Unifikuoti analoginiai signalai automatikos sistemose. Signalai ir standartai Gaukite 4,20 mA išvesties signalą

Srovės kilpa yra informacijos perdavimo būdas naudojant išmatuotas elektros srovės vertes. Paprastai srovės kilpos sistemą sudaro jutiklis (slėgis, temperatūra, dujos ir kt.), siųstuvas, imtuvas ir analoginis-skaitmeninis keitiklis (ADC) arba mikrovaldiklis (1 pav.).

Ryžiai. 1.

Jutiklio išėjime generuojama išmatuotam parametrui proporcinga įtampa. Siųstuvas (įtampa valdomas srovės stiprintuvas) konvertuoja įtampą iš jutiklio į atitinkamą srovę nuo 4 iki 20 mA. Kitame linijos gale imtuvas (srovės valdomas įtampos stiprintuvas) 4...20 mA srovę paverčia atgal į įtampą. Analoginis-skaitmeninis keitiklis suskaitmenina imtuvo išėjimo įtampą, kad vėliau ją apdorotų procesorius arba mikrovaldiklis.

Sistemose su srovės kilpos sąsaja informacija perduodama naudojant signalu moduliuojamą srovę. 4...20 mA srovės kilpoje mažiausia signalo reikšmė atitinka 4 mA srovę, o didžiausia - 20 mA. Taigi visas leistinų verčių diapazonas yra 16 mA. Kilpos srovė nuolat palaikoma 4 mA, todėl mažesni srovės lygiai aptiks atvirą liniją ir palengvins šią situaciją.

Paprastai pramoninėse automatikos sistemose jutikliai yra dideliais atstumais nuo centrinio valdymo bloko, todėl srovės kilpa vis dar neprarado savo aktualumo, nes tai yra labiausiai triukšmui atspari analoginė sąsaja, ypač lyginant su įtampos duomenų perdavimo būdais. . Išsamesnė sistema, įskaitant antrą srovės kilpą (pavyzdžiui, pavarai valdyti), parodyta 2 paveiksle.

Ryžiai. 2.

Remdamiesi šia schema, mes apsvarstysime sprendimus, kuriuos Maxim siūlo jos įgyvendinimui.

Operacinis stiprintuvas
kaip įtampos-srovės keitiklis

3 paveiksle parodytas paprastas įtampos ir srovės keitiklio įgyvendinimas naudojant operacinį stiprintuvą (operacinį stiprintuvą). MAX9943.Šis operatyvinis stiprintuvas užtikrina didesnę nei ±20 mA išėjimo srovę, kai maitinimo įtampa yra ±15 V, taip pat yra stabilus esant iki 1 nF talpinei apkrovai, todėl jis labai tinkamas naudoti ilgose perdavimo linijose. Norint dirbti 0...20 mA išėjimo srovės diapazone, galima vieno maitinimo stiprintuvo galia, nes MAX9943 užtikrina išėjimo įtampos svyravimą, lygų maitinimo įtampai ( išėjimas nuo bėgių iki bėgių).

Ryžiai. 3.

Šioje grandinėje ryšys tarp įėjimo įtampos ir apkrovos srovės apibūdinamas išraiška: V IN = (R2/R1) ґ R SENSE ґ I LOAD + V REF. Tipinė apkrovos pasipriešinimo vertė gali būti keli kOhm Šiame pavyzdyje: R1 = 1 kOhm; R2 = 10 kOhm; R SENSE = 12,5 omo; R APkrova = 600 omų.

Norint konvertuoti ±2,5 V įėjimo įtampą į ±20 mA srovę, etaloninė įtampa V REF turi būti nustatyta į 0 V. Norint gauti 4...20 mA išėjimo srovę iš 0...2,5 V įvesties įtampos, poslinkis turi būti nustatytas taip, kad 4 mA linijos srovėje išliktų pastovi. Kai V REF = -0,25 V, įėjimo įtampa 0...2,5 V paverčiama 2...22 mA išėjimo srove. Paprastai kūrėjai pasirenka šiek tiek platesnį dinaminį diapazoną, kad vėliau būtų galima kalibruoti programinę įrangą. Įėjimo įtampos ir išėjimo srovės priklausomybės parodytos 4 ir 5 paveiksluose.

