Senzorji z enotnim izhodnim izhodom 4-20, 0-50 ali 0-20 mA, ki se najpogosteje uporabljajo na področju avtomatizacije proizvodnje, imajo lahko različne sheme priključitve na sekundarne naprave. Sodobni senzorji z majhno porabo energije in izhodno močjo 4-20 mA so najpogosteje povezani v dvožično vezje. To pomeni, da je na tak senzor priključen le en kabel z dvema jedroma, prek katerega se ta senzor napaja, prenos pa poteka po istih dveh jedrih.

Običajno imajo senzorji z izhodom 4-20 mA in dvožično povezavo pasivni izhod in za delovanje potrebujejo zunanje napajanje. Ta napajalnik je mogoče vgraditi neposredno v sekundarno napravo (na njenem vhodu) in ko je senzor priključen na takšno napravo, se v signalnem vezju takoj pojavi tok. Naprave, ki imajo v vhod vgrajen senzor, naj bi bile naprave z aktivnim vhodom.

Večina sodobnih sekundarnih instrumentov in krmilnikov ima vgrajene napajalnike za delo s senzorji s pasivnimi izhodi.

Če ima sekundarna naprava pasivni vhod - pravzaprav le upor, s katerega merilno vezje naprave "bere" padec napetosti, sorazmerno s tokom, ki teče v tokokrogu, potem je za delovanje senzorja potreben dodaten senzor. V tem primeru je zunanja napajalna enota zaporedno povezana s senzorjem in sekundarno napravo, da prekine trenutno zanko.

Sekundarne naprave so običajno zasnovane in izdelane tako, da jih je mogoče priključiti tako na 2-žične senzorje 4-20 mA kot na senzorje 0-5, 0-20 ali 4-20 mA, povezane v trižično vezje. Če želite dvožični senzor priključiti na vhod sekundarne naprave s tremi vhodnimi terminali (+ U, vhod in skupni), uporabite terminala "+ U" in "vhod", "skupni" terminal ostane prost.

Ker imajo senzorji, kot smo že omenili, lahko ne le 4-20 mA izhoda, ampak na primer 0-5 ali 0-20 mA, ali pa jih zaradi velike energije ni mogoče povezati v dvožični krog porabe (več kot 3 mA), potem se uporabi shema trižičnega priključka. V tem primeru sta napajalna vezja senzorja in izhodna signalna vezja ločena. Senzorji s trižično povezavo imajo običajno aktivni izhod. To pomeni, da če na senzor z aktivnim izhodom napajate napajalno napetost in med njegovim izhodom in skupnimi izhodnimi terminali priključite upor obremenitve, bo v izhodnem vezju tekel tok, sorazmeren z vrednostjo izmerjenega parametra.

Sekundarne naprave imajo običajno dovolj vgrajeno napajalno enoto za napajanje senzorjev. Največji izhodni tok vgrajenih napajalnikov je običajno v območju 22-50 mA, kar pa ni vedno dovolj za napajanje senzorjev z veliko porabo energije: elektromagnetni merilniki pretoka, infrardeči analizatorji plina itd. V tem primeru morate za napajanje trižičnega senzorja uporabiti zunanjo, močnejšo napajalno enoto, ki zagotavlja potrebno moč. Napajalnik, vgrajen v sekundarno, se ne uporablja.

Podobno vezje za vklop trižičnih senzorjev se običajno uporablja, kadar napetost napajalnika, vgrajenega v napravo, ne ustreza napajalni napetosti, ki jo je dovoljeno dovajati na ta senzor. Na primer, vgrajeno napajanje ima izhodno napetost 24V, senzor pa je mogoče napajati z napetostjo od 10 do 16V.

Nekateri sekundarni instrumenti imajo lahko več vhodnih kanalov in napajalnik, ki je dovolj močan za napajanje zunanjih senzorjev. Ne smemo pozabiti, da mora biti skupna poraba energije vseh senzorjev, priključenih na tako večkanalno napravo, manjša od moči vgrajenega vira energije, namenjenega za njihovo napajanje. Poleg tega je treba pri proučevanju tehničnih značilnosti naprave jasno ločiti namen vgrajenih enot napajanja (virov). En vgrajeni vir se uporablja za neposredno napajanje same sekundarne naprave - za upravljanje zaslona in indikatorjev, izhodnih relejev, elektronskega vezja naprave itd. Ta napajalnik je lahko precej močan. Drugi vgrajeni vir se uporablja za napajanje samo vhodnih vezij - senzorjev, povezanih z vhodi.

Pred priključitvijo senzorja na sekundarno napravo natančno preučite navodila za uporabo te opreme, določite vrste vhodov in izhodov (aktivni / pasivni), preverite, ali senzor porablja moč in moč napajalnika (vgrajen -in ali zunanji) in se šele nato povežite. Dejanske oznake vhodnih in izhodnih terminalov senzorjev in naprav se lahko razlikujejo od zgoraj navedenih. Tako imata terminali "In (+)" in "In (-)" lahko oznako + J in -J, + 4-20 in -4-20, + In in -In itd. Terminal "+ U napajanje" lahko označimo kot + V, napajanje, + 24V itd., Terminal "izhod" - izhod, znak, izhod, 4-20 mA itd., "Skupni" terminal - GND, -24V, 0V itd., Vendar to ne spremeni pomena.

Senzorji s tokovnim izhodom, ki imajo štirižično shemo priključitve, imajo enako shemo priključitve kot dvožični senzorji, z edino razliko, da se štirižični senzorji napajajo prek ločenega para žic. Poleg tega imajo lahko štirižični senzorji oboje, kar je treba upoštevati pri izbiri sheme ožičenja.

Diskretni senzorji

Tak algoritem se izogne \u200b\u200bvplivu pri zapiranju kalupa, sicer ga lahko preprosto razdelimo na majhne koščke. Enaka sprememba hitrosti se zgodi, ko se kalup odpre. Tu sta nepogrešljiva dva kontaktna senzorja.

Uporaba analognih senzorjev

Slika 2. Most Wheatstone

Priključitev analognih senzorjev

Analogni senzorski izhodi

Toda primer z enim senzorjem praviloma ni dovolj. Nekatere najbolj priljubljene meritve so meritve temperature in tlaka. Število takih točk v sodobnih proizvodnih obratih lahko doseže nekaj deset tisoč. V skladu s tem je veliko tudi število senzorjev. Zato je več analognih senzorjev pogosto priključenih na en krmilnik hkrati. Seveda ne nekaj tisoč naenkrat, dobro je, če je ducat drugačen. Ta povezava je prikazana na sliki 7.

Slika 7. Priključitev več analognih senzorjev na krmilnik

Ta slika prikazuje, kako se iz trenutnega signala pridobi napetost, primerna za pretvorbo v digitalno kodo. Če je takih signalov več, se ne obdelujejo naenkrat, temveč so časovno razdeljeni, multipleksirani, sicer bi bilo treba na vsak kanal namestiti ločen ADC.

