Ühtsed analoogsignaalid automaatikasüsteemides

Kui loome teatud tehnoloogilise protsessi jaoks automatiseerimissüsteemi, peame andurid ja muud signaaliseadmed kuidagi ühendama — täiturmehhanismidega, muunduritega, kontrolleritega jne. Viimased saavad reeglina andurilt signaali kujul. teatud suurusjärgu pinge või vooluga (analoogsignaalide puhul) või teatud ajaparameetritega impulsside kujul (digitaalsignaalide puhul).

Nende elektriliste signaalide parameetrid peavad mingil väga täpselt vastama anduri fikseeritava füüsikalise suuruse parameetritele, et lõppseadme juhtimine oleks automatiseerimise ülesandeks adekvaatne.

Loomulikult on kõige mugavam unifitseerida analoogsignaale erinevatest anduritest, et kontrollerid saaksid paindlikumaks, nii et kasutaja ei peaks valima iga anduri jaoks oma individuaalset liidese tüüpi ja iga liidese jaoks oma andurit.

Laske sisend-väljundsignaalide olemus ühtlustada, otsustasid arendajad, kuna selle lähenemisviisiga lihtsustatakse tööstuse automaatikasüsteemide ja automaatikaplokkide väljatöötamist oluliselt ning seadmete tõrkeotsing, hooldus ja moderniseerimine muutub palju lihtsamaks - paindlikuks. Isegi kui üks andur ebaõnnestub, ei pea te üldse samasugust otsima, piisab, kui valida vastavate väljundsignaalidega analoog.

Ümbritseva õhu temperatuuri, mootori pöörlemiskiiruse, vedeliku rõhu, proovi mehaanilise pinge, õhuniiskuse jne mõõtmised. — teostatakse sageli vastavatelt anduritelt saadud pidevate analoogsignaalide töötlemise teel, kusjuures ühendatud seadme pidevat tööd korrigeeritakse automaatselt: kütteelement, sagedusmuundur, pump, press jne.

Kõige tavalisem analoogsignaal on kas pingesignaal vahemikus 0 kuni 10 V või voolusignaal vahemikus 4 kuni 20 mA.

Pinge juhtimine 0 kuni 10 V

Kui kasutatakse ühtset 0–10 V pingesignaali, seostatakse see pidev 0–10 V pingete jada mõõdetud füüsikaliste suuruste, näiteks rõhu või temperatuuri jadaga.

Oletame, et temperatuur muutub vahemikus -30 kuni +125 °C, samal ajal kui pinge muutub 0 kuni 10 V, kusjuures 0 volti vastab temperatuurile -30 °C ja 10 volti kuni +125 °C. See võib olla seadme temperatuur. reagendi või töödeldava detaili ja vahepealsete temperatuuride väärtustel on rangelt määratletud pinge väärtused määratud vahemikus. Siin ei pruugi suhe olla lineaarne.

Nii on võimalik juhtida nii erinevaid seadmeid kui hankida seireinfot. Näiteks termoanduriga radiaatoril on analoogväljund praeguse temperatuuri kuvamiseks: 0 V — radiaatori pinna temperatuur on + 25 °C või madalam, 10 V — temperatuur on jõudnud + 125 °C — maksimaalne lubatud.

Või rakendades regulaatorilt pumba analoogsisendile pinget 0 kuni 10 V, reguleerime gaasi rõhku anumas: 0 V — rõhk on võrdne atmosfäärirõhuga, 5 V — rõhk on 2 atm, 10 V — 4 atm., samamoodi saate juhtida kütteseadmeid, metallilõikepinke, ventiile ja muid liitmikke ja ajamid erinevatel eesmärkidel.

Voolu juhtimine (4 kuni 20 mA vooluahel)

Teist tüüpi ühtne analoogsignaal automaatika juhtimiseks on 4-20 mA voolusignaal, mida nimetatakse "vooluahelaks". Seda signaali kasutatakse ka erinevatelt anduritelt signaalide vastuvõtmiseks ajamite juhtimiseks.

Erinevalt pingesignaalist võimaldab signaali voolu iseloom seda moonutusteta edastada palju suurematele vahemaadele, kuna liini pingelangused ja takistused kompenseeritakse automaatselt. Lisaks on väga lihtne diagnoosida ülekandeahelate terviklikkust — kui on vool, siis on liin terve, kui voolu pole, on vooluring lahti. Sel põhjusel on väikseim väärtus 4 mA, mitte 0 mA.

Seega kasutatakse siin juhtsignaali toiteallikana vooluallikat, mitte pingeallikat. Vastavalt sellele peab ajami kontrolleril olema 4-20 mA voolusisend ja anduri muunduril vooluväljund.Oletame, et sagedusmuunduri juhtvoolu sisend on 4-20 mA, siis kui sisendisse suunatakse 4 mA või vähem signaal, siis juhitav ajam peatub ja 20 mA voolu rakendamisel kiireneb see täiskiirus.

Samal ajal võivad vooluanduri väljundid olla nii aktiivsed kui passiivsed. Enamasti on väljundid passiivsed, mis tähendab, et on vaja täiendavat toiteallikat, mis on ühendatud anduri ja ajami kontrolleriga järjestikku. Aktiivse väljundiga andur või kontroller ei vaja toiteallikat, kuna see on sisseehitatud.

Analoogvooluahelat kasutatakse tänapäeval inseneritöös sagedamini kui pingesignaale. Seda saab kasutada kuni mitme kilomeetri kaugusel. Seadmete kaitsmiseks kasutatakse optoelektrooniliste seadmete, nagu optronid, galvaanilist isolatsiooni. Vooluallika ebatäiuslikkuse tõttu sõltub maksimaalne lubatud liini pikkus (ja maksimaalne liinitakistus) pingest, millest vooluallikat toidetakse.

Näiteks tüüpilise 12-voldise toitepinge korral ei tohiks takistus ületada 600 oomi. Voolude ja pingete vahemikke on kirjeldatud GOST 26.011-80 «Mõõtmised ja automatiseerimine. Pideva elektrivoolu ja pinge sisend ja väljund».

Peamine signaali ühendamise tööriist – normaliseerimismuundur

Andurilt tuleva primaarsignaali unifitseerimiseks — selle muundamiseks pingeks 0 kuni 10 V või vooluks 4 kuni 20 mA kasutatakse nn. muundurite normaliseerimine… Need standardiseerivad muundurid on saadaval temperatuuri, niiskuse, rõhu, kaalu jne jaoks.

Anduri tööpõhimõte võib olla erinev: mahtuvuslik, induktiivne, takistuslik, termopaar jne. Signaali edasise töötlemise mugavuse huvides peab väljund siiski vastama ühendamisnõuetele. Seetõttu on andurid sageli varustatud standardsete mõõdetud väärtuse muunduritega vooluks või pingeks.