سنسورهای گسسته

این الگوریتم به شما امکان می دهد هنگام بستن قالب از ضربه جلوگیری کنید، در غیر این صورت به سادگی می توان آن را به قطعات کوچک تقسیم کرد. همین تغییر سرعت در هنگام باز کردن قالب اتفاق می افتد. در اینجا دو سنسور تماس دیگر کافی نیست.

کاربرد سنسورهای آنالوگ

شکل 2. پل وتستون

اتصال سنسورهای آنالوگ

خروجی سنسور آنالوگ

اما، به عنوان یک قاعده، تنها یک سنسور کافی نیست. برخی از رایج ترین اندازه گیری ها اندازه گیری دما و فشار است. تعداد چنین نقاطی در هر تولید مدرنمی تواند به چند ده هزار برسد. بر این اساس تعداد سنسورها نیز زیاد است. بنابراین، چندین سنسور آنالوگ اغلب به یک کنترل کننده متصل می شوند. البته نه چند هزار در یک زمان، خوب است اگر ده ها متفاوت باشند. چنین اتصالی در شکل 7 نشان داده شده است.

شکل 7. اتصال چندین سنسور آنالوگ به کنترلر

این شکل نشان می دهد که چگونه یک ولتاژ مناسب برای تبدیل به کد دیجیتال از سیگنال جریان بدست می آید. اگر چندین سیگنال وجود داشته باشد، همه آنها به یکباره پردازش نمی شوند، بلکه به موقع از هم جدا می شوند و مالتی پلکس می شوند، در غیر این صورت باید یک ADC جداگانه در هر کانال نصب شود.

برای این منظور کنترل کننده دارای مدار سوئیچینگ مدار می باشد. نمودار عملکردیسوئیچ در شکل 8 نشان داده شده است.

شکل 8. سوئیچ کانال سنسور آنالوگ (عکس قابل کلیک)

سیگنال های حلقه جریان، تبدیل به ولتاژ در مقاومت اندازه گیری (UR1...URn)، به ورودی سوئیچ آنالوگ تغذیه می شوند. سیگنال های کنترلی به طور متناوب به یکی از سیگنال های UR1...URn که توسط تقویت کننده تقویت می شوند به خروجی منتقل می شوند و به طور متناوب به ورودی ADC می رسند. ولتاژ تبدیل شده به کد دیجیتال به کنترل کننده عرضه می شود.

این طرح، البته، بسیار ساده است، اما می توان اصل چندگانه سازی را در آن در نظر گرفت. ماژول ورودی سیگنال های آنالوگ کنترلرهای MSTS (سیستم ریزپردازنده) تقریباً به این صورت است. وسایل فنی) تولید شده توسط کامپیوتر اسمولنسک "Prolog".

تولید چنین کنترلرهایی مدت هاست که متوقف شده است، اگرچه در برخی مکان ها، به دور از بهترین، این کنترلرها هنوز هم کار می کنند. این نمایشگاه‌های موزه با کنترل‌کننده‌های مدل‌های جدید، عمدتاً وارداتی (چینی) جایگزین می‌شوند.

اگر کنترلر در یک کابینت فلزی نصب شده است، توصیه می شود نوارهای محافظ را به نقطه اتصال زمین کابینت متصل کنید. طول خطوط اتصالمی تواند به بیش از دو کیلومتر برسد که با استفاده از فرمول های مناسب محاسبه می شود. ما اینجا چیزی حساب نمی کنیم، اما باور کنید، این درست است.

سنسورهای جدید، کنترلرهای جدید

با ورود کنترلرهای جدید، حسگرهای آنالوگ جدیدی نیز ظاهر شدند که با استفاده از پروتکل HART (Highway Addressable Remote Transducer) کار می کنند، که به عنوان «مبدل اندازه گیری آدرس دهی از راه دور از طریق بزرگراه» ترجمه می شود.

سیگنال خروجی سنسور (دستگاه میدان) یک سیگنال جریان آنالوگ در محدوده 4 ... 20 میلی آمپر است که بر روی آن یک سیگنال ارتباطی دیجیتال مدوله شده با فرکانس (FSK - Frequency Shift Keying) سوار می شود.

مشخص است که مقدار متوسط ​​سیگنال سینوسی صفر است، بنابراین، انتقال اطلاعات دیجیتال بر جریان خروجی سنسور 4 ... 20 میلی آمپر تأثیر نمی گذارد. این حالت هنگام پیکربندی سنسورها استفاده می شود.

ارتباط HART به دو صورت انجام می شود. در مورد اول، استاندارد، فقط دو دستگاه می توانند اطلاعات را از طریق یک خط دو سیم مبادله کنند، در حالی که سیگنال آنالوگ خروجی 4 ... 20 میلی آمپر به مقدار اندازه گیری شده بستگی دارد. این حالت هنگام پیکربندی دستگاه های میدانی (حسگرها) استفاده می شود.

در حالت دوم، حداکثر 15 سنسور را می توان به یک خط دو سیم متصل کرد که تعداد آنها با پارامترهای خط ارتباطی و قدرت منبع تغذیه تعیین می شود. این حالت چند نقطه ای است. در این حالت هر سنسور دارای آدرس مخصوص به خود در محدوده 1...15 است که توسط آن دستگاه کنترل به آن دسترسی پیدا می کند.

سنسور با آدرس 0 از خط ارتباطی جدا شده است. تبادل داده بین سنسور و دستگاه کنترل در حالت چند نقطه ای فقط توسط یک سیگنال فرکانس انجام می شود. سیگنال فعلی سنسور در سطح مورد نیاز ثابت است و تغییر نمی کند.

در مورد ارتباطات چند نقطه ای، داده نه تنها به معنای نتایج اندازه گیری واقعی پارامتر نظارت شده است، بلکه مجموعه کاملی از انواع اطلاعات خدمات را نیز به همراه دارد.

اول از همه، اینها آدرس های حسگر، دستورات کنترلی و پارامترهای پیکربندی هستند. و تمام این اطلاعات از طریق خطوط ارتباطی دو سیمه منتقل می شود. آیا می توان از شر آنها نیز خلاص شد؟ درست است، این باید با دقت انجام شود، فقط در مواردی که اتصال بی سیم نمی تواند بر ایمنی فرآیند کنترل شده تأثیر بگذارد.

این فناوری ها جایگزین حلقه جریان آنالوگ قدیمی شده اند. اما موقعیت خود را رها نمی کند، هر جا که ممکن است به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.

در فرآیند اتوماسیون فرآیندهای تکنولوژیکیبرای کنترل مکانیسم ها و واحدها، باید با اندازه گیری کمیت های فیزیکی مختلف سر و کار داشت. این می تواند دما، فشار و جریان مایع یا گاز، سرعت چرخش، شدت نور، اطلاعات در مورد موقعیت قطعات مکانیزم و موارد دیگر باشد. این اطلاعات با استفاده از حسگرها به دست می آید. در اینجا، ابتدا در مورد موقعیت قطعات مکانیزم ها.

سنسورهای گسسته

ساده ترین سنسور یک تماس مکانیکی معمولی است: درب باز می شود - تماس باز می شود، بسته می شود - بسته می شود. چنین حسگر ساده و همچنین الگوریتم عملیاتی داده شده، اغلب در مورد استفاده قرار می گیرد آلارم های امنیتی. برای مکانیزمی با حرکت انتقالی، که دارای دو موقعیت است، به عنوان مثال یک شیر آب، به دو تماس نیاز دارید: یک تماس بسته است - دریچه بسته است، دیگری بسته است - بسته است.