V ta namen ima krmilnik vezje za preklop vezja. Funkcijski diagram stikala je prikazan na sliki 8.

Slika 8. Stikalo za analogni senzor (klikljiva slika)

Signali tokovne zanke, pretvorjeni v napetost na merilnem uporu (UR1 ... URn), se napajajo na vhod analognega stikala. Krmilni signali izmenično prehajajo na izhod enega od signalov UR1 ... URn, ki jih ojača ojačevalnik, in izmenično prispejo na vhod ADC. Pretvorjena v digitalno kodno napetost se napaja na krmilnik.

Shema je seveda zelo poenostavljena, vendar je v njej povsem mogoče upoštevati načelo multipleksiranja. Približno tako je zgrajen modul za vnos analognih signalov krmilnikov MCTS (mikroprocesorski sistem tehničnih sredstev), ki ga proizvaja PC Prolog iz Smolenska.

Izdaja takih krmilnikov je že dolgo prekinjena, čeprav ponekod, daleč od najboljših, ti krmilniki še vedno služijo. Te muzejske eksponate nadomeščajo nadzorniki novih modelov, večinoma uvoženi (kitajski).

Če je krmilnik nameščen v kovinski omari, je priporočljivo, da pleteni ščit priključite na ozemljitveno mesto omarice. Dolžina povezovalnih vodov lahko doseže več kot dva kilometra, kar se izračuna po ustreznih formulah. Tu ne bomo nič šteli, a verjemite mi, da je tako.

Novi senzorji, novi krmilniki

S prihodom novih krmilnikov so se pojavili novi analogni oddajniki, ki delujejo po protokolu HART (Highway Addressable Remote Transducer), kar v prevodu pomeni "Oddajnik, naslovljiv na daljavo skozi hrbtenico."

Izhodni signal senzorja (terenska naprava) je analogni tokovni signal v območju 4… 20mA, na katerega je postavljen frekvenčno moduliran (FSK - Frequency Shift Keying) digitalni komunikacijski signal.

Znano je, da je povprečna vrednost sinusnega signala enaka nič, zato prenos digitalnih informacij ne vpliva na izhodni tok senzorja 4… 20mA. Ta način se uporablja pri konfiguriranju senzorjev.

Komunikacija HART poteka na dva načina. V prvem primeru lahko standardni, samo dve napravi izmenjata informacije prek dvožične linije, medtem ko je analogni izhodni signal 4 ... 20mA odvisen od izmerjene vrednosti. Ta način se uporablja pri konfiguriranju terenskih naprav (senzorjev).

V drugem primeru je na dvožični vod mogoče priključiti do 15 senzorjev, katerih število je določeno s parametri komunikacijske linije in močjo napajanja. To je komunikacijski način z več točkami. V tem načinu ima vsak senzor svoj naslov v območju 1 ... 15, ki ga uporablja krmilna naprava.

Senzor z naslovom 0 je odklopljen od komunikacijske linije. Izmenjava podatkov med senzorjem in krmilnikom v načinu multidrop se izvaja samo s frekvenčnim signalom. Trenutni signal senzorja je fiksiran na želeni ravni in se ne spreminja.

V primeru večtočkovne komunikacije podatki ne pomenijo le dejanskih merilnih rezultatov nadzorovanega parametra, temveč tudi celoten niz vseh vrst servisnih informacij.

Najprej so to naslovi senzorjev, nadzorni ukazi, nastavitve. In vse te informacije se prenašajo po dvožičnih komunikacijskih linijah. Se jih je mogoče tudi znebiti? Res je, da je to treba storiti previdno, le v primerih, ko brezžična povezava ne more vplivati \u200b\u200bna varnost nadzorovanega procesa.

Te tehnologije so nadomestile staro analogno tokovno zanko. Vendar se ne odreče svojim stališčem, pogosto se uporablja, kjer je le mogoče.

V procesu avtomatizacije tehnoloških procesov za nadzor mehanizmov in enot se moramo ukvarjati z meritvami različnih fizikalnih veličin. To so lahko temperatura, tlak in pretok tekočine ali plina, frekvenca vrtenja, svetilnost, informacije o položaju delov mehanizmov in še veliko več. Te podatke dobimo s pomočjo senzorjev. Tu najprej o položaju delov mehanizmov.

Diskretni senzorji

Najenostavnejši senzor je navaden mehanski kontakt: vrata so se odprla - kontakt se je odprl, zaprl - zaprl. Tako preprost senzor, kot tudi dani algoritem delovanja, se pogosto uporablja pri protivlomnih alarmih. Za mehanizem s translacijskim gibanjem, ki ima dva položaja, na primer vodni ventil, potrebujete dva kontakta: en kontakt se zapre - ventil je zaprt, drugi pa - zaprt.

Kompleksnejši algoritem translacijskega gibanja ima mehanizem za zapiranje kalupa termoplastičnega stroja. Sprva je kalup odprt, to je začetni položaj. V tem položaju se končni izdelki odstranijo iz kalupa. Nato delavec zapre zaščitno ograjo in kalup se začne zapirati, začne se nov delovni cikel.

Razdalja med polovicama kalupa je dovolj velika. Zato se najprej kalup hitro premika in na določeni razdalji, dokler se polovice ne zaprejo, se sproži končno stikalo, hitrost gibanja se znatno zmanjša in kalup se gladko zapre.

Tako so kontaktni senzorji diskretni ali binarni, imajo dva položaja, zaprta - odprta ali 1 in 0. Z drugimi besedami, lahko rečemo, da se je dogodek zgodil ali ne. V zgornjem primeru stiki "ujamejo" več točk: začetek gibanja, točka zmanjšanja hitrosti, konec gibanja.

V geometriji točka nima dimenzij, samo točka in to je to. Lahko je (na papirju, v poti, kot v našem primeru) ali pa preprosto ne obstaja. Zato se za zaznavanje točk uporabljajo ločeni senzorji. Morda primerjava s točko tukaj ni zelo primerna, ker za praktične namene uporabljajo natančnost diskretnega senzorja, ta natančnost pa je veliko večja od geometrijske točke.

Toda mehanski stik sam po sebi ni zanesljiva stvar. Zato se mehanski kontakti, kjer je to mogoče, nadomestijo s senzorji bližine. Najenostavnejša možnost so trstična stikala: magnet se je približal, kontakt se je zaprl. Natančnost delovanja trstičnega stikala pušča veliko želenega; takšne senzorje uporabljajte le za določanje položaja vrat.

Bolj zapleteno in natančno možnost je treba upoštevati pri različnih senzorjih bližine. Če je kovinska zastavica vstopila v režo, se je sprožil senzor. Kot primer takšnih senzorjev lahko navedemo senzorje BVK (End Contactless Switch) različnih serij. Natančnost odziva (diferencial potovanja) takih senzorjev je 3 milimetre.

