Strujna petlja je metoda prijenosa informacija pomoću izmjerenih vrijednosti električne struje. Tipično, sustav strujne petlje uključuje senzor (tlak, temperatura, plinovi itd.), odašiljač, prijamnik i analogno-digitalni pretvarač (ADC) ili mikrokontroler (Slika 1).
Riža. 1.
Na izlazu senzora stvara se napon proporcionalan izmjerenom parametru. Odašiljač (strujno pojačalo kontrolirano naponom) pretvara napon sa senzora u odgovarajuću struju od 4 do 20 mA. Na drugom kraju linije, prijemnik (strujno kontrolirano naponsko pojačalo) pretvara struju od 4...20 mA natrag u napon. Analogno-digitalni pretvarač digitalizira izlazni napon prijemnika za kasniju obradu od strane procesora ili mikrokontrolera.
U sustavima sa sučeljem strujne petlje, informacije se prenose pomoću signalno modulirane struje. U strujnoj petlji od 4 ... 20 mA, najmanja vrijednost signala odgovara struji od 4 mA, a najveća - 20 mA. Dakle, cijeli raspon dopuštenih vrijednosti je 16 mA. Struja petlje održava se na 4 mA cijelo vrijeme, tako da će niže razine struje detektirati otvorenu liniju i olakšati dijagnosticiranje ove situacije.
U pravilu se u sustavima industrijske automatizacije senzori nalaze na velikim udaljenostima od središnje upravljačke jedinice, tako da strujna petlja još uvijek nije izgubila na važnosti, budući da je analogno sučelje koje je najotpornije na buku, posebno u usporedbi s metodama prijenosa podataka napona . Potpuniji sustav, uključujući drugu strujnu petlju (na primjer, za upravljanje pogonom), prikazan je na slici 2.
Riža. 2.
Na temelju ove sheme razmotrit ćemo rješenja koja Maxim nudi za njegovu implementaciju.
Operacijsko pojačalo
kao pretvarač napona i struje
Slika 3 prikazuje jednostavnu implementaciju pretvarača napona u struju pomoću operacijskog pojačala (op-amp). MAX9943. Ovo operacijsko pojačalo daje izlaznu struju veću od ±20 mA s naponom napajanja od ±15 V, a također je stabilno s kapacitivnim opterećenjem do 1 nF, što ga čini vrlo prikladnim za korištenje u dugim dalekovodima. Za rad u rasponu izlazne struje od 0...20 mA, moguća je snaga pojačala s jednim napajanjem, budući da MAX9943 osigurava ljuljačku izlaznog napona jednaku naponu napajanja ( rail-to-rail izlaz).
Riža. 3.
U ovom krugu, odnos između ulaznog napona i struje opterećenja opisan je izrazom: V IN = (R2/R1) ¨ R SENSE ¨ I OPTEREĆENJE + V REF. Tipična vrijednost otpora opterećenja može biti nekoliko kOhma. U ovom primjeru: R1 = 1 kOhm; R2 = 10 kOhm; R SENSE = 12,5 ohma; R OPTEREĆENJE = 600 Ohma.
Za pretvorbu ulaznog napona od ±2,5 V u struju od ±20 mA, referentni napon V REF mora biti postavljen na 0 V. Za dobivanje izlazne struje od 4...20 mA od ulaznog napona od 0...2,5 V, pomak mora biti podešen da ostane konstantan na struji linije 4 mA. S V REF = -0,25 V, ulazni napon 0...2,5 V se pretvara u izlaznu struju 2...22 mA. Obično programeri odabiru nešto širi dinamički raspon kako bi omogućili kasniju kalibraciju softvera. Ovisnosti ulaznog napona i izlazne struje prikazane su na slikama 4 i 5.
