Uniforme analoge signalen in automatiseringssystemen

Wanneer we een automatiseringssysteem creëren voor een bepaald technologisch proces, moeten we op de een of andere manier sensoren en andere signaalapparaten verbinden - met actuatoren, met converters, met controllers, enz. Deze laatste ontvangen in de regel een signaal van de sensor in de vorm van een spanning of stroom van een bepaalde grootte (in het geval van analoge signalen), of in de vorm van pulsen met bepaalde tijdparameters (in het geval van digitale signalen).

De parameters van deze elektrische signalen moeten op een zeer bepaalde manier overeenkomen met de parameters van de fysieke grootheid die de sensor vastlegt, zodat de besturing van het eindapparaat geschikt is voor de taak van automatisering.

Natuurlijk is het het handigst om analoge signalen van verschillende sensoren te verenigen, zodat de controllers aan flexibiliteit winnen, zodat de gebruiker niet voor elke sensor zijn eigen type interface en voor elke interface zijn eigen sensor hoeft te kiezen.

Laat de aard van de input-outputsignalen uniform worden, besloten de ontwikkelaars, aangezien met deze aanpak de ontwikkeling van automatiseringssystemen en automatiseringsblokken voor de industrie aanzienlijk zal worden vereenvoudigd, en het oplossen van problemen, onderhoud en modernisering van apparatuur veel eenvoudiger zal worden - flexibel. Zelfs als één sensor uitvalt, hoeft u helemaal niet naar exact dezelfde te zoeken, het is voldoende om een ​​analoog te kiezen met de bijbehorende uitgangssignalen.

Metingen van omgevingstemperatuur, motortoerental, vloeistofdruk, mechanische belasting van monsters, luchtvochtigheid, enz. — worden vaak uitgevoerd door continue analoge signalen te verwerken die worden ontvangen van de relevante sensoren, terwijl de continue werking van het aangesloten apparaat automatisch wordt gecorrigeerd: verwarmingselement, frequentieomvormer, pomp, pers, enz.

Het meest gebruikelijke analoge signaal is een spanningssignaal van 0 tot 10 V of een stroomsignaal van 4 tot 20 mA.

Spanningsregeling van 0 tot 10 V

Wanneer een uniform spanningssignaal van 0 tot 10 V wordt gebruikt, wordt deze continue reeks van spanningen van 0 tot 10 V geassocieerd met een reeks gemeten fysieke grootheden, zoals druk of temperatuur.

Stel dat de temperatuur verandert van -30 tot +125°C terwijl de spanning verandert van 0 tot 10V, waarbij 0 volt overeenkomt met een temperatuur van -30°C en 10 volt tot +125°C. reactant of het werkstuk, en de tussenliggende temperatuurwaarden hebben strikt gedefinieerde spanningswaarden van het gespecificeerde bereik. Hier is de relatie niet noodzakelijkerwijs lineair.

Op deze manier is het mogelijk om verschillende apparaten aan te sturen en controle-informatie te verkrijgen. Een radiator met een thermische sensor heeft bijvoorbeeld een analoge uitgang om de huidige temperatuur weer te geven: 0 V — de temperatuur van het oppervlak van de radiator is + 25 ° C of lager, 10 V — de temperatuur heeft + 125 ° C bereikt — het maximaal toelaatbare.

Of door een spanning van 0 tot 10 V aan te leggen van de controller op de analoge ingang van de pomp, passen we de gasdruk in de container aan: 0 V - de druk is gelijk aan atmosferisch, 5 V - de druk is 2 atm, 10 V — 4 atm. op dezelfde manier kunt u verwarmingstoestellen, metaalsnijmachines, kleppen en andere appendages en actuatoren voor verschillende doeleinden aansturen.

Stroomregeling (stroomlus van 4 tot 20 mA)

Het tweede type verenigd analoog signaal voor automatiseringsbesturing is een 4-20 mA stroomsignaal dat een «stroomlus» wordt genoemd. Dit signaal wordt ook gebruikt om signalen van verschillende sensoren te ontvangen om de aandrijvingen aan te sturen.

In tegenstelling tot een spanningssignaal, zorgt de huidige aard van het signaal ervoor dat het zonder vervorming over veel grotere afstanden kan worden verzonden, aangezien de lijnspanning daalt en weerstanden automatisch worden gecompenseerd. Bovendien is het heel eenvoudig om de integriteit van transmissiecircuits te diagnosticeren - als er stroom is, is de lijn intact, als er geen stroom is, is er een open circuit. Daarom is de kleinste waarde 4 mA, niet 0 mA.

Hier wordt dus een stroombron gebruikt als stroombron voor het stuursignaal en geen spanningsbron. Dienovereenkomstig moet de aandrijfcontroller een stroomingang van 4-20 mA hebben en moet de sensortransducer een stroomuitgang hebben.Stel dat de frequentieomvormer een stuurstroomingang heeft van 4-20 mA, dan zal de geregelde aandrijving stoppen wanneer een signaal van 4 mA of minder op de ingang wordt toegepast, en wanneer een stroom van 20 mA wordt aangelegd, zal deze versnellen tot volle snelheid.

Ondertussen kunnen de huidige sensoruitgangen zowel actief als passief zijn. Meestal zijn de uitgangen passief, wat betekent dat er een extra voeding nodig is, die in serie is geschakeld met de sensor en de aandrijfcontroller. Een sensor of controller met een actieve uitgang heeft geen voeding nodig omdat deze is ingebouwd.

De analoge stroomlus wordt tegenwoordig vaker gebruikt in de techniek dan spanningssignalen. Het kan worden gebruikt op afstanden tot enkele kilometers. Om de apparatuur te beschermen, wordt galvanische isolatie van opto-elektronische apparaten zoals optocouplers gebruikt. Vanwege de imperfectie van de stroombron is de maximaal toegestane lijnlengte (en de maximale lijnweerstand) afhankelijk van de spanning waarmee de stroombron wordt gevoed.

Bij een typische voedingsspanning van 12 volt mag de weerstand bijvoorbeeld niet hoger zijn dan 600 ohm. De bereiken van stromen en spanningen worden beschreven in GOST 26.011-80 «Metingen en automatisering. Input en output van continue elektrische stroom en spanning».

Primaire signaalunificatietool - Normalisatie-omzetter

Om het primaire signaal van de sensor te verenigen - om het om te zetten in een spanning van 0 tot 10 V of in een stroom van 4 tot 20 mA, de zogenaamde normaliserende converters… Deze standaardiserende omvormers zijn beschikbaar voor temperatuur, vochtigheid, druk, gewicht, enz.

Het werkingsprincipe van de sensor kan verschillen: capacitief, inductief, resistief, thermokoppel, etc. Voor het gemak van verdere verwerking van het signaal moet de uitvoer echter voldoen aan de unificatievereisten. Daarom zijn sensoren vaak uitgerust met standaard omzetters van de gemeten waarde in stroom of spanning.