سنسورهای گسسته

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

کاربرد سنسورهای آنالوگ

شکل 2. پل وتستون

اتصال سنسورهای آنالوگ

خروجی سنسور آنالوگ

اما مورد، به عنوان یک قاعده، با یک سنسور کافی نیست. برخی از محبوب ترین اندازه گیری ها اندازه گیری دما و فشار هستند. تعداد چنین نقاطی در مراکز تولید 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 یک دوجین متفاوت باشد. این اتصال در شکل 7 نشان داده شده است.

شکل 7. اتصال چند سنسور آنالوگ به کنترلر

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

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

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

سیگنال های حلقه جریان تبدیل شده 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 یک کد دیجیتال به کنترل کننده تغذیه می شود.

البته این طرح بسیار ساده است، اما در نظر گرفتن اصل چندگانه سازی در آن کاملاً امکان پذیر است. تقریباً به این صورت است که ماژول ورودی سیگنال های آنالوگ کنترلرهای MCTS (سیستم ریزپردازنده ابزار فنی) ساخته شده توسط رایانه شخصی Prolog در اسمولنسک ساخته شده است.

انتشار 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 مدل‌های جدید کنترل‌کننده‌ها، عمدتاً وارداتی (چینی) جایگزین می‌شوند.

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

سنسورهای جدید، کنترلرهای جدید

با ورود کنترلرهای جدید، فرستنده های آنالوگ جدیدی ظاهر شدند که بر روی پروتکل HART (Highway Addressable Remote Transducer) کار می کنند که به عنوان "فرستنده، قابل آدرس دهی از راه دور از طریق ستون فقرات" ترجمه می شود.

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

مشخص است که مقدار متوسط ​​سیگنال سینوسی برابر با 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 حالت اول، استاندارد، فقط دو دستگاه می توانند اطلاعات را از طریق یک خط دو سیم مبادله کنند، در حالی که سیگنال خروجی آنالوگ 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 خط دو سیم متصل کرد که تعداد آنها با پارامترهای خط ارتباطی و قدرت منبع تغذیه تعیین می شود. این یک حالت ارتباط چند نقطه ای است. در این حالت هر سنسور دارای آدرس خاص خود در محدوده 1 ... 15 است که توسط دستگاه کنترل استفاده می شود.

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

در مورد ارتباطات چند نقطه‌ای، داده نه تنها به معنای نتایج اندازه‌گیری واقعی پارامتر کنترل‌شده، بلکه مجموعه کاملی از انواع اطلاعات خدمات است.

اول از همه، اینها آدرس سنسورها، دستورات کنترل، تنظیمات 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 امنیت فرآیند کنترل شده تأثیر بگذارد.

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

در فرآیند اتوماسیون فرآیندهای فناورانه برای کنترل مکانیسم ها و واحدها، باید با اندازه گیری مقادیر مختلف فیزیکی سروکار داشت. این می تواند دما، فشار و سرعت جریان یک مایع یا گاز، فرکانس 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 مکانیسم ها.

سنسورهای گسسته

ساده ترین سنسور یک تماس مکانیکی معمولی است: درب باز شد - تماس باز شد، بسته شد - بسته شد. چنین سنسور ساده و همچنین الگوریتم عملکرد داده شده، اغلب در دزدگیر سرقت استفاده می شود. 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 حرکت انتقالی مکانیسمی برای بستن قالب یک ماشین ترموپلاستیک دارد. در ابتدا، قالب باز است، این موقعیت شروع است. در این موقعیت، محصولات نهایی از قالب خارج می شوند. سپس کارگر حصار محافظ را می بندد و قالب شروع به بسته شدن می کند، یک چرخه کاری جدید شروع می شود.

فاصله بین نیمه های قالب به اندازه کافی زیاد است. بنابراین ابتدا قالب به سرعت حرکت می کند و در فاصله معینی تا زمانی که نیمه ها بسته شوند، کلید حد فعال شده، 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، می‌توان گفت که رویدادی رخ داده است یا خیر. در مثال بالا، کنتاکت ها چندین نقطه را می گیرند: 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 یک سنسور گسسته استفاده می کنند و این دقت بسیار بیشتر از یک نقطه هندسی است.

