Пристрій для вимірювання, перетворювання і відображення аналогових сигналів

1. Пристрій для вимірювання, перетворювання і відображення аналогових сигналів датчика технологічного параметра, що містить аналогоцифровий перетворювач, який з'єднаний з мікроконтролером, до виходу якого підключені входи релейно-комутаційного блока і засобу індикації, який відрізняється тим, що введені блок захисту вхідних кіл, вхід якого є входом пристрою, а вихід з'єднаний з входом аналого-цифрового перетворювача, вузол контролю напруги живлення датчика технологічного параметра і вузол контролю напруги живлення пристрою, виходи яких підключені до мікроконтролера. 2. Пристрій за п.1, який відрізняється тим, що блок захисту вхідних кіл містить обмежувач струму, самовідновний запобіжник, транзистор, включений за схемою з спільним колектором, керований стабілітрон, подільник напруги, два діоди і струмообмежувальний резистор, причому перший вивід обмежувача струму через самовідновний запобіжник підключений до виходу блока захисту вхідних кіл, до катода першого діода і анода друго U 2 (11) 1 3 якого підключений до входу мікроконтролера, блок формування вихідних сигналів, який з'єднаний з виходом мікроконтролера через оптореле, мікроконтролер діагностики і індикації, а також засіб індикації [патент України на корисну модель №2217, опубл. 15.12.2003р., кл. G01R19/00, Н02М7/00]. Недоліком відомого пристрою є недостатня надійність, оскільки у ньому не передбачено виявлення й індикацію аварійних ситуацій, зумовлених перевищенням рівня і неправильною полярністю сигналів, що надходять на вхід пристрою, зникненням напруги живлення датчиків технологічних параметрів і пристрою, з метою подальшого блокування кіл зовнішніх виконавчих пристроїв. Прототипом корисної моделі є пристрій для вимірювання, перетворювання і відображення аналогових сигналів датчика технологічного параметра, який містить блок нормування сигналу датчика технологічного параметра, підключений до входу аналогового комутатора, вихід якого з'єднаний з входом аналого-цифрового перетворювача (АЦП), з'єднаного з мікроконтролером. Останній з'єднаний з послідовним портом і входами засобу індикації, енергонезалежної пам'яті та аналізатора граничних значень, вихід якого підключений до входу релейно-комутаційного блока [патент України №56967А, кл. G01D1/00, опубл. 15.05.2003]. У відомому пристрої забезпечується фіксація аварійної ситуації і видача команди на блокування релейно-комутаційного блока в разі перевищення поточних значень аналогового сигналу, що вимірюється, над наперед заданими пороговими значеннями. Однак прототип, як і аналог, є недостатньо надійним, що зумовлено відсутністю засобів для виявлення аварійних ситуацій, пов'язаних з аномальною роботою датчиків технологічного параметру і кіл живлення датчиків і пристрою в цілому. В основу корисної моделі поставлено технічне завдання створення пристрою для вимірювання, перетворювання і відображення аналогових сигналів датчика технологічного параметра, в якому шляхом уведення нових елементів і нової структури зв'язків між елементами забезпечується виявлення та індикація аварійних ситуацій, зумовлених перевищенням рівня і неправильною полярністю сигналів, що надходять на вхід пристрою, зникненням напруги живлення датчиків технологічних параметрів і пристрою, внаслідок чого підвищується надійність пристрою. Поставлене завдання вирішується тим, що в пристрої для вимірювання, перетворювання і відображення аналогових сигналів датчика технологічного параметра, який містить аналого-цифровий перетворювач, що з'єднаний з мікроконтролером, до виходу якого підключені входи засобу індикації і релейно-комутаційного блока, згідно з корисною моделлю, введені блок захисту вхідних кіл, вхід якого є входом пристрою, а вихід з'єднаний з аналого-цифровим перетворювачем, а також вузол контролю напруги живлення датчика технологічного параметра і вузол контролю напруги живлення пристрою, виходи яких підключені до мікроконтролера. 