Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП)

Ø Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (система ГСП) представляет собой эксплуатационно, информационно, энергетически, метрологически и конструктивно организованную совокупность средств измерений, средств автоматизации, средств управляющей вычислительной техники, а также программных средств, предназначенных для построения автоматических и автоматизированных систем измерения, контроля, регулирования, диагностики и управления

Система ГСП сформировалась в начале 60-х годов прошлого века и ее основная идея состояла в обеспечении потребностей самых различных отраслей промышленности в технических средствах измерения и управления любой сложности на базе достаточно ограниченной номенклатуры унифицированных стандартных элементов. К концу 90-х годов прошлого века перечень технических средств ГСП насчитывал свыше 20 тысяч видов изделий, большую часть которых составляли средства измерений, включая измерительные (первичные) и вторичные преобразователи, вторичные измерительные приборы, измерительные установки и информационно-измерительные системы, а также средства сбора и обработки информации. нормированные источники питания, различные вспомогательные устройства.

До настоящего времени на многих предприятиях РФ значительную часть средств измерений составляет оборудование, которое были выпущено до 1990 г. и которое входит в «классическую» номенклатуру средств ГСП. Эти технические средства разрабатывались в основном в 60-х -70-х годах прошлого века и естественно не отвечают современным требованиям к мето­дам измерений и метрологическому обеспечению производств, возможно­стям компьютерных и информационных технологий. Тем не менее, несмотря на существенный физический и моральный износ они продолжают широко использоваться в самых различных, в т.ч. металлургических, производствах. Объясняется это прежде всего простой, высокой надежностью и неприхотли­востью к условиям эксплуатации технических средств системы ГСП. Неко­торые наиболее удачные модели прошли глубокую модернизацию и полно­стью отвечают современным требованиям при сохранении указанных выше достоинств.

Принципы, на которых построена система ГСП, лежат в основе линейки приборных средств, выпускаемых любой достаточно крупной фирмой. Но за рубежом на государственном уровне стандартизованы только основные метрологические показатели и показатели надежности, базовые конструктивные характеристики и протоколы информационного обмена. Такой всеобъемлющей унификации и стандартизации, которую предполагала система ГСП, эти стандарты не имеют.

Основные принципы, на которых строится система ГСП состоят в следующем::

· выделение устройств по функциональным признакам,

· минимизация номенклатуры изделий,

· блочно-модульное построение технических средств,

· агрегатное построение систем управления и измерительных комплексов,

· совместимость приборов и устройств.

Система ГСП объединяет в едином стандарте все элементы промышленной автоматики, т.е. измерители, преобразователи, исполнительные устройства, регуляторы, устройства связи и обработки информации. Организационно-технически она построена на унифицированных элементах, модулях и блоках, допускающих информационное, энергетическое и конструктивное сопряжение в агрегатных комплексах и автоматизированных системах управления. Требования к техническим средствам, входящим в структуру ГСП, определяет ГОСТ 26.207—83. Унификация средств ГСП повышает технологичность изделий в производстве, упрощает их комплектацию, монтаж, наладку и эксплуатацию.

Устройства ГСП, предназначенные для решения определенных типовых измерительных задач и задач управления, объединяются в агрегатные комплексы. Всего к началу 90-х годов было разработано и выпускалось более 20 таких комплексов. Среди них агрегатные комплексы средств измерительной техники (АСЭТ), вычислительной техники (АСВТ), контроля и регулирования (АСКР), хронометрической техники (АСХТ), испытаний на прочность (АСИИП) и др. Изделия, входящие в агрегатный комплекс, должны легко сопрягаться друг с другом без необходимости разработки каких-либо дополнительных устройств, не оказывать заметного взаимного влияния, иметь одинаковые условия эксплуатации. Для этого они должны обладать так называемой совместимостью.

Различают несколько видов совместимости изделий ГСП:

§ энергетическую,

§ метрологическую,

§ конструктивную,

§ эксплуатационную,

§ информационную.

Энергетическая совместимость предполагает выбор одного рода энергии носителя сигналов в измерительных и управляющих устройствах.

В зависимости от вида энергии питания, входных и вы­ходных сигналов ГСП разделяют на три ветви:

· Электрическая (наиболее распространенная);

· Пневматическая ветвь, в которой для преобразования и передачи информации используется энергия сжатого газа (воздуха), применяется в пожаро- о взрывоопасных производствах.

· Гидравлическая ветвь в измерительной технике практически не используется, но применяется в средствах управления быстродействующими инерционными устройствами.

Метрологическая совместимость обеспечивает сопоставимость метрологических характеристики измерительных средств, их сохранность во времени и под действием влияющих факторов, а также возможность расчетного определения метрологических характеристики всего измерительного тракта агрегатного комплекса про метрологическим характеристикам его отдельных функциональных узлов. При этом метрологические характеристики агрегатных средств нормируются по единому закону, а параметры входных и выходных сигналов согласуются так, чтобы сопряжение агрегатных средств не сопровождалось заметными дополнительными погрешностями.

