Les capteurs les plus utilisés dans le domaine de l'automatisation industrielle, les capteurs avec une sortie de courant unifiée de 4-20, 0-50 ou 0-20 mA peuvent avoir divers schémas connexions aux appareils secondaires. Les capteurs modernes à faible consommation d'énergie et avec une sortie de courant de 4 à 20 mA sont le plus souvent connectés à l'aide d'un circuit à deux fils. C'est-à-dire qu'un seul câble à deux conducteurs est connecté à un tel capteur, à travers lequel ce capteur est alimenté, et la transmission s'effectue via les deux mêmes fils.

Généralement, les capteurs dotés d'une sortie 4-20 mA et d'un circuit de connexion à deux fils ont une sortie passive et nécessitent une source d'alimentation externe pour fonctionner. Cette source d'alimentation peut être intégrée directement dans l'appareil secondaire (dans son entrée) et lorsque le capteur est connecté à un tel appareil, un courant apparaît immédiatement dans le circuit de signal. Les appareils dotés d'une alimentation pour le capteur intégrée à l'entrée sont dits appareils avec une entrée active.

La plupart des instruments et contrôleurs secondaires modernes disposent d'alimentations intégrées pour faire fonctionner des capteurs à sorties passives.

Si l'appareil secondaire a une entrée passive - essentiellement, juste une résistance à partir de laquelle le circuit de mesure de l'appareil « lit » la chute de tension proportionnelle au courant circulant dans le circuit, alors une entrée supplémentaire est nécessaire pour que le capteur fonctionne. Unité externe Dans ce cas, l'alimentation est connectée en série avec le capteur et le dispositif secondaire dans une boucle de courant ouverte.

Les dispositifs secondaires sont généralement conçus et fabriqués pour accepter à la fois des capteurs 4-20 mA à deux fils et des capteurs 0-5, 0-20 ou 4-20 mA connectés dans un circuit à trois fils. Pour connecter un capteur bifilaire à l'entrée d'un appareil secondaire à trois bornes d'entrée (+U, entrée et commun), on utilise les bornes « +U » et « entrée », la borne « commun » reste libre.

Étant donné que les capteurs, comme mentionné ci-dessus, peuvent avoir non seulement une sortie 4-20 mA, mais, par exemple, 0-5 ou 0-20 mA, ou qu'ils ne peuvent pas être connectés à l'aide d'un circuit à deux fils en raison de leur consommation d'énergie élevée ( supérieure à 3 mA), un schéma de connexion à trois fils est utilisé. Dans ce cas, le circuit d'alimentation du capteur et le circuit du signal de sortie sont séparés. Les capteurs dotés d'une connexion à trois fils ont généralement une sortie active. Autrement dit, si vous appliquez une tension d'alimentation à un capteur avec une sortie active et connectez une résistance de charge entre ses bornes de sortie « sortie » et « commun », alors un courant proportionnel à la valeur du paramètre mesuré circulera dans le circuit de sortie. .

Les appareils secondaires disposent généralement d’une alimentation intégrée de faible consommation pour alimenter les capteurs. Le courant de sortie maximum des alimentations intégrées est généralement compris entre 22 et 50 mA, ce qui n'est pas toujours suffisant pour alimenter des capteurs à forte consommation d'énergie : débitmètres électromagnétiques, analyseurs de gaz infrarouges, etc. Dans ce cas, pour alimenter le capteur à trois fils, vous devez utiliser une alimentation externe plus puissante qui fournit la puissance nécessaire. L'alimentation intégrée à l'appareil secondaire n'est pas utilisée.

Un circuit similaire pour connecter des capteurs à trois fils est généralement utilisé dans le cas où la tension de l'alimentation intégrée à l'appareil ne correspond pas à la tension d'alimentation pouvant être fournie à ce capteur. Par exemple, l'alimentation intégrée a une tension de sortie de 24 V et le capteur peut être alimenté avec une tension de 10 à 16 V.

Certains appareils secondaires peuvent avoir plusieurs canaux d'entrée et une alimentation suffisamment puissante pour alimenter capteurs externes. Il faut rappeler que la consommation électrique totale de tous les capteurs connectés à un tel dispositif multicanal doit être inférieure à la puissance de l'alimentation intégrée destinée à les alimenter. De plus, en étudiant spécifications techniques Lors de l'utilisation de l'appareil, il est nécessaire de distinguer clairement la fonction des unités d'alimentation (sources) qui y sont intégrées. Une source intégrée est utilisée pour alimenter l'appareil secondaire lui-même - pour faire fonctionner l'affichage et les indicateurs, les relais de sortie, le circuit électronique de l'appareil, etc. Cette source d’énergie peut avoir une puissance assez importante. La deuxième source intégrée est utilisée pour alimenter exclusivement les circuits d'entrée, ceux connectés aux entrées des capteurs.

Avant de connecter le capteur à un appareil secondaire, vous devez étudier attentivement les manuels d'utilisation de cet équipement, déterminer les types d'entrées et de sorties (actives/passives), vérifier la conformité de la puissance consommée par le capteur et la puissance de la source d'alimentation. (intégré ou externe) et ensuite seulement établir la connexion. Les désignations réelles des bornes d'entrée et de sortie des capteurs et des appareils peuvent différer de celles indiquées ci-dessus. Ainsi les bornes « In (+) » et « In (-) » peuvent être désignées +J et -J, +4-20 et -4-20, +In et -In, etc. La borne "+U power" peut être désignée par +V, Alimentation, +24V, etc., la borne "Sortie" - Out, Sign, Jout, 4-20 mA, etc., la borne "commune" - GND, -24V, 0V, etc., mais cela ne change rien au sens.

Les capteurs dotés d'une sortie courant avec un schéma de connexion à quatre fils ont un schéma de connexion similaire à celui des capteurs à deux fils, la seule différence étant que les capteurs à quatre fils sont alimentés via une paire de fils distincte. De plus, les capteurs à quatre fils peuvent avoir les deux, ce qui doit être pris en compte lors du choix d'un schéma de connexion.

Capteurs discrets

Cet algorithme permet d'éviter les chocs lors de la fermeture du moule, sinon celui-ci peut simplement être brisé en petits morceaux. Le même changement de vitesse se produit lors de l’ouverture du moule. Ici, deux capteurs de contact ne suffisent plus.

Application capteurs analogiques

Figure 2. Pont de Wheatstone

Connexion de capteurs analogiques

Sorties de capteur analogiques

Mais en règle générale, un seul capteur ne suffit pas. Certaines des mesures les plus populaires sont les mesures de température et de pression. Le nombre de ces points par production moderne peut atteindre plusieurs dizaines de milliers. Le nombre de capteurs est donc également important. Par conséquent, plusieurs capteurs analogiques sont le plus souvent connectés à un seul contrôleur à la fois. Bien sûr, pas plusieurs milliers à la fois, c'est bien si une douzaine est différente. Une telle connexion est illustrée à la figure 7.

