Penderia yang paling banyak digunakan dalam bidang automasi perindustrian, penderia dengan output arus bersatu 4-20, 0-50 atau 0-20 mA boleh mempunyai pelbagai skim sambungan ke peranti sekunder. Penderia moden dengan penggunaan kuasa rendah dan output semasa 4-20 mA paling kerap disambungkan menggunakan litar dua wayar. Iaitu, hanya satu kabel dengan dua teras disambungkan ke sensor sedemikian, di mana sensor ini dikuasakan, dan penghantaran dilakukan melalui dua wayar yang sama.

Biasanya, sensor dengan output 4-20 mA dan litar sambungan dua wayar mempunyai output pasif dan memerlukan sumber kuasa luaran untuk beroperasi. Sumber kuasa ini boleh dibina terus ke dalam peranti sekunder (ke dalam inputnya) dan apabila penderia disambungkan kepada peranti sedemikian, arus segera muncul dalam litar isyarat. Peranti yang mempunyai bekalan kuasa untuk sensor yang dibina ke dalam input dikatakan sebagai peranti dengan input aktif.

Kebanyakan instrumen dan pengawal sekunder moden mempunyai bekalan kuasa terbina dalam untuk mengendalikan penderia dengan output pasif.

Jika peranti sekunder mempunyai input pasif - pada asasnya, hanya perintang dari mana litar pengukur peranti "membaca" penurunan voltan berkadar dengan arus yang mengalir dalam litar, maka satu tambahan diperlukan untuk sensor beroperasi. Unit luaran Dalam kes ini, bekalan kuasa disambungkan secara bersiri dengan sensor dan peranti sekunder dalam gelung arus terbuka.

Peranti sekunder biasanya direka bentuk dan dihasilkan untuk menerima kedua-dua penderia dua wayar 4-20 mA dan penderia 0-5, 0-20 atau 4-20 mA yang disambungkan dalam litar tiga wayar. Untuk menyambungkan penderia dua wayar ke input peranti sekunder dengan tiga terminal input (+U, input dan biasa), terminal "+U" dan "input" digunakan, terminal "biasa" kekal bebas.

Oleh kerana penderia, seperti yang dinyatakan di atas, mungkin mempunyai bukan sahaja output 4-20 mA, tetapi, sebagai contoh, 0-5 atau 0-20 mA, atau ia tidak boleh disambungkan menggunakan litar dua wayar kerana penggunaan kuasa yang tinggi ( lebih daripada 3 mA), maka gambarajah sambungan tiga wayar digunakan. Dalam kes ini, litar kuasa sensor dan litar isyarat keluaran dipisahkan. Penderia dengan sambungan tiga wayar biasanya mempunyai keluaran aktif. Iaitu, jika anda menggunakan voltan bekalan pada sensor dengan output aktif dan menyambungkan perintang beban antara terminal keluarannya "output" dan "biasa", maka arus yang berkadar dengan nilai parameter yang diukur akan mengalir dalam litar keluaran. .

Peranti sekunder biasanya mempunyai bekalan kuasa terbina dalam yang agak rendah untuk menggerakkan penderia. Arus keluaran maksimum bekalan kuasa terbina dalam biasanya dalam julat 22-50 mA, yang tidak selalunya mencukupi untuk penderia kuasa dengan penggunaan kuasa tinggi: meter aliran elektromagnet, penganalisis gas inframerah, dsb. Dalam kes ini, untuk menghidupkan sensor tiga wayar, anda perlu menggunakan bekalan kuasa luaran yang lebih berkuasa yang menyediakan kuasa yang diperlukan. Bekalan kuasa yang dibina ke dalam peranti sekunder tidak digunakan.

Litar serupa untuk menyambungkan penderia tiga wayar biasanya digunakan dalam kes apabila voltan bekalan kuasa yang dibina ke dalam peranti tidak sepadan dengan voltan bekalan yang boleh dibekalkan kepada sensor ini. Sebagai contoh, bekalan kuasa terbina dalam mempunyai voltan keluaran 24V, dan sensor boleh dikuasakan dengan voltan dari 10 hingga 16V.

Sesetengah peranti sekunder mungkin mempunyai beberapa saluran input dan bekalan kuasa yang cukup kuat kepada kuasa penderia luaran. Perlu diingat bahawa jumlah penggunaan kuasa semua penderia yang disambungkan ke peranti berbilang saluran sedemikian mestilah kurang daripada kuasa bekalan kuasa terbina dalam yang bertujuan untuk menggerakkannya. Lebih-lebih lagi dengan belajar spesifikasi Apabila menggunakan peranti, adalah perlu untuk membezakan dengan jelas tujuan unit kuasa (sumber) yang dibina di dalamnya. Satu sumber terbina dalam digunakan untuk menghidupkan peranti sekunder itu sendiri - untuk mengendalikan paparan dan penunjuk, geganti output, litar elektronik peranti, dsb. Sumber kuasa ini boleh mempunyai kuasa yang agak besar. Sumber terbina dalam kedua digunakan untuk kuasa secara eksklusif litar input - yang disambungkan kepada input sensor.

Sebelum menyambungkan penderia ke peranti sekunder, anda perlu mengkaji manual pengendalian peralatan ini dengan teliti, tentukan jenis input dan output (aktif/pasif), periksa pematuhan kuasa yang digunakan oleh penderia dan kuasa sumber kuasa. (terbina dalam atau luaran) dan kemudian buat sambungan. Penamaan sebenar terminal input dan output untuk penderia dan peranti mungkin berbeza daripada yang ditunjukkan di atas. Jadi terminal "In (+)" dan "In (-)" boleh ditetapkan +J dan -J, +4-20 dan -4-20, +In dan -In, dsb. Terminal "+U power" boleh ditetapkan sebagai +V, Supply, +24V, dsb., terminal "Output" - Out, Sign, Jout, 4-20 mA, dsb., terminal "common" - GND , -24V, 0V, dsb., tetapi ini tidak mengubah maksudnya.

Penderia dengan keluaran semasa yang mempunyai rajah sambungan empat wayar mempunyai rajah sambungan yang serupa dengan penderia dua wayar dengan satu-satunya perbezaan ialah sensor empat wayar dikuasakan melalui sepasang wayar yang berasingan. Di samping itu, sensor empat wayar boleh mempunyai kedua-duanya, yang mesti diambil kira apabila memilih gambar rajah sambungan.

Penderia diskret

Algoritma ini membolehkan anda mengelakkan impak semasa menutup acuan, jika tidak, ia hanya boleh dipecahkan kepada kepingan kecil. Perubahan kelajuan yang sama berlaku apabila membuka acuan. Di sini dua penderia kenalan tidak lagi mencukupi.

Permohonan penderia analog

Rajah 2. Jambatan Wheatstone

Menyambung sensor analog

Output sensor analog

Tetapi, sebagai peraturan, satu sensor tidak mencukupi. Beberapa ukuran yang paling popular ialah pengukuran suhu dan tekanan. Bilangan mata sedemikian setiap pengeluaran moden boleh mencecah beberapa puluh ribu. Sehubungan itu, bilangan sensor juga besar. Oleh itu, beberapa penderia analog paling kerap disambungkan kepada satu pengawal sekaligus. Sudah tentu, tidak beberapa ribu sekaligus, adalah baik jika sedozen berbeza. Sambungan sedemikian ditunjukkan dalam Rajah 7.

Rajah 7. Menyambungkan berbilang penderia analog kepada pengawal

Angka ini menunjukkan bagaimana voltan yang sesuai untuk penukaran kepada kod digital diperoleh daripada isyarat semasa. Jika terdapat beberapa isyarat sedemikian, maka ia tidak semuanya diproses sekaligus, tetapi dipisahkan mengikut masa dan dimultiplekskan, jika tidak, ADC yang berasingan perlu dipasang pada setiap saluran.

