Najrašireniji senzori u području industrijske automatizacije, senzori s jedinstvenim strujnim izlazom od 4-20, 0-50 ili 0-20 mA mogu imati razne sheme veze sa sekundarnim uređajima. Moderni senzori s niskom potrošnjom energije i strujnim izlazom od 4-20 mA najčešće se spajaju pomoću dvožilnog kruga. To jest, samo jedan kabel s dvije jezgre povezan je s takvim senzorom, preko kojeg se ovaj senzor napaja, a prijenos se provodi kroz iste dvije žice.

Tipično, senzori s 4-20 mA izlazom i dvožilnim spojnim krugom imaju pasivni izlaz i zahtijevaju vanjski izvor napajanja za rad. Ovaj izvor napajanja može se ugraditi izravno u sekundarni uređaj (u njegov ulaz) i kada se senzor spoji na takav uređaj, struja se odmah pojavljuje u signalnom krugu. Uređaji koji imaju napajanje za senzor ugrađeno u ulaz nazivaju se uređajima s aktivnim ulazom.

Većina modernih sekundarnih instrumenata i kontrolera ima ugrađene izvore napajanja za rad senzora s pasivnim izlazima.

Ako sekundarni uređaj ima pasivni ulaz - u biti, samo otpornik s kojeg mjerni krug uređaja "čita" pad napona proporcionalan struji koja teče u krugu, tada je za rad senzora potreban dodatni. Vanjska jedinica U ovom slučaju, napajanje je povezano serijski sa senzorom i sekundarnim uređajem u prekidu strujne petlje.

Sekundarni uređaji obično su dizajnirani i proizvedeni da prihvate i dvožilne senzore od 4-20 mA i senzore od 0-5, 0-20 ili 4-20 mA spojene u trožilni krug. Za spajanje dvožilnog senzora na ulaz sekundarnog uređaja s tri ulazne stezaljke (+U, ulazni i zajednički), koriste se stezaljke "+U" i "ulaz", a "zajednička" stezaljka ostaje slobodna.

Budući da senzori, kao što je gore spomenuto, mogu imati ne samo izlaz od 4-20 mA, već, na primjer, 0-5 ili 0-20 mA, ili se ne mogu spojiti pomoću dvožilnog kruga zbog velike potrošnje energije ( više od 3 mA), tada se koristi trožilni dijagram spajanja. U ovom slučaju, krug napajanja senzora i krug izlaznog signala su odvojeni. Senzori s trožilnom vezom obično imaju aktivan izlaz. To jest, ako primijenite napon napajanja na senzor s aktivnim izlazom i spojite otpornik opterećenja između njegovih izlaznih priključaka "izlaz" i "zajednički", tada će struja proporcionalna vrijednosti izmjerenog parametra teći u izlaznom krugu .

Sekundarni uređaji obično imaju ugrađeno napajanje prilično male snage za napajanje senzora. Maksimalna izlazna struja ugrađenih izvora napajanja obično je u rasponu od 22-50 mA, što nije uvijek dovoljno za napajanje senzora s velikom potrošnjom energije: elektromagnetskih mjerača protoka, infracrvenih analizatora plina itd. U ovom slučaju, za napajanje trožilnog senzora, morate koristiti vanjsko, jače napajanje koje daje potrebnu snagu. Napajanje ugrađeno u sekundarni uređaj se ne koristi.

Sličan sklop za spajanje trožilnih senzora obično se koristi u slučaju kada napon napajanja ugrađenog u uređaj ne odgovara naponu napajanja koji se može napajati na ovaj senzor. Na primjer, ugrađeni izvor napajanja ima izlazni napon od 24V, a senzor se može napajati naponom od 10 do 16V.

Neki sekundarni uređaji mogu imati nekoliko ulaznih kanala i dovoljno snažan izvor napajanja za napajanje vanjski senzori. Mora se imati na umu da ukupna potrošnja energije svih senzora spojenih na takav višekanalni uređaj mora biti manja od snage ugrađenog napajanja namijenjenog za njihovo napajanje. Štoviše, studiranjem tehnički podaci Prilikom korištenja uređaja potrebno je jasno razlikovati namjenu agregata (izvora) ugrađenih u njega. Jedan ugrađeni izvor služi za napajanje samog sekundarnog uređaja - za rad zaslona i indikatora, izlaznih releja, elektroničkog sklopa uređaja itd. Ovaj izvor energije može imati prilično veliku snagu. Drugi ugrađeni izvor služi za napajanje isključivo ulaznih krugova – onih koji su spojeni na ulaze senzora.

Prije spajanja senzora na sekundarni uređaj, trebali biste pažljivo proučiti upute za uporabu ove opreme, odrediti vrste ulaza i izlaza (aktivni/pasivni), provjeriti usklađenost snage koju troši senzor i snage izvora napajanja. (ugrađeni ili vanjski) i tek onda izvršite spajanje. Stvarne oznake ulaznih i izlaznih priključaka za senzore i uređaje mogu se razlikovati od gore prikazanih. Tako terminali "In (+)" i "In (-)" mogu biti označeni +J i -J, +4-20 i -4-20, +In i -In, itd. Terminal "+U power" može se označiti kao +V, Supply, +24V itd., terminal "Output" - Out, Sign, Jout, 4-20 mA itd., "common" terminal - GND, -24V, 0V itd., ali to ne mijenja značenje.

Senzori sa strujnim izlazom s četverožilnom shemom spajanja imaju sličnu shemu spajanja kao dvožilni senzori s jedinom razlikom što se četverožilni senzori napajaju preko zasebnog para žica. Osim toga, četverožilni senzori mogu imati oboje, što se mora uzeti u obzir pri odabiru dijagrama spajanja.

Diskretni senzori

Ovaj algoritam omogućuje izbjegavanje udara prilikom zatvaranja kalupa, inače se jednostavno može razbiti u male komadiće. Ista promjena brzine događa se prilikom otvaranja kalupa. Ovdje više nisu dovoljna dva kontaktna senzora.

Primjena analogni senzori

Slika 2. Wheatstoneov most

Spajanje analognih senzora

Analogni senzorski izlazi

Ali, u pravilu, jedan senzor nije dovoljan. Neka od najpopularnijih mjerenja su mjerenja temperature i tlaka. Broj takvih bodova po moderna proizvodnja može doseći nekoliko desetaka tisuća. Sukladno tome, velik je i broj senzora. Stoga se na jedan regulator najčešće spaja nekoliko analognih senzora odjednom. Naravno, ne nekoliko tisuća odjednom, dobro je ako je desetak različitih. Takav spoj prikazan je na slici 7.

Slika 7. Spajanje više analognih senzora na regulator

Ova slika pokazuje kako se iz strujnog signala dobiva napon prikladan za pretvorbu u digitalni kod. Ako postoji više takvih signala, tada se ne obrađuju svi odjednom, već se vremenski odvajaju i multipleksiraju, inače bi se na svaki kanal morao instalirati poseban ADC.