Figure 7. Connexion de plusieurs capteurs analogiques au contrôleur

Cette figure montre comment une tension adaptée à la conversion en code numérique est obtenue à partir d'un signal de courant. S'il existe plusieurs signaux de ce type, ils ne sont pas tous traités en même temps, mais sont séparés dans le temps et multiplexés, sinon un CAN distinct devrait être installé sur chaque canal.

A cet effet, le contrôleur dispose d'un circuit de commutation de circuit. Schéma fonctionnel Le commutateur est illustré à la figure 8.

Figure 8. Commutateur de canal du capteur analogique (image cliquable)

Les signaux de la boucle de courant convertis en tension aux bornes de la résistance de mesure (UR1...URn) sont envoyés à l'entrée du commutateur analogique. Les signaux de commande passent alternativement à la sortie l'un des signaux UR1...URn, qui sont amplifiés par l'amplificateur, et arrivent alternativement à l'entrée du CAN. La tension convertie en code numérique est fournie au contrôleur.

Le schéma, bien entendu, est très simplifié, mais il est tout à fait possible d'y envisager le principe du multiplexage. C'est à peu près ainsi qu'est construit le module d'entrée des signaux analogiques des contrôleurs MSTS (système à microprocesseur). moyens techniques) produit par le PC "Prolog" de Smolensk.

La production de tels contrôleurs a été interrompue depuis longtemps, même si dans certains endroits, loin d'être les meilleurs, ces contrôleurs servent toujours. Ces expositions de musée sont remplacées par des contrôleurs de nouveaux modèles, pour la plupart importés (chinois).

Si le contrôleur est monté dans une armoire métallique, il est recommandé de connecter les tresses de blindage au point de mise à la terre de l'armoire. Longueur lignes de connexion peut atteindre plus de deux kilomètres, ce qui est calculé à l'aide des formules appropriées. On ne comptera rien ici, mais croyez-moi, c'est vrai.

Nouveaux capteurs, nouveaux contrôleurs

Avec l’arrivée de nouveaux contrôleurs, de nouveaux capteurs analogiques sont également apparus qui fonctionnent selon le protocole HART (Highway Addressable Remote Transducer), qui se traduit par « Transducteur de mesure adressé à distance via une autoroute ».

Le signal de sortie du capteur (appareil de terrain) est un signal de courant analogique dans la plage 4...20 mA, sur lequel est superposé un signal de communication numérique modulé en fréquence (FSK - Frequency Shift Keying).

On sait que la valeur moyenne du signal sinusoïdal est nulle, la transmission des informations numériques n'affecte donc pas le courant de sortie du capteur 4...20 mA. Ce mode est utilisé lors de la configuration des capteurs.

La communication HART s'effectue de deux manières. Dans le premier cas, le cas standard, seuls deux appareils peuvent échanger des informations sur une ligne à deux fils, tandis que le signal analogique de sortie 4...20 mA dépend de la valeur mesurée. Ce mode est utilisé lors de la configuration des appareils de terrain (capteurs).

Dans le second cas, jusqu'à 15 capteurs peuvent être connectés à une ligne bifilaire, dont le nombre est déterminé par les paramètres de la ligne de communication et la puissance de l'alimentation. C'est le mode multipoint. Dans ce mode, chaque capteur possède sa propre adresse dans la plage 1...15, par laquelle le dispositif de contrôle y accède.

Le capteur d'adresse 0 est déconnecté de la ligne de communication. L'échange de données entre le capteur et l'appareil de contrôle en mode multipoint s'effectue uniquement par un signal de fréquence. Le signal actuel du capteur est fixé au niveau requis et ne change pas.

Dans le cas d'une communication multipoint, les données désignent non seulement les résultats de mesure réels du paramètre surveillé, mais également un ensemble complet d'informations de service de toutes sortes.

Tout d'abord, il s'agit des adresses des capteurs, des commandes de contrôle et des paramètres de configuration. Et toutes ces informations sont transmises via des lignes de communication à deux fils. Est-il également possible de s'en débarrasser ? Certes, cela doit être fait avec précaution, uniquement dans les cas où la connexion sans fil ne peut pas affecter la sécurité du processus contrôlé.

Ces technologies ont remplacé l'ancienne boucle de courant analogique. Mais il n'abandonne pas sa position, il est largement utilisé partout où cela est possible.

Dans le processus d'automatisation des processus technologiques de contrôle des mécanismes et des unités, il faut faire face à des mesures de diverses grandeurs physiques. Il peut s'agir de la température, de la pression et du débit de liquide ou de gaz, de la vitesse de rotation, de l'intensité lumineuse, des informations sur la position des pièces des mécanismes et bien plus encore. Ces informations sont obtenues à l'aide de capteurs. Ici, tout d'abord, sur la position des pièces des mécanismes.

Capteurs discrets

Le capteur le plus simple est un contact mécanique ordinaire : la porte est ouverte - le contact s'ouvre, fermée - elle se ferme. Un capteur aussi simple, ainsi que l'algorithme de fonctionnement donné, sont souvent utilisés dans alarmes de sécurité. Pour un mécanisme à mouvement de translation, qui a deux positions, par exemple une vanne d'eau, vous aurez besoin de deux contacts : un contact est fermé - la vanne est fermée, l'autre est fermé - elle est fermée.

Un algorithme de mouvement de translation plus complexe dispose d'un mécanisme de fermeture du moule thermoplastique de la machine automatique. Initialement, le moule est ouvert, c'est la position de départ. Dans cette position, les produits finis sont démoulés. Ensuite, l'opérateur ferme le dispositif de sécurité et le moule commence à se fermer et un nouveau cycle de travail commence.

La distance entre les moitiés du moule est assez grande. Par conséquent, au début, le moule se déplace rapidement et, à une certaine distance avant la fermeture des moitiés, le fin de course se déclenche, la vitesse de déplacement diminue considérablement et le moule se ferme en douceur.

Ainsi, les capteurs à contact sont discrets ou binaires, ont deux positions, fermé - ouvert ou 1 et 0. En d'autres termes, on peut dire qu'un événement s'est produit ou non. Dans l'exemple ci-dessus, plusieurs points sont « captés » par les contacts : le début du mouvement, le point de diminution de vitesse, la fin du mouvement.

En géométrie, un point n'a pas de dimensions, juste un point et c'est tout. Soit cela peut être (sur un morceau de papier, dans la trajectoire du mouvement, comme dans notre cas), soit cela n'existe tout simplement pas. Par conséquent, des capteurs discrets sont utilisés pour détecter des points. Peut-être qu'une comparaison avec un point n'est pas très appropriée ici, car à des fins pratiques, ils utilisent la précision de la réponse d'un capteur discret, et cette précision est bien supérieure à celle d'un point géométrique.