Riža. 4. Ovisnost I LOAD o V IN za izlaz ±20 mA
Riža. 5. Ovisnost I LOAD o V IN za 4-20mA izlaz
MAX15500 i MAX15501 - Kondicioneri strujne petlje
Krug na slici 3 koji koristi op-pojačala jednostavna je implementacija strujne petlje, što uzrokuje poteškoće s kalibracijom, kao i velike pogreške u prijenosu signala u stvarnim aplikacijama. U praksi, za implementaciju pretvarača napona u struju, preporučljivo je koristiti rješenja s jednim čipom, čiji su tehnički parametri strogo opisani u dokumentaciji.
Riža. 6.
Primjer takvog rješenja je MAX15500/15501, generatori analognog strujnog ili naponskog izlaza programabilni preko SPI sučelja. Ulazni napon za ove pretvarače obično se uzima iz izlaza vanjskog DAC-a. Za MAX15500, raspon ulaznog napona je 0...4,096 V, a za MAX15501 - 0...2,5 V. Softverski je dostupno šest načina rada izlaznog stupnja: ±10 V; 0…5 V; 0…10 V; ±20 mA; 0…20 mA; 4…20 mA. Mikrosklopovi pružaju zaštitu od kratkog spoja; otkrivanje prekida u dalekovodu; zaštita od pregrijavanja i otkrivanje pada napona napajanja ispod praga.
MAX5661 - strujni izlaz DAC
Najintegriranija verzija pretvarača struje je MAX5661. Ovo je jednokanalni 16-bitni DAC s preciznim visokonaponskim pojačalom koje pruža cjelovito rješenje za pretvaranje digitalnog signala iz procesora u programabilni strujni izlaz (0...20 mA ili 4...20 mA) ili industrijski standardni napon ±10 V.
Riža. 7.
Upravljanje i prijenos podataka do DAC-a vrši se preko četverožičnog SPI sučelja. Mikrokrug ima #FAULT izlaz, koji se može koristiti za dijagnosticiranje otvorenog kruga u strujnoj petlji ili kratkog spoja u naponskom izlazu. Treba napomenuti da MAX5661 zahtijeva korištenje vanjskog referentnog napona od 4,096 V. Dokumentacija daje popis preporučenih ultra-preciznih referenci, npr. MAX6341, MAX6133 ili MAX6033. Kako biste brzo svladali sve funkcije MAX5661, nudi se razvojni komplet MAX5661EVCMAXQU+ sa sučeljem za računalo za upravljanje DAC-om pomoću grafičkog sučelja (GUI).
MAX1452 - pretvarač signala senzora
u strujnu petlju
Do sada smo pogledali rješenja prikladna za pretvaranje signala iz mikrokontrolera ili DAC-a, tj. za prijenos upravljačkih signala. Za primanje trenutnog signala od senzora, Maxim nudi mikro krug MAX1452, kombiniranje analognog dijela s op-ampom za generiranje informacijskog signala i digitalnog sklopa koji osigurava kompenzaciju temperaturnog pomaka, podešavanje nultog pomaka i koeficijent prijenosa koji se može programirati pomoću PGA. Svi koeficijenti podešavanja pohranjeni su u ugrađenu EEPROM memoriju kapaciteta 768 bajta.
Slika 8 prikazuje dijagram strujnog kruga za MAX1452 sa strujnim izlazom od 4...20 mA i napajanjem petlje. Tranzistor se koristi za generiranje struje u petlji 2N2222A.
Riža. 8.
HART modem DS8500
HART ( Protokol daljinskog pretvornika koji se može adresirati na autocesti) je digitalni industrijski protokol za prijenos podataka koji vam u pravilu omogućuje konfiguriranje senzora ili dobivanje informacija o njegovom stanju pomoću linije na kojoj je organizirana analogna strujna petlja. Za prijenos digitalnih podataka koristi se FSK-modulirani signal (frekvencijska sklopna modulacija) preko strujne petlje od 4...20 mA (Slika 9). Ova metoda implementacije omogućuje korištenje HART protokola u postojećim sustavima s analognom strujnom petljom.
Riža. 9.
Za organizaciju HART fizičkog sloja (modulacija i demodulacija), Maxim nudi HART modemski čip DS8500, koji omogućuje poludupleksni prijem i prijenos, s “1” moduliranim na frekvenciji od 1,2 kHz, “0” - 2,2 kHz. Funkcionalno se DS8500 sastoji od demodulatora, digitalnog filtra, ADC-a, modulatora i DAC-a (slika 10).