Untuk tujuan ini, pengawal mempunyai litar pensuisan litar. Gambar rajah berfungsi suis ditunjukkan dalam Rajah 8.

Rajah 8. Suis saluran sensor analog (gambar boleh diklik)

Isyarat gelung semasa, ditukar kepada voltan merentasi perintang pengukur (UR1...URn), disalurkan kepada input suis analog. Isyarat kawalan secara bergilir-gilir menghantar kepada output salah satu isyarat UR1...URn, yang dikuatkan oleh penguat, dan secara bergilir-gilir tiba pada input ADC. Voltan yang ditukar kepada kod digital dibekalkan kepada pengawal.

Skim ini, tentu saja, sangat mudah, tetapi sangat mungkin untuk mempertimbangkan prinsip pemultipleksan di dalamnya. Ini adalah lebih kurang bagaimana modul untuk memasukkan isyarat analog pengawal MSTS (sistem mikropemproses) dibina cara teknikal) dihasilkan oleh PC Smolensk "Prolog".

Pengeluaran pengawal sedemikian telah lama dihentikan, walaupun di beberapa tempat, jauh dari yang terbaik, pengawal ini masih berfungsi. Pameran muzium ini digantikan oleh pengawal model baharu, kebanyakannya diimport (Cina).

Jika pengawal dipasang dalam kabinet logam, adalah disyorkan untuk menyambungkan tocang pelindung ke titik asas kabinet. Panjang talian penghubung boleh mencapai lebih daripada dua kilometer, yang dikira menggunakan formula yang sesuai. Kami tidak akan mengira apa-apa di sini, tetapi percayalah, ia benar.

Penderia baharu, pengawal baharu

Dengan ketibaan pengawal baharu, penderia analog baharu turut muncul yang beroperasi menggunakan protokol HART (Highway Addressable Remote Transducer), yang diterjemahkan sebagai "Measuring transducer yang dialamatkan dari jauh melalui lebuh raya."

Isyarat keluaran sensor (peranti medan) ialah isyarat arus analog dalam julat 4...20 mA, di mana isyarat komunikasi digital termodulat frekuensi (FSK - Frequency Shift Keying) ditindih.

Adalah diketahui bahawa nilai purata isyarat sinusoidal adalah sifar, oleh itu, penghantaran maklumat digital tidak menjejaskan arus keluaran sensor 4...20 mA. Mod ini digunakan semasa mengkonfigurasi penderia.

Komunikasi HART dicapai dalam dua cara. Dalam kes pertama, yang standard, hanya dua peranti boleh bertukar maklumat melalui talian dua wayar, manakala isyarat analog keluaran 4...20 mA bergantung pada nilai yang diukur. Mod ini digunakan semasa mengkonfigurasi peranti medan (sensor).

Dalam kes kedua, sehingga 15 sensor boleh disambungkan ke talian dua wayar, bilangannya ditentukan oleh parameter saluran komunikasi dan kuasa bekalan kuasa. Ini ialah mod berbilang titik. Dalam mod ini, setiap sensor mempunyai alamatnya sendiri dalam julat 1...15, yang mana peranti kawalan mengaksesnya.

Penderia dengan alamat 0 diputuskan daripada talian komunikasi. Pertukaran data antara sensor dan peranti kawalan dalam mod berbilang titik dijalankan hanya dengan isyarat frekuensi. Isyarat semasa sensor ditetapkan pada tahap yang diperlukan dan tidak berubah.

Dalam kes komunikasi berbilang titik, data bermakna bukan sahaja hasil pengukuran sebenar parameter yang dipantau, tetapi juga satu set keseluruhan semua jenis maklumat perkhidmatan.

Pertama sekali, ini ialah alamat penderia, arahan kawalan dan parameter konfigurasi. Dan semua maklumat ini dihantar melalui talian komunikasi dua wayar. Adakah mungkin untuk menyingkirkan mereka juga? Benar, ini mesti dilakukan dengan berhati-hati, hanya dalam kes di mana sambungan wayarles tidak boleh menjejaskan keselamatan proses terkawal.

Teknologi ini telah menggantikan gelung semasa analog lama. Tetapi ia juga tidak melepaskan kedudukannya; ia digunakan secara meluas di mana mungkin.

Dalam proses mengautomasikan proses teknologi untuk mengawal mekanisme dan unit, seseorang perlu berurusan dengan pengukuran pelbagai kuantiti fizikal. Ini boleh menjadi suhu, tekanan dan aliran cecair atau gas, kelajuan putaran, keamatan cahaya, maklumat tentang kedudukan bahagian mekanisme dan banyak lagi. Maklumat ini diperoleh menggunakan sensor. Di sini, pertama, mengenai kedudukan bahagian mekanisme.

Penderia diskret

Sensor yang paling mudah ialah kenalan mekanikal biasa: pintu dibuka - kenalan dibuka, ditutup - ditutup. Sensor mudah seperti itu, serta algoritma operasi yang diberikan, sering digunakan dalam penggera keselamatan. Untuk mekanisme dengan pergerakan translasi, yang mempunyai dua kedudukan, contohnya injap air, anda memerlukan dua kenalan: satu kenalan ditutup - injap ditutup, yang lain ditutup - ditutup.

Algoritma yang lebih kompleks untuk pergerakan translasi mempunyai mekanisme untuk menutup acuan termoplastik mesin automatik. Pada mulanya, acuan terbuka, ini adalah kedudukan permulaan. Dalam kedudukan ini, produk siap dikeluarkan dari acuan. Seterusnya, pekerja menutup pengawal keselamatan dan acuan mula ditutup, dan kitaran kerja baru bermula.

Jarak antara bahagian acuan agak besar. Oleh itu, pada mulanya acuan bergerak dengan cepat, dan pada jarak tertentu sebelum separuh ditutup, suis had dicetuskan, kelajuan pergerakan berkurangan dengan ketara dan acuan ditutup dengan lancar.

Oleh itu, sensor berasaskan kenalan adalah diskret atau binari, mempunyai dua kedudukan, tertutup - terbuka atau 1 dan 0. Dengan kata lain, kita boleh mengatakan bahawa sesuatu peristiwa telah berlaku atau tidak. Dalam contoh di atas, beberapa mata "terperangkap" oleh kenalan: permulaan pergerakan, titik penurunan kelajuan, penghujung pergerakan.

Dalam geometri, titik tidak mempunyai dimensi, hanya titik dan itu sahaja. Ia boleh sama ada (di atas sekeping kertas, dalam trajektori pergerakan, seperti dalam kes kami) atau ia tidak wujud. Oleh itu, penderia diskret digunakan untuk mengesan titik. Mungkin perbandingan dengan titik tidak begitu sesuai di sini, kerana untuk tujuan praktikal mereka menggunakan ketepatan tindak balas sensor diskret, dan ketepatan ini jauh lebih besar daripada titik geometri.

Tetapi sentuhan mekanikal itu sendiri tidak boleh dipercayai. Oleh itu, jika boleh, sesentuh mekanikal digantikan dengan penderia tanpa sentuhan. Pilihan paling mudah ialah suis buluh: magnet menghampiri, kenalan ditutup. Ketepatan suis buluh meninggalkan banyak yang dikehendaki; penderia sedemikian hanya boleh digunakan untuk menentukan kedudukan pintu.

Pelbagai penderia tanpa sentuh harus dianggap sebagai pilihan yang lebih kompleks dan tepat. Jika bendera logam memasuki slot, sensor telah dicetuskan. Contoh penderia tersebut ialah penderia BVK (Contactless Limit Switch) pelbagai siri. Ketepatan tindak balas (perbezaan perjalanan) bagi penderia tersebut ialah 3 milimeter.