Mais le contact mécanique lui-même n’est pas fiable. C'est pourquoi, dans la mesure du possible, les contacts mécaniques sont remplacés par des capteurs sans contact. L'option la plus simple est celle des interrupteurs Reed : l'aimant s'approche, le contact se ferme. La précision du commutateur à lames laisse beaucoup à désirer ; de tels capteurs ne doivent être utilisés que pour déterminer la position des portes.

Divers capteurs sans contact doivent être considérés comme une option plus complexe et plus précise. Si le drapeau métallique entrait dans la fente, le capteur se déclenchait. Un exemple de tels capteurs sont les capteurs BVK (Contactless Limit Switch) de différentes séries. La précision de réponse (différentiel de déplacement) de ces capteurs est de 3 millimètres.

Capteur série BVK

Figure 1. Capteur série BVK

La tension d'alimentation des capteurs BVK est de 24 V, le courant de charge est de 200 mA, ce qui est largement suffisant pour connecter des relais intermédiaires pour une coordination ultérieure avec le circuit de commande. C'est ainsi que les capteurs BVK sont utilisés dans divers équipements.

Outre les capteurs BVK, des capteurs des types BTP, KVP, PIP, KVD, PISH sont également utilisés. Chaque série comporte plusieurs types de capteurs, désignés par des numéros, par exemple BTP-101, BTP-102, BTP-103, BTP-211.

Tous les capteurs mentionnés sont discrets sans contact, leur objectif principal est de déterminer la position des pièces de mécanismes et d'assemblages. Naturellement, il existe beaucoup plus de ces capteurs ; il est impossible de tous les décrire dans un seul article. Encore plus courant et toujours trouvé large application divers capteurs de contact.

Application des capteurs analogiques

Outre les capteurs discrets, les capteurs analogiques sont largement utilisés dans les systèmes d'automatisation. Leur objectif est d’obtenir des informations sur diverses grandeurs physiques, et pas seulement de manière générale, mais en temps réel. Plus précisément la transformation grandeur physique(pression, température, éclairage, débit, tension, courant) en un signal électrique pouvant être transmis via des lignes de communication au contrôleur et son traitement ultérieur.

Les capteurs analogiques sont généralement situés assez loin du contrôleur, c'est pourquoi ils sont souvent appelés appareils de terrain. Ce terme est souvent utilisé dans la littérature technique.

Un capteur analogique se compose généralement de plusieurs parties. La partie la plus importante est l’élément sensible : le capteur. Son but est de convertir la valeur mesurée en signal électrique. Mais le signal reçu du capteur est généralement faible. Pour obtenir un signal adapté à l'amplification, le capteur est le plus souvent inclus dans un circuit en pont - un pont de Wheatstone.

Pont de Wheatstone

Figure 2. Pont de Wheatstone

Le but initial d’un circuit en pont est de mesurer avec précision la résistance. Une source DC est connectée à la diagonale du pont AD. Un galvanomètre sensible avec un point médian, avec zéro au milieu de l'échelle, est relié à l'autre diagonale. Pour mesurer la résistance de la résistance Rx, en faisant tourner la résistance d'accord R2, vous devez atteindre l'équilibre du pont et mettre l'aiguille du galvanomètre à zéro.

La déviation de la flèche de l'instrument dans un sens ou dans un autre permet de déterminer le sens de rotation de la résistance R2. La valeur de la résistance mesurée est déterminée par l'échelle combinée à la poignée de la résistance R2. La condition d'équilibre du pont est l'égalité des rapports R1/R2 et Rx/R3. Dans ce cas, une différence de potentiel nulle est obtenue entre les points BC, et aucun courant ne circule dans le galvanomètre V.

La résistance des résistances R1 et R3 est choisie très précisément, leur étalement doit être minimal. Seulement dans ce cas, même un petit déséquilibre du pont provoque un changement assez notable de la tension de la diagonale BC. C'est cette propriété du pont qui permet de connecter des éléments sensibles (capteurs) de différents capteurs analogiques. Eh bien, tout est simple, une question de technique.

Pour utiliser le signal reçu du capteur, il nécessite un traitement supplémentaire - amplification et conversion en un signal de sortie adapté à la transmission et au traitement par le circuit de contrôle - le contrôleur. Le plus souvent, le signal de sortie des capteurs analogiques est du courant (boucle de courant analogique), moins souvent de la tension.

Pourquoi actuel ? Le fait est que les étages de sortie des capteurs analogiques sont construits sur la base de sources de courant. Cela vous permet de vous débarrasser de l'influence de la résistance des lignes de connexion sur le signal de sortie et d'utiliser de longues lignes de connexion.

Une conversion ultérieure est assez simple. Le signal de courant est converti en tension, pour laquelle il suffit de faire passer le courant à travers une résistance de résistance connue. La chute de tension aux bornes de la résistance de mesure est obtenue selon la loi d'Ohm U=I*R.

Par exemple, pour un courant de 10 mA sur une résistance de 100 Ohm, la tension sera de 10 * 100 = 1000 mV, soit jusqu'à 1 volt ! Dans ce cas, le courant de sortie du capteur ne dépend pas de la résistance des fils de connexion. Dans des limites raisonnables, bien sûr.

Connexion de capteurs analogiques

La tension obtenue au niveau de la résistance de mesure peut être facilement convertie en vue numérique, adapté à l'entrée dans le contrôleur. La conversion est effectuée à l'aide de convertisseurs analogique-numérique (ADC).

Les données numériques sont transmises au contrôleur par code série ou parallèle. Tout dépend du circuit de commutation spécifique. Un schéma de connexion simplifié pour un capteur analogique est présenté à la figure 3.

Connexion d'un capteur analogique

Figure 3. Connexion d'un capteur analogique (cliquez sur l'image pour l'agrandir)

Les actionneurs sont connectés au contrôleur ou le contrôleur lui-même est connecté à un ordinateur inclus dans le système d'automatisation.

Naturellement, les capteurs analogiques ont une conception complète dont l'un des éléments est un boîtier avec des éléments de connexion. A titre d'exemple, la figure 4 montre l'aspect d'un capteur de surpression de type Zond-10.

Capteur de surpression Zond-10

Figure 4. Capteur de surpression Zond-10

Au bas du capteur, vous pouvez voir le filetage de connexion pour la connexion au pipeline, et à droite sous le couvercle noir se trouve un connecteur pour connecter la ligne de communication avec le contrôleur.

Scellage connexion filetée se fait à l'aide d'une rondelle en cuivre recuit (incluse dans la livraison du capteur), et non par enroulement à partir de ruban fumé ou de lin. Ceci est fait pour que lors de l'installation du capteur, l'élément du capteur situé à l'intérieur ne soit pas déformé.

Sorties de capteur analogiques

Selon les normes, il existe trois plages de signaux de courant : 0...5 mA, 0...20 mA et 4...20 mA. Quelle est leur différence et quelles sont leurs caractéristiques ?