یک الگوریتم پیچیده تر برای حرکت انتقالی دارای مکانیزمی برای بستن قالب ترموپلاستیک ماشین خودکار است. در ابتدا، قالب باز است، این موقعیت شروع است. در این حالت از قالب خارج می شوند کالاهای تمام شده. در مرحله بعد، کارگر محافظ ایمنی را می بندد و قالب شروع به بسته شدن می کند و یک چرخه کاری جدید شروع می شود.

فاصله بین نیمه های قالب بسیار زیاد است. بنابراین ابتدا قالب به سرعت حرکت می کند و در فاصله ای قبل از بسته شدن نیمه ها، کلید حد فعال می شود، سرعت حرکت به میزان قابل توجهی کاهش می یابد و قالب به آرامی بسته می شود.

بنابراین، حسگرهای مبتنی بر تماس گسسته یا باینری هستند، دارای دو موقعیت بسته - باز یا 1 و 0 هستند. به عبارت دیگر، می توان گفت که یک رویداد رخ داده است یا خیر. در مثال بالا، چندین نقطه توسط مخاطبین "گرفتار" شده است: شروع حرکت، نقطه کاهش سرعت، پایان حرکت.

در هندسه، نقطه هیچ ابعادی ندارد، فقط یک نقطه است و بس. این می تواند (روی یک تکه کاغذ، در مسیر حرکت، مانند مورد ما) باشد یا به سادگی وجود نداشته باشد. بنابراین از حسگرهای گسسته برای تشخیص نقاط استفاده می شود. شاید مقایسه با یک نقطه در اینجا چندان مناسب نباشد، زیرا برای اهداف عملی از دقت پاسخ یک حسگر گسسته استفاده می کنند و این دقت بسیار بیشتر از نقطه هندسی است.

اما خود تماس مکانیکی غیر قابل اعتماد است. بنابراین، در صورت امکان، کنتاکت های مکانیکی با سنسورهای بدون تماس جایگزین می شوند. ساده ترین گزینه سوئیچ های نی است: آهنربا نزدیک می شود، تماس بسته می شود. دقت سوئیچ نی باعث می شود که چنین حسگرهایی فقط برای تعیین موقعیت درها مورد استفاده قرار گیرند.

سنسورهای مختلف بدون تماس را باید گزینه پیچیده تر و دقیق تری در نظر گرفت. اگر پرچم فلزی وارد شکاف شود، سنسور فعال می شود. نمونه ای از این سنسورها سنسورهای BVK (سوئیچ حد نزدیکی) سری های مختلف است. دقت پاسخ (دیفرانسیل سفر) چنین سنسورهایی 3 میلی متر است.

سنسور سری BVK

شکل 1. سنسور سری BVK

ولتاژ تغذیه سنسورهای BVK 24 ولت است، جریان بار 200 میلی آمپر است که برای اتصال رله های میانی برای هماهنگی بیشتر با مدار کنترل کاملاً کافی است. اینگونه است که سنسورهای BVK در تجهیزات مختلف استفاده می شود.

علاوه بر سنسورهای BVK از سنسورهایی از انواع BTP، KVP، PIP، KVD، PISH نیز استفاده می شود. هر سری دارای چندین نوع سنسور است که با اعداد مشخص شده اند، به عنوان مثال، BTP-101، BTP-102، BTP-103، BTP-211.

تمام سنسورهای ذکر شده گسسته غیر تماسی هستند، هدف اصلی آنها تعیین موقعیت قطعات مکانیزم ها و مجموعه ها است. طبیعتاً تعداد بیشتری از این حسگرها وجود دارد که نمی توان در مورد همه آنها در یک مقاله نوشت. حتی رایج تر و هنوز هم یافت می شود کاربرد گستردهسنسورهای تماس مختلف

کاربرد سنسورهای آنالوگ

علاوه بر سنسورهای گسسته، سنسورهای آنالوگ به طور گسترده در سیستم های اتوماسیون استفاده می شوند. هدف آنها به دست آوردن اطلاعات در مورد مقادیر مختلف فیزیکی است، و نه فقط به طور کلی، بلکه در زمان واقعی. به طور دقیق تر تحول کمیت فیزیکی(فشار، دما، روشنایی، جریان، ولتاژ، جریان) به یک سیگنال الکتریکی مناسب برای انتقال از طریق خطوط ارتباطی به کنترل کننده و پردازش بیشتر آن.

سنسورهای آنالوگ معمولاً بسیار دور از کنترلر قرار دارند، به همین دلیل است که اغلب آنها را دستگاه های میدانی می نامند. این اصطلاح اغلب در ادبیات فنی استفاده می شود.

یک سنسور آنالوگ معمولا از چند قسمت تشکیل شده است. بیشترین بخش اصلیاین یک عنصر حساس است - یک سنسور. هدف آن تبدیل مقدار اندازه گیری شده به سیگنال الکتریکی است. اما سیگنال دریافتی از سنسور معمولا کم است. برای به دست آوردن سیگنال مناسب برای تقویت، سنسور اغلب در یک مدار پل - پل وتستون قرار می گیرد.

پل وتستون

شکل 2. پل وتستون

هدف اصلی مدار پل اندازه گیری دقیق مقاومت است. منبع به مورب پل AD متصل است جریان مستقیم. یک گالوانومتر حساس با نقطه میانی، با صفر در وسط مقیاس، به مورب دیگر متصل است. برای اندازه گیری مقاومت مقاومت Rx، با چرخاندن مقاومت تنظیم R2، باید به تعادل پل رسیده و سوزن گالوانومتر را روی صفر قرار دهید.

انحراف پیکان ابزار در یک جهت یا دیگری به شما امکان می دهد جهت چرخش مقاومت R2 را تعیین کنید. مقدار مقاومت اندازه گیری شده توسط مقیاس ترکیب شده با دسته مقاومت R2 تعیین می شود. شرط تعادل برای پل برابری نسبت های R1/R2 و Rx/R3 است. در این حالت بین نقاط BC اختلاف پتانسیل صفر به دست می آید و جریانی از گالوانومتر V عبور نمی کند.

مقاومت مقاومت های R1 و R3 بسیار دقیق انتخاب شده است، گسترش آنها باید حداقل باشد. فقط در این مورد، حتی یک عدم تعادل کوچک پل باعث تغییر نسبتاً قابل توجهی در ولتاژ مورب BC می شود. این ویژگی پل است که برای اتصال عناصر حساس (حسگرها) سنسورهای آنالوگ مختلف استفاده می شود. خوب، پس همه چیز ساده است، یک موضوع تکنیک است.

برای استفاده از سیگنال دریافتی از سنسور، نیاز به پردازش بیشتر - تقویت و تبدیل به سیگنال خروجی مناسب برای انتقال و پردازش توسط مدار کنترل - کنترلر است. اغلب سیگنال خروجی سنسورهای آنالوگ جریان (حلقه جریان آنالوگ) و کمتر ولتاژ است.

چرا فعلی؟ واقعیت این است که مراحل خروجی سنسورهای آنالوگ بر اساس منابع جریان ساخته شده است. این به شما امکان می دهد از تأثیر مقاومت خطوط اتصال بر روی سیگنال خروجی خلاص شوید و از خطوط اتصال طولانی استفاده کنید.

تبدیل بیشتر بسیار ساده است. سیگنال جریان به ولتاژ تبدیل می شود که برای آن کافی است جریان را از یک مقاومت با مقاومت شناخته شده عبور دهید. افت ولتاژ در مقاومت اندازه گیری طبق قانون اهم U=I*R به دست می آید.

به عنوان مثال، برای جریان 10 میلی آمپر روی یک مقاومت با مقاومت 100 اهم، ولتاژ 10 * 100 = 1000 میلی ولت، به اندازه 1 ولت خواهد بود! در این حالت، جریان خروجی سنسور به مقاومت سیم های اتصال بستگی ندارد. البته در محدوده معقول.

