Ayrık sensörler

Bu algoritma, kalıbı kapatırken darbeyi önlemenizi sağlar, aksi takdirde kalıp küçük parçalara ayrılabilir. Kalıbı açarken de aynı hız değişikliği meydana gelir. Burada iki kontak sensörü artık yeterli değil.

Analog sensörlerin uygulanması

Şekil 2. Wheatstone köprüsü

Analog sensörlerin bağlanması

Analog sensör çıkışları

Ancak kural olarak tek bir sensör yeterli değildir. En popüler ölçümlerden bazıları sıcaklık ve basınç ölçümleridir. başına bu tür noktaların sayısı modern üretim birkaç onbinlere ulaşabilir. Buna bağlı olarak sensör sayısı da fazladır. Bu nedenle, çoğu zaman birkaç analog sensör aynı anda bir kontrolöre bağlanır. Tabii ki, aynı anda birkaç bin değil, bir düzine farklı olsa iyi olur. Böyle bir bağlantı Şekil 7'de gösterilmektedir.

Şekil 7. Birden fazla analog sensörün denetleyiciye bağlanması

Bu şekil, bir akım sinyalinden dijital koda dönüştürülmeye uygun bir voltajın nasıl elde edildiğini gösterir. Bu tür birkaç sinyal varsa, hepsi aynı anda işlenmez, ancak zaman içinde ayrılır ve çoğullanır, aksi takdirde her kanala ayrı bir ADC'nin kurulması gerekir.

Bu amaçla kontrolörde bir devre anahtarlama devresi bulunmaktadır. Fonksiyonel diyagram anahtar Şekil 8'de gösterilmektedir.

Şekil 8. Analog sensör kanal anahtarı (resim tıklanabilir)

Ölçüm direnci (UR1...URn) boyunca gerilime dönüştürülen akım döngü sinyalleri analog anahtarın girişine beslenir. Kontrol sinyalleri dönüşümlü olarak amplifikatör tarafından güçlendirilen UR1...URn sinyallerinden birinin çıkışına geçer ve dönüşümlü olarak ADC girişine ulaşır. Dijital koda dönüştürülen voltaj kontrolöre verilir.

Şema elbette çok basitleştirilmiş, ancak içinde çoğullama ilkesini dikkate almak oldukça mümkün. MSTS kontrolörlerinin (mikroişlemci sistemi) analog sinyallerini girmek için kullanılan modülün yapısı yaklaşık olarak bu şekildedir teknik araçlar) Smolensk PC "Prolog" tarafından üretilmiştir.

Bu tür kontrolörlerin üretimi uzun süredir durdurulmuştur, ancak bazı yerlerde en iyisinden uzak, bu kontrolörler hala hizmet vermektedir. Bu müze sergilerinin yerini, çoğunlukla ithal (Çin) olan yeni modellerin kontrolörleri alıyor.

Kontrol cihazı metal bir kabine monte edilmişse koruyucu örgülerin kabin topraklama noktasına bağlanması önerilir. Uzunluk bağlantı hatları uygun formüller kullanılarak hesaplanan iki kilometreden fazlaya ulaşabilir. Burada hiçbir şeyi saymayacağız ama inanın bana bu doğru.

Yeni sensörler, yeni kontrolörler

Yeni kontrolörlerin gelişiyle birlikte, "Otoyol aracılığıyla uzaktan adreslenen ölçüm dönüştürücüsü" anlamına gelen HART (Otoyol Adreslenebilir Uzaktan Dönüştürücü) protokolünü kullanarak çalışan yeni analog sensörler de ortaya çıktı.

Sensörün (saha cihazı) çıkış sinyali, üzerine frekans modülasyonlu (FSK - Frekans Kaydırma Anahtarlama) dijital iletişim sinyalinin eklendiği 4...20 mA aralığında bir analog akım sinyalidir.

Sinüzoidal sinyalin ortalama değerinin sıfır olduğu bilinmektedir, bu nedenle dijital bilgilerin iletimi 4...20 mA sensörün çıkış akımını etkilemez. Bu mod sensörleri yapılandırırken kullanılır.

HART iletişimi iki şekilde gerçekleştirilir. İlk durumda, standart olanda, iki telli bir hat üzerinden yalnızca iki cihaz bilgi alışverişinde bulunabilirken, analog çıkış sinyali 4...20 mA ölçülen değere bağlıdır. Bu mod saha cihazlarını (sensörler) yapılandırırken kullanılır.

İkinci durumda, iki telli bir hatta en fazla 15 sensör bağlanabilir; bunların sayısı iletişim hattının parametreleri ve güç kaynağının gücü ile belirlenir. Bu çok noktalı moddur. Bu modda, her sensörün 1...15 aralığında kendi adresi vardır ve kontrol cihazı bu adrese erişim sağlar.

Adresi 0 olan sensörün iletişim hattından bağlantısı kesilir. Çok noktalı modda sensör ile kontrol cihazı arasındaki veri alışverişi yalnızca bir frekans sinyali ile gerçekleştirilir. Sensörün mevcut sinyali istenilen seviyede sabitlenir ve değişmez.

Çok noktalı iletişim durumunda veri, yalnızca izlenen parametrenin gerçek ölçüm sonuçları değil, aynı zamanda her türlü hizmet bilgisinin tamamı anlamına gelir.

Öncelikle bunlar sensör adresleri, kontrol komutları ve konfigürasyon parametreleridir. Ve tüm bu bilgiler iki kablolu iletişim hatları üzerinden iletilir. Onlardan da kurtulmak mümkün mü? Doğru, bu yalnızca kablosuz bağlantının kontrollü sürecin güvenliğini etkileyemediği durumlarda dikkatli bir şekilde yapılmalıdır.

Bu teknolojiler eski analog akım döngüsünün yerini almıştır. Ama aynı zamanda konumundan da vazgeçmiyor; mümkün olan her yerde yaygın olarak kullanılıyor.

Otomasyon sürecinde teknolojik süreçler Mekanizmaları ve birimleri kontrol etmek için çeşitli fiziksel büyüklüklerin ölçümleriyle uğraşmak gerekir. Bu, sıvı veya gazın sıcaklığı, basıncı ve akışı, dönme hızı, ışık yoğunluğu, mekanizmaların parçalarının konumu hakkında bilgi ve çok daha fazlası olabilir. Bu bilgi sensörler kullanılarak elde edilir. Burada öncelikle mekanizmaların parçalarının konumu hakkında.

Ayrık sensörler

En basit sensör sıradan bir mekanik kontaktır: kapı açılır - kontak açılır, kapanır - kapanır. Bu kadar basit bir sensör ve verilen işletim algoritması sıklıkla kullanılır. güvenlik alarmları. Örneğin bir su vanası gibi iki konumu olan öteleme hareketi olan bir mekanizma için iki kontağa ihtiyacınız olacaktır: bir kontak kapalı - vana kapalı, diğeri kapalı - kapalı.

Çeviri hareketi için daha karmaşık bir algoritma, otomatik makinenin termoplastik kalıbını kapatmak için bir mekanizmaya sahiptir. Başlangıçta kalıp açıktır, bu başlangıç ​​pozisyonudur. Bu pozisyonda kalıptan çıkarılırlar. bitmiş ürünler. Daha sonra işçi güvenlik korumasını kapatır ve kalıp kapanmaya başlar ve yeni bir çalışma döngüsü başlar.