Senzor serije BVK

Slika 1. Senzor serije BVK

Napajalna napetost senzorjev BVK 24V, obremenitveni tok 200mA, kar je povsem dovolj za priključitev vmesnih relejev za nadaljnje usklajevanje z krmilnim vezjem. Tako se senzorji BVK uporabljajo v različni opremi.

Poleg senzorjev BVK se uporabljajo tudi tipi BTP, KVP, PIP, KVD, PISCH. Vsaka serija ima več vrst senzorjev, označenih s številkami, na primer BTP-101, BTP-102, BTP-103, BTP-211.

Vsi ti senzorji so brezkontaktni diskretni, njihov glavni namen je določiti položaj delov mehanizmov in sklopov. Seveda je teh senzorjev veliko več, o njih ne morete pisati v enem članku. Različni kontaktni senzorji so še bolj pogosti in še vedno široko uporabni.

Uporaba analognih senzorjev

Poleg diskretnih senzorjev se v avtomatizacijskih sistemih pogosto uporabljajo tudi analogni senzorji. Njihov namen je pridobiti informacije o različnih fizikalnih količinah, in to ne samo na splošno, ampak v realnem času. Natančneje, pretvorba fizične količine (tlak, temperatura, osvetljenost, pretok, napetost, tok) v električni signal, primeren za prenos prek komunikacijskih vodov na regulator in njegovo nadaljnjo obdelavo.

Analogni senzorji so običajno nameščeni dovolj daleč od krmilnika, zato jih pogosto imenujejo poljske naprave. Ta izraz se pogosto uporablja v tehnični literaturi.

Analogni senzor je običajno sestavljen iz več delov. Najpomembnejši del je občutljiv element - senzor. Njegov namen je pretvoriti izmerjeno vrednost v električni signal. Toda signal, ki ga prejme senzor, je običajno majhen. Za pridobitev signala, primernega za ojačanje, je senzor najpogosteje povezan z mostnim vezjem - Wheatstonovim mostom.

Most Wheatstone

Slika 2. Most Wheatstone

Prvotni namen mostnega vezja je natančno merjenje upora. Na diagonalo mosta AD je povezan enosmerni tok. Na drugo diagonalo je povezan občutljiv galvanometer s srednjo točko z ničlo na sredini skale. Če želite izmeriti upor upora Rx z vrtenjem obrezovalnika R2, je treba most uravnotežiti, iglo galvanometra nastavite na nič.

Odstopanje puščice naprave v eno ali drugo smer vam omogoča določitev smeri vrtenja upora R2. Vrednost izmerjenega upora se določi s skalo, poravnano z gumbom upora R2. Pogoj ravnotežja mostu je enakost razmerij R1 / R2 in Rx / R3. V tem primeru dobimo ničelno potencialno razliko med točkama BC in skozi galvanometer V ne teče tok.

Upor uporov R1 in R3 je izbran zelo natančno, njihovo širjenje mora biti minimalno. Le v tem primeru že majhno neravnovesje v mostu povzroči dovolj opazno spremembo diagonalne napetosti BC. Ta lastnost mostu se uporablja za povezavo senzorskih elementov (senzorjev) različnih analognih senzorjev. No, potem je vse preprosto, stvar tehnologije.

Za uporabo signala, ki ga prejme senzor, je potrebna njegova nadaljnja obdelava - ojačanje in pretvorba v izhodni signal, primeren za prenos in obdelavo s krmilnim vezjem - krmilnikom. Najpogosteje je izhodni signal analognih senzorjev tok (analogna tokovna zanka), redkeje napetost.

Zakaj ravno trenutno? Bistvo je, da izhodne stopnje analognih senzorjev temeljijo na trenutnih virih. To vam omogoča, da se znebite vpliva na izhodni signal odpornosti povezovalnih vodov, uporabite dolge povezovalne vodnike.

Nadaljnja pretvorba je dovolj enostavna. Trenutni signal se pretvori v napetost, za katero je dovolj, da tok prepustimo skozi upor znanega upora. Padec napetosti na merilnem uporu dobimo po Ohmovem zakonu U \u003d I * R.

Na primer, za tok 10 mA na 100 ohmskem uporu dobimo napetost 10 * 100 \u003d 1000 mV, kar 1 volt! V tem primeru izhodni tok senzorja ni odvisen od upora upornih žic. Seveda v razumnih mejah.

Priključitev analognih senzorjev

Napetost, pridobljena na merilnem uporu, je mogoče enostavno pretvoriti v digitalno obliko, primerno za vhod v krmilnik. Pretvorba se izvede z analogno-digitalnimi pretvorniki ADC.

Digitalni podatki se krmilniku prenašajo s serijsko ali vzporedno kodo. Vse je odvisno od posebne sheme povezave. Poenostavljen diagram povezave analognega senzorja je prikazan na sliki 3.

Priključitev analognega senzorja

Slika 3. Priključitev analognega senzorja (kliknite sliko za povečavo)

Pogoni so povezani s krmilnikom ali pa je sam krmilnik povezan z računalnikom, ki je del sistema za avtomatizacijo.

Seveda imajo analogni senzorji celotno zasnovo, katere eden od elementov je ohišje s povezovalnimi elementi. Kot primer je na sliki 4 prikaz tipa merilnika tlaka tipa Zond-10.

Senzor nadtlaka Zond-10

Slika 4. Senzor nadtlaka Zond-10

Na dnu senzorja vidite priključni navoj za priklop na cevovod, na desni strani pod črnim pokrovom pa je priključek za povezavo komunikacijske linije s krmilnikom.

Navojni priključek je zatesnjen s pomočjo žarjenega bakrenega podložka (vključen je v komplet za dostavo senzorja) in nikakor ne z navijanjem iz fum traku ali lanu. To se naredi, da se pri namestitvi senzorja ne deformira senzorski element, ki se nahaja znotraj.

Analogni senzorski izhodi

V skladu s standardi obstajajo trije razponi tokovnih signalov: 0 ... 5mA, 0 ... 20mA in 4 ... 20mA. Kakšna je njihova razlika in kakšne so lastnosti?

Najpogosteje je odvisnost izhodnega toka neposredno sorazmerna z izmerjeno vrednostjo, na primer večji kot je tlak v cevi, večji je tok na izhodu senzorja. Čeprav se včasih uporablja obratno preklapljanje: večji izhodni tok ustreza najmanjši vrednosti izmerjene vrednosti na izhodu senzorja. Vse je odvisno od vrste uporabljenega krmilnika. Nekateri senzorji imajo celo neposredno inverzno preklapljanje.

Izhodni signal v območju 0 ... 5mA je zelo majhen in je zato občutljiv na motnje. Če signal takega senzorja niha pri konstantni vrednosti izmerjenega parametra, potem obstaja priporočilo, da vzporedno z izhodom senzorja namestite kondenzator z zmogljivostjo 0,1 ... 1 µF. Stabilnejši tokovni signal je v območju od 0 ... 20mA.