اما تماس مکانیکی به خودی خود چیز قابل اعتمادی نیست. بنابراین، در صورت امکان، کنتاکت های مکانیکی با سنسورهای مجاورت جایگزین می شوند. ساده ترین گزینه سوئیچ های نی است: آهنربا نزدیک شده است، تماس بسته شده است. دقت عملکرد سوئیچ نی بسیار مورد نظر است؛ از چنین سنسورهایی فقط برای تعیین موقعیت درها استفاده کنید.

سنسورهای مجاورت مختلف را باید گزینه پیچیده تر و دقیق تری در نظر گرفت. اگر پرچم فلزی وارد شکاف شود، سنسور فعال می شود. به عنوان نمونه ای از این سنسورها می توان به سنسورهای BVK (سوئیچ بدون تماس پایانی) سری های مختلف اشاره کرد. دقت پاسخ (دیفرانسیل سفر) این گونه سنسورها 3 میلی متر است.

سنسور سری BVK

شکل 1. سنسور سری BVK

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

علاوه بر سنسورهای BVK از سنسورهای انواع BTP، KVP، PIP، KVD، PISCH 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 و هدف اصلی آنها تعیین موقعیت قطعات مکانیزم ها و مجموعه ها می باشد. طبیعتا تعداد این سنسورها بسیار زیاد است و نمی توان در مورد همه آنها در یک مقاله نوشت. سنسورهای تماسی مختلف حتی رایج‌تر هستند و هنوز هم کاربرد گسترده‌ای پیدا می‌کنند.

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 به طور کلی، بلکه در زمان واقعی. به طور دقیق تر، تبدیل یک کمیت فیزیکی (فشار، دما، روشنایی، سرعت جریان، ولتاژ، جریان) به یک سیگنال الکتریکی مناسب برای انتقال از طریق خطوط ارتباطی به کنترل کننده و پردازش بیشتر آن.

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

یک سنسور آنالوگ معمولا از چند قسمت تشکیل شده است. مهمترین بخش عنصر حساس 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 به یک مدار پل متصل می شود - یک پل وتستون.

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 یک صفر در وسط مقیاس، به مورب دیگر متصل است. برای اندازه گیری مقاومت مقاومت Rx با چرخش تریمر R2، پل باید متعادل باشد، سوزن گالوانومتر را روی صفر قرار دهید.

انحراف فلش دستگاه در یک جهت یا دیگری به شما امکان می دهد جهت چرخش مقاومت R2 را تعیین کنید. مقدار مقاومت اندازه گیری شده توسط مقیاسی که با دسته مقاومت R2 تراز شده است تعیین می شود. شرط تعادل برای پل برابری نسبت های R1 / R2 و Rx / R3 است. در این حالت اختلاف پتانسیل صفر بین نقاط BC 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 در پل باعث تغییر به اندازه کافی قابل توجه در ولتاژ مورب BC می شود. این ویژگی پل است که برای اتصال عناصر حسگر (حسگرها) سنسورهای آنالوگ مختلف استفاده می شود. خب، پس همه چیز ساده است، یک موضوع فناوری است.

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

چرا دقیقا جریان؟ نکته این است که مراحل خروجی سنسورهای آنالوگ بر اساس منابع جریان است. این به شما امکان می دهد از تأثیر روی سیگنال خروجی مقاومت خطوط اتصال خلاص شوید، از خطوط اتصال طولانی استفاده کنید.

تبدیل بیشتر 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 در یک مقاومت 100 اهم، ولتاژ 10 * 100 = 1000 میلی ولت، به اندازه 1 ولت به دست می آید! 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 شکل دیجیتال مناسب برای ورودی به کنترل کننده تبدیل کرد. 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 طرح اتصال خاص بستگی دارد. نمودار سیم کشی سنسور آنالوگ ساده شده در شکل 3 نشان داده شده است.

اتصال سنسور آنالوگ

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

عملگرها به کنترلر متصل می شوند یا خود کنترلر به رایانه ای که بخشی از سیستم اتوماسیون است متصل است.

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 سنج نوع Zond-10 را نشان می دهد.