Kalıbın yarımları arasındaki mesafe oldukça büyüktür. Bu nedenle ilk başta kalıp hızlı hareket eder ve yarımlar kapanmadan belli bir mesafe önce limit anahtarı tetiklenir, hareket hızı önemli ölçüde azalır ve kalıp sorunsuz bir şekilde kapanır.

Dolayısıyla kontak tabanlı sensörler ayrık veya ikili olup kapalı – açık veya 1 ve 0 olmak üzere iki konuma sahiptir. Yani bir olayın meydana gelip gelmediğini söyleyebiliriz. Yukarıdaki örnekte temas noktaları tarafından birkaç nokta "yakalanmıştır": hareketin başlangıcı, hızın azaldığı nokta, hareketin sonu.

Geometride bir noktanın boyutu yoktur, sadece bir noktadır ve hepsi bu. Ya olabilir (bir kağıt parçası üzerinde, bizim durumumuzda olduğu gibi hareketin yörüngesinde) ya da basitçe mevcut değildir. Bu nedenle noktaları tespit etmek için ayrık sensörler kullanılır. Belki burada bir noktayla karşılaştırma pek uygun değildir, çünkü pratik amaçlar için ayrı bir sensörün tepkisinin doğruluğunu kullanıyorlar ve bu doğruluk geometrik noktadan çok daha büyük.

Ancak mekanik temasın kendisi güvenilmezdir. Bu nedenle mümkün olan her yerde mekanik kontakların yerini temassız sensörler alır. En basit seçenek kamış anahtarlardır: mıknatıs yaklaşır, kontak kapanır. Kamış anahtarın doğruluğu arzu edilen düzeyde değildir; bu tür sensörler yalnızca kapıların konumunu belirlemek için kullanılmalıdır.

Çeşitli temassız sensörler daha karmaşık ve doğru bir seçenek olarak değerlendirilmelidir. Metal bayrak yuvaya girerse sensör tetiklendi. Bu tür sensörlerin bir örneği, çeşitli serilerdeki BVK (Temassız Limit Anahtarı) sensörleridir. Bu tür sensörlerin tepki doğruluğu (hareket farkı) 3 milimetredir.

BVK serisi sensör

Şekil 1. BVK serisi sensör

BVK sensörlerinin besleme voltajı 24V, yük akımı 200mA'dır, bu da kontrol devresiyle daha fazla koordinasyon için ara röleleri bağlamak için yeterlidir. BVK sensörleri çeşitli ekipmanlarda bu şekilde kullanılır.

BVK sensörlerinin yanı sıra BTP, KVP, PIP, KVD, PISH tipi sensörler de kullanılmaktadır. Her seride sayılarla belirtilen çeşitli sensör türleri bulunur; örneğin BTP-101, BTP-102, BTP-103, BTP-211.

Bahsedilen tüm sensörler temassız ayrıktır, asıl amaçları mekanizmaların ve düzeneklerin parçalarının konumunu belirlemektir. Doğal olarak bu sensörlerden çok daha fazlası var; hepsini tek bir makalede yazmak imkansız. Daha da yaygın ve hala bulunuyor geniş uygulamaçeşitli kontak sensörleri.

Analog sensörlerin uygulanması

Otomasyon sistemlerinde ayrık sensörlerin yanı sıra analog sensörler de yaygın olarak kullanılmaktadır. Amaçları, çeşitli fiziksel büyüklükler hakkında yalnızca genel olarak değil, gerçek zamanlı olarak bilgi elde etmektir. Daha doğrusu dönüşüm fiziksel miktar(basınç, sıcaklık, aydınlatma, akış, voltaj, akım), iletişim hatları aracılığıyla kontrolöre iletilmeye ve bunun daha fazla işlenmesine uygun bir elektrik sinyaline dönüştürülür.

Analog sensörler genellikle kontrol ünitesinden oldukça uzakta bulunur, bu nedenle bunlara genellikle saha cihazları denir. Bu terim genellikle teknik literatürde kullanılır.

Bir analog sensör genellikle birkaç parçadan oluşur. En çok ana kısım Bu hassas bir unsurdur - bir sensör. Amacı ölçülen değeri elektrik sinyaline dönüştürmektir. Ancak sensörden alınan sinyal genellikle küçüktür. Amplifikasyona uygun bir sinyal elde etmek için sensör çoğunlukla bir köprü devresine (Wheatstone köprüsü) dahil edilir.

Wheatstone köprüsü

Şekil 2. Wheatstone köprüsü

Köprü devresinin asıl amacı direnci doğru bir şekilde ölçmektir. Kaynak, AD köprüsünün köşegenine bağlanır DC. Diğer köşegene ise orta noktası sıfır olan hassas bir galvanometre bağlanır. Rx direncinin direncini ölçmek için R2 ayar direncini döndürerek köprünün dengesini sağlamalı ve galvanometre iğnesini sıfıra ayarlamalısınız.

Alet okunun bir yönde veya başka yönde sapması, R2 direncinin dönme yönünü belirlemenizi sağlar. Ölçülen direncin değeri, R2 direncinin koluyla birleştirilmiş ölçekle belirlenir. Köprü için denge koşulu R1/R2 ve Rx/R3 oranlarının eşitliğidir. Bu durumda BC noktaları arasında sıfır potansiyel farkı elde edilir ve galvanometre V'den hiçbir akım geçmez.

R1 ve R3 dirençlerinin direnci çok hassas bir şekilde seçilmiştir, yayılmaları minimum düzeyde olmalıdır. Ancak bu durumda, köprüdeki küçük bir dengesizlik bile BC köşegeninin voltajında ​​​​oldukça gözle görülür bir değişikliğe neden olur. Çeşitli analog sensörlerin hassas elemanlarını (sensörleri) bağlamak için kullanılan köprünün bu özelliğidir. O zaman her şey basit, bir teknik meselesi.

Sensörden alınan sinyalin kullanılması için daha fazla işlem yapılması gerekir - amplifikasyon ve kontrol devresi - kontrolör tarafından iletilmeye ve işlenmeye uygun bir çıkış sinyaline dönüştürülmesi. Çoğu zaman, analog sensörlerin çıkış sinyali akımdır (analog akım döngüsü), daha az sıklıkla voltajdır.

Neden güncel? Gerçek şu ki, analog sensörlerin çıkış aşamaları mevcut kaynaklara göre oluşturulmuştur. Bu, bağlantı hatlarının direncinin çıkış sinyali üzerindeki etkisinden kurtulmanıza ve uzun bağlantı hatları kullanmanıza olanak tanır.

Daha fazla dönüşüm oldukça basittir. Akım sinyali, akımı bilinen dirençli bir dirençten geçirmenin yeterli olduğu voltaja dönüştürülür. Ölçme direnci üzerindeki voltaj düşüşü, Ohm kanunu U=I*R'ye göre elde edilir.

Örneğin 100 Ohm dirence sahip bir direnç üzerinde 10 mA akım için voltaj 10*100 = 1000 mV yani 1 volt kadar olacaktır! Bu durumda sensörün çıkış akımı, bağlantı kablolarının direncine bağlı değildir. Elbette makul sınırlar içerisinde.