Toda oba obsega nista dobra, ker nič na začetku lestvice ne omogoča nedvoumnega določanja, kaj se je zgodilo. Ali je izmerjeni signal dejansko prevzel ničelno raven, kar je načeloma mogoče, ali je komunikacijska linija preprosto prekinjena? Zato poskušajo opustiti uporabo teh območij, če je le mogoče.

Signal analognih senzorjev z izhodnim tokom v območju 4 ... 20mA velja za bolj zanesljivega. Njegova odpornost proti hrupu je dovolj visoka, spodnja meja, četudi ima izmerjeni signal ničelno raven, bo 4mA, kar nam omogoča, da rečemo, da komunikacijska linija ni prekinjena.

Druga dobra lastnost območja 4 ... 20mA je, da lahko senzorje priključite samo z dvema žicama, saj je to tok, ki napaja sam senzor. To je njegov porabni tok in hkrati merilni signal.

Napajanje senzorjev 4… 20mA je vklopljeno, kot je prikazano na sliki 5. Hkrati imajo tudi senzorji Zond-10, tako kot mnogi drugi, širok razpon napajalne napetosti 10… 38 V glede na potni list, čeprav stabilizirani viri z napetostjo 24V se najpogosteje uporabljajo.

Povezava analognega senzorja z zunanjim napajalnikom

Slika 5. Priključitev analognega senzorja z zunanjim napajalnikom

Ta diagram vsebuje naslednje elemente in oznake. Rsh je upor merilnega ranga, Rl1 in Rl2 sta upora komunikacijskih vodov. Za povečanje natančnosti merjenja je treba kot Rsh uporabiti natančni merilni upor. Pretok toka iz napajalnika je prikazan s puščicami.

Preprosto je videti, da izhodni tok napajalnika prehaja s + 24V terminala, skozi Rl1 linijo doseže senzorski terminal + AO2, prehaja skozi senzor in skozi izhodni kontakt senzorja - AO2, Rl2 povezovalni vod, Rsh upor se vrne na -24V napajalni priključek. To je to, vezje je zaprto, tok teče.

Če krmilnik vsebuje napajanje 24V, je mogoče senzor ali merilni pretvornik priključiti v skladu s shemo, prikazano na sliki 6.

Priključitev analognega senzorja na krmilnik z notranjim napajanjem

Slika 6. Priključitev analognega senzorja na krmilnik z notranjim napajalnikom

Ta diagram prikazuje še en element - predstikalni upor Rb. Njegov namen je zaščititi merilni upor v primeru zapiranja komunikacijske linije ali okvare analognega senzorja. Namestitev upora Rb ni obvezna, čeprav je zaželena.

Merilni pretvorniki imajo poleg različnih senzorjev tudi tokovni izhod, ki se pogosto uporabljajo v avtomatizacijskih sistemih.

Merilni pretvornik - naprava za pretvorbo nivojev napetosti, na primer 220V ali toka več deset ali sto amperov v trenutni signal 4 ... 20mA. Tu se raven električnega signala preprosto pretvori in v električni obliki ni predstavljena določena fizična veličina (hitrost, pretok, tlak).

Toda primer z enim senzorjem praviloma ni dovolj. Nekatere najbolj priljubljene meritve so meritve temperature in tlaka. Število takšnih točk v sodobni proizvodnji lahko doseže več deset.

Preberite enako

• Vrste stenskih svetilk in značilnosti njihove uporabe
• O potencialni razliki, elektromotorni sili in napetosti
• Kaj lahko določite s števcem, razen porabe električne energije
• O merilih za ocenjevanje kakovosti električnih izdelkov
• Kaj je boljše za zasebno hišo - enofazni ali trifazni vhod?
• Kako izbrati napetostni stabilizator za podeželsko hišo
• Peltierjev učinek: čarobni učinek električnega toka
• Praksa ožičenja in povezovanja TV kabla v stanovanju - značilnosti postopka
• Težave z ožičenjem: kaj storiti in kako jih odpraviti?
• Fluorescentne sijalke T5: možnosti in težave pri uporabi
• Zložljivi vtični trakovi: praksa uporabe in povezave
• Elektronski ojačevalniki. Del 2. Ojačevalniki zvoka
• Pravilno delovanje električne opreme in ožičenja v podeželski hiši
• Poudarki uporabe varne napetosti doma
• Bistvena orodja in naprave za začetnike pri študiju elektronike
• Kondenzatorji: namen, naprava, načelo delovanja
• Kaj je prehodna kontaktna upornost in kako ravnati z njo
• Napetostni releji: kaj obstajajo, kako izbrati in povezati?
• Kaj je boljše za zasebno hišo - enofazni ali trifazni vhod?
• Kondenzatorji v elektronskih vezjih. Del 2. Medstopenjska komunikacija, filtri, generatorji
• Kako zagotoviti udobje, kadar napajanje ni zadostno
• Kako ste lahko prepričani, da je v prodajnem avtomatu v trgovini v dobrem stanju?
• Kako izbrati velikost žice za razsvetljavo 12 voltov
• Način priključitve grelnika vode in črpalke z nezadostno omrežno močjo
• Induktorji in magnetna polja. Del 2. Elektromagnetna indukcija in induktivnost
• Operacijski ojačevalniki. Del 2. Idealen operacijski ojačevalnik
• Kaj so mikrokrmilniki (namen, naprava, programska oprema)
• Podaljšanje življenjske dobe kompaktne fluorescenčne sijalke (gospodinja)
• Vezja za preklapljanje operacijskih ojačevalnikov brez povratnih informacij
• Zamenjava električne razdelilne plošče stanovanja
• Zakaj bakra in aluminija ni mogoče povezati v električno napeljavo?

V procesu avtomatizacije tehnoloških procesov za nadzor mehanizmov in enot se moramo ukvarjati z meritvami različnih fizikalnih veličin. To so lahko temperatura, tlak in pretok tekočine ali plina, frekvenca vrtenja, svetilnost, informacije o položaju delov mehanizmov in še veliko več. Te podatke dobimo s pomočjo senzorjev. Tu najprej o položaju delov mehanizmov.

Diskretni senzorji

Najenostavnejši senzor je navaden mehanski kontakt: vrata so se odprla - kontakt se je odprl, zaprl - zaprl. Tako preprost senzor, pa tudi dani algoritem dela, je pogosto. Za mehanizem s translacijskim gibanjem, ki ima dva položaja, na primer vodni ventil, boste potrebovali dva kontakta: en kontakt je zaprt - ventil je zaprt, drugi je zaprt - zaprt je.

Kompleksnejši algoritem translacijskega gibanja ima mehanizem za zapiranje kalupa termoplastičnega stroja. Sprva je kalup odprt, to je začetni položaj. V tem položaju se končni izdelki odstranijo iz kalupa. Nato delavec zapre zaščitno ograjo in kalup se začne zapirati, začne se nov delovni cikel.

Razdalja med polovicama kalupa je dovolj velika. Zato se najprej kalup hitro premika in na določeni razdalji, dokler se polovice ne zaprejo, se sproži končno stikalo, hitrost gibanja se znatno zmanjša in kalup se gladko zapre.