Ryžiai. 4. I LOAD priklausomybė nuo V IN ±20 mA išėjimui

Ryžiai. 5. I LOAD priklausomybė nuo V IN 4-20 mA išvesties

MAX15500 ir MAX15501 – srovės kilpos kondicionieriai

3 paveiksle pavaizduota grandinė, naudojanti operacinius stiprintuvus, yra paprastas srovės kilpos įgyvendinimas, dėl kurio kyla kalibravimo sunkumų ir didelių signalo perdavimo klaidų realiose programose. Praktikoje, norint įdiegti įtampos-srovės keitiklį, patartina naudoti vieno lusto sprendimus, kurių techniniai parametrai yra griežtai aprašyti dokumentacijoje.

Ryžiai. 6.

Tokio sprendimo pavyzdys yra MAX15500/15501, analoginės srovės išėjimo arba įtampos išėjimo generatoriai, programuojami per SPI sąsają. Šių keitiklių įvesties įtampa paprastai paimama iš išorinio DAC išvesties. MAX15500 įėjimo įtampos diapazonas yra 0...4,096 V, o MAX15501 - 0...2,5 V. Programinėje įrangoje galimi šeši išėjimo pakopos darbo režimai: ±10 V; 0…5 V; 0…10 V; ±20 mA; 0…20 mA; 4…20 mA. Mikroschemos užtikrina trumpojo jungimo apsaugą; perdavimo linijos trūkio aptikimas; apsauga nuo perkaitimo ir maitinimo įtampos kritimo žemiau slenksčio aptikimas.

MAX5661 – srovės išvestis DAC

Labiausiai integruota srovės išvesties keitiklio versija yra MAX5661. Tai vieno kanalo 16 bitų DAC su precizišku aukštos įtampos stiprintuvu, kuris suteikia pilną sprendimą konvertuoti skaitmeninį signalą iš procesoriaus į programuojamą srovės išvestį (0...20 mA arba 4...20 mA) arba pramonės standartinė įtampa ±10 V.

Ryžiai. 7.

Valdymas ir duomenų perdavimas į DAC vykdomas per keturių laidų SPI sąsają. Mikroschema turi #FAULT išvestį, kurią galima naudoti diagnozuojant atvirą srovės kontūro grandinę arba trumpąjį jungimą įtampos išėjime. Reikėtų pažymėti, kad MAX5661 reikia naudoti išorinę 4,096 V etaloninę įtampą Dokumentacijoje pateikiamas rekomenduojamų itin tikslių nuorodų sąrašas, pvz. MAX6341, MAX6133 arba MAX6033. Norint greitai įsisavinti visas MAX5661 funkcijas, siūlomas kūrimo rinkinys MAX5661EVCMAXQU+ su sąsaja su kompiuteriu DAC valdymui naudojant grafinę sąsają (GUI).

MAX1452 - jutiklio signalo keitiklis
į srovės kilpą

Iki šiol svarstėme sprendimus, tinkamus konvertuoti signalą iš mikrovaldiklio arba DAC, t.y. valdymo signalams perduoti. Norėdami gauti srovės signalą iš jutiklio, Maxim siūlo mikroschemą MAX1452, analoginės dalies sujungimas su operatyviniu stiprintuvu informaciniam signalui generuoti ir skaitmeninę grandinę, kuri užtikrina temperatūros poslinkio kompensavimą, nulinio poslinkio reguliavimą ir perdavimo koeficientą, programuojamą naudojant PGA. Visi reguliavimo koeficientai saugomi įmontuotoje 768 baitų talpos EEPROM atmintyje.