Analog sensörlerin bağlanması

Ölçüm direncinde elde edilen voltaj kolayca dönüştürülebilir dijital görünüm, kontrolöre giriş için uygundur. Dönüşüm, analogdan dijitale dönüştürücüler (ADC'ler) kullanılarak gerçekleştirilir.

Dijital veriler kontrolöre seri veya paralel kodla iletilir. Her şey spesifik anahtarlama devresine bağlıdır. Basitleştirilmiş bağlantı şeması analog sensörŞekil 3'te gösterilmiştir.

Analog sensörün bağlanması

Şekil 3. Analog sensörün bağlanması (büyütmek için resme tıklayın)

Aktüatörler kontrolöre bağlanır veya kontrolörün kendisi otomasyon sistemine dahil olan bir bilgisayara bağlanır.

Doğal olarak analog sensörler, elemanlarından biri bağlantı elemanlarına sahip bir mahfaza olan eksiksiz bir tasarıma sahiptir. Örnek olarak, Şekil 4, Zond-10 tipi bir aşırı basınç sensörünün görünümünü göstermektedir.

Aşırı basınç sensörü Zond-10

Şekil 4. Aşırı basınç sensörü Zond-10

Sensörün altında boru hattına bağlanmak için bağlantı dişini görebilirsiniz ve sağda siyah kapağın altında iletişim hattını kontrolöre bağlamak için bir konektör bulunur.

Sızdırmazlık dişli bağlantı duman bandı veya ketenden sarılmak yerine, tavlanmış bakırdan yapılmış bir rondela (sensörün teslimat paketine dahildir) kullanılarak yapılır. Bu, sensörü takarken içeride bulunan sensör elemanının deforme olmaması için yapılır.

Analog sensör çıkışları

Standartlara göre üç aralıkta akım sinyali vardır: 0...5mA, 0...20mA ve 4...20mA. Aralarındaki fark nedir ve özellikleri nelerdir?

Çoğu zaman, çıkış akımının bağımlılığı ölçülen değerle doğru orantılıdır; örneğin, borudaki basınç ne kadar yüksek olursa, sensör çıkışındaki akım da o kadar büyük olur. Bazen ters anahtarlama kullanılsa da: daha büyük bir çıkış akımı şuna karşılık gelir: minimum değer Sensör çıkışında ölçülen değer. Her şey kullanılan denetleyicinin türüne bağlıdır. Bazı sensörlerde doğrudan sinyalden ters sinyale geçiş bile bulunur.

0...5mA aralığındaki çıkış sinyali çok küçüktür ve bu nedenle girişime karşı hassastır. Ölçülen parametrenin değeri değişmeden kalırken böyle bir sensörün sinyali dalgalanıyorsa, sensör çıkışına paralel olarak 0,1...1 μF kapasiteli bir kapasitör takılması önerilir. 0...20mA aralığındaki akım sinyali daha kararlıdır.

Ancak bu aralıkların her ikisi de kötü çünkü ölçeğin başlangıcındaki sıfır, ne olduğunu açık bir şekilde belirlememize izin vermiyor. Yoksa ölçülen sinyal prensipte mümkün olan sıfır seviyesine mi ulaştı, yoksa iletişim hattı mı koptu? Bu nedenle mümkünse bu aralıkları kullanmaktan kaçınmaya çalışırlar.

Çıkış akımı 4...20 mA aralığında olan analog sensörlerden gelen sinyalin daha güvenilir olduğu kabul edilir. Gürültü bağışıklığı oldukça yüksektir ve ölçülen sinyal sıfır seviyesinde olsa bile alt limit 4 mA olacaktır, bu da iletişim hattının kopmadığını söylememizi sağlar.

4...20mA aralığının bir başka iyi özelliği de sensörlerin kendisine güç sağlayan akım olduğundan sensörlerin yalnızca iki kablo kullanılarak bağlanabilmesidir. Bu onun mevcut tüketimidir ve aynı zamanda bir ölçüm sinyalidir.

4...20mA aralığındaki sensörler için güç kaynağı, Şekil 5'te gösterildiği gibi açılır. Aynı zamanda Zond-10 sensörleri, diğerleri gibi, veri sayfalarına göre 10'luk geniş bir besleme voltajı aralığına sahiptir. ...38V, ancak çoğunlukla 24V voltajlı stabilize kaynaklar kullanılır.

Analog sensörün bağlanması harici kaynak beslenme

Şekil 5. Analog sensörün harici güç kaynağına bağlanması

Bu diyagram aşağıdaki elemanları ve sembolleri içerir. Rsh ölçüm şönt direncidir, Rl1 ve Rl2 iletişim hatlarının direncidir. Ölçüm doğruluğunu arttırmak için Rsh olarak hassas ölçüm direnci kullanılmalıdır. Güç kaynağından gelen akımın akışı oklarla gösterilmiştir.

Güç kaynağının çıkış akımının +24V terminalinden geçtiğini, Rl1 hattı üzerinden sensör terminali +AO2'ye ulaştığını, sensörden ve sensör çıkış kontağı - AO2, Rl2 bağlantı hattından, dirençten geçtiğini görmek kolaydır. Rsh -24V güç kaynağı terminaline geri döner. İşte bu, devre kapalı, akım akıyor.

Kontrolörün 24V'luk bir güç kaynağı varsa, Şekil 6'da gösterilen şemaya göre bir sensörün veya ölçüm dönüştürücünün bağlanması mümkündür.

Analog sensörün dahili güç kaynağına sahip bir kontrol cihazına bağlanması

Şekil 6. Analog sensörün dahili güç kaynağına sahip bir denetleyiciye bağlanması

Bu şemada bir eleman daha gösterilmektedir - balast direnci Rb. Amacı, iletişim hattında kısa devre olması veya analog sensörün arızalanması durumunda ölçüm direncini korumaktır. Direnç Rb'nin takılması arzu edilmesine rağmen isteğe bağlıdır.

Ölçüm transdüserleri, çeşitli sensörlerin yanı sıra otomasyon sistemlerinde oldukça sık kullanılan bir akım çıkışına da sahiptir.

Bir ölçüm dönüştürücüsü, örneğin 220V gibi voltaj seviyelerini veya onlarca veya yüzlerce amperlik bir akımı 4...20mA'lik bir akım sinyaline dönüştüren bir cihazdır. Burada elektrik sinyalinin seviyesi basitçe dönüştürülür ve bazı fiziksel niceliklerin (hız, akış, basınç) elektriksel biçimde temsili yapılmaz.

