Enade analoga signaler i automationssystem

När vi skapar ett automationssystem för en viss teknisk process måste vi på något sätt ansluta sensorer och andra signalenheter — med ställdon, med omvandlare, med styrenheter etc. De senare får som regel en signal från sensorn i formen av en spänning eller ström av en viss storlek (när det gäller analoga signaler), eller i form av pulser med vissa tidsparametrar (när det gäller digitala signaler).

Parametrarna för dessa elektriska signaler måste på något mycket bestämt sätt motsvara parametrarna för den fysiska kvantitet som sensorn fixerar, så att styrningen av slutanordningen är tillräcklig för automatiseringsuppgiften.

Naturligtvis är det mest bekvämt att förena analoga signaler från olika sensorer, så att kontrollerna får flexibilitet, så att användaren inte behöver välja sin individuella typ av gränssnitt för varje sensor och sin egen sensor för varje gränssnitt.

Låt karaktären hos ingångs-utgångssignalerna bli enhetliga, beslutade utvecklarna, eftersom med detta tillvägagångssätt kommer utvecklingen av automationssystem och automationsblock för industrin att förenklas avsevärt, och felsökning, underhåll och modernisering av utrustning kommer att bli mycket lättare - flexibel. Även om en sensor misslyckas behöver du inte leta efter exakt samma alls, det räcker med att välja en analog med motsvarande utsignaler.

Mätningar av omgivningstemperatur, motorvarvtal, vätsketryck, provets mekaniska belastning, luftfuktighet, etc. — utförs ofta genom att bearbeta kontinuerliga analoga signaler som tas emot från relevanta sensorer, medan den kontinuerliga driften av den anslutna enheten automatiskt korrigeras: värmeelement, frekvensomformare, pump, press, etc.

Den vanligaste analoga signalen är antingen en spänningssignal som sträcker sig från 0 till 10 V eller en strömsignal som sträcker sig från 4 till 20 mA.

Spänningskontroll från 0 till 10 V

När en enhetlig spänningssignal på 0 till 10 V används, är denna kontinuerliga sekvens av 0 till 10 V spänningar associerad med en serie uppmätta fysiska storheter, såsom tryck eller temperatur.

Antag att temperaturen ändras från -30 till +125°C medan spänningen ändras från 0 till 10V, med 0 volt motsvarande en temperatur på -30°C och 10 volt till +125°C. Detta kan vara temperaturen på reaktanten eller arbetsstycket, och mellantemperaturvärdena kommer att ha strikt definierade spänningsvärden inom det specificerade området. Här är förhållandet inte nödvändigtvis linjärt.

På så sätt är det möjligt att styra olika enheter samt få övervakningsinformation. Till exempel har en radiator med en termisk sensor en analog utgång för att visa den aktuella temperaturen: 0 V — temperaturen på radiatorns yta är + 25 ° C eller lägre, 10 V — temperaturen har nått + 125 ° C — högsta tillåtna.

Eller genom att applicera en spänning från 0 till 10 V från styrenheten till den analoga ingången på pumpen, justerar vi gastrycket i behållaren: 0 V — trycket är lika med atmosfäriskt, 5 V — trycket är 2 atm, 10 V — 4 atm., på samma sätt kan du styra värmeanordningar, metallskärmaskiner, ventiler och andra beslag och ställdon för olika ändamål.

Strömkontroll (4 till 20 mA strömslinga)

Den andra typen av enhetlig analog signal för automationsstyrning är en 4-20 mA strömsignal som kallas en «strömslinga». Denna signal används också för att ta emot signaler från olika sensorer för att styra frekvensomriktarna.

Till skillnad från en spänningssignal tillåter signalens nuvarande karaktär att den sänds utan distorsion över mycket större avstånd, eftersom nätspänningen faller och resistanser automatiskt kompenseras. Dessutom är det mycket lätt att diagnostisera integriteten hos överföringskretsar - om det finns ström är linjen intakt, om det inte finns någon ström finns det en öppen krets. Av denna anledning är det minsta värdet 4 mA, inte 0 mA.

Så här används en strömkälla som strömkälla för styrsignalen och inte en spänningskälla. Följaktligen måste drivenheten ha en strömingång på 4-20 mA och sensorgivaren måste ha en strömutgång.Antag att frekvensomformaren har en styrströmingång på 4-20 mA, då när en signal på 4 mA eller mindre appliceras på ingången kommer den styrda frekvensomriktaren att stanna, och när en ström på 20 mA appliceras kommer den att accelerera till full fart.

Samtidigt kan strömsensorutgångarna vara både aktiva och passiva. Oftast är utgångarna passiva, vilket innebär att det krävs en extra strömförsörjning som kopplas i serie med givaren och frekvensomriktaren. En sensor eller styrenhet med aktiv utgång kräver ingen strömförsörjning eftersom den är inbyggd.

Den analoga strömslingan är vanligare inom teknik idag än spänningssignaler. Den kan användas på avstånd på upp till flera kilometer. För att skydda utrustningen används galvanisk isolering av optoelektroniska enheter såsom optokopplare. På grund av strömkällans ofullkomlighet beror den maximala tillåtna ledningslängden (och den maximala ledningsresistansen) på spänningen från vilken strömkällan matas.

Till exempel, med en typisk matningsspänning på 12 volt, bör motståndet inte överstiga 600 ohm. Områdena för strömmar och spänningar beskrivs i GOST 26.011-80 «Mätningar och automatisering. Ingång och utgång av kontinuerlig elektrisk ström och spänning».

Primärt Signal Unification Tool - Normalization Converter

För att förena primärsignalen från sensorn — att omvandla den till en spänning från 0 till 10 V eller till en ström från 4 till 20 mA, den s.k. normaliserande omvandlare… Dessa standardiseringsomvandlare finns tillgängliga för temperatur, luftfuktighet, tryck, vikt, etc.

Funktionsprincipen för sensorn kan vara annorlunda: kapacitiv, induktiv, resistiv, termoelement, etc. För enkelhetens skull vid vidare bearbetning av signalen måste emellertid utgången uppfylla föreningskraven. Det är därför sensorer ofta är utrustade med standardomvandlare av det uppmätta värdet till ström eller spänning.