اتصال سنسورهای آنالوگ

ولتاژ به دست آمده در مقاومت اندازه گیری را می توان به راحتی به ولتاژ تبدیل کرد نمای دیجیتال، مناسب برای ورودی به کنترلر. تبدیل با استفاده از مبدل های آنالوگ به دیجیتال (ADC) انجام می شود.

داده های دیجیتال توسط کد سریال یا موازی به کنترل کننده منتقل می شود. این همه به مدار سوئیچینگ خاص بستگی دارد. نمودار اتصال ساده شده سنسور آنالوگدر شکل 3 نشان داده شده است.

اتصال سنسور آنالوگ

شکل 3. اتصال سنسور آنالوگ (برای بزرگنمایی روی تصویر کلیک کنید)

عملگرها به کنترلر وصل می شوند یا خود کنترلر به کامپیوتری که در سیستم اتوماسیون موجود است وصل می شود.

طبیعتا سنسورهای آنالوگ طراحی کاملی دارند که یکی از عناصر آن یک محفظه با عناصر اتصال است. به عنوان مثال، شکل 4 ظاهر یک سنسور فشار بیش از حد از نوع Zond-10 را نشان می دهد.

سنسور فشار بیش از حد Zond-10

شکل 4. سنسور فشار بیش از حد Zond-10

در پایین سنسور می توانید رشته اتصال برای اتصال به خط لوله را مشاهده کنید و در سمت راست زیر پوشش مشکی یک رابط برای اتصال خط ارتباطی با کنترلر وجود دارد.

آب بندی اتصال رشته ایبا استفاده از واشر ساخته شده از مس آنیل شده (که در بسته تحویل سنسور موجود است) و نه با سیم پیچی از نوار دود یا کتان ساخته شده است. این کار به گونه ای انجام می شود که هنگام نصب سنسور، عنصر سنسور واقع در داخل تغییر شکل ندهد.

خروجی سنسور آنالوگ

طبق استانداردها، سه محدوده سیگنال جریان وجود دارد: 0 ... 5 میلی آمپر، 0 ... 20 میلی آمپر و 4 ... 20 میلی آمپر. تفاوت آنها چیست و چه ویژگی هایی دارند؟

بیشتر اوقات ، وابستگی جریان خروجی مستقیماً با مقدار اندازه گیری شده متناسب است ، به عنوان مثال ، هر چه فشار در لوله بیشتر باشد ، جریان در خروجی سنسور بیشتر است. اگرچه گاهی اوقات از سوئیچینگ معکوس استفاده می شود: یک جریان خروجی بزرگتر مربوط می شود حداقل مقدارمقدار اندازه گیری شده در خروجی سنسور همه چیز به نوع کنترلر مورد استفاده بستگی دارد. برخی از سنسورها حتی یک سوئیچ از سیگنال مستقیم به معکوس دارند.

سیگنال خروجی در محدوده 0...5mA بسیار کوچک است و بنابراین مستعد تداخل است. اگر سیگنال چنین سنسوری نوسان کند در حالی که مقدار پارامتر اندازه گیری شده بدون تغییر باقی بماند، توصیه می شود یک خازن با ظرفیت 0.1 ... 1 μF را به موازات خروجی سنسور نصب کنید. سیگنال فعلی در محدوده 0 ... 20 میلی آمپر پایدارتر است.

اما هر دوی این محدوده‌ها بد هستند، زیرا صفر در ابتدای مقیاس به ما اجازه نمی‌دهد بدون ابهام تعیین کنیم که چه اتفاقی افتاده است. یا سیگنال اندازه گیری شده واقعاً به سطح صفر رسیده است که در اصل امکان پذیر است یا خط ارتباطی به سادگی شکسته شده است؟ بنابراین در صورت امکان سعی می کنند از استفاده از این محدوده ها خودداری کنند.

سیگنال سنسورهای آنالوگ با جریان خروجی در محدوده 4 ... 20 میلی آمپر قابل اطمینان تر در نظر گرفته می شود. ایمنی نویز آن بسیار بالا است و حد پایین، حتی اگر سیگنال اندازه گیری شده سطح صفر داشته باشد، 4 میلی آمپر خواهد بود، که به ما اجازه می دهد بگوییم که خط ارتباطی شکسته نشده است.

یکی دیگر از ویژگی های خوب محدوده 4 ... 20 میلی آمپر این است که سنسورها را می توان تنها با استفاده از دو سیم متصل کرد، زیرا این جریانی است که خود سنسور را تغذیه می کند. این مصرف فعلی آن و در عین حال یک سیگنال اندازه گیری است.

منبع تغذیه سنسورها در محدوده 4 ... 20 میلی آمپر روشن است، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است. در عین حال، حسگرهای Zond-10، مانند بسیاری دیگر، مطابق با برگه داده خود، محدوده ولتاژ تغذیه گسترده ای 10 دارند. ... 38 ولت، اگرچه منابع تثبیت شده با ولتاژ 24 ولت اغلب استفاده می شود.

اتصال سنسور آنالوگ با منبع خارجیتغذیه

شکل 5. اتصال سنسور آنالوگ با منبع تغذیه خارجی

این نمودار شامل عناصر و نمادهای زیر است. Rsh مقاومت شنت اندازه گیری است، Rl1 و Rl2 مقاومت خطوط ارتباطی هستند. برای افزایش دقت اندازه گیری، باید از یک مقاومت اندازه گیری دقیق به عنوان Rsh استفاده شود. جریان جریان از منبع تغذیه با فلش نشان داده شده است.

به راحتی می توان دید که جریان خروجی منبع تغذیه از ترمینال +24 ولت عبور می کند، از طریق خط Rl1 به ترمینال سنسور + AO2 می رسد، از سنسور عبور می کند و از طریق کنتاکت خروجی سنسور - AO2، خط اتصال Rl2، مقاومت Rsh به ترمینال منبع تغذیه -24 ولت برمی گردد. تمام است، مدار بسته است، جریان جریان دارد.

اگر کنترل کننده دارای منبع تغذیه 24 ولتی باشد، اتصال سنسور یا مبدل اندازه گیری طبق نمودار نشان داده شده در شکل 6 امکان پذیر است.

اتصال سنسور آنالوگ به کنترل کننده با منبع تغذیه داخلی

شکل 6. اتصال سنسور آنالوگ به کنترل کننده با منبع تغذیه داخلی

این نمودار یک عنصر دیگر را نشان می دهد - مقاومت بالاست Rb. هدف آن محافظت از مقاومت اندازه گیری در صورت اتصال کوتاه در خط ارتباطی یا نقص در عملکرد سنسور آنالوگ است. نصب مقاومت Rb اختیاری است، اگرچه مطلوب است.

علاوه بر سنسورهای مختلف، مبدل های اندازه گیری دارای خروجی جریان نیز هستند که اغلب در سیستم های اتوماسیون استفاده می شوند.

مبدل اندازه گیری وسیله ای برای تبدیل سطوح ولتاژ، به عنوان مثال، 220 ولت یا جریان چند ده یا صد آمپر به سیگنال جریان 4 ... 20 میلی آمپر است. در اینجا، سطح سیگنال الکتریکی به سادگی تبدیل می شود، و نه نمایش مقداری فیزیکی (سرعت، جریان، فشار) به شکل الکتریکی.

