При автоматическом управлении технологическими процессами в сетевых и генерирующих компаниях, а также на промышленных предприятиях с развитой системой электроснабжения широко применяются информационно-измерительные системы, осуществляющие сбор, обработку, хранение, передачу и представление в удобной форме измерительной информации. Получение информации от контролируемого объекта и её первичную обработку осуществляют измерительные преобразователи.
В данной статье речь идёт о тех измерительных преобразователях, которые являются средствами измерения с нормированными метрологическими характеристиками и служат для преобразования электрических величин в унифицированный сигнал постоянного тока или в цифровой код, используемые для дальнейшей передачи или индикации. По своей сути они являются промежуточным звеном между объектом измерений и собственно измерительным прибором или системой телемеханики.
Классификация
По виду измеряемого и преобразуемого входного сигнала самыми распространёнными и массово применяемыми измерительными преобразователями в энергетике и у производителей шкафного оборудования являются преобразователи:
- переменного тока и напряжения,
- постоянного тока и напряжения,
- активной и реактивной мощности переменного тока;
- частоты.
Основными производителями указанных преобразователей, представленных на рынке в России, являются: ОАО «Электроприбор» (г. Чебоксары), ООО «Алекто» (г. Омск), МНПП «Электроприбор», ООО «ЭнергоСоюз» и ОДО «Энергоприбор» (г. Витебск).
При выборе измерительного преобразователя перед потребителями всегда стоит ряд вопросов, которые мы и постараемся рассмотреть в данной статье.
1. «Аналоговый» или «цифровой» выход?
На сегодняшний день все производимые преобразователи по форме обработки входного сигнала можно разделить на две большие группы:
• преобразование входного сигнала в аналоговый выходной сигнал,
• преобразование входного сигнала в цифровой сигнал.
Измерительные преобразователи с аналоговым выходным сигналом наиболее дёшевы и очень распространены, однако современным требованиям не соответствуют. Принятая в ОАО «ФСК ЕЭС» и ОАО «Россети» политика предусматривает передачу данных от вторичных приборов и датчиков только в цифровом формате с использованием стандартных интерфейсов.
Измерительные преобразователи с цифровым выходным сигналом более дороги, но обладают достаточно серьёзными преимуществами:
• высокая точность, быстродействие и скорость передачи данных;
• простота реализации линии передачи (например, для интерфейса RS485 – это витая пара);
• возможность подключения дополнительных модулей индикации для отображения измеряемых (преобразуемых) параметров;
• расширенный ряд напряжений питания (+12В, +24В, 220ВУ, ~230В);
• повышенный уровень электробезопасности за счёт трёхуровневой гальванической развязки: по входным измерительным цепям, по выходным цепям и по цепи питания.
Современные измерительные преобразователи нередко оснащаются и цифровыми и аналоговыми выходными цепями.
Примерами таких преобразователей являются Е854ЭЛ, Е856ЭЛ и Е849ЭЛ (рис. 1).
Применение в цифровых измерительных преобразователях современной элементной базы (комплектующих элементов) позволяет резко сократить габаритные размеры, улучшить технические характеристики, ввести дополнительные сервисные функции.- Первый шаг был сделан при разработке измерительных преобразователей типа Е854ЭЛ, Е856ЭЛ, Е849ЭЛ, где кроме аналогового выходного сигнала появился и интерфейс RS485 с универсальным протоколом передачи данных ModBus RTU.
- Вторым шагом стало уменьшение габаритных размеров измерительного преобразователя по ширине до 24 мм. Появились преобразователи Е1854ЭЛ, Е1856ЭЛ, Е1858ЭЛ (так называемые «узкие» преобразователи). В «узких» преобразователях есть два цифровых семисегментных индикаторов для отображения процентной шкалы входного сигнала и отображения меню при выборе кнопками управления параметра выходного аналогового сигнала. Единичные светодиодные индикаторы информируют о работе интерфейса и напряжении питания, а наличие дискретного выхода у измерительных преобразователей дает возможность потребителю организовать телеуправление коммутационным устройством. Имеющееся программное обеспечение позволяет по RS485 проводить конфигурацию всех приведенных выше типов измерительного преобразователя.
Рис. 1. Схема подключения цифровых измерительных преобразователей.
Появилась возможность объединения преобразователей в единую сеть с другими средствами измерения и передачи информации посредством интерфейсов RS485, а так же наличие выходных унифицированных сигналов постоянного тока позволяет использовать преобразователи на объектах энергетики и в автоматизированных системах различного назначения (ССПИ, АСУ ТП).Преобразователи с цифровым выходом выполняются с передним расположением винтовых подпружиненных клеммных разъёмов, которые надёжно фиксируют присоединительные провода и облегчают монтаж. Преобразователи допускают установку как на стандартную DIN-рейку 35 мм, так и на плоскую поверхность.В последнее время в энергетике планомерно проводятся работы по реконструкции старых и строительству новых подстанций с применением современных систем телемеханики. Цифровые измерительные преобразователи легко интегрировать в любую систему телеизмерения в силу целого ряда присущих им преимуществ (таблица 1).
Таблица 1
Преимущества цифровых измерительных преобразователей перед аналоговыми
Характеристики |
Цифровой преобразователь |
Аналоговый преобразователь |
| Напряжения питания |
Расширенный ряд
+12В, +24В, 220ВУ, ~230В |
Измерительная цепь,
~220В |
| Интерфейс | до 2-х RS485 | нет |
| Конфигурирование параметров и аналогового выходного сигнала | Да. Через интерфейс RS485 | нет |
| Высокая точность передаваемых данных |
По интерфейсу RS485 без искажений до 1000м (витая пара проводов) |
По аналоговому выходу классом точности 0,5 (сечение провода выбирается по сопротивлению и длине линии) |
| Расширение возможностей отображения показаний и точности |
Передача информации по RS485 на модули индикации без искажений |
Отображение информации на аналоговом приборе классом точности 1,5 |
| Дополнительные модули индикации (МИ) | До 15 шт. МИ на 1000м. | Один щитовой прибор |
| Дискретный выход | Да (1 выход) | нет |
Поверка или калибровка?
Нормативные документы не слишком чётко разграничивают понятия поверки и калибровки средств измерений. Поверка – это совокупность операций и процедур, направленных на определение и подтверждение соответствия средств измерения и приборов установленным законодательством требованиям. В свою очередь калибровка представляет собой только установление зависимости между размерами измеряемых величин и показаниями приборов. Не все производители предлагают потребителям изделия с первичной поверкой, некоторые обходятся только калибровкой. При получении от таких изготовителей калиброванного измерительного преобразователя потребитель перед вводом его в эксплуатацию обязан провести поверку изделия в центре стандартизации и метрологии (ЦСМ).
Межповерочный интервал
Межповерочный интервал аналоговых измерительных преобразователей составляет 1 год. Межповерочный интервал цифровых преобразователей увеличен до 4 - 6 лет. На этот параметр производители шкафного оборудования и проектировщики обычно не обращают внимания, он для них не столь важен. Однако с этим сталкивается служба метрологии, обслуживающая приборный парк. Именно ей каждое средство измерения приходится поверять с указанной в технических условиях периодичностью.При увеличенном межповерочном интервале снижаются затраты на обслуживание приборного парка, в т.ч. за счёт снижения объёма обменного фонда и затрат на его поддержание.
Условия эксплуатации
Практически все измерительные преобразователи рассчитаны на работу при температурах от -40°С до +50°С, однако в технической документации предел допускаемого значения основной приведённой погрешности преобразователей приведён для работы в нормальных условиях эксплуатации (20 ± 2)°С и при относительной влажности 30 - 80%. При изменении этих условий вводится дополнительная погрешность ±0,4% на каждые 10°С. Дополнительная погрешность преобразователей, вызванная влиянием внешнего магнитного поля и других влияющих факторов, определена требованиями ГОСТ 24855 и не превышает половины предела допускаемой основной погрешности.
