Раздели на сайта
Избор на редакторите:
- Партизанско движение по време на Отечествената война от 1812 г
- Сталин е назначен за главнокомандващ на съветската армия
- Древният суверен. III. Суверенът и неговият двор. Диоклециан: Quae fuerunt vitia, mores sunt - Това, което бяха пороци, сега влезе в нравите
- Реформа на реда в Русия
- Партизанска война: историческо значение
- Рожден ден на съветската гвардия
- За историческата ситуация преди битката при Бородино
- Шишковски тайна служба
- Значението на името Ясмина в историята
- Защо сънува багер насън, книга за сънища да видиш багер какво означава?
Реклама
Как да свържете активен сензор към контролера. Практически схеми за включване на сензори. Приложение на аналогови сензори |
Сензорите с унифициран токов изход 4-20, 0-50 или 0-20 mA, които се използват най-широко в областта на индустриалната автоматизация, могат да имат различни схеми на свързване към вторичните устройства. Съвременните сензори с ниска консумация на енергия и токов изход от 4-20 mA най-често се свързват в двупроводна верига. Тоест само един кабел с две ядра е свързан към такъв сензор, чрез който този сензор се захранва и предаването се осъществява по тези две ядра. Обикновено сензорите с изход 4-20 mA и двупроводна връзка имат пасивен изход и изискват външно захранване за работа. Това захранване може да бъде вградено директно във вторичното устройство (на неговия вход) и когато сензорът е свързан към такова устройство, в сигналната верига веднага се появява ток. Устройствата, които имат захранване за сензора, вграден във входа, се наричат устройства с активен вход. Повечето съвременни вторични инструменти и контролери имат вградени захранвания за работа със сензори с пасивни изходи. Ако вторичното устройство има пасивен вход - всъщност просто резистор, от който измервателната верига на устройството "чете" спада на напрежението, пропорционален на тока, протичащ във веригата, тогава е необходим допълнителен сензор, за да работи сензорът. В този случай външното захранващо устройство е свързано последователно със сензора и вторичното устройство за прекъсване на токовия контур. Вторичните устройства обикновено се проектират и произвеждат по такъв начин, че към тях могат да бъдат свързани както двупроводни сензори 4-20 mA, така и сензори 0-5, 0-20 или 4-20 mA, свързани в трипроводна верига. За да свържете двупроводен сензор към входа на вторично устройство с три входни клеми (+ U, вход и общ), използвайте клемите "+ U" и "вход", "общият" терминал остава свободен. Тъй като сензорите, както вече беше споменато по-горе, могат да имат не само изход 4-20 mA, но например 0-5 или 0-20 mA, или те не могат да бъдат свързани в двупроводна верига поради тяхната голяма енергия консумация (повече от 3 mA), тогава се използва трипроводна схема на свързване. В този случай захранващите вериги на сензора и веригите на изходния сигнал са отделни. Сензорите с трипроводна връзка обикновено имат активен изход. Тоест, ако към сензора с активен изход се приложи захранващо напрежение и между неговия изход и общите изходни клеми е свързан товарен резистор, тогава в изходната верига ще тече ток, пропорционален на стойността на измервания параметър. Вторичните устройства обикновено имат вградено захранване с достатъчно ниска мощност за захранване на сензорите. Максималният изходен ток на вградените захранвания обикновено е в диапазона от 22-50 mA, което не винаги е достатъчно за захранване на сензори с висока консумация на енергия: електромагнитни разходомери, инфрачервени газови анализатори и др. В този случай, за да захранвате трипроводния сензор, трябва да използвате външен, по-мощен захранващ блок, който осигурява необходимата мощност. Вграденото във вторичното захранване не се използва. Подобна схема за включване на трипроводни сензори обикновено се използва, когато напрежението на източника на захранване, вграден в устройството, не съответства на захранващото напрежение, което е разрешено да се подава към този сензор. Например, вграденото захранване има изходно напрежение 24V, а сензорът може да се захранва с напрежение от 10 до 16V. Някои вторични устройства може да имат множество входни канали и захранване, което е достатъчно мощно, за да захранва външни сензори. Трябва да се помни, че общата консумация на енергия на всички сензори, свързани към такова многоканално устройство, трябва да бъде по-малка от мощността на вградения източник на захранване, предназначен за тяхното захранване. Освен това, когато се изучават техническите характеристики на устройството, е необходимо ясно да се разграничи предназначението на вградените в него захранващи блокове (източници). Един вграден източник се използва за директно захранване на самото вторично устройство - за управление на дисплея и индикаторите, изходните релета, електронната схема на устройството и др. Това захранване може да бъде доста мощно. Вторият вграден източник се използва за захранване само на входните вериги - сензорите, свързани към входовете. Преди да свържете сензора към вторично устройство, трябва внимателно да проучите инструкциите за експлоатация на това оборудване, да определите видовете входове и изходи (активни / пасивни), да проверите дали мощността, консумирана от сензора, и мощността на захранването (вградено -in или външен) съвпадат и едва след това се свързват. Действителните обозначения на входните и изходните клеми на сензорите и устройствата може да се различават от посочените по-горе. Така че клемите "In (+)" и "In (-)" могат да имат обозначението + J и -J, + 4-20 и -4-20, + In и -In и т.н. Терминалът "+ U захранване" може да бъде обозначен като + V, Supply, + 24V и т.н., терминалът "Изход" - Out, Sign, Jout, 4-20 mA и т.н., "общият" терминал - GND , -24V, 0V и т.