Ενοποιημένα αναλογικά σήματα σε συστήματα αυτοματισμού

Όταν δημιουργούμε ένα σύστημα αυτοματισμού για μια συγκεκριμένη τεχνολογική διαδικασία, πρέπει με κάποιο τρόπο να συνδέσουμε αισθητήρες και άλλες συσκευές σήματος — με ενεργοποιητές, με μετατροπείς, με ελεγκτές κ.λπ. Οι τελευταίοι, κατά κανόνα, λαμβάνουν ένα σήμα από τον αισθητήρα με τη μορφή τάσης ή ρεύματος συγκεκριμένου μεγέθους (στην περίπτωση αναλογικών σημάτων), ή με τη μορφή παλμών με συγκεκριμένες χρονικές παραμέτρους (στην περίπτωση ψηφιακών σημάτων).

Οι παράμετροι αυτών των ηλεκτρικών σημάτων πρέπει με κάποιο πολύ συγκεκριμένο τρόπο να αντιστοιχούν στις παραμέτρους της φυσικής ποσότητας που καθορίζει ο αισθητήρας, έτσι ώστε ο έλεγχος της τελικής συσκευής να είναι επαρκής για το έργο του αυτοματισμού.

Φυσικά, είναι πιο βολικό να ενοποιούνται αναλογικά σήματα από διαφορετικούς αισθητήρες, έτσι ώστε οι ελεγκτές να αποκτούν ευελιξία, ώστε ο χρήστης να μην χρειάζεται να επιλέξει τον δικό του τύπο διεπαφής για κάθε αισθητήρα και τον δικό του αισθητήρα για κάθε διεπαφή.

Αφήστε τη φύση των σημάτων εισόδου-εξόδου να ενοποιηθεί, αποφάσισαν οι προγραμματιστές, καθώς με αυτήν την προσέγγιση η ανάπτυξη συστημάτων αυτοματισμού και μπλοκ αυτοματισμού για τη βιομηχανία θα απλοποιηθεί πολύ και η αντιμετώπιση προβλημάτων, η συντήρηση και ο εκσυγχρονισμός του εξοπλισμού θα γίνουν πολύ πιο εύκολη - ευέλικτη. Ακόμα κι αν αποτύχει ένας αισθητήρας, δεν χρειάζεται να αναζητήσετε τον ίδιο ακριβώς, αρκεί να επιλέξετε ένα αναλογικό με τα αντίστοιχα σήματα εξόδου.

Μετρήσεις θερμοκρασίας περιβάλλοντος, στροφών κινητήρα, πίεσης υγρού, μηχανικής καταπόνησης δείγματος, υγρασίας αέρα κ.λπ. — εκτελούνται συχνά με επεξεργασία συνεχών αναλογικών σημάτων που λαμβάνονται από τους σχετικούς αισθητήρες, ενώ η συνεχής λειτουργία της συνδεδεμένης συσκευής διορθώνεται αυτόματα: θερμαντικό στοιχείο, μετατροπέας συχνότητας, αντλία, πρέσα κ.λπ.

Το πιο κοινό αναλογικό σήμα είναι είτε ένα σήμα τάσης που κυμαίνεται από 0 έως 10 V είτε ένα σήμα ρεύματος που κυμαίνεται από 4 έως 20 mA.

Έλεγχος τάσης από 0 έως 10 V

Όταν χρησιμοποιείται ένα ενοποιημένο σήμα τάσης 0 έως 10 V, τότε αυτή η συνεχής ακολουθία τάσεων 0 έως 10 V σχετίζεται με μια σειρά μετρούμενων φυσικών μεγεθών, όπως η πίεση ή η θερμοκρασία.

Ας υποθέσουμε ότι η θερμοκρασία αλλάζει από -30 σε +125°C ενώ η τάση αλλάζει από 0 σε 10 V, με 0 βολτ να αντιστοιχούν σε θερμοκρασία -30°C και 10 βολτ σε +125°C. Αυτή θα μπορούσε να είναι η θερμοκρασία του αντιδραστήριο ή το τεμάχιο εργασίας και οι ενδιάμεσες τιμές θερμοκρασίας θα έχουν αυστηρά καθορισμένες τιμές τάσης του καθορισμένου εύρους. Εδώ η σχέση δεν είναι απαραίτητα γραμμική.

Με αυτόν τον τρόπο, είναι δυνατός ο έλεγχος διαφόρων συσκευών καθώς και η λήψη πληροφοριών παρακολούθησης. Για παράδειγμα, ένα ψυγείο με θερμικό αισθητήρα έχει αναλογική έξοδο για την εμφάνιση της τρέχουσας θερμοκρασίας: 0 V — η ​​θερμοκρασία της επιφάνειας του ψυγείου είναι + 25 ° C ή χαμηλότερη, 10 V — η ​​θερμοκρασία έχει φτάσει τους + 125 ° C — το μέγιστο επιτρεπόμενο.