Riža. 10.
Ova arhitektura (s digitalnim filtriranjem i DAC-om koji generira čisti sinusoidalni signal s fazno-kontinuiranim prebacivanjem između frekvencija) osigurava pouzdan prijem signala u bučnim okruženjima.
Zaključak
Maxim nudi cijeli niz rješenja za organiziranje prijenosa podataka pomoću strujne petlje, kako od senzora do središnje upravljačke jedinice, tako i od ove jedinice do izvršnih jedinica. Osim toga, kako bi se proširila funkcionalnost takvog industrijskog sustava, linija Maxim sadrži više od 300 različitih čipova sučelja RS-485/RS-232, MOŽE, LIN.
Književnost
1. "Kako koristiti operacijska pojačala visokog napona i velike struje u sustavima strujne petlje od 4-20 mA", Maurizio Gavardoni, Maxim Engineering Journal br. 68
2. “Analogna strujna petlja - Maximova rješenja”, Anatolij Andrusevič, “Komponente i tehnologije” broj 8 2009
Nižnji Novgorod
Ovaj članak je nastavak serije publikacija u časopisu ISUP posvećenih normizaciji *, **, *** ****. Članak “Pretvaranje sličnog u slično u mjerno-upravljačkim sustavima” (ISUP. 2012. br. 1) posvećen je normizaciji koja unificirane ulazne signale pretvara u unificirane izlazne signale.
Zašto signal 4...20 mA?
Široka distribucija jedinstvenog strujnog signala od 4...20 mA objašnjava se sljedećim razlozima:
- na prijenos strujnih signala ne utječe otpor spojnih žica, stoga su zahtjevi za promjer i duljinu spojnih žica, a time i trošak, smanjeni;
- strujni signal radi na opterećenju niskog otpora (u usporedbi s otporom izvora signala), pa su inducirane elektromagnetske smetnje u strujnim krugovima male u usporedbi sa sličnim krugovima koji koriste naponske signale;
- prekid u prijenosnoj liniji strujnog signala 4...20 mA jasno se i lako utvrđuje mjernim sustavima nultom razinom struje u krugu (u normalnim uvjetima treba biti najmanje 4 mA);
- strujni signal od 4...20 mA omogućuje ne samo prijenos korisnog informacijskog signala, već i osiguranje napajanja samog standardizirajućeg pretvarača: minimalna dopuštena razina od 4 mA dovoljna je za napajanje modernih elektroničkih uređaja.
Karakteristike pretvarača strujne petlje 4…20 mA
Pogledajmo glavne karakteristike i značajke koje treba uzeti u obzir pri odabiru. Kao primjer uzmimo NSSI-GRTP standardizacijske pretvarače koje proizvodi istraživačko-proizvodna tvrtka “KontrAvt” (slika 2).
Riža. 2. Izgled NPSI-GRTP - pretvarača proizvedenih od strane NPF "KontrAvt" s galvanskim odvajanjem 1, 2, 4 kanala strujne petlje
Dizajniran za obavljanje samo dvije glavne funkcije:
- mjerenje aktivnog strujnog signala od 4...20 mA i njegovu pretvorbu u isti aktivni strujni signal od 4...20 mA s faktorom pretvorbe 1 i velikom brzinom;
- galvansko odvajanje ulaznih i izlaznih signala strujne petlje.
Glavna pogreška NPSI-GRTP konverzije je 0,1%, temperaturna stabilnost je 0,005% / °C. Raspon radne temperature - od -40 do +70 °C. Izolacijski napon - 1500 V. Izvedba - 5 ms.
Mogućnosti povezivanja s izvorima aktivnih i pasivnih signala prikazane su na sl. 3 i 4. U potonjem slučaju potreban je dodatni izvor napajanja.