н., но това не променя значението. Сензорите с токов изход с четирипроводна схема на свързване имат същата схема на свързване като двупроводните сензори с единствената разлика, че четирипроводните сензори се захранват чрез отделна двойка проводници. Освен това четирипроводните сензори могат да имат и двете, което трябва да се има предвид при избора на схема на свързване. Дискретни сензори Този алгоритъм ви позволява да избегнете удар при затваряне на матрицата, в противен случай тя може просто да бъде разделена на малки парчета. Същата промяна на скоростта настъпва при отваряне на матрицата. Тук вече два контактни сензора са незаменими. Приложение на аналогови сензори Фигура 2. Мост Уитстоун Свързване на аналогови сензори Аналогови сензорни изходи Но случаят, като правило, не е достатъчен с един сензор. Някои от най-популярните измервания са измерванията на температурата и налягането. Броят на такива точки в съвременните производствени мощности може да достигне няколко десетки хиляди. Съответно и броят на сензорите е голям. Следователно няколко аналогови сензора често са свързани към един контролер наведнъж. Разбира се, не няколко хиляди наведнъж, добре е, ако една дузина е различна. Тази връзка е показана на фигура 7. Фигура 7. Свързване на множество аналогови сензори към контролера Тази фигура показва как се получава напрежение от токов сигнал, подходящ за преобразуване в цифров код. Ако има няколко такива сигнала, тогава те не се обработват наведнъж, а се разделят във времето, мултиплексират, в противен случай ще трябва да се инсталира отделен ADC на всеки канал. За тази цел контролерът има верига за превключване на веригата. Функционалната схема на превключвателя е показана на фигура 8. Фигура 8. Превключвател на канала на аналогов сензор (снимка с възможност за щракване) Сигналите от токовия контур, преобразувани в напрежение през измервателния резистор (UR1 ... URn), се подават към входа на аналоговия ключ. Управляващите сигнали последователно преминават към изхода един от сигналите UR1 ... URn, които се усилват от усилвателя, и последователно пристигат на входа на ADC. Преобразуваното в цифров код напрежение се подава към контролера. Схемата, разбира се, е много опростена, но е напълно възможно да се разгледа принципът на мултиплексиране в нея. Приблизително така е изграден модулът за въвеждане на аналогови сигнали на MCTS контролери (микропроцесорна система от технически средства), произведен от PC Prolog в Смоленск. Пускането на такива контролери отдавна е прекратено, въпреки че на някои места, далеч от най-добрите, тези контролери все още служат. Тези музейни експонати се заменят с нови модели контролери, предимно вносни (китайски). Ако контролерът е монтиран в метален шкаф, препоръчително е плетеният щит да бъде свързан към точката за заземяване на шкафа. Дължината на свързващите линии може да достигне повече от два километра, което се изчислява по съответните формули. Тук няма да броим нищо, но повярвайте ми, това е така. Нови сензори, нови контролери С появата на нови контролери се появиха нови аналогови предаватели, работещи по протокола HART (Highway Addressable Remote Transducer), което се превежда като „Предавател, адресируем дистанционно през гръбнака“. Изходният сигнал на сензора (полево устройство) е аналогов токов сигнал от обхвата 4…20mA, към който се наслагва честотно модулиран (FSK - Frequency Shift Keying) цифров комуникационен сигнал. Известно е, че средната стойност на синусоидалния сигнал е равна на нула, следователно предаването на цифрова информация не влияе на изходния ток на сензора 4 ... 20 mA. Този режим се използва при конфигуриране на сензори. HART комуникацията се осъществява по два начина. В първия случай, стандартният, само две устройства могат да обменят информация чрез двупроводна линия, докато аналоговият изходен сигнал 4 ... 20mA зависи от измерената стойност. Този режим се използва при конфигуриране на полеви устройства (сензори). Във втория случай към двупроводната линия могат да бъдат свързани до 15 сензора, чийто брой се определя от параметрите на комуникационната линия и мощността на захранването. Това е режим на многоточкова комуникация. В този режим всеки сензор има свой собствен адрес в диапазона 1 ... 15, който се използва от управляващото устройство. Сензорът с адрес 0 е изключен от комуникационната линия. Обменът на данни между сензора и управляващото устройство в многотоков режим се извършва само с честотен сигнал. Текущият сигнал на сензора е фиксиран на необходимото ниво и не се променя. В случай на многоточкова комуникация, данните означават не само действителните резултати от измерването на контролирания параметър, но също така и цял набор от всякакъв вид служебна информация. На първо място, това са адресите на сензорите, командите за управление, настройките. И цялата тази информация се предава по двужични комуникационни линии. Възможно ли е да се отървем и от тях? Вярно е, че това трябва да се прави внимателно, само в случаите, когато безжичната връзка не може да повлияе на сигурността на контролирания процес. Тези технологии замениха стария аналогов токов контур. Но не се отказва от позициите си, широко се използва навсякъде, където е възможно. В процеса на автоматизация на технологичните процеси за управление на механизми и агрегати се налага да се работи с измервания на различни физически величини. Това може да бъде температура, налягане и дебит на течност или газ, честота на въртене, интензитет на светлината, информация за положението на частите на механизмите и много други. Тази информация се получава с помощта на сензори. Тук първо за позицията на частите на механизмите. Дискретни сензори Най-простият сензор е обикновен механичен контакт: вратата е отворена - контактът е отворен, затворен - затворен. Такъв прост сензор, както и дадения алгоритъм на работа, често се използва в алармите за взлом. За механизъм с транслационно движение, който има две позиции, например воден клапан, ще ви трябват два контакта: единият контакт е затворен - клапанът е затворен, другият е затворен - той е затворен. По-сложен алгоритъм на транслационно движение има механизъм за затваряне на матрицата на термопластична машина. Първоначално матрицата е отворена, това е началната позиция. В това положение готовите продукти се изваждат от формата. След това работникът затваря защитната ограда и калъпът започва да се затваря, започва нов работен цикъл. Разстоянието между половините на формата е достатъчно голямо. Следователно, отначало матрицата се