Semnale analogice unificate în sistemele de automatizare

Când creăm un sistem de automatizare pentru un anumit proces tehnologic, trebuie cumva să conectăm senzori și alte dispozitive de semnal - cu actuatoare, cu convertoare, cu controlere etc. Acestea din urmă, de regulă, primesc un semnal de la senzor sub forma a unei tensiuni sau curent de o anumită mărime (în cazul semnalelor analogice), sau sub formă de impulsuri cu anumiți parametri de timp (în cazul semnalelor digitale).

Parametrii acestor semnale electrice trebuie să corespundă într-un mod foarte definit parametrilor mărimii fizice pe care o fixează senzorul, astfel încât controlul dispozitivului final să fie adecvat sarcinii de automatizare.

Desigur, cel mai convenabil este să unificați semnalele analogice de la diferiți senzori, astfel încât controlerele să câștige flexibilitate, astfel încât utilizatorul să nu fie nevoit să-și aleagă tipul individual de interfață pentru fiecare senzor și propriul senzor pentru fiecare interfață.

Lăsați natura semnalelor de intrare-ieșire să devină unificată, au decis dezvoltatorii, deoarece cu această abordare dezvoltarea sistemelor de automatizare și a blocurilor de automatizare pentru industrie va fi mult simplificată, iar depanarea, întreținerea și modernizarea echipamentelor vor deveni mult mai ușoare - flexibile. Chiar dacă un senzor nu reușește, nu trebuie să-l căutați exact pe același, va fi suficient să alegeți un analog cu semnalele de ieșire corespunzătoare.

Măsurătorile temperaturii ambiante, turația motorului, presiunea fluidului, solicitarea mecanică a probei, umiditatea aerului etc. — sunt adesea efectuate prin procesarea semnalelor analogice continue primite de la senzorii relevanți, în timp ce funcționarea continuă a dispozitivului conectat este corectată automat: element de încălzire, convertor de frecvență, pompă, presă etc.

Cel mai comun semnal analogic este fie un semnal de tensiune cuprins între 0 și 10 V, fie un semnal de curent cuprins între 4 și 20 mA.

Controlul tensiunii de la 0 la 10 V

Când se utilizează un semnal de tensiune unificat de la 0 la 10 V, atunci această secvență continuă de tensiuni de la 0 la 10 V este asociată cu o serie de mărimi fizice măsurate, cum ar fi presiunea sau temperatura.

Să presupunem că temperatura se schimbă de la -30 la +125 ° C în timp ce tensiunea se schimbă de la 0 la 10 V, cu 0 volți corespunzător unei temperaturi de -30 ° C și 10 volți la +125 ° C. Aceasta ar putea fi temperatura reactantul sau piesa de prelucrat, iar valorile temperaturii intermediare vor avea valori de tensiune strict definite din intervalul specificat. Aici relația nu este neapărat liniară.

În acest fel, este posibil să controlezi diverse dispozitive precum și să obții informații de monitorizare. De exemplu, un radiator cu senzor termic are o ieșire analogică pentru a afișa temperatura curentă: 0 V — temperatura suprafeței radiatorului este de + 25 ° C sau mai mică, 10 V — temperatura a atins + 125 ° C — maximul admis.

Sau aplicând o tensiune de la 0 la 10 V de la controler la intrarea analogică a pompei, reglam presiunea gazului în recipient: 0 V — presiunea este egală cu cea atmosferică, 5 V — presiunea este de 2 atm, 10 V — 4 atm., în mod similar, puteți controla dispozitive de încălzire, mașini de tăiat metal, supape și alte fitinguri și dispozitive de acționare pentru diverse scopuri.

Controlul curentului (bucla de curent de la 4 la 20 mA)

Al doilea tip de semnal analogic unificat pentru controlul automatizării este un semnal de curent de 4-20 mA numit „buclă de curent”. Acest semnal este, de asemenea, utilizat pentru a primi semnale de la diverși senzori pentru a controla unitățile.

Spre deosebire de un semnal de tensiune, natura curentă a semnalului îi permite să fie transmis fără distorsiuni pe distanțe mult mai mari, deoarece scăderea tensiunii de linie și rezistențele sunt compensate automat. În plus, este foarte ușor să diagnosticați integritatea circuitelor de transmisie - dacă există curent, atunci linia este intactă, dacă nu există curent, există un circuit deschis. Din acest motiv, cea mai mică valoare este 4 mA, nu 0 mA.

Deci aici o sursă de curent este folosită ca sursă de alimentare pentru semnalul de control și nu o sursă de tensiune. În consecință, controlerul de acționare trebuie să aibă o intrare de curent de 4-20 mA, iar traductorul senzorului trebuie să aibă o ieșire de curent.Să presupunem că convertizorul de frecvență are o intrare de curent de control de 4-20 mA, atunci când la intrare este aplicat un semnal de 4 mA sau mai puțin, convertizorul de frecvență se va opri, iar când se aplică un curent de 20 mA, acesta va accelera până la viteza maxima.

Între timp, ieșirile senzorilor de curent pot fi atât active, cât și pasive. De cele mai multe ori, ieșirile sunt pasive, ceea ce înseamnă că este necesară o sursă de alimentare suplimentară, care este conectată în serie cu senzorul și controlerul de acționare. Un senzor sau controler cu o ieșire activă nu necesită o sursă de alimentare deoarece este încorporat.

Bucla de curent analogică este mai frecvent utilizată în inginerie astăzi decât semnalele de tensiune. Poate fi folosit la distanțe de până la câțiva kilometri. Pentru a proteja echipamentul, se utilizează izolarea galvanică a dispozitivelor optoelectronice, cum ar fi optocuplele. Datorită imperfecțiunii sursei de curent, lungimea maximă admisă a liniei (și rezistența maximă a liniei) depinde de tensiunea de la care este alimentată sursa de curent.

De exemplu, cu o tensiune de alimentare tipică de 12 volți, rezistența nu trebuie să depășească 600 ohmi. Gamele de curenți și tensiuni sunt descrise în GOST 26.011-80 «Măsurări și automatizare. Intrarea și ieșirea curentului și tensiunii electrice continue”.

Instrument de unificare a semnalului primar - Convertor de normalizare

Pentru a unifica semnalul primar de la senzor - pentru a-l converti într-o tensiune de la 0 la 10 V sau într-un curent de la 4 la 20 mA, așa-numitul convertoare de normalizare… Aceste convertoare standardizate sunt disponibile pentru temperatură, umiditate, presiune, greutate etc.

Principiul de funcționare al senzorului poate fi diferit: capacitiv, inductiv, rezistiv, termocuplu etc. Cu toate acestea, pentru comoditate în procesarea ulterioară a semnalului, ieșirea trebuie să îndeplinească cerințele de unificare. De aceea, senzorii sunt adesea echipați cu convertoare standard ale valorii măsurate în curent sau tensiune.