U tu svrhu regulator ima strujni krug za prebacivanje. Funkcionalni dijagram prekidač je prikazan na slici 8.

Slika 8. Prebacivanje kanala analognog senzora (slika se može kliknuti)

Signali strujne petlje, pretvoreni u napon preko mjernog otpornika (UR1...URn), dovode se na ulaz analogne sklopke. Upravljački signali naizmjenično propuštaju na izlaz jedan od signala UR1...URn, koje pojačalo pojačava, i naizmjenično dolaze na ulaz ADC-a. Napon pretvoren u digitalni kod dovodi se do regulatora.

Shema je, naravno, vrlo pojednostavljena, ali sasvim je moguće razmotriti načelo multipleksiranja u njoj. Ovako je otprilike izgrađen modul za unos analognih signala MSTS kontrolera (mikroprocesorski sustav). tehnička sredstva) proizvodi smolenski PC "Prolog".

Proizvodnja takvih kontrolera odavno je prekinuta, iako na nekim mjestima, daleko od najboljih, ti kontroleri još uvijek služe. Ove muzejske eksponate zamjenjuju kontroleri novih modela, uglavnom uvoznih (kineskih).

Ako je regulator montiran u metalni ormar, preporuča se spojiti zaštitne pletenice na točku uzemljenja ormara. Duljina spojne linije može dosegnuti više od dva kilometra, što se izračunava pomoću odgovarajućih formula. Ovdje nećemo ništa brojati, ali vjerujte, istina je.

Novi senzori, novi upravljači

S dolaskom novih kontrolera pojavili su se i novi analogni senzori koji rade koristeći HART (Highway Addressable Remote Transducer) protokol, što u prijevodu znači “Mjerni pretvarač adresiran na daljinu putem autoceste”.

Izlazni signal senzora (poljskog uređaja) je analogni strujni signal u rasponu 4...20 mA, na koji je superponiran frekvencijski modulirani (FSK - Frequency Shift Keying) digitalni komunikacijski signal.

Poznato je da je prosječna vrijednost sinusoidnog signala nula, stoga prijenos digitalnih informacija ne utječe na izlaznu struju senzora 4...20 mA. Ovaj način se koristi prilikom konfiguriranja senzora.

HART komunikacija se ostvaruje na dva načina. U prvom slučaju, standardnom, samo dva uređaja mogu razmjenjivati ​​informacije preko dvožilne linije, dok izlazni analogni signal 4...20 mA ovisi o izmjerenoj vrijednosti. Ovaj se način rada koristi pri konfiguriranju terenskih uređaja (senzora).

U drugom slučaju, na dvožilnu liniju može se spojiti do 15 senzora, čiji je broj određen parametrima komunikacijske linije i snagom napajanja. Ovo je način rada s više točaka. U ovom načinu rada svaki senzor ima svoju adresu u rasponu 1...15, preko koje mu upravljački uređaj pristupa.

Senzor s adresom 0 je isključen iz komunikacijske linije. Razmjena podataka između senzora i upravljačkog uređaja u višetočkovnom načinu rada provodi se samo frekvencijskim signalom. Trenutni signal senzora je fiksiran na potrebnoj razini i ne mijenja se.

U slučaju komunikacije s više točaka, pod podacima se ne podrazumijevaju samo stvarni rezultati mjerenja nadziranog parametra, već i čitav niz svih vrsta servisnih informacija.

Prije svega, to su adrese senzora, upravljačke naredbe i konfiguracijski parametri. I sve te informacije prenose se dvožilnim komunikacijskim linijama. Je li se i njih moguće riješiti? Istina, to treba učiniti pažljivo, samo u slučajevima kada bežična veza ne može utjecati na sigurnost kontroliranog procesa.

Ove tehnologije su zamijenile staru analognu strujnu petlju. Ali također ne odustaje od svoje pozicije, široko se koristi gdje god je to moguće.

U procesu automatizacije tehnoloških procesa za upravljanje mehanizmima i jedinicama, treba se baviti mjerenjima različitih fizikalnih veličina. To može biti temperatura, tlak i protok tekućine ili plina, brzina rotacije, intenzitet svjetlosti, informacije o položaju dijelova mehanizama i još mnogo toga. Ove informacije se dobivaju pomoću senzora. Ovdje, prvo, o položaju dijelova mehanizama.

Diskretni senzori

Najjednostavniji senzor je obični mehanički kontakt: vrata se otvore - kontakt se otvori, zatvori - zatvori. Ovako jednostavan senzor, kao i zadani algoritam rada, često se koristi u sigurnosni alarmi. Za mehanizam s translatornim kretanjem, koji ima dva položaja, na primjer ventil za vodu, trebat će vam dva kontakta: jedan kontakt je zatvoren - ventil je zatvoren, drugi je zatvoren - zatvoren je.

Složeniji algoritam za translatorno kretanje ima mehanizam za zatvaranje termoplastičnog kalupa automatskog stroja. U početku je kalup otvoren, ovo je početni položaj. U tom položaju gotovi proizvodi se vade iz kalupa. Zatim, radnik zatvara zaštitni štitnik i kalup se počinje zatvarati, te počinje novi radni ciklus.

Razmak između polovica kalupa je prilično velik. Stoga se u početku kalup brzo pomiče, a na nekoj udaljenosti prije nego što se polovice zatvore, aktivira se granični prekidač, brzina kretanja značajno opada i kalup se glatko zatvara.

Dakle, kontaktni senzori su diskretni ili binarni, imaju dva položaja, zatvoreno - otvoreno ili 1 i 0. Drugim riječima, možemo reći da se događaj dogodio ili nije. U gornjem primjeru nekoliko točaka je “uhvaćeno” kontaktima: početak kretanja, točka smanjenja brzine, kraj kretanja.

U geometriji točka nema dimenzija, samo točka i to je to. Može ili biti (na komadu papira, u putanji kretanja, kao u našem slučaju) ili jednostavno ne postoji. Stoga se za detekciju točaka koriste diskretni senzori. Možda usporedba s točkom ovdje nije baš prikladna, jer se u praktične svrhe koristi točnost odziva diskretnog senzora, a ta je točnost puno veća od geometrijske točke.

Ali sam mehanički kontakt je nepouzdan. Stoga se, gdje god je to moguće, mehanički kontakti zamjenjuju beskontaktnim senzorima. Najjednostavnija opcija su reed prekidači: magnet se približava, kontakt se zatvara. Točnost reed prekidača ostavlja mnogo za željeti; takvi senzori bi se trebali koristiti samo za određivanje položaja vrata.

Različite beskontaktne senzore treba smatrati složenijom i preciznijom opcijom. Ako je metalna zastavica ušla u utor, senzor se aktivirao. Primjer takvih senzora su BVK (Contactless Limit Switch) senzori raznih serija. Točnost odziva (diferencijal putovanja) takvih senzora je 3 milimetra.