движи бързо и на определено разстояние, докато половините се затворят, се задейства крайният прекъсвач, скоростта на движение се намалява значително и матрицата се затваря плавно. По този начин сензорите, базирани на контакт, са дискретни или двоични, имат две позиции, затворени - отворени, или 1 и 0. С други думи, можем да кажем, че е настъпило събитие или не. В горния пример контактите "улавят" няколко точки: началото на движението, точката на намаляване на скоростта, края на движението. В геометрията точката няма никакви измерения, само точка и това е всичко. Може или да бъде (на лист хартия, в траекторията на движение, както в нашия случай), или просто да не съществува. Следователно за откриване на точки се използват дискретни сензори. Може би сравнението с точка тук не е много подходящо, защото за практически цели използват точността на дискретен сензор и тази точност е много по-голяма от геометрична точка. Но механичният контакт сам по себе си не е надеждно нещо. Следователно, когато е възможно, механичните контакти се заменят със сензори за близост. Най-простият вариант са тръстиковите превключватели: магнитът се е приближил, контактът е затворен. Точността на работата на тръстиковия превключвател оставя много да се желае; използвайте такива сензори само за определяне на позицията на вратите. Различните сензори за близост трябва да се считат за по-сложен и точен вариант. Ако металният флаг влезе в слота, сензорът се задейства. Като пример за такива сензори могат да се цитират сензори BVK (End Contactless Switch) от различни серии. Точността на реакция (диференциал на хода) на такива сензори е 3 милиметра. Сензор от серия BVK Фигура 1. Сензор от серия BVK Захранващо напрежение на сензори BVK 24V, ток на натоварване 200mA, което е напълно достатъчно за свързване на междинни релета за по-нататъшна координация с управляващата верига. Ето как сензорите BVK се използват в различно оборудване. В допълнение към сензорите BVK се използват и сензори от тип BTP, KVP, PIP, KVD, PISCH. Всяка серия има няколко вида сензори, обозначени с номера, например BTP-101, BTP-102, BTP-103, BTP-211. Всички споменати сензори са безконтактно дискретни, като основната им цел е да определят положението на части от механизми и възли. Естествено, има много повече от тези сензори и не е възможно да се пише за всички в една статия. Различните контактни сензори са още по-често срещани и все още намират широко приложение. Приложение на аналогови сензори В допълнение към дискретните сензори, аналоговите сензори се използват широко в системите за автоматизация. Тяхната цел е да получават информация за различни физически величини и то не просто така като цяло, а в реално време. По-точно, трансформацията на физическа величина (налягане, температура, осветеност, дебит, напрежение, ток) в електрически сигнал, подходящ за предаване по комуникационни линии до контролера и по-нататъшната му обработка. Аналоговите сензори обикновено са разположени достатъчно далеч от контролера, поради което често се наричат полеви устройства. Този термин често се използва в техническата литература. Аналоговият сензор обикновено се състои от няколко части. Най-важната част е чувствителният елемент - сензорът. Целта му е да преобразува измерената стойност в електрически сигнал. Но сигналът, получен от сензора, обикновено е малък. За да се получи сигнал, подходящ за усилване, сензорът най-често се свързва към мостова верига - мост на Уитстоун. Уитстоун мост Фигура 2. Мост Уитстоун Първоначалната цел на мостовата верига е да измерва точно съпротивлението. Към диагонала на AD моста е свързан източник на постоянен ток. Чувствителен галванометър със средна точка, с нула в средата на скалата, е свързан към другия диагонал. За да измерите съпротивлението на резистора Rx чрез завъртане на тримера R2, мостът трябва да бъде балансиран, настройте иглата на галванометъра на нула. Отклонението на стрелката на устройството в една или друга посока ви позволява да определите посоката на въртене на резистора R2. Стойността на измереното съпротивление се определя от скалата, подравнена с дръжката на резистора R2. Равновесното условие за моста е равенството на съотношенията R1 / R2 и Rx / R3. В този случай се получава нулева потенциална разлика между точките BC и ток не протича през галванометъра V. Съпротивлението на резисторите R1 и R3 е избрано много точно, тяхното разпространение трябва да бъде минимално. Само в този случай дори малък дисбаланс в моста причинява достатъчно забележима промяна в напрежението на диагонала BC. Именно това свойство на моста се използва за свързване на сензорни елементи (сензори) на различни аналогови сензори. Е, тогава всичко е просто, въпрос на технология. За да се използва сигналът, получен от сензора, е необходима по-нататъшната му обработка - усилване и преобразуване в изходен сигнал, подходящ за предаване и обработка от управляваща верига - контролер. Най-често изходният сигнал на аналоговите сензори е ток (аналогов токов контур), по-рядко напрежение. Защо точно ток? Въпросът е, че изходните стъпала на аналоговите сензори се основават на източници на ток. Това ви позволява да се отървете от влиянието върху изходния сигнал на съпротивлението на свързващите линии, използвайте дълги свързващи линии. По-нататъшното преобразуване е лесно. Токовият сигнал се преобразува в напрежение, за което е достатъчно токът да премине през резистор с известно съпротивление. Спадът на напрежението през измервателния резистор се получава съгласно закона на Ом U = I * R. Например, за ток от 10 mA през резистор 100 Ohm, ще се получи напрежение от 10 * 100 = 1000 mV, колкото 1 волт! В този случай изходният ток на сензора не зависи от съпротивлението на свързващите проводници. В разумни граници, разбира се. Свързване на аналогови сензори Напрежението, получено през измервателния резистор, може лесно да се преобразува в цифрова форма, подходяща за въвеждане в контролера. Преобразуването се извършва с помощта на аналогово-цифрови преобразуватели ADC. Цифровите данни се предават към контролера чрез сериен или паралелен код. Всичко зависи от конкретната схема на