Tak algoritem se izogne \u200b\u200bvplivu pri zapiranju kalupa, sicer ga lahko preprosto razdelimo na majhne koščke. Enaka sprememba hitrosti se zgodi, ko se kalup odpre. Tu sta nepogrešljiva dva kontaktna senzorja.

Tako so kontaktni senzorji diskretni ali binarni, imajo dva položaja, zaprta - odprta ali 1 in 0. Z drugimi besedami, lahko rečemo, da se je dogodek zgodil ali ne. V zgornjem primeru stiki "ujamejo" več točk: začetek gibanja, točka zmanjšanja hitrosti, konec gibanja.

V geometriji točka nima dimenzij, samo točka in to je to. Lahko je (na papirju, v poti, kot v našem primeru) ali pa preprosto ne obstaja. Zato se za zaznavanje točk uporabljajo ločeni senzorji. Morda primerjava s točko tukaj ni zelo primerna, ker za praktične namene uporabljajo natančnost diskretnega senzorja, ta natančnost pa je veliko večja od geometrijske točke.

Toda mehanski stik sam po sebi ni zanesljiva stvar. Zato se mehanski kontakti, kjer je to mogoče, nadomestijo s senzorji bližine. Najenostavnejša možnost so trstična stikala: magnet se je približal, kontakt se je zaprl. Natančnost delovanja trstičnega stikala pušča veliko želenega; takšne senzorje uporabljajte le za določanje položaja vrat.

Bolj zapleteno in natančno možnost je treba upoštevati pri različnih senzorjih bližine. Če je kovinska zastavica vstopila v režo, se je sprožil senzor. Kot primer takšnih senzorjev lahko navedemo senzorje BVK (End Contactless Switch) različnih serij. Natančnost odziva (diferencial potovanja) takih senzorjev je 3 milimetre.

Slika 1. Senzor serije BVK

Napajalna napetost senzorjev BVK 24V, obremenitveni tok 200mA, kar je povsem dovolj za priključitev vmesnih relejev za nadaljnje usklajevanje z krmilnim vezjem. Tako se senzorji BVK uporabljajo v različni opremi.

Poleg senzorjev BVK se uporabljajo tudi tipi BTP, KVP, PIP, KVD, PISCH. Vsaka serija ima več vrst senzorjev, označenih s številkami, na primer BTP-101, BTP-102, BTP-103, BTP-211.

Vsi ti senzorji so brezkontaktni diskretni, njihov glavni namen je določiti položaj delov mehanizmov in sklopov. Seveda je teh senzorjev veliko več, o njih ne morete pisati v enem članku. Različni kontaktni senzorji so še bolj pogosti in še vedno široko uporabni.

Uporaba analognih senzorjev

Poleg diskretnih senzorjev se v avtomatizacijskih sistemih pogosto uporabljajo tudi analogni senzorji. Njihov namen je pridobiti informacije o različnih fizikalnih količinah, in to ne samo na splošno, ampak v realnem času. Natančneje, pretvorba fizične količine (tlak, temperatura, osvetljenost, pretok, napetost, tok) v električni signal, primeren za prenos prek komunikacijskih vodov na regulator in njegovo nadaljnjo obdelavo.

Analogni senzorji so običajno nameščeni dovolj daleč od krmilnika, zato jih pogosto imenujejo terenske naprave... Ta izraz se pogosto uporablja v tehnični literaturi.

Analogni senzor je običajno sestavljen iz več delov. Najpomembnejši del je zaznavni element - senzor... Njegov namen je pretvoriti izmerjeno vrednost v električni signal. Toda signal, ki ga prejme senzor, je običajno majhen. Za pridobitev signala, primernega za ojačanje, je senzor najpogosteje vključen v mostno vezje - most Wheatstone.

Slika 2. Most Wheatstone

Prvotni namen mostnega vezja je natančno merjenje upora. Na diagonalo mosta AD je povezan enosmerni tok. Na drugo diagonalo je povezan občutljiv galvanometer s srednjo točko z ničlo na sredini skale. Če želite izmeriti upor upora Rx z vrtenjem obrezovalnika R2, je treba most uravnotežiti, iglo galvanometra nastavite na nič.

Odstopanje puščice naprave v eno ali drugo smer vam omogoča določitev smeri vrtenja upora R2. Vrednost izmerjenega upora se določi s skalo, poravnano z gumbom upora R2. Pogoj ravnotežja mostu je enakost razmerij R1 / R2 in Rx / R3. V tem primeru dobimo ničelno potencialno razliko med točkama BC in skozi galvanometer V ne teče tok.

Upor uporov R1 in R3 je izbran zelo natančno, njihovo širjenje mora biti minimalno. Le v tem primeru že majhno neravnovesje v mostu povzroči dovolj opazno spremembo diagonalne napetosti BC. Ta lastnost mostu se uporablja za povezavo senzorskih elementov (senzorjev) različnih analognih senzorjev. No, potem je vse preprosto, stvar tehnologije.

Za uporabo signala, ki ga prejme senzor, je potrebna njegova nadaljnja obdelava - ojačanje in pretvorba v izhodni signal, primeren za prenos in obdelavo s krmilnim vezjem - krmilnik... Najpogosteje je izhodni signal analognih senzorjev tok (analogna tokovna zanka), redkeje napetost.

Zakaj ravno trenutno? Bistvo je, da izhodne stopnje analognih senzorjev temeljijo na trenutnih virih. To vam omogoča, da se znebite vpliva na izhodni signal odpornosti povezovalnih vodov, uporabite dolge povezovalne vodnike.

Nadaljnja pretvorba je dovolj enostavna. Trenutni signal se pretvori v napetost, za katero je dovolj, da tok prepustimo skozi upor znanega upora. Padec napetosti na merilnem uporu dobimo po Ohmovem zakonu U \u003d I * R.

Na primer, za tok 10 mA na 100 ohmskem uporu dobimo napetost 10 * 100 \u003d 1000 mV, kar 1 volt! V tem primeru izhodni tok senzorja ni odvisen od upora upornih žic. Seveda v razumnih mejah.

Priključitev analognih senzorjev

Napetost, dobljeno na merilnem uporu, je mogoče enostavno pretvoriti v digitalno obliko, primerno za vhod v krmilnik. Pretvorba se izvede z analogno-digitalni pretvorniki ADC.

Digitalni podatki se krmilniku prenašajo s serijsko ali vzporedno kodo. Vse je odvisno od posebne sheme povezave. Poenostavljen diagram povezave analognega senzorja je prikazan na sliki 3.

Slika 3. Priključitev analognega senzorja (kliknite sliko za povečavo)

Pogoni so povezani s krmilnikom ali pa je sam krmilnik povezan z računalnikom, ki je del sistema za avtomatizacijo.

Seveda imajo analogni senzorji celotno zasnovo, katere eden od elementov je ohišje s povezovalnimi elementi. Kot primer je na sliki 4 prikaz tipa merilnika tlaka tipa Zond-10.

Slika 4. Senzor nadtlaka Zond-10

Na dnu senzorja vidite priključni navoj za priklop na cevovod, na desni strani pod črnim pokrovom pa je priključek za povezavo komunikacijske linije s krmilnikom.

Navojni priključek je zatesnjen s pomočjo žarjenega bakrenega podložka (vključen je v komplet za dostavo senzorja) in nikakor ne z navijanjem iz fum traku ali lanu. To se naredi, da se pri namestitvi senzorja ne deformira senzorski element, ki se nahaja znotraj.

Analogni senzorski izhodi

V skladu s standardi obstajajo trije razponi tokovnih signalov: 0 ... 5mA, 0 ... 20mA in 4 ... 20mA. Kakšna je njihova razlika in kakšne so lastnosti?

Najpogosteje je odvisnost izhodnega toka neposredno sorazmerna z izmerjeno vrednostjo, na primer večji kot je tlak v cevi, večji je tok na izhodu senzorja. Čeprav se včasih uporablja obratno preklapljanje: večji izhodni tok ustreza najmanjši vrednosti izmerjene vrednosti na izhodu senzorja. Vse je odvisno od vrste uporabljenega krmilnika. Nekateri senzorji imajo celo neposredno inverzno preklapljanje.

Izhodni signal v območju 0 ... 5mA je zelo majhen in je zato občutljiv na motnje. Če signal takega senzorja niha pri konstantni vrednosti izmerjenega parametra, potem obstaja priporočilo, da vzporedno z izhodom senzorja namestite kondenzator z zmogljivostjo 0,1 ... 1 µF. Stabilnejši tokovni signal je v območju od 0 ... 20mA.

Toda oba obsega nista dobra, ker nič na začetku lestvice ne omogoča nedvoumnega določanja, kaj se je zgodilo. Ali je izmerjeni signal dejansko prevzel ničelno raven, kar je načeloma mogoče, ali je komunikacijska linija preprosto prekinjena? Zato poskušajo opustiti uporabo teh območij, če je le mogoče.

Signal analognih senzorjev z izhodnim tokom v območju 4 ... 20mA velja za bolj zanesljivega. Njegova odpornost proti hrupu je dovolj visoka, spodnja meja, četudi ima izmerjeni signal ničelno raven, bo 4mA, kar nam omogoča, da rečemo, da komunikacijska linija ni prekinjena.

Druga dobra lastnost območja 4 ... 20mA je, da lahko senzorje priključite samo z dvema žicama, saj je to tok, ki napaja sam senzor. To je njegov porabni tok in hkrati merilni signal.

Napajanje senzorjev 4… 20mA je vklopljeno, kot je prikazano na sliki 5. Hkrati imajo tudi senzorji Zond-10, tako kot mnogi drugi, v skladu s potnim listom širok razpon napajalne napetosti 10… 38V, čeprav so najpogosteje se uporablja pri 24V.

Slika 5. Priključitev analognega senzorja z zunanjim napajalnikom

Ta diagram vsebuje naslednje elemente in oznake. Rsh je upor merilnega ranga, Rl1 in Rl2 sta upora komunikacijskih vodov. Za povečanje natančnosti merjenja je treba kot Rsh uporabiti natančni merilni upor. Pretok toka iz napajalnika je prikazan s puščicami.

Preprosto je videti, da izhodni tok napajalnika prehaja s + 24V terminala, skozi Rl1 linijo doseže senzorski terminal + AO2, prehaja skozi senzor in skozi izhodni kontakt senzorja - AO2, Rl2 povezovalni vod, Rsh upor se vrne na -24V napajalni priključek. To je to, vezje je zaprto, tok teče.

Če krmilnik vsebuje napajanje 24V, je mogoče senzor ali merilni pretvornik priključiti v skladu s shemo, prikazano na sliki 6.

Slika 6. Priključitev analognega senzorja na krmilnik z notranjim napajalnikom

Ta diagram prikazuje še en element - predstikalni upor Rb. Njegov namen je zaščititi merilni upor v primeru zapiranja komunikacijske linije ali okvare analognega senzorja. Namestitev upora Rb ni obvezna, čeprav je zaželena.

Merilni pretvorniki imajo poleg različnih senzorjev tudi tokovni izhod, ki se pogosto uporabljajo v avtomatizacijskih sistemih.

Merilni pretvornik - naprava za pretvorbo nivojev napetosti, na primer 220V ali toka v več deset ali sto amperov v trenutni signal 4 ... 20mA. Tu se nivo električnega signala preprosto pretvori in v električni obliki ni predstavljena določena fizična veličina (hitrost, pretok, tlak).

Toda primer z enim senzorjem praviloma ni dovolj. Nekatere najbolj priljubljene meritve so meritve temperature in tlaka. Število takih točk v sodobnih proizvodnih obratih lahko doseže nekaj deset tisoč. V skladu s tem je veliko tudi število senzorjev. Zato je več analognih senzorjev pogosto priključenih na en krmilnik hkrati. Seveda ne nekaj tisoč naenkrat, dobro je, če je ducat drugačen. Ta povezava je prikazana na sliki 7.

Slika 7. Priključitev več analognih senzorjev na krmilnik

Ta slika prikazuje, kako se iz trenutnega signala pridobi napetost, primerna za pretvorbo v digitalno kodo. Če je takih signalov več, se ne obdelujejo naenkrat, temveč so časovno razdeljeni, multipleksirani, sicer bi bilo treba na vsak kanal namestiti ločen ADC.

V ta namen ima krmilnik vezje za preklop vezja. Funkcijski diagram stikala je prikazan na sliki 8.

Slika 8. Stikalo za analogni senzor (klikljiva slika)

Signali tokovne zanke, pretvorjeni v napetost na merilnem uporu (UR1 ... URn), se napajajo na vhod analognega stikala. Krmilni signali izmenično prehajajo na izhod enega od signalov UR1 ... URn, ki jih ojača ojačevalnik, in izmenično prispejo na vhod ADC. Pretvorjena v digitalno kodno napetost se napaja na krmilnik.

Shema je seveda zelo poenostavljena, vendar je v njej povsem mogoče upoštevati načelo multipleksiranja. Približno tako je bil zgrajen modul za vnos analognih signalov krmilnikov MCTS (mikroprocesorski sistem tehničnih sredstev), ki ga je izdelal smolenski PC "Prolog". Videz krmilnika MCTS je prikazan na sliki 9.

Slika 9. Krmilnik MCTS

Izdaja takih krmilnikov je že dolgo prekinjena, čeprav ponekod, daleč od najboljših, ti krmilniki še vedno služijo. Te muzejske eksponate nadomeščajo nadzorniki novih modelov, večinoma uvoženi (kitajski).

Če je krmilnik nameščen v kovinski omari, je priporočljivo, da pleteni ščit priključite na ozemljitveno mesto omarice. Dolžina povezovalnih vodov lahko doseže več kot dva kilometra, kar se izračuna po ustreznih formulah. Tu ne bomo nič šteli, a verjemite mi, da je tako.