Le plus souvent, la dépendance du courant de sortie est directement proportionnelle à la valeur mesurée, par exemple, plus la pression dans le tuyau est élevée, plus le courant à la sortie du capteur est élevé. Bien que parfois une commutation inverse soit utilisée : un courant de sortie plus important correspond à valeur minimale valeur mesurée à la sortie du capteur. Tout dépend du type de contrôleur utilisé. Certains capteurs disposent même d'un passage du signal direct au signal inverse.

Le signal de sortie dans la plage 0...5 mA est très faible et donc sensible aux interférences. Si le signal d'un tel capteur fluctue alors que la valeur du paramètre mesuré reste inchangée, il est alors recommandé d'installer un condensateur d'une capacité de 0,1...1 μF en parallèle avec la sortie du capteur. Le signal de courant dans la plage 0...20 mA est plus stable.

Mais ces deux plages sont mauvaises car le zéro au début de l’échelle ne nous permet pas de déterminer sans ambiguïté ce qui s’est passé. Ou bien le signal mesuré a-t-il réellement atteint le niveau zéro, ce qui est en principe possible, ou la ligne de communication est-elle simplement rompue ? Par conséquent, si possible, ils essaient d’éviter d’utiliser ces plages.

Le signal des capteurs analogiques avec un courant de sortie compris entre 4 et 20 mA est considéré comme plus fiable. Son immunité au bruit est assez élevée, et la limite inférieure, même si le signal mesuré a un niveau nul, sera de 4 mA, ce qui permet de dire que la ligne de communication n'est pas coupée.

Une autre caractéristique intéressante de la gamme 4...20 mA est que les capteurs peuvent être connectés en utilisant seulement deux fils, puisque c'est le courant qui alimente le capteur lui-même. Il s'agit de sa consommation de courant et en même temps d'un signal de mesure.

L'alimentation électrique des capteurs dans la plage 4...20 mA est activée, comme le montre la figure 5. Dans le même temps, les capteurs Zond-10, comme beaucoup d'autres, selon leur fiche technique, ont une large plage de tension d'alimentation de 10 ...38V, bien que des sources stabilisées avec une tension de 24V soient le plus souvent utilisées.

Connexion d'un capteur analogique avec source externe nutrition

Figure 5. Connexion d'un capteur analogique à une alimentation externe

Ce diagramme contient les éléments suivants et des notations. Rsh est la résistance shunt de mesure, Rl1 et Rl2 sont la résistance des lignes de communication. Pour augmenter la précision de la mesure, une résistance de mesure de précision doit être utilisée comme Rsh. Le flux de courant provenant de la source d’alimentation est indiqué par des flèches.

Il est facile de voir que le courant de sortie de l'alimentation passe de la borne +24V, par la ligne Rl1 atteint la borne du capteur +AO2, passe par le capteur et par le contact de sortie du capteur - AO2, ligne de connexion Rl2, la résistance Rsh revient à la borne d'alimentation -24V. Ça y est, le circuit est fermé, le courant passe.

Si le contrôleur contient une alimentation 24 V, il est alors possible de connecter un capteur ou un transducteur de mesure selon le schéma présenté à la figure 6.

Connexion d'un capteur analogique à un contrôleur avec source interne nutrition

Figure 6. Connexion d'un capteur analogique à un contrôleur avec alimentation interne

Ce diagramme montre un élément supplémentaire - la résistance de ballast Rb. Son but est de protéger la résistance de mesure en cas de court-circuit dans la ligne de communication ou de dysfonctionnement du capteur analogique. L'installation de la résistance Rb est facultative, bien que souhaitable.

En plus de divers capteurs, les transducteurs de mesure disposent également d'une sortie courant, qui est assez souvent utilisée dans les systèmes d'automatisation.

Un transducteur de mesure est un dispositif permettant de convertir des niveaux de tension, par exemple 220 V ou un courant de plusieurs dizaines ou centaines d'ampères, en un signal de courant de 4...20 mA. Ici, le niveau du signal électrique est simplement converti, et non la représentation d'une grandeur physique (vitesse, débit, pression) sous forme électrique.

Mais en règle générale, un seul capteur ne suffit pas. Certaines des mesures les plus populaires sont les mesures de température et de pression. Le nombre de ces points dans la production moderne peut atteindre plusieurs dizaines

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Dans le processus d'automatisation des processus technologiques de contrôle des mécanismes et des unités, il faut faire face à des mesures de diverses grandeurs physiques. Il peut s'agir de la température, de la pression et du débit de liquide ou de gaz, de la vitesse de rotation, de l'intensité lumineuse, des informations sur la position des pièces des mécanismes et bien plus encore. Ces informations sont obtenues à l'aide de capteurs. Ici, tout d'abord, sur la position des pièces des mécanismes.

Capteurs discrets

Le capteur le plus simple est un contact mécanique ordinaire : la porte est ouverte - le contact s'ouvre, fermée - elle se ferme. Un capteur aussi simple, ainsi que l'algorithme de fonctionnement donné, souvent... Pour un mécanisme à mouvement de translation, qui a deux positions, par exemple une vanne d'eau, vous aurez besoin de deux contacts : un contact est fermé - la vanne est fermée, l'autre est fermé - elle est fermée.

Un algorithme de mouvement de translation plus complexe dispose d'un mécanisme de fermeture du moule thermoplastique de la machine automatique. Initialement, le moule est ouvert, c'est la position de départ. Dans cette position, les produits finis sont démoulés. Ensuite, l'opérateur ferme le dispositif de sécurité et le moule commence à se fermer et un nouveau cycle de travail commence.

La distance entre les moitiés du moule est assez grande. Par conséquent, au début, le moule se déplace rapidement et, à une certaine distance avant la fermeture des moitiés, le fin de course se déclenche, la vitesse de déplacement diminue considérablement et le moule se ferme en douceur.

Cet algorithme permet d'éviter les chocs lors de la fermeture du moule, sinon celui-ci peut simplement être brisé en petits morceaux. Le même changement de vitesse se produit lors de l’ouverture du moule. Ici, deux capteurs de contact ne suffisent plus.

Ainsi, les capteurs à contact sont discrets ou binaires, ont deux positions, fermé - ouvert ou 1 et 0. En d'autres termes, on peut dire qu'un événement s'est produit ou non. Dans l'exemple ci-dessus, plusieurs points sont « captés » par les contacts : le début du mouvement, le point de diminution de vitesse, la fin du mouvement.

En géométrie, un point n'a pas de dimensions, juste un point et c'est tout. Soit cela peut être (sur un morceau de papier, dans la trajectoire du mouvement, comme dans notre cas), soit cela n'existe tout simplement pas. Par conséquent, des capteurs discrets sont utilisés pour détecter des points. Peut-être qu'une comparaison avec un point n'est pas très appropriée ici, car à des fins pratiques, ils utilisent la précision de la réponse d'un capteur discret, et cette précision est bien supérieure à celle d'un point géométrique.

