наиболее опасных- незакономерных случайных погрешностей. Программная коррекция позволяет: получать результаты измерений, не вызывающие сомнений; повысить на порядок и более

Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям в строительстве

(ПНИИИС) Госстроя СССР

Рекомендации

по программному

управлению

автоматизированными

комплексами

термометрической

аппаратуры

Москва Стройиздат 1988

УДК 624.13121:5 36.5-£2

Рекомендованы к изданию решением секции по инженерногеокриологическим исследованиям Научно-технического совета ПНИИИС.

Рекомендации по программному управлению автоматизированными комплексами термометрической аппаратуры / ПНИИИС Госстроя СССР. — М.: Стройиздат, 1988. —

32 с.

Рассматриваются принципы программного управления измерительными комплексами для температурных наблюдений в грунтах. В основе программного управления работа комплексов по специальный программам, обеспечивающим заданную точность и периодичность измерений. Применение программного управления позволяет полностью автоматюировать процесс температурных измерений.

Для инженерно-технических работников проектных, изыскательских и научно-исследовательских организаций.

Разработаны ПНИИИС Госстроя СССР (инж. В.А. Пакулин).

Замечания и пожелания просим направлять по адресу: 105058, Москва, Окружной пр., 18, ПНИИИС.

3202000000 - 296

Р--------------Инструкт.-нормат. I -120-88

047(01) - 88    _л

© Стройиздат, 1988

ВВЕДЕНИЕ

Интенсивное хозяйственное освоение новых территорий и совершенствование методов инженерно-геологических исследований приводят к необходимости разработки более производительной и точной измерительной аппаратуры, в частности - термометрической.

Так, при стационарных наблюдениях количество замеров температуры грунтов только на одной опытной площадке может достигать 400-500 и более в сутки. Согласно ГОСТ 25358-82, инструментальная погрешность термометрической аппаратуры в диапазоне от -3 до +3°С не должна превышать 0,1 °С, что требует измерения сопротивления термопрсобразователей с точностью 0,04%.

Автоматизированные комплексы термометрической аппаратуры (АКТА) системы АСИ позволяют получать указанную точность измерений, но только при соответствующей корректировке параметров аппаратуры. В отличие от измерительно-информационных систем (ИИС), оператор АСИ не только контролирует работу аппаратуры, но и активно участвует в самом процессе измерений - оценивает результаты измерений, корректирует параметры аппаратуры, изменяет программу и методику измерений и т.п.

В настоящей работе рассматривается программное управление АКТА, основанное на алгоритмизации процесса измерений. Разработанные тест-программы и алгоритм измерений обеспечивают получение результата с точностью 0,1-0,05°С без корректировки параметров аппаратуры в процессе измерения.

Отличительной особенностью термометрических комплексов с программным управлением (АКТА-УП) является применение в их составе серийно выпускаемой отечественной промышленностью аппаратуры общего назначения (цифровые вольтметры, транскрипторы, цифропечатающие устройства) и термодатчиков с метрологическим обеспечением (ГСП). ¹

1. ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ, ПОДЛЕЖАЩИХ ПРОГРАММИРОВАНИЮ

1.1.    Программирование процесса измерений. Алгоритм измерений термометрического комплекса АКТА

t = AR, = Д1у (H_t -И,)/(И₂ -Hi) 1,    (1)

где AR_t =R_{ — R₀; t - измеряемая температура; R_t - сопротивление датчика при t°C; Ry AR₃ - сопротивление образцовых резисторов.

Для получения искомых значений И₍, И], И2 необходимо составить программу работ для выполнения трех измерений:

тест 1 И| = А + В(ДИ + AR_);    (2)

М    JI

тест 2 И₂ = А + В (AR_M + AR_n ♦ AR₃);    (3)

n_t = A + B(AR_M + AR_n + AR_t)_f    (2)

где A = f,(Uo, E_M, Е_л); В = f₂(N_M, N ₍₊₎, N,, N_m = f₃(U_M, R^ R₀); AR_M> AR_n - разбаланс моста и линии связи; TJq - дрейф нуля вольтметра (усилителя);

^NB(-) - ^ко-

гания моста;

R_n - сопротивление линии связи; R₀ - входное сопротивление вольтметра.