اما، به عنوان یک قاعده، تنها یک سنسور کافی نیست. برخی از محبوب ترین اندازه گیری ها اندازه گیری دما و فشار است. تعداد چنین نقاطی در تولید مدرن می تواند به چند ده برسد

همچنین بخوانید

• انواع لامپ های دیواری و ویژگی های استفاده از آنها
• درباره اختلاف پتانسیل، نیروی الکتروموتور و ولتاژ
• چه چیزی را می توان با متر تعیین کرد، به جز مصرف برق
• در مورد معیارهای ارزیابی کیفیت محصولات الکتریکی
• چه چیزی برای یک خانه خصوصی بهتر است - ورودی تک فاز یا سه فاز؟
• نحوه انتخاب تثبیت کننده ولتاژ برای یک خانه روستایی
• اثر پلتیه: اثر جادویی جریان الکتریکی
• تمرین سیم کشی و اتصال کابل های تلویزیون در یک آپارتمان - ویژگی های فرآیند
• مشکلات سیم کشی برق: چه باید کرد و چگونه آنها را برطرف کرد؟
• لامپ های فلورسنت T5: چشم انداز و مشکلات کاربرد
• بلوک های سوکت جمع شونده: تمرین استفاده و اتصال
• تقویت کننده های الکترونیکی قسمت 2. تقویت کننده های صوتی
• عملکرد صحیح تجهیزات الکتریکی و سیم کشی در یک خانه روستایی
• نکات کلیدی در مورد استفاده از ولتاژ ایمن در خانه
• ابزار و وسایل لازم برای مبتدیان برای تحصیل الکترونیک
• خازن ها: هدف، دستگاه، اصل کار
• مقاومت تماس گذرا چیست و چگونه با آن مقابله کنیم
• رله های ولتاژ: آنها چه هستند، چگونه انتخاب و وصل شوند؟
• چه چیزی برای یک خانه خصوصی بهتر است - ورودی تک فاز یا سه فاز؟
• خازن ها در مدارهای الکترونیکی بخش 2. ارتباطات بین مرحله ای، فیلترها، ژنراتورها
• چگونه از راحتی در هنگام ناکافی بودن شبکه برق اطمینان حاصل کنیم
• هنگام خرید دستگاه در فروشگاه، چگونه می توان از سالم بودن آن مطمئن بود؟
• نحوه انتخاب مقطع سیم برای شبکه های روشنایی 12 ولت
• روش اتصال آبگرمکن و پمپ در مواقعی که برق شبکه کافی نیست
• سلف ها و میدان های مغناطیسی بخش 2. القای الکترومغناطیسی و اندوکتانس
• تقویت کننده های عملیاتی قسمت 2: Op-Amp ایده آل
• میکروکنترلرها (هدف، دستگاه، نرم افزار) چیست؟
• افزایش عمر لامپ فلورسنت فشرده (خانه دار)
• مدارهایی برای تعویض تقویت کننده های عملیاتی بدون بازخورد
• تعویض تابلو برق آپارتمان
• چرا نمی توان مس و آلومینیوم را در سیم کشی برق ترکیب کرد؟

از دهه 1950، حلقه های جریان برای انتقال داده ها از فرستنده ها در برنامه های نظارت و کنترل استفاده شده است. با هزینه های پایین اجرا، ایمنی بالای نویز و توانایی انتقال سیگنال در فواصل طولانی، ثابت شده است که حلقه فعلی برای کار در محیط های صنعتی مناسب است. این ماده به شرح اصول اولیه عملکرد حلقه جاری، اصول طراحی و پیکربندی اختصاص دارد.

استفاده از جریان برای انتقال داده از مبدل

سنسورهای صنعتی اغلب از سیگنال جریان برای انتقال داده ها استفاده می کنند، بر خلاف بسیاری از مبدل های دیگر، مانند ترموکوپل ها یا کرنش سنج ها، که از سیگنال ولتاژ استفاده می کنند. با وجود این واقعیت که مبدل هایی که از ولتاژ به عنوان پارامتری برای انتقال اطلاعات استفاده می کنند، در واقع به طور موثر در بسیاری از موارد استفاده می شود. وظایف تولید، طیف وسیعی از برنامه ها وجود دارد که استفاده از ویژگی های فعلی ترجیح داده می شود. یک عیب قابل توجه در استفاده از ولتاژ برای انتقال سیگنال در محیط های صنعتی، ضعیف شدن سیگنال در هنگام ارسال در فواصل طولانی به دلیل وجود مقاومت است. خطوط سیمارتباطات البته می توانید از دستگاه های امپدانس ورودی بالا برای دور زدن افت سیگنال استفاده کنید. با این حال، چنین دستگاه هایی نسبت به نویز تولید شده توسط موتورهای مجاور، تسمه های محرک یا فرستنده های پخش بسیار حساس خواهند بود.

طبق قانون اول کیرشهوف، مجموع جریان هایی که به یک گره می ریزند برابر است با مجموع جریان هایی که از گره خارج می شوند.
در تئوری، جریانی که در ابتدای مدار جریان دارد باید به طور کامل به انتهای خود برسد.
همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. 1.

عکس. 1. مطابق قانون اول کیرشهوف، جریان ابتدای مدار برابر با جریان انتهای آن است.

این اصل اساسی است که حلقه اندازه گیری بر اساس آن عمل می کند. با استفاده از سیگنال‌های فعلی و گیرنده‌های اکتساب داده با امپدانس ورودی کم، برنامه‌های صنعتی می‌توانند از بهبود ایمنی نویز و افزایش طول پیوند بهره‌مند شوند.

اجزای حلقه فعلی
اجزای اصلی یک حلقه جریان عبارتند از منبع DC، سنسور، دستگاه جمع‌آوری داده و سیم‌هایی که آنها را در یک ردیف به هم متصل می‌کنند، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است.

شکل 2. نمودار عملکردی حلقه جاری.

یک منبع DC برق سیستم را تامین می کند. مبدل جریان در سیم ها را از 4 تا 20 میلی آمپر تنظیم می کند که 4 میلی آمپر نشان دهنده صفر زنده و 20 میلی آمپر نشان دهنده حداکثر سیگنال است.
0 میلی آمپر (بدون جریان) به معنای مدار باز است. دستگاه اکتساب داده میزان جریان تنظیم شده را اندازه گیری می کند. یک روش موثر و دقیق برای اندازه‌گیری جریان، نصب یک مقاومت شنت دقیق در ورودی تقویت‌کننده ابزار دقیق دستگاه جمع‌آوری داده‌ها (در شکل 2) است تا جریان را به یک ولتاژ اندازه‌گیری تبدیل کند و در نهایت نتیجه‌ای را به دست آورد که به وضوح منعکس کننده سیگنال در خروجی مبدل.

برای کمک به درک بهتر اصل عملکرد یک حلقه جریان، به عنوان مثال، یک طراحی سیستم با مبدلی که دارای مشخصات فنی زیر است را در نظر بگیرید:

مبدل برای اندازه گیری فشار استفاده می شود
مبدل در فاصله 2000 فوتی دستگاه اندازه گیری قرار دارد
جریان اندازه گیری شده توسط دستگاه اکتساب داده اطلاعاتی را در مورد میزان فشار اعمال شده به مبدل در اختیار اپراتور قرار می دهد.

بیایید با انتخاب یک مبدل مناسب شروع به بررسی مثال کنیم.

طراحی سیستم فعلی

انتخاب مبدل

اولین قدم در طراحی یک سیستم فعلی، انتخاب مبدل است. صرف نظر از نوع متغیر اندازه گیری شده (جریان، فشار، دما و غیره) عامل مهمدر انتخاب مبدل ولتاژ کاری آن است. فقط اتصال منبع تغذیه به مبدل به شما امکان می دهد جریان را در خط ارتباطی تنظیم کنید. مقدار ولتاژ منبع تغذیه باید در محدوده قابل قبول باشد: بیش از حداقل مورد نیاز، کمتر از حداکثر مقدارکه ممکن است به اینورتر آسیب برساند.