Ancak kural olarak tek bir sensör yeterli değildir. En popüler ölçümlerden bazıları sıcaklık ve basınç ölçümleridir. Modern üretimde bu tür noktaların sayısı birkaç on kişiye ulaşabilir

Ayrıca okuyun

• Duvar lambaları çeşitleri ve kullanım özellikleri
• Potansiyel fark, elektromotor kuvvet ve voltaj hakkında
• Elektrik tüketimi dışında sayaçla neler belirlenebilir?
• Elektrikli ürünlerin kalitesini değerlendirme kriterleri hakkında
• Özel bir ev için daha iyi olan nedir - tek fazlı mı yoksa üç fazlı giriş mi?
• Bir kır evi için voltaj dengeleyici nasıl seçilir
• Peltier etkisi: elektrik akımının büyülü etkisi
• Bir apartman dairesinde TV kablolarını kablolama ve bağlama uygulaması - sürecin özellikleri
• Elektrik tesisatı sorunları: ne yapmalı ve nasıl düzeltilir?
• T5 floresan lambalar: beklentiler ve uygulama sorunları
• Geri çekilebilir soket blokları: kullanım ve bağlantı pratiği
• Elektronik amplifikatörler. Bölüm 2. Ses yükselticileri
• Kır evinde elektrikli ekipmanların ve kabloların doğru çalışması
• Evde güvenli voltaj kullanımına ilişkin önemli noktalar
• Yeni başlayanlar için elektronik eğitimi almak için gerekli araç ve cihazlar
• Kondansatörler: amaç, cihaz, çalışma prensibi
• Geçici temas direnci nedir ve bununla nasıl başa çıkılır?
• Gerilim röleleri: bunlar nelerdir, nasıl seçilir ve bağlanır?
• Özel bir ev için daha iyi olan nedir - tek fazlı mı yoksa üç fazlı giriş mi?
• Elektronik devrelerdeki kapasitörler. Bölüm 2. Aşamalar arası iletişim, filtreler, jeneratörler
• Elektrik şebekesi yetersiz olduğunda konfor nasıl sağlanır?
• Bir mağazadan makine satın alırken, onun iyi çalışır durumda olduğundan nasıl emin olabilirsiniz?
• 12 volt aydınlatma ağları için tel kesiti nasıl seçilir
• Ağ gücü yetersiz olduğunda su ısıtıcısını ve pompayı bağlama yöntemi
• İndüktörler ve manyetik alanlar. Bölüm 2. Elektromanyetik indüksiyon ve endüktans
• Operasyonel yükselteçler. Bölüm 2: İdeal Op-Amp
• Mikrodenetleyiciler nelerdir (amaç, cihaz, yazılım)
• Kompakt floresan lambanın ömrünün uzatılması (temizlikçi)
• İşlemsel yükselteçleri geri bildirim olmadan değiştirmek için devreler
• Bir dairenin elektrik dağıtım panelinin değiştirilmesi
• Elektrik kablolarında neden bakır ve alüminyumu birleştiremiyorsunuz?

1950'lerden bu yana, izleme ve kontrol uygulamalarında vericilerden veri iletmek için akım döngüleri kullanılmaktadır. Düşük uygulama maliyetleri, yüksek gürültü bağışıklığı ve uzun mesafelerde sinyal iletme yeteneği ile akım döngüsünün endüstriyel ortamlarda kullanım için özellikle uygun olduğu kanıtlanmıştır. Bu materyal, bir akım döngüsünün temel çalışma prensiplerinin, tasarımın temellerinin ve konfigürasyonunun bir açıklamasına ayrılmıştır.

Dönüştürücüden veri aktarmak için akımı kullanma

Endüstriyel sensörler, bir voltaj sinyali kullanan termokupllar veya gerinim ölçerler gibi diğer çoğu dönüştürücünün aksine, verileri iletmek için sıklıkla bir akım sinyali kullanır. Bilgi aktarımı için bir parametre olarak voltajı kullanan dönüştürücülerin aslında birçok alanda etkili bir şekilde kullanılmasına rağmen üretim görevleri akım karakteristiklerinin kullanımının tercih edildiği bir dizi uygulama vardır. Endüstriyel ortamlarda sinyalleri iletmek için voltaj kullanmanın önemli bir dezavantajı, uzun mesafelerde iletildiğinde direncin varlığından dolayı sinyalin zayıflamasıdır. tel hatları iletişim. Sinyal kaybını aşmak için elbette yüksek giriş empedanslı cihazları kullanabilirsiniz. Ancak bu tür cihazlar yakındaki motorlar, tahrik kayışları veya yayın vericileri tarafından üretilen gürültüye karşı çok hassas olacaktır.

Kirchhoff'un birinci yasasına göre, bir düğüme akan akımların toplamı, düğümden çıkan akımların toplamına eşittir.
Teorik olarak devrenin başlangıcında akan akımın tam olarak sonuna ulaşması gerekir,
Şekil 1'de gösterildiği gibi. 1.

Şekil 1. Kirchhoff'un birinci yasasına göre devrenin başlangıcındaki akım, sonundaki akıma eşittir.

Bu, ölçüm döngüsünün çalıştığı temel prensiptir. Akım döngüsünün (ölçüm döngüsü) herhangi bir yerindeki akımın ölçülmesi aynı sonucu verir. Endüstriyel uygulamalar, düşük giriş empedanslı akım sinyallerini ve veri toplama alıcılarını kullanarak gelişmiş gürültü bağışıklığından ve artırılmış bağlantı uzunluğundan büyük ölçüde yararlanabilir.

Mevcut döngü bileşenleri
Bir akım döngüsünün ana bileşenleri, Şekil 2'de gösterildiği gibi bir DC kaynağı, bir sensör, bir veri toplama cihazı ve bunları sıraya bağlayan kablolardan oluşur.

Şekil 2. Mevcut döngünün fonksiyonel diyagramı.

Bir DC kaynağı sisteme güç sağlar. Dönüştürücü, kablolardaki akımı 4 ila 20 mA arasında düzenler; burada 4 mA, canlı sıfırı ve 20 mA, maksimum sinyali temsil eder.
0 mA (akım yok) açık devre anlamına gelir. Veri toplama cihazı düzenlenmiş akımın miktarını ölçer. Akımı ölçmek için etkili ve doğru bir yöntem, akımı bir ölçüm voltajına dönüştürmek için veri toplama cihazının enstrümantasyon amplifikatörünün girişine (Şekil 2'de) hassas bir şönt direnç yerleştirmek ve sonuçta voltajı açıkça yansıtan bir sonuç elde etmektir. Dönüştürücünün çıkışındaki sinyal.

Bir akım döngüsünün çalışma prensibini daha iyi anlamaya yardımcı olmak için, örneğin aşağıdaki teknik özelliklere sahip dönüştürücü içeren bir sistem tasarımını düşünün:

Dönüştürücü basıncı ölçmek için kullanılır
Dönüştürücü ölçüm cihazından 2000 feet uzakta bulunur
Veri toplama cihazı tarafından ölçülen akım, operatöre dönüştürücüye uygulanan basınç miktarı hakkında bilgi sağlar.

Uygun bir dönüştürücü seçerek örneğe bakmaya başlayalım.

Güncel Sistem Tasarımı

Dönüştürücü seçimi

Mevcut bir sistemi tasarlamanın ilk adımı bir dönüştürücü seçmektir. Ölçülen değişkenin türü ne olursa olsun (akış, basınç, sıcaklık vb.) önemli faktör Bir dönüştürücü seçerken çalışma voltajıdır. Yalnızca bir güç kaynağının dönüştürücüye bağlanması, iletişim hattındaki akımı düzenlemenize olanak tanır. Güç kaynağının voltaj değeri kabul edilebilir sınırlar içinde olmalıdır: gereken minimum değerden fazla, maksimum değer bu durum invertöre zarar verebilir.

