Poenoteni analogni signali v sistemih avtomatizacije

Ko izdelujemo sistem avtomatizacije za določen tehnološki proces, moramo nekako povezati senzorje in druge signalne naprave — z aktuatorji, s pretvorniki, s krmilniki itd. Slednji praviloma prejmejo signal od senzorja v obliki napetosti ali toka določene velikosti (v primeru analognih signalov) ali v obliki impulzov z določenimi časovnimi parametri (v primeru digitalnih signalov).

Parametri teh električnih signalov morajo na nek zelo določen način ustrezati parametrom fizikalne količine, ki jo senzor določi, tako da je nadzor končne naprave primeren za nalogo avtomatizacije.

Seveda je najbolj priročno poenotiti analogne signale iz različnih senzorjev, da krmilniki pridobijo fleksibilnost, da uporabniku ni treba izbirati svojega tipa vmesnika za vsak senzor in svojega senzorja za vsak vmesnik.

Naj se narava vhodno-izhodnih signalov poenoti, so se odločili razvijalci, saj bo s tem pristopom razvoj avtomatskih sistemov in avtomatskih blokov za industrijo močno poenostavljen, odpravljanje težav, vzdrževanje in posodabljanje opreme pa bo postalo veliko lažje – fleksibilno. Tudi če en senzor odpove, vam sploh ni treba iskati popolnoma enakega, dovolj bo, da izberete analog z ustreznimi izhodnimi signali.

Meritve temperature okolja, vrtilne frekvence motorja, tlaka tekočine, mehanske obremenitve vzorca, vlažnosti zraka itd. — se pogosto izvajajo z obdelavo neprekinjenih analognih signalov, prejetih od ustreznih senzorjev, medtem ko se neprekinjeno delovanje priključene naprave samodejno popravi: grelni element, frekvenčni pretvornik, črpalka, stiskalnica itd.

Najpogostejši analogni signal je napetostni signal v razponu od 0 do 10 V ali tokovni signal v razponu od 4 do 20 mA.

Regulacija napetosti od 0 do 10 V

Ko se uporablja poenoten napetostni signal od 0 do 10 V, je to neprekinjeno zaporedje napetosti od 0 do 10 V povezano z vrsto izmerjenih fizikalnih veličin, kot sta tlak ali temperatura.

Predpostavimo, da se temperatura spreminja od -30 do +125 °C, medtem ko se napetost spreminja od 0 do 10 V, pri čemer 0 voltov ustreza temperaturi -30 °C in 10 voltov do +125 °C. To bi lahko bila temperatura reaktant ali obdelovanec, vmesne temperaturne vrednosti pa bodo imele strogo določene vrednosti napetosti v določenem območju. Tukaj razmerje ni nujno linearno.

Na ta način je mogoče nadzorovati različne naprave ter pridobivati ​​informacije o spremljanju. Na primer, radiator s termičnim senzorjem ima analogni izhod za prikaz trenutne temperature: 0 V — temperatura površine radiatorja je + 25 ° C ali manj, 10 V — temperatura je dosegla + 125 ° C — največja dovoljena.

Ali z uporabo napetosti od 0 do 10 V iz krmilnika na analogni vhod črpalke prilagodimo tlak plina v posodi: 0 V - tlak je enak atmosferskemu, 5 V - tlak je 2 atm, 10 V - tlak je enak atmosferskemu. V — 4 atm Podobno lahko krmilite grelne naprave, stroje za rezanje kovin, ventile in druge armature ter aktuatorje za različne namene.

Nadzor toka (4 do 20 mA tokovna zanka)

Druga vrsta enotnega analognega signala za krmiljenje avtomatizacije je tokovni signal 4-20 mA, imenovan "tokovna zanka". Ta signal se uporablja tudi za sprejemanje signalov iz različnih senzorjev za krmiljenje pogonov.

Za razliko od napetostnega signala trenutna narava signala omogoča, da se prenaša brez popačenja na veliko večje razdalje, saj se padci napetosti in upornosti v liniji samodejno kompenzirajo. Poleg tega je zelo enostavno diagnosticirati celovitost prenosnih tokokrogov — če je tok, je linija nedotaknjena, če ni toka, je tokokrog odprt. Zaradi tega je najmanjša vrednost 4 mA in ne 0 mA.

Torej se tukaj kot vir napajanja za krmilni signal uporablja vir toka in ne vir napetosti. V skladu s tem mora krmilnik pogona imeti tokovni vhod 4–20 mA, senzorski pretvornik pa mora imeti tokovni izhod.Recimo, da ima frekvenčni pretvornik vhod krmilnega toka 4-20 mA, potem ko je na vhod dodan signal 4 mA ali manj, se bo krmiljeni pogon ustavil, in ko se uporabi tok 20 mA, se bo pospešil do polna hitrost.

Medtem so lahko izhodi trenutnih senzorjev aktivni in pasivni. Najpogosteje so izhodi pasivni, kar pomeni, da je potreben dodaten napajalnik, ki je zaporedno povezan s senzorjem in pogonskim krmilnikom. Senzor ali krmilnik z aktivnim izhodom ne potrebuje napajanja, saj je vgrajen.

Analogna tokovna zanka se danes pogosteje uporablja v tehniki kot napetostni signali. Uporablja se lahko na razdaljah do nekaj kilometrov. Za zaščito opreme se uporablja galvanska izolacija optoelektronskih naprav, kot so optični sklopniki. Zaradi nepopolnosti tokovnega vira je največja dovoljena dolžina voda (in največji upor) odvisna od napetosti, iz katere se napaja tokovni vir.

Na primer, pri tipični napajalni napetosti 12 voltov upor ne sme preseči 600 ohmov. Območja tokov in napetosti so opisana v GOST 26.011-80 «Meritve in avtomatizacija. Vhod in izhod neprekinjenega električnega toka in napetosti».

Orodje za združevanje primarnega signala - normalizacijski pretvornik

Za poenotenje primarnega signala iz senzorja - za pretvorbo v napetost od 0 do 10 V ali v tok od 4 do 20 mA, t.i. normalizacijski pretvorniki… Ti standardizirajoči pretvorniki so na voljo za temperaturo, vlažnost, tlak, težo itd.

Princip delovanja senzorja je lahko različen: kapacitivni, induktivni, uporovni, termočlen itd. Vendar pa mora izhod za udobje pri nadaljnji obdelavi signala izpolnjevati zahteve poenotenja. Zato so senzorji pogosto opremljeni s standardnimi pretvorniki izmerjene vrednosti v tok ali napetost.