1.2.    При режимных стационарных наблюдениях за температурой и тепловыми потоками в грунтах, программа сбора измерительной информации фиксированная: 0; 6; 12; 18 ч. Опрос датчиков каждой группы последовательный, при этом на ленте цифропечатающего устройства должны быть, как минимум, отпечатаны 8 знаков: номер точки - 2 зн.; результат измерения - 6 зн.

1.3.    Программа выхода на рабочий режим. Программа предусматривает последовательность подключения к питающей сети входящей в комплекс аппаратуры, прогрев ее в ждущем режиме, в зависимости от времени готовности каждого прибора и выдачи сигнала разрешающего очередной цикл измерений.

2. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

2.1. Структурная схема термометрического комплекса с автоматическим программным управлением представлена на рис. 1.

Датчиками температуры являются чувствительные элементы ЭЧМ-070-100М (ГОСТ 6651-84), обеспечивающие линейность преобразования по всему диапазону изменений.

2Л. Линия связи КС (короткая 10 -20 м) выполняется из гибкого геофизического провода в полиэтиленовой изоляции марки ГСП-0,5 (сопротивление 80 Ом/км, масса 10 кг/км). Количество проводов в линии п + 2, где п - количество датчиков.

2.3.    Линия связи ДС (длинная 100-1000 м) пятипроводная из провода марки ГПСМПО-1 (сопротивление 40 Ом/км, масса 15 кг/км).

2.4.    Коммутаторы датчиков (КД) и групповой коммутатор (КГ) типа ШИ 25/50 (PC 3.250.098Д). Максимальная скорость переключения 20-25 цикл/мин при диодном включении (ток питания 0,06 А), 40-50 цикл/мин при резисторном (1,2 кОм, 0,15 А) и резисторно-диодном (0,1 А).

Рис. 1. Структурная схема комплекса с программным управлением

2.5.    Цифровой вольтметр (ЦВ) типа В7-21 предназначен для измерения напряжения (силы тока) в цеховых и лабораторных условиях. Рабочие климатические условия: температура от +5 до +40°С, относительная влажность 95% при температуре 30°С Предельные климатические условия: от -50 до +60°С. Дискретность в диапазоне от 0 до ±10 мВ... 1 мкВ, от 0 до ± 100 мВ ... 10 мкВ. Результат измерений выдается в коде 8-4-2-1, выходное напряжение +2 и 0,3 В. Запуск импульсами отрицательной полярности -3 В. Время готовности прибора (выхода на рабочий режим) не более 30 мин. Время одного измерения 600 мс на пределе 0+10 мВ, 60 мс на пределе 0*-100 мВ и выше.

2.6.    Транскриптор (ТК) типа Ф5033 обеспечивает печать на электро управляемой машине ЭУМ-23Д следующей информации: результата измерений в десятичной системе (цифры от 0 до 9) в любом из разрядов; плавающей по разрядам запятой; знаков или перед результатом измерения; номера измерения от 0 до 99 с возможностью отключения его печати и сброса из любого положения в ”0".

Транскриптор выдает импульсы с дискретным интервалом времени 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60 с или мин и позволяет выводить информацию в пятизначном двоичном коде на перфоратор ПЛ-80.

2.7.    Цифропечатающая машина (ЦП) ЭУМ-23Д печатает 23 знака (цифры от 0 до 9 и 13 символьных знаков). Техническая скорость печати 7 зн/с. Печать двухцветная с переключением цвета печати от электрического импульса. Число одновременно выполняемых экземпляров 3. Максимальная ширина бумаги 270 мм, диаметр рулона 65 мм. Питание электромагнитов печати и команд управления осуществляется от источника постоянного тока с напряжением 28 В.

2.8.    Перфоратор ленточный (ПФ) ПЛ-80 регистрирует информацию в пяти- и

восьмиразрядном коде на бумажной ленте шириной 17,4 и 25,4 мм. Максимальная скорость перфорирования 80 строк/с. Выдает сигналы синхронизации:    "Готов

ность”, "Заправка ленты , "Прием кода”, "Начало цикла”. Питание от сети 220 В и источника постоянного тока с напряжением 27 В. ³

2.9. Блоки управления (БУ), согласования (БС), измерительный (БИ) и программный (БП) нестандартные.

