Обједињени аналогни сигнали у системима аутоматизације

Када креирамо систем аутоматизације за одређени технолошки процес, некако морамо да повежемо сензоре и друге сигналне уређаје — са актуаторима, са претварачима, са контролерима итд. Ови последњи, по правилу, добијају сигнал од сензора у облику напона или струје одређене величине (у случају аналогних сигнала), или у облику импулса са одређеним временским параметрима (у случају дигиталних сигнала).

Параметри ових електричних сигнала морају на неки сасвим одређен начин да одговарају параметрима физичке величине коју сензор фиксира, тако да управљање крајњим уређајем буде адекватно задатку аутоматизације.

Наравно, најпогодније је објединити аналогне сигнале са различитих сензора, тако да контролери добију флексибилност, тако да корисник не мора да бира свој индивидуални тип интерфејса за сваки сензор и свој сензор за сваки интерфејс.

Нека природа улазно-излазних сигнала постане јединствена, одлучили су програмери, јер ће овим приступом развој система аутоматизације и блокова аутоматизације за индустрију бити знатно поједностављен, а решавање кварова, одржавање и модернизација опреме ће постати много лакши - флексибилнији. Чак и ако један сензор поквари, уопште не морате тражити исти, биће довољно да изаберете аналогни са одговарајућим излазним сигналима.

Мерење температуре околине, брзине мотора, притиска течности, механичког напрезања узорка, влажности ваздуха итд. — се често обављају обрадом континуалних аналогних сигнала примљених од релевантних сензора, док се континуирани рад прикљученог уређаја аутоматски коригује: грејног елемента, фреквентног претварача, пумпе, пресе итд.

Најчешћи аналогни сигнал је или напонски сигнал у распону од 0 до 10 В или струјни сигнал у распону од 4 до 20 мА.

Контрола напона од 0 до 10 В

Када се користи обједињени сигнал напона од 0 до 10 В, онда је овај континуирани низ напона од 0 до 10 В повезан са низом измерених физичких величина, као што су притисак или температура.

Претпоставимо да се температура мења од -30 до +125°Ц док се напон мења од 0 до 10В, при чему 0 волти одговара температури од -30°Ц и 10 волти до +125°Ц. Ово може бити температура уређаја реактант или радни предмет, а средње вредности температуре ће имати стриктно дефинисане вредности напона наведеног опсега. Овде однос није нужно линеаран.

На овај начин је могуће контролисати различите уређаје као и добити информације о праћењу. На пример, радијатор са термичким сензором има аналогни излаз за приказ тренутне температуре: 0 В — температура површине радијатора је + 25 ° Ц или нижа, 10 В — температура је достигла + 125 ° Ц — максимално дозвољено.

Или применом напона од 0 до 10 В са контролера на аналогни улаз пумпе, подешавамо притисак гаса у посуди: 0 В — притисак је једнак атмосферском, 5 В — притисак је 2 атм, 10 В — 4 атм., на сличан начин можете контролисати уређаје за грејање, машине за сечење метала, вентиле и друге арматуре и актуаторе за различите намене.

Контрола струје (струјна петља од 4 до 20 мА)

Други тип обједињеног аналогног сигнала за аутоматизовано управљање је струјни сигнал од 4-20 мА који се назива «струјна петља». Овај сигнал се такође користи за пријем сигнала од различитих сензора у циљу контроле погона.

За разлику од напонског сигнала, тренутна природа сигнала омогућава да се преноси без изобличења на много веће удаљености, пошто се падови линијског напона и отпори аутоматски компензују. Поред тога, врло је лако дијагностиковати интегритет преносних кола — ако постоји струја, онда је вод нетакнут, ако нема струје, постоји прекид кола. Из тог разлога, најмања вредност је 4 мА, а не 0 мА.

Дакле, овде се извор струје користи као извор напајања за контролни сигнал, а не извор напона. Сходно томе, регулатор погона мора имати струјни улаз од 4-20 мА, а сензорски претварач мора имати струјни излаз.Претпоставимо да фреквентни претварач има улаз контролне струје од 4-20 мА, онда када се на улаз примени сигнал од 4 мА или мање, контролисани погон ће се зауставити, а када се примени струја од 20 мА, убрзаће се до пуном брзином.

У међувремену, излази струјних сензора могу бити и активни и пасивни. Често су излази пасивни, што значи да је потребно додатно напајање, које је повезано серијски са сензором и регулатором погона. Сензор или контролер са активним излазом не захтева напајање јер је уграђен.

Аналогна струјна петља се данас чешће користи у инжењерингу него напонски сигнали. Може се користити на удаљеностима до неколико километара. За заштиту опреме користи се галванска изолација оптоелектронских уређаја као што су оптокаплери. Због несавршености извора струје, максимална дозвољена дужина линије (и максимални отпор линије) зависи од напона са којег се извор струје напаја.

На пример, са типичним напоном напајања од 12 волти, отпор не би требало да прелази 600 ома. Опсези струја и напона описани су у ГОСТ 26.011-80 «Мерења и аутоматизација. Улаз и излаз сталне електричне струје и напона».

Алат за обједињавање примарног сигнала – претварач нормализације

Да се ​​обједини примарни сигнал са сензора — да се претвори у напон од 0 до 10 В или у струју од 4 до 20 мА, тзв. нормализујући претварачи… Ови стандардизујући претварачи су доступни за температуру, влажност, притисак, тежину итд.

Принцип рада сензора може бити различит: капацитивни, индуктивни, отпорни, термоелемент итд. Међутим, ради погодности у даљој обради сигнала, излаз мора испунити захтеве обједињавања. Због тога су сензори често опремљени стандардним претварачима измерене вредности у струју или напон.