свързване. Опростена схема на свързване на аналогов сензор е показана на фигура 3. Свързване на аналогов сензор Фигура 3. Свързване на аналогов сензор (щракнете върху снимката, за да я увеличите) Задвижващите механизми са свързани към контролера или самият контролер е свързан към компютър, който е част от системата за автоматизация. Естествено, аналоговите сензори имат завършен дизайн, един от елементите на който е корпус със свързващи елементи. Като пример, Фигура 4 показва външния вид на датчик за манометър тип Zond-10. Сензор за манометър Zond-10 Фигура 4. Сензор за свръхналягане Zond-10 В долната част на сензора се вижда свързващата резба за свързване към тръбопровода, а вдясно под черния капак има конектор за свързване на комуникационната линия с контролера. Връзката с резба се уплътнява с помощта на закалена медна шайба (включена в комплекта за доставка на сензора), а в никакъв случай не чрез навиване от фум лента или лен. Това се прави, за да не се деформира сензорният елемент, разположен вътре при монтажа на сензора. Аналогови сензорни изходи Според стандартите има три диапазона на токови сигнали: 0 ... 5 mA, 0 ... 20 mA и 4 ... 20 mA. Каква е разликата между тях и какви са характеристиките? Най-често зависимостта на изходния ток е право пропорционална на измерената стойност, например, колкото по-високо е налягането в тръбата, толкова по-голям е токът на изхода на сензора. Въпреки че понякога се използва обратно превключване: по-голям изходен ток съответства на минималната стойност на измерената стойност на изхода на сензора. Всичко зависи от вида на използвания контролер. Някои сензори дори имат директно към обратно превключване. Изходният сигнал от диапазона 0 ... 5mA е много малък и следователно податлив на смущения. Ако сигналът на такъв сензор се колебае при постоянна стойност на измервания параметър, тогава има препоръка да се инсталира кондензатор с капацитет 0,1 ... 1 µF успоредно на изхода на сензора. По-стабилен токов сигнал е в диапазона от 0 ... 20 mA. Но и двата диапазона не са добри, тъй като нулата в началото на скалата не ни позволява да определим недвусмислено какво се е случило. Или измереният сигнал действително взе нулево ниво, което по принцип е възможно, или комуникационната линия просто е прекъсната? Поради това те се опитват да се откажат от използването на тези диапазони, ако е възможно. Сигналът на аналогови сензори с изходен ток в диапазона от 4...20mA се счита за по-надежден. Неговата устойчивост на шум е доста висока, а долната граница, дори ако измереният сигнал има нулево ниво, ще бъде 4mA, което ни позволява да кажем, че комуникационната линия не е прекъсната. Друга добра характеристика на гамата 4 ... 20 mA е, че сензорите могат да бъдат свързани само с два проводника, тъй като това е токът, който захранва самия сензор. Това е неговият ток на потребление и в същото време измервателен сигнал. Захранването за сензори 4…20mA е включено, както е показано на фигура 5. В същото време сензорите Zond-10, както и много други, имат широк диапазон на захранващо напрежение 10…38V според паспорта, въпреки че са стабилизирани източници с напрежение 24V най-често се използват. Свързване на аналогов сензор с външно захранване Фигура 5. Свързване на аналогов сензор с външно захранване Тази диаграма съдържа следните елементи и обозначения. Rsh е резисторът на измервателния шунт, Rl1 и Rl2 са съпротивленията на комуникационните линии. За да се повиши точността на измерване, трябва да се използва прецизен измервателен резистор като Rsh. Потокът на тока от захранването е показан със стрелки. Лесно е да се види, че изходният ток на захранването преминава от клемата + 24V, през линията Rl1 достига до клемата на сензора + AO2, преминава през сензора и през изходния контакт на сензора - AO2, свързващата линия Rl2, Rsh резисторът се връща към клемата за захранване -24V. Това е всичко, веригата е затворена, токът тече. Ако контролерът съдържа 24V захранване, тогава сензорът или измервателният преобразувател могат да бъдат свързани съгласно диаграмата, показана на фигура 6. Свързване на аналогов сензор към вътрешно захранван контролер Фигура 6. Свързване на аналогов сензор към вътрешно захранван контролер Тази диаграма показва още един елемент - баластен резистор Rb. Неговата цел е да защити измервателния резистор, когато комуникационната линия е затворена или аналоговият сензор откаже. Инсталирането на резистора Rb е по избор, въпреки че е желателно. В допълнение към различни сензори, токовият изход се осигурява и от измервателни преобразуватели, които се използват доста често в системите за автоматизация. Измервателен преобразувател - устройство за преобразуване на нива на напрежение, например 220V или ток от няколко десетки или стотици ампера в токов сигнал от 4 ... 20mA. Тук нивото на електрическия сигнал просто се преобразува, а не определена физическа величина (скорост, дебит, налягане) се представя в електрическа форма. Но случаят, като правило, не е достатъчен с един сензор. Някои от най-популярните измервания са измерване на температура и налягане. Броят на такива точки в съвременните фабрики може да достигне няколко десетки Прочетете същото
В процеса на автоматизация на технологичните процеси за управление на механизми и агрегати се налага да се работи с измервания на различни физически величини. Това може да бъде температура, налягане и дебит на течност или газ, честота на въртене, интензитет на светлината, информация за положението на частите на механизмите и много други. Тази информация се получава с помощта на сензори. Тук първо за позицията на частите на механизмите. Дискретни сензори Най-простият сензор е обикновен механичен контакт: вратата е отворена - контактът е отворен, затворен - затворен. Такъв прост сензор, както и дадения алгоритъм на работа, е често. За механизъм с транслационно движение, който има две позиции, например воден клапан, ще ви трябват два контакта: единият контакт е затворен - клапанът е затворен, другият е затворен - той е затворен. По-сложен алгоритъм на транслационно движение има механизъм за затваряне на матрицата на термопластична машина. Първоначално