برای سیستم فعلی در مثال، مبدل انتخاب شده فشار را اندازه گیری می کند و دارای ولتاژ کاری 12 تا 30 ولت است. هنگامی که مبدل انتخاب شد، سیگنال جریان باید به درستی اندازه گیری شود تا نمایش دقیقی از فشار اعمال شده به مبدل ارائه شود. .

انتخاب یک دستگاه جمع آوری داده برای اندازه گیری جریان

یکی از جنبه های مهمی که در ساخت سیستم جریان باید به آن توجه کنید، جلوگیری از ظاهر شدن یک حلقه جریان در مدار زمین است. یک تکنیک رایج در چنین مواردی جداسازی است. با استفاده از عایق می توانید از نفوذ حلقه زمین که وقوع آن در شکل 3 توضیح داده شده است جلوگیری کنید.

شکل 3. حلقه زمین

حلقه های زمین زمانی تشکیل می شوند که دو ترمینال در یک مدار متصل شوند جاهای مختلفپتانسیل ها این تفاوت جریان اضافی را به خط ارتباطی وارد می کند که می تواند منجر به خطاهای اندازه گیری شود.
جداسازی دستگاه اکتساب داده به جداسازی الکتریکی زمین منبع سیگنال از زمین تقویت کننده ورودی دستگاه اندازه گیری، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است، اشاره دارد.

از آنجایی که جریان نمی تواند از مانع عایق عبور کند، نقاط زمین تقویت کننده و منبع سیگنال در پتانسیل یکسانی هستند. این امکان ایجاد ناخواسته حلقه زمین را از بین می برد.

شکل 4. ولتاژ حالت مشترک و ولتاژ سیگنال در یک مدار ایزوله

جداسازی همچنین از آسیب به دستگاه جمع‌آوری داده‌ها در صورت وجود ولتاژهای حالت معمول بالا جلوگیری می‌کند. ولتاژ حالت مشترک ولتاژی با قطبیت یکسان است که در هر دو ورودی تقویت کننده ابزار دقیق وجود دارد. به عنوان مثال، در شکل 4. هر دو ورودی مثبت (+) و منفی (-) تقویت کننده دارای ولتاژ حالت مشترک +14 ولت هستند. بسیاری از دستگاه‌های جمع‌آوری داده حداکثر محدوده ورودی 10 ولت دارند. اگر دستگاه جمع‌آوری داده عایق نباشد و ولتاژ حالت معمول خارج از حداکثر محدوده ورودی باشد، می‌توانید به دستگاه آسیب بزنید. اگرچه ولتاژ معمولی (سیگنال) در ورودی تقویت کننده در شکل 4 فقط 2+ ولت است، افزودن 14+ ولت می تواند منجر به ولتاژ 16+ ولت شود.
(ولتاژ سیگنال ولتاژ بین "+" و "-" تقویت کننده است، ولتاژ عملیاتی مجموع ولتاژ حالت معمولی و معمولی است)، که نشان دهنده سطح ولتاژ خطرناکی برای دستگاه های جمع آوری با ولتاژ عملکرد پایین تر است.

به صورت مجزا، نقطه مشترک تقویت کننده به صورت الکتریکی از زمین صفر جدا می شود. در مدار شکل 4، پتانسیل در نقطه مشترک تقویت کننده به سطح 14+ ولت افزایش یافته است. این تکنیک باعث می شود ولتاژ ورودی از 16 به 2 ولت کاهش یابد. اکنون که داده ها جمع آوری می شود، دستگاه دیگر در خطر آسیب اضافه ولتاژ نیست. (توجه داشته باشید که جداسازها حداکثر ولتاژ حالت مشترکی دارند که می توانند رد کنند.)

هنگامی که دستگاه جمع آوری داده ایزوله و محافظت می شود، مرحله نهایی در ساخت حلقه جریان، انتخاب منبع تغذیه مناسب است.

انتخاب منبع تغذیه

تعیین اینکه کدام منبع تغذیه مناسب نیازهای شما است آسان است. هنگام کار در یک حلقه جریان، منبع تغذیه باید ولتاژی برابر یا بیشتر از مجموع افت ولتاژ در تمام عناصر سیستم تولید کند.

دستگاه جمع آوری داده در مثال ما از یک شنت دقیق برای اندازه گیری جریان استفاده می کند.
محاسبه افت ولتاژ در این مقاومت ضروری است. یک مقاومت شنت معمولی 249 Ω است. محاسبات پایه برای محدوده جریان حلقه جریان 4 .. 20 میلی آمپر
موارد زیر را نشان دهید:

I*R=U
0.004A*249Ω= 0.996 V
0.02A*249Ω= 4.98 V

از یک شنت 249 Ω، می‌توانیم با مرتبط کردن مقدار ولتاژ در ورودی دستگاه جمع‌آوری داده به مقدار سیگنال خروجی مبدل فشار، ولتاژی را در محدوده 1 تا 5 ولت حذف کنیم.
همانطور که گفته شد، فرستنده فشار به حداقل ولتاژ کاری 12 ولت با حداکثر 30 ولت نیاز دارد. با افزودن افت ولتاژ در مقاومت شنت دقیق به ولتاژ کاری فرستنده، نتیجه زیر را بدست می آوریم:

12 V+ 5 V = 17 V

در نگاه اول، ولتاژ 17 ولت کافی است، با این حال، باید بار اضافی روی منبع تغذیه را که توسط سیم هایی که دارای مقاومت الکتریکی هستند، در نظر گرفت.
در مواردی که سنسور دور از ابزار اندازه گیری، هنگام محاسبه حلقه جریان باید ضریب مقاومت سیم را در نظر بگیرید. سیم های مسیمقاومت جریان مستقیم دارند که با طول آنها نسبت مستقیم دارد. با سنسور فشار در این مثال، باید 2000 فوت طول خط ارتباطی را هنگام تعیین ولتاژ کاری منبع تغذیه در نظر بگیرید. مقاومت خطی کابل مسی تک هسته ای 2.62 Ω/100 فوت است. با در نظر گرفتن این مقاومت موارد زیر به دست می آید:

مقاومت یک هسته به طول 2000 فوت 2000 * 2.62 / 100 = 52.4 متر خواهد بود.
افت ولتاژ در یک هسته 0.02 * 52.4 = 1.048 V خواهد بود.
برای تکمیل مدار، دو سیم مورد نیاز است، سپس طول خط ارتباطی دو برابر می شود و
کل افت ولتاژ 2.096 ولت خواهد بود. این به دلیل فاصله مبدل تا دستگاه ثانویه 2000 فوت، حدود 2.1 ولت است. با جمع بندی افت ولتاژ در تمام عناصر مدار، به دست می آوریم:
2.096 V + 12 V + 5 V = 19.096 V

اگر از ولتاژ 17 ولت برای تغذیه مدار مورد نظر استفاده کرده باشید، به دلیل افت مقاومت سیم ها و مقاومت شنت، ولتاژی که به مبدل فشار وارد می شود، کمتر از حداقل ولتاژ کار خواهد بود. انتخاب یک منبع تغذیه معمولی 24 ولت، نیازهای برق اینورتر را برآورده می کند. علاوه بر این، یک ذخیره ولتاژ برای قرار دادن سنسور فشار در فاصله بیشتری وجود دارد.

با انتخاب مبدل صحیح، دستگاه جمع‌آوری داده، طول کابل و منبع تغذیه، طراحی یک حلقه جریان ساده کامل می‌شود. برای کاربردهای پیچیده تر، می توانید کانال های اندازه گیری اضافی را در سیستم قرار دهید.

در فرآیند خودکارسازی فرآیندهای تکنولوژیک برای کنترل مکانیسم‌ها و واحدها، باید با اندازه‌گیری‌های کمیت‌های فیزیکی مختلف سر و کار داشت. این می تواند دما، فشار و جریان مایع یا گاز، سرعت چرخش، شدت نور، اطلاعات در مورد موقعیت قطعات مکانیزم و موارد دیگر باشد. این اطلاعات با استفاده از حسگرها به دست می آید. در اینجا، ابتدا در مورد موقعیت قطعات مکانیزم ها.

سنسورهای گسسته

ساده ترین سنسور یک تماس مکانیکی معمولی است: درب باز می شود - تماس باز می شود، بسته می شود - بسته می شود. چنین سنسور ساده و همچنین الگوریتم عملیاتی داده شده، اغلب ... برای مکانیزمی با حرکت انتقالی، که دارای دو موقعیت است، به عنوان مثال یک شیر آب، به دو تماس نیاز دارید: یک تماس بسته است - دریچه بسته است، دیگری بسته است - بسته است.

یک الگوریتم پیچیده تر برای حرکت انتقالی دارای مکانیزمی برای بستن قالب ترموپلاستیک ماشین خودکار است. در ابتدا، قالب باز است، این موقعیت شروع است. در این موقعیت، محصولات نهایی از قالب خارج می شوند. در مرحله بعد، کارگر محافظ ایمنی را می بندد و قالب شروع به بسته شدن می کند و یک چرخه کاری جدید شروع می شود.

فاصله بین نیمه های قالب بسیار زیاد است. بنابراین ابتدا قالب به سرعت حرکت می کند و در فاصله ای قبل از بسته شدن نیمه ها، کلید حد فعال می شود، سرعت حرکت به میزان قابل توجهی کاهش می یابد و قالب به آرامی بسته می شود.

این الگوریتم به شما امکان می دهد هنگام بستن قالب از ضربه جلوگیری کنید، در غیر این صورت به سادگی می توان آن را به قطعات کوچک تقسیم کرد. همین تغییر سرعت در هنگام باز کردن قالب اتفاق می افتد. در اینجا دو سنسور تماس دیگر کافی نیست.

بنابراین، حسگرهای مبتنی بر تماس گسسته یا باینری هستند، دارای دو موقعیت بسته - باز یا 1 و 0 هستند. به عبارت دیگر، می توان گفت که یک رویداد رخ داده است یا خیر. در مثال بالا، چندین نقطه توسط مخاطبین "گرفتار" شده است: شروع حرکت، نقطه کاهش سرعت، پایان حرکت.

در هندسه، نقطه هیچ ابعادی ندارد، فقط یک نقطه است و بس. این می تواند (روی یک تکه کاغذ، در مسیر حرکت، مانند مورد ما) باشد یا به سادگی وجود نداشته باشد. بنابراین از حسگرهای گسسته برای تشخیص نقاط استفاده می شود. شاید مقایسه با یک نقطه در اینجا چندان مناسب نباشد، زیرا برای اهداف عملی از دقت پاسخ یک حسگر گسسته استفاده می کنند و این دقت بسیار بیشتر از نقطه هندسی است.

اما خود تماس مکانیکی غیر قابل اعتماد است. بنابراین، در صورت امکان، کنتاکت های مکانیکی با سنسورهای بدون تماس جایگزین می شوند. ساده ترین گزینه سوئیچ های نی است: آهنربا نزدیک می شود، تماس بسته می شود. دقت سوئیچ نی باعث می شود که چنین حسگرهایی فقط برای تعیین موقعیت درها مورد استفاده قرار گیرند.

سنسورهای مختلف بدون تماس را باید گزینه پیچیده تر و دقیق تری در نظر گرفت. اگر پرچم فلزی وارد شکاف شود، سنسور فعال می شود. نمونه ای از این سنسورها سنسورهای BVK (سوئیچ حد نزدیکی) سری های مختلف است. دقت پاسخ (دیفرانسیل سفر) چنین سنسورهایی 3 میلی متر است.

شکل 1. سنسور سری BVK

ولتاژ تغذیه سنسورهای BVK 24 ولت است، جریان بار 200 میلی آمپر است که برای اتصال رله های میانی برای هماهنگی بیشتر با مدار کنترل کاملاً کافی است. اینگونه است که سنسورهای BVK در تجهیزات مختلف استفاده می شود.

علاوه بر سنسورهای BVK از سنسورهایی از انواع BTP، KVP، PIP، KVD، PISH نیز استفاده می شود. هر سری دارای چندین نوع سنسور است که با اعداد مشخص شده اند، به عنوان مثال، BTP-101، BTP-102، BTP-103، BTP-211.

تمام سنسورهای ذکر شده گسسته غیر تماسی هستند، هدف اصلی آنها تعیین موقعیت قطعات مکانیزم ها و مجموعه ها است. طبیعتاً تعداد بیشتری از این حسگرها وجود دارد که نمی توان در مورد همه آنها در یک مقاله نوشت. سنسورهای تماسی مختلف حتی رایج‌تر هستند و هنوز هم به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کاربرد سنسورهای آنالوگ

علاوه بر سنسورهای گسسته، سنسورهای آنالوگ به طور گسترده در سیستم های اتوماسیون استفاده می شوند. هدف آنها به دست آوردن اطلاعات در مورد مقادیر مختلف فیزیکی است، و نه فقط به طور کلی، بلکه در زمان واقعی. به طور دقیق تر، تبدیل یک کمیت فیزیکی (فشار، دما، روشنایی، جریان، ولتاژ، جریان) به یک سیگنال الکتریکی مناسب برای انتقال از طریق خطوط ارتباطی به کنترل کننده و پردازش بیشتر آن.

سنسورهای آنالوگ معمولاً بسیار دور از کنترلر قرار دارند، به همین دلیل است که اغلب آنها را صدا می زنند دستگاه های میدانی. این اصطلاح اغلب در ادبیات فنی استفاده می شود.

یک سنسور آنالوگ معمولا از چند قسمت تشکیل شده است. مهمترین بخش عنصر سنسور است - سنسور. هدف آن تبدیل مقدار اندازه گیری شده به سیگنال الکتریکی است. اما سیگنال دریافتی از سنسور معمولا کم است. برای به دست آوردن سیگنال مناسب برای تقویت، سنسور اغلب در مدار پل قرار می گیرد - پل وتستون.

شکل 2. پل وتستون

هدف اصلی مدار پل اندازه گیری دقیق مقاومت است. یک منبع DC به مورب پل AD متصل است. یک گالوانومتر حساس با نقطه میانی، با صفر در وسط مقیاس، به مورب دیگر متصل است. برای اندازه گیری مقاومت مقاومت Rx، با چرخاندن مقاومت تنظیم R2، باید به تعادل پل رسیده و سوزن گالوانومتر را روی صفر قرار دهید.

انحراف پیکان ابزار در یک جهت یا دیگری به شما امکان می دهد جهت چرخش مقاومت R2 را تعیین کنید. مقدار مقاومت اندازه گیری شده توسط مقیاس ترکیب شده با دسته مقاومت R2 تعیین می شود. شرط تعادل برای پل برابری نسبت های R1/R2 و Rx/R3 است. در این حالت بین نقاط BC اختلاف پتانسیل صفر به دست می آید و جریانی از گالوانومتر V عبور نمی کند.

مقاومت مقاومت های R1 و R3 بسیار دقیق انتخاب شده است، گسترش آنها باید حداقل باشد. فقط در این مورد، حتی یک عدم تعادل کوچک پل باعث تغییر نسبتاً قابل توجهی در ولتاژ مورب BC می شود. این ویژگی پل است که برای اتصال عناصر حساس (حسگرها) سنسورهای آنالوگ مختلف استفاده می شود. خوب، پس همه چیز ساده است، یک موضوع تکنیک است.