Senzor serije BVK

Slika 1. Senzor serije BVK

Napon napajanja BVK senzora je 24V, struja opterećenja je 200mA, što je sasvim dovoljno za spajanje međureleja za daljnju koordinaciju s upravljačkim krugom. Tako se BVK senzori koriste u različitoj opremi.

Osim BVK senzora koriste se i senzori tipa BTP, KVP, PIP, KVD, PISH. Svaka serija ima nekoliko tipova senzora, označenih brojevima, na primjer, BTP-101, BTP-102, BTP-103, BTP-211.

Svi navedeni senzori su beskontaktni diskretni, čija je osnovna namjena određivanje položaja dijelova mehanizama i sklopova. Naravno, ovih senzora ima mnogo više, nemoguće je o njima sve pisati u jednom članku. Još češći i još uvijek se nalazi široka primjena razni kontaktni senzori.

Primjena analognih senzora

Osim diskretnih senzora, analogni senzori imaju široku primjenu u sustavima automatizacije. Njihova je svrha dobivanje informacija o različitim fizikalnim veličinama, i to ne samo općenito, već u stvarnom vremenu. Točnije transformacija fizička količina(tlak, temperatura, osvjetljenje, protok, napon, struja) u električni signal prikladan za prijenos komunikacijskim linijama do regulatora i njegovu daljnju obradu.

Analogni senzori obično se nalaze dosta daleko od regulatora, zbog čega se često nazivaju terenskim uređajima. Ovaj se pojam često koristi u tehničkoj literaturi.

Analogni senzor obično se sastoji od nekoliko dijelova. Najvažniji dio je osjetljivi element - senzor. Njegova je svrha pretvoriti izmjerenu vrijednost u električni signal. Ali signal primljen od senzora obično je mali. Za dobivanje signala pogodnog za pojačanje, senzor se najčešće uključuje u premosni krug - Wheatstoneov most.

Vitstanov most

Slika 2. Wheatstoneov most

Izvorna svrha premosnog kruga je točno mjerenje otpora. Na dijagonalu AD mosta spojen je istosmjerni izvor. Na drugu dijagonalu spojen je osjetljivi galvanometar sa središnjom točkom, s nulom u sredini skale. Za mjerenje otpora otpornika Rx, okretanjem otpornika za ugađanje R2, potrebno je postići ravnotežu mosta i postaviti iglu galvanometra na nulu.

Odstupanje strelice instrumenta u jednom ili drugom smjeru omogućuje određivanje smjera rotacije otpornika R2. Vrijednost izmjerenog otpora određuje se skalom u kombinaciji s ručkom otpornika R2. Uvjet ravnoteže za most je jednakost omjera R1/R2 i Rx/R3. U tom slučaju između točaka BC dobiva se nulta razlika potencijala, a kroz galvanometar V ne teče struja.

Otpor otpornika R1 i R3 odabran je vrlo precizno, njihovo širenje mora biti minimalno. Samo u ovom slučaju, čak i mala neravnoteža mosta uzrokuje prilično primjetnu promjenu napona dijagonale BC. Upravo to svojstvo mosta služi za povezivanje osjetljivih elemenata (senzora) raznih analognih senzora. E, onda je sve jednostavno, stvar tehnike.

Za korištenje signala primljenog od senzora potrebna je daljnja obrada – pojačanje i pretvaranje u izlazni signal pogodan za prijenos i obradu od strane upravljačkog kruga – regulatora. Najčešće je izlazni signal analognih senzora struja (analogna strujna petlja), rjeđe napon.

Zašto trenutno? Činjenica je da su izlazni stupnjevi analognih senzora izgrađeni na temelju izvora struje. To vam omogućuje da se riješite utjecaja otpora spojnih vodova na izlazni signal i koristite dugačke spojne vodove.

Daljnja konverzija je vrlo jednostavna. Strujni signal se pretvara u napon, za što je dovoljno struju propustiti kroz otpornik poznatog otpora. Pad napona na mjernom otporniku dobiva se prema Ohmovom zakonu U=I*R.

Na primjer, za struju od 10 mA na otporniku s otporom od 100 Ohma, napon će biti 10 * 100 = 1000 mV, čak 1 volt! U ovom slučaju izlazna struja senzora ne ovisi o otporu spojnih žica. U razumnim granicama, naravno.

Spajanje analognih senzora

Napon dobiven na mjernom otporniku može se lako pretvoriti u digitalni pogled, prikladan za unos u regulator. Pretvorba se izvodi pomoću analogno-digitalnih pretvarača (ADC).

Digitalni podaci se prenose u upravljač serijskim ili paralelnim kodom. Sve ovisi o specifičnom sklopnom krugu. Pojednostavljeni dijagram povezivanja analognog senzora prikazan je na slici 3.

Spajanje analognog senzora

Slika 3. Spajanje analognog senzora (kliknite na sliku za povećanje)

Aktuatori su povezani s regulatorom ili je sam regulator povezan s računalom uključenim u sustav automatizacije.

Naravno, analogni senzori imaju kompletan dizajn, čiji je jedan od elemenata kućište sa spojnim elementima. Kao primjer, na slici 4 prikazan je izgled senzora pretlaka tipa Zond-10.

Senzor nadtlaka Zond-10

Slika 4. Senzor nadtlaka Zond-10

Na dnu senzora vidi se spojni navoj za spajanje na cjevovod, a desno ispod crnog poklopca nalazi se konektor za spajanje komunikacijske linije s kontrolerom.

Brtvljenje navojna veza izrađen je pomoću podloške od žarenog bakra (uključen u paket isporuke senzora), a ne namotavanjem od fum trake ili lana. To je učinjeno tako da prilikom ugradnje senzora senzorski element koji se nalazi unutra nije deformiran.

Analogni senzorski izlazi

Prema standardima postoje tri raspona strujnih signala: 0...5mA, 0...20mA i 4...20mA. Koja je njihova razlika, a koje karakteristike?

Najčešće je ovisnost izlazne struje izravno proporcionalna izmjerenoj vrijednosti, na primjer, što je veći tlak u cijevi, to je veća struja na izlazu senzora. Iako se ponekad koristi inverzno prebacivanje: veća izlazna struja odgovara minimalna vrijednost izmjerena vrijednost na izlazu senzora. Sve ovisi o vrsti kontrolera koji se koristi. Neki senzori čak imaju prekidač s izravnog na inverzni signal.

Izlazni signal u rasponu od 0...5 mA je vrlo malen i stoga osjetljiv na smetnje. Ako signal takvog senzora fluktuira dok vrijednost mjerenog parametra ostaje nepromijenjena, tada postoji preporuka da se paralelno s izlazom senzora ugradi kondenzator kapaciteta 0,1...1 μF. Strujni signal u rasponu 0...20mA je stabilniji.