матрицата е отворена, това е началната позиция. В това положение готовите продукти се изваждат от формата. След това работникът затваря защитната ограда и калъпът започва да се затваря, започва нов работен цикъл. Разстоянието между половините на формата е достатъчно голямо. Следователно, отначало матрицата се движи бързо и на определено разстояние, докато половините се затворят, се задейства крайният прекъсвач, скоростта на движение се намалява значително и матрицата се затваря плавно. Този алгоритъм ви позволява да избегнете удар при затваряне на матрицата, в противен случай тя може просто да бъде разделена на малки парчета. Същата промяна на скоростта настъпва при отваряне на матрицата. Тук вече два контактни сензора са незаменими. По този начин сензорите, базирани на контакт, са дискретни или двоични, имат две позиции, затворени - отворени, или 1 и 0. С други думи, можем да кажем, че е настъпило събитие или не. В горния пример контактите "улавят" няколко точки: началото на движението, точката на намаляване на скоростта, края на движението. В геометрията точката няма никакви измерения, само точка и това е всичко. Може или да бъде (на лист хартия, в траекторията на движение, както в нашия случай), или просто да не съществува. Следователно за откриване на точки се използват дискретни сензори. Може би сравнението с точка тук не е много подходящо, защото за практически цели използват точността на дискретен сензор и тази точност е много по-голяма от геометрична точка. Но механичният контакт сам по себе си не е надеждно нещо. Следователно, когато е възможно, механичните контакти се заменят със сензори за близост. Най-простият вариант са тръстиковите превключватели: магнитът се е приближил, контактът е затворен. Точността на работата на тръстиковия превключвател оставя много да се желае; използвайте такива сензори само за определяне на позицията на вратите. Различните сензори за близост трябва да се считат за по-сложен и точен вариант. Ако металният флаг влезе в слота, сензорът се задейства. Като пример за такива сензори могат да се цитират сензори BVK (End Contactless Switch) от различни серии. Точността на реакция (диференциал на хода) на такива сензори е 3 милиметра. Фигура 1. Сензор от серия BVK Захранващо напрежение на сензори BVK 24V, ток на натоварване 200mA, което е напълно достатъчно за свързване на междинни релета за по-нататъшна координация с управляващата верига. Ето как сензорите BVK се използват в различно оборудване. В допълнение към сензорите BVK се използват и сензори от тип BTP, KVP, PIP, KVD, PISCH. Всяка серия има няколко вида сензори, обозначени с номера, например BTP-101, BTP-102, BTP-103, BTP-211. Всички споменати сензори са безконтактно дискретни, като основната им цел е да определят положението на части от механизми и възли. Естествено, има много повече от тези сензори и не е възможно да се пише за всички в една статия. Различните контактни сензори са още по-често срещани и все още намират широко приложение. Приложение на аналогови сензори В допълнение към дискретните сензори, аналоговите сензори се използват широко в системите за автоматизация. Тяхната цел е да получават информация за различни физически величини и то не просто така като цяло, а в реално време. По-точно, трансформацията на физическа величина (налягане, температура, осветеност, дебит, напрежение, ток) в електрически сигнал, подходящ за предаване по комуникационни линии до контролера и по-нататъшната му обработка. Аналоговите сензори обикновено са разположени достатъчно далеч от контролера, поради което често се наричат полеви устройства... Този термин често се използва в техническата литература. Аналоговият сензор обикновено се състои от няколко части. Най-важната част е сензорният елемент - сензор... Целта му е да преобразува измерената стойност в електрически сигнал. Но сигналът, получен от сензора, обикновено е малък. За да се получи сигнал, подходящ за усилване, сензорът най-често се включва в мостова верига - Уитстоун мост. Фигура 2. Мост Уитстоун Първоначалната цел на мостовата верига е да измерва точно съпротивлението. Към диагонала на AD моста е свързан източник на постоянен ток. Чувствителен галванометър със средна точка, с нула в средата на скалата, е свързан към другия диагонал. За да измерите съпротивлението на резистора Rx чрез завъртане на тримера R2, мостът трябва да бъде балансиран, настройте иглата на галванометъра на нула. Отклонението на стрелката на устройството в една или друга посока ви позволява да определите посоката на въртене на резистора R2. Стойността на измереното съпротивление се определя от скалата, подравнена с дръжката на резистора R2. Равновесното условие за моста е равенството на съотношенията R1 / R2 и Rx / R3. В този случай се получава нулева потенциална разлика между точките BC и ток не протича през галванометъра V. Съпротивлението на резисторите R1 и R3 е избрано много точно, тяхното разпространение трябва да бъде минимално. Само в този случай дори малък дисбаланс в моста причинява достатъчно забележима промяна в напрежението на диагонала BC. Именно това свойство на моста се използва за свързване на сензорни елементи (сензори) на различни аналогови сензори. Е, тогава всичко е просто, въпрос на технология. За да се използва сигналът, получен от сензора, е необходима по-нататъшната му обработка - усилване и преобразуване в изходен сигнал, подходящ за предаване и обработка от управляващата верига - контролер... Най-често изходният сигнал на аналоговите сензори е ток (аналогов токов контур), по-рядко напрежение. Защо точно ток? Въпросът е, че изходните стъпала на аналоговите сензори се основават на източници на ток. Това ви позволява да се отървете от влиянието върху изходния сигнал на съпротивлението на свързващите линии, използвайте дълги свързващи линии. По-нататъшното преобразуване е лесно. Токовият сигнал се преобразува в напрежение, за което е достатъчно токът да премине през резистор с известно съпротивление. Спадът на напрежението през измервателния резистор се получава съгласно закона на Ом U = I * R. Например, за ток от 10 mA през резистор 100 Ohm, ще се получи напрежение от 10 * 