سنسور فشار سنج 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.

اتصال رزوه ای با استفاده از واشر مسی آنیل شده (که در مجموعه تحویل سنسور موجود است) مهر و موم می شود و به هیچ وجه با نوار دود یا کتان جدا نمی شود. این کار به منظور تغییر شکل عنصر سنسور واقع در داخل هنگام نصب سنسور انجام می شود.

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 اندازه گیری شده در خروجی سنسور است. همه چیز به نوع کنترل کننده مورد استفاده بستگی دارد. برخی از سنسورها حتی دارای سوئیچینگ مستقیم به معکوس هستند.

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

اما هر دوی این محدوده‌ها از این جهت خوب نیستند که صفر در ابتدای مقیاس به ما اجازه نمی‌دهد بدون ابهام تعیین کنیم که چه اتفاقی افتاده است. یا اینکه سیگنال اندازه گیری شده واقعا سطح صفر گرفته است که در اصل امکان پذیر است یا اینکه خط ارتباطی به سادگی قطع شده است؟ بنابراین سعی می کنند در صورت امکان استفاده از این محدوده ها را کنار بگذارند.

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 جریان مصرفی آن و در عین حال یک سیگنال اندازه گیری است.

منبع تغذیه سنسورهای 4… 20 میلی آمپر همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است روشن است. در عین حال، سنسورهای Zond-10، مانند بسیاری دیگر، دارای محدوده وسیعی از ولتاژ تغذیه 10… 38 ولت مطابق با پاسپورت هستند، اگرچه منابع تثبیت شده هستند. با ولتاژ 24 ولت بیشتر استفاده می شود.

اتصال سنسور آنالوگ با منبع تغذیه خارجی

شکل 5. اتصال سنسور آنالوگ با منبع تغذیه خارجی

این نمودار شامل عناصر و عناوین زیر است. Rsh مقاومت شنت اندازه گیری، 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 در حال جریان است.

اگر کنترل کننده دارای منبع تغذیه 24 ولت باشد، سنسور یا مبدل اندازه گیری را می توان مطابق نمودار نشان داده شده در شکل 6 متصل کرد.

اتصال سنسور آنالوگ به کنترل کننده داخلی

شکل 6. اتصال یک سنسور آنالوگ به یک کنترلر داخلی

این نمودار یک عنصر دیگر را نشان می دهد - یک مقاومت بالاست Rb. هدف آن محافظت از مقاومت اندازه گیری در هنگام بسته شدن خط ارتباطی یا از کار افتادن سنسور آنالوگ است. نصب مقاومت Rb اختیاری است، اگرچه مطلوب است.

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

مبدل اندازه گیری - دستگاهی 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 مقدار فیزیکی خاصی (سرعت، سرعت جریان، فشار) به شکل الکتریکی نشان داده نمی شود.

اما مورد، به عنوان یک قاعده، با یک سنسور کافی نیست. برخی از محبوب ترین اندازه گیری ها اندازه گیری دما و فشار هستند. تعداد چنین نقاطی در کارخانه های مدرن می تواند به چندین ده برسد

همین را 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 یک تثبیت کننده ولتاژ برای یک خانه روستایی
• اثر پلتیه: اثر جادویی یک جریان الکتریکی
• تمرین سیم کشی و اتصال کابل تلویزیون در یک آپارتمان - ویژگی های فرآیند
• مشکلات سیم کشی: چه باید کرد و چگونه آنها را برطرف کرد؟
• لامپ های فلورسنت T5: چشم انداز و مشکلات کاربرد
• نوارهای سوکت جمع شونده: تمرین استفاده و اتصال
• تقویت کننده های الکترونیکی قسمت 2. تقویت کننده های فرکانس صوتی
• عملکرد صحیح تجهیزات الکتریکی و سیم کشی در یک خانه روستایی
• نکات مهم استفاده از ولتاژ مطمئن در خانه
• ابزارها و وسایل ضروری برای مبتدیان برای مطالعه الکترونیک
• خازن ها: هدف، دستگاه، اصل کار
• مقاومت تماس گذرا چیست و چگونه با آن مقابله کنیم
• رله های ولتاژ: چه چیزی وجود دارد، چگونه انتخاب و وصل شود؟
• 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 منبع تغذیه اطمینان حاصل کنیم
• هنگام خرید یک دستگاه خودکار در فروشگاه، چگونه می توان از سالم بودن آن مطمئن بود؟
• نحوه انتخاب اندازه سیم برای شبکه های روشنایی 12 ولت
• روش اتصال آبگرمکن و پمپ در صورت ناکافی بودن برق شبکه
• سلف ها و میدان های مغناطیسی بخش 2. القای الکترومغناطیسی و اندوکتانس
• تقویت کننده های عملیاتی قسمت 2. تقویت کننده عملیاتی 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 توانید مس و آلومینیوم را در سیم کشی برق وصل کنید؟