Эксплуатационная совместимость достигается согласованностью характеристики, определяющих действие внешних факторов на измерительные средства в рабочих условиях, а также характеристики надежности и стабильности функционирования. Для этого все средства ГСП делятся на группы по использованию в зависимости от условий окружающей среды, климатических и механических воздействий и т.д. Эксплуатационная совместимость создает возможность компоновки системы с заданными значениями параметров надежности и рабочими условиями эксплуатации.

Конструктивная совместимость обеспечивает согласованность конструктивных параметров и механическое сопряжение средств ГСП, согласованность эстетических требований. Достигается это использованием унифицированной структуры модулей и блоков, применением нормированных по форме и размерам монтажных плат, кассет, каркасов, панелей, шкафов, щитов и пультов, а также базовых конструкций оснований и узлов, из которых компонуются агрегаты, путем нормированных единых форм элементов конструкций, нормированных единых установочных и присоединительных размеров, соблюдения единого стиля оформления.

Информационная совместимость средств ГСП обеспечивает согласование входных и выходных сигналов по виду, диапазону изменения, порядку обмена сигналами.

Ø Информационная совместимость определяется унификацией измерительных сигналов и применением стандартных интерфейсов.

Унификация измерительных сигналов означает, что их параметры должны отвечать требованиям стандарта на эти сигналы. (см. Таблица 1). Под интерфейсом понимаются электрические, логические и конструктивные условия, которые определяют требования к соединяемым функциональным узлам и связям между ними. Электрические условия определяют требования к параметрам сигналов и способу их передачи, логические – номенклатуру сигналов, пространственные и временные соотношения между ними, конструктивные – конструктивные требования к элементам интерфейса (тип разъемов, место их расположения, порядок распайки контактов и т.п.).

Таблица 1.2.

Основные виды унифицированных входных сигналов ГСП.

Вид сигнала	Физическая величина	Параметры сигнала
Электрический	*Постоянный ток	0-5, 0-20, -5-0-5, 4-20 мА
*Постоянное напряжение	0-10, 0-20 –10-0-10 мВ; 0-10, 0-1 –1-0-1 В
Переменное напряжение	0-2, -1-0-1 В
Частота	2-8, 2-4 кГц
Пневматический	Давление	0,2-1 кгс/см^2
Гидравлический	»	0,1-6,4 МПа

*Примечание: жирным шрифтом выделены предпочтительные параметры унифицированного сигнала, соответствующие международным нормам.

Международным стандартом передачи аналоговых электрических сигналов, которому должны соответствовать все современные аналоговые измерительные приборы, сегодня является «токовая петля» - 4-20 мА. Перед другими стандартами электрических сигналов, указанных в таблице 1.2., этот стандарт имеет два основных преимущества:

· возможность контроля разрыва цепи передачи данных - в случае разрыва выходной сигнал становится равным «0»;

· более высокая помехозащищенность.

В настоящее время любое средство измерений считается включенным в систему ГСП, если оно прошло сертификацию и внесено в Государственный реестр средств измерений и контроля. В свою очередь, современные требо­вания к сертификации измерительного оборудования и внесению его в Гос­реестр определяются практически полностью образом международными стандартами – стандартами ISO, стандартами МЭК (международной энерге­тической комиссии - IEC), IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) и другими. Эти стандарты не предполагают столь глубокой и все­объемлющей унификации, как система ГСП, а главным образом формули­руют требования к стандартам информационного обмена, габарит­ным и при­соединительным размерам, защите от окружающей среды и безо­пасности.

Можно сказать, что сейчас система ГСП в своем первоначальном виде практически не существует, хотя при этом успешно эксплуатируются и раз­виваются многие средства измерений, созданные в свое время в рамках сис­темы ГСП.

Основное место среди средства измерений системы ГСП занимают сред­ства измерений электрической ветви. Эти средства можно разделить на не­сколько основных групп, которые разделяются по назначению, виду измеряемой величины, диапазону измерений, классу точности, условиям эксплуатации, присоединительным размерам и т.п. Наиболее широко пред­ставлены следующие измерительные средства системы ГСП:

· Первичные измерительные преобразователи, т.е. датчики физических вели­чин – температуры, давления, расхода и т.д. – наиболее массовый тип приборов системы ГСП..

· Измерительные преобразователи для измерения унифицированных сигна­лов

· Измерительные преобразователи с унифицированным выходным сигна­лом

· Измерительные преобразователи сравнения.

В системе ГСП широко представлены разнообразные регистрирующие самопишущие приборы, которые разделяются на самописцы прямого дейст­вия, самописцы для измерения унифицированных сигналов и самописцы с блоками преобразователей сравнения - автоматические мосты и автоматиче­ские потенциометры.