Ή εφαρμόζοντας τάση από 0 έως 10 V από τον ελεγκτή στην αναλογική είσοδο της αντλίας, ρυθμίζουμε την πίεση του αερίου στο δοχείο: 0 V — η ​​πίεση είναι ίση με την ατμοσφαιρική, 5 V — η ​​πίεση είναι 2 atm, 10 V — 4 atm. Ομοίως, μπορείτε να ελέγξετε συσκευές θέρμανσης, μηχανές κοπής μετάλλων, βαλβίδες και άλλα εξαρτήματα και ενεργοποιητές για διάφορους σκοπούς.

Έλεγχος ρεύματος (βρόχος ρεύματος 4 έως 20 mA)

Ο δεύτερος τύπος ενοποιημένου αναλογικού σήματος για έλεγχο αυτοματισμού είναι ένα σήμα ρεύματος 4-20 mA που ονομάζεται «βρόχος ρεύματος». Αυτό το σήμα χρησιμοποιείται επίσης για τη λήψη σημάτων από διάφορους αισθητήρες για τον έλεγχο των μονάδων δίσκου.

Σε αντίθεση με ένα σήμα τάσης, η τρέχουσα φύση του σήματος του επιτρέπει να μεταδίδεται χωρίς παραμόρφωση σε πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις, καθώς η τάση γραμμής μειώνεται και οι αντιστάσεις αντισταθμίζονται αυτόματα. Επιπλέον, είναι πολύ εύκολο να διαγνωστεί η ακεραιότητα των κυκλωμάτων μετάδοσης — εάν υπάρχει ρεύμα, τότε η γραμμή είναι άθικτη, εάν δεν υπάρχει ρεύμα, υπάρχει ανοιχτό κύκλωμα. Για το λόγο αυτό, η μικρότερη τιμή είναι 4 mA, όχι 0 mA.

Έτσι εδώ χρησιμοποιείται μια πηγή ρεύματος ως πηγή ισχύος για το σήμα ελέγχου και όχι μια πηγή τάσης. Κατά συνέπεια, ο ελεγκτής μετάδοσης κίνησης πρέπει να έχει είσοδο ρεύματος 4-20 mA και ο αισθητήρας αισθητήρα πρέπει να έχει έξοδο ρεύματος.Ας υποθέσουμε ότι ο μετατροπέας συχνότητας έχει είσοδο ρεύματος ελέγχου 4-20 mA, τότε όταν εφαρμόζεται σήμα 4 mA ή λιγότερο στην είσοδο, ο ελεγχόμενος δίσκος θα σταματήσει και όταν εφαρμοστεί ρεύμα 20 mA, θα επιταχυνθεί σε ολοταχώς.

Εν τω μεταξύ, οι έξοδοι του τρέχοντος αισθητήρα μπορεί να είναι ενεργές και παθητικές. Τις περισσότερες φορές, οι έξοδοι είναι παθητικές, πράγμα που σημαίνει ότι απαιτείται πρόσθετο τροφοδοτικό, το οποίο συνδέεται σε σειρά με τον αισθητήρα και τον ελεγκτή κίνησης. Ένας αισθητήρας ή ένας ελεγκτής με ενεργή έξοδο δεν απαιτεί παροχή ρεύματος καθώς είναι ενσωματωμένος.

Ο βρόχος αναλογικού ρεύματος χρησιμοποιείται πιο συχνά στη μηχανική σήμερα από τα σήματα τάσης. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε αποστάσεις έως και πολλών χιλιομέτρων. Για την προστασία του εξοπλισμού, χρησιμοποιείται γαλβανική απομόνωση οπτοηλεκτρονικών συσκευών όπως οπτικοί συζεύκτες. Λόγω της ατέλειας της πηγής ρεύματος, το μέγιστο επιτρεπόμενο μήκος γραμμής (και η μέγιστη αντίσταση γραμμής) εξαρτάται από την τάση από την οποία τροφοδοτείται η πηγή ρεύματος.

Για παράδειγμα, με μια τυπική τάση τροφοδοσίας 12 βολτ, η αντίσταση δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 600 ohms. Οι περιοχές των ρευμάτων και των τάσεων περιγράφονται στο GOST 26.011-80 «Μετρήσεις και αυτοματισμοί. Είσοδος και έξοδος συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος και τάσης».

Πρωτεύον εργαλείο ενοποίησης σήματος - Μετατροπέας κανονικοποίησης

Για να ενοποιήσετε το πρωτεύον σήμα από τον αισθητήρα — για να το μετατρέψετε σε τάση από 0 έως 10 V ή σε ρεύμα από 4 έως 20 mA, το λεγόμενο μετατροπείς κανονικοποίησης… Αυτοί οι μετατροπείς τυποποίησης είναι διαθέσιμοι για θερμοκρασία, υγρασία, πίεση, βάρος κ.λπ.

Η αρχή λειτουργίας του αισθητήρα μπορεί να είναι διαφορετική: χωρητική, επαγωγική, αντίσταση, θερμοστοιχείο κ.λπ. Ωστόσο, για ευκολία στην περαιτέρω επεξεργασία του σήματος, η έξοδος πρέπει να πληροί τις απαιτήσεις ενοποίησης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι αισθητήρες είναι συχνά εξοπλισμένοι με τυπικούς μετατροπείς της μετρούμενης τιμής σε ρεύμα ή τάση.