از دهه 1950، حلقه جاری برای انتقال داده ها از مبدل های اندازه گیری برای اهداف نظارت و کنترل استفاده شده است. با هزینه کم اجرا، ایمنی بالای نویز و توانایی انتقال سیگنال در فواصل طولانی، حلقه فعلی به ویژه برای کار در شرایط صنعتی مناسب است. این مواد به شرح اصول اولیه حلقه جاری، اصول طراحی، تنظیم اختصاص داده شده است.

استفاده از جریان برای انتقال داده از اینورتر

سنسورهای صنعتی اغلب از سیگنال جریان برای انتقال داده ها استفاده می کنند، برخلاف اکثر مبدل های دیگر، مانند ترموکوپل ها یا فشار سنج ها، که از ولتاژ سیگنال استفاده می کنند. علیرغم این واقعیت که مبدل هایی که از ولتاژ به عنوان پارامتر انتقال اطلاعات استفاده می کنند، در بسیاری از کارهای صنعتی به طور موثر استفاده می شوند، تعدادی از برنامه ها وجود دارند که استفاده از ویژگی های جریان ترجیح داده می شود. یک نقطه ضعف قابل توجه هنگام استفاده از ولتاژ برای انتقال سیگنال در شرایط صنعتی، ضعیف شدن سیگنال در طول انتقال آن در فواصل طولانی به دلیل وجود مقاومت خطوط ارتباطی سیمی است. البته می توانید از امپدانس ورودی بالای دستگاه ها برای جلوگیری از از دست دادن 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 ریزد برابر است با مجموع جریان هایی که از یک 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 کار می کند.اندازه گیری جریان در هر نقطه از حلقه جاری (حلقه اندازه گیری) همین نتیجه را به دست می دهد. با استفاده از سیگنال‌های جریان امپدانس کم و گیرنده‌های اکتساب داده، برنامه‌های صنعتی می‌توانند از بهبود ایمنی نویز و افزایش طول پیوند بهره‌مند شوند.

اجزای حلقه فعلی
اجزای اصلی حلقه جریان عبارتند از منبع تغذیه DC، مبدل اولیه، 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.

منبع تغذیه DC برق سیستم را تامین می کند. فرستنده جریان در سیم ها را در محدوده 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. گردآورنده داده مقدار جریان تنظیم شده را اندازه گیری می کند. یک روش موثر و دقیق برای اندازه‌گیری جریان، نصب یک شنت مقاومتی دقیق در ورودی تقویت‌کننده اندازه‌گیری دستگاه جمع‌آوری داده‌ها (در شکل 2) برای تبدیل جریان به یک ولتاژ اندازه‌گیری است تا در نهایت نتیجه‌ای حاصل شود که به طور واضح سیگنال را در خروجی مبدل منعکس می کند.

برای کمک به درک بهتر اصل حلقه جاری، به عنوان مثال، یک طراحی سیستم با مبدلی که مشخصات زیر را دارد در نظر بگیرید:

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

بیایید با انتخاب یک مبدل مناسب شروع کنیم.

طراحی سیستم فعلی

انتخاب مبدل

اولین قدم در طراحی یک سیستم فعلی، انتخاب مبدل است. صرف نظر از نوع مقدار اندازه گیری شده (دبی، فشار، دما و ...)، عامل مهم در انتخاب فرستنده، ولتاژ کاری آن است. تنها اتصال منبع تغذیه به مبدل امکان تنظیم میزان جریان در خط ارتباطی را فراهم می کند. مقدار ولتاژ منبع تغذیه باید در محدوده قابل قبول باشد: بیش از حداقل مورد نیاز، کمتر از حداکثر مقدار، که می تواند منجر به آسیب به اینورتر شود.

