Унифицирани аналогови сигнали в системите за автоматизация

Когато създаваме система за автоматизация за определен технологичен процес, някак трябва да свържем сензори и други сигнални устройства — с задвижващи механизми, с преобразуватели, с контролери и пр. Последните, като правило, получават сигнал от сензора под формата напрежение или ток с определена величина (в случай на аналогови сигнали), или под формата на импулси с определени параметри на времето (в случай на цифрови сигнали).

Параметрите на тези електрически сигнали трябва по някакъв съвсем определен начин да съответстват на параметрите на физическото количество, което сензорът фиксира, така че управлението на крайното устройство да бъде адекватно на задачата за автоматизация.

Разбира се, най -удобно е да се унифицират аналогови сигнали от различни сензори, така че контролерите да придобият гъвкавост, така че потребителят да не трябва да избира своя индивидуален тип интерфейс за всеки сензор и свой собствен сензор за всеки интерфейс.

Нека естеството на входно -изходните сигнали да стане единно — решиха разработчиците, тъй като с този подход развитието на системите за автоматизация и блоковете за автоматизация за индустрията ще бъде значително опростено, а отстраняването на неизправности, поддръжката и модернизацията на оборудването ще станат много по -гъвкави. Дори ако един сензор се повреди, изобщо не е нужно да търсите точно същия, ще бъде достатъчно да изберете аналог със съответните изходни сигнали.

Измерванията на температурата на средата, оборотите на двигателя, налягането в течността, механичното напрежение на пробата, влажността на въздуха и т.н. — често се извършват чрез обработка на непрекъснати аналогови сигнали, получени от съответните сензори, докато непрекъснатата работа на свързаната устройството се коригира автоматично: нагревателен елемент, честотен преобразувател, помпа, преса и др.

Най -често срещаният аналогов сигнал е или сигнал за напрежение, вариращ от 0 до 10 V, или токов сигнал, вариращ от 4 до 20 mA.

Контрол на напрежението от 0 до 10 V

Когато се използва унифициран сигнал за напрежение от 0 до 10 V, тогава тази непрекъсната последователност от напрежения от 0 до 10 V се свързва с поредица от измерени физически величини, като налягане или температура.

Да приемем, че температурата се променя от -30 до + 125 ° C, докато напрежението се променя от 0 до 10 V, като 0 волта съответстват на температура от -30 ° C и 10 волта + 125 ° C. Това може да бъде температурата на реагента или детайла, а междинните температурни стойности ще имат строго определени стойности на напрежението от определения диапазон. Тук връзката не е непременно линейна.

По този начин е възможно да се контролират различни устройства, както и да се получи информация за наблюдение. Например, радиатор с термичен сензор има аналогов изход за показване на текущата температура: 0 V — температурата на повърхността на радиатора е + 25 ° C или по -ниска, 10 V — температурата е достигнала + 125 ° C — максималната допустимо.

Или чрез подаване на напрежение от 0 до 10 V от контролера към аналоговия вход на помпата, ние настройваме налягането на газа в контейнера: 0 V — налягането е равно на атмосферното, 5 V — налягането е 2 atm, 10 V — 4 атм.По подобен начин можете да управлявате отоплителни устройства, металорежещи машини, клапани и други фитинги и задвижвания за различни цели.

Контрол на тока (4 до 20 mA токов контур)

Вторият вид унифициран аналогов сигнал за управление на автоматизацията е 4-20 mA токов сигнал, наречен «токов контур». Този сигнал се използва и за приемане на сигнали от различни сензори с цел управление на задвижванията.

За разлика от сигнала за напрежение, настоящият характер на сигнала позволява той да се предава без изкривяване на много по -големи разстояния, тъй като спадането на напрежението по линиите и съпротивленията се компенсират автоматично. Освен това е много лесно да се диагностицира целостта на предавателните вериги — ако има ток, тогава линията е непокътната, ако няма ток, има отворена верига. Поради тази причина най -малката стойност е 4 mA, а не 0 mA.

Така че тук като източник на енергия за управляващия сигнал се използва токов източник, а не източник на напрежение. Съответно, задвижващият контролер трябва да има вход за ток 4-20 mA, а сензорният преобразувател трябва да има токов изход. Да предположим, че честотният преобразувател има вход за управляващ ток 4-20 mA, тогава, когато към входа се подаде сигнал от 4 mA или по-малко, контролираното задвижване ще спре, а когато се приложи ток от 20 mA, той ще се ускори до пълно скорост.

Междувременно текущите изходи на сензорите могат да бъдат както активни, така и пасивни. По -често изходите са пасивни, което означава, че е необходимо допълнително захранване, което е свързано последователно със сензора и контролера на задвижването. За сензор или контролер с активен изход не се изисква захранване, тъй като има вградено такова.

Аналоговият токов контур се използва по -често в инженерството днес, отколкото сигналите за напрежение. Може да се използва на разстояния до няколко километра. За да се защити оборудването, се използва галванична изолация на оптоелектронни устройства, като например оптрони. Поради несъвършенството на източника на ток, максимално допустимата дължина на линията (и максималното съпротивление на линията) зависи от напрежението, от което се захранва източникът на ток.

Например, при типично захранващо напрежение от 12 волта, съпротивлението не трябва да надвишава 600 ома. Обхватите на токове и напрежения са описани в ГОСТ 26.011-80 «Средства за измерване и автоматизация. Вход и изход на непрекъснат електрически ток и напрежение».

Инструмент за унифициране на първичен сигнал — преобразувател за нормализиране

За да унифицира първичния сигнал от сензора — да го преобразува в напрежение от 0 до 10 V или в ток от 4 до 20 mA, т.нар. нормализиращи преобразуватели… Тези стандартизиращи преобразуватели се предлагат за температура, влажност, налягане, тегло и т.н.

Принципът на действие на сензора може да бъде различен: капацитивен, индуктивен, съпротивителен, термодвойка и др. Въпреки това, за удобство при по -нататъшна обработка на сигнала, изходът трябва да отговаря на изискванията за унификация. Ето защо сензорите често са оборудвани със стандартни преобразуватели на измерената стойност в ток или напрежение.