Örnekteki mevcut sistem için, seçilen dönüştürücü basıncı ölçer ve 12 ila 30 V arasında bir çalışma voltajına sahiptir. Dönüştürücü seçildikten sonra, dönüştürücüye uygulanan basıncın doğru bir temsilini sağlamak için akım sinyalinin doğru şekilde ölçülmesi gerekir. .

Akım Ölçümü İçin Veri Toplama Cihazı Seçme

Bir akım sistemi kurarken dikkat etmeniz gereken önemli bir husus, toprak devresinde bir akım döngüsünün ortaya çıkmasını önlemektir. Bu gibi durumlarda yaygın olarak kullanılan teknik izolasyondur. Yalıtım kullanarak, oluşumu Şekil 3'te açıklanan topraklama döngüsünün etkisinden kaçınabilirsiniz.

Şekil 3. Topraklama döngüsü

İki terminal bir devreye bağlandığında topraklama döngüleri oluşur farklı yerler potansiyeller. Bu fark, iletişim hattına ilave akım girmesine neden olur ve bu da ölçüm hatalarına yol açabilir.
Veri toplama cihazı izolasyonu, Şekil 4'te gösterildiği gibi sinyal kaynağı toprağının ölçüm cihazının giriş amplifikatörü toprağından elektriksel olarak ayrılmasını ifade eder.

Akım yalıtım bariyerinden geçemediğinden amplifikatörün ve sinyal kaynağının toprak noktaları aynı potansiyeldedir. Bu, yanlışlıkla bir topraklama döngüsü oluşturma olasılığını ortadan kaldırır.

Şekil 4. Yalıtılmış Devrede Ortak Mod Gerilimi ve Sinyal Gerilimi

Yalıtım aynı zamanda yüksek ortak mod voltajları mevcut olduğunda veri toplama cihazının zarar görmesini de önler. Ortak mod voltajı, bir enstrümantasyon amplifikatörünün her iki girişinde de mevcut olan aynı polariteye sahip bir voltajdır. Örneğin, Şekil 4'te. Amplifikatörün hem pozitif (+) hem de negatif (-) girişleri +14 V ortak mod voltajına sahiptir. Birçok veri toplama cihazının maksimum giriş aralığı ±10 V'tur. Veri toplama cihazının yalıtımı yoksa ve ortak mod voltajı maksimum giriş aralığının dışındaysa cihaza zarar verebilirsiniz. Şekil 4'teki amplifikatörün girişindeki normal (sinyal) voltajı yalnızca +2 V olmasına rağmen, +14 V eklemek +16 V'luk bir voltajla sonuçlanabilir.
(Sinyal voltajı amplifikatörün "+" ve "-" uçları arasındaki voltajdır, çalışma voltajı normal ve ortak mod voltajının toplamıdır), bu da daha düşük çalışma voltajına sahip toplama cihazları için tehlikeli bir voltaj seviyesini temsil eder.

İzolasyonda amplifikatörün ortak noktası, sıfır noktasından elektriksel olarak ayrılır. Şekil 4'teki devrede amplifikatörün ortak noktasındaki potansiyel +14 V seviyesine "yükseltilir". Bu teknik, giriş voltajının 16 V'tan 2 V'a düşmesine neden olur. Artık veriler toplandığına göre cihaz, artık aşırı gerilim hasarı riskiyle karşı karşıya değildir. (İzolatörlerin reddedebilecekleri maksimum ortak mod voltajına sahip olduğunu unutmayın.)

Veri toplama cihazı izole edilip korunduktan sonra mevcut döngüyü oluşturmanın son adımı uygun güç kaynağının seçilmesidir.

Güç Kaynağı Seçme

İhtiyaçlarınıza en uygun güç kaynağının hangisi olduğunu belirlemek kolaydır. Bir akım döngüsünde çalışırken, güç kaynağı sistemin tüm elemanlarındaki voltaj düşüşlerinin toplamına eşit veya bundan daha büyük bir voltaj üretmelidir.

Örneğimizdeki veri toplama cihazı, akımı ölçmek için hassas bir şönt kullanıyor.
Bu direnç üzerindeki voltaj düşüşünü hesaplamak gerekir. Tipik bir şönt direnci 249 Ω'dur. 4 .. 20 mA akım döngüsü akım aralığı için temel hesaplamalar
şunları göster:

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

249 Ω'luk bir şöntten, veri toplama cihazının girişindeki voltaj değerini basınç dönüştürücünün çıkış sinyalinin değeriyle ilişkilendirerek 1 ila 5 V aralığındaki bir voltajı kaldırabiliriz.
Belirtildiği gibi, basınç vericisi minimum 12 V, maksimum 30 V çalışma voltajı gerektirir. Hassas şönt direnç üzerindeki voltaj düşüşünü vericinin çalışma voltajına ekleyerek aşağıdakileri elde ederiz:

12 V+ 5 V=17 V

İlk bakışta 17V'luk bir voltaj yeterlidir ancak elektrik direncine sahip kabloların güç kaynağı üzerinde oluşturduğu ek yükü de hesaba katmak gerekir.
Sensörün uzakta olduğu durumlarda ölçüm aletleri akım döngüsünü hesaplarken tel direnç faktörünü dikkate almalısınız. Bakır teller uzunluklarıyla doğru orantılı bir doğru akım direncine sahiptirler. Örnek basınç sensörüyle, güç kaynağının çalışma voltajını belirlerken 2000 feet iletişim hattı uzunluğunu hesaba katmanız gerekir. Tek çekirdekli bakır kablonun doğrusal direnci 2,62 Ω/100 feet'tir. Bu direncin dikkate alınması aşağıdakileri sağlar:

2000 feet uzunluğundaki bir çekirdeğin direnci 2000 * 2,62 / 100 = 52,4 m olacaktır.
Bir çekirdekteki voltaj düşüşü 0,02 * 52,4 = 1,048 V olacaktır.
Devreyi tamamlamak için iki kabloya ihtiyaç vardır, ardından iletişim hattının uzunluğu iki katına çıkar ve
Toplam voltaj düşüşü 2,096 V olacaktır. Bu, dönüştürücüden ikincil cihaza olan mesafenin 2000 feet olması nedeniyle yaklaşık 2,1 V ile sonuçlanır. Devrenin tüm elemanlarındaki voltaj düşüşlerini toplayarak şunu elde ederiz:
2,096 V + 12 V + 5 V = 19,096 V

Söz konusu devreye güç vermek için 17 V kullandıysanız, kabloların ve şönt direncinin direncindeki düşüş nedeniyle basınç dönüştürücüye sağlanan voltaj minimum çalışma voltajının altında olacaktır. Tipik bir 24V güç kaynağının seçilmesi, invertörün güç gereksinimlerini karşılayacaktır. Ek olarak basınç sensörünün daha uzak bir mesafeye yerleştirilmesi için bir voltaj rezervi bulunmaktadır.

Doğru dönüştürücü, veri toplama cihazı, kablo uzunluğu ve güç kaynağı seçildiğinde basit bir akım döngüsünün tasarımı tamamlanır. Daha karmaşık uygulamalar için sisteme ek ölçüm kanalları dahil edebilirsiniz.

