В. Р. КАЗАКОВ, А. И. НОВИКОВ, Н. Н. ПЛАТОНОВ
Снежинская государственная физико-техническая академия
ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА ПРИ ИЗМЕРЕНИИ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ ЗВУКОЛОКАЦИОННЫМ МЕТОДОМ
На базе микроконтроллера серии MSP 430 фирмы Texas Instruments создан блок обработки акустических сигналов прецизионного низкочастотного звуколокационного уровнемера жидкости с выводом информации на интерфейсы RS 232 или RS 485 по протоколу Modbus и на аналоговый интерфейс «токовая петля». Открытое программное обеспечение консоли оператора для комплекса из нескольких уровнемеров разработано на основе MS-Excel®.
Акустические приборы для измерения уровня жидкости – низкочастотные звуколокационные уровнемеры – могут использоваться в жестких условиях – при высокой температуре жидкости, для химически агрессивных и радиоактивных жидкостей [1,2,3].
Электронный блок обработки акустических сигналов разработанного уровнемера выполнен на базе микроконтроллера серии MSP430 фирмы Texas Instruments. Он обеспечивает:
- генерацию электрических импульсов возбуждения пьезоэлектрического приемопередатчика,
- прием эхо-сигналов и цифровую регистрацию их временного положения,
- математическую обработку и выдачу результатов измерений уровня.
Применение микроконтроллера позволяет решить ряд задач, сложных в случае аналоговой обработки эхо-сигналов:
- автоматическую подстройку коэффициентов передачи и частоты среза входных аналоговых активных фильтров;
- селекцию реперного эхо-сигнала и коррекцию результатов измерений уровня при изменении акустических параметров приемопередатчика и газовой среды, в которой распространяются звуковые колебания;
- временную привязку положения эхо-сигналов по определенному алгоритму с погрешностью 0,5…1% от периода импульсов возбуждения приемопередатчика;
- статистическую обработку результатов регистрации временного положения эхо-сигналов в целях исключения помех акустического и электромагнитного происхождения, а также снижения аппаратурной погрешности измерений до 0,1…0,2% в диапазоне от 50 мм до 6 м;
- тестирование и перепрограммирование блока обработки в процессе эксплуатации;
- перенастройку блока обработки на различные интерфейсы и протоколы обмена данными, объединение уровнемеров в измерительные комплексы и системы.
Для обмена информацией в разработанных уровнемерах применены аналоговый интерфейс «токовая петля» и цифровые интерфейсы RS 232 или RS 485 по протоколу Modbus [4].
Консоль оператора измерительного комплекса из нескольких уровнемеров проектируется на базе персональной ЭВМ с использованием известных системных приложений для математических расчетов и разработки систем автоматизации, в частности, на базе MS-Excel®, MathCAD®, Trace Mode® и др.
Программное обеспечение организует взаимодействие с уровнемерами в автоматическом и ручном режиме, позволяет задавать параметры измеряемого объекта, хранить и дополнительно обрабатывать полученные от уровнемеров данные, давать команды различным исполнительным устройствам (реле). В автоматическом режиме с заданной периодичностью производится запрос данных с уровнемеров комплекса, запись данных в архив и отображение их в числовом и графическом виде. Также автоматически производится запись служебной информации обо всех событиях и действиях в измерительном комплексе.
Программное обеспечение консоли на базе MS-Excel® полностью открыто, что дает возможность пользователям производить в нём необходимые изменения и дополнения непосредственно в процессе эксплуатации измерительного комплекса.
Список литературы
1. , , Скобцов метод контроля уровня стеклоплава в печи остекловывания ВАО // Научная сессия МИФИ-2003. II научно-техническая конференция «Научно-инновационное сотрудничество»: Сборник научных трудов. В 2 частях. Ч.1. М.: МИФИ, 2003. С. 51-52.
2. , , Платонов датчики уровня для химически агрессивных и радиоактивных жидкостей // Шестая международная студенческая научная конференция «Полярное сияние-2003». Ядерное будущее: безопасность, экономика и право: Сборник тезисов докладов.- М.: МИФИ, 2003. – С.71-73.
3. , , Платонов уровнемер для безнапорных трубопроводов промышленной канализации // Технология и автоматизация атомной энергетики: Сборник статей. В 2 томах. Т.1. - Северск: Изд. СГТИ, 2004. С.124–129.
4. Modicon Modbus Protocol Reference Guide PI-MBUS-300, Rev. J. – North Andover, Massachusetts, USA, MODICON Inc., 19c.