13560 4 У конкретному прикладі здійснення корисної моделі блок захисту вхідних кіл містить обмежувач струму, самовідновний запобіжник, транзистор, включений за схемою з спільним колектором, керований стабілітрон, подільник напруги, два діоди і струмообмежу вальний резистор. Причому перший вивід обмежувача струму через самовідновний запобіжник підключений до виходу блока захисту вхідних кіл, до катода першого діода і анода другого діода, катод якого з'єднаний з першим виводом подільника напруги і з емітером транзистора, а другий вивід обмежувача струму підключений до спільного проводу пристою, до якого підключені анод першого діода, другий вивід подільника напруги і анод керованого стабілітрона, який катодом з'єднаний через струмообмежу вальний резистор з базою транзистора, а керувальним входом - з третім виводом подільника напруги. Вузол контролю напруги живлення датчика технологічного параметра доцільно виконувати таким, що містить діод і стабілітрон, які з'єднані анодами, і оптрон, транзистор якого підключений до виходу вузла контролю напруги живлення датчика технологічного параметра, до входу якого підключені катод діода і анод світлодіода оптрона, з катодом якого з'єднаний катод стабілітрона. В конкретному прикладі здійснення корисної моделі вузол контролю напруги живлення пристрою може містити випрямний місток, одна діагональ якого підключена до входу вузла контролю напруги живлення пристрою, датчик напруги, перший і другий виводи якого підключені до другої діагоналі випрямного містка, керований стабілітрон і оптрон, транзистор якого підключений до виходу вузла контролю напруги живлення пристрою. Керований стабілітрон підключений катодом до катода світлодіода оптрона, а анодом і керувальним входом - відповідно до першого і третього виводів датчика напруги. Висока надійність пристрою для вимірювання, перетворювання і відображення аналогових сигналів датчика технологічного параметра, на відміну від аналогів, досягається завдяки контролю рівня і полярності аналогових сигналів, що надходять від датчика на вхід пристрою, і захисту вхідних кіл пристрою. Крім того здійснення постійного контролю наявності і рівня напруги живлення як датчика технологічного параметра, так і пристрою в цілому, дозволяє за допомогою мікроконтролера виявляти аварійні ситуації і формувати відповідні команди для засобу індикації і релейнокомутаційного блока. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, на яких представлені функціональні схеми: на фіг.1 - пристрій для вимірювання і відображення аналогових сигналів датчика технологічного параметра; на фіг.2 - блок захисту вхідних кіл; на фіг.3 вузол контролю напруги живлення датчика технологічного параметра; на фіг.4 - вузол контролю напруги живлення пристрою. Пристрій для вимірювання, перетворювання і відображення аналогових сигналів датчика технологічного параметра (див. фіг.1) містить мікроконтролер 1, аналого-цифровий перетворювач 2 (АЦП 2), блок 3 захисту вхідних кіл, вузол 4 конт 5 ролю напруги живлення датчика технологічного параметра, вузол 5 контролю напруги живлення пристрою, релейно-комутаційний блок 6, засіб 7 індикації. Мікроконтролер 1 з'єднаний з АЦП 2, до входу якого підключений блок 3 захисту вхідних кіл. Входи засобу 7 індикації і релейнокомутаційного блока 6 підключені до мікроконтролера 1. Виходи вузла 4 контролю напруги живлення датчика технологічного параметра і вузла 5 контролю напруги живлення пристрою підключені до мікроконтролера 1. В конкретному прикладі здійснення корисної моделі релейно-комутаційний блок 6 містить, наприклад, чотири реле, керовані мікроконтролером 1 через буфер (див. фіг.1). Блок 3 захисту вхідних кіл (див. фіг.2), вхід якого є входом пристрою, містить обмежувач 8 струму з виводами 9 і 10, самовідновний запобіжник 11, транзистор 12, включений за схемою з спільним