Ali oba ova raspona su loša jer nam nula na početku ljestvice ne dopušta nedvosmisleno odrediti što se dogodilo. Ili je izmjereni signal doista dosegao nultu razinu, što je načelno moguće, ili je komunikacijska linija jednostavno pukla? Stoga, ako je moguće, pokušavaju izbjeći korištenje ovih raspona.

Signal analognih senzora s izlaznom strujom u rasponu od 4 ... 20 mA smatra se pouzdanijim. Njegova otpornost na buku je prilično visoka, a donja granica, čak i ako izmjereni signal ima nultu razinu, bit će 4 mA, što nam omogućuje da kažemo da komunikacijska linija nije prekinuta.

Još jedna dobra značajka raspona 4...20mA je da se senzori mogu spojiti pomoću samo dvije žice, budući da je to struja koja napaja sam senzor. To je njegova trenutna potrošnja i ujedno mjerni signal.

Napajanje senzora u rasponu od 4...20 mA je uključeno, kao što je prikazano na slici 5. U isto vrijeme, senzori Zond-10, kao i mnogi drugi, prema njihovoj tablici podataka imaju širok raspon napona napajanja od 10 ...38V, iako se najčešće koriste stabilizirani izvori napona 24V.

Spajanje analognog senzora sa vanjski izvor prehrana

Slika 5. Spajanje analognog senzora s vanjskim napajanjem

Ovaj dijagram sadrži sljedeće elemente i notacije. Rsh je mjerni shunt otpornik, Rl1 i Rl2 su otpor komunikacijskih vodova. Da bi se povećala točnost mjerenja, treba koristiti precizni mjerni otpornik kao Rsh. Protok struje iz izvora napajanja prikazan je strelicama.

Lako je vidjeti da izlazna struja napajanja prolazi od stezaljke +24V, kroz vod Rl1 dolazi do stezaljke senzora +AO2, prolazi kroz senzor i kroz izlazni kontakt senzora - AO2, spojni vod Rl2, otpornik Rsh vraća se na terminal napajanja -24V. To je to, krug je zatvoren, struja teče.

Ako regulator ima napajanje od 24 V, tada je moguće priključiti senzor ili mjerni pretvarač prema dijagramu prikazanom na slici 6.

Spajanje analognog senzora na regulator sa unutarnji izvor prehrana

Slika 6. Spajanje analognog senzora na regulator s internim napajanjem

Ovaj dijagram prikazuje još jedan element - balastni otpornik Rb. Namjena mu je zaštita mjernog otpornika u slučaju kratkog spoja u komunikacijskom vodu ili kvara analognog senzora. Ugradnja otpornika Rb nije obavezna, ali poželjna.

Osim raznih senzora, strujni izlaz imaju i mjerni pretvarači koji se vrlo često koriste u sustavima automatizacije.

Mjerni pretvarač je uređaj za pretvaranje naponskih razina, na primjer, 220V ili struje od nekoliko desetaka ili stotina ampera u strujni signal od 4...20mA. Ovdje se jednostavno pretvara razina električnog signala, a ne prikaz neke fizičke veličine (brzina, protok, tlak) u električnom obliku.

Ali, u pravilu, jedan senzor nije dovoljan. Neka od najpopularnijih mjerenja su mjerenja temperature i tlaka. Broj takvih točaka u modernoj proizvodnji može doseći nekoliko desetina

Pročitajte također

• Vrste zidnih svjetiljki i značajke njihove upotrebe
• O razlici potencijala, elektromotornoj sili i naponu
• Što se može utvrditi brojilom, osim potrošnje električne energije
• O kriterijima za ocjenu kakvoće električnih proizvoda
• Što je bolje za privatnu kuću - jednofazni ili trofazni ulaz?
• Kako odabrati stabilizator napona za seosku kuću
• Peltier efekt: magični učinak električne struje
• Praksa ožičenja i spajanja TV kabela u stanu - značajke procesa
• Problemi s električnim ožičenjem: što učiniti i kako ih riješiti?
• T5 fluorescentne svjetiljke: izgledi i problemi primjene
• Uvlačivi blokovi utičnica: praksa korištenja i spajanja
• Elektronička pojačala. Dio 2. Audio pojačala
• Ispravan rad električne opreme i ožičenja u seoskoj kući
• Ključne točke o korištenju sigurnog napona kod kuće
• Potrebni alati i uređaji za početnike u elektronici
• Kondenzatori: svrha, uređaj, princip rada
• Što je prijelazni kontaktni otpor i kako se s njime nositi
• Naponski releji: što su, kako odabrati i spojiti?
• Što je bolje za privatnu kuću - jednofazni ili trofazni ulaz?
• Kondenzatori u elektroničkim krugovima. Dio 2. Međustupanjska komunikacija, filtri, generatori
• Kako osigurati udobnost kada je električna mreža nedovoljna
• Kada kupujete stroj u trgovini, kako možete biti sigurni da je u dobrom stanju?
• Kako odabrati presjek žice za rasvjetne mreže od 12 volti
• Način spajanja bojlera i pumpe kada mrežna snaga nije dovoljna
• Induktori i magnetska polja. Dio 2. Elektromagnetska indukcija i induktivitet
• Operacijska pojačala. Dio 2: Idealno operacijsko pojačalo
• Što su mikrokontroleri (namjena, uređaj, softver)
• Produljenje vijeka trajanja kompaktne fluorescentne svjetiljke (kućne pomoćnice)
• Sklopovi za prebacivanje operacijskih pojačala bez povratne veze
• Zamjena razvodne ploče u stanu
• Zašto ne možete kombinirati bakar i aluminij u električnom ožičenju?

U procesu automatizacije tehnoloških procesa za upravljanje mehanizmima i jedinicama, treba se baviti mjerenjima različitih fizikalnih veličina. To može biti temperatura, tlak i protok tekućine ili plina, brzina rotacije, intenzitet svjetlosti, informacije o položaju dijelova mehanizama i još mnogo toga. Ove informacije se dobivaju pomoću senzora. Ovdje, prvo, o položaju dijelova mehanizama.

Diskretni senzori

Najjednostavniji senzor je obični mehanički kontakt: vrata se otvore - kontakt se otvori, zatvori - zatvori. Ovako jednostavan senzor, kao i zadani algoritam rada, često... Za mehanizam s translatornim kretanjem, koji ima dva položaja, na primjer ventil za vodu, trebat će vam dva kontakta: jedan kontakt je zatvoren - ventil je zatvoren, drugi je zatvoren - zatvoren je.

Složeniji algoritam za translatorno kretanje ima mehanizam za zatvaranje termoplastičnog kalupa automatskog stroja. U početku je kalup otvoren, ovo je početni položaj. U tom položaju gotovi proizvodi se vade iz kalupa. Zatim, radnik zatvara zaštitni štitnik i kalup se počinje zatvarati, te počinje novi radni ciklus.