Mais le contact mécanique lui-même n’est pas fiable. C'est pourquoi, dans la mesure du possible, les contacts mécaniques sont remplacés par des capteurs sans contact. L'option la plus simple est celle des interrupteurs Reed : l'aimant s'approche, le contact se ferme. La précision du commutateur à lames laisse beaucoup à désirer ; de tels capteurs ne doivent être utilisés que pour déterminer la position des portes.

Divers capteurs sans contact doivent être considérés comme une option plus complexe et plus précise. Si le drapeau métallique entrait dans la fente, le capteur se déclenchait. Un exemple de tels capteurs sont les capteurs BVK (Contactless Limit Switch) de différentes séries. La précision de réponse (différentiel de déplacement) de ces capteurs est de 3 millimètres.

Figure 1. Capteur série BVK

La tension d'alimentation des capteurs BVK est de 24 V, le courant de charge est de 200 mA, ce qui est largement suffisant pour connecter des relais intermédiaires pour une coordination ultérieure avec le circuit de commande. C'est ainsi que les capteurs BVK sont utilisés dans divers équipements.

Outre les capteurs BVK, des capteurs des types BTP, KVP, PIP, KVD, PISH sont également utilisés. Chaque série comporte plusieurs types de capteurs, désignés par des numéros, par exemple BTP-101, BTP-102, BTP-103, BTP-211.

Tous les capteurs mentionnés sont discrets sans contact, leur objectif principal est de déterminer la position des pièces de mécanismes et d'assemblages. Naturellement, il existe beaucoup plus de ces capteurs ; il est impossible de tous les décrire dans un seul article. Divers capteurs de contact sont encore plus courants et encore largement utilisés.

Application des capteurs analogiques

Outre les capteurs discrets, les capteurs analogiques sont largement utilisés dans les systèmes d'automatisation. Leur objectif est d’obtenir des informations sur diverses grandeurs physiques, et pas seulement de manière générale, mais en temps réel. Plus précisément, la conversion d'une grandeur physique (pression, température, éclairage, débit, tension, courant) en un signal électrique pouvant être transmis via des lignes de communication au contrôleur et son traitement ultérieur.

Les capteurs analogiques sont généralement situés assez loin du contrôleur, c'est pourquoi ils sont souvent appelés appareils de terrain. Ce terme est souvent utilisé dans la littérature technique.

Un capteur analogique se compose généralement de plusieurs parties. La partie la plus importante est l'élément capteur - capteur. Son but est de convertir la valeur mesurée en signal électrique. Mais le signal reçu du capteur est généralement faible. Pour obtenir un signal adapté à l'amplification, le capteur est le plus souvent inclus dans un circuit en pont - Pont de Wheatstone.

Figure 2. Pont de Wheatstone

Le but initial d’un circuit en pont est de mesurer avec précision la résistance. Une source DC est connectée à la diagonale du pont AD. Un galvanomètre sensible avec un point médian, avec zéro au milieu de l'échelle, est relié à l'autre diagonale. Pour mesurer la résistance de la résistance Rx, en faisant tourner la résistance d'accord R2, vous devez atteindre l'équilibre du pont et mettre l'aiguille du galvanomètre à zéro.

La déviation de la flèche de l'instrument dans un sens ou dans un autre permet de déterminer le sens de rotation de la résistance R2. La valeur de la résistance mesurée est déterminée par l'échelle combinée à la poignée de la résistance R2. La condition d'équilibre du pont est l'égalité des rapports R1/R2 et Rx/R3. Dans ce cas, une différence de potentiel nulle est obtenue entre les points BC, et aucun courant ne circule dans le galvanomètre V.

La résistance des résistances R1 et R3 est choisie très précisément, leur étalement doit être minimal. Seulement dans ce cas, même un petit déséquilibre du pont provoque un changement assez notable de la tension de la diagonale BC. C'est cette propriété du pont qui permet de connecter des éléments sensibles (capteurs) de différents capteurs analogiques. Eh bien, tout est simple, une question de technique.

Pour utiliser le signal reçu du capteur, il nécessite un traitement supplémentaire - amplification et conversion en un signal de sortie adapté à la transmission et au traitement par le circuit de commande - contrôleur. Le plus souvent, le signal de sortie des capteurs analogiques est du courant (boucle de courant analogique), moins souvent de la tension.

Pourquoi actuel ? Le fait est que les étages de sortie des capteurs analogiques sont construits sur la base de sources de courant. Cela vous permet de vous débarrasser de l'influence de la résistance des lignes de connexion sur le signal de sortie et d'utiliser de longues lignes de connexion.

Une conversion ultérieure est assez simple. Le signal de courant est converti en tension, pour laquelle il suffit de faire passer le courant à travers une résistance de résistance connue. La chute de tension aux bornes de la résistance de mesure est obtenue selon la loi d'Ohm U=I*R.

Par exemple, pour un courant de 10 mA sur une résistance de 100 Ohm, la tension sera de 10 * 100 = 1000 mV, soit jusqu'à 1 volt ! Dans ce cas, le courant de sortie du capteur ne dépend pas de la résistance des fils de connexion. Dans des limites raisonnables, bien sûr.

Connexion de capteurs analogiques

La tension obtenue au niveau de la résistance de mesure peut être facilement convertie en une forme numérique adaptée à l'entrée dans le contrôleur. La conversion se fait à l'aide convertisseurs analogique-numérique CAN.

Les données numériques sont transmises au contrôleur par code série ou parallèle. Tout dépend du circuit de commutation spécifique. Un schéma de connexion simplifié pour un capteur analogique est présenté à la figure 3.

Figure 3. Connexion d'un capteur analogique (cliquez sur l'image pour l'agrandir)

Les actionneurs sont connectés au contrôleur ou le contrôleur lui-même est connecté à un ordinateur inclus dans le système d'automatisation.

Naturellement, les capteurs analogiques ont une conception complète dont l'un des éléments est un boîtier avec des éléments de connexion. A titre d'exemple, la figure 4 montre l'aspect d'un capteur de surpression de type Zond-10.

Figure 4. Capteur de surpression Zond-10

Au bas du capteur, vous pouvez voir le filetage de connexion pour la connexion au pipeline, et à droite sous le couvercle noir se trouve un connecteur pour connecter la ligne de communication avec le contrôleur.

Le raccord fileté est scellé à l'aide d'une rondelle en cuivre recuit (incluse dans la livraison du capteur), et non en l'enroulant avec du ruban fumé ou du lin. Ceci est fait pour que lors de l'installation du capteur, l'élément du capteur situé à l'intérieur ne soit pas déformé.

Sorties de capteur analogiques

Selon les normes, il existe trois plages de signaux de courant : 0...5 mA, 0...20 mA et 4...20 mA. Quelle est leur différence et quelles sont leurs caractéristiques ?