Riža. 3. Spajanje NSSI-GRTP pretvarača na aktivni izvor
Riža. 4. Spajanje NSSI-GRTP pretvarača na pasivni izvor pomoću dodatne jedinice napajanja BP
U mjernim sustavima gdje je potrebno odvojiti ulazne signale, izvor ulaznog signala su u pravilu mjerni senzori (MS), a prijemnici su sekundarni mjerni uređaji (MI) (regulator, regulator, snimač i dr.) .
U sustavima upravljanja gdje je potrebno razdvajanje izlaznih signala, izvori su upravljački uređaji (CD) (regulator, kontroler, snimač i sl.), a prijemnici su aktuatori (CD) sa strujnim upravljanjem (membranski aktuatori (MIM), tiristorski regulatori). , pretvarači frekvencije itd.).
Važno je napomenuti da pretvarač NPSI-GRTP, kojeg proizvodi , ne zahtijeva zasebno napajanje. Napaja se iz aktivnog izvora ulazne struje od 4…20 mA. U ovom slučaju, na izlazu se također generira aktivni signal od 4...20 mA i nije potreban dodatni izvor u izlaznim krugovima. Stoga je rješenje temeljeno na separatorima strujne petlje, koje se koristi u NPSI-GRTP, vrlo ekonomično.
Dostupne su tri modifikacije pretvarača: . Razlikuju se po broju kanala (1, 2, 4, redom) i dizajnu (slika 2). Jednokanalni pretvarač smješten je u malo usko kućište širine samo 8,5 mm (dimenzije 91,5 × 62,5 × 8,5 mm), dvokanalni i četverokanalni u kućište širine 22,5 mm (dimenzije 115 × 105 × 22,5 mm). Pretvarači s galvanskom izolacijom koriste se u sustavima s desecima i stotinama signala, pa postavljanje tolikog broja pretvornika u strukturne ljuske (ormare) postaje veliki problem. Ključni faktor ovdje je širina jednog kanala za konverziju duž DIN tračnice. u 1-, 2- i 4-kanalnoj verziji imaju izuzetno malu “širinu kanala”: 8,5, 11,25 odnosno 5,63 mm.
Treba napomenuti da su u višekanalnim modifikacijama NSSI-GRPT2 i NSSI-GRTP4 svi kanali potpuno nepovezani. S ove točke gledišta, izvedba jednog od kanala ni na koji način ne utječe na rad drugih kanala. Zato jedan od argumenata protiv višekanalnih pretvarača - "jedan kanal izgori, a cijeli višekanalni uređaj prestaje raditi, a to oštro smanjuje sigurnost i stabilnost sustava" - ne funkcionira. Ali tako važno pozitivno svojstvo višekanalnih sustava kao niža "cijena kanala" u potpunosti se očituje. Dvokanalne i četverokanalne modifikacije pretvarača opremljene su vijčanim odvojivim konektorima koji olakšavaju njihovu ugradnju, održavanje i popravak (zamjenu).
U nizu zadataka potrebno je napajati signal 4...20 mA na nekoliko galvanski odvojenih prijemnika. U tu svrhu možete koristiti i jednokanalne pretvarače NSSI-GRTP1 i višekanalne pretvarače NSSI-GRTP2 i NPSI-GRTP4. Dijagrami povezivanja prikazani su na sl. 5.
Riža. 5. Upotreba jednokanalnih i dvokanalnih pretvarača za množenje signala "1 na 2"
Radi lakšeg postavljanja i održavanja, spajanje vanjskih priključaka u jednokanalnoj izvedbi izvedeno je opružnim steznim spojnicama, au dvokanalnim i četverokanalnim - rastavljivim vijčanim spojnicama.
Riža. 6. Spajanje vanjskih vodova pomoću odvojivih terminalnih konektora
Dakle, nova linija pretvarača za odvajanje strujne petlje od 4 ... 20 mA, koju je predstavio NPF "KontrAvt", može se sasvim razumno nazvati kompaktnim i ekonomičnim rješenjem, sposobnim se natjecati u pogledu karakteristika s odgovarajućim uvoznim analozima. Pretvarači su predviđeni za probni rad, pa korisnik ima priliku isprobati uređaje u radu, procijeniti njihove karakteristike i donijeti informiranu odluku o svrhovitosti njihove uporabe.
____________________________
]; kasnije, od 1962., sučelje sa strujom od 20 mA postalo je široko rasprostranjeno, uglavnom u teletype strojevima. U 1980-ima, "strujna petlja" od 4...20 mA počela se naširoko koristiti u različitoj tehnološkoj opremi, senzorima i aktuatorima opreme za automatizaciju. Popularnost "strujne petlje" počela je padati nakon pojave standarda za RS-485 sučelje (1983.) i trenutno se praktički ne koristi u novoj opremi.
Odašiljač strujne petlje ne koristi izvor napona, kao u RS-485 sučelju, već izvor struje. Prema definiciji, struja koja teče iz izvora struje neovisna je o parametrima opterećenja. Stoga struja teče u "strujnoj petlji", neovisno o otporu kabela, otporu opterećenja itd. d.s. induktivne smetnje (slika 2.10), kao i od napona napajanja strujnog izvora (vidi sliku 2.11). Struja u petlji može se promijeniti samo zbog propuštanja kabela, koja su vrlo mala.
Ovo svojstvo strujne petlje je temeljno i određuje sve mogućnosti njegove primjene. Kapacitivno spajanje, npr. d.s. koji se primjenjuje ne u seriji s izvorom struje, već paralelno s njim, ne može se oslabiti u "strujnoj petlji" i treba se koristiti oklopom za njegovo suzbijanje (za više informacija o borbi protiv smetnji, pogledajte odjeljak 3).
Prijenosna linija je obično oklopljeni kabel s upredenom paricom, koji, zajedno s diferencijalnim prijamnikom, pomaže u smanjenju induktivnih i zajedničkih smetnji.
Na prijemnom kraju, struja petlje se pretvara u napon pomoću kalibriranog otpora. Pri struji od 20 mA, za dobivanje standardnog napona od 2,5 V, 5 V ili 10 V, koristite otpornik s otporom od 125 ohma, 250 ohma ili 500 ohma.
Glavni nedostatak "strujne petlje" je njegova fundamentalno niska izvedba, koja je ograničena brzinom kojom se kapacitivnost kabela puni iz izvora struje. Na primjer, s tipičnim linearnim kapacitetom kabela od 75 pF/m i duljinom od 1 km, kapacitet kabela bit će 75 nF. Za punjenje takvog kapaciteta iz izvora struje od 20 mA na napon od 5 V potrebno je vrijeme od 19 μs, što odgovara brzini prijenosa od oko 9 kbit/s. Na sl. Na slici 2.12 prikazana je ovisnost maksimalne brzine prijenosa o duljini kabela pri različitim razinama izobličenja (jitter), što je procijenjeno na isti način kao i za RS-485 sučelje [optički].
Drugi nedostatak "strujne petlje", koji ograničava njegovu praktičnu upotrebu, je nedostatak standarda za dizajn konektora i električnih parametara, iako su zapravo rasponi strujnih signala 0...20 mA i 4... 20 mA postali su općeprihvaćeni; 0...60 mA koristi se mnogo rjeđe. U budućem razvoju preporuča se koristiti samo raspon od 4...20 mA, jer pruža mogućnost dijagnosticiranja prekida linije (vidi odjeljak
Nižnji Novgorod
Ovaj članak je nastavak serije publikacija u časopisu ISUP posvećenih normizaciji *, **, *** ****. Članak “Pretvaranje sličnog u slično u mjerno-upravljačkim sustavima” (ISUP. 2012. br. 1) posvećen je normizaciji koja unificirane ulazne signale pretvara u unificirane izlazne signale.
Zašto signal 4...20 mA?