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

انتخاب یک دستگاه جمع آوری داده برای اندازه گیری جریان

یکی از جنبه های مهمی که در ساخت یک سیستم جریان باید به آن توجه کرد، 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 پایانه در یک مدار در مکان های بالقوه مختلف به هم متصل شوند. این تفاوت منجر به ظهور جریان اضافی در خط ارتباطی می شود که می تواند منجر به خطا در اندازه گیری ها شود.
جداسازی اکتساب به جداسازی الکتریکی زمین منبع سیگنال از زمین تقویت کننده ورودی دستگاه اندازه گیری اشاره دارد، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است.

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

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

جداسازی همچنین از آسیب دیدن جمع‌آورنده داده در حضور ولتاژهای معمولی بالا جلوگیری می‌کند. 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 تقویت کننده مثبت (+) و منفی (-) دارای ولتاژ +14 ولت در حالت مشترک هستند. بسیاری از جمع آوری کننده های داده حداکثر محدوده ورودی ± 10 ولت دارند. اگر جمع کننده داده ایزوله نباشد و ولتاژ حالت معمول خارج از حداکثر محدوده ورودی باشد، ممکن است به دستگاه آسیب برساند. اگرچه ولتاژ طبیعی (سیگنال) در ورودی تقویت کننده در شکل 4 فقط 2+ ولت است، افزودن 14+ ولت می تواند منجر به 16+ ولت شود.
(ولتاژ سیگنال ولتاژ بین "+" و "-" تقویت کننده است، ولتاژ عملیاتی مجموع ولتاژهای معمولی و معمولی است)، که نشان دهنده یک سطح ولتاژ خطرناک برای کلکتورهایی با ولتاژ عملکرد پایین تر است.

با جداسازی، نقطه مشترک تقویت کننده به صورت الکتریکی از مرجع زمین جدا می شود. در مدار شکل 4، پتانسیل در نقطه مشترک تقویت کننده به سطح 14+ ولت افزایش یافته است. این تکنیک منجر به این واقعیت می شود که مقدار ولتاژ ورودی از 16 به 2 ولت کاهش می یابد. جمع آوری، دستگاه دیگر در خطر آسیب اضافه ولتاژ نیست. (توجه داشته باشید که عایق ها حداکثر ولتاژ حالت معمولی را دارند که می توانند رد کنند.)

هنگامی که جمع آوری کننده داده ایزوله و محافظت می شود، مرحله نهایی در تکمیل حلقه جاری 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 ارائه دهد.

جمع آوری کننده 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 دارای مقاومت 249 Ω است. محاسبات پایه برای محدوده جریان در 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

با یک شنت با مقاومت 249 Ω، می توانیم ولتاژی را در محدوده 1 تا 5 ولت با پیوند دادن ولتاژ ورودی جمع کننده داده با مقدار سیگنال خروجی مبدل فشار حذف کنیم.
همانطور که گفته شد، مبدل فشار به حداقل ولتاژ کاری 12 ولت با حداکثر 30 ولت نیاز دارد. افزودن افت ولتاژ در مقاومت شنت دقیق به ولتاژ کاری مبدل، موارد زیر را به دست می‌دهد:

12 ولت + 5 ولت = 17 ولت

در نگاه اول ولتاژ 17 ولت کافی است البته باید بار اضافی روی منبع تغذیه که توسط سیم هایی که مقاومت الکتریکی دارند ایجاد می شود در نظر گرفت.
در مواردی که سنسور از متر فاصله دارد، هنگام محاسبه حلقه جریان باید ضریب مقاومت سرب را در نظر بگیرید. سیم های مسی دارای مقاومت DC هستند که با طول آنها نسبت مستقیم دارد. با مبدل فشار در این مثال، باید 2000 فوت طول پیوند را هنگام تعیین ولتاژ کاری منبع تغذیه در نظر بگیرید. مقاومت خطی کابل مسی جامد 2.62 Ω / 100 فوت. 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 است.
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 2000 فوتی از فرستنده تا پایین دست، حدود 2.1 ولت می شود. با جمع بندی افت ولتاژ در تمام عناصر مدار، به دست می آوریم:
2.096 ولت + 12 ولت + 5 ولت = 19.096 ولت