Le plus souvent, la dépendance du courant de sortie est directement proportionnelle à la valeur mesurée, par exemple, plus la pression dans le tuyau est élevée, plus le courant à la sortie du capteur est élevé. Bien que parfois une commutation inverse soit utilisée : un courant de sortie plus important correspond à la valeur minimale de la grandeur mesurée à la sortie du capteur. Tout dépend du type de contrôleur utilisé. Certains capteurs disposent même d'un passage du signal direct au signal inverse.

Le signal de sortie dans la plage 0...5 mA est très faible et donc sensible aux interférences. Si le signal d'un tel capteur fluctue alors que la valeur du paramètre mesuré reste inchangée, il est alors recommandé d'installer un condensateur d'une capacité de 0,1...1 μF en parallèle avec la sortie du capteur. Le signal de courant dans la plage 0...20 mA est plus stable.

Mais ces deux plages sont mauvaises car le zéro au début de l’échelle ne nous permet pas de déterminer sans ambiguïté ce qui s’est passé. Ou bien le signal mesuré a-t-il réellement atteint le niveau zéro, ce qui est en principe possible, ou la ligne de communication est-elle simplement rompue ? Par conséquent, si possible, ils essaient d’éviter d’utiliser ces plages.

Le signal des capteurs analogiques avec un courant de sortie compris entre 4 et 20 mA est considéré comme plus fiable. Son immunité au bruit est assez élevée, et la limite inférieure, même si le signal mesuré a un niveau nul, sera de 4 mA, ce qui permet de dire que la ligne de communication n'est pas coupée.

Une autre caractéristique intéressante de la gamme 4...20 mA est que les capteurs peuvent être connectés en utilisant seulement deux fils, puisque c'est le courant qui alimente le capteur lui-même. Il s'agit de sa consommation de courant et en même temps d'un signal de mesure.

L'alimentation électrique des capteurs dans la plage 4...20 mA est activée, comme le montre la figure 5. Dans le même temps, les capteurs Zond-10, comme beaucoup d'autres, selon leur fiche technique, ont une large plage de tension d'alimentation de 10...38V, bien qu'ils soient le plus souvent utilisés avec une tension de 24V.

Figure 5. Connexion d'un capteur analogique à une alimentation externe

Ce diagramme contient les éléments et symboles suivants. Rsh est la résistance shunt de mesure, Rl1 et Rl2 sont la résistance des lignes de communication. Pour augmenter la précision de la mesure, une résistance de mesure de précision doit être utilisée comme Rsh. Le flux de courant provenant de la source d’alimentation est indiqué par des flèches.

Il est facile de voir que le courant de sortie de l'alimentation passe de la borne +24V, par la ligne Rl1 atteint la borne du capteur +AO2, passe par le capteur et par le contact de sortie du capteur - AO2, ligne de connexion Rl2, la résistance Rsh revient à la borne d'alimentation -24V. Ça y est, le circuit est fermé, le courant passe.

Si le contrôleur contient une alimentation 24 V, il est alors possible de connecter un capteur ou un transducteur de mesure selon le schéma présenté à la figure 6.

Figure 6. Connexion d'un capteur analogique à un contrôleur avec alimentation interne

Ce diagramme montre un élément supplémentaire - la résistance de ballast Rb. Son but est de protéger la résistance de mesure en cas de court-circuit dans la ligne de communication ou de dysfonctionnement du capteur analogique. L'installation de la résistance Rb est facultative, bien que souhaitable.

En plus de divers capteurs, les transducteurs de mesure disposent également d'une sortie courant, qui est assez souvent utilisée dans les systèmes d'automatisation.

Transducteur- un dispositif permettant de convertir des niveaux de tension, par exemple 220V ou un courant de plusieurs dizaines ou centaines d'ampères, en un signal de courant de 4...20mA. Ici, le niveau du signal électrique est simplement converti, et non la représentation d'une grandeur physique (vitesse, débit, pression) sous forme électrique.

Mais en règle générale, un seul capteur ne suffit pas. Certaines des mesures les plus populaires sont les mesures de température et de pression. Le nombre de ces points dans les usines modernes peut atteindre plusieurs dizaines de milliers. Le nombre de capteurs est donc également important. Par conséquent, plusieurs capteurs analogiques sont le plus souvent connectés à un seul contrôleur à la fois. Bien sûr, pas plusieurs milliers à la fois, c'est bien si une douzaine est différente. Une telle connexion est illustrée à la figure 7.

Figure 7. Connexion de plusieurs capteurs analogiques au contrôleur

Cette figure montre comment une tension adaptée à la conversion en code numérique est obtenue à partir d'un signal de courant. S'il existe plusieurs signaux de ce type, ils ne sont pas tous traités en même temps, mais sont séparés dans le temps et multiplexés, sinon un CAN distinct devrait être installé sur chaque canal.

A cet effet, le contrôleur dispose d'un circuit de commutation de circuit. Le schéma fonctionnel du commutateur est présenté à la figure 8.

Figure 8. Commutateur de canal du capteur analogique (image cliquable)

Les signaux de la boucle de courant convertis en tension aux bornes de la résistance de mesure (UR1...URn) sont envoyés à l'entrée du commutateur analogique. Les signaux de commande passent alternativement à la sortie l'un des signaux UR1...URn, qui sont amplifiés par l'amplificateur, et arrivent alternativement à l'entrée du CAN. La tension convertie en code numérique est fournie au contrôleur.

Le schéma, bien entendu, est très simplifié, mais il est tout à fait possible d'y envisager le principe du multiplexage. C'est à peu près ainsi qu'est construit le module d'entrée des signaux analogiques des contrôleurs MSTS (système à microprocesseur de moyens techniques) produit par le PC de Smolensk « Prolog ». L'apparence du contrôleur MSTS est illustrée à la figure 9.

Figure 9. Contrôleur MSTS

La production de tels contrôleurs a été interrompue depuis longtemps, même si dans certains endroits, loin d'être les meilleurs, ces contrôleurs servent toujours. Ces expositions de musée sont remplacées par des contrôleurs de nouveaux modèles, pour la plupart importés (chinois).

Si le contrôleur est monté dans une armoire métallique, il est recommandé de connecter les tresses de blindage au point de mise à la terre de l'armoire. La longueur des lignes de liaison peut atteindre plus de deux kilomètres, calculée à l'aide des formules appropriées. On ne comptera rien ici, mais croyez-moi, c'est vrai.

Nouveaux capteurs, nouveaux contrôleurs

Avec l'arrivée de nouveaux contrôleurs, nouveaux capteurs analogiques utilisant le protocole HART(Highway Addressable Remote Transducer), qui se traduit par « Transducteur de mesure adressé à distance via une autoroute ».