100 = 1000 mV, колкото 1 волт! В този случай изходният ток на сензора не зависи от съпротивлението на свързващите проводници. В разумни граници, разбира се. Свързване на аналогови сензори Напрежението, получено през измервателния резистор, може лесно да се преобразува в цифрова форма, подходяща за въвеждане в контролера. Преобразуването се извършва с аналогово-цифрови преобразуватели ADC. Цифровите данни се предават към контролера чрез сериен или паралелен код. Всичко зависи от конкретната схема на свързване. Опростена схема на свързване на аналогов сензор е показана на фигура 3. Фигура 3. Свързване на аналогов сензор (щракнете върху снимката, за да я увеличите) Задвижващите механизми са свързани към контролера или самият контролер е свързан към компютър, който е част от системата за автоматизация. Естествено, аналоговите сензори имат завършен дизайн, един от елементите на който е корпус със свързващи елементи. Като пример, Фигура 4 показва външния вид на датчик за манометър тип Zond-10. Фигура 4. Сензор за свръхналягане Zond-10 В долната част на сензора се вижда свързващата резба за свързване към тръбопровода, а вдясно под черния капак има конектор за свързване на комуникационната линия с контролера. Връзката с резба се уплътнява с помощта на закалена медна шайба (включена в комплекта за доставка на сензора), а в никакъв случай не чрез навиване от фум лента или лен. Това се прави, за да не се деформира сензорният елемент, разположен вътре при монтажа на сензора. Аналогови сензорни изходи Според стандартите има три диапазона на токови сигнали: 0 ... 5 mA, 0 ... 20 mA и 4 ... 20 mA. Каква е разликата между тях и какви са характеристиките? Най-често зависимостта на изходния ток е право пропорционална на измерената стойност, например, колкото по-високо е налягането в тръбата, толкова по-голям е токът на изхода на сензора. Въпреки че понякога се използва обратно превключване: по-голям изходен ток съответства на минималната стойност на измерената стойност на изхода на сензора. Всичко зависи от вида на използвания контролер. Някои сензори дори имат директно към обратно превключване. Изходният сигнал от диапазона 0 ... 5mA е много малък и следователно податлив на смущения. Ако сигналът на такъв сензор се колебае при постоянна стойност на измервания параметър, тогава има препоръка да се инсталира кондензатор с капацитет 0,1 ... 1 µF успоредно на изхода на сензора. По-стабилен токов сигнал е в диапазона от 0 ... 20 mA. Но и двата диапазона не са добри, тъй като нулата в началото на скалата не ни позволява да определим недвусмислено какво се е случило. Или измереният сигнал действително взе нулево ниво, което по принцип е възможно, или комуникационната линия просто е прекъсната? Поради това те се опитват да се откажат от използването на тези диапазони, ако е възможно. Сигналът на аналогови сензори с изходен ток в диапазона от 4...20mA се счита за по-надежден. Неговата устойчивост на шум е доста висока, а долната граница, дори ако измереният сигнал има нулево ниво, ще бъде 4mA, което ни позволява да кажем, че комуникационната линия не е прекъсната. Друга добра характеристика на гамата 4 ... 20 mA е, че сензорите могат да бъдат свързани само с два проводника, тъй като това е токът, който захранва самия сензор. Това е неговият ток на потребление и в същото време измервателен сигнал. Захранването за сензори 4…20mA е включено, както е показано на фигура 5. В същото време сензорите Zond-10, както и много други, имат широк диапазон на захранващо напрежение 10…38V според паспорта, въпреки че са най-често се използва с напрежение 24V. Фигура 5. Свързване на аналогов сензор с външно захранване Тази диаграма съдържа следните елементи и обозначения. Rsh е резисторът на измервателния шунт, Rl1 и Rl2 са съпротивленията на комуникационните линии. За да се повиши точността на измерване, трябва да се използва прецизен измервателен резистор като Rsh. Потокът на тока от захранването е показан със стрелки. Лесно е да се види, че изходният ток на захранването преминава от клемата + 24V, през линията Rl1 достига до клемата на сензора + AO2, преминава през сензора и през изходния контакт на сензора - AO2, свързващата линия Rl2, Rsh резисторът се връща към клемата за захранване -24V. Това е всичко, веригата е затворена, токът тече. Ако контролерът съдържа 24V захранване, тогава сензорът или измервателният преобразувател могат да бъдат свързани съгласно диаграмата, показана на фигура 6. Фигура 6. Свързване на аналогов сензор към вътрешно захранван контролер Тази диаграма показва още един елемент - баластен резистор Rb. Неговата цел е да защити измервателния резистор, когато комуникационната линия е затворена или аналоговият сензор откаже. Инсталирането на резистора Rb е по избор, въпреки че е желателно. В допълнение към различни сензори, токовият изход се осигурява и от измервателни преобразуватели, които се използват доста често в системите за автоматизация. Измервателен преобразувател- устройство за преобразуване на нива на напрежение, например 220V или ток от няколко десетки или стотици ампера в токов сигнал от 4 ... 20mA. Тук нивото на електрическия сигнал просто се преобразува, а не определена физическа величина (скорост, дебит, налягане) се представя в електрическа форма. Но случаят, като правило, не е достатъчен с един сензор. Някои от най-популярните измервания са измерванията на температурата и налягането. Броят на такива точки в съвременните производствени мощности може да достигне няколко десетки хиляди. Съответно и броят на сензорите е голям. Следователно няколко аналогови сензора често са свързани към един контролер наведнъж. Разбира се, не няколко хиляди наведнъж, добре е, ако една дузина е различна. Тази връзка е показана на фигура 7. Фигура 7. Свързване на множество аналогови сензори към контролера Тази фигура показва как се получава напрежение от токов сигнал, подходящ за преобразуване в цифров код. Ако има няколко такива сигнала, тогава те не се обработват наведнъж, а се разделят във времето, мултиплексират, в противен случай ще трябва да се инсталира отделен ADC на всеки канал. За тази цел контролерът има верига за