אותות אנלוגיים מאוחדים במערכות אוטומציה

כאשר אנו יוצרים מערכת אוטומציה עבור תהליך טכנולוגי מסוים, אנו צריכים איכשהו לחבר חיישנים והתקני אות אחרים - עם מפעילים, עם ממירים, עם בקרים וכו'. האחרונים, ככלל, מקבלים אות מהחיישן בצורה של מתח או זרם בסדר גודל מסוים (במקרה של אותות אנלוגיים), או בצורה של פולסים עם פרמטרי זמן מסוימים (במקרה של אותות דיגיטליים).

הפרמטרים של האותות החשמליים הללו חייבים להתאים בצורה מאוד מוגדרת לפרמטרים של הכמות הפיזית שהחיישן מתקן, כך שהשליטה במכשיר הקצה תהיה נאותה למשימת האוטומציה.

כמובן שהכי נוח לאחד אותות אנלוגיים מחיישנים שונים, כך שהבקרים יקבלו גמישות, כך שהמשתמש לא יצטרך לבחור את סוג הממשק האישי שלו לכל חיישן וחיישן משלו לכל ממשק.

תנו לאופי של אותות הקלט-פלט להתאחד, החליטו היזמים, שכן בגישה זו פיתוח מערכות אוטומציה ובלוקי אוטומציה לתעשייה יפשט מאוד, ופתרון תקלות, תחזוקה ומודרניזציה של הציוד יהפכו להרבה יותר קלים - גמישים. גם אם חיישן אחד נכשל, אתה לא צריך לחפש את אותו אחד בדיוק, זה יהיה מספיק כדי לבחור אנלוגי עם אותות הפלט המתאימים.

מדידות של טמפרטורת הסביבה, מהירות מנוע, לחץ נוזלים, מתח מכני לדוגמא, לחות אוויר וכו'. - מבוצעים לרוב על ידי עיבוד אותות אנלוגיים רציפים המתקבלים מהחיישנים הרלוונטיים, בעוד שהפעולה הרציפה של המכשיר המחובר מתוקנת אוטומטית: גוף חימום, ממיר תדרים, משאבה, מכבש וכו'.

האות האנלוגי הנפוץ ביותר הוא אות מתח הנעים בין 0 ל-10 וולט או אות זרם הנע בין 4 ל-20 mA.

בקרת מתח מ-0 עד 10 וולט

כאשר נעשה שימוש באות מתח מאוחד של 0 עד 10 וולט, אזי הרצף הרציף הזה של מתחים של 0 עד 10 וולט קשור לסדרה של כמויות פיזיקליות מדודות, כגון לחץ או טמפרטורה.

נניח שהטמפרטורה משתנה מ-30 ל-125 מעלות צלזיוס בעוד המתח משתנה מ-0 ל-10 וולט, כאשר 0 וולט מתאים לטמפרטורה של -30 מעלות צלזיוס ו-10 וולט ל-125 מעלות צלזיוס. זו יכולה להיות הטמפרטורה של מגיב או חומר העבודה, ולערכי טמפרטורת הביניים יהיו ערכי מתח מוגדרים בקפדנות בטווח שצוין. כאן הקשר אינו בהכרח ליניארי.

כך ניתן לשלוט במכשירים שונים וכן לקבל מידע ניטור. לדוגמה, לרדיאטור עם חיישן תרמי יש יציאה אנלוגית להצגת הטמפרטורה הנוכחית: 0 V - טמפרטורת פני השטח של הרדיאטור היא + 25 מעלות צלזיוס ומטה, 10 וולט - הטמפרטורה הגיעה ל- + 125 מעלות צלזיוס - המקסימום המותר.

או על ידי הפעלת מתח מ-0 עד 10 וולט מהבקר לכניסה האנלוגית של המשאבה, אנו מכוונים את לחץ הגז במיכל: 0 וולט - הלחץ שווה לאטמוספירה, 5 וולט - הלחץ הוא 2 אטמוספירה, 10 V - 4 atm באופן דומה, אתה יכול לשלוט על התקני חימום, מכונות חיתוך מתכת, שסתומים ואביזרים אחרים ומפעילים למטרות שונות.

בקרת זרם (לולאת זרם של 4 עד 20 mA)

הסוג השני של אות אנלוגי מאוחד לבקרת אוטומציה הוא אות זרם של 4-20 mA הנקרא "לולאת זרם". אות זה משמש גם לקליטת אותות מחיישנים שונים על מנת לשלוט בכוננים.

בניגוד לאות מתח, אופי הזרם של האות מאפשר להעביר אותו ללא עיוות על פני מרחקים גדולים בהרבה, שכן מתח הקו יורד והתנגדויות מפוצות אוטומטית. בנוסף, קל מאוד לאבחן את שלמות מעגלי השידור - אם יש זרם, אז הקו שלם, אם אין זרם, יש מעגל פתוח. מסיבה זו, הערך הקטן ביותר הוא 4 mA, לא 0 mA.

אז כאן משמש מקור זרם כמקור הכוח לאות הבקרה ולא מקור מתח. בהתאם לכך, לבקר הכונן חייב להיות כניסת זרם של 4-20 mA, ולמתמר החיישן חייב להיות פלט זרם.נניח שלממיר התדר יש כניסת זרם בקרה של 4-20 mA, אז כאשר מופעל אות של 4 mA או פחות לכניסה, הכונן המבוקר ייעצר, וכאשר מופעל זרם של 20 mA, הוא יאיץ ל מהירות מירבית.

בינתיים, יציאות חיישן זרם יכולות להיות אקטיביות ופסיביות כאחד. לעתים קרובות יותר, היציאות הן פסיביות, מה שאומר שנדרש ספק כוח נוסף, המחובר בסדרה עם החיישן ובקר הכונן. חיישן או בקר עם יציאה פעילה אינם דורשים אספקת חשמל מכיוון שהוא מובנה.

לולאת הזרם האנלוגית נמצאת כיום בשימוש נפוץ יותר בהנדסה מאשר אותות מתח. ניתן להשתמש בו למרחקים של עד מספר קילומטרים. כדי להגן על הציוד, נעשה שימוש בבידוד גלווני של התקנים אופטו-אלקטרוניים כגון מצמדים אופטיים. בשל חוסר השלמות של מקור הזרם, אורך הקו המרבי המותר (והתנגדות הקו המקסימלית) תלוי במתח ממנו מסופק מקור הזרם.

לדוגמה, עם מתח אספקה ​​טיפוסי של 12 וולט, ההתנגדות לא תעלה על 600 אוהם. טווחי הזרמים והמתחים מתוארים ב-GOST 26.011-80 «מדידות ואוטומציה. קלט ופלט של זרם ומתח חשמלי רציפים".

כלי איחוד אותות ראשי - ממיר נורמליזציה

כדי לאחד את האות הראשוני מהחיישן - להמיר אותו למתח מ-0 עד 10 וולט או לזרם מ-4 עד 20 mA, מה שנקרא מנרמל ממירים... ממירים סטנדרטיים אלה זמינים עבור טמפרטורה, לחות, לחץ, משקל וכו'.

עקרון הפעולה של החיישן יכול להיות שונה: קיבולי, אינדוקטיבי, התנגדות, צמד תרמי וכו'. עם זאת, לנוחות בעיבוד נוסף של האות, הפלט חייב לעמוד בדרישות האיחוד. לכן חיישנים מצוידים לעתים קרובות בממירים סטנדרטיים של הערך הנמדד לזרם או למתח.