Le signal de sortie du capteur (appareil de terrain) est un signal de courant analogique dans la plage 4...20 mA, sur lequel est superposé un signal de communication numérique modulé en fréquence (FSK - Frequency Shift Keying).

Figure 10. Sortie du capteur analogique via le protocole HART

La figure montre un signal analogique et une onde sinusoïdale se tortille autour de lui comme un serpent. Il s'agit d'un signal modulé en fréquence. Mais il ne s’agit pas du tout d’un signal numérique ; il n’a pas encore été reconnu. Il est à noter sur la figure que la fréquence de la sinusoïde lors de la transmission d'un zéro logique est plus élevée (2,2 KHz) que lors de la transmission d'une unité (1,2 KHz). La transmission de ces signaux est réalisée par un courant d'amplitude ±0,5 mA de forme sinusoïdale.

On sait que la valeur moyenne du signal sinusoïdal est nulle, la transmission des informations numériques n'affecte donc pas le courant de sortie du capteur 4...20 mA. Ce mode est utilisé lors de la configuration des capteurs.

La communication HART s'effectue de deux manières. Dans le premier cas, le cas standard, seuls deux appareils peuvent échanger des informations sur une ligne à deux fils, tandis que le signal analogique de sortie 4...20 mA dépend de la valeur mesurée. Ce mode est utilisé lors de la configuration des appareils de terrain (capteurs).

Dans le second cas, jusqu'à 15 capteurs peuvent être connectés à une ligne bifilaire, dont le nombre est déterminé par les paramètres de la ligne de communication et la puissance de l'alimentation. C'est le mode multipoint. Dans ce mode, chaque capteur possède sa propre adresse dans la plage 1...15, par laquelle le dispositif de contrôle y accède.

Le capteur d'adresse 0 est déconnecté de la ligne de communication. L'échange de données entre le capteur et l'appareil de contrôle en mode multipoint s'effectue uniquement par un signal de fréquence. Le signal actuel du capteur est fixé au niveau requis et ne change pas.

Dans le cas d'une communication multipoint, les données désignent non seulement les résultats de mesure réels du paramètre surveillé, mais également un ensemble complet d'informations de service de toutes sortes.

Tout d'abord, il s'agit des adresses des capteurs, des commandes de contrôle et des paramètres de configuration. Et toutes ces informations sont transmises via des lignes de communication à deux fils. Est-il également possible de s'en débarrasser ? Certes, cela doit être fait avec précaution, uniquement dans les cas où la connexion sans fil ne peut pas affecter la sécurité du processus contrôlé.

Il s'avère que vous pouvez vous débarrasser des fils. Déjà en 2007, la norme WirelessHART a été publiée ; le support de transmission est la fréquence sans licence de 2,4 GHz, sur laquelle fonctionnent de nombreux appareils informatiques sans fil, y compris les réseaux locaux sans fil. Les appareils WirelessHART peuvent donc également être utilisés sans aucune restriction. La figure 11 montre le réseau sans fil WirelessHART.

Figure 11. Réseau WirelessHART

Ces technologies ont remplacé l'ancienne boucle de courant analogique. Mais il n'abandonne pas sa position, il est largement utilisé partout où cela est possible.

Depuis les années 1950, les boucles de courant sont utilisées pour transmettre les données des émetteurs dans les applications de surveillance et de contrôle. Avec de faibles coûts de mise en œuvre, une immunité élevée au bruit et la capacité de transmettre des signaux sur de longues distances, la boucle de courant s'est avérée particulièrement adaptée à un fonctionnement dans des environnements industriels. Ce matériel est consacré à une description des principes de base de fonctionnement de la boucle de courant, des bases de conception et de configuration.

Utiliser le courant pour transférer les données du convertisseur

Les capteurs industriels utilisent souvent un signal de courant pour transmettre des données, contrairement à la plupart des autres transducteurs, tels que les thermocouples ou les jauges de contrainte, qui utilisent un signal de tension. Malgré le fait que les convertisseurs qui utilisent la tension comme paramètre pour transmettre des informations sont effectivement utilisés efficacement dans de nombreux tâches de production, il existe une gamme d'applications dans lesquelles l'utilisation des caractéristiques actuelles est préférable. Un inconvénient important lors de l'utilisation de tension pour transmettre des signaux dans des environnements industriels est l'affaiblissement du signal lors de la transmission sur de longues distances en raison de la présence d'une résistance. lignes filaires communications. Vous pouvez bien sûr utiliser des appareils à haute impédance d’entrée pour contourner la perte de signal. Cependant, ces appareils seront très sensibles au bruit généré par les moteurs, les courroies d'entraînement ou les émetteurs de diffusion à proximité.

Selon la première loi de Kirchhoff, la somme des courants entrant dans un nœud est égale à la somme des courants sortant du nœud.
En théorie, le courant circulant au début du circuit devrait atteindre entièrement sa fin,
comme le montre la figure 1. 1.

Figure 1. Conformément à la première loi de Kirchhoff, le courant au début du circuit est égal au courant à sa fin.

C'est le principe de base sur lequel fonctionne la boucle de mesure. La mesure du courant n'importe où dans la boucle de courant (boucle de mesure) donne le même résultat. En utilisant des signaux actuels et des récepteurs d'acquisition de données à faible impédance d'entrée, les applications industrielles peuvent grandement bénéficier d'une meilleure immunité au bruit et d'une longueur de liaison accrue.

Composants de la boucle de courant
Les principaux composants d'une boucle de courant comprennent une source CC, un capteur, un dispositif d'acquisition de données et des fils les connectant en série, comme le montre la figure 2.

Figure 2. Schéma fonctionnel de la boucle de courant.

Une source CC alimente le système. Le convertisseur régule le courant dans les fils de 4 à 20 mA, où 4 mA représente le zéro actif et 20 mA représente le signal maximum.
0 mA (pas de courant) signifie un circuit ouvert. Le dispositif d'acquisition de données mesure la quantité de courant régulé. Une méthode efficace et précise pour mesurer le courant consiste à installer une résistance shunt de précision à l'entrée de l'amplificateur d'instrumentation du dispositif d'acquisition de données (sur la figure 2) pour convertir le courant en tension de mesure, obtenant finalement un résultat qui reflète clairement le signal à la sortie du convertisseur.

Pour mieux comprendre le principe de fonctionnement d'une boucle de courant, considérons, par exemple, une conception de système avec un convertisseur présentant les caractéristiques techniques suivantes :

Le transducteur est utilisé pour mesurer la pression
Le transducteur est situé à 2000 pieds de l'appareil de mesure
Le courant mesuré par le dispositif d'acquisition de données fournit à l'opérateur des informations sur la quantité de pression appliquée au transducteur

Commençons par regarder l'exemple en sélectionnant un convertisseur approprié.

