Senyals analògics unificats en sistemes d'automatització

Quan creem un sistema d'automatització per a un procés tecnològic determinat, d'alguna manera hem de connectar sensors i altres dispositius de senyal: amb actuadors, amb convertidors, amb controladors, etc. Aquests últims, per regla general, reben un senyal del sensor en forma d'una tensió o corrent de certa magnitud (en el cas de senyals analògics), o en forma de polsos amb determinats paràmetres de temps (en el cas de senyals digitals).

Els paràmetres d'aquests senyals elèctrics han de correspondre d'alguna manera molt definida als paràmetres de la magnitud física que fixa el sensor, de manera que el control del dispositiu final sigui adequat a la tasca d'automatització.

Per descomptat, el més convenient és unificar els senyals analògics de diferents sensors, de manera que els controladors guanyin flexibilitat, de manera que l'usuari no hagi de triar el seu tipus d'interfície individual per a cada sensor i el seu propi sensor per a cada interfície.

Els desenvolupadors van decidir que la naturalesa dels senyals d'entrada-sortida s'unifiqui, ja que amb aquest enfocament es simplificarà molt el desenvolupament de sistemes d'automatització i blocs d'automatització per a la indústria, i la resolució de problemes, el manteniment i la modernització dels equips seran molt més fàcils i flexibles. Fins i tot si falla un sensor, no cal que cerqueu el mateix, n'hi haurà prou amb triar un analògic amb els senyals de sortida corresponents.

Mesures de temperatura ambient, velocitat del motor, pressió del fluid, tensió mecànica de la mostra, humitat de l'aire, etc. — Sovint es realitzen processant senyals analògics continus rebuts dels sensors pertinents, mentre que el funcionament continu del dispositiu connectat es corregeix automàticament: element de calefacció, convertidor de freqüència, bomba, premsa, etc.

El senyal analògic més comú és un senyal de tensió que va de 0 a 10 V o un senyal de corrent que va de 4 a 20 mA.

Control de tensió de 0 a 10 V

Quan s'utilitza un senyal de tensió unificat de 0 a 10 V, aquesta seqüència contínua de voltatges de 0 a 10 V s'associa amb una sèrie de magnituds físiques mesurades, com ara la pressió o la temperatura.

Suposem que la temperatura canvia de -30 a +125 °C mentre que la tensió canvia de 0 a 10 V, amb 0 volts corresponents a una temperatura de -30 °C i 10 volts a +125 °C. Aquesta podria ser la temperatura del reactiu o la peça de treball, i els valors de temperatura intermèdia tindran valors de tensió estrictament definits del rang especificat. Aquí la relació no és necessàriament lineal.

D'aquesta manera, és possible controlar diversos dispositius així com obtenir informació de seguiment. Per exemple, un radiador amb un sensor tèrmic té una sortida analògica per mostrar la temperatura actual: 0 V — la temperatura de la superfície del radiador és de + 25 ° C o inferior, 10 V — la temperatura ha arribat a + 125 ° C — el màxim admissible.

O aplicant una tensió de 0 a 10 V des del controlador a l'entrada analògica de la bomba, ajustem la pressió del gas al recipient: 0 V - la pressió és igual a l'atmosfèrica, 5 V - la pressió és de 2 atm, 10 V — 4 atm. De manera similar, podeu controlar dispositius de calefacció, màquines de tall de metalls, vàlvules i altres accessoris i actuadors per a diversos propòsits.

Control de corrent (bucle de corrent de 4 a 20 mA)

El segon tipus de senyal analògic unificat per al control d'automatització és un senyal de corrent de 4-20 mA anomenat "bucle de corrent". Aquest senyal també s'utilitza per rebre senyals de diversos sensors per tal de controlar les unitats.

A diferència d'un senyal de tensió, la naturalesa actual del senyal permet que es transmeti sense distorsió a distàncies molt més grans, ja que les caigudes de tensió de línia i les resistències es compensen automàticament. A més, és molt fàcil diagnosticar la integritat dels circuits de transmissió: si hi ha corrent, la línia està intacta, si no hi ha corrent, hi ha un circuit obert. Per aquest motiu, el valor més petit és 4 mA, no 0 mA.

Així que aquí s'utilitza una font de corrent com a font d'alimentació per al senyal de control i no una font de tensió. En conseqüència, el controlador de la unitat ha de tenir una entrada de corrent de 4-20 mA i el transductor del sensor ha de tenir una sortida de corrent.Suposem que el convertidor de freqüència té una entrada de corrent de control de 4-20 mA, aleshores quan s'aplica un senyal de 4 mA o menys a l'entrada, el variador controlat s'aturarà i, quan s'aplica un corrent de 20 mA, s'accelerarà a tota velocitat.

Mentrestant, les sortides del sensor actual poden ser actives i passives. Molt sovint, les sortides són passives, la qual cosa significa que es requereix una font d'alimentació addicional, que es connecta en sèrie amb el sensor i el controlador de la unitat. Un sensor o controlador amb una sortida activa no requereix font d'alimentació ja que està integrat.

El bucle de corrent analògic s'utilitza més habitualment en enginyeria avui que els senyals de tensió. Es pot utilitzar a distàncies de fins a diversos quilòmetres. Per protegir l'equip, s'utilitza l'aïllament galvànic de dispositius optoelectrònics com ara optoacobladors. A causa de la imperfecció de la font de corrent, la longitud de línia màxima permesa (i la resistència de línia màxima) depèn de la tensió des de la qual es subministra la font de corrent.

Per exemple, amb una tensió d'alimentació típica de 12 volts, la resistència no hauria de superar els 600 ohms. Els rangs de corrents i tensions es descriuen a GOST 26.011-80 «Mesures i automatització. Entrada i sortida de corrent i tensió elèctrica contínua».

Eina d'unificació del senyal principal: convertidor de normalització

Per unificar el senyal primari del sensor, per convertir-lo en una tensió de 0 a 10 V o en un corrent de 4 a 20 mA, l'anomenat convertidors normalitzadors… Aquests convertidors estandarditzadors estan disponibles per a temperatura, humitat, pressió, pes, etc.

El principi de funcionament del sensor pot ser diferent: capacitiu, inductiu, resistiu, termopar, etc. Tanmateix, per facilitar el processament posterior del senyal, la sortida ha de complir els requisits d'unificació. És per això que els sensors solen estar equipats amb convertidors estàndard del valor mesurat en corrent o tensió.