Novi senzorji, novi krmilniki

S prihodom novih krmilnikov in novi analogni senzorji HART (Highway Addressable Remote Transducer), kar pomeni "Oddajnik, naslovljiv na daljavo prek hrbtenice."

Izhodni signal senzorja (terenska naprava) je analogni tokovni signal v območju 4… 20mA, na katerega je postavljen frekvenčno moduliran (FSK - Frequency Shift Keying) digitalni komunikacijski signal.

Slika 10. Izhod analognega oddajnika HART

Slika prikazuje analogni signal in okoli njega, kot kača, sinusoidne tuljave. To je frekvenčno moduliran signal. A to sploh ni digitalni signal, še ga ni treba prepoznati. Na sliki je opaziti, da je frekvenca sinusoide pri oddajanju logične ničle višja (2,2 KHz) kot pri oddajanju ene (1,2 KHz). Ti signali se prenašajo s sinusnim tokom z amplitudo ± 0,5 mA.

Znano je, da je povprečna vrednost sinusnega signala enaka nič, zato prenos digitalnih informacij ne vpliva na izhodni tok senzorja 4… 20mA. Ta način se uporablja pri konfiguriranju senzorjev.

Komunikacija HART poteka na dva načina. V prvem primeru lahko standardni, samo dve napravi izmenjata informacije prek dvožične linije, medtem ko je analogni izhodni signal 4 ... 20mA odvisen od izmerjene vrednosti. Ta način se uporablja pri konfiguriranju terenskih naprav (senzorjev).

V drugem primeru je na dvožični vod mogoče priključiti do 15 senzorjev, katerih število je določeno s parametri komunikacijske linije in močjo napajanja. To je komunikacijski način z več točkami. V tem načinu ima vsak senzor svoj naslov v območju 1 ... 15, ki ga uporablja krmilna naprava.

Senzor z naslovom 0 je odklopljen od komunikacijske linije. Izmenjava podatkov med senzorjem in krmilnikom v načinu multidrop se izvaja samo s frekvenčnim signalom. Trenutni signal senzorja je fiksiran na želeni ravni in se ne spreminja.

V primeru večtočkovne komunikacije podatki ne pomenijo le dejanskih merilnih rezultatov nadzorovanega parametra, temveč tudi celoten niz vseh vrst servisnih informacij.

Najprej so to naslovi senzorjev, nadzorni ukazi, nastavitve. In vse te informacije se prenašajo po dvožičnih komunikacijskih linijah. Se jih je mogoče tudi znebiti? Res je, da je to treba storiti previdno, le v primerih, ko brezžična povezava ne more vplivati \u200b\u200bna varnost nadzorovanega procesa.

Izkazalo se je, da se lahko znebite žic. Že leta 2007 je bil objavljen WirelessHART Standard, prenosni medij je nelicencirana frekvenca 2,4 GHz, na kateri deluje veliko računalniških brezžičnih naprav, vključno z brezžičnimi lokalnimi omrežji. Zato lahko naprave WirelessHART uporabljate brez kakršnih koli omejitev. Slika 11 prikazuje brezžično omrežje WirelessHART.

Slika 11. Omrežje WirelessHART

Te tehnologije so nadomestile staro analogno tokovno zanko. Vendar se ne odreče svojim stališčem, pogosto se uporablja, kjer je le mogoče.

Od petdesetih let prejšnjega stoletja se trenutna zanka uporablja za prenos podatkov z oddajnikov za namene spremljanja in nadzora. Z nizkimi stroški izvedbe, visoko odpornostjo proti hrupu in zmožnostjo prenosa signalov na velike razdalje se je izkazalo, da je trenutna zanka še posebej primerna za delo v industrijskem okolju. To gradivo je namenjeno opisu osnovnih načel trenutne zanke, osnovam oblikovanja, nastavitvi.

Uporaba toka za prenos podatkov iz pretvornika

Industrijski senzorji za prenos podatkov pogosto uporabljajo trenutni signal, za razliko od večine drugih pretvornikov, kot so termočleni ali merilniki napetosti, ki uporabljajo signalno napetost. Kljub dejstvu, da se pretvorniki, ki uporabljajo napetost kot parameter prenosa informacij, dejansko učinkovito uporabljajo pri številnih industrijskih opravilih, obstaja več aplikacij, pri katerih je uporaba trenutnih značilnosti zaželena. Pomembna pomanjkljivost pri uporabi napetosti za prenos signala v industrijskih pogojih je oslabitev signala med njegovim prenosom na velike razdalje zaradi prisotnosti odpornosti žičnih komunikacijskih vodov. Seveda lahko uporabite visoko vhodno impedanco naprav, da se izognete izgubi signala. Vendar pa bodo takšne naprave zelo dovzetne za hrup, ki ga ustvarjajo bližnji motorji, pogonski jermeni ali oddajniki.

V skladu s prvim Kirchhoffovim zakonom je vsota tokov, ki tečejo v vozlišče, enaka vsoti tokov, ki tečejo iz vozlišča.
V teoriji bi moral tok, ki teče na začetku vezja, v celoti doseči svoj konec,
kot je prikazano na sliki 1. eno.

Slika 1. V skladu s prvim Kirchhoffovim zakonom je tok na začetku vezja enak toku na njegovem koncu.

To je osnovno načelo, na katerem deluje merilna zanka: merjenje toka kjer koli v tokovni zanki (merilna zanka) daje enak rezultat. Z uporabo tokovnih signalov z nizko impedanco in sprejemnikov za zajem podatkov lahko industrijske aplikacije v veliki meri izkoristijo izboljšano odpornost na šum in večjo dolžino povezave.

Sestavni deli tokovne zanke
Glavni sestavni deli tokovne zanke vključujejo enosmerno napajanje, primarni pretvornik, napravo za zajem podatkov in žice, ki jih zaporedno povezujejo, kot je prikazano na sliki 2

Slika 2. Funkcionalni diagram trenutne zanke.

Napajanje z enosmernim tokom zagotavlja napajanje sistema. Oddajnik uravnava tok v žicah v območju od 4 do 20 mA, kjer 4 mA predstavlja živo ničlo in 20 mA predstavlja največji signal.
0 mA (brez toka) pomeni prekinjeno vezje. Zbiralec podatkov meri vrednost reguliranega toka. Učinkovita in natančna metoda merjenja toka je namestitev natančnega uporovnega šanta na vhod merilnega ojačevalnika naprave za zajem podatkov (na sliki 2) za pretvorbo toka v merilno napetost, da se na koncu doseže rezultat, ki enolično odraža signal na izhodu pretvornika.

Za lažje razumevanje načela trenutne zanke si oglejte na primer zasnovo sistema s pretvornikom, ki ima naslednje specifikacije:

Oddajnik za merjenje tlaka
Oddajnik se nahaja 2000 metrov od merilne naprave
Tok, ki ga izmeri zbiralec podatkov, daje operaterju informacije o tlaku, ki deluje na oddajnik

Začnimo z izbiro primernega pretvornika.