8 paveiksle parodyta MAX1452 su 4...20 mA srovės išėjimo ir kilpos galia schema. Srovei generuoti kilpoje naudojamas tranzistorius 2N2222A.

Ryžiai. 8.

HART modemas DS8500

HART ( Greitkelyje Adresuojamas nuotolinio keitiklio protokolas) yra skaitmeninis pramoninis duomenų perdavimo protokolas, kuris paprastai leidžia sukonfigūruoti jutiklį arba gauti informaciją apie jo būklę naudojant liniją, kurioje įrengta analoginė srovės kilpa. Skaitmeniniams duomenims perduoti naudojamas FSK moduliuotas signalas (dažnio perjungimo moduliacija) per 4...20 mA srovės kilpą (9 pav.). Šis įgyvendinimo būdas leidžia HART protokolą naudoti esamose sistemose su analogine srovės kilpa.

Ryžiai. 9.

Norėdami organizuoti HART fizinį sluoksnį (moduliaciją ir demoduliavimą), Maxim siūlo HART modemo lustą DS8500, kuris leidžia priimti ir perduoti pusiau dvipusį priėmimą ir perdavimą, kai „1“ moduliuojamas 1,2 kHz dažniu, „0“ - 2,2 kHz. Funkciškai DS8500 susideda iš demoduliatoriaus, skaitmeninio filtro, ADC, moduliatoriaus ir DAC (10 pav.).

Ryžiai. 10.

Ši architektūra (su skaitmeniniu filtravimu ir DAC, kuri generuoja gryną sinusoidinį signalą su fazės nepertraukiamu dažnių perjungimu) užtikrina patikimą signalo priėmimą triukšmingoje aplinkoje.

Išvada

„Maxim“ siūlo visą spektrą sprendimų, kaip organizuoti duomenų perdavimą naudojant srovės kilpą, tiek nuo jutiklių iki centrinio valdymo bloko, tiek iš šio įrenginio į vykdomuosius blokus. Be to, siekiant išplėsti tokios pramoninės sistemos funkcionalumą, „Maxim“ linijoje yra daugiau nei 300 skirtingų sąsajos lustų. RS-485 / RS-232, CAN, LIN.

Literatūra

1. „Kaip naudoti aukštos įtampos ir didelės srovės stiprintuvus 4–20 mA srovės kilpos sistemose“, Maurizio Gavardoni, Maxim inžinerijos žurnalas Nr.68

2. „Analoginės srovės kilpa – Maxim sprendimai“, Anatolijus Andrusevičius, „Komponentai ir technologijos“ Nr.8 2009 m

Nižnij Novgorodas

Šis straipsnis yra publikacijų serijos ISUP žurnale, skirtos standartizavimui *, **, *** ****, tęsinys. Straipsnis „Panašaus konvertavimas į panašų matavimo ir valdymo sistemose“ (ISUP. 2012. Nr. 1) buvo skirtas standartizavimui, kuris unifikuotus įvesties signalus paverčia unifikuotais išėjimo signalais.

Kodėl būtent 4...20 mA signalas?

Platus 4...20 mA srovės vieningo signalo pasiskirstymas paaiškinamas šiomis priežastimis:
- srovės signalų perdavimui įtakos neturi jungiamųjų laidų varža, todėl sumažėja reikalavimai jungiamųjų laidų skersmeniui ir ilgiui, taigi ir kaina;
- srovės signalas veikia esant mažos varžos (lyginant su signalo šaltinio varža) apkrova, todėl srovės grandinėse sukeliami elektromagnetiniai trukdžiai yra maži, lyginant su panašiomis grandinėmis, naudojančiomis įtampos signalus;
- 4...20 mA srovės signalo perdavimo linijos nutrūkimas aiškiai ir lengvai nustatomas matavimo sistemomis pagal nulinį srovės lygį grandinėje (normaliomis sąlygomis jis turi būti ne mažesnis kaip 4 mA);
- 4...20 mA srovės signalas leidžia ne tik perduoti naudingą informacinį signalą, bet ir aprūpinti maitinimą pačiam standartizuojančiam keitikliui: šiuolaikiniams elektroniniams prietaisams maitinti pakanka minimalaus leistino 4 mA lygio.

