Segnali analogici unificati nei sistemi di automazione

Quando creiamo un sistema di automazione per un determinato processo tecnologico, dobbiamo in qualche modo collegare sensori e altri dispositivi di segnale - con attuatori, con convertitori, con controller, ecc. Questi ultimi, di norma, ricevono un segnale dal sensore nella forma di una tensione o corrente di una certa entità (nel caso di segnali analogici), o sotto forma di impulsi con determinati parametri temporali (nel caso di segnali digitali).

I parametri di questi segnali elettrici devono corrispondere in qualche modo molto definito ai parametri della grandezza fisica che il sensore fissa, in modo che il controllo del dispositivo finale sia adeguato al compito dell'automazione.

Naturalmente, è più conveniente unificare i segnali analogici provenienti da diversi sensori, in modo che i controller acquisiscano flessibilità, in modo che l'utente non debba scegliere il proprio tipo di interfaccia individuale per ciascun sensore e il proprio sensore per ciascuna interfaccia.

Lascia che la natura dei segnali di ingresso-uscita diventi unificata, hanno deciso gli sviluppatori, poiché con questo approccio lo sviluppo di sistemi di automazione e blocchi di automazione per l'industria sarà notevolmente semplificato e la risoluzione dei problemi, la manutenzione e la modernizzazione delle apparecchiature diventeranno molto più semplici e flessibili. Anche se un sensore si guasta, non è necessario cercare esattamente lo stesso, sarà sufficiente scegliere un analogo con i corrispondenti segnali di uscita.

Misure di temperatura ambiente, velocità del motore, pressione del fluido, stress meccanico del campione, umidità dell'aria, ecc. — sono spesso eseguiti elaborando segnali analogici continui ricevuti dai relativi sensori, mentre il funzionamento continuo del dispositivo collegato viene corretto automaticamente: elemento riscaldante, convertitore di frequenza, pompa, pressa, ecc.

Il segnale analogico più comune è un segnale di tensione compreso tra 0 e 10 V o un segnale di corrente compreso tra 4 e 20 mA.

Controllo della tensione da 0 a 10 V

Quando viene utilizzato un segnale di tensione unificato da 0 a 10 V, questa sequenza continua di tensioni da 0 a 10 V è associata a una serie di grandezze fisiche misurate, come la pressione o la temperatura.

Supponiamo che la temperatura cambi da -30 a +125°C mentre la tensione passi da 0 a 10V, con 0 volt corrispondenti a una temperatura di -30°C e 10 volt a +125°C. Questa potrebbe essere la temperatura del reagente o il pezzo in lavorazione, e i valori di temperatura intermedi avranno valori di tensione rigorosamente definiti dell'intervallo specificato. Qui la relazione non è necessariamente lineare.

In questo modo è possibile controllare vari dispositivi oltre che ottenere informazioni di monitoraggio. Ad esempio, un radiatore con sensore termico ha un'uscita analogica per visualizzare la temperatura corrente: 0 V — la temperatura della superficie del radiatore è + 25 ° C o inferiore, 10 V — la temperatura ha raggiunto + 125 ° C — il massimo consentito.

Oppure applicando una tensione da 0 a 10 V dal controller all'ingresso analogico della pompa, regoliamo la pressione del gas nel contenitore: 0 V — la pressione è uguale a quella atmosferica, 5 V — la pressione è 2 atm, 10 V — 4 atm Allo stesso modo, è possibile controllare dispositivi di riscaldamento, macchine per il taglio dei metalli, valvole e altri raccordi e attuatori per vari scopi.

Controllo della corrente (loop di corrente da 4 a 20 mA)

Il secondo tipo di segnale analogico unificato per il controllo dell'automazione è un segnale di corrente 4-20 mA chiamato «loop di corrente». Questo segnale viene utilizzato anche per ricevere segnali da vari sensori per controllare gli azionamenti.

A differenza di un segnale di tensione, la natura attuale del segnale consente di trasmetterlo senza distorsioni su distanze molto maggiori, poiché le cadute di tensione di linea e le resistenze vengono compensate automaticamente. Inoltre, è molto facile diagnosticare l'integrità dei circuiti di trasmissione: se c'è corrente, la linea è intatta, se non c'è corrente, c'è un circuito aperto. Per questo motivo il valore minimo è 4 mA, non 0 mA.

Quindi qui viene utilizzata una sorgente di corrente come sorgente di alimentazione per il segnale di controllo e non una sorgente di tensione. Di conseguenza, il controller dell'azionamento deve avere un ingresso di corrente 4-20 mA e il trasduttore del sensore deve avere un'uscita di corrente.Supponiamo che il convertitore di frequenza abbia un ingresso di corrente di controllo di 4-20 mA, quindi quando viene applicato un segnale di 4 mA o inferiore all'ingresso, l'azionamento controllato si arresterà e quando viene applicata una corrente di 20 mA, accelererà fino a piena velocità.

Nel frattempo, le uscite del sensore di corrente possono essere sia attive che passive. Nella maggior parte dei casi, le uscite sono passive, il che significa che è necessaria un'alimentazione aggiuntiva, che è collegata in serie con il sensore e il controller dell'azionamento. Un sensore o controller con un'uscita attiva non richiede alimentazione poiché è integrato.

Il loop di corrente analogico è oggi più comunemente utilizzato nell'ingegneria rispetto ai segnali di tensione. Può essere utilizzato a distanze fino a diversi chilometri. Per proteggere l'apparecchiatura, viene utilizzato l'isolamento galvanico di dispositivi optoelettronici come optoaccoppiatori. A causa dell'imperfezione della sorgente di corrente, la lunghezza massima consentita della linea (e la massima resistenza di linea) dipende dalla tensione da cui viene fornita la sorgente di corrente.

Ad esempio, con una tensione di alimentazione tipica di 12 volt, la resistenza non deve superare i 600 ohm. Gli intervalli di correnti e tensioni sono descritti in GOST 26.011-80 «Misure e automazione. Ingresso e uscita di corrente e tensione elettrica continua».

Strumento di unificazione del segnale primario - Convertitore di normalizzazione

Per unificare il segnale primario del sensore - per convertirlo in una tensione da 0 a 10 V o in una corrente da 4 a 20 mA, il cosiddetto convertitori di normalizzazione… Questi convertitori standardizzatori sono disponibili per temperatura, umidità, pressione, peso, ecc.

Il principio di funzionamento del sensore può essere diverso: capacitivo, induttivo, resistivo, termocoppia, ecc. Tuttavia, per comodità nell'ulteriore elaborazione del segnale, l'uscita deve soddisfare i requisiti di unificazione. Ecco perché i sensori sono spesso dotati di convertitori standard del valore misurato in corrente o tensione.