Mekanizmaları ve birimleri kontrol etmek için teknolojik süreçlerin otomatikleştirilmesi sürecinde, çeşitli fiziksel büyüklüklerin ölçümleriyle uğraşmak gerekir. Bu, sıvı veya gazın sıcaklığı, basıncı ve akışı, dönme hızı, ışık yoğunluğu, mekanizmaların parçalarının konumu hakkında bilgi ve çok daha fazlası olabilir. Bu bilgi sensörler kullanılarak elde edilir. Burada öncelikle mekanizmaların parçalarının konumu hakkında.

Ayrık sensörler

En basit sensör sıradan bir mekanik kontaktır: kapı açılır - kontak açılır, kapanır - kapanır. Bu kadar basit bir sensör ve verilen işletim algoritması çoğu zaman... Örneğin bir su vanası gibi iki konumu olan öteleme hareketi olan bir mekanizma için iki kontağa ihtiyacınız olacaktır: bir kontak kapalı - vana kapalı, diğeri kapalı - kapalı.

Çeviri hareketi için daha karmaşık bir algoritma, otomatik makinenin termoplastik kalıbını kapatmak için bir mekanizmaya sahiptir. Başlangıçta kalıp açıktır, bu başlangıç ​​pozisyonudur. Bu pozisyonda bitmiş ürünler kalıptan çıkarılır. Daha sonra işçi güvenlik korumasını kapatır ve kalıp kapanmaya başlar ve yeni bir çalışma döngüsü başlar.

Kalıbın yarımları arasındaki mesafe oldukça büyüktür. Bu nedenle ilk başta kalıp hızlı hareket eder ve yarımlar kapanmadan belli bir mesafe önce limit anahtarı tetiklenir, hareket hızı önemli ölçüde azalır ve kalıp sorunsuz bir şekilde kapanır.

Bu algoritma, kalıbı kapatırken darbeyi önlemenizi sağlar, aksi takdirde kalıp küçük parçalara ayrılabilir. Kalıbı açarken de aynı hız değişikliği meydana gelir. Burada iki kontak sensörü artık yeterli değil.

Dolayısıyla kontak tabanlı sensörler ayrık veya ikili olup kapalı – açık veya 1 ve 0 olmak üzere iki konuma sahiptir. Yani bir olayın meydana gelip gelmediğini söyleyebiliriz. Yukarıdaki örnekte temas noktaları tarafından birkaç nokta "yakalanmıştır": hareketin başlangıcı, hızın azaldığı nokta, hareketin sonu.

Geometride bir noktanın boyutu yoktur, sadece bir noktadır ve hepsi bu. Ya olabilir (bir kağıt parçası üzerinde, bizim durumumuzda olduğu gibi hareketin yörüngesinde) ya da basitçe mevcut değildir. Bu nedenle noktaları tespit etmek için ayrık sensörler kullanılır. Belki burada bir noktayla karşılaştırma pek uygun değildir, çünkü pratik amaçlar için ayrı bir sensörün tepkisinin doğruluğunu kullanıyorlar ve bu doğruluk geometrik noktadan çok daha büyük.

Ancak mekanik temasın kendisi güvenilmezdir. Bu nedenle mümkün olan her yerde mekanik kontakların yerini temassız sensörler alır. En basit seçenek kamış anahtarlardır: mıknatıs yaklaşır, kontak kapanır. Kamış anahtarın doğruluğu arzu edilen düzeyde değildir; bu tür sensörler yalnızca kapıların konumunu belirlemek için kullanılmalıdır.

Çeşitli temassız sensörler daha karmaşık ve doğru bir seçenek olarak değerlendirilmelidir. Metal bayrak yuvaya girerse sensör tetiklendi. Bu tür sensörlerin bir örneği, çeşitli serilerdeki BVK (Temassız Limit Anahtarı) sensörleridir. Bu tür sensörlerin tepki doğruluğu (hareket farkı) 3 milimetredir.

Şekil 1. BVK serisi sensör

BVK sensörlerinin besleme voltajı 24V, yük akımı 200mA'dır, bu da kontrol devresiyle daha fazla koordinasyon için ara röleleri bağlamak için yeterlidir. BVK sensörleri çeşitli ekipmanlarda bu şekilde kullanılır.

BVK sensörlerinin yanı sıra BTP, KVP, PIP, KVD, PISH tipi sensörler de kullanılmaktadır. Her seride sayılarla belirtilen çeşitli sensör türleri bulunur; örneğin BTP-101, BTP-102, BTP-103, BTP-211.

Bahsedilen tüm sensörler temassız ayrıktır, asıl amaçları mekanizmaların ve düzeneklerin parçalarının konumunu belirlemektir. Doğal olarak bu sensörlerden çok daha fazlası var; hepsini tek bir makalede yazmak imkansız. Çeşitli kontak sensörleri daha da yaygındır ve hala yaygın olarak kullanılmaktadır.

Analog sensörlerin uygulanması

Otomasyon sistemlerinde ayrık sensörlerin yanı sıra analog sensörler de yaygın olarak kullanılmaktadır. Amaçları, çeşitli fiziksel büyüklükler hakkında yalnızca genel olarak değil, gerçek zamanlı olarak bilgi elde etmektir. Daha kesin olarak, fiziksel bir miktarın (basınç, sıcaklık, aydınlatma, akış, voltaj, akım) iletişim hatları aracılığıyla kontrolöre iletilmeye ve bunun daha fazla işlenmesine uygun bir elektrik sinyaline dönüştürülmesi.

Analog sensörler genellikle kontrol ünitesinden oldukça uzakta bulunur, bu nedenle sıklıkla bu şekilde anılırlar. saha cihazları. Bu terim genellikle teknik literatürde kullanılır.

Bir analog sensör genellikle birkaç parçadan oluşur. En önemli kısım sensör elemanıdır - sensör. Amacı ölçülen değeri elektrik sinyaline dönüştürmektir. Ancak sensörden alınan sinyal genellikle küçüktür. Amplifikasyona uygun bir sinyal elde etmek için sensör çoğunlukla bir köprü devresine dahil edilir. Wheatstone köprüsü.

Şekil 2. Wheatstone köprüsü

Köprü devresinin asıl amacı direnci doğru bir şekilde ölçmektir. AD köprüsünün köşegenine bir DC kaynağı bağlanır. Diğer köşegene ise orta noktası sıfır olan hassas bir galvanometre bağlanır. Rx direncinin direncini ölçmek için R2 ayar direncini döndürerek köprünün dengesini sağlamalı ve galvanometre iğnesini sıfıra ayarlamalısınız.

Alet okunun bir yönde veya başka yönde sapması, R2 direncinin dönme yönünü belirlemenizi sağlar. Ölçülen direncin değeri, R2 direncinin koluyla birleştirilmiş ölçekle belirlenir. Köprü için denge koşulu R1/R2 ve Rx/R3 oranlarının eşitliğidir. Bu durumda BC noktaları arasında sıfır potansiyel farkı elde edilir ve galvanometre V'den hiçbir akım geçmez.

R1 ve R3 dirençlerinin direnci çok hassas bir şekilde seçilmiştir, yayılmaları minimum düzeyde olmalıdır. Ancak bu durumda, köprüdeki küçük bir dengesizlik bile BC köşegeninin voltajında ​​​​oldukça gözle görülür bir değişikliğe neden olur. Çeşitli analog sensörlerin hassas elemanlarını (sensörleri) bağlamak için kullanılan köprünün bu özelliğidir. O zaman her şey basit, bir teknik meselesi.