превключване на веригата. Функционалната схема на превключвателя е показана на фигура 8. Фигура 8. Превключвател на канала на аналогов сензор (снимка с възможност за щракване) Сигналите от токовия контур, преобразувани в напрежение през измервателния резистор (UR1 ... URn), се подават към входа на аналоговия ключ. Управляващите сигнали последователно преминават към изхода един от сигналите UR1 ... URn, които се усилват от усилвателя, и последователно пристигат на входа на ADC. Преобразуваното в цифров код напрежение се подава към контролера. Схемата, разбира се, е много опростена, но е напълно възможно да се разгледа принципът на мултиплексиране в нея. Приблизително така е изграден модулът за въвеждане на аналогови сигнали на MCTS контролери (микропроцесорна система от технически средства), произведен от PC Prolog в Смоленск. Външният изглед на MCTS контролера е показан на Фигура 9. Фигура 9. MCTS контролер Пускането на такива контролери отдавна е прекратено, въпреки че на някои места, далеч от най-добрите, тези контролери все още служат. Тези музейни експонати се заменят с нови модели контролери, предимно вносни (китайски). Ако контролерът е монтиран в метален шкаф, препоръчително е плетеният щит да бъде свързан към точката за заземяване на шкафа. Дължината на свързващите линии може да достигне повече от два километра, което се изчислява по съответните формули. Тук няма да броим нищо, но повярвайте ми, това е така. Нови сензори, нови контролери С появата на нови контролери и нови аналогови HART предавателиДистанционен преобразувател с адресируем по магистрала. Изходният сигнал на сензора (полево устройство) е аналогов токов сигнал от обхвата 4…20mA, към който се наслагва честотно модулиран (FSK - Frequency Shift Keying) цифров комуникационен сигнал. Фигура 10. Изходен сигнал на аналогов сензор HART Фигурата показва аналогов сигнал, а около него, като змия, се навива синусоида. Това е честотно модулиран сигнал. Но това изобщо не е цифров сигнал, той все още не е разпознат. На фигурата се забелязва, че честотата на синусоидата при предаване на логическа нула е по-висока (2.2KHz), отколкото при предаване на единица (1.2KHz). Тези сигнали се предават чрез синусоидален ток с амплитуда ± 0,5 mA. Известно е, че средната стойност на синусоидалния сигнал е равна на нула, следователно предаването на цифрова информация не влияе на изходния ток на сензора 4 ... 20 mA. Този режим се използва при конфигуриране на сензори. HART комуникацията се осъществява по два начина. В първия случай, стандартният, само две устройства могат да обменят информация чрез двупроводна линия, докато аналоговият изходен сигнал 4 ... 20mA зависи от измерената стойност. Този режим се използва при конфигуриране на полеви устройства (сензори). Във втория случай към двупроводната линия могат да бъдат свързани до 15 сензора, чийто брой се определя от параметрите на комуникационната линия и мощността на захранването. Това е режим на многоточкова комуникация. В този режим всеки сензор има свой собствен адрес в диапазона 1 ... 15, който се използва от управляващото устройство. Сензорът с адрес 0 е изключен от комуникационната линия. Обменът на данни между сензора и управляващото устройство в многотоков режим се извършва само с честотен сигнал. Текущият сигнал на сензора е фиксиран на необходимото ниво и не се променя. В случай на многоточкова комуникация, данните означават не само действителните резултати от измерването на контролирания параметър, но също така и цял набор от всякакъв вид служебна информация. На първо място, това са адресите на сензорите, командите за управление, настройките. И цялата тази информация се предава по двужични комуникационни линии. Възможно ли е да се отървем и от тях? Вярно е, че това трябва да се прави внимателно, само в случаите, когато безжичната връзка не може да повлияе на сигурността на контролирания процес. Оказва се, че можете да се отървете от жиците. Още през 2007 г. беше публикуван стандартът WirelessHART, предавателната среда е нелицензираната честота 2,4 GHz, на която работят много компютърни безжични устройства, включително безжични локални мрежи. Следователно WirelessHART устройствата могат да се използват без ограничения. Фигура 11 показва безжична мрежа WirelessHART. Фигура 11. WirelessHART мрежа Тези технологии замениха стария аналогов токов контур. Но не се отказва от позициите си, широко се използва навсякъде, където е възможно. Основи на работата на токов контур 4..20 mAОт 50-те години на миналия век текущият контур се използва за предаване на данни от измервателни преобразуватели за целите на наблюдение и контрол. С ниска цена на изпълнение, висока устойчивост на шум и способност за предаване на сигнали на дълги разстояния, токовият контур се оказа особено удобен за работа в промишлени условия. Този материал е посветен на описанието на основните принципи на текущия цикъл, основите на дизайна, настройката. Използване на ток за прехвърляне на данни от инвертора Индустриалните сензори често използват токов сигнал за предаване на данни, за разлика от повечето други преобразуватели, като термодвойки или тензодатчици, които използват сигнално напрежение. Въпреки факта, че преобразувателите, използващи напрежение като параметър за пренос на информация, всъщност се използват ефективно в много индустриални задачи, има редица приложения, при които използването на токови характеристики е за предпочитане. Значителен недостатък при използване на напрежение за предаване на сигнал в промишлени условия е отслабването на сигнала по време на предаването му на дълги разстояния поради наличието на съпротивление на проводни комуникационни линии. Можете, разбира се, да използвате високия входен импеданс на устройствата, за да избегнете загуба на сигнал. Такива устройства обаче ще бъдат много чувствителни към шум, генериран от близки двигатели, задвижващи ремъци или предаватели. Според първия закон на Кирхоф сумата от токовете, вливащи се във възел, е равна на сумата от токовете, изтичащи от възел. Фиг. 1. В съответствие с първия закон на Кирхоф, токът в началото на веригата е равен на тока в нейния край. Това е основният принцип, на който работи измервателният контур.