اگر برای تغذیه این مدار از ولتاژ 17 ولت استفاده کرده باشید، به دلیل افت مقاومت سرب و مقاومت شنت، ولتاژ عرضه شده به مبدل فشار کمتر از حداقل ولتاژ کاری خواهد بود. انتخاب یک منبع تغذیه معمولی 24 ولت، نیازهای برق مبدل را برآورده می کند. علاوه بر این، یک ذخیره ولتاژ برای قرار دادن سنسور فشار در فاصله بیشتری وجود دارد.

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

در فرآیند اتوماسیون فرآیندهای فناورانه برای کنترل مکانیسم ها و واحدها، باید با اندازه گیری مقادیر مختلف فیزیکی سروکار داشت. این می تواند دما، فشار و سرعت جریان یک مایع یا گاز، فرکانس 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 مکانیسم ها.

سنسورهای گسسته

ساده ترین سنسور یک تماس مکانیکی معمولی است: درب باز شد - تماس باز شد، بسته شد - بسته شد. چنین سنسور ساده، و همچنین الگوریتم داده شده کار، اغلب است. 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 حرکت انتقالی مکانیسمی برای بستن قالب یک ماشین ترموپلاستیک دارد. در ابتدا، قالب باز است، این موقعیت شروع است. در این موقعیت، محصولات نهایی از قالب خارج می شوند. سپس کارگر حصار محافظ را می بندد و قالب شروع به بسته شدن می کند، یک چرخه کاری جدید شروع می شود.

فاصله بین نیمه های قالب به اندازه کافی زیاد است. بنابراین ابتدا قالب به سرعت حرکت می کند و در فاصله معینی تا زمانی که نیمه ها بسته شوند، کلید حد فعال شده، 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 می توان آن را به سادگی به قطعات کوچک تقسیم کرد. همین تغییر سرعت هنگام باز شدن قالب اتفاق می افتد. در اینجا دو سنسور تماسی ضروری هستند.

بنابراین، حسگرهای مبتنی بر تماس گسسته یا باینری هستند، دارای دو موقعیت بسته - باز، یا 1 و 0 هستند. به عبارت دیگر، می‌توان گفت که رویدادی رخ داده است یا خیر. در مثال بالا، کنتاکت ها چندین نقطه را می گیرند: 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 یک سنسور گسسته استفاده می کنند و این دقت بسیار بیشتر از یک نقطه هندسی است.

اما تماس مکانیکی به خودی خود چیز قابل اعتمادی نیست. بنابراین، در صورت امکان، کنتاکت های مکانیکی با سنسورهای مجاورت جایگزین می شوند. ساده ترین گزینه سوئیچ های نی است: آهنربا نزدیک شده است، تماس بسته شده است. دقت عملکرد سوئیچ نی بسیار مورد نظر است؛ از چنین سنسورهایی فقط برای تعیین موقعیت درها استفاده کنید.

سنسورهای مجاورت مختلف را باید گزینه پیچیده تر و دقیق تری در نظر گرفت. اگر پرچم فلزی وارد شکاف شود، سنسور فعال می شود. به عنوان نمونه ای از این سنسورها می توان به سنسورهای BVK (سوئیچ بدون تماس پایانی) سری های مختلف اشاره کرد. دقت پاسخ (دیفرانسیل سفر) این گونه سنسورها 3 میلی متر است.

شکل 1. سنسور سری BVK

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

علاوه بر سنسورهای BVK از سنسورهای انواع BTP، KVP، PIP، KVD، PISCH 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 و هدف اصلی آنها تعیین موقعیت قطعات مکانیزم ها و مجموعه ها می باشد. طبیعتا تعداد این سنسورها بسیار زیاد است و نمی توان در مورد همه آنها در یک مقاله نوشت. سنسورهای تماسی مختلف حتی رایج‌تر هستند و هنوز هم کاربرد گسترده‌ای پیدا می‌کنند.