برای استفاده از سیگنال دریافتی از سنسور، نیاز به پردازش بیشتر - تقویت و تبدیل به سیگنال خروجی مناسب برای انتقال و پردازش توسط مدار کنترل است - کنترل کننده. اغلب سیگنال خروجی سنسورهای آنالوگ جریان (حلقه جریان آنالوگ) و کمتر ولتاژ است.

چرا فعلی؟ واقعیت این است که مراحل خروجی سنسورهای آنالوگ بر اساس منابع جریان ساخته شده است. این به شما امکان می دهد از تأثیر مقاومت خطوط اتصال بر روی سیگنال خروجی خلاص شوید و از خطوط اتصال طولانی استفاده کنید.

تبدیل بیشتر بسیار ساده است. سیگنال جریان به ولتاژ تبدیل می شود که برای آن کافی است جریان را از یک مقاومت با مقاومت شناخته شده عبور دهید. افت ولتاژ در مقاومت اندازه گیری طبق قانون اهم U=I*R به دست می آید.

به عنوان مثال، برای جریان 10 میلی آمپر روی یک مقاومت با مقاومت 100 اهم، ولتاژ 10 * 100 = 1000 میلی ولت، به اندازه 1 ولت خواهد بود! در این حالت، جریان خروجی سنسور به مقاومت سیم های اتصال بستگی ندارد. البته در محدوده معقول.

اتصال سنسورهای آنالوگ

ولتاژ به دست آمده در مقاومت اندازه گیری را می توان به راحتی به یک فرم دیجیتال مناسب برای ورودی به کنترل کننده تبدیل کرد. تبدیل با استفاده از مبدل های آنالوگ به دیجیتال ADC.

داده های دیجیتال توسط کد سریال یا موازی به کنترل کننده منتقل می شود. این همه به مدار سوئیچینگ خاص بستگی دارد. یک نمودار اتصال ساده شده برای یک سنسور آنالوگ در شکل 3 نشان داده شده است.

شکل 3. اتصال سنسور آنالوگ (برای بزرگنمایی روی تصویر کلیک کنید)

عملگرها به کنترلر وصل می شوند یا خود کنترلر به کامپیوتری که در سیستم اتوماسیون موجود است وصل می شود.

طبیعتا سنسورهای آنالوگ طراحی کاملی دارند که یکی از عناصر آن یک محفظه با عناصر اتصال است. به عنوان مثال، شکل 4 ظاهر یک سنسور فشار بیش از حد از نوع Zond-10 را نشان می دهد.

شکل 4. سنسور فشار بیش از حد Zond-10

در پایین سنسور می توانید رشته اتصال برای اتصال به خط لوله را مشاهده کنید و در سمت راست زیر پوشش مشکی یک رابط برای اتصال خط ارتباطی با کنترلر وجود دارد.

اتصال رزوه ای با استفاده از واشر ساخته شده از مس آنیل شده (که در بسته تحویل سنسور موجود است) مهر و موم می شود و نه با سیم پیچی آن با نوار دود یا کتان. این کار به گونه ای انجام می شود که هنگام نصب سنسور، عنصر سنسور واقع در داخل تغییر شکل ندهد.

خروجی سنسور آنالوگ

طبق استانداردها، سه محدوده سیگنال جریان وجود دارد: 0 ... 5 میلی آمپر، 0 ... 20 میلی آمپر و 4 ... 20 میلی آمپر. تفاوت آنها چیست و چه ویژگی هایی دارند؟

بیشتر اوقات ، وابستگی جریان خروجی مستقیماً با مقدار اندازه گیری شده متناسب است ، به عنوان مثال ، هر چه فشار در لوله بیشتر باشد ، جریان در خروجی سنسور بیشتر است. اگرچه گاهی اوقات از سوئیچینگ معکوس استفاده می شود: یک جریان خروجی بزرگتر مربوط به حداقل مقدار کمیت اندازه گیری شده در خروجی سنسور است. همه چیز به نوع کنترلر مورد استفاده بستگی دارد. برخی از سنسورها حتی یک سوئیچ از سیگنال مستقیم به معکوس دارند.

سیگنال خروجی در محدوده 0...5mA بسیار کوچک است و بنابراین مستعد تداخل است. اگر سیگنال چنین سنسوری نوسان کند در حالی که مقدار پارامتر اندازه گیری شده بدون تغییر باقی بماند، توصیه می شود یک خازن با ظرفیت 0.1 ... 1 μF را به موازات خروجی سنسور نصب کنید. سیگنال فعلی در محدوده 0 ... 20 میلی آمپر پایدارتر است.

اما هر دوی این محدوده‌ها بد هستند، زیرا صفر در ابتدای مقیاس به ما اجازه نمی‌دهد بدون ابهام تعیین کنیم که چه اتفاقی افتاده است. یا سیگنال اندازه گیری شده واقعاً به سطح صفر رسیده است که در اصل امکان پذیر است یا خط ارتباطی به سادگی شکسته شده است؟ بنابراین در صورت امکان سعی می کنند از استفاده از این محدوده ها خودداری کنند.

سیگنال سنسورهای آنالوگ با جریان خروجی در محدوده 4 ... 20 میلی آمپر قابل اطمینان تر در نظر گرفته می شود. ایمنی نویز آن بسیار بالا است و حد پایین، حتی اگر سیگنال اندازه گیری شده سطح صفر داشته باشد، 4 میلی آمپر خواهد بود، که به ما اجازه می دهد بگوییم که خط ارتباطی شکسته نشده است.

یکی دیگر از ویژگی های خوب محدوده 4 ... 20 میلی آمپر این است که سنسورها را می توان تنها با استفاده از دو سیم متصل کرد، زیرا این جریانی است که خود سنسور را تغذیه می کند. این مصرف فعلی آن و در عین حال یک سیگنال اندازه گیری است.

منبع تغذیه سنسورها در محدوده 4 ... 20 میلی آمپر روشن است، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است. در عین حال، حسگرهای Zond-10، مانند بسیاری دیگر، مطابق با برگه داده خود، محدوده ولتاژ تغذیه گسترده ای 10 دارند. ... 38 ولت، اگرچه اغلب با ولتاژ 24 ولت استفاده می شوند.

شکل 5. اتصال سنسور آنالوگ با منبع تغذیه خارجی

این نمودار شامل عناصر و نمادهای زیر است. Rsh مقاومت شنت اندازه گیری است، Rl1 و Rl2 مقاومت خطوط ارتباطی هستند. برای افزایش دقت اندازه گیری، باید از یک مقاومت اندازه گیری دقیق به عنوان Rsh استفاده شود. جریان جریان از منبع تغذیه با فلش نشان داده شده است.

به راحتی می توان دید که جریان خروجی منبع تغذیه از ترمینال +24 ولت عبور می کند، از طریق خط Rl1 به ترمینال سنسور + AO2 می رسد، از سنسور عبور می کند و از طریق کنتاکت خروجی سنسور - AO2، خط اتصال Rl2، مقاومت Rsh به ترمینال منبع تغذیه -24 ولت برمی گردد. تمام است، مدار بسته است، جریان جریان دارد.

اگر کنترل کننده دارای منبع تغذیه 24 ولتی باشد، اتصال سنسور یا مبدل اندازه گیری طبق نمودار نشان داده شده در شکل 6 امکان پذیر است.

شکل 6. اتصال سنسور آنالوگ به کنترل کننده با منبع تغذیه داخلی

این نمودار یک عنصر دیگر را نشان می دهد - مقاومت بالاست Rb. هدف آن محافظت از مقاومت اندازه گیری در صورت اتصال کوتاه در خط ارتباطی یا نقص در عملکرد سنسور آنالوگ است. نصب مقاومت Rb اختیاری است، اگرچه مطلوب است.

علاوه بر سنسورهای مختلف، مبدل های اندازه گیری دارای خروجی جریان نیز هستند که اغلب در سیستم های اتوماسیون استفاده می شوند.