колектором, керований стабілітрон 13, подільник 14 напруги з виводами 15-17, два діоди 18 і 19, струмообмежувальний резистор 20. Вивід 9 обмежувача 8 струму через самовідновний запобіжник 11 підключений до виходу блока 3, до катода першого діода 18 і анода другого діода 19, а вивід 10 обмежувача 8 струму - до спільного проводу пристою, до якого підключені анод першого діода 18, вивід 16 подільника 14 напруги і анод керованого стабілітрона 13. Катод діода 19 з'єднаний з виводом 15 подільника 14 напруги і з емітером транзистора 12. Керований стабілітрон 13 катодом з'єднаний через струмообмежувальний резистор 20 з базою транзистора 12, а керувальним входом - з виводом 17 подільника 14 напруги. Вузол 4 контролю напруги живлення датчика технологічного параметра (див. фіг.3) містить діод 21, стабілітрон 22 і оптрон 23, який містить транзистор 24 і світлодіод 25. До входу вузла 4 підключені катод діода 21 і анод світлодіода 25, а до виходу - транзистор 24. Анод діода 21 з'єднаний з анодом стабілітрона 22, катод якого з'єднаний з катодом світлодіода 25. Вузол 5 контролю напруги живлення пристрою (див. фіг.4) містить випрямний місток 26, датчик 27 напруги з трьома виводами 28-30, керований стабілітрон 31 і оптрон 32, який містить транзистор 33 і світлодіод 34. До входу вузла 5 підключена одна діагональ випрямного містка 26, а до виходу - транзистор 33. До другої діагоналі випрямного містка 26 підключені виводи 28 і 29 датчика 27 напруги. Керований стабілітрон 31 підключений катодом до катода світлодіода 34, а анодом і керувальним входом - відповідно до виводів 28 і 30 датчика 27 напруги. В пристрої, що заявляється, використані стандартні мікроконтролер, АЦП і самовідновний запобіжник. Засіб 7 індикації може містити, наприклад, чотирирозрядний семисегментний світлодіодний індикатор, чотири двоколірні світлодіодні індикатори уставок і вісім одноколірних світлодіод них індикаторів режиму роботи. На чотирирозрядному семисегментному світлодіодному індикаторі відображуються поточні значення технологічного параметру, що вимірюється, та службова інформа 13560 6 ція. Режим роботи пристрою, який заявляється, індицирується за допомогою одного з восьми світлодіодних індикаторів режиму роботи; стан релейно-комутаційного блоку 6 - за допомогою чотирьох двоколірних світлодіодних індикаторів уставок. Пристрій для вимірювання, перетворювання і відображення аналогових сигналів працює наступним чином. Аналоговий сигнал від датчика технологічного параметра (на кресленні не приведений), наприклад, уніфікований сигнал постійного струму від датчика тиску (на кресленнях не приведений) подається на вхід пристрою, тобто на обмежувач 8 струму блока 3, за допомогою якого здійснюється обмеження пікових значень вхідного сигналу, і через самовідновний запобіжник 11 надходить до виходу блока 3. У випадку, коли на вхід блока 3 подається аналоговий сигнал правильної полярності і його значення не перевищує максимально припустимих величин, напруга на виході блока 3 не перевищує напруги на колекторі транзистора 12, заданої подільником 14, діод 19 закритий, і весь струм протікає через вихідні кола блока 3. У випадку, коли вхідний аналоговий сигнал перевищує максимально припустиме значення, але не перевищує струм спрацьовування самовідновного запобіжника 11, напруга на виході блока 3 перевищує напругу на колекторі транзистора 12, задану подільником 14, діод 19 відкривається, і струм протікає по колу, утвореному діодом 19, транзистором 12 і спільним проводом пристрою, внаслідок чого напруга на виході блока 3 обмежується. У випадку, коли значення вхідного аналогового сигналу перевищує струм спрацьовування самовідновного запобіжника 11, наприклад, 50мА, опір самовідновного запобіжника 11 значно підвищується і вхідний аналоговий сигнал на вихід блока 3 не передається. У випадку подання до входу блока 3 сигналу неправильної полярності відкривається діод 18 і струм протікає по