Razmak između polovica kalupa je prilično velik. Stoga se u početku kalup brzo pomiče, a na nekoj udaljenosti prije nego što se polovice zatvore, aktivira se granični prekidač, brzina kretanja značajno opada i kalup se glatko zatvara.

Ovaj algoritam omogućuje izbjegavanje udara prilikom zatvaranja kalupa, inače se jednostavno može razbiti u male komadiće. Ista promjena brzine događa se prilikom otvaranja kalupa. Ovdje više nisu dovoljna dva kontaktna senzora.

Dakle, kontaktni senzori su diskretni ili binarni, imaju dva položaja, zatvoreno - otvoreno ili 1 i 0. Drugim riječima, možemo reći da se događaj dogodio ili nije. U gornjem primjeru nekoliko točaka je “uhvaćeno” kontaktima: početak kretanja, točka smanjenja brzine, kraj kretanja.

U geometriji točka nema dimenzija, samo točka i to je to. Može ili biti (na komadu papira, u putanji kretanja, kao u našem slučaju) ili jednostavno ne postoji. Stoga se za detekciju točaka koriste diskretni senzori. Možda usporedba s točkom ovdje nije baš prikladna, jer se u praktične svrhe koristi točnost odziva diskretnog senzora, a ta je točnost puno veća od geometrijske točke.

Ali sam mehanički kontakt je nepouzdan. Stoga se, gdje god je to moguće, mehanički kontakti zamjenjuju beskontaktnim senzorima. Najjednostavnija opcija su reed prekidači: magnet se približava, kontakt se zatvara. Točnost reed prekidača ostavlja mnogo za željeti; takvi senzori bi se trebali koristiti samo za određivanje položaja vrata.

Različite beskontaktne senzore treba smatrati složenijom i preciznijom opcijom. Ako je metalna zastavica ušla u utor, senzor se aktivirao. Primjer takvih senzora su BVK (Contactless Limit Switch) senzori raznih serija. Točnost odziva (diferencijal putovanja) takvih senzora je 3 milimetra.

Slika 1. Senzor serije BVK

Napon napajanja BVK senzora je 24V, struja opterećenja je 200mA, što je sasvim dovoljno za spajanje međureleja za daljnju koordinaciju s upravljačkim krugom. Tako se BVK senzori koriste u različitoj opremi.

Osim BVK senzora koriste se i senzori tipa BTP, KVP, PIP, KVD, PISH. Svaka serija ima nekoliko tipova senzora, označenih brojevima, na primjer, BTP-101, BTP-102, BTP-103, BTP-211.

Svi navedeni senzori su beskontaktni diskretni, čija je osnovna namjena određivanje položaja dijelova mehanizama i sklopova. Naravno, ovih senzora ima mnogo više, nemoguće je o njima sve pisati u jednom članku. Razni kontaktni senzori još su češći i još uvijek se široko koriste.

Primjena analognih senzora

Osim diskretnih senzora, analogni senzori imaju široku primjenu u sustavima automatizacije. Njihova je svrha dobivanje informacija o različitim fizikalnim veličinama, i to ne samo općenito, već u stvarnom vremenu. Točnije, pretvaranje fizičke veličine (tlak, temperatura, osvijetljenost, protok, napon, struja) u električni signal pogodan za prijenos komunikacijskim linijama do regulatora i njegovu daljnju obradu.

Analogni senzori obično se nalaze prilično daleko od regulatora, zbog čega se često nazivaju terenski uređaji. Ovaj se pojam često koristi u tehničkoj literaturi.

Analogni senzor obično se sastoji od nekoliko dijelova. Najvažniji dio je senzorski element - senzor. Njegova je svrha pretvoriti izmjerenu vrijednost u električni signal. Ali signal primljen od senzora obično je mali. Da bi se dobio signal prikladan za pojačanje, senzor se najčešće uključuje u premosni krug - Vitstanov most.

Slika 2. Wheatstoneov most

Izvorna svrha premosnog kruga je točno mjerenje otpora. Na dijagonalu AD mosta spojen je istosmjerni izvor. Na drugu dijagonalu spojen je osjetljivi galvanometar sa središnjom točkom, s nulom u sredini skale. Za mjerenje otpora otpornika Rx, okretanjem otpornika za ugađanje R2, potrebno je postići ravnotežu mosta i postaviti iglu galvanometra na nulu.

Odstupanje strelice instrumenta u jednom ili drugom smjeru omogućuje određivanje smjera rotacije otpornika R2. Vrijednost izmjerenog otpora određuje se skalom u kombinaciji s ručkom otpornika R2. Uvjet ravnoteže za most je jednakost omjera R1/R2 i Rx/R3. U tom slučaju između točaka BC dobiva se nulta razlika potencijala, a kroz galvanometar V ne teče struja.

Otpor otpornika R1 i R3 odabran je vrlo precizno, njihovo širenje mora biti minimalno. Samo u ovom slučaju, čak i mala neravnoteža mosta uzrokuje prilično primjetnu promjenu napona dijagonale BC. Upravo to svojstvo mosta služi za povezivanje osjetljivih elemenata (senzora) raznih analognih senzora. E, onda je sve jednostavno, stvar tehnike.

Za korištenje signala primljenog od senzora potrebna je daljnja obrada - pojačanje i pretvaranje u izlazni signal prikladan za prijenos i obradu od strane upravljačkog kruga - kontrolor. Najčešće je izlazni signal analognih senzora struja (analogna strujna petlja), rjeđe napon.

Zašto trenutno? Činjenica je da su izlazni stupnjevi analognih senzora izgrađeni na temelju izvora struje. To vam omogućuje da se riješite utjecaja otpora spojnih vodova na izlazni signal i koristite dugačke spojne vodove.

Daljnja konverzija je vrlo jednostavna. Strujni signal se pretvara u napon, za što je dovoljno struju propustiti kroz otpornik poznatog otpora. Pad napona na mjernom otporniku dobiva se prema Ohmovom zakonu U=I*R.

Na primjer, za struju od 10 mA na otporniku s otporom od 100 Ohma, napon će biti 10 * 100 = 1000 mV, čak 1 volt! U ovom slučaju izlazna struja senzora ne ovisi o otporu spojnih žica. U razumnim granicama, naravno.

Spajanje analognih senzora

Napon dobiven na mjernom otporniku može se jednostavno pretvoriti u digitalni oblik pogodan za unos u regulator. Pretvorba se vrši pomoću analogno-digitalni pretvarači ADC.

Digitalni podaci se prenose u upravljač serijskim ili paralelnim kodom. Sve ovisi o specifičnom sklopnom krugu. Pojednostavljeni dijagram povezivanja analognog senzora prikazan je na slici 3.

Slika 3. Spajanje analognog senzora (kliknite na sliku za povećanje)

Aktuatori su povezani s regulatorom ili je sam regulator povezan s računalom uključenim u sustav automatizacije.

Naravno, analogni senzori imaju kompletan dizajn, čiji je jedan od elemenata kućište sa spojnim elementima. Kao primjer, na slici 4 prikazan je izgled senzora pretlaka tipa Zond-10.

