Выбор оптимального варианта первичных светооптических преобразователей. Метод выбора общепромышленных датчиков
К настоящему времени существует целый ряд различных модификаций процессорных измерительных средств, реализующие операторные уравнения измерений и соответствующие им структуры, начиная с разработок Сибирского Государственного технологического университета [43, 44, 48, 49], Воронежской государственной лесотехнической академии [45, 46], ЦНИИМЭ [47] и ряда разработок и внедрений ООО «Воронежпромавтоматика» (1988 – 2008 г.г.).
Пример выбора оптимальных вариантов линейных и матричных светооптических преобразователей на основе интегрального показателя эффективности представлен в таблицах 3.8, 3.9.
Т а б л и ц а 3.8.
Исходные варианты светооптических первичных преобразователей
| № пп | Тип ПП |
Число элементов, a1 | Размер чувствительного элемента, a2, мкм | Шаг между чувствительными элементами, a3, мкм | Частота считывания сигналов, a4, кГц | Интегральная чувствительность , a5, мВ/лк | Неравномерность интегральной чувствительности, a6, % | ||
| Линейные | |||||||||
| 1 | К1200ЦЛ-1 | 1024  1
| 1 024 | 27 27
| 729 | 30 | 1 000 | 30 | 10 |
| 2 | ФППЗ-1Л | 1000 1
| 1 000 | 12 12
| 144 | 12 | 20 000 | 1 | 10 |
| 3 | ФПП-2Л | 500 1
| 500 | 26 26
| 676 | 26 | 2 500 | 20 | 10 |
| 4 | ФПП-10Л | 2048 1
| 2 048 | 13 2500
| 32 500 | 13 | 2 500 | 30 | 10 |
| Матричные | |||||||||
| 5 | ФР1 | 64 64
| 4 096 | 30 60
| 1 800 | 110 | 1 | 12 | 10 |
| 6 | ФР2 | 128 128
| 16 384 | 15 30
| 450 | 55 | 1 | 12 | 10 |
| 7 | ФД1 | 144 128
| 18 432 | 100 100
| 10 000 | 250 | 100 | 25 | 5 |
| 8 | ФД2 | 288 256
| 73 728 | 50 50
| 2 500 | 125 | 100 | 25 | 5 |
| 9 | ФТ1 | 100 100
| 10 000 | 80 80
| 6 400 | 100 | 100 | 30 | 30 |
| 10 | ФТ2 | 200 200
| 40 000 | 40 40
| 1 600 | 50 | 100 | 30 | 30 |
| 11 | ФППЗ-1М | 512 576
| 294 912 | 18 24
| 432 | 18 | 10 000 | 15 | 10 |
| 12 | ФПП-2М | 256 288
| 73 728 | 24 30
| 720 | 24 | 5 000 | 20 | 10 |
| 13 | ФПП-5М | 520 580
| 301 600 | 18 24
| 432 | 18 | 10 000 | 50 | 6 |
| 14 | ФППЗ-13М | 262 290
| 75 980 | 24 32
| 768 | 24 | 5 000 | 100 | 4 |
| 15 | ФПП-17М | 532 580
| 308 560 | 17 23
| 391 | 17 | 10 000 | 60 | 4 |
| 16 | ФПП-18М | 520 580
| 301 600 | 17 23
| 391 | 17 | 10 000 | 80 | 4 |
| 17 | ФППЗ-21М | 520 580
| 301 600 | 11,5 15,5
| 178,25 | 1212 | 10 000 | 40 | 4 |
| 18 | ФПП-23М | 1024 1152
| 1 179 648 | 9 9
| 81 | 9 | 20 000 | 20 | 5 |
| 19 | ФПП-24М | 760 580
| 440 800 | 17 34
| 578 | 17 | 15 000 | 100 | 4 |
| 20 | ФППЗ-25М | 790 580
| 458 200 | 11 22
| 242 | 11 | 15 000 | 60 | 4 |
| 21 | К1200ЦМ-1 | 232 288
| 66 816 | 27 27
| 729 | 30 | 5 000 | 30 | 15 |
| 22 | К1200ЦМ-2 | 580 576
| 334 080 | 27 27
| 729 | 30 | 5 000 | 30 | 15 |
|
|
|
Т а б л и ц а 3.9.