Penderia siri BVK

Rajah 1. Penderia siri BVK

Voltan bekalan sensor BVK ialah 24V, arus beban ialah 200mA, yang cukup untuk menyambungkan geganti perantaraan untuk penyelarasan lanjut dengan litar kawalan. Beginilah cara penderia BVK digunakan dalam pelbagai peralatan.

Sebagai tambahan kepada penderia BVK, penderia jenis BTP, KVP, PIP, KVD, PISH juga digunakan. Setiap siri mempunyai beberapa jenis sensor, yang ditetapkan oleh nombor, contohnya, BTP-101, BTP-102, BTP-103, BTP-211.

Semua sensor yang disebutkan adalah diskret bukan hubungan, tujuan utamanya adalah untuk menentukan kedudukan bahagian mekanisme dan pemasangan. Sememangnya, terdapat banyak lagi penderia ini; adalah mustahil untuk menulis tentang semuanya dalam satu artikel. Malah lebih biasa dan masih dijumpai aplikasi yang luas pelbagai sensor sentuhan.

Penggunaan sensor analog

Sebagai tambahan kepada penderia diskret, penderia analog digunakan secara meluas dalam sistem automasi. Tujuan mereka adalah untuk mendapatkan maklumat tentang pelbagai kuantiti fizikal, dan bukan hanya secara umum, tetapi dalam masa nyata. Lebih tepat lagi transformasi kuantiti fizikal(tekanan, suhu, pencahayaan, aliran, voltan, arus) menjadi isyarat elektrik yang sesuai untuk penghantaran melalui talian komunikasi kepada pengawal dan pemprosesan selanjutnya.

Penderia analog biasanya terletak agak jauh dari pengawal, itulah sebabnya ia sering dipanggil peranti medan. Istilah ini sering digunakan dalam kesusasteraan teknikal.

Sensor analog biasanya terdiri daripada beberapa bahagian. Bahagian yang paling penting ialah elemen sensitif - sensor. Tujuannya adalah untuk menukar nilai yang diukur kepada isyarat elektrik. Tetapi isyarat yang diterima daripada sensor biasanya kecil. Untuk mendapatkan isyarat yang sesuai untuk amplifikasi, sensor paling kerap disertakan dalam litar jambatan - jambatan Wheatstone.

Jambatan Wheatstone

Rajah 2. Jambatan Wheatstone

Tujuan asal litar jambatan adalah untuk mengukur rintangan dengan tepat. Sumber DC disambungkan ke pepenjuru jambatan AD. Galvanometer sensitif dengan titik tengah, dengan sifar di tengah skala, disambungkan ke pepenjuru yang lain. Untuk mengukur rintangan perintang Rx, dengan memutar perintang penalaan R2, anda harus mencapai keseimbangan jambatan dan tetapkan jarum galvanometer kepada sifar.

Sisihan anak panah instrumen dalam satu arah atau yang lain membolehkan anda menentukan arah putaran perintang R2. Nilai rintangan yang diukur ditentukan oleh skala yang digabungkan dengan pemegang perintang R2. Keadaan keseimbangan untuk jambatan ialah kesamaan nisbah R1/R2 dan Rx/R3. Dalam kes ini, beza potensi sifar diperoleh antara titik BC, dan tiada arus mengalir melalui galvanometer V.

Rintangan perintang R1 dan R3 dipilih dengan sangat tepat, penyebarannya harus minimum. Hanya dalam kes ini, walaupun ketidakseimbangan kecil jambatan menyebabkan perubahan yang agak ketara dalam voltan BC pepenjuru. Sifat jambatan inilah yang digunakan untuk menyambungkan elemen sensitif (sensor) pelbagai sensor analog. Nah, maka semuanya mudah, soal teknik.

Untuk menggunakan isyarat yang diterima daripada sensor, ia memerlukan pemprosesan lanjut - penguatan dan penukaran kepada isyarat keluaran yang sesuai untuk penghantaran dan pemprosesan oleh litar kawalan - pengawal. Selalunya, isyarat keluaran penderia analog ialah semasa (gelung arus analog), kurang kerap voltan.

Mengapa semasa? Hakikatnya ialah peringkat keluaran sensor analog dibina berdasarkan sumber semasa. Ini membolehkan anda menyingkirkan pengaruh rintangan talian penyambung pada isyarat keluaran dan menggunakan talian penyambung yang panjang.

Penukaran selanjutnya agak mudah. Isyarat semasa ditukar kepada voltan, yang mana ia cukup untuk menghantar arus melalui perintang rintangan yang diketahui. Kejatuhan voltan merentasi perintang penyukat diperoleh mengikut hukum Ohm U=I*R.

Sebagai contoh, untuk arus 10 mA pada perintang dengan rintangan 100 Ohm, voltan akan menjadi 10 * 100 = 1000 mV, sebanyak 1 volt! Dalam kes ini, arus keluaran sensor tidak bergantung pada rintangan wayar penyambung. Dalam had yang munasabah, sudah tentu.

Menyambung sensor analog

Voltan yang diperolehi pada perintang penyukat boleh ditukar dengan mudah menjadi pandangan digital, sesuai untuk input kepada pengawal. Penukaran dilakukan menggunakan penukar analog-ke-digital (ADC).

Data digital dihantar ke pengawal melalui kod bersiri atau selari. Ia semua bergantung pada litar pensuisan tertentu. Gambar rajah sambungan yang dipermudahkan untuk penderia analog ditunjukkan dalam Rajah 3.

Menyambung sensor analog

Rajah 3. Menyambung sensor analog (klik pada gambar untuk membesarkan)

Penggerak disambungkan ke pengawal, atau pengawal itu sendiri disambungkan ke komputer yang disertakan dalam sistem automasi.

Sememangnya, sensor analog mempunyai reka bentuk yang lengkap, salah satu elemennya adalah perumahan dengan elemen penghubung. Sebagai contoh, Rajah 4 menunjukkan rupa sensor tekanan lampau jenis Zond-10.

Sensor tekanan lampau Zond-10

Rajah 4. Sensor tekanan lampau Zond-10

Di bahagian bawah sensor anda dapat melihat benang penyambung untuk menyambung ke saluran paip, dan di sebelah kanan di bawah penutup hitam terdapat penyambung untuk menyambungkan talian komunikasi dengan pengawal.

Pengedap sambungan berulir dilakukan menggunakan mesin basuh yang diperbuat daripada tembaga anil (termasuk dalam pakej penghantaran sensor), dan bukan dengan penggulungan dari pita wasap atau rami. Ini dilakukan supaya apabila memasang sensor, elemen sensor yang terletak di dalam tidak cacat.

Output sensor analog

Mengikut piawaian, terdapat tiga julat isyarat semasa: 0...5mA, 0...20mA dan 4...20mA. Apakah perbezaan mereka, dan apakah ciri-ciri mereka?

Selalunya, pergantungan arus keluaran adalah berkadar terus dengan nilai yang diukur, contohnya, semakin tinggi tekanan dalam paip, semakin besar arus pada output sensor. Walaupun kadangkala pensuisan songsang digunakan: arus keluaran yang lebih besar sepadan dengan nilai minimum nilai yang diukur pada output sensor. Semuanya bergantung pada jenis pengawal yang digunakan. Sesetengah penderia juga mempunyai suis daripada isyarat terus ke songsang.

Isyarat keluaran dalam julat 0...5mA adalah sangat kecil dan oleh itu terdedah kepada gangguan. Jika isyarat sensor sedemikian turun naik manakala nilai parameter yang diukur kekal tidak berubah, maka disyorkan untuk memasang kapasitor dengan kapasiti 0.1...1 μF selari dengan output sensor. Isyarat semasa dalam julat 0...20mA adalah lebih stabil.