Slika 4. Senzor nadtlaka Zond-10

Na dnu senzora vidi se spojni navoj za spajanje na cjevovod, a desno ispod crnog poklopca nalazi se konektor za spajanje komunikacijske linije s kontrolerom.

Navojni spoj je zabrtvljen podloškom od žarenog bakra (uključen u paket isporuke senzora), a ne namotavanjem fum trake ili lana. To je učinjeno tako da prilikom ugradnje senzora senzorski element koji se nalazi unutra nije deformiran.

Analogni senzorski izlazi

Prema standardima postoje tri raspona strujnih signala: 0...5mA, 0...20mA i 4...20mA. Koja je njihova razlika, a koje karakteristike?

Najčešće je ovisnost izlazne struje izravno proporcionalna izmjerenoj vrijednosti, na primjer, što je veći tlak u cijevi, to je veća struja na izlazu senzora. Iako se ponekad koristi inverzno prebacivanje: veća izlazna struja odgovara minimalnoj vrijednosti izmjerene veličine na izlazu senzora. Sve ovisi o vrsti kontrolera koji se koristi. Neki senzori čak imaju prekidač s izravnog na inverzni signal.

Izlazni signal u rasponu od 0...5 mA je vrlo malen i stoga osjetljiv na smetnje. Ako signal takvog senzora fluktuira dok vrijednost mjerenog parametra ostaje nepromijenjena, tada postoji preporuka da se paralelno s izlazom senzora ugradi kondenzator kapaciteta 0,1...1 μF. Strujni signal u rasponu 0...20mA je stabilniji.

Ali oba ova raspona su loša jer nam nula na početku ljestvice ne dopušta nedvosmisleno odrediti što se dogodilo. Ili je izmjereni signal doista dosegao nultu razinu, što je načelno moguće, ili je komunikacijska linija jednostavno pukla? Stoga, ako je moguće, pokušavaju izbjeći korištenje ovih raspona.

Signal analognih senzora s izlaznom strujom u rasponu od 4 ... 20 mA smatra se pouzdanijim. Njegova otpornost na buku je prilično visoka, a donja granica, čak i ako izmjereni signal ima nultu razinu, bit će 4 mA, što nam omogućuje da kažemo da komunikacijska linija nije prekinuta.

Još jedna dobra značajka raspona 4...20mA je da se senzori mogu spojiti pomoću samo dvije žice, budući da je to struja koja napaja sam senzor. To je njegova trenutna potrošnja i ujedno mjerni signal.

Napajanje senzora u rasponu od 4...20 mA je uključeno, kao što je prikazano na slici 5. U isto vrijeme, senzori Zond-10, kao i mnogi drugi, prema njihovoj tablici podataka imaju širok raspon napona napajanja od 10 ...38V, iako se najčešće koriste s naponom od 24V.

Slika 5. Spajanje analognog senzora s vanjskim napajanjem

Ovaj dijagram sadrži sljedeće elemente i simbole. Rsh je mjerni shunt otpornik, Rl1 i Rl2 su otpor komunikacijskih vodova. Da bi se povećala točnost mjerenja, treba koristiti precizni mjerni otpornik kao Rsh. Protok struje iz izvora napajanja prikazan je strelicama.

Lako je vidjeti da izlazna struja napajanja prolazi od stezaljke +24V, kroz vod Rl1 dolazi do stezaljke senzora +AO2, prolazi kroz senzor i kroz izlazni kontakt senzora - AO2, spojni vod Rl2, otpornik Rsh vraća se na terminal napajanja -24V. To je to, krug je zatvoren, struja teče.

Ako regulator ima napajanje od 24 V, tada je moguće priključiti senzor ili mjerni pretvarač prema dijagramu prikazanom na slici 6.

Slika 6. Spajanje analognog senzora na regulator s internim napajanjem

Ovaj dijagram prikazuje još jedan element - balastni otpornik Rb. Namjena mu je zaštita mjernog otpornika u slučaju kratkog spoja u komunikacijskom vodu ili kvara analognog senzora. Ugradnja otpornika Rb nije obavezna, ali poželjna.

Osim raznih senzora, strujni izlaz imaju i mjerni pretvarači koji se vrlo često koriste u sustavima automatizacije.

Transduktor- uređaj za pretvaranje naponskih razina, na primjer, 220V ili struje od nekoliko desetaka ili stotina ampera u strujni signal od 4...20mA. Ovdje se jednostavno pretvara razina električnog signala, a ne prikaz neke fizičke veličine (brzina, protok, tlak) u električnom obliku.

Ali, u pravilu, jedan senzor nije dovoljan. Neka od najpopularnijih mjerenja su mjerenja temperature i tlaka. Broj takvih točaka u modernim tvornicama može doseći nekoliko desetaka tisuća. Sukladno tome, velik je i broj senzora. Stoga se na jedan regulator najčešće spaja nekoliko analognih senzora odjednom. Naravno, ne nekoliko tisuća odjednom, dobro je ako je desetak različitih. Takav spoj prikazan je na slici 7.

Slika 7. Spajanje više analognih senzora na regulator

Ova slika pokazuje kako se iz strujnog signala dobiva napon prikladan za pretvorbu u digitalni kod. Ako postoji više takvih signala, tada se ne obrađuju svi odjednom, već se vremenski odvajaju i multipleksiraju, inače bi se na svaki kanal morao instalirati poseban ADC.

U tu svrhu regulator ima strujni krug za prebacivanje. Funkcionalni dijagram sklopke prikazan je na slici 8.

Slika 8. Prebacivanje kanala analognog senzora (slika se može kliknuti)

Signali strujne petlje, pretvoreni u napon preko mjernog otpornika (UR1...URn), dovode se na ulaz analogne sklopke. Upravljački signali naizmjenično propuštaju na izlaz jedan od signala UR1...URn, koje pojačalo pojačava, i naizmjenično dolaze na ulaz ADC-a. Napon pretvoren u digitalni kod dovodi se do regulatora.

Shema je, naravno, vrlo pojednostavljena, ali sasvim je moguće razmotriti načelo multipleksiranja u njoj. Otprilike tako je izgrađen modul za unos analognih signala MSTS kontrolera (mikroprocesorski sustav tehničkih sredstava) koji proizvodi smolensko PC “Prolog”. Izgled MSTS kontrolera prikazan je na slici 9.

Slika 9. MSTS kontroler

Proizvodnja takvih kontrolera odavno je prekinuta, iako na nekim mjestima, daleko od najboljih, ti kontroleri još uvijek služe. Ove muzejske eksponate zamjenjuju kontroleri novih modela, uglavnom uvoznih (kineskih).

Ako je regulator montiran u metalni ormar, preporuča se spojiti zaštitne pletenice na točku uzemljenja ormara. Duljina spojnih vodova može doseći više od dva kilometra, što se izračunava pomoću odgovarajućih formula. Ovdje nećemo ništa brojati, ali vjerujte, istina je.

Novi senzori, novi upravljači

Dolaskom novih kontrolera, novi analogni senzori koji koriste HART protokol(Highway Addressable Remote Transducer), što se prevodi kao "Mjerni pretvarač koji se adresira na daljinu putem autoceste."

Izlazni signal senzora (poljskog uređaja) je analogni strujni signal u rasponu 4...20 mA, na koji je superponiran frekvencijski modulirani (FSK - Frequency Shift Keying) digitalni komunikacijski signal.

Slika 10. Izlaz analognog senzora putem HART protokola

Slika prikazuje analogni signal, a oko njega se kao zmija vijuga sinusni val. Ovo je frekvencijski modulirani signal. Ali ovo uopće nije digitalni signal; tek ga treba prepoznati. Na slici je vidljivo da je frekvencija sinusoide pri prijenosu logičke nule veća (2,2 KHz) nego kod prijenosa jedinice (1,2 KHz). Prijenos ovih signala vrši se strujom amplitude ±0,5 mA sinusnog oblika.

Poznato je da je prosječna vrijednost sinusoidnog signala nula, stoga prijenos digitalnih informacija ne utječe na izlaznu struju senzora 4...20 mA. Ovaj način se koristi prilikom konfiguriranja senzora.

HART komunikacija se ostvaruje na dva načina. U prvom slučaju, standardnom, samo dva uređaja mogu razmjenjivati ​​informacije preko dvožilne linije, dok izlazni analogni signal 4...20 mA ovisi o izmjerenoj vrijednosti. Ovaj se način rada koristi pri konfiguriranju terenskih uređaja (senzora).

U drugom slučaju, na dvožilnu liniju može se spojiti do 15 senzora, čiji je broj određen parametrima komunikacijske linije i snagom napajanja. Ovo je način rada s više točaka. U ovom načinu rada svaki senzor ima svoju adresu u rasponu 1...15, preko koje mu upravljački uređaj pristupa.

Senzor s adresom 0 je isključen iz komunikacijske linije. Razmjena podataka između senzora i upravljačkog uređaja u višetočkovnom načinu rada provodi se samo frekvencijskim signalom. Trenutni signal senzora je fiksiran na potrebnoj razini i ne mijenja se.

U slučaju komunikacije s više točaka, pod podacima se ne podrazumijevaju samo stvarni rezultati mjerenja nadziranog parametra, već i čitav niz svih vrsta servisnih informacija.

Prije svega, to su adrese senzora, upravljačke naredbe i konfiguracijski parametri. I sve te informacije prenose se dvožilnim komunikacijskim linijama. Je li se i njih moguće riješiti? Istina, to treba učiniti pažljivo, samo u slučajevima kada bežična veza ne može utjecati na sigurnost kontroliranog procesa.

Ispada da se možete riješiti žica. Već 2007. godine objavljen je WirelessHART Standard, medij za prijenos je nelicencirana frekvencija od 2,4 GHz, na kojoj rade mnogi bežični računalni uređaji, uključujući bežične lokalne mreže. Stoga se WirelessHART uređaji također mogu koristiti bez ikakvih ograničenja. Slika 11 prikazuje WirelessHART bežičnu mrežu.

Slika 11. WirelessHART mreža

Ove tehnologije su zamijenile staru analognu strujnu petlju. Ali također ne odustaje od svoje pozicije, široko se koristi gdje god je to moguće.

Od 1950-ih, strujne petlje se koriste za prijenos podataka s odašiljača u aplikacijama za nadzor i kontrolu. S niskim troškovima implementacije, visokom otpornošću na buku i sposobnošću prijenosa signala na velike udaljenosti, strujna petlja se pokazala posebno pogodnom za rad u industrijskim okruženjima. Ovaj materijal posvećen je opisu osnovnih principa rada strujne petlje, osnova dizajna i konfiguracije.

Korištenje struje za prijenos podataka iz pretvarača

Industrijski senzori često koriste strujni signal za prijenos podataka, za razliku od većine drugih pretvarača, kao što su termoparovi ili mjerači naprezanja, koji koriste naponski signal. Unatoč činjenici da se pretvarači koji koriste napon kao parametar za prijenos informacija doista učinkovito koriste u mnogim proizvodne zadatke, postoji niz primjena u kojima je poželjna uporaba karakteristika struje. Značajan nedostatak kod korištenja napona za prijenos signala u industrijskim okruženjima je slabljenje signala kada se prenosi na velike udaljenosti zbog prisutnosti otpora žičane linije komunikacije. Možete, naravno, koristiti uređaje visoke ulazne impedancije da zaobiđete gubitak signala. Međutim, takvi će uređaji biti vrlo osjetljivi na buku koju stvaraju obližnji motori, pogonski remeni ili odašiljači.

Prema prvom Kirchhoffovom zakonu, zbroj struja koje teku u čvor jednak je zbroju struja koje izlaze iz čvora.
U teoriji, struja koja teče na početku strujnog kruga trebala bi u potpunosti doći do kraja,
kao što je prikazano na sl.1. 1.

Sl. 1. U skladu s prvim Kirchhoffovim zakonom, struja na početku kruga jednaka je struji na njegovom kraju.

Ovo je osnovni princip na kojem radi mjerna petlja. Mjerenje struje bilo gdje u strujnoj petlji (mjerna petlja) daje isti rezultat. Korištenjem trenutnih signala i prijemnika za prikupljanje podataka s niskom ulaznom impedancijom, industrijske aplikacije mogu imati velike koristi od poboljšane otpornosti na šum i povećane duljine veze.

Komponente strujne petlje
Glavne komponente strujne petlje uključuju istosmjerni izvor, senzor, uređaj za prikupljanje podataka i žice koje ih povezuju u nizu, kao što je prikazano na slici 2.

sl.2. Funkcionalni dijagram strujne petlje.

Istosmjerni izvor napaja sustav. Pretvarač regulira struju u žicama od 4 do 20 mA, gdje 4 mA predstavlja nulu pod naponom, a 20 mA predstavlja maksimalni signal.
0 mA (nema struje) znači otvoreni krug. Uređaj za prikupljanje podataka mjeri količinu regulirane struje. Učinkovita i točna metoda za mjerenje struje je instaliranje preciznog šant otpornika na ulazu instrumentacijskog pojačala uređaja za prikupljanje podataka (na slici 2) za pretvaranje struje u mjerni napon, čime se u konačnici dobiva rezultat koji jasno odražava signal na izlazu pretvarača.

Kako bismo bolje razumjeli princip rada strujne petlje, razmotrimo, na primjer, dizajn sustava s pretvaračem koji ima sljedeće tehničke karakteristike:

Transduktor se koristi za mjerenje tlaka
Pretvornik se nalazi 2000 stopa od mjernog uređaja
Struja izmjerena uređajem za prikupljanje podataka pruža operateru informacije o količini pritiska koji se primjenjuje na pretvarač

Počnimo s promatranjem primjera odabirom odgovarajućeg pretvarača.