Široka distribucija jedinstvenog strujnog signala od 4...20 mA objašnjava se sljedećim razlozima:
- na prijenos strujnih signala ne utječe otpor spojnih žica, stoga su zahtjevi za promjer i duljinu spojnih žica, a time i trošak, smanjeni;
- strujni signal radi na opterećenju niskog otpora (u usporedbi s otporom izvora signala), pa su inducirane elektromagnetske smetnje u strujnim krugovima male u usporedbi sa sličnim krugovima koji koriste naponske signale;
- prekid u prijenosnoj liniji strujnog signala 4...20 mA jasno se i lako utvrđuje mjernim sustavima nultom razinom struje u krugu (u normalnim uvjetima treba biti najmanje 4 mA);
- strujni signal od 4...20 mA omogućuje ne samo prijenos korisnog informacijskog signala, već i osiguranje napajanja samog standardizirajućeg pretvarača: minimalna dopuštena razina od 4 mA dovoljna je za napajanje modernih elektroničkih uređaja.
Karakteristike pretvarača strujne petlje 4…20 mA
Pogledajmo glavne karakteristike i značajke koje treba uzeti u obzir pri odabiru. Kao primjer uzmimo NSSI-GRTP standardizacijske pretvarače koje proizvodi istraživačko-proizvodna tvrtka “KontrAvt” (slika 2).
Riža. 2. Izgled NPSI-GRTP - pretvarača proizvedenih od strane NPF "KontrAvt" s galvanskim odvajanjem 1, 2, 4 kanala strujne petlje
Dizajniran za obavljanje samo dvije glavne funkcije:
- mjerenje aktivnog strujnog signala od 4...20 mA i njegovu pretvorbu u isti aktivni strujni signal od 4...20 mA s faktorom pretvorbe 1 i velikom brzinom;
- galvansko odvajanje ulaznih i izlaznih signala strujne petlje.
Glavna pogreška NPSI-GRTP konverzije je 0,1%, temperaturna stabilnost je 0,005% / °C. Raspon radne temperature - od -40 do +70 °C. Izolacijski napon - 1500 V. Izvedba - 5 ms.
Mogućnosti povezivanja s izvorima aktivnih i pasivnih signala prikazane su na sl. 3 i 4. U potonjem slučaju potreban je dodatni izvor napajanja.
Riža. 3. Spajanje NSSI-GRTP pretvarača na aktivni izvor
Riža. 4. Spajanje NSSI-GRTP pretvarača na pasivni izvor pomoću dodatne jedinice napajanja BP
U mjernim sustavima gdje je potrebno odvojiti ulazne signale, izvor ulaznog signala su u pravilu mjerni senzori (MS), a prijemnici su sekundarni mjerni uređaji (MI) (regulator, regulator, snimač i dr.) .
U sustavima upravljanja gdje je potrebno razdvajanje izlaznih signala, izvori su upravljački uređaji (CD) (regulator, kontroler, snimač i sl.), a prijemnici su aktuatori (CD) sa strujnim upravljanjem (membranski aktuatori (MIM), tiristorski regulatori). , pretvarači frekvencije itd.).
Važno je napomenuti da pretvarač NPSI-GRTP, kojeg proizvodi , ne zahtijeva zasebno napajanje. Napaja se iz aktivnog izvora ulazne struje od 4…20 mA. U ovom slučaju, na izlazu se također generira aktivni signal od 4...20 mA i nije potreban dodatni izvor u izlaznim krugovima. Stoga je rješenje temeljeno na separatorima strujne petlje, koje se koristi u NPSI-GRTP, vrlo ekonomično.
Dostupne su tri modifikacije pretvarača: . Razlikuju se po broju kanala (1, 2, 4, redom) i dizajnu (slika 2). Jednokanalni pretvarač smješten je u malo usko kućište širine samo 8,5 mm (dimenzije 91,5 × 62,5 × 8,5 mm), dvokanalni i četverokanalni u kućište širine 22,5 mm (dimenzije 115 × 105 × 22,5 mm). Pretvarači s galvanskom izolacijom koriste se u sustavima s desecima i stotinama signala, pa postavljanje tolikog broja pretvornika u strukturne ljuske (ormare) postaje veliki problem. Ključni faktor ovdje je širina jednog kanala za konverziju duž DIN tračnice. u 1-, 2- i 4-kanalnoj verziji imaju izuzetno malu “širinu kanala”: 8,5, 11,25 odnosno 5,63 mm.
Treba napomenuti da su u višekanalnim modifikacijama NSSI-GRPT2 i NSSI-GRTP4 svi kanali potpuno nepovezani. S ove točke gledišta, izvedba jednog od kanala ni na koji način ne utječe na rad drugih kanala. Zato jedan od argumenata protiv višekanalnih pretvarača - "jedan kanal izgori, a cijeli višekanalni uređaj prestaje raditi, a to oštro smanjuje sigurnost i stabilnost sustava" - ne funkcionira. Ali tako važno pozitivno svojstvo višekanalnih sustava kao niža "cijena kanala" u potpunosti se očituje. Dvokanalne i četverokanalne modifikacije pretvarača opremljene su vijčanim odvojivim konektorima koji olakšavaju njihovu ugradnju, održavanje i popravak (zamjenu).
U nizu zadataka potrebno je napajati signal 4...20 mA na nekoliko galvanski odvojenih prijemnika. U tu svrhu možete koristiti i jednokanalne pretvarače NSSI-GRTP1 i višekanalne pretvarače NSSI-GRTP2 i NPSI-GRTP4. Dijagrami povezivanja prikazani su na sl. 5.
Riža. 5. Upotreba jednokanalnih i dvokanalnih pretvarača za množenje signala "1 na 2"
Radi lakšeg postavljanja i održavanja, spajanje vanjskih priključaka u jednokanalnoj izvedbi izvedeno je opružnim steznim spojnicama, au dvokanalnim i četverokanalnim - rastavljivim vijčanim spojnicama.
Riža. 6. Spajanje vanjskih vodova pomoću odvojivih terminalnih konektora
Dakle, nova linija pretvarača za odvajanje strujne petlje od 4 ... 20 mA, koju je predstavio NPF "KontrAvt", može se sasvim razumno nazvati kompaktnim i ekonomičnim rješenjem, sposobnim se natjecati u pogledu karakteristika s odgovarajućim uvoznim analozima. Pretvarači su predviđeni za probni rad, pa korisnik ima priliku isprobati uređaje u radu, procijeniti njihove karakteristike i donijeti informiranu odluku o svrhovitosti njihove uporabe.
____________________________
Pri automatizaciji tehnoloških procesa koriste se različiti senzori i aktuatori. Oba su na ovaj ili onaj način povezana s kontrolerima ili ulazno/izlaznim modulima, koji primaju izmjerene vrijednosti fizičkih parametara od senzora i upravljačkih aktuatora.
Zamislite da svi uređaji spojeni na kontroler imaju različita sučelja - tada bi proizvođači morali proizvoditi ogroman broj ulazno/izlaznih modula, a da bi zamijenili npr. neispravan senzor, morali bi tražiti potpuno isti .
Zbog toga je u sustavima industrijske automatizacije uobičajeno unificirati sučelja različitih uređaja.
U ovom ćemo članku govoriti o objedinjenim analognim signalima. Ići!
Objedinjeni analogni signali
Analognim signalima bavimo se pri mjerenju bilo kojih fizikalnih veličina (temperatura, vlaga, tlak itd.), kao i tijekom kontinuiranog upravljanja aktuatorima (regulacija brzine motora pomoću pretvarača frekvencije; kontrola temperature pomoću grijača itd.). ).
U svim navedenim i sličnim slučajevima koriste se analogni (kontinuirani) signali.
U opremi regulatora, u velikoj većini slučajeva, koriste se dvije vrste analognih signala: strujni 4-20 mA i naponski signal 0-10 V.
Unificirani naponski signal 0-10 V
Kada se koristi ova vrsta signala za dobivanje informacija od senzora, cijeli njegov (senzorski) raspon je podijeljen u raspon napona od 0-10 V. Na primjer, temperaturni senzor ima raspone od -10...+70 °C. Tada će na -10 °C izlaz senzora biti 0 V, a na +70 °C - 10 V. Sve međuvrijednosti nalaze se iz omjera.
Isto vrijedi i za bilo koji drugi uređaj. Na primjer, ako je analogni izlaz frekvencijskog pretvarača konfiguriran za prijenos trenutne brzine vrtnje motora, tada 0 V na njegovom izlazu znači da je motor zaustavljen, a 10 V znači da se motor vrti maksimalnom frekvencijom.
Kontrola signala 0-10V
Pomoću objedinjenog naponskog signala ne samo da možete dobiti podatke o fizičkim veličinama, već i upravljati uređajima. Na primjer, možete ga dovesti u željeni položaj, promijeniti brzinu vrtnje elektromotora pomoću pretvarača frekvencije ili snagu grijača.
Uzmimo, na primjer, električni motor čijom brzinom vrtnje upravlja frekvencijski pretvarač.
Brzina vrtnje motora postavlja se pomoću signala 0-10 V koji dolazi na analogni ulaz frekvencijskog pretvarača. Frekvencija vrtnje motora može biti od 0 do 50 Hz. Zatim, ako će regulator, u skladu s algoritmom, okretati motor na 25 Hz, mora dostaviti 5 V na ulaz frekvencijskog pretvarača.
"Strujna petlja": jedinstveni analogni signal 4-20 mA
Analogni signal od 4-20 mA (koji se naziva i "strujna petlja"), kao i naponski signal od 0-10 V, koristi se u automatizaciji za primanje informacija od senzora i upravljanje različitim uređajima.
U usporedbi sa signalom 0-10 V, signal 4-20 mA ima nekoliko prednosti:
- Prvo, trenutni signal može se prenijeti na veće udaljenosti u usporedbi sa signalom 0-10 V, koji doživljava pad napona preko dugog voda zbog otpora vodiča.
- Drugo, lako je dijagnosticirati isprekidanu liniju, jer radni raspon signala počinje od 4 mA. Stoga, ako je ulaz 0 mA, to znači da postoji prekid u liniji.
Kontrola signala 4-20 mA
Upravljanje različitim uređajima pomoću strujnog signala ne razlikuje se od upravljanja pomoću naponskog signala. Samo u ovom slučaju ne treba vam izvor napona, već struje.
Ako uređaj ima upravljački ulaz 4-20 mA, tada se takvim uređajem može upravljati pomoću kontrolera ili drugog inteligentnog uređaja koji ima odgovarajući izlaz.
Na primjer, želimo glatko otvoriti ventil koji ima električni pogon s ulazom od 4-20 mA. Ako na ulazu dovedete strujni signal od 4 mA, tada će ventil biti potpuno zatvoren, a ako dovedete 20 mA, bit će potpuno otvoren.
Aktivni i pasivni analogni izlaz 4-20 mA
Često je analogni izlaz senzora, kontrolera ili drugog uređaja pasivan, odnosno ne može biti izvor struje bez vanjskog napajanja. Stoga, prilikom projektiranja kruga automatizacije, morate pažljivo proučiti karakteristike analognih izlaza korištenih uređaja, a ako su pasivni, dodajte vanjski izvor napajanja u krug kako biste impregnirali strujnu petlju.
Na slici je prikazan dijagram spajanja senzora s izlazom 4-20 mA na mjerač-regulator s pripadajućim ulazom. Budući da je izlaz senzora pasivan, zahtijeva impregnaciju s vanjskim napajanjem.
Prilikom mjerenja fizičke veličine (temperatura, vlažnost, kontaminacija plinom, pH itd.), senzori pretvaraju njezinu vrijednost u struju, napon, otpor, kapacitet itd. (ovisno o principu rada senzora). Kako bi se izlazni signal senzora doveo do jedinstvenog signala, koriste se normalizirajući pretvarači.
Normalizirajući pretvarač je uređaj koji pretvara signal primarnog pretvarača u jedinstveni strujni ili naponski signal.
Ovako izgleda temperaturni senzor s normalizirajućim pretvaračem:
