Назначение и основные функции КПХ "Хромакон"

Контроллер "Хромакон" предназначен для управления работой поточных хроматографов при анализе многокомпонентных газовых смесей в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и других отраслях промышленности.

КПХ "Хромакон" выполняет функции:

• измерения разбаланса детектора по теплопроводности;
• автоматического выбора диапазона измерения сигнала разбаланса;
• автоматической стабилизации тока детектора;
• автоматической стабилизации температуры в трёх зонах термостатирования аналитического блока хроматографа;
• выполнения заданных циклограмм управления процессом анализа;
• автоматической компенсации смещения "нулевой линии" детектора;
• ведения архива хроматограмм;
• отказоустойчивой передачи информации.

Технические данные КПХ "Хромакон"

КПХ "Хромакон" обеспечивает 5 каналов измерения аналоговых сигналов:

• канал измерения разбаланса детектора (диапазон ±160 мВ/±320 мВ, относительная погрешность измерения не более 0,01 %, собственные шумы канала измерения не более 0,6 мкВ);
• канал измерения тока детектора (диапазон 0…250 мА, относительная погрешность измерения не более 0,1%);
• 3 канала измерения температуры, предназначенные для подключения термосопротивлений (ТСП) по ГОСТ 6651–94 по двух-, трёх- и четырёхпроводной схеме (диапазон 0…250°С, величина тока через ТСП – 450 мкА, относительная погрешность измерения не более 0,5%).

КПХ "Хромакон" обеспечивает 12 каналов управления:

• 3 канала релейного симисторного управления нагревателями термостатов аналитического блока хроматографа с рабочим напряжением 220 В при максимальном токе нагрузки 5 А;
• канал управления током детектора в диапазоне 0…250 мА с дискретностью 1 мА (нестабильность не более ±0,05 мА при напряжении питания детектора 13 В);
• 8 дискретных каналов управления электромагнитными клапанами (напряжение в выключенном состоянии не более 0,5 В, напряжение во включённом состоянии не менее 23,5 В, максимальный ток на один канал – 0,5 А).

Электропитание КПХ осуществляется от сети переменного тока частотой 50±1 Гц напряжением 220 В.

Архитектура КПХ "Хромакон"

КПХ "Хромакон" является автономным микропроцессорным информационно-измерительным и управляющим устройством, построенным на основе промышленного ПЛК SMART2 производства фирмы Kontron Modular Computers (Германия) с набором УСО и преобразователем интерфейсов Adam4520 производства фирмы Advantech, а также специализированного измерительно-управляющего модуля (ИУМ). Структурная схема устройства представлена на рис. 4.

Рис. 4. Структурная схема КПХ "Хромакон"

ПЛК SMART2 обеспечивает первичную обработку измерительной информации, выполнение циклограмм управления исполнительными устройствами, организацию и ведение архива хроматограмм, обмен данными между КПХ и АРМ. В составе ПЛК SMART2 используются процессорный модуль SMART2-CPU, модуль ЦАП SM-DAC1 и модуль дискретного вывода SM-DOUT1.

Процессорный модуль SMART2-CPU построен на основе коммуникационного процессора MC68LC302 фирмы Motorola, работающего на тактовой частоте 20 МГц. Модуль имеет FLASH-память объёмом 1 Мбайт, динамическое ОЗУ объёмом 1,5 Мбайт, статическое ОЗУ объёмом 256 Кбайт, 2 последовательных интерфейса RS-232.

Модуль ЦАП SM-DAC1 (4 канала, диапазон ±10 В, 12 разрядов) служит задатчиком тока детектора и температур в зонах термостатирования.

Модуль дискретного вывода SM-DOUT1 используется для управления электромагнитными клапанами хроматографа. Модуль имеет 8 выходных каналов с частотой переключения до 1 кГц и максимальным выходным током 0,5 А.

Преобразователь интерфейсов RS-232/RS-485 Adam4520 служит для сопряжения информационной магистрали контроллера "Хромакон" (RS-485) с АРМ. Преобразователь устанавливается на одну DIN-рейку с ПЛК SMART2. Преобразователь обеспечивает скорость передачи данных до 115,2 кбит/с, автоматический контроль направления передачи данных, имеет гальваническую изоляцию 500 В. Длина сегмента линии передачи данных может составлять до 1200 м (без повторителей).

Измерительно-управляющий модуль КПХ "Хромакон" состоит из 6 функциональных блоков.

Блок измерения сигнала детектора построен на базе 24-разрядных сигма-дельта АЦП фирмы Analog Devices (США), обеспечивающих высокую точность измерений на большом динамическом диапазоне сигнала.

Блок питания детектора служит для формирования и стабилизации заданного тока детектора. Основу блока составляет ультрапрецизионный операционный усилитель, охваченный отрицательной обратной связью. Управляющим элементом является полевой транзистор с малым сопротивлением канала.

Преобразователи температуры (3 шт.) обеспечивают сопряжение с термопреобразователями сопротивления (ТСП) – датчиками температуры термостатов аналитического блока хроматографа.

Источник опорного напряжения формирует опорное напряжение для аналого-цифровых преобразователей блоков измерения сигнала детектора, тока детектора и температуры.

Блок измерения тока детектора и температуры позволяет контролировать величину тока, протекающего через детектор, и температуры в зонах термостатирования аналитического блока хроматографа.

Регуляторы температуры (3 шт.) обеспечивают управление нагревательными элементами термостатов аналитического блока хроматографа. Управляющими элементами являются симисторы, управление – релейное. Регуляторы температуры обеспечивают гальваническую развязку управляющих и силовых цепей 7,5 кВ, реализованную на оптосимисторах, имеющих схему переключения при переходе коммутируемого напряжения через нуль (Zero-Crossing Circuit).

Микроконтроллер является основным управляющим и коммуникационным элементом ИУМ и выполняет следующие функции:

• управление режимами работы аналого-цифровых преобразователей блоков измерения сигнала детектора, тока детектора и температуры;
• формирование кадров измерительных данных для передачи в ПЛК SMART2;
• обработку команд управления измерительным процессом.

В ИУМ используется 8-разрядный микроконтроллер типа AT90S8515 семейства AVR, работающий на частоте 7,3128 МГц. Обмен данными между микроконтроллером и АЦП блоков измерения сигнала детектора, тока детектора и температуры производится по интерфейсу SPI. Питание блоков ИУМ обеспечивают импульсные преобразователи Traco Power. Питание ПЛК SMART2, ИУМ и модуля дискретного вывода SM-DOUT1 осуществляется от гальванически изолированных источников. Обмен данными между ПЛК SMART2 и ИУМ производится по интерфейсу RS-232. Конструктивно ИУМ выполнен в виде двусторонней печатной платы размером 140x250 мм.