Trenutni dizajn sustava

Izbor pretvarača

Prvi korak u projektiranju postojećeg sustava je odabir pretvarača. Bez obzira na vrstu mjerene veličine (protok, tlak, temperatura itd.) važan faktor u izboru pretvarača je njegov radni napon. Samo spajanje izvora napajanja na pretvarač omogućuje vam reguliranje struje u komunikacijskoj liniji. Vrijednost napona izvora napajanja mora biti unutar prihvatljivih granica: više od potrebnog minimuma, manje od maksimalna vrijednostšto može oštetiti pretvarač.

Za trenutni sustav u primjeru, odabrana sonda mjeri tlak i ima radni napon od 12 do 30 V. Nakon što je sonda odabrana, strujni signal mora se ispravno izmjeriti kako bi se dobio točan prikaz tlaka koji se primjenjuje na sondu .

Odabir uređaja za prikupljanje podataka za trenutno mjerenje

Važan aspekt na koji biste trebali obratiti pozornost prilikom izgradnje strujnog sustava je spriječiti pojavu strujne petlje u krugu uzemljenja. Uobičajena tehnika u takvim slučajevima je izolacija. Korištenjem izolacije možete izbjeći utjecaj petlje uzemljenja čija je pojava objašnjena na sl. 3.

sl.3. Petlja uzemljenja

Petlje uzemljenja nastaju kada su dva terminala spojena u krug razna mjesta potencijali. Ova razlika unosi dodatnu struju u komunikacijsku liniju, što može dovesti do pogrešaka u mjerenju.
Izolacija uređaja za prikupljanje podataka odnosi se na električno odvajanje uzemljenja izvora signala od uzemljenja ulaznog pojačala mjernog uređaja, kao što je prikazano na slici 4.

Budući da struja ne može teći kroz izolacijsku barijeru, točke uzemljenja pojačala i izvora signala imaju isti potencijal. Time se eliminira mogućnost nenamjernog stvaranja petlje uzemljenja.

sl.4. Napon zajedničkog načina rada i napon signala u izoliranom krugu

Izolacija također sprječava oštećenje uređaja za prikupljanje podataka kada su prisutni visoki naponi zajedničkog načina rada. Common-mode napon je napon istog polariteta koji je prisutan na oba ulaza instrumentacijskog pojačala. Na primjer, na sl. 4. I pozitivni (+) i negativni (-) ulazi pojačala imaju +14 V zajedničkog napona. Mnogi uređaji za prikupljanje podataka imaju maksimalni ulazni raspon od ±10 V. Ako uređaj za prikupljanje podataka nema izolaciju i zajednički napon je izvan maksimalnog ulaznog raspona, možete oštetiti uređaj. Iako je normalni (signalni) napon na ulazu pojačala na sl. 4 samo +2 V, dodavanje +14 V može rezultirati naponom od +16 V
(Signalni napon je napon između “+” i “-” pojačala, radni napon je zbroj normalnog i uobičajenog napona), što predstavlja opasnu razinu napona za sabirne uređaje s nižim radnim naponom.

U izolaciji, zajednička točka pojačala je električno odvojena od nulte točke. U krugu na slici 4, potencijal na zajedničkoj točki pojačala je "podignut" na razinu od +14 V. Ova tehnika uzrokuje pad ulaznog napona sa 16 na 2 V. Sada kada su podaci prikupljeni, uređaj više nije u opasnosti od oštećenja od prenapona. (Imajte na umu da izolatori imaju maksimalni zajednički napon koji mogu odbiti.)

Nakon što je uređaj za prikupljanje podataka izoliran i zaštićen, posljednji korak u izgradnji strujne petlje je odabir odgovarajućeg napajanja.

Odabir izvora napajanja

Lako je odrediti koje napajanje najbolje odgovara vašim potrebama. Kada radi u strujnoj petlji, napajanje mora proizvoditi napon jednak ili veći od zbroja padova napona na svim elementima sustava.

Uređaj za prikupljanje podataka u našem primjeru koristi precizni shunt za mjerenje struje.
Potrebno je izračunati pad napona na ovom otporniku. Tipični šant otpornik je 249 Ω. Osnovni proračuni za strujni raspon strujne petlje od 4 .. 20 mA
pokazati sljedeće:

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

Iz šanta od 249 Ω možemo ukloniti napon u rasponu od 1 do 5 V povezujući vrijednost napona na ulazu uređaja za prikupljanje podataka s vrijednošću izlaznog signala pretvarača tlaka.
Kao što je spomenuto, transmiter tlaka zahtijeva minimalni radni napon od 12 V s maksimalnim naponom od 30 V. Dodavanjem pada napona na otporniku preciznog shunta radnom naponu transmitera, dobivamo sljedeće:

12 V+ 5 V=17 V

Na prvi pogled dovoljan je napon od 17 V. Međutim, potrebno je uzeti u obzir dodatno opterećenje napajanja koje stvaraju žice koje imaju električni otpor.
U slučajevima kada se senzor nalazi daleko od mjernih instrumenata, morate uzeti u obzir faktor otpora žica prilikom izračunavanja strujne petlje. Bakrene žice imati otpor DC, koja je izravno proporcionalna njihovoj duljini. Uz primjer senzora tlaka, trebate uzeti u obzir 2000 stopa duljine komunikacijske linije pri određivanju radnog napona napajanja. Linearni otpor jednožilnog bakrenog kabela je 2,62 Ω/100 stopa. Uzimajući u obzir ovaj otpor daje sljedeće:

Otpor jedne jezgre duljine 2000 stopa bit će 2000 * 2,62 / 100 = 52,4 m.
Pad napona na jednoj jezgri bit će 0,02 * 52,4 = 1,048 V.
Za dovršetak kruga potrebne su dvije žice, zatim se duljina komunikacijske linije udvostručuje i
Ukupni pad napona bit će 2,096 V. To rezultira oko 2,1 V zbog udaljenosti od pretvarača do sekundarnog uređaja od 2000 stopa. Zbrajajući padove napona na svim elementima kruga, dobivamo:
2,096 V + 12 V + 5 V = 19,096 V

Ako ste koristili 17 V za napajanje dotičnog kruga, tada će napon koji se dovodi na pretvarač tlaka biti ispod minimalnog radnog napona zbog pada otpora žica i otpornika za skretanje. Odabir tipičnog napajanja od 24 V zadovoljit će zahtjeve za napajanjem pretvarača. Dodatno, postoji rezerva napona za postavljanje senzora tlaka na veću udaljenost.

S odabranim ispravnim pretvaračem, uređajem za prikupljanje podataka, duljinom kabela i napajanjem, dizajn jednostavne strujne petlje je završen. Za složenije primjene, u sustav možete uključiti dodatne mjerne kanale.