В конечном итоге, при выборе типа измерительного преобразователя, для решения конкретных задач, потребителю необходимо определить критерий, по которому может быть выбран преобразователь из множества предлагаемых типов. В первую очередь, это основные технические характеристики, которые требуются в данном случае (функциональное назначение, способ передачи преобразованной величины, быстродействие, погрешность измерения, напряжение питания, рабочий температурный диапазон, первичная поверка).
ОАО «Электроприбор» г. Чебоксары предлагает свою линейку цифровых измерительных преобразователей. Это преобразователи для линейного преобразования силы тока и напряжения в цепях переменного (Е854ЭЛ, Е1854ЭЛ) и постоянного (Е856ЭЛ, Е1856ЭЛ) тока, частоты (Е1858ЭЛ), активной и реактивной мощности в трехфазных электрических сетях (Е849ЭЛ). Выходные сигналы преобразователей: цифровые сигналы RS485 (протокол ModBus RTU), а также унифицированные сигналы постоянного тока. Основные параметры преобразователей приведены в таблице 2.
Таблица 2
Основные параметры измерительных преобразователей|
Параметры |
|||||
|
|
Тип | Интерфейс | Питание | Входной сигнал | Выходной сигнал |
|
Переменный ток и напряжение |
Е854ЭЛ |
до 2-х RS485 |
+12В, +24В, 220ВУ, ~230В |
Iвх=0,5А, 1А, 2,5А,5А Uвх=125В, 250В, 500В, 75-125В, 150-250В
Iвх=25А; 50А; 100А (преобразователи без RS485) |
до 2-х : 0…5мА, 4…20мА, 0…20мА |
|
Е1854ЭЛ |
1 RS485 |
+12В, +24В, 220ВУ, ~230В |
Iвх=0,5А; 1А; 2,5А; 5А; Uвх=125В; 250В; 500В; 75...125В; 150...250В |
1 аналоговый выход: 0…5 мА, 0…20 мА, 4…20 мА 1 дискретный выход |
|
|
Постоянный ток и напряжение |
Е856ЭЛ |
до 2-х RS485 |
+12В, +24В, 220ВУ, ~230В |
Iвх=0…5мА, 4…20мА, 0…20мА, -5…0…5мА, Uвх=0…75мВ, -75…0…75мВ Uвх=60В,100В,150В,250В,500В, 1000В |
до 2-х: 0…5мА, 4…20мА, 0…20мА, -5…0…5мА, 0…2,5…5мА, -5…0…5мА, 4…12…20мА, 0…10…20мА |
|
Е1856ЭЛ |
1 RS485 |
+12В, +24В, 220ВУ, ~230В |
Iвх=0...5мА, 4...20мА, 0...20мА, -5...0...5мА |
1 аналоговый выход: 0...5мА; 0...20мА; 4...20мА; - 5...0...+5мА; 0...2,5...5мА; 4...12...20мА; 0...10...20мА |
|
|
Мощность активная, реактивная 3-х фазная |
Е849ЭЛ |
до 2-х RS485 |
+12В, +24В, 220ВУ, ~230В |
3-проводная: Iвх=1А, 5А Uвх=100В, 220В, 380В
4-проводная: Iвх=1А, 5А Uвх=57,7В, 127В, 220В
|
до 2-х: 0…5мА, 4…20мА, 0…20мА, -5…0…5мА, 0…2,5…5мА, -5…0…5мА, 4…12…20мА, 0…10…20мА |
|
Частоты |
Е1858ЭЛ |
1 RS485 |
+12В, +24В, 220ВУ, ~230В |
Гц= 45-65; 300-500 Uвх=50…500В |
1 аналоговый выход: 0…5 мА, 0…20 мА, 4…20 мА; -5…0…5 мА; 0…2,5…5мА, 4…12…20 мА, 0…10…20 мА.
|
К завершению сказанного – задачи, решаемые с использованием измерительных преобразователей, самые разнообразные и знакомство с освещенными в статье аналоговыми и цифровыми преобразователями, поможет Вам сделать правильный выбор.
Ведущий специалист по маркетингу
ОАО «Электроприбор» г. Чебоксары
Николаев Олег Михайлович