Trenutna zasnova sistema

Izbira pretvornika

Prvi korak pri oblikovanju trenutnega sistema je izbira pretvornika. Ne glede na vrsto izmerjene vrednosti (pretok, tlak, temperatura itd.) Je pomemben dejavnik pri izbiri oddajnika njegova delovna napetost. Samo priključitev napajalnika na pretvornik omogoča regulacijo toka v komunikacijski liniji. Vrednost napetosti napajalnika mora biti v sprejemljivih mejah: večja od zahtevane najnižje, manjša od največje vrednosti, ki lahko pretvori pretvornik.

Za trenutni sistem v primeru izbrani pretvornik meri tlak in ima delovno napetost od 12 do 30 V. Ko je pretvornik izbran, je treba pravilno izmeriti trenutni signal, da dobimo natančen prikaz tlaka, ki deluje na oddajnik.

Izbira naprave za zajem podatkov za trenutno merjenje

Pomemben vidik, ki ga je treba upoštevati pri gradnji trenutnega sistema, je preprečiti pojav tokovne zanke v ozemljitvenem krogu. Pogosta tehnika v takih primerih je izolacija. Z uporabo izolacije se lahko izognete vplivu ozemljitvene zanke, katere pojav je razložen na sliki 3.

Slika 3. Ozemljitvena zanka

Zemeljske zanke nastanejo, ko sta dva terminala povezana v vezje na različnih potencialnih mestih. Ta razlika vodi do pojava dodatnega toka v komunikacijski liniji, kar lahko privede do napak pri meritvah.
Izolacija prevzema se nanaša na električno ločitev ozemljitve vira signala od tal vhodnega ojačevalnika merilne naprave, kot je prikazano na sliki 4.

Ker skozi izolacijsko pregrado ne more teči tok, sta ozemljitveni točki ojačevalnika in vira signala v enakem potencialu. To odpravlja možnost nenamernega ustvarjanja ozemljitvene zanke.

Slika 4. Skupna napetost in signalna napetost v izoliranem vezju

Izolacija tudi preprečuje poškodbe zbiralca podatkov ob prisotnosti visokih skupnih napetosti. Skupni način je napetost enake polarnosti, ki je prisotna na obeh vhodih merilnega ojačevalnika. Na primer na sliki 4. pozitivni (+) in negativni (-) vhodi ojačevalnika imajo navadno napetost +14 V. Številni zbiralniki podatkov imajo največje vhodno območje ± 10 V. Če zbiralnik podatkov ni osamljen in je napetost skupnega načina zunaj največjega vhodnega območja, lahko poškodujete napravo. Čeprav je normalna (signalna) napetost na vhodu ojačevalnika na sliki 4 le +2 V, lahko dodajanje +14 V povzroči +16 V
(Signalna napetost je napetost med "+" in "-" ojačevalnika, delovna napetost je vsota normalne in običajne napetosti), kar predstavlja nevarno napetostno stopnjo za kolektorje z nižjimi obratovalnimi napetostmi.

Z izolacijo je skupna točka ojačevalnika električno ločena od referenčne točke ozemljitve. V vezju na sliki 4 se potencial na skupni točki ojačevalnika "dvigne" na +14 V. Ta tehnika povzroči, da vhodna napetost pade s 16 na 2 V. Zdaj, ko naprava zbira podatke, naprava ni več ogrožena škode zaradi prenapetosti. (Upoštevajte, da imajo izolatorji največjo napetost skupnega načina, ki jo lahko zavrnejo.)

Ko je zbiralec podatkov izoliran in zaščiten, je zadnji korak pri dokončanju trenutne zanke izbira ustreznega napajanja.

Izbira napajalnika

Enostavno določite, kateri vir energije najbolj ustreza vašim potrebam. Pri delovanju v tokovni zanki mora napajalnik oddajati napetost, ki je enaka ali večja od vsote padcev napetosti na vseh sistemskih elementih.

Zbiralnik podatkov v našem primeru uporablja natančni premik za merjenje toka.
Treba je izračunati padec napetosti na tem uporu. Tipični ranžirni upor ima upor 249 Ω. Osnovni izračuni s trenutnim območjem v tokovni zanki 4 .. 20 mA
pokaži naslednje:

I * R \u003d U
0,004A * 249Ω \u003d 0,996 V
0,02A * 249Ω \u003d 4,98 V

Z ranžiranjem z uporom 249 Ω lahko odstranimo napetost v območju od 1 do 5 V, tako da napetost na vhodu naprave za zajem podatkov povežemo z vrednostjo izhodnega signala tlačnega pretvornika.
Kot smo že omenili, pretvornik tlaka zahteva minimalno obratovalno napetost 12 V pri največ 30 V. Dodajanje padca napetosti na uporu natančnega ranžiranja obratovalni napetosti pretvornika daje naslednje:

12V + 5V \u003d 17V

Na prvi pogled zadostuje napetost 17 V. Vendar je treba upoštevati dodatno obremenitev napajalnika, ki jo ustvarijo žice z električno upornostjo.
Če je senzor daleč od števcev, morate pri izračunu tokovne zanke upoštevati faktor svinčevega upora. Bakrene žice imajo enosmerni upor, ki je neposredno sorazmeren z njihovo dolžino. Pri pretvorniku tlaka v tem primeru morate pri določanju delovne napetosti napajalnika upoštevati 2000 čevljev dolžine povezave. Linearni upor trdnega bakrenega kabla 2,62 Ω / 100 ft. Če upoštevamo to odpornost, dobimo naslednje:

Odpornost enega jedra z dolžino 2000 čevljev bo 2000 * 2,62 / 100 \u003d 52,4 m.
Padec napetosti na enem jedru bo 0,02 * 52,4 \u003d 1,048 V.
Za dokončanje vezja sta potrebni dve žici, nato se dolžina komunikacijske linije podvoji in
skupni padec napetosti bo 2.096 V. To povzroči približno 2,1 V zaradi 2000 metrov oddaljenosti od oddajnika do sekundarnega. Če povzamemo padce napetosti na vseh elementih vezja, dobimo:
2.096V + 12V + 5V \u003d 19.096V

Če ste za napajanje tega vezja uporabili 17 V, bo napetost, ki se dovaja na pretvornik tlaka, pod padcem čez odpornost svinca in ranžirni upor pod najnižjo obratovalno napetostjo. Izbira tipičnega napajalnika 24V bo zadostila potrebam pretvornika glede moči. Poleg tega obstaja napetostna rezerva, ki omogoča namestitev senzorja tlaka na večjo razdaljo.

Z ustreznim izbranim pretvornikom, zajemno napravo, dolžino kabla in napajalnikom je zasnova preproste tokovne zanke dokončana. Za bolj zapletene aplikacije lahko v sistem vključite dodatne merilne kanale.