Conception actuelle du système

Sélection du convertisseur

La première étape de la conception d'un système actuel consiste à sélectionner un convertisseur. Quel que soit le type de grandeur mesurée (débit, pression, température, etc.) facteur important dans le choix d'un convertisseur est sa tension de fonctionnement. Seule la connexion d'une source d'alimentation au convertisseur permet de réguler le courant dans la ligne de communication. La valeur de tension de la source d'alimentation doit être dans des limites acceptables : supérieure au minimum requis, inférieure à valeur maximale ce qui pourrait endommager l'onduleur.

Pour le système actuel de l'exemple, le transducteur sélectionné mesure la pression et a une tension de fonctionnement de 12 à 30 V. Une fois le transducteur sélectionné, le signal de courant doit être correctement mesuré pour fournir une représentation précise de la pression appliquée au transducteur. .

Sélection d'un périphérique d'acquisition de données pour la mesure du courant

Un aspect important auquel vous devez prêter attention lors de la construction d’un système de courant est d’éviter l’apparition d’une boucle de courant dans le circuit de terre. Une technique courante dans de tels cas est l’isolement. En utilisant une isolation, vous pouvez éviter l'influence de la boucle de terre, dont l'apparition est expliquée sur la Fig. 3.

Figure 3. Boucle de masse

Des boucles de terre se forment lorsque deux bornes sont connectées dans un circuit différents endroits potentiels. Cette différence introduit un courant supplémentaire dans la ligne de communication, ce qui peut entraîner des erreurs de mesure.
L'isolation du dispositif d'acquisition de données fait référence à la séparation électrique de la masse de la source de signal de la masse de l'amplificateur d'entrée du dispositif de mesure, comme le montre la figure 4.

Étant donné que le courant ne peut pas traverser la barrière d'isolation, les points de masse de l'amplificateur et de la source de signal sont au même potentiel. Cela élimine la possibilité de créer par inadvertance une boucle de masse.

Figure 4. Tension de mode commun et tension de signal dans un circuit isolé

L'isolation évite également d'endommager le dispositif d'acquisition de données lorsque des tensions de mode commun élevées sont présentes. La tension de mode commun est une tension de même polarité présente aux deux entrées d'un amplificateur d'instrumentation. Par exemple, sur la figure 4. Les entrées positive (+) et négative (-) de l'amplificateur ont une tension de mode commun de +14 V. De nombreux appareils d'acquisition de données ont une plage d'entrée maximale de ±10 V. Si l'appareil d'acquisition de données n'est pas isolé et que la tension de mode commun est en dehors de la plage d'entrée maximale, vous pouvez endommager l'appareil. Bien que la tension normale (signal) à l'entrée de l'amplificateur dans la figure 4 ne soit que de +2 V, l'ajout de +14 V peut entraîner une tension de +16 V.
(La tension du signal est la tension entre le « + » et le « - » de l'amplificateur, la tension de fonctionnement est la somme des tensions de mode normal et commun), ce qui représente un niveau de tension dangereux pour les appareils de collecte avec une tension de fonctionnement inférieure.

En isolation, le point commun de l'amplificateur est électriquement séparé de la masse zéro. Dans le circuit de la figure 4, le potentiel au point commun de l'amplificateur est « élevé » jusqu'au niveau de +14 V. Cette technique fait chuter la tension d'entrée de 16 à 2 V. Maintenant que les données sont collectées, l'appareil ne risque plus d'être endommagé par une surtension. (Notez que les isolateurs ont une tension de mode commun maximale qu'ils peuvent rejeter.)

Une fois le dispositif d'acquisition de données isolé et protégé, la dernière étape de la construction de la boucle de courant consiste à sélectionner l'alimentation électrique appropriée.

Sélection d'une source d'alimentation

Il est facile de déterminer quelle alimentation correspond le mieux à vos besoins. Lorsqu'elle fonctionne dans une boucle de courant, l'alimentation doit produire une tension égale ou supérieure à la somme des chutes de tension sur tous les éléments du système.

Le dispositif d'acquisition de données dans notre exemple utilise un shunt de précision pour mesurer le courant.
Il est nécessaire de calculer la chute de tension aux bornes de cette résistance. Une résistance shunt typique est de 249 Ω. Calculs de base pour une plage de courant de boucle de courant de 4 .. 20 mA
montrer ce qui suit :

I*R=U
0,004A*249Ω= 0,996 V
0,02A*249Ω= 4,98 V

À partir d'un shunt de 249 Ω, nous pouvons supprimer une tension comprise entre 1 et 5 V en reliant la valeur de la tension à l'entrée du dispositif d'acquisition de données à la valeur du signal de sortie du transducteur de pression.
Comme mentionné, le transmetteur de pression nécessite une tension de fonctionnement minimale de 12 V avec un maximum de 30 V. En ajoutant la chute de tension aux bornes de la résistance shunt de précision à la tension de fonctionnement du transmetteur, nous obtenons ce qui suit :

12 V+ 5 V=17 V

À première vue, une tension de 17 V est suffisante. Cependant, il faut tenir compte de la charge supplémentaire sur l'alimentation créée par les fils présentant une résistance électrique.
Dans les cas où le capteur est situé loin des instruments de mesure, il faut prendre en compte le facteur de résistance des fils lors du calcul de la boucle de courant. Fils de cuivre avoir de la résistance CC, qui est directement proportionnelle à leur longueur. Avec l'exemple de capteur de pression, vous devez tenir compte d'une longueur de ligne de communication de 2 000 pieds lors de la détermination de la tension de fonctionnement de l'alimentation. La résistance linéaire du câble en cuivre unipolaire est de 2,62 Ω/100 pieds. La prise en compte de cette résistance donne ceci :

La résistance d'un noyau de 2 000 pieds de long sera de 2 000 * 2,62 / 100 = 52,4 m.
La chute de tension aux bornes d'un noyau sera de 0,02 * 52,4 = 1,048 V.
Pour compléter le circuit, deux fils sont nécessaires, puis la longueur de la ligne de communication double, et
La chute de tension totale sera de 2,096 V. Cela donne environ 2,1 V en raison de la distance entre le convertisseur et l'appareil secondaire étant de 2 000 pieds. En résumant les chutes de tension dans tous les éléments du circuit, nous obtenons :
2,096 V + 12 V + 5 V = 19,096 V

Si vous avez utilisé 17 V pour alimenter le circuit en question, alors la tension fournie au transducteur de pression sera inférieure à la tension de fonctionnement minimale en raison de la chute de la résistance des fils et de la résistance shunt. La sélection d'une alimentation standard de 24 V satisfera aux besoins en énergie de l'onduleur. De plus, il existe une réserve de tension afin de placer le capteur de pression à une plus grande distance.

Avec le transducteur, le dispositif d'acquisition de données, la longueur de câble et l'alimentation appropriés sélectionnés, la conception d'une boucle de courant simple est terminée. Pour des applications plus complexes, vous pouvez inclure des canaux de mesure supplémentaires dans le système.