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 به طور کلی، بلکه در زمان واقعی. به طور دقیق تر، تبدیل یک کمیت فیزیکی (فشار، دما، روشنایی، سرعت جریان، ولتاژ، جریان) به یک سیگنال الکتریکی مناسب برای انتقال از طریق خطوط ارتباطی به کنترل کننده و پردازش بیشتر آن.

سنسورهای آنالوگ معمولاً به اندازه کافی 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 حسگر 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 یک صفر در وسط مقیاس، به مورب دیگر متصل است. برای اندازه گیری مقاومت مقاومت Rx با چرخش تریمر R2، پل باید متعادل باشد، سوزن گالوانومتر را روی صفر قرار دهید.

انحراف فلش دستگاه در یک جهت یا دیگری به شما امکان می دهد جهت چرخش مقاومت R2 را تعیین کنید. مقدار مقاومت اندازه گیری شده توسط مقیاسی که با دسته مقاومت R2 تراز شده است تعیین می شود. شرط تعادل برای پل برابری نسبت های R1 / R2 و Rx / R3 است. در این حالت اختلاف پتانسیل صفر بین نقاط BC 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 در پل باعث تغییر به اندازه کافی قابل توجه در ولتاژ مورب BC می شود. این ویژگی پل است که برای اتصال عناصر حسگر (حسگرها) سنسورهای آنالوگ مختلف استفاده می شود. خب، پس همه چیز ساده است، یک موضوع فناوری است.

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

چرا دقیقا جریان؟ نکته این است که مراحل خروجی سنسورهای آنالوگ بر اساس منابع جریان است. این به شما امکان می دهد از تأثیر روی سیگنال خروجی مقاومت خطوط اتصال خلاص شوید، از خطوط اتصال طولانی استفاده کنید.

تبدیل بیشتر 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 در یک مقاومت 100 اهم، ولتاژ 10 * 100 = 1000 میلی ولت، به اندازه 1 ولت به دست می آید! 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 شکل دیجیتال مناسب برای ورودی به کنترل کننده تبدیل کرد. تبدیل با انجام می شود مبدل های آنالوگ به دیجیتال ADC.

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

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

عملگرها به کنترلر متصل می شوند یا خود کنترلر به رایانه ای که بخشی از سیستم اتوماسیون است متصل است.

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 سنج 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 مسی آنیل شده (که در مجموعه تحویل سنسور موجود است) مهر و موم می شود و به هیچ وجه با نوار دود یا کتان جدا نمی شود. این کار به منظور تغییر شکل عنصر سنسور واقع در داخل هنگام نصب سنسور انجام می شود.

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 اندازه گیری شده در خروجی سنسور است. همه چیز به نوع کنترل کننده مورد استفاده بستگی دارد. برخی از سنسورها حتی دارای سوئیچینگ مستقیم به معکوس هستند.

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

اما هر دوی این محدوده‌ها از این جهت خوب نیستند که صفر در ابتدای مقیاس به ما اجازه نمی‌دهد بدون ابهام تعیین کنیم که چه اتفاقی افتاده است. یا اینکه سیگنال اندازه گیری شده واقعا سطح صفر گرفته است که در اصل امکان پذیر است یا اینکه خط ارتباطی به سادگی قطع شده است؟ بنابراین سعی می کنند در صورت امکان استفاده از این محدوده ها را کنار بگذارند.

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 جریان مصرفی آن و در عین حال یک سیگنال اندازه گیری است.

منبع تغذیه سنسورهای 4… 20 میلی آمپر همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است روشن است. در عین حال، سنسورهای Zond-10، مانند بسیاری دیگر، دارای محدوده وسیعی از ولتاژ تغذیه 10… 38 ولت بر اساس پاسپورت هستند، هرچند که اغلب با ولتاژ 24 ولت استفاده می شود.

شکل 5. اتصال سنسور آنالوگ با منبع تغذیه خارجی

این نمودار شامل عناصر و عناوین زیر است. Rsh مقاومت شنت اندازه گیری، 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 در حال جریان است.