Tetapi kedua-dua julat ini adalah buruk kerana sifar pada permulaan skala tidak membenarkan kita menentukan dengan jelas apa yang berlaku. Atau adakah isyarat yang diukur sebenarnya mencapai tahap sifar, yang mungkin pada dasarnya, atau adakah talian komunikasi hanya putus? Oleh itu, jika boleh, mereka cuba mengelak daripada menggunakan julat ini.

Isyarat dari sensor analog dengan arus keluaran dalam julat 4...20 mA dianggap lebih dipercayai. Kekebalan bunyinya agak tinggi, dan had yang lebih rendah, walaupun isyarat yang diukur mempunyai tahap sifar, akan menjadi 4 mA, yang membolehkan kita mengatakan bahawa talian komunikasi tidak putus.

Satu lagi ciri baik bagi julat 4...20mA ialah penderia boleh disambungkan menggunakan hanya dua wayar, kerana ini adalah arus yang menggerakkan penderia itu sendiri. Ini adalah penggunaan semasa dan pada masa yang sama isyarat pengukur.

Bekalan kuasa untuk penderia dalam julat 4...20mA dihidupkan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5. Pada masa yang sama, penderia Zond-10, seperti banyak yang lain, menurut helaian data mereka mempunyai julat voltan bekalan yang luas 10 ...38V, walaupun sumber stabil dengan voltan 24V paling kerap digunakan.

Menyambungkan penderia analog dengan sumber luar pemakanan

Rajah 5. Menyambungkan sensor analog dengan bekalan kuasa luaran

Rajah ini mengandungi unsur-unsur berikut dan notasi. Rsh ialah perintang shunt pengukur, Rl1 dan Rl2 ialah rintangan talian komunikasi. Untuk meningkatkan ketepatan pengukuran, perintang pengukur ketepatan harus digunakan sebagai Rsh. Aliran arus dari sumber kuasa ditunjukkan oleh anak panah.

Adalah mudah untuk melihat bahawa arus keluaran bekalan kuasa melepasi dari terminal +24V, melalui talian Rl1 mencapai terminal sensor +AO2, melalui sensor dan melalui hubungan output sensor - AO2, talian penyambung Rl2, perintang Rsh kembali ke terminal bekalan kuasa -24V. Itu sahaja, litar ditutup, arus mengalir.

Jika pengawal mengandungi bekalan kuasa 24V, maka penyambungan penderia atau transduser pengukur boleh dilakukan mengikut rajah yang ditunjukkan dalam Rajah 6.

Menyambungkan penderia analog kepada pengawal dengan sumber dalaman pemakanan

Rajah 6. Menyambungkan penderia analog kepada pengawal dengan bekalan kuasa dalaman

Rajah ini menunjukkan satu lagi elemen - perintang balast Rb. Tujuannya adalah untuk melindungi perintang pengukur sekiranya berlaku litar pintas dalam talian komunikasi atau kerosakan pada sensor analog. Pemasangan perintang Rb adalah pilihan, walaupun wajar.

Sebagai tambahan kepada pelbagai sensor, transduser pengukur juga mempunyai output semasa, yang digunakan agak kerap dalam sistem automasi.

Transduser pengukur ialah peranti untuk menukar tahap voltan, contohnya, 220V atau arus beberapa puluh atau ratusan ampere kepada isyarat arus 4...20mA. Di sini, tahap isyarat elektrik hanya ditukar, dan bukan perwakilan beberapa kuantiti fizikal (kelajuan, aliran, tekanan) dalam bentuk elektrik.

Tetapi, sebagai peraturan, satu sensor tidak mencukupi. Beberapa ukuran yang paling popular ialah pengukuran suhu dan tekanan. Bilangan mata sedemikian dalam pengeluaran moden boleh mencapai beberapa sepuluh

Baca juga

• Jenis lampu dinding dan ciri penggunaannya
• Mengenai beza keupayaan, daya gerak elektrik dan voltan
• Apa yang boleh ditentukan oleh meter, kecuali penggunaan elektrik
• Mengenai kriteria untuk menilai kualiti produk elektrik
• Apakah yang lebih baik untuk rumah persendirian - input fasa tunggal atau tiga fasa?
• Bagaimana untuk memilih penstabil voltan untuk rumah negara
• Kesan peltier: kesan ajaib arus elektrik
• Amalan pendawaian dan penyambungan kabel TV di sebuah apartmen - ciri proses
• Masalah pendawaian elektrik: apa yang perlu dilakukan dan bagaimana untuk memperbaikinya?
• Lampu pendarfluor T5: prospek dan masalah permohonan
• Blok soket boleh ditarik balik: amalan penggunaan dan sambungan
• Penguat elektronik. Bahagian 2. Penguat audio
• Pengendalian peralatan elektrik dan pendawaian yang betul di rumah desa
• Perkara utama tentang menggunakan voltan selamat di rumah
• Alat dan peranti yang diperlukan untuk pemula belajar elektronik
• Kapasitor: tujuan, peranti, prinsip operasi
• Apakah rintangan sentuhan sementara dan cara menanganinya
• Relay voltan: apakah itu, bagaimana untuk memilih dan menyambung?
• Apakah yang lebih baik untuk rumah persendirian - input fasa tunggal atau tiga fasa?
• Kapasitor dalam litar elektronik. Bahagian 2. Komunikasi antara peringkat, penapis, penjana
• Bagaimana untuk memastikan keselesaan apabila grid kuasa tidak mencukupi
• Apabila membeli mesin di kedai, bagaimana anda boleh memastikan mesin itu berfungsi dengan baik?
• Bagaimana untuk memilih keratan rentas wayar untuk rangkaian lampu 12 volt
• Kaedah untuk menyambungkan pemanas air dan pam apabila kuasa rangkaian tidak mencukupi
• Induktor dan medan magnet. Bahagian 2. Aruhan dan kearuhan elektromagnet
• Penguat operasi. Bahagian 2: Op-Amp Ideal
• Apakah mikropengawal (tujuan, peranti, perisian)
• Memanjangkan hayat lampu pendarfluor padat (pembantu rumah)
• Litar untuk menukar penguat operasi tanpa maklum balas
• Menggantikan panel pengedaran elektrik sebuah apartmen
• Mengapa anda tidak boleh menggabungkan tembaga dan aluminium dalam pendawaian elektrik?

Dalam proses mengautomasikan proses teknologi untuk mengawal mekanisme dan unit, seseorang perlu berurusan dengan pengukuran pelbagai kuantiti fizikal. Ini boleh menjadi suhu, tekanan dan aliran cecair atau gas, kelajuan putaran, keamatan cahaya, maklumat tentang kedudukan bahagian mekanisme dan banyak lagi. Maklumat ini diperoleh menggunakan sensor. Di sini, pertama, mengenai kedudukan bahagian mekanisme.

Penderia diskret

Sensor yang paling mudah ialah kenalan mekanikal biasa: pintu dibuka - kenalan dibuka, ditutup - ditutup. Sensor yang begitu mudah, serta algoritma operasi yang diberikan, selalunya... Untuk mekanisme dengan pergerakan translasi, yang mempunyai dua kedudukan, contohnya injap air, anda memerlukan dua kenalan: satu kenalan ditutup - injap ditutup, yang lain ditutup - ditutup.

Algoritma yang lebih kompleks untuk pergerakan translasi mempunyai mekanisme untuk menutup acuan termoplastik mesin automatik. Pada mulanya, acuan terbuka, ini adalah kedudukan permulaan. Dalam kedudukan ini, produk siap dikeluarkan dari acuan. Seterusnya, pekerja menutup pengawal keselamatan dan acuan mula ditutup, dan kitaran kerja baru bermula.