Sensörden alınan sinyalin kullanılması için daha fazla işlem yapılması gerekir - amplifikasyon ve kontrol devresi tarafından iletilmeye ve işlenmeye uygun bir çıkış sinyaline dönüştürülmesi - denetleyici. Çoğu zaman, analog sensörlerin çıkış sinyali akımdır (analog akım döngüsü), daha az sıklıkla voltajdır.

Neden güncel? Gerçek şu ki, analog sensörlerin çıkış aşamaları mevcut kaynaklara göre oluşturulmuştur. Bu, bağlantı hatlarının direncinin çıkış sinyali üzerindeki etkisinden kurtulmanıza ve uzun bağlantı hatları kullanmanıza olanak tanır.

Daha fazla dönüşüm oldukça basittir. Akım sinyali, akımı bilinen dirençli bir dirençten geçirmenin yeterli olduğu voltaja dönüştürülür. Ölçme direnci üzerindeki voltaj düşüşü, Ohm kanunu U=I*R'ye göre elde edilir.

Örneğin 100 Ohm dirence sahip bir direnç üzerinde 10 mA akım için voltaj 10*100 = 1000 mV yani 1 volt kadar olacaktır! Bu durumda sensörün çıkış akımı, bağlantı kablolarının direncine bağlı değildir. Elbette makul sınırlar içerisinde.

Analog sensörlerin bağlanması

Ölçme direncinde elde edilen voltaj, kontrolöre giriş için uygun bir dijital forma kolayca dönüştürülebilir. Dönüşüm kullanılarak yapılır analogdan dijitale dönüştürücüler ADC.

Dijital veriler kontrolöre seri veya paralel kodla iletilir. Her şey spesifik anahtarlama devresine bağlıdır. Analog sensör için basitleştirilmiş bir bağlantı şeması Şekil 3'te gösterilmektedir.

Şekil 3. Analog sensörün bağlanması (büyütmek için resme tıklayın)

Aktüatörler kontrolöre bağlanır veya kontrolörün kendisi otomasyon sistemine dahil olan bir bilgisayara bağlanır.

Doğal olarak analog sensörler, elemanlarından biri bağlantı elemanlarına sahip bir mahfaza olan eksiksiz bir tasarıma sahiptir. Örnek olarak, Şekil 4, Zond-10 tipi bir aşırı basınç sensörünün görünümünü göstermektedir.

Şekil 4. Aşırı basınç sensörü Zond-10

Sensörün altında boru hattına bağlanmak için bağlantı dişini görebilirsiniz ve sağda siyah kapağın altında iletişim hattını kontrolöre bağlamak için bir konektör bulunur.

Dişli bağlantı, duman bandı veya keten ile sarılmak yerine, tavlanmış bakırdan yapılmış bir rondela (sensörün teslimat paketine dahildir) kullanılarak sızdırmaz hale getirilir. Bu, sensörü takarken içeride bulunan sensör elemanının deforme olmaması için yapılır.

Analog sensör çıkışları

Standartlara göre üç aralıkta akım sinyali vardır: 0...5mA, 0...20mA ve 4...20mA. Aralarındaki fark nedir ve özellikleri nelerdir?

Çoğu zaman, çıkış akımının bağımlılığı ölçülen değerle doğru orantılıdır; örneğin, borudaki basınç ne kadar yüksek olursa, sensör çıkışındaki akım da o kadar büyük olur. Bazen ters anahtarlama kullanılsa da: daha büyük bir çıkış akımı, sensör çıkışında ölçülen miktarın minimum değerine karşılık gelir. Her şey kullanılan denetleyicinin türüne bağlıdır. Bazı sensörlerde doğrudan sinyalden ters sinyale geçiş bile bulunur.

0...5mA aralığındaki çıkış sinyali çok küçüktür ve bu nedenle girişime karşı hassastır. Ölçülen parametrenin değeri değişmeden kalırken böyle bir sensörün sinyali dalgalanıyorsa, sensör çıkışına paralel olarak 0,1...1 μF kapasiteli bir kapasitör takılması önerilir. 0...20mA aralığındaki akım sinyali daha kararlıdır.

Ancak bu aralıkların her ikisi de kötü çünkü ölçeğin başlangıcındaki sıfır, ne olduğunu açık bir şekilde belirlememize izin vermiyor. Yoksa ölçülen sinyal prensipte mümkün olan sıfır seviyesine mi ulaştı, yoksa iletişim hattı mı koptu? Bu nedenle mümkünse bu aralıkları kullanmaktan kaçınmaya çalışırlar.

Çıkış akımı 4...20 mA aralığında olan analog sensörlerden gelen sinyalin daha güvenilir olduğu kabul edilir. Gürültü bağışıklığı oldukça yüksektir ve ölçülen sinyal sıfır seviyesinde olsa bile alt limit 4 mA olacaktır, bu da iletişim hattının kopmadığını söylememizi sağlar.

4...20mA aralığının bir başka iyi özelliği de sensörlerin kendisine güç sağlayan akım olduğundan sensörlerin yalnızca iki kablo kullanılarak bağlanabilmesidir. Bu onun mevcut tüketimidir ve aynı zamanda bir ölçüm sinyalidir.

4...20mA aralığındaki sensörler için güç kaynağı, Şekil 5'te gösterildiği gibi açılır. Aynı zamanda Zond-10 sensörleri, diğerleri gibi, veri sayfalarına göre geniş bir besleme voltajı aralığına sahiptir. 10...38V, ancak çoğunlukla 24V voltajla kullanılırlar.

Şekil 5. Analog sensörün harici güç kaynağına bağlanması

Bu diyagram aşağıdaki elemanları ve sembolleri içerir. Rsh ölçüm şönt direncidir, Rl1 ve Rl2 iletişim hatlarının direncidir. Ölçüm doğruluğunu arttırmak için Rsh olarak hassas ölçüm direnci kullanılmalıdır. Güç kaynağından gelen akımın akışı oklarla gösterilmiştir.

Güç kaynağının çıkış akımının +24V terminalinden geçtiğini, Rl1 hattı üzerinden sensör terminali +AO2'ye ulaştığını, sensörden ve sensör çıkış kontağı - AO2, Rl2 bağlantı hattından, dirençten geçtiğini görmek kolaydır. Rsh -24V güç kaynağı terminaline geri döner. İşte bu, devre kapalı, akım akıyor.

Kontrolörün 24V'luk bir güç kaynağı varsa, Şekil 6'da gösterilen şemaya göre bir sensörün veya ölçüm dönüştürücünün bağlanması mümkündür.

Şekil 6. Analog sensörün dahili güç kaynağına sahip bir denetleyiciye bağlanması

Bu şemada bir eleman daha gösterilmektedir - balast direnci Rb. Amacı, iletişim hattında kısa devre olması veya analog sensörün arızalanması durumunda ölçüm direncini korumaktır. Direnç Rb'nin takılması arzu edilmesine rağmen isteğe bağlıdır.

Ölçüm transdüserleri, çeşitli sensörlerin yanı sıra otomasyon sistemlerinde oldukça sık kullanılan bir akım çıkışına da sahiptir.