مبدل- وسیله ای برای تبدیل سطوح ولتاژ، به عنوان مثال، 220 ولت یا جریان چند ده یا صد آمپر به سیگنال جریان 4 ... 20 میلی آمپر. در اینجا، سطح سیگنال الکتریکی به سادگی تبدیل می شود، و نه نمایش مقداری فیزیکی (سرعت، جریان، فشار) به شکل الکتریکی.

اما، به عنوان یک قاعده، تنها یک سنسور کافی نیست. برخی از محبوب ترین اندازه گیری ها اندازه گیری دما و فشار است. تعداد چنین نقاطی در کارخانه های مدرن می تواند به چند ده هزار برسد. بر این اساس تعداد سنسورها نیز زیاد است. بنابراین، چندین سنسور آنالوگ اغلب به یک کنترل کننده متصل می شوند. البته نه چند هزار در یک زمان، خوب است اگر ده ها متفاوت باشند. چنین اتصالی در شکل 7 نشان داده شده است.

شکل 7. اتصال چندین سنسور آنالوگ به کنترلر

این شکل نشان می دهد که چگونه یک ولتاژ مناسب برای تبدیل به کد دیجیتال از سیگنال جریان بدست می آید. اگر چندین سیگنال وجود داشته باشد، همه آنها به یکباره پردازش نمی شوند، بلکه به موقع از هم جدا می شوند و مالتی پلکس می شوند، در غیر این صورت باید یک ADC جداگانه در هر کانال نصب شود.

برای این منظور کنترل کننده دارای مدار سوئیچینگ مدار می باشد. نمودار عملکرد سوئیچ در شکل 8 نشان داده شده است.

شکل 8. سوئیچ کانال سنسور آنالوگ (عکس قابل کلیک)

سیگنال های حلقه جریان، تبدیل به ولتاژ در مقاومت اندازه گیری (UR1...URn)، به ورودی سوئیچ آنالوگ تغذیه می شوند. سیگنال های کنترلی به طور متناوب به یکی از سیگنال های UR1...URn که توسط تقویت کننده تقویت می شوند به خروجی منتقل می شوند و به طور متناوب به ورودی ADC می رسند. ولتاژ تبدیل شده به کد دیجیتال به کنترل کننده عرضه می شود.

این طرح، البته، بسیار ساده است، اما می توان اصل چندگانه سازی را در آن در نظر گرفت. تقریباً به این صورت است که ماژول ورودی سیگنال های آنالوگ کنترلرهای MSTS (سیستم ریزپردازنده ابزار فنی) تولید شده توسط رایانه شخصی اسمولنسک "Prolog" ساخته شده است. ظاهرکنترلر MCTS در شکل 9 نشان داده شده است.

شکل 9. کنترل کننده MSTS

تولید چنین کنترلرهایی مدت هاست که متوقف شده است، اگرچه در برخی مکان ها، به دور از بهترین، این کنترلرها هنوز هم کار می کنند. این نمایشگاه‌های موزه با کنترل‌کننده‌های مدل‌های جدید، عمدتاً وارداتی (چینی) جایگزین می‌شوند.

اگر کنترلر در یک کابینت فلزی نصب شده است، توصیه می شود نوارهای محافظ را به نقطه اتصال زمین کابینت متصل کنید. طول خطوط اتصال می تواند به بیش از دو کیلومتر برسد که با استفاده از فرمول های مناسب محاسبه می شود. ما اینجا چیزی حساب نمی کنیم، اما باور کنید، این درست است.

سنسورهای جدید، کنترلرهای جدید

با ورود کنترلرهای جدید، سنسورهای آنالوگ جدید با استفاده از پروتکل HART(مبدل از راه دور آدرس پذیر بزرگراه)، که به عنوان «مبدل اندازه گیری آدرس دهی از راه دور از طریق بزرگراه» ترجمه می شود.

سیگنال خروجی سنسور (دستگاه میدان) یک سیگنال جریان آنالوگ در محدوده 4 ... 20 میلی آمپر است که بر روی آن یک سیگنال ارتباطی دیجیتال مدوله شده با فرکانس (FSK - Frequency Shift Keying) سوار می شود.

شکل 10. خروجی سنسور آنالوگ از طریق پروتکل HART

شکل یک سیگنال آنالوگ را نشان می دهد و یک موج سینوسی مانند یک مار دور آن می چرخد. این یک سیگنال مدوله شده فرکانس است. اما این به هیچ وجه یک سیگنال دیجیتال نیست و هنوز باید شناسایی شود. در شکل قابل توجه است که فرکانس سینوسی در هنگام ارسال یک صفر منطقی (2.2 کیلوهرتز) بیشتر از انتقال یک واحد (1.2 کیلوهرتز) است. انتقال این سیگنال ها توسط جریانی با دامنه ± 0.5 میلی آمپر شکل سینوسی انجام می شود.

مشخص است که مقدار متوسط ​​سیگنال سینوسی صفر است، بنابراین، انتقال اطلاعات دیجیتال بر جریان خروجی سنسور 4 ... 20 میلی آمپر تأثیر نمی گذارد. این حالت هنگام پیکربندی سنسورها استفاده می شود.

ارتباط HART به دو صورت انجام می شود. در مورد اول، استاندارد، فقط دو دستگاه می توانند اطلاعات را از طریق یک خط دو سیم مبادله کنند، در حالی که سیگنال آنالوگ خروجی 4 ... 20 میلی آمپر به مقدار اندازه گیری شده بستگی دارد. این حالت هنگام پیکربندی دستگاه های میدانی (حسگرها) استفاده می شود.

در حالت دوم، حداکثر 15 سنسور را می توان به یک خط دو سیم متصل کرد که تعداد آنها با پارامترهای خط ارتباطی و قدرت منبع تغذیه تعیین می شود. این حالت چند نقطه ای است. در این حالت هر سنسور دارای آدرس مخصوص به خود در محدوده 1...15 است که توسط آن دستگاه کنترل به آن دسترسی پیدا می کند.

سنسور با آدرس 0 از خط ارتباطی جدا شده است. تبادل داده بین سنسور و دستگاه کنترل در حالت چند نقطه ای فقط توسط یک سیگنال فرکانس انجام می شود. سیگنال فعلی سنسور در سطح مورد نیاز ثابت است و تغییر نمی کند.

در مورد ارتباطات چند نقطه ای، داده نه تنها به معنای نتایج اندازه گیری واقعی پارامتر نظارت شده است، بلکه مجموعه کاملی از انواع اطلاعات خدمات را نیز به همراه دارد.

اول از همه، اینها آدرس های حسگر، دستورات کنترلی و پارامترهای پیکربندی هستند. و تمام این اطلاعات از طریق خطوط ارتباطی دو سیمه منتقل می شود. آیا می توان از شر آنها نیز خلاص شد؟ درست است، این باید با دقت انجام شود، فقط در مواردی که اتصال بی سیم نمی تواند بر ایمنی فرآیند کنترل شده تأثیر بگذارد.

معلوم می شود که می توانید از شر سیم ها خلاص شوید. قبلاً در سال 2007، استاندارد WirelessHART منتشر شد که رسانه انتقال فرکانس 2.4 گیگاهرتز بدون مجوز است که بسیاری از دستگاه های کامپیوتری بی سیم از جمله شبکه های محلی بی سیم بر روی آن کار می کنند. بنابراین می توان از دستگاه های WirelessHART نیز بدون محدودیت استفاده کرد. شکل 11 شبکه بی سیم WirelessHART را نشان می دهد.

شکل 11. شبکه WirelessHART

این فناوری ها جایگزین حلقه جریان آنالوگ قدیمی شده اند. اما موقعیت خود را رها نمی کند، هر جا که ممکن است به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.