колу, утвореному діодом 18 і спільним проводом пристрою, завдяки чому вхідний сигнал неправильної полярності не передається на вихід блока 3. В АЦП 2, який працює відомим чином, аналоговий сигнал, що надійшов на його вхід з виходу блока 3, фільтрується і перетворюється в цифровий сигнал – послідовність цифрових відліків, пропорційних його миттєвим значенням. Частота вибірки цифрового сигналу вибрана таким чином, щоб забезпечити максимальну швидкість реакції пристрою при мінімальному впливі перешкод промислової частоти. З виходу АЦП 2 цифровий сигнал подається до мікроконтролера 1. Мікроконтролер 1 здійснює статистичну обробку цифрового сигналу з урахуванням систематичних похибок, які вносять блоки і вузли пристрою, формування даних для відображення інформації за допомогою засобу 7 індикації і формування сигналів, необхідних для роботи блоків пристрою, а також керування двостороннім обміном даними з зовнішнім цифровим пристроєм через, наприклад, послідовний порт (на кресленнях не представлені). Мікроконтролером 1 в процесі вимірювання поточних значень сигналу, які відображуються за допомогою чотирирозрядного семисегментного 7 світлодіодного індикатора засобу 7 індикації, здійснюється їх порівняння із заздалегідь заданими порогами (уставками). У випадку, коли значення сигналу, що вимірюється, більше (менше) заданого порогу, формується відповідний сигнал на релейно-комутаційний блок 6 для переключення відповідного реле і на засіб 7 індикації, на котрому з'являється світіння відповідного індикатора уставок червоним (зеленим) світлом. У пристрої забезпечується постійний контроль наявності напруги живлення датчика технологічного параметра. Після подачі на вхід вузла 4 напруги від зовнішнього джерела (на кресленні не подане), наприклад, 36 В, по колу, утвореному світлодіодом 25, оптроном 23, стабілітроном 22 і діодом 21 протікає струм, внаслідок чого починає світитися світлодіод 25 оптрона 23, відкривається транзистор 24 і на вхід мікроконтролера 1 подається сигнал про наявність напруги живлення датчика технологічного параметра. При зникненні або зменшенні напруги живлення датчика нижче від рівня, заданого стабілітроном 22, припиняється протікання струму у колі, і, отже, припиняється світіння світлодіода 25 оптрона 23, транзистор 24 закривається, і сигнал з виходу вузла 4 на вхід мікроконтролера 1 не подається. Після цього мікроконтролером 1 фіксується аварійна ситуація і подаються відповідні команди до засобу 7 індикації для відображення інформації про відсутність напруги живлення дат 13560 8 чика технологічного параметра (на чотирирозрядному семисегментному світлодіодному індикаторі відображається миготливе повідомлення "-36-"), і до релейно-комутаційного блока 6, що призводить до його блокування. У пристрої забезпечується постійний контроль наявності напруги живлення пристрою за допомогою вузла 5, на вхід якого, тобто на діагональ випрямного містка 26, подається напруга від мережі живлення змінного або постійного струму (на кресленні не подана). На виводи 28 і 29 датчика 27 напруги з другої діагоналі містка 26 подається випрямлена напруга, а з його виводів 28 і 30 - відповідно до анода і керувального входу стабілітрона 31, який відкривається, коли напруга на виході датчика 27 перевищує наперед задане значення. По колу світлодіода 34 протікає струм, що спричиняє його світіння і відкривання транзистора 33 оптрона 32, внаслідок чого на вхід мікроконтролера 1 подається сигнал про наявність напруги живлення пристрою. При відсутності сигналу з виходу вузла 5 мікроконтролером 1 фіксується аварійна ситуація і формуються відповідні команди для засобу 7 індикації (на чотирирозрядному семисегментному світлодіодному індикаторі відображається миготливе повідомлення "-220-"), і до релейнокомутаційного блока 6, що призводить до його блокування. 9 Комп’ютерна верстка А. Рябко 13560 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601