Dönüştürücü- örneğin 220V gibi voltaj seviyelerini veya onlarca veya yüzlerce amperlik bir akımı 4...20mA'lik bir akım sinyaline dönüştüren bir cihaz. Burada elektrik sinyalinin seviyesi basitçe dönüştürülür ve bazı fiziksel niceliklerin (hız, akış, basınç) elektriksel biçimde temsili yapılmaz.

Ancak kural olarak tek bir sensör yeterli değildir. En popüler ölçümlerden bazıları sıcaklık ve basınç ölçümleridir. Modern fabrikalarda bu tür noktaların sayısı onbinlere ulaşabilir. Buna bağlı olarak sensör sayısı da fazladır. Bu nedenle, çoğu zaman birkaç analog sensör aynı anda bir kontrolöre bağlanır. Tabii ki, aynı anda birkaç bin değil, bir düzine farklı olsa iyi olur. Böyle bir bağlantı Şekil 7'de gösterilmektedir.

Şekil 7. Birden fazla analog sensörün denetleyiciye bağlanması

Bu şekil, bir akım sinyalinden dijital koda dönüştürülmeye uygun bir voltajın nasıl elde edildiğini gösterir. Bu tür birkaç sinyal varsa, hepsi aynı anda işlenmez, ancak zaman içinde ayrılır ve çoğullanır, aksi takdirde her kanala ayrı bir ADC'nin kurulması gerekir.

Bu amaçla kontrolörde bir devre anahtarlama devresi bulunmaktadır. Anahtarın işlevsel şeması Şekil 8'de gösterilmektedir.

Şekil 8. Analog sensör kanal anahtarı (resim tıklanabilir)

Ölçüm direnci (UR1...URn) boyunca gerilime dönüştürülen akım döngü sinyalleri analog anahtarın girişine beslenir. Kontrol sinyalleri dönüşümlü olarak amplifikatör tarafından güçlendirilen UR1...URn sinyallerinden birinin çıkışına geçer ve dönüşümlü olarak ADC girişine ulaşır. Dijital koda dönüştürülen voltaj kontrolöre verilir.

Şema elbette çok basitleştirilmiş, ancak içinde çoğullama ilkesini dikkate almak oldukça mümkün. Bu, Smolensk PC "Prolog" tarafından üretilen MSTS kontrolörlerinin (teknik araçların mikroişlemci sistemi) analog sinyallerini girmek için kullanılan modülün yaklaşık olarak nasıl oluşturulduğudur. Dış görünüş MCTS denetleyicisi Şekil 9'da gösterilmektedir.

Şekil 9. MSTS denetleyicisi

Bu tür kontrolörlerin üretimi uzun süredir durdurulmuştur, ancak bazı yerlerde en iyisinden uzak, bu kontrolörler hala hizmet vermektedir. Bu müze sergilerinin yerini, çoğunlukla ithal (Çin) olan yeni modellerin kontrolörleri alıyor.

Kontrol cihazı metal bir kabine monte edilmişse koruyucu örgülerin kabin topraklama noktasına bağlanması önerilir. Bağlantı hatlarının uzunluğu, uygun formüller kullanılarak hesaplanan iki kilometreden fazla olabilir. Burada hiçbir şeyi saymayacağız ama inanın bana bu doğru.

Yeni sensörler, yeni kontrolörler

Yeni kontrolörlerin gelmesiyle birlikte HART protokolünü kullanan yeni analog sensörler(Otoyol Adreslenebilir Uzaktan Dönüştürücü), "Otoyol aracılığıyla uzaktan adreslenen ölçüm dönüştürücüsü" anlamına gelir.

Sensörün (saha cihazı) çıkış sinyali, üzerine frekans modülasyonlu (FSK - Frekans Kaydırma Anahtarlama) dijital iletişim sinyalinin eklendiği 4...20 mA aralığında bir analog akım sinyalidir.

Şekil 10. HART Protokolü aracılığıyla Analog Sensör Çıkışı

Şekilde bir analog sinyal gösterilmektedir ve bir sinüs dalgası onun etrafında bir yılan gibi kıvrılmaktadır. Bu frekans modülasyonlu bir sinyaldir. Ancak bu kesinlikle dijital bir sinyal değil; henüz tanınmadı. Şekilde, mantıksal bir sıfır iletirken sinüzoidin frekansının, bir birim iletirken (1,2 KHz) olduğundan daha yüksek olduğu (2,2 KHz) dikkat çekicidir. Bu sinyallerin iletimi, genliği ±0,5 mA olan sinüzoidal şekilli bir akımla gerçekleştirilir.

Sinüzoidal sinyalin ortalama değerinin sıfır olduğu bilinmektedir, bu nedenle dijital bilgilerin iletimi 4...20 mA sensörün çıkış akımını etkilemez. Bu mod sensörleri yapılandırırken kullanılır.

HART iletişimi iki şekilde gerçekleştirilir. İlk durumda, standart olanda, iki telli bir hat üzerinden yalnızca iki cihaz bilgi alışverişinde bulunabilirken, analog çıkış sinyali 4...20 mA ölçülen değere bağlıdır. Bu mod saha cihazlarını (sensörler) yapılandırırken kullanılır.

İkinci durumda, iki telli bir hatta en fazla 15 sensör bağlanabilir; bunların sayısı iletişim hattının parametreleri ve güç kaynağının gücü ile belirlenir. Bu çok noktalı moddur. Bu modda, her sensörün 1...15 aralığında kendi adresi vardır ve kontrol cihazı bu adrese erişim sağlar.

Adresi 0 olan sensörün iletişim hattından bağlantısı kesilir. Çok noktalı modda sensör ile kontrol cihazı arasındaki veri alışverişi yalnızca bir frekans sinyali ile gerçekleştirilir. Sensörün mevcut sinyali istenilen seviyede sabitlenir ve değişmez.

Çok noktalı iletişim durumunda veri, yalnızca izlenen parametrenin gerçek ölçüm sonuçları değil, aynı zamanda her türlü hizmet bilgisinin tamamı anlamına gelir.

Öncelikle bunlar sensör adresleri, kontrol komutları ve konfigürasyon parametreleridir. Ve tüm bu bilgiler iki kablolu iletişim hatları üzerinden iletilir. Onlardan da kurtulmak mümkün mü? Doğru, bu yalnızca kablosuz bağlantının kontrollü sürecin güvenliğini etkileyemediği durumlarda dikkatli bir şekilde yapılmalıdır.

Tellerden kurtulabileceğiniz ortaya çıktı. Zaten 2007 yılında WirelessHART Standardı yayınlandı; iletim ortamı, kablosuz yerel alan ağları da dahil olmak üzere birçok kablosuz bilgisayar cihazının çalıştığı lisanssız 2,4 GHz frekansıdır. Bu nedenle WirelessHART cihazları da herhangi bir kısıtlama olmaksızın kullanılabilir. Şekil 11, WirelessHART kablosuz ağını göstermektedir.

Şekil 11. WirelessHART ağı

Bu teknolojiler eski analog akım döngüsünün yerini almıştır. Ama aynı zamanda konumundan da vazgeçmiyor; mümkün olan her yerde yaygın olarak kullanılıyor.