اگر کنترل کننده دارای منبع تغذیه 24 ولت باشد، سنسور یا مبدل اندازه گیری را می توان مطابق نمودار نشان داده شده در شکل 6 متصل کرد.

شکل 6. اتصال یک سنسور آنالوگ به یک کنترلر داخلی

این نمودار یک عنصر دیگر را نشان می دهد - یک مقاومت بالاست Rb. هدف آن محافظت از مقاومت اندازه گیری در هنگام بسته شدن خط ارتباطی یا از کار افتادن سنسور آنالوگ است. نصب مقاومت Rb اختیاری است، اگرچه مطلوب است.

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

مبدل اندازه گیری- دستگاهی 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 مقدار فیزیکی خاصی (سرعت، سرعت جریان، فشار) به شکل الکتریکی نشان داده نمی شود.

اما مورد، به عنوان یک قاعده، با یک سنسور کافی نیست. برخی از محبوب ترین اندازه گیری ها اندازه گیری دما و فشار هستند. تعداد چنین نقاطی در مراکز تولید 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 یک دوجین متفاوت باشد. این اتصال در شکل 7 نشان داده شده است.

شکل 7. اتصال چند سنسور آنالوگ به کنترلر

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

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

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

سیگنال های حلقه جریان تبدیل شده 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 یک کد دیجیتال به کنترل کننده تغذیه می شود.

البته این طرح بسیار ساده است، اما در نظر گرفتن اصل چندگانه سازی در آن کاملاً امکان پذیر است. تقریباً به این صورت است که ماژول ورودی سیگنال های آنالوگ کنترلرهای MCTS (سیستم ریزپردازنده ابزار فنی) ساخته شده توسط رایانه شخصی Prolog در اسمولنسک ساخته شده است. نمای خارجی کنترلر MCTS در شکل 9 نشان داده شده است.

شکل 9. کنترلر MCTS

انتشار 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 مدل‌های جدید کنترل‌کننده‌ها، عمدتاً وارداتی (چینی) جایگزین می‌شوند.

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

سنسورهای جدید، کنترلرهای جدید

با ظهور کنترلرهای جدید، و فرستنده های HART آنالوگ جدیدمبدل از راه دور آدرس پذیر بزرگراه.

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

شکل 10. سیگنال خروجی فرستنده آنالوگ HART

شکل یک سیگنال آنالوگ را نشان می دهد و در اطراف آن، مانند یک مار، یک سیم پیچ سینوسی. این یک سیگنال مدوله شده فرکانس است. اما این به هیچ وجه یک سیگنال دیجیتال نیست، 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 (1.2 کیلوهرتز) است. این سیگنال ها توسط یک جریان سینوسی با دامنه ± 0.5 میلی آمپر ارسال می شود.

مشخص است که مقدار متوسط ​​سیگنال سینوسی برابر با 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 حالت اول، استاندارد، فقط دو دستگاه می توانند اطلاعات را از طریق یک خط دو سیم مبادله کنند، در حالی که سیگنال خروجی آنالوگ 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 خط دو سیم متصل کرد که تعداد آنها با پارامترهای خط ارتباطی و قدرت منبع تغذیه تعیین می شود. این یک حالت ارتباط چند نقطه ای است. در این حالت هر سنسور دارای آدرس خاص خود در محدوده 1 ... 15 است که توسط دستگاه کنترل استفاده می شود.

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

در مورد ارتباطات چند نقطه‌ای، داده نه تنها به معنای نتایج اندازه‌گیری واقعی پارامتر کنترل‌شده، بلکه مجموعه کاملی از انواع اطلاعات خدمات است.

اول از همه، اینها آدرس سنسورها، دستورات کنترل، تنظیمات 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 امنیت 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، رسانه انتقال فرکانس 2.4 گیگاهرتز بدون مجوز است که بسیاری از دستگاه های بی سیم رایانه از جمله شبکه های محلی بی سیم بر روی آن کار می کنند. بنابراین می توان از دستگاه های WirelessHART بدون هیچ محدودیتی استفاده کرد. شکل 11 یک شبکه بی سیم WirelessHART را نشان می دهد.

شکل 11. شبکه WirelessHART

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