3. ПРОГРАММА ИЗМЕРЕНИЙ КОМПЛЕКСА АКТА-УП

3.1.    Автоматический режим работы. В первом такте импульс с блока управления БУ (рис. 2) размыкает контакты реле R₃ (рис. 3). Контакты реле R₊jq нормально замкнуты, контакты R_jq нормально разомкнуты. Цифровой вольтметр ЦВ измеряет величину И i.

Во втором такте размыкается цепь реле R₊jq. контакты R_jq нормально разомкнуты - измеряется значение (+Иа).

В третьем такте замыкаются контакты реле R_jq, контакты R+до нормально замкнуты - измеряется (-И^)-

Последующие импульсы переключают коммутатор датчиков КД, контакты R₃ и R+jq нормально замкнуты, R_jq нормально разомкнуты. Цифровой вольтметр последовательно измеряет j * Ht т и т.д.

3.2.    Ручной режим работы. Коммутация R₊jq и R_jq производится вручную (кнопки ”+10°С” и ”-10°С”),а резистора R₃ ~ автоматически от контактов счетчика на точке ”00”, табл. 1.

Таблица 1

№		Контакты		Температура, °С		Формула алгоритмизации
ки	Ra	| R+10 |	R-10	эквива лентная	изме ряемая
00	Р	3	Р	0,00	То	H0=A + B(ARM + ARn)
00	Р	Р	р	+10,00	Т+10	H+io=A + B(ARm + + ARn + Ri0)
00	Р	3	3	-10,00	ч 1 О	И_10=А+В(ЛЯМ + + лКл - *10>
01	3	3	р		Txi	Ип -= A + B(ARM + + ARi + ARt»)
02	3	3	р		ТХ2	Ht2 = A + B(ARM + + ARjj + ARta)
Примечание. 3-			- замкнуты; Р - разомкнуты.

Результаты измерения температуры:

^ти =С^гх-^то)к„ °С    <³>

ИЛИ

^ТИ^=к2^(Тх“^Т0⁾. °С    <⁴>

где к! = СГ_±ш-Т₀)/10; к* = 10/(Т_±10 - Т₀) •

Результаты измерений регистрируются в журнале наблюдений по форме табл. 2 и 3.

В таблицах приведен числовой пример измерения температуры +10,00 и -10,00°С комплексом, суммарная инструментальная погрешность которого составляет 20% (аддитивная составляющая +10%, мультипликативная +10 и -10%).

Таблица 3

Время измерений Помер точки Тх Тх-Т, Ти Примечание 18 ч 01 мин 01 + 12,00 +11,00 + 10,00 T=(TX-T0)fc 02 - 8,00 -9,00 -10,00

4. ПРОГРАММА СБОРА ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ

АКТА-УП

4.1.    В исходном состоянии контакты КЦ цифрового коммутатора (счетчика) разомкнуты (рис. 4). Аппаратура В7-21, ИП-70, ИП-12 и Рз обесточена.

4.2.    Каждые 6 ч программный блок (рис. 5) от генератора тактовых импульсов Г-6 (рис. 6) через реле Р44 включает на 1 с реле Р9 (рис. 7).

4.3.    Контакты Р9 переключают КД и КЦ на точку измерений Ио, контакт КЦ включает питание 220 В (см. рис. 4).

4.4.    После прогрева аппаратуры реле задержки Рз подключает к сети транскриптор Ф5033. На цифровой машине ЭУМ-29 печатается результат измерений И₀.

4.5.    При возвратном ходе каретки ЭУМ-29 через контакт К₂ (рис. 8) поступает питание от ИП-70 на обмотки КД и КЦ. После остановки каретки К₂ размыкается, КД и КЦ переключаются на точку H₊jq, печатается результат измере-иий И₊jq. Печать на последующих точках происходит аналогично.

Рис. 4. Подключение аппаратуры к сети 220 В

Рис. 5. Программный блок

8

1

2

3

4