Jarak antara bahagian acuan agak besar. Oleh itu, pada mulanya acuan bergerak dengan cepat, dan pada jarak tertentu sebelum separuh ditutup, suis had dicetuskan, kelajuan pergerakan berkurangan dengan ketara dan acuan ditutup dengan lancar.

Algoritma ini membolehkan anda mengelakkan impak semasa menutup acuan, jika tidak, ia hanya boleh dipecahkan kepada kepingan kecil. Perubahan kelajuan yang sama berlaku apabila membuka acuan. Di sini dua penderia kenalan tidak lagi mencukupi.

Oleh itu, sensor berasaskan kenalan adalah diskret atau binari, mempunyai dua kedudukan, tertutup - terbuka atau 1 dan 0. Dengan kata lain, kita boleh mengatakan bahawa sesuatu peristiwa telah berlaku atau tidak. Dalam contoh di atas, beberapa mata "terperangkap" oleh kenalan: permulaan pergerakan, titik penurunan kelajuan, penghujung pergerakan.

Dalam geometri, titik tidak mempunyai dimensi, hanya titik dan itu sahaja. Ia boleh sama ada (di atas sekeping kertas, dalam trajektori pergerakan, seperti dalam kes kami) atau ia tidak wujud. Oleh itu, penderia diskret digunakan untuk mengesan titik. Mungkin perbandingan dengan titik tidak begitu sesuai di sini, kerana untuk tujuan praktikal mereka menggunakan ketepatan tindak balas sensor diskret, dan ketepatan ini jauh lebih besar daripada titik geometri.

Tetapi sentuhan mekanikal itu sendiri tidak boleh dipercayai. Oleh itu, jika boleh, sesentuh mekanikal digantikan dengan penderia tanpa sentuhan. Pilihan paling mudah ialah suis buluh: magnet menghampiri, kenalan ditutup. Ketepatan suis buluh meninggalkan banyak yang dikehendaki; penderia sedemikian hanya boleh digunakan untuk menentukan kedudukan pintu.

Pelbagai penderia tanpa sentuh harus dianggap sebagai pilihan yang lebih kompleks dan tepat. Jika bendera logam memasuki slot, sensor telah dicetuskan. Contoh penderia tersebut ialah penderia BVK (Contactless Limit Switch) pelbagai siri. Ketepatan tindak balas (perbezaan perjalanan) bagi penderia tersebut ialah 3 milimeter.

Rajah 1. Penderia siri BVK

Voltan bekalan sensor BVK ialah 24V, arus beban ialah 200mA, yang cukup untuk menyambungkan geganti perantaraan untuk penyelarasan lanjut dengan litar kawalan. Beginilah cara penderia BVK digunakan dalam pelbagai peralatan.

Sebagai tambahan kepada penderia BVK, penderia jenis BTP, KVP, PIP, KVD, PISH juga digunakan. Setiap siri mempunyai beberapa jenis sensor, yang ditetapkan oleh nombor, contohnya, BTP-101, BTP-102, BTP-103, BTP-211.

Semua sensor yang disebutkan adalah diskret bukan hubungan, tujuan utamanya adalah untuk menentukan kedudukan bahagian mekanisme dan pemasangan. Sememangnya, terdapat banyak lagi penderia ini; adalah mustahil untuk menulis tentang semuanya dalam satu artikel. Pelbagai penderia sentuhan adalah lebih biasa dan masih digunakan secara meluas.

Penggunaan sensor analog

Sebagai tambahan kepada penderia diskret, penderia analog digunakan secara meluas dalam sistem automasi. Tujuan mereka adalah untuk mendapatkan maklumat tentang pelbagai kuantiti fizikal, dan bukan hanya secara umum, tetapi dalam masa nyata. Lebih tepat lagi, penukaran kuantiti fizikal (tekanan, suhu, pencahayaan, aliran, voltan, arus) kepada isyarat elektrik yang sesuai untuk penghantaran melalui talian komunikasi kepada pengawal dan pemprosesan selanjutnya.

Penderia analog biasanya terletak agak jauh dari pengawal, itulah sebabnya ia sering dipanggil peranti medan. Istilah ini sering digunakan dalam kesusasteraan teknikal.

Sensor analog biasanya terdiri daripada beberapa bahagian. Bahagian yang paling penting ialah elemen sensor - penderia. Tujuannya adalah untuk menukar nilai yang diukur kepada isyarat elektrik. Tetapi isyarat yang diterima daripada sensor biasanya kecil. Untuk mendapatkan isyarat yang sesuai untuk amplifikasi, sensor paling kerap disertakan dalam litar jambatan - Jambatan Wheatstone.

Rajah 2. Jambatan Wheatstone

Tujuan asal litar jambatan adalah untuk mengukur rintangan dengan tepat. Sumber DC disambungkan ke pepenjuru jambatan AD. Galvanometer sensitif dengan titik tengah, dengan sifar di tengah skala, disambungkan ke pepenjuru yang lain. Untuk mengukur rintangan perintang Rx, dengan memutar perintang penalaan R2, anda harus mencapai keseimbangan jambatan dan tetapkan jarum galvanometer kepada sifar.

Sisihan anak panah instrumen dalam satu arah atau yang lain membolehkan anda menentukan arah putaran perintang R2. Nilai rintangan yang diukur ditentukan oleh skala yang digabungkan dengan pemegang perintang R2. Keadaan keseimbangan untuk jambatan ialah kesamaan nisbah R1/R2 dan Rx/R3. Dalam kes ini, beza potensi sifar diperoleh antara titik BC, dan tiada arus mengalir melalui galvanometer V.

Rintangan perintang R1 dan R3 dipilih dengan sangat tepat, penyebarannya harus minimum. Hanya dalam kes ini, walaupun ketidakseimbangan kecil jambatan menyebabkan perubahan yang agak ketara dalam voltan BC pepenjuru. Sifat jambatan inilah yang digunakan untuk menyambungkan elemen sensitif (sensor) pelbagai sensor analog. Nah, maka semuanya mudah, soal teknik.

Untuk menggunakan isyarat yang diterima daripada sensor, ia memerlukan pemprosesan lanjut - penguatan dan penukaran kepada isyarat keluaran yang sesuai untuk penghantaran dan pemprosesan oleh litar kawalan - pengawal. Selalunya, isyarat keluaran penderia analog ialah semasa (gelung arus analog), kurang kerap voltan.

Mengapa semasa? Hakikatnya ialah peringkat keluaran sensor analog dibina berdasarkan sumber semasa. Ini membolehkan anda menyingkirkan pengaruh rintangan talian penyambung pada isyarat keluaran dan menggunakan talian penyambung yang panjang.

Penukaran selanjutnya agak mudah. Isyarat semasa ditukar kepada voltan, yang mana ia cukup untuk menghantar arus melalui perintang rintangan yang diketahui. Kejatuhan voltan merentasi perintang penyukat diperoleh mengikut hukum Ohm U=I*R.

Sebagai contoh, untuk arus 10 mA pada perintang dengan rintangan 100 Ohm, voltan akan menjadi 10 * 100 = 1000 mV, sebanyak 1 volt! Dalam kes ini, arus keluaran sensor tidak bergantung pada rintangan wayar penyambung. Dalam had yang munasabah, sudah tentu.

Menyambung sensor analog

Voltan yang diperoleh pada perintang penyukat boleh ditukar dengan mudah ke dalam bentuk digital yang sesuai untuk dimasukkan ke dalam pengawal. Penukaran dilakukan menggunakan penukar analog-ke-digital ADC.

Data digital dihantar ke pengawal melalui kod bersiri atau selari. Ia semua bergantung pada litar pensuisan tertentu. Gambar rajah sambungan yang dipermudahkan untuk penderia analog ditunjukkan dalam Rajah 3.

Rajah 3. Menyambung sensor analog (klik pada gambar untuk membesarkan)

Penggerak disambungkan ke pengawal, atau pengawal itu sendiri disambungkan ke komputer yang disertakan dalam sistem automasi.

Sememangnya, sensor analog mempunyai reka bentuk yang lengkap, salah satu elemennya adalah perumahan dengan elemen penghubung. Sebagai contoh, Rajah 4 menunjukkan rupa sensor tekanan lampau jenis Zond-10.

Rajah 4. Sensor tekanan lampau Zond-10

Di bahagian bawah sensor anda dapat melihat benang penyambung untuk menyambung ke saluran paip, dan di sebelah kanan di bawah penutup hitam terdapat penyambung untuk menyambungkan talian komunikasi dengan pengawal.

Sambungan berulir dimeterai menggunakan mesin basuh yang diperbuat daripada tembaga anil (termasuk dalam pakej penghantaran sensor), dan bukan dengan menggulungnya dengan pita wasap atau rami. Ini dilakukan supaya apabila memasang sensor, elemen sensor yang terletak di dalam tidak cacat.

Output sensor analog

Mengikut piawaian, terdapat tiga julat isyarat semasa: 0...5mA, 0...20mA dan 4...20mA. Apakah perbezaan mereka, dan apakah ciri-ciri mereka?

Selalunya, pergantungan arus keluaran adalah berkadar terus dengan nilai yang diukur, contohnya, semakin tinggi tekanan dalam paip, semakin besar arus pada output sensor. Walaupun kadangkala pensuisan songsang digunakan: arus keluaran yang lebih besar sepadan dengan nilai minimum kuantiti yang diukur pada output sensor. Semuanya bergantung pada jenis pengawal yang digunakan. Sesetengah penderia juga mempunyai suis daripada isyarat terus ke songsang.

Isyarat keluaran dalam julat 0...5mA adalah sangat kecil dan oleh itu terdedah kepada gangguan. Jika isyarat sensor sedemikian turun naik manakala nilai parameter yang diukur kekal tidak berubah, maka disyorkan untuk memasang kapasitor dengan kapasiti 0.1...1 μF selari dengan output sensor. Isyarat semasa dalam julat 0...20mA adalah lebih stabil.

Tetapi kedua-dua julat ini adalah buruk kerana sifar pada permulaan skala tidak membenarkan kita menentukan dengan jelas apa yang berlaku. Atau adakah isyarat yang diukur sebenarnya mencapai tahap sifar, yang mungkin pada dasarnya, atau adakah talian komunikasi hanya putus? Oleh itu, jika boleh, mereka cuba mengelak daripada menggunakan julat ini.

Isyarat dari sensor analog dengan arus keluaran dalam julat 4...20 mA dianggap lebih dipercayai. Kekebalan bunyinya agak tinggi, dan had yang lebih rendah, walaupun isyarat yang diukur mempunyai tahap sifar, akan menjadi 4 mA, yang membolehkan kita mengatakan bahawa talian komunikasi tidak putus.

Satu lagi ciri baik bagi julat 4...20mA ialah penderia boleh disambungkan menggunakan hanya dua wayar, kerana ini adalah arus yang menggerakkan penderia itu sendiri. Ini adalah penggunaan semasa dan pada masa yang sama isyarat pengukur.

Bekalan kuasa untuk penderia dalam julat 4...20mA dihidupkan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5. Pada masa yang sama, penderia Zond-10, seperti banyak yang lain, menurut helaian data mereka mempunyai julat voltan bekalan yang luas 10 ...38V, walaupun ia paling kerap digunakan dengan voltan 24V.

Rajah 5. Menyambungkan sensor analog dengan bekalan kuasa luaran

Rajah ini mengandungi unsur dan simbol berikut. Rsh ialah perintang shunt pengukur, Rl1 dan Rl2 ialah rintangan talian komunikasi. Untuk meningkatkan ketepatan pengukuran, perintang pengukur ketepatan harus digunakan sebagai Rsh. Aliran arus dari sumber kuasa ditunjukkan oleh anak panah.

Adalah mudah untuk melihat bahawa arus keluaran bekalan kuasa melepasi dari terminal +24V, melalui talian Rl1 mencapai terminal sensor +AO2, melalui sensor dan melalui hubungan output sensor - AO2, talian penyambung Rl2, perintang Rsh kembali ke terminal bekalan kuasa -24V. Itu sahaja, litar ditutup, arus mengalir.

Jika pengawal mengandungi bekalan kuasa 24V, maka penyambungan penderia atau transduser pengukur boleh dilakukan mengikut rajah yang ditunjukkan dalam Rajah 6.

Rajah 6. Menyambungkan penderia analog kepada pengawal dengan bekalan kuasa dalaman

Rajah ini menunjukkan satu lagi elemen - perintang balast Rb. Tujuannya adalah untuk melindungi perintang pengukur sekiranya berlaku litar pintas dalam talian komunikasi atau kerosakan pada sensor analog. Pemasangan perintang Rb adalah pilihan, walaupun wajar.

Sebagai tambahan kepada pelbagai sensor, transduser pengukur juga mempunyai output semasa, yang digunakan agak kerap dalam sistem automasi.

Transduser- peranti untuk menukar paras voltan, contohnya, 220V atau arus beberapa puluh atau ratusan ampere kepada isyarat arus 4...20mA. Di sini, tahap isyarat elektrik hanya ditukar, dan bukan perwakilan beberapa kuantiti fizikal (kelajuan, aliran, tekanan) dalam bentuk elektrik.

Tetapi, sebagai peraturan, satu sensor tidak mencukupi. Beberapa ukuran yang paling popular ialah pengukuran suhu dan tekanan. Bilangan mata sedemikian di kilang moden boleh mencecah beberapa puluh ribu. Sehubungan itu, bilangan sensor juga besar. Oleh itu, beberapa penderia analog paling kerap disambungkan kepada satu pengawal sekaligus. Sudah tentu, tidak beberapa ribu sekaligus, adalah baik jika sedozen berbeza. Sambungan sedemikian ditunjukkan dalam Rajah 7.

Rajah 7. Menyambungkan berbilang penderia analog kepada pengawal

Angka ini menunjukkan bagaimana voltan yang sesuai untuk penukaran kepada kod digital diperoleh daripada isyarat semasa. Jika terdapat beberapa isyarat sedemikian, maka ia tidak semuanya diproses sekaligus, tetapi dipisahkan mengikut masa dan dimultiplekskan, jika tidak, ADC yang berasingan perlu dipasang pada setiap saluran.

Untuk tujuan ini, pengawal mempunyai litar pensuisan litar. Gambar rajah kefungsian suis ditunjukkan dalam Rajah 8.

Rajah 8. Suis saluran sensor analog (gambar boleh diklik)

Isyarat gelung semasa, ditukar kepada voltan merentasi perintang pengukur (UR1...URn), disalurkan kepada input suis analog. Isyarat kawalan secara bergilir-gilir menghantar kepada output salah satu isyarat UR1...URn, yang dikuatkan oleh penguat, dan secara bergilir-gilir tiba pada input ADC. Voltan yang ditukar kepada kod digital dibekalkan kepada pengawal.

Skim ini, tentu saja, sangat mudah, tetapi sangat mungkin untuk mempertimbangkan prinsip pemultipleksan di dalamnya. Ini adalah lebih kurang bagaimana modul untuk memasukkan isyarat analog pengawal MSTS (sistem mikropemproses cara teknikal) yang dihasilkan oleh PC Smolensk "Prolog" dibina. Kemunculan pengawal MSTS ditunjukkan dalam Rajah 9.

Rajah 9. Pengawal MSTS

Pengeluaran pengawal sedemikian telah lama dihentikan, walaupun di beberapa tempat, jauh dari yang terbaik, pengawal ini masih berfungsi. Pameran muzium ini digantikan oleh pengawal model baharu, kebanyakannya diimport (Cina).

Jika pengawal dipasang dalam kabinet logam, adalah disyorkan untuk menyambungkan tocang pelindung ke titik asas kabinet. Panjang garis penghubung boleh mencapai lebih daripada dua kilometer, yang dikira menggunakan formula yang sesuai. Kami tidak akan mengira apa-apa di sini, tetapi percayalah, ia benar.

Penderia baharu, pengawal baharu

Dengan kedatangan pengawal baharu, penderia analog baharu menggunakan protokol HART(Transduser Jauh Boleh Beralamat Lebuhraya), yang diterjemahkan sebagai "Transduser pengukur yang dialamatkan dari jauh melalui lebuh raya."

Isyarat keluaran sensor (peranti medan) ialah isyarat arus analog dalam julat 4...20 mA, di mana isyarat komunikasi digital termodulat frekuensi (FSK - Frequency Shift Keying) ditindih.

Rajah 10. Output Penderia Analog melalui Protokol HART

Rajah menunjukkan isyarat analog, dan gelombang sinus menggeliat di sekelilingnya seperti ular. Ini adalah isyarat termodulat frekuensi. Tetapi ini bukan isyarat digital sama sekali; ia masih belum diiktiraf. Adalah ketara dalam rajah bahawa kekerapan sinusoid apabila menghantar sifar logik adalah lebih tinggi (2.2 KHz) daripada semasa menghantar unit (1.2 KHz). Penghantaran isyarat ini dijalankan oleh arus dengan amplitud ±0.5 mA bentuk sinusoidal.

Adalah diketahui bahawa nilai purata isyarat sinusoidal adalah sifar, oleh itu, penghantaran maklumat digital tidak menjejaskan arus keluaran sensor 4...20 mA. Mod ini digunakan semasa mengkonfigurasi penderia.

Komunikasi HART dicapai dalam dua cara. Dalam kes pertama, yang standard, hanya dua peranti boleh bertukar maklumat melalui talian dua wayar, manakala isyarat analog keluaran 4...20 mA bergantung pada nilai yang diukur. Mod ini digunakan semasa mengkonfigurasi peranti medan (sensor).

Dalam kes kedua, sehingga 15 sensor boleh disambungkan ke talian dua wayar, bilangannya ditentukan oleh parameter saluran komunikasi dan kuasa bekalan kuasa. Ini ialah mod berbilang titik. Dalam mod ini, setiap sensor mempunyai alamatnya sendiri dalam julat 1...15, yang mana peranti kawalan mengaksesnya.

Penderia dengan alamat 0 diputuskan daripada talian komunikasi. Pertukaran data antara sensor dan peranti kawalan dalam mod berbilang titik dijalankan hanya dengan isyarat frekuensi. Isyarat semasa sensor ditetapkan pada tahap yang diperlukan dan tidak berubah.

Dalam kes komunikasi berbilang titik, data bermakna bukan sahaja hasil pengukuran sebenar parameter yang dipantau, tetapi juga satu set keseluruhan semua jenis maklumat perkhidmatan.

Pertama sekali, ini ialah alamat penderia, arahan kawalan dan parameter konfigurasi. Dan semua maklumat ini dihantar melalui talian komunikasi dua wayar. Adakah mungkin untuk menyingkirkan mereka juga? Benar, ini mesti dilakukan dengan berhati-hati, hanya dalam kes di mana sambungan wayarles tidak boleh menjejaskan keselamatan proses terkawal.

Ternyata anda boleh menghilangkan wayar. Sudah pada tahun 2007, WirelessHART Standard telah diterbitkan adalah medium penghantaran adalah frekuensi 2.4 GHz yang tidak berlesen, di mana banyak peranti komputer wayarles beroperasi, termasuk rangkaian kawasan tempatan tanpa wayar. Oleh itu, peranti WirelessHART juga boleh digunakan tanpa sebarang sekatan. Rajah 11 menunjukkan rangkaian wayarles WirelessHART.

Rajah 11. Rangkaian WirelessHART

Teknologi ini telah menggantikan gelung semasa analog lama. Tetapi ia juga tidak melepaskan kedudukannya; ia digunakan secara meluas di mana mungkin.

Sejak tahun 1950-an, gelung semasa telah digunakan untuk menghantar data daripada pemancar dalam aplikasi pemantauan dan kawalan. Dengan kos pelaksanaan yang rendah, imuniti hingar yang tinggi dan keupayaan untuk menghantar isyarat pada jarak jauh, gelung semasa telah terbukti sangat mudah untuk beroperasi dalam persekitaran industri. Bahan ini dikhaskan untuk penerangan tentang prinsip asas operasi gelung semasa, asas reka bentuk dan konfigurasi.

Menggunakan arus untuk memindahkan data daripada penukar

Penderia industri sering menggunakan isyarat semasa untuk menghantar data, tidak seperti kebanyakan transduser lain, seperti termokopel atau tolok terikan, yang menggunakan isyarat voltan. Walaupun fakta bahawa penukar yang menggunakan voltan sebagai parameter untuk menghantar maklumat sememangnya berkesan digunakan dalam banyak perkara tugas pengeluaran, terdapat pelbagai aplikasi di mana penggunaan ciri semasa adalah lebih baik. Kelemahan yang ketara apabila menggunakan voltan untuk menghantar isyarat dalam persekitaran industri ialah kelemahan isyarat apabila dihantar pada jarak jauh disebabkan oleh kehadiran rintangan talian wayar komunikasi. Anda boleh, sudah tentu, menggunakan peranti impedans input tinggi untuk mengatasi kehilangan isyarat. Walau bagaimanapun, peranti sedemikian akan menjadi sangat sensitif kepada bunyi yang dijana oleh motor berdekatan, tali pinggang pemacu atau pemancar siaran.

Menurut undang-undang pertama Kirchhoff, jumlah arus yang mengalir ke dalam nod adalah sama dengan jumlah arus yang mengalir keluar dari nod.
Secara teorinya, arus yang mengalir pada permulaan litar harus mencapai penghujungnya sepenuhnya,
seperti yang ditunjukkan dalam Rajah.1. 1.

Rajah 1. Selaras dengan undang-undang pertama Kirchhoff, arus pada permulaan litar adalah sama dengan arus pada penghujungnya.

Ini adalah prinsip asas di mana gelung pengukuran beroperasi Mengukur arus di mana-mana dalam gelung semasa (gelung pengukur) memberikan hasil yang sama. Dengan menggunakan isyarat semasa dan penerima pemerolehan data dengan impedans input yang rendah, aplikasi industri boleh mendapat manfaat yang besar daripada imuniti hingar yang dipertingkatkan dan peningkatan panjang pautan.

Komponen gelung semasa
Komponen utama gelung semasa termasuk sumber DC, penderia, peranti pemerolehan data dan wayar yang menyambungkannya dalam satu baris, seperti ditunjukkan dalam Rajah 2.

Rajah.2. Gambar rajah fungsi gelung semasa.

Sumber DC membekalkan kuasa kepada sistem. Penukar mengawal arus dalam wayar dari 4 hingga 20 mA, di mana 4 mA mewakili sifar langsung dan 20 mA mewakili isyarat maksimum.
0 mA (tiada arus) bermaksud litar terbuka. Peranti pemerolehan data mengukur jumlah arus terkawal. Kaedah yang berkesan dan tepat untuk mengukur arus ialah memasang perintang shunt ketepatan pada input penguat instrumentasi peranti pemerolehan data (dalam Rajah 2) untuk menukar arus kepada voltan pengukuran, akhirnya memperoleh hasil yang mencerminkan dengan jelas isyarat pada output penukar.

