Objedinjeni analogni signali u sustavima automatizacije

Kada stvaramo sustav automatizacije za određeni tehnološki proces, nekako moramo povezati senzore i druge signalne uređaje - s aktuatorima, s pretvaračima, s regulatorima itd. Potonji, u pravilu, primaju signal od senzora u obliku napona ili struje određene veličine (u slučaju analognih signala), ili u obliku impulsa s određenim vremenskim parametrima (u slučaju digitalnih signala).

Parametri ovih električnih signala moraju na neki vrlo određen način odgovarati parametrima fizičke veličine koju senzor fiksira, tako da upravljanje krajnjim uređajem bude primjereno zadatku automatizacije.

Naravno, najpovoljnije je objediniti analogne signale iz različitih senzora, kako bi kontroleri dobili fleksibilnost, tako da korisnik ne mora birati svoj individualni tip sučelja za svaki senzor i svoj senzor za svako sučelje.

Neka priroda ulazno-izlaznih signala postane jedinstvena, odlučili su programeri, budući da će ovim pristupom razvoj sustava automatizacije i automatizacijskih blokova za industriju biti znatno pojednostavljen, a otklanjanje kvarova, održavanje i modernizacija opreme postat će puno lakši - fleksibilniji. Čak i ako jedan senzor ne uspije, uopće ne morate tražiti potpuno isti, dovoljno je odabrati analogni s odgovarajućim izlaznim signalima.

Mjerenja temperature okoline, brzine motora, tlaka tekućine, mehaničkog naprezanja uzorka, vlažnosti zraka itd. — često se izvode obradom kontinuiranih analognih signala primljenih od relevantnih senzora, dok se kontinuirani rad priključenih uređaja automatski korigira: grijač, pretvarač frekvencije, pumpa, preša itd.

Najčešći analogni signal je naponski signal u rasponu od 0 do 10 V ili strujni signal u rasponu od 4 do 20 mA.

Kontrola napona od 0 do 10 V

Kada se koristi objedinjeni signal napona od 0 do 10 V, tada je ovaj kontinuirani niz napona od 0 do 10 V povezan s nizom izmjerenih fizičkih veličina, kao što su tlak ili temperatura.

Pretpostavimo da se temperatura mijenja od -30 do +125°C dok se napon mijenja od 0 do 10V, pri čemu 0 volti odgovara temperaturi od -30°C, a 10 volti do +125°C. To bi mogla biti temperatura reaktanta ili obratka, a međuvrijednosti temperature imat će strogo definirane vrijednosti napona navedenog raspona. Ovdje odnos nije nužno linearan.

Na ovaj način moguće je upravljati raznim uređajima kao i dobiti podatke o nadzoru. Na primjer, radijator s toplinskim senzorom ima analogni izlaz za prikaz trenutne temperature: 0 V — temperatura površine radijatora je + 25 ° C ili niža, 10 V — temperatura je dosegla + 125 ° C — maksimalno dopušteno.

Ili primjenom napona od 0 do 10 V s regulatora na analogni ulaz crpke, podešavamo tlak plina u spremniku: 0 V — tlak je jednak atmosferskom, 5 V — tlak je 2 atm, 10 V — 4 atm. Na sličan način možete kontrolirati uređaje za grijanje, strojeve za rezanje metala, ventile i druge armature i aktuatore za razne namjene.

Kontrola struje (strujna petlja od 4 do 20 mA)

Drugi tip jedinstvenog analognog signala za automatizirano upravljanje je strujni signal od 4-20 mA koji se naziva «strujna petlja». Ovaj signal se također koristi za primanje signala od raznih senzora u svrhu upravljanja pogonima.

Za razliku od naponskog signala, trenutna priroda signala omogućuje njegov prijenos bez izobličenja na puno većim udaljenostima, budući da se padovi mrežnog napona i otpori automatski kompenziraju. Osim toga, vrlo je lako dijagnosticirati integritet prijenosnih krugova - ako postoji struja, onda je linija netaknuta, ako nema struje, postoji prekid strujnog kruga. Iz tog razloga, najmanja vrijednost je 4 mA, a ne 0 mA.

Dakle, ovdje se izvor struje koristi kao izvor napajanja za upravljački signal, a ne izvor napona. Sukladno tome, regulator pogona mora imati strujni ulaz od 4-20 mA, a pretvornik senzora mora imati strujni izlaz.Pretpostavimo da frekvencijski pretvarač ima ulaz upravljačke struje od 4-20 mA, tada kada se na ulaz primijeni signal od 4 mA ili manji, kontrolirani pogon će se zaustaviti, a kada se primijeni struja od 20 mA, ubrzat će se do puna brzina.

U međuvremenu, strujni izlazi senzora mogu biti i aktivni i pasivni. Izlazi su najčešće pasivni, što znači da je potrebno dodatno napajanje koje je serijski povezano sa senzorom i regulatorom pogona. Senzor ili kontroler s aktivnim izlazom ne zahtijeva napajanje jer je ugrađen.

Analogna strujna petlja danas se češće koristi u inženjerstvu nego naponski signali. Može se koristiti na udaljenostima do nekoliko kilometara. Za zaštitu opreme koristi se galvanska izolacija optoelektroničkih uređaja kao što su optokapleri. Zbog nesavršenosti izvora struje najveća dopuštena duljina voda (i najveći otpor voda) ovisi o naponu iz kojeg se izvor struje napaja.

Na primjer, s tipičnim naponom napajanja od 12 volti, otpor ne smije premašiti 600 ohma. Rasponi struja i napona opisani su u GOST 26.011-80 «Mjerenja i automatizacija. Ulaz i izlaz trajne električne struje i napona».

Primarni alat za objedinjavanje signala - normalizacijski pretvarač

Za objedinjavanje primarnog signala sa senzora — za pretvaranje u napon od 0 do 10 V ili u struju od 4 do 20 mA, tzv. normalizirajući pretvarači… Ovi standardizirajući pretvarači dostupni su za temperaturu, vlažnost, tlak, težinu itd.

Princip rada senzora može biti različit: kapacitivni, induktivni, otpornički, termopar itd. Međutim, radi pogodnosti u daljnjoj obradi signala, izlaz mora zadovoljiti zahtjeve unifikacije. Zbog toga su senzori često opremljeni standardnim pretvaračima izmjerene vrijednosti u struju ili napon.