Egységes analóg jelek automatizálási rendszerekben

Amikor egy bizonyos technológiai folyamathoz automatizálási rendszert hozunk létre, valamilyen módon össze kell kötnünk az érzékelőket és más jeleszközöket - működtetőkkel, konverterekkel, vezérlőkkel stb. Az utóbbiak általában az érzékelőtől a következő formában kapnak jelet. egy bizonyos nagyságú feszültség vagy áramerősség (analóg jelek esetén), vagy impulzusok formájában bizonyos időparaméterekkel (digitális jelek esetén).

Ezen elektromos jelek paramétereinek valamilyen nagyon határozott módon meg kell felelniük az érzékelő által rögzített fizikai mennyiség paramétereinek, hogy a végberendezés vezérlése megfelelő legyen az automatizálási feladathoz.

Természetesen a legkényelmesebb a különböző érzékelők analóg jeleit egyesíteni, így a vezérlők rugalmasságot nyernek, így a felhasználónak nem kell az egyes érzékelőkhöz egyéni interfésztípust és minden interfészhez saját érzékelőt választania.

Hagyja egységessé válni a bemeneti-kimeneti jelek jellege – döntöttek a fejlesztők, hiszen ezzel a megközelítéssel az ipari automatizálási rendszerek és automatizálási blokkok fejlesztése jelentősen leegyszerűsödik, a hibaelhárítás, a berendezések karbantartása és korszerűsítése pedig sokkal könnyebbé - rugalmasabbá válik. Még ha egy érzékelő meghibásodik is, egyáltalán nem kell pontosan ugyanazt keresni, elég lesz kiválasztani egy analógot a megfelelő kimeneti jelekkel.

Környezeti hőmérséklet, motor fordulatszám, folyadéknyomás, minta mechanikai igénybevétel, levegő páratartalom mérése stb. — gyakran a megfelelő érzékelőktől érkező folyamatos analóg jelek feldolgozásával valósulnak meg, miközben a csatlakoztatott készülék folyamatos működése automatikusan korrigálódik: fűtőelem, frekvenciaváltó, szivattyú, prés stb.

A leggyakoribb analóg jel 0 és 10 V közötti feszültségjel, vagy 4 és 20 mA közötti áramjel.

Feszültségszabályozás 0-10 V között

Ha egységes 0-10 V-os feszültségjelet használunk, akkor ez a 0-10 V-os feszültségek folyamatos sorozata mért fizikai mennyiségek sorozatához kapcsolódik, mint például a nyomás vagy a hőmérséklet.

Tegyük fel, hogy a hőmérséklet -30 és +125 °C között változik, miközben a feszültség 0-ról 10 V-ra változik, 0 volt pedig -30 °C-nak, 10 volt pedig +125 °C-nak felel meg. Ez lehet a reagens vagy a munkadarab, és a közbenső hőmérsékleti értékek szigorúan meghatározott feszültségértékekkel rendelkeznek a megadott tartományban. Itt a kapcsolat nem feltétlenül lineáris.

Ily módon lehetőség nyílik különféle eszközök vezérlésére, valamint felügyeleti információk beszerzésére. Például egy hőérzékelővel ellátott radiátor analóg kimenettel rendelkezik az aktuális hőmérséklet kijelzésére: 0 V — a radiátor felületének hőmérséklete + 25 °C vagy alacsonyabb, 10 V — a hőmérséklet elérte a + 125 °C-ot — a maximálisan megengedett.

Vagy 0 és 10 V közötti feszültséget kapcsolva a vezérlőről a szivattyú analóg bemenetére, beállítjuk a gáznyomást a tartályban: 0 V - a nyomás megegyezik a légköri nyomással, 5 V - a nyomás 2 atm, 10 V — 4 atm., hasonlóképpen vezérelhető fűtőberendezések, fémvágó gépek, szelepek és egyéb szerelvények és működtetők különféle célokra.

Áramszabályozás (4-20 mA áramhurok)

Az automatizálási vezérléshez használt egységes analóg jel második típusa egy 4-20 mA áramjel, amelyet "áramhuroknak" neveznek. Ezt a jelet arra is használják, hogy különböző érzékelőktől érkező jeleket fogadjanak a hajtások vezérlése érdekében.

A feszültségjeltől eltérően a jel aktuális jellege lehetővé teszi, hogy sokkal nagyobb távolságokra torzítás nélkül továbbítsák, mivel a hálózati feszültségesések és ellenállások automatikusan kompenzálódnak. Ezenkívül nagyon könnyű diagnosztizálni az átviteli áramkörök integritását - ha van áram, akkor a vezeték sértetlen, ha nincs áram, akkor megszakadt az áramkör. Emiatt a legkisebb érték 4 mA, nem 0 mA.

Tehát itt egy áramforrást használnak a vezérlőjel áramforrásaként, és nem feszültségforrásként. Ennek megfelelően a hajtásvezérlőnek 4-20 mA árambemenettel, az érzékelő átalakítónak pedig áramkimenettel kell rendelkeznie.Tegyük fel, hogy a frekvenciaváltó 4-20 mA vezérlőáram bemenettel rendelkezik, majd ha 4 mA vagy kisebb jel kerül a bemenetre, a vezérelt hajtás leáll, és 20 mA áramerősség alkalmazásakor felgyorsul teljes sebesség.

Eközben az áramérzékelő kimenetei lehetnek aktívak és passzívak is. Leggyakrabban a kimenetek passzívak, ami azt jelenti, hogy további tápegységre van szükség, amely sorba van kötve az érzékelővel és a hajtásvezérlővel. Az aktív kimenettel rendelkező érzékelő vagy vezérlő nem igényel tápegységet, mivel be van építve.

Az analóg áramhurkot ma gyakrabban használják a mérnöki munkákban, mint a feszültségjeleket. Akár több kilométeres távolságban is használható. A berendezés védelme érdekében az optoelektronikai eszközök, például az optocsatolók galvanikus leválasztását alkalmazzák. Az áramforrás tökéletlensége miatt a megengedett legnagyobb vezetékhossz (és a maximális vezetékellenállás) attól a feszültségtől függ, amelyről az áramforrást táplálják.

Például 12 voltos tipikus tápfeszültség esetén az ellenállás nem haladhatja meg a 600 ohmot. Az áramok és feszültségek tartományait a GOST 26.011-80 „Mérések és automatizálás” írja le. Folyamatos elektromos áram és feszültség be- és kimenete».

Elsődleges jelegyesítési eszköz – Normalizációs átalakító

Az érzékelő primer jelének egységesítésére — 0-10 V feszültséggé vagy 4-20 mA árammá alakítására az ún. konverterek normalizálása… Ezek a szabványosító konverterek hőmérséklet, páratartalom, nyomás, tömeg stb.

Az érzékelő működési elve eltérő lehet: kapacitív, induktív, rezisztív, hőelemes stb. A jel további feldolgozásának kényelme érdekében azonban a kimenetnek meg kell felelnie az egységesítési követelményeknek. Ezért az érzékelőket gyakran szabványos átalakítókkal szerelik fel, amelyek a mért értéket árammá vagy feszültséggé alakítják.