Измерването на тока навсякъде в текущата верига (измервателен контур) дава същия резултат. Чрез използването на токови сигнали с нисък импеданс и приемници за събиране на данни, индустриалните приложения могат да се възползват значително от подобрената устойчивост на шум и увеличената дължина на връзката. Компоненти на токов контур Фиг. 2. Функционална диаграма на текущия цикъл. DC захранване осигурява захранване на системата. Предавателят регулира тока в проводниците в диапазона от 4 до 20 mA, където 4 mA представлява жива нула, а 20 mA представлява максималния сигнал. За да ви помогнем да разберете по-добре принципа на текущия цикъл, помислете например за дизайн на системата с преобразувател, който има следните спецификации: Преобразувателят се използва за измерване на налягането Нека започнем с избора на подходящ преобразувател. Текущ дизайн на системата Избор на конвертор Първата стъпка в проектирането на текуща система е изборът на преобразувател. Независимо от вида на измерваната стойност (дебит, налягане, температура и др.), важен фактор при избора на трансмитер е неговото работно напрежение. Само свързването на захранването към преобразувателя дава възможност да се регулира количеството на тока в комуникационната линия. Стойността на напрежението на захранването трябва да бъде в допустими граници: повече от минималната необходима, по-малка от максималната стойност, което може да доведе до повреда на инвертора. За текущата система, показана в примера, избраният преобразувател измерва налягане и има работно напрежение от 12 до 30 V. Когато преобразувателят е избран, е необходимо правилно да се измери текущия сигнал, за да се осигури точно представяне на налягането, приложено към предавателя. Избор на устройство за събиране на данни за измерване на тока Важен аспект, на който трябва да се обърне внимание при изграждането на токова система, е да се предотврати появата на токов контур в заземяващата верига. Често срещана техника в такива случаи е изолацията. Използвайки изолация, можете да избегнете влиянието на заземяващия контур, чието възникване е обяснено на фиг. 3. Фиг. 3. Заземителен контур Заземяващите контури се образуват, когато два терминала са свързани във верига на различни потенциални места. Тази разлика води до появата на допълнителен ток в комуникационната линия, което може да доведе до грешки в измерванията. Тъй като ток не може да протича през изолационната бариера, точките на заземяване на усилвателя и източника на сигнал са с еднакъв потенциал. Това елиминира възможността за неволно създаване на заземителен контур. Фиг. 4. Синфазно напрежение и напрежение на сигнала в изолирана верига Изолацията също така предотвратява повреда на колектора на данни при наличие на високи напрежения в общ режим. Общият режим е напрежение с една и съща полярност, което присъства и на двата входа на инструменталния усилвател. Например на фиг.4. както положителните (+), така и отрицателните (-) входове на усилвателя имат +14 V напрежение в общ режим. Много колектори на данни имат максимален входен диапазон от ± 10 V. Ако колекторът на данни не е изолиран и напрежението в общ режим е извън максималния входен диапазон, можете да повредите устройството. Въпреки че нормалното (сигнално) напрежение на входа на усилвателя на фигура 4 е само +2 V, добавянето на +14 V може да доведе до +16 V С изолация общата точка на усилвателя е електрически отделена от заземяващия еталон. Във веригата на фигура 4 потенциалът в общата точка на усилвателя е "повдигнат" до ниво от +14 V. Тази техника води до факта, че стойността на входното напрежение пада от 16 до 2 V. Сега данните събиране, устройството вече не е изложено на риск от повреда от пренапрежение. (Обърнете внимание, че изолаторите имат максималното честотно напрежение, което могат да отхвърлят.) След като колекторът на данни е изолиран и защитен, последната стъпка в завършването на текущия цикъл е да изберете подходящо захранване. Избор на захранване Лесно е да определите кое захранване най-добре отговаря на вашите нужди. Когато работите в токов контур, захранването трябва да доставя напрежение, равно или по-голямо от сумата от спада на напрежението във всички елементи на системата. Колекторът на данни в нашия пример използва прецизен шунт за измерване на тока. I * R = U С шунт със съпротивление 249 Ω можем да премахнем напрежение в диапазона от 1 до 5 V, като свържем напрежението на входа на устройството за събиране на данни със стойността на изходния сигнал на преобразувателя за налягане. 12V + 5V = 17V На пръв поглед е достатъчно напрежение от 17 V. Необходимо е обаче да се вземе предвид допълнителното натоварване на захранването, което се създава от проводници, които имат електрическо съпротивление. Съпротивлението на едно ядро с дължина 2000 фута е 2000 * 2,62 / 100 = 52,4 m. Ако сте използвали 17 V за захранване на тази верига, напрежението, подадено към преобразувателя за налягане, ще бъде под минималното работно напрежение поради спада в съпротивлението на проводника и шунтиращия резистор. Изборът на типично 24V захранване ще задоволи изискванията за мощност на преобразувателя. Освен това има резерв за напрежение, за да се постави сензорът за налягане на по-голямо разстояние. С избора на правилния трансдюсер, устройство за събиране, дължини на кабела и захранване, дизайнът на простия токов контур е завършен. За по-сложни приложения можете да включите допълнителни канали за измерване в системата. |
Прочети: |
---|
Популярен:
Нов
- Изненада за любим човек на рождения му ден - идеи за най-добрите изненади за човек
- Правилно хранене за деца с гастрит - какво е възможно и какво не?
- Полът на детето по сърдечен ритъм - възможно ли е да се разбере?
- Определяне на пола на детето по сърдечен ритъм
- Как да си направим диета за дете с гастрит: общи препоръки
- ВСИЧКО за остеохондроза: какво е това, причини, симптоми, видове, лечение
- Какъв е правилният начин да се държиш с човек, така че да се влюби?
- Богатири на руската земя - списък, история и интересни факти
- Организация на бизнес дейности
- "Неизвестни" руски герои