Untuk membantu lebih memahami prinsip pengendalian gelung semasa, pertimbangkan, sebagai contoh, reka bentuk sistem dengan penukar yang mempunyai ciri teknikal berikut:

Transduser digunakan untuk mengukur tekanan
Transduser terletak 2000 kaki dari alat pengukur
Arus yang diukur oleh peranti pemerolehan data memberikan operator maklumat tentang jumlah tekanan yang dikenakan pada transduser

Mari kita mula melihat contoh dengan memilih penukar yang sesuai.

Reka Bentuk Sistem Semasa

Pemilihan penukar

Langkah pertama dalam mereka bentuk sistem semasa ialah memilih penukar. Tidak kira jenis pembolehubah yang diukur (aliran, tekanan, suhu, dll.) faktor penting dalam memilih penukar adalah voltan operasinya. Hanya menyambungkan sumber kuasa ke penukar membolehkan anda mengawal arus dalam talian komunikasi. Nilai voltan sumber kuasa mestilah dalam had yang boleh diterima: lebih daripada minimum yang diperlukan, kurang daripada nilai maksimum yang boleh merosakkan penyongsang.

Untuk sistem semasa dalam contoh, transduser yang dipilih mengukur tekanan dan mempunyai voltan operasi 12 hingga 30 V. Sebaik sahaja transduser dipilih, isyarat semasa mesti diukur dengan betul untuk memberikan gambaran yang tepat tentang tekanan yang dikenakan pada transduser. .

Memilih Peranti Pemerolehan Data untuk Pengukuran Semasa

Aspek penting yang perlu anda perhatikan semasa membina sistem semasa adalah untuk menghalang penampilan gelung semasa dalam litar tanah. Teknik biasa dalam kes sedemikian ialah pengasingan. Dengan menggunakan penebat, anda boleh mengelakkan pengaruh gelung tanah, kejadiannya dijelaskan dalam Rajah 3.

Rajah.3. Gelung tanah

Gelung tanah terbentuk apabila dua terminal disambungkan dalam litar tempat berbeza potensi. Perbezaan ini memperkenalkan arus tambahan ke dalam talian komunikasi, yang boleh menyebabkan ralat pengukuran.
Pengasingan peranti pemerolehan data merujuk kepada pemisahan elektrik pembumian sumber isyarat daripada tanah penguat input peranti pengukuran, seperti ditunjukkan dalam Rajah 4.

Oleh kerana arus tidak dapat mengalir melalui penghalang penebat, titik tanah penguat dan sumber isyarat berada pada potensi yang sama. Ini menghapuskan kemungkinan membuat gelung tanah secara tidak sengaja.

Rajah.4. Voltan Mod Biasa dan Voltan Isyarat dalam Litar Terpencil

Pengasingan juga menghalang kerosakan pada peranti pemerolehan data apabila voltan mod biasa tinggi hadir. Voltan mod biasa ialah voltan kekutuban yang sama yang terdapat pada kedua-dua input penguat instrumentasi. Contohnya, dalam Rajah 4. Kedua-dua input positif (+) dan negatif (-) penguat mempunyai voltan mod sepunya +14 V. Banyak peranti pemerolehan data mempunyai julat input maksimum ±10 V. Jika peranti pemerolehan data tidak mempunyai penebat dan voltan mod biasa berada di luar julat input maksimum, anda boleh merosakkan peranti. Walaupun voltan normal (isyarat) pada input penguat dalam Rajah 4 hanya +2 ​​V, penambahan +14 V boleh menghasilkan voltan +16 V
(Voltan isyarat ialah voltan antara "+" dan "-" penguat, voltan kendalian ialah jumlah voltan mod biasa dan biasa), yang mewakili tahap voltan berbahaya untuk peranti pengumpulan dengan voltan operasi yang lebih rendah.

Secara berasingan, titik sepunya penguat dipisahkan secara elektrik daripada sifar tanah. Dalam litar dalam Rajah 4, potensi pada titik sepunya penguat "dinaikkan" ke tahap +14 V. Teknik ini menyebabkan voltan masukan turun dari 16 kepada 2 V. Sekarang data dikumpul, peranti tidak lagi berisiko kerosakan voltan lampau. (Perhatikan bahawa pengasing mempunyai voltan mod biasa maksimum yang boleh ditolak.)

Setelah peranti pemerolehan data diasingkan dan dilindungi, langkah terakhir dalam membina gelung semasa ialah memilih bekalan kuasa yang sesuai.

Memilih Sumber Kuasa

Menentukan bekalan kuasa yang paling sesuai dengan keperluan anda adalah mudah. Apabila beroperasi dalam gelung semasa, bekalan kuasa mesti menghasilkan voltan yang sama atau lebih besar daripada jumlah penurunan voltan merentasi semua elemen sistem.

Peranti pemerolehan data dalam contoh kami menggunakan shunt ketepatan untuk mengukur arus.
Ia adalah perlu untuk mengira penurunan voltan merentasi perintang ini. Perintang shunt biasa ialah 249 Ω. Pengiraan asas untuk julat arus gelung semasa 4 .. 20 mA
tunjukkan perkara berikut:

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

Daripada shunt 249 Ω, kita boleh mengeluarkan voltan dalam julat dari 1 hingga 5 V dengan mengaitkan nilai voltan pada input peranti pemerolehan data dengan nilai isyarat output transduser tekanan.
Seperti yang dinyatakan, pemancar tekanan memerlukan voltan operasi minimum 12 V dengan maksimum 30 V. Dengan menambahkan penurunan voltan merentasi perintang shunt ketepatan kepada voltan operasi pemancar, kami mendapat perkara berikut:

12 V+ 5 V=17 V

Pada pandangan pertama, voltan 17V adalah mencukupi, bagaimanapun, adalah perlu untuk mengambil kira beban tambahan pada bekalan kuasa yang dicipta oleh wayar yang mempunyai rintangan elektrik.
Dalam kes di mana sensor terletak jauh dari alat pengukur, anda mesti mengambil kira faktor rintangan wayar apabila mengira gelung semasa. Wayar tembaga mempunyai rintangan DC, yang berkadar terus dengan panjangnya. Dengan contoh sensor tekanan, anda perlu mengambil kira 2000 kaki panjang talian komunikasi apabila menentukan voltan operasi bekalan kuasa. Rintangan linear kabel tembaga teras tunggal ialah 2.62 Ω/100 kaki. Mengambil kira tentangan ini memberikan yang berikut:

Rintangan satu teras 2000 kaki panjang akan menjadi 2000 * 2.62 / 100 = 52.4 m.
Penurunan voltan merentasi satu teras ialah 0.02 * 52.4 = 1.048 V.
Untuk melengkapkan litar, dua wayar diperlukan, maka panjang talian komunikasi berganda, dan
Jumlah penurunan voltan ialah 2.096 V. Ini menghasilkan kira-kira 2.1 V kerana jarak dari penukar ke peranti sekunder ialah 2000 kaki. Menjumlahkan penurunan voltan merentasi semua elemen litar, kita dapat:
2.096 V + 12 V + 5 V = 19.096 V

Jika anda menggunakan 17 V untuk menghidupkan litar yang dimaksudkan, maka voltan yang dibekalkan kepada transduser tekanan akan berada di bawah voltan operasi minimum disebabkan oleh penurunan rintangan wayar dan perintang shunt. Memilih bekalan kuasa 24V biasa akan memenuhi keperluan kuasa penyongsang. Selain itu, terdapat rizab voltan untuk meletakkan sensor tekanan pada jarak yang lebih jauh.

Dengan transduser yang betul, peranti pemerolehan data, panjang kabel dan bekalan kuasa dipilih, reka bentuk gelung arus ringkas selesai. Untuk aplikasi yang lebih kompleks, anda boleh memasukkan saluran pengukuran tambahan dalam sistem.