Самопишущие приборы могут иметь встроенные или сменные функ­циональные блоки – входные нормирующие и масштабирующие усилители, фильтры верхних и нижних частот, линеаризующие и логарифмические уси­лители. Например, электронные самописцы серий Н-339, Н-231 со смен­ными функциональными блоками или ДИСК-2 с блоком извлечения квад­ратного корня. Самопишущие регистрирующие приборы различают также по типу записи - ленточные, круговые, двухкоординатные, одноточечные и мно­готочечные.

Наиболее распространенными среди регистрирующих самопишущих приборов системы ГСП являются приборы серий:

· КП – показывающие с плоской шкалой

· КВ- показывающие с вращающейся шкалой

· КС- с записью на ленточной диаграмме

Среди этих приборов находятся:

· Приборы для измерения унифицированных сигналов КСУ, КВУ, КПУ

· Самопишущие электронные уравновешенные мосты серий КПП, КСП, КВП, ЭПП, ЭПС

· Самопишущие электронные потенциометры серий КПМ, КСМ, КВМ, МФС, МФП

· Приборы с логометрической измерительной схемой КСЛ, КВЛ, КПЛ

Для приборов серий КС, КВ, КП принята следующая система обозна­чений:

·
трехбуквенный код, которым определяется тип прибора, цифры определяю­щей рабо­чее поле ленты само­писца и набора не ме­нее 3-х цифр, кото­рыми определя­ется порядковый номер разработки, типораз­мер, диапазон измере­ний, тип и ве­личину выходного сигнала, тип датчика, климатическое ис­полнение, другие тех­нические пара­метры

Пример КСП Х –YYY….

Х = 1,2,3,4 – определяет размер шкалы и ширину поля записи (1 – миниатюрные (100 мм), 2 – малогабаритные (160 мм), 4 – нор­мальногабаритные (250 мм)

Средства измерения пневматической ветви используются для измере­ния давления, расхода, уровеня жидкости и газа, а также для измерения уси­лий и других величин, прежде всего перемещений, которые могут быть пре­образованы в пневматический сигнал. Как правило они предназначаются для работы в особых условиях – на пожаро- и взрывоопасных производствах, в специальных производствах, где дополнительно требуется исключить влия­ние электростатики, электромагнитные шумы и помехи. Пневматические из­мерительные приборы являются приборами прямого действия или работают совместно с механическими преобразователями. Прежде всего это различные манометрические преобразователи (измерители давления), измерители рас­хода постоянного перепада давления (ротаметры) и обычно используются в качестве:

· автономных средств контроля, сигнализации и блокировки;

· элементов замкнутых пневматических системах автоматического управления:

· подсистем средств автоматизации, снабженных пневмоэлектриче­скими преобразователями, которые преобразуют пневматический сигнал в электрический.

В состав пневматической ветви входят также самописцы прямого дей­ствия, в которых привод измерительного механизма и пишущего устройства осуществляется непосредственно за счет энергии пневмосигнала. В некото­рых случаях и привод перемещения диаграммной ленты также является пневматическим или гидравлическим устройством.

Пневматические и гидравлические самопишущие приборы регистри­руют соответственно сигналы пневматических и гидравлических датчиков физических величин. Они рассчитаны на работу с унифицированными анало­говыми пневмосигналами в пределах от 20 до 100 кПа и позволяют прово­дить измерения с погрешностью не более 1%. К основным недостаткам по­добных приборов, как и любых измерительных пневмосистем, относятся не­обходимость наличия очищенного сжатого воздуха и чувствительность к из­менениям температуры окружающей среды.

Контрольные вопросы.

1. Назовите основные составляющие структуры средств измерений.

2. Какие функции выполняют вторичные преобразователи.

3. В чем заключаются основные функции датчика.

4. Что отличает датчики прямого преобразования от датчиков последовательного преобразования.

5. Назовите основные статические характеристики средств измерения.

6. Какими динамическими характеристиками описываются средства измерений.

7. Разъясните понятие «предельно допустимой основной погрешности» измерительного прибора.

8. Разъясните понятие класса точности прибора.

9. Что означают цифры в обозначении класса защиты измерительных приборов (IPXX)

10. На каких основных принципах построена система ГСП

11. Сформулируйте понятия энергетической, метрологической, конструктивной и информационной совместимости.

12. Разъясните понятие информационной совместимости

13. Какие виды и уровни сигналов в системе ГСП являются стандартными.

14. Почему наиболее предпочтительным видом информационного электрического сигнала в системе ГСП является токовый сигнал 4-20 мА

15. Какие основные требования предъявляются к современным средствам измерений системы ГСП

16. Приведите примеры измерительных преобразователей системы ГСП

Дата добавления: 2015-03-31