Unifikované analogové signály v automatizačních systémech

Když vytváříme automatizační systém pro určitý technologický proces, potřebujeme nějak propojit senzory a další signální zařízení — s akčními členy, s převodníky, s regulátory atd. Ty zpravidla přijímají signál ze senzoru ve tvaru napětí nebo proudu určité velikosti (v případě analogových signálů), nebo ve formě impulsů s určitými časovými parametry (v případě digitálních signálů).

Parametry těchto elektrických signálů musí nějakým velmi určitým způsobem odpovídat parametrům fyzikální veličiny, kterou snímač fixuje, aby řízení koncového zařízení bylo adekvátní úkolu automatizace.

Nejpohodlnější je samozřejmě sjednotit analogové signály z různých senzorů, aby regulátory získaly flexibilitu, takže uživatel nemusí volit svůj individuální typ rozhraní pro každý senzor a vlastní senzor pro každé rozhraní.

Nechte sjednotit povahu vstupně-výstupních signálů, rozhodli se vývojáři, protože s tímto přístupem bude vývoj automatizačních systémů a automatizačních bloků pro průmysl výrazně zjednodušen a odstraňování problémů, údržba a modernizace zařízení se stanou mnohem jednodušší - flexibilní. I když jeden snímač selže, nemusíte vůbec hledat úplně stejný, bude stačit zvolit analog s odpovídajícími výstupními signály.

Měření okolní teploty, otáček motoru, tlaku kapaliny, mechanického namáhání vzorku, vlhkosti vzduchu atd. — se často provádějí zpracováním nepřetržitých analogových signálů přijímaných z příslušných snímačů, přičemž se automaticky koriguje nepřetržitý provoz připojeného zařízení: topné těleso, frekvenční měnič, čerpadlo, lis atd.

Nejběžnějším analogovým signálem je buď napěťový signál v rozsahu 0 až 10 V nebo proudový signál v rozsahu 4 až 20 mA.

Ovládání napětí od 0 do 10 V

Při použití jednotného napěťového signálu 0 až 10 V je tato spojitá sekvence napětí 0 až 10 V spojena s řadou měřených fyzikálních veličin, jako je tlak nebo teplota.

Předpokládejme, že se teplota změní z -30 na +125 °C, zatímco napětí se změní z 0 na 10 V, přičemž 0 V odpovídá teplotě -30 °C a 10 V až +125 °C. reaktantu nebo obrobku a hodnoty střední teploty budou mít přesně definované hodnoty napětí ve specifikovaném rozsahu. Zde vztah nemusí být nutně lineární.

Tímto způsobem je možné ovládat různá zařízení a také získávat monitorovací informace. Například radiátor s tepelným senzorem má analogový výstup pro zobrazení aktuální teploty: 0 V — teplota povrchu radiátoru je + 25 °C nebo nižší, 10 V — teplota dosáhla + 125 °C — maximální přípustné.

Nebo přivedením napětí od 0 do 10 V z ovladače na analogový vstup čerpadla upravíme tlak plynu v nádobě: 0 V — tlak se rovná atmosférickému, 5 V — tlak je 2 atm, 10 V — 4 atm., podobně můžete ovládat topná zařízení, obráběcí stroje, ventily a další armatury a pohony pro různé účely.

Řízení proudu (4 až 20 mA proudová smyčka)

Druhým typem jednotného analogového signálu pro automatizační řízení je proudový signál 4-20 mA nazývaný «proudová smyčka». Tento signál se také používá k příjmu signálů z různých snímačů za účelem řízení pohonů.

Na rozdíl od napěťového signálu umožňuje proudová povaha signálu jeho přenos bez zkreslení na mnohem větší vzdálenosti, protože úbytky síťového napětí a odpory jsou automaticky kompenzovány. Kromě toho je velmi snadné diagnostikovat integritu přenosových obvodů — pokud je tam proud, pak je vedení neporušené, pokud není proud, je tam otevřený obvod. Z tohoto důvodu je nejmenší hodnota 4 mA, nikoli 0 mA.

Zde se tedy jako zdroj energie pro řídicí signál používá zdroj proudu a ne zdroj napětí. V souladu s tím musí mít ovladač pohonu proudový vstup 4-20 mA a snímač snímače musí mít proudový výstup.Předpokládejme, že měnič kmitočtu má řídicí proudový vstup 4-20 mA, pak když je na vstup přiveden signál 4 mA nebo méně, řízený pohon se zastaví, a když je přiveden proud 20 mA, zrychlí se na plná rychlost.

Mezitím mohou být výstupy proudových senzorů aktivní i pasivní. Výstupy jsou častěji pasivní, což znamená, že je zapotřebí přídavný napájecí zdroj, který je zapojen do série se snímačem a ovladačem pohonu. Senzor nebo regulátor s aktivním výstupem nevyžaduje napájení, protože je vestavěný.

Analogová proudová smyčka se dnes ve strojírenství používá častěji než napěťové signály. Lze jej použít na vzdálenosti až několika kilometrů. K ochraně zařízení se používá galvanické oddělení optoelektronických zařízení, jako jsou optočleny. Vzhledem k nedokonalosti zdroje proudu závisí maximální povolená délka vedení (a maximální odpor vedení) na napětí, ze kterého je zdroj proudu napájen.

Například při typickém napájecím napětí 12 voltů by odpor neměl překročit 600 ohmů. Rozsahy proudů a napětí jsou popsány v GOST 26.011-80 «Měření a automatizace. Vstup a výstup trvalého elektrického proudu a napětí».

Nástroj pro sjednocení primárního signálu – Normalizační konvertor

Sjednotit primární signál ze snímače — převést ho na napětí od 0 do 10 V nebo na proud od 4 do 20 mA, tzv. normalizační převodníky… Tyto standardizační převodníky jsou k dispozici pro teplotu, vlhkost, tlak, hmotnost atd.

Princip činnosti snímače může být různý: kapacitní, indukční, odporový, termočlánek atd. Pro pohodlí při dalším zpracování signálu však musí výstup splňovat požadavky sjednocení. Proto jsou snímače často vybaveny standardními převodníky měřené hodnoty na proud nebo napětí.