Результат выбора оптимального варианта светооптических первичных преобразователей
|
Тип ПП | Значение параметров и относительных показателей эффективности | |||||||||||||||
| Число элементов | Размер чувствительного элемента | Шаг между чувствительными элементами | Частота считывания сигналов | Интегральная чувствительность | Неравномерность интегральной чувствительности
| Суммарный показатель эффективн. | ||||||||||
| а1 | Р1 | а2 | Р2 | а3 | Р3 | а4 | Р4 | а5 | Р5 | а6 | Р6 | Qj | ||||
| Линейные | ||||||||||||||||
| ППЭТ. | 2 048 | 1 | 144 | 1 | 12 | 1 | 20 000 | 1 | 30 | 1 | 10 | 1 | ||||
| К1200ЦЛ-1 | 1 024 | 0,5 | 729 | 0,197531 | 30 | 0,4 | 1 000 | 0,05 | 30 | 1 | 10 | 1 | 1,833795 | |||
| ФППЗ-1Л | 1 000 | 0,488281 | 144 | 1 | 12 | 1 | 20 000 | 1 | 1 | 0,033333 | 10 | 1 | 0,918 | |||
| ФПП-2Л | 500 | 0,244141 | 676 | 0,213018 | 26 | 0,461538 | 2 500 | 0,125 | 20 | 0,666667 | 10 | 1 | 1,279434 | |||
| ФПП-10Л | 2 048 | 1 | 32500 | 0,004431 | 13 | 0,923077 | 2 500 | 0,125 | 30 | 1 | 10 | 1 | 1,177888 | |||
| Матричные | ||||||||||||||||
| ППЭТ. | 1179648 | 1 | 81 | 1 | 9 | 1 | 20000 | 1 | 100 | 1 | 4 | 1 | ||||
| ФР1 | 4 096 | 0,003472 | 1 800 | 0,045 | 110 | 0,081818 | 1 | 0,00005 | 12 | 0,12 | 10 | 0,4 | 1,833795 | |||
| ФР2 | 16 384 | 0,013889 | 450 | 0,18 | 55 | 0,163636 | 1 | 0,00005 | 12 | 0,12 | 10 | 0,4 | 1,750138 | |||
| ФД1 | 18 432 | 0,015625 | 10 000 | 0,0081 | 250 | 0,036 | 100 | 0,005 | 25 | 0,25 | 5 | 0,8 | 1,742375 | |||
| ФД2 | 73 728 | 0,0625 | 2 500 | 0,0324 | 125 | 0,072 | 100 | 0,005 | 25 | 0,25 | 5 | 0,8 | 1,703487 | |||
| ФТ1 | 10 000 | 0,008477 | 6 400 | 0,12656 | 100 | 0,09 | 100 | 0,005 | 30 | 0,3 | 30 | 0,133333 | 1,873714 | |||
| ФТ2 | 40 000 | 0,033908 | 1 600 | 0,050625 | 50 | 0,18 | 100 | 0,005 | 30 | 0,3 | 30 | 0,133333 | 1,82655 | |||
| ФППЗ-1М | 294912 | 0,25 | 432 | 0,1875 | 18 | 0,5 | 10 000 | 0,5 | 15 | 0,15 | 10 | 0,4 | 1,432445 | |||
| ФПП-2М | 73728 | 0,0625 | 720 | 0,1125 | 24 | 0,375 | 5 000 | 0,25 | 20 | 0,2 | 10 | 0,4 | 1,605854 | |||
| ФПП-5М | 301600 | 0,255669 | 432 | 0,1875 | 18 | 0,5 | 10 000 | 0,5 | 50 | 0,5 | 6 | 0,666667 | 1,22617 | |||
| ФППЗ-13М | 75 980 | 0,064409 | 768
| 0,105469 | 24 | 0,375 | 5 000 | 0,25 | 100 | 1 | 4 | 1 | 1,354173 | |||
| ФПП-17М | 308560 | 0,26157 | 391 | 0,207161 | 17 | 0,529412 | 10 000 | 0,5 | 60 | 0,6 | 4 | 1 | 1,140349 | |||
| ФПП-18М | 301600 | 0,255669 | 391 | 0,207161 | 17 | 0,529412 | 10 000 | 0,5 | 80 | 0,8 | 4 | 1 | 1,104217 | |||
| ФППЗ-21М | 301600 | 0,255669 | 178,25 | 0,454418 | 12 | 0,75 | 10 000 | 0,5 | 40 | 0,4 | 4 | 1 | 1,036311 | |||
| ФПП-23М | 1179648 | 1 | 81 | 1 | 9 | 1 | 20 000 | 1 | 20 | 0,2 | 5 | 0,8 | 0,70342 | |||
| ФПП-24М | 440800 | 0,373671 | 578 | 0,140138 | 17 | 0,529412 | 15 000 | 0,75 | 100 | 1 | 4 | 1 | 1,032885 | |||
| ФППЗ-25М | 458200 | 0,388421 | 242 | 0,334711 | 11 | 0,818182 | 15 000 | 0,75 | 60 | 0,6 | 4 | 1 | 0,900351 | |||
| К1200ЦМ-1 | 66816 | 0,056641 | 729 | 0,111111 | 30 | 0,3 | 5 000 | 0,25 | 30 | 0,3 | 15 | 0,266667 | 1,634737 | |||
| К1200ЦМ-2 | 334080 | 0,283203 | 729 | 0,111111 | 30 | 0,3 | 5 000 | 0,25 | 30 | 0,3 | 15 | 0,266667 | 1,559372 | |||
| bi | 0,2 | 0,05 | 0,3 | 0,2 | 0,15 | 0,1 | ||||||||||
Показателями эффективности для выбора оптимального варианта первичных светооптических преобразователей являются следующие параметры: число светочувствительных элементов в линейке или матрице - 
(К1); размер светочувствительного элемента - 
(К2), мкм; расстояние между светочувствительными элементами - (К3), мкм; частота опроса - (К4), кГц; интегральная чувствительность светочувствительного слоя - (К5), мВ/лк; неравномерность интегральной чувствительности по фотослою - (К6), %. Непосредственно выбор оптимального варианта можно осуществить на основе бинарных отношений между множествами с применением многостадийного метода (П. 2.1 – П. 2.6) или на основе условного интегрального критерия (1.130), включающего относительные показатели эффективности (Рij) и весового коэффициента (bi) параметров первичных преобразователей (а1 – а6), где: i – число параметров; j –число вариантов первичных преобразователей. Выделение оптимального варианта осуществляется по минимальному значению интегрального показателя эффективности. Эталонные значения показателей эффективности ( 
) формируются из лучших значений исходных параметров первичных преобразователей. Значения для параметров а1 – а6 в табл. 3.9. получены в результате умножения числа строк на число столбцов исходных данных. В данном случае оптимальным вариантом для ПЗС-линеек – ФППЗЛ – 1Л, для ПЗС-матриц – ФПП-23М.
|
|
|
Для выбора вариантов общепромышленных средств контроля на базе датчиков температуры, уровня, расхода можно применить вышеизложенную методику или использовать одну из наиболее известных разработок в области АСУ ТП и средств систем контроля – агрегатно-декомпозиционную технологию (АДТ-технология) [67] и ее программно-информационные реализации, AutovatikCS и SchemaCS [68, 69]. Реализация этой технологии обеспечивает сквозную автоматизацию проектных работ на единой информационной базе. Основой АДТ-технологии является база данных и знаний (БДЗ). База данных и знаний имеет иерархическую структуру. Выбор технических средств осуществляется последовательно в нессколько этапов [67], что позволяет отсеивать худшие варианты и осуществлять оптимальный выбор технических средств автоматизации. БДЗ (Рис. 3.9) условно включает три области: общую, частную и универсальную. Общая область предназначена для формулирования технологического задания на проектирование системы контроля и управления. Выбирается вид измерения, измерение температуры, давления и т.д. Частная область БДЗ используется на начальном этапе проектирования, когда уже известны изготовитель, базовый тип изделия (датчик) и наличие описания этого датчика в БДЗ. Основным при работе в частной области базы является:
¾ выбор вида измерения – измерение температуры, давления и т.д;
¾ определение типа и структуры технического средства автоматизции,
для температуры – термопара, термопара с гильзой, термометр сопротивления с гильзой и т.д.;
¾ выбор производителя технического средства;
¾ осуществляется выбор параметров датчиков в соответствии с номенклатурой выбранного производителя;
¾ определение схемы электрического подключения датчика и способ отображения информации, если датчик имеет выходной сигнал, формируется связь между элементами.
| Конкретный тип датчика температуры |
| Датчик температуры.Формирование требований |
| Термометр сопротивления + гильза |
| Термопара + гильза |
| Термометр сопротивления с унифицированным выходным сигналом + гильза |
| Термопара с унифицированным выходным сигналом + гильза |
| Определение выходного сигнала |
| Определение выходного сигнала |
| Наличие индикации |
| Наличие индикации |
| Длина монтажной части. |
| Градуировка. Класс допуска. |
| Градуировка. Класс допуска. |
| Количество чувствительных элементов. |
| Способ контакта с измеряемой средой |
| Тип присоединения датчика |
| Степень защиты от пыли и влаги |
| Схема электрического подключения датчика |
| Частотная область |
| Контрольно-изме-рительные приборы |
| Измерительный канал |
| Отображение информации |
| Внешний сигнал |
| Датчик |
Рис. 3.9. Фрагмент структуры универсальной области базы данных и знаний для датчиков температуры.
Универсальная область БДЗ применяется, если на основании технического задания нет возможности однозначно выбрать изготовителя или в частной области БДЗ нет описания датчика. Универсальная область разработана в соответствии с ГОСТ по соответствующим средствам измерения и на основе обобщенного анализа номенклатур ведущих производителей. Поэтому у проектировщика имеется возможность выбора технических средств без привязки к конкретному производителю, что позволяет не приостанавливать процесс проектирования до определения конкретной модели технического средства. Универсальная область БДЗ имееет описание для технических средств измерения температуры, давления, расхода, уровня, перепада давления, содержит информацию обо всех известных типовых схемах электрического подключения выбранных датчиков. На рис. 3.9 представлен фрагмент структуры универсальной области БДЗ для датчиков температуры.
Шаги выбора технических средств в универсальной области на примере датчика температуры, представлены на рис. 3.10. В результате формируется техническая спецификация, в которой отражается вся информация по данному каналу контроля. При этом в спецификацию можно вносить дополнения с помощью стандартных средств по параметрам, которые не вошли в универсальную область, а также примечания и специальные требования. Вся добавленная информация включается обратно в модель проекта, а в техническую спецификацию вносится окончательная модель и завод-изготовитель технического средства.
Основные преимущества универсальной области [67]:
¾ независимость от изменений, производимых в номенклатурах различных заводов-изготовителей;
¾ формирование технических спецификаций;
¾ выбор технических средств, абстрагированного от конкретного производителя;
¾ возможность перехода от универсальной области БДЗ к частной;
¾ сокращение сроков внедрения и освоения технологии.
Универсальная область входит в стандартную поставку программно-информационных средств АДТ-технологии и позволяет получать эффект от использования системы уже на ранних стадиях внедрения.
Технические спецификации разработаны в виде графических шаблонов со сложной табличной конфигурацией и определенным набором параметров. Во всех шаблонах присутствуют правила их автоматического вызова и активизации. Все технические спецификации структурированы по набору параметров и имеют следующие основные категории: общие данные по проекту, технологические параметры среды и параметры места отбора, общие данные, механические данные, электрические данные, данные по индикации, данные по вспомогательным устройствам, общие примечания. Форма технической спецификации унифицирована и не зависит от требований конкретного производителя.
| - |
Контроль О Б Щ А Я Ч А С Т Ь
| - |
Датчик температуры
| - |
Формирование требований
Отборное устройство О Б Л А С Т Ь
| - |
| - |
Длина монтажной части
| - |
Количество чувствительных элементов
| - |
Способ контакта с измеряемой средой
| - |
Способ монтажа
| - |
| - |
| - |
Формирование требо-
ваний. Схема электри-
Датчик
| - |
Отражение информа-
ции
| - |
Гильза.Формирование требований
| - |
Присоединение к процессу. Резьбовое.
| - |
Присоединение к прибору
| - |
Рис. 3.10. Шаги выбора технических средств в универсальной области.
Когда известна окончательная модель датчика проектировщик должен заполнить модель технического средства и прописать его контакты с учетом выбранной схемы подключения. Авторами [67] предложена и реализована функция выбора приборов и средств автоматизации, поставляемых в комплекте с оборудованием. При этом выбирается только вид измерения и формируются связи с техническими средствами модели проекта по данному каналу контроля. Этот упрощенный способ выбора технического средства применяется, когда надо получить сигналы от комплекта поставляемой установки и/или вывести в спецификацию приборы поставляемые комплектно с оборудованием.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 403; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!