4…20 mA srovės kilpinių keitiklių charakteristikos

Pažvelkime į pagrindines savybes ir savybes, į kurias reikia atsižvelgti renkantis. Kaip pavyzdį paimkime tyrimų ir gamybos įmonės „KontrAvt“ gaminamus NSSI-GRTP standartizuojančius keitiklius (2 pav.).

Ryžiai. 2. NPSI-GRTP išvaizda - NPF "KontrAvt" pagaminti keitikliai su galvaniniu 1, 2, 4 srovės kilpos kanalų atskyrimu

Sukurta atlikti tik dvi pagrindines funkcijas:
- 4...20 mA aktyviosios srovės signalo matavimas ir jo konvertavimas į tą patį 4...20 mA aktyviosios srovės signalą, kurio konversijos koeficientas 1 ir dideliu greičiu;
- srovės kilpos įėjimo ir išėjimo signalų galvaninis atskyrimas.

Pagrindinė NPSI-GRTP konversijos klaida yra 0,1%, temperatūros stabilumas yra 0,005% / °C. Darbinės temperatūros diapazonas - nuo -40 iki +70 °C. Izoliacijos įtampa - 1500 V. Našumas - 5 ms.

Prisijungimo prie aktyvių ir pasyvių signalų šaltinių parinktys parodytos fig. 3 ir 4. Pastaruoju atveju reikalingas papildomas maitinimo šaltinis.

Ryžiai. 3. NSSI-GRTP keitiklių prijungimas prie aktyvaus šaltinio

Ryžiai. 4. NSSI-GRTP keitiklių prijungimas prie pasyvaus šaltinio naudojant papildomą maitinimo bloką BP

Matavimo sistemose, kuriose būtina atskirti įvesties signalus, įvesties signalo šaltinis paprastai yra matavimo jutikliai (MS), o imtuvai yra antriniai matavimo prietaisai (MI) (reguliatoriai, valdikliai, registratoriai ir kt.) .

Valdymo sistemose, kuriose reikalingas išvesties signalų atskyrimas, šaltiniai yra valdymo įrenginiai (CD) (reguliatoriai, valdikliai, įrašymo įrenginiai ir kt.), o imtuvai – pavaros (CD) su srovės valdymu (membraninės pavaros (MIM), tiristorių reguliatoriai). , dažnio keitikliai ir kt.).

Pažymėtina, kad NPSI-GRTP keitikliui, kurį gamina , nereikia atskiros energijos. Jis maitinamas iš aktyvaus 4…20 mA įvesties srovės šaltinio. Tokiu atveju išėjime taip pat generuojamas aktyvus 4...20 mA signalas, o išėjimo grandinėse nereikia papildomo šaltinio. Todėl sprendimas, pagrįstas srovės kilpos separatoriais, kuris naudojamas NPSI-GRTP, yra labai ekonomiškas.

Galimos trys keitiklio modifikacijos: . Jie skiriasi kanalų skaičiumi (atitinkamai 1, 2, 4) ir dizainu (2 pav.). Vieno kanalo keitiklis yra nedideliame siaurame korpuse, kurio plotis tik 8,5 mm (matmenys 91,5 × 62,5 × 8,5 mm), dviejų kanalų ir keturių kanalų dėkle, kurio plotis 22,5 mm (matmenys 115 × 8,5 mm). 105 × 22,5 mm). Keitikliai su galvanine izoliacija naudojami sistemose, kuriose yra dešimtys ir šimtai signalų, todėl tokio skaičiaus keitiklių įdėjimas į konstrukcinius apvalkalus (spintas) tampa didele problema. Pagrindinis veiksnys čia yra vieno konversijos kanalo plotis išilgai DIN bėgio. 1, 2 ir 4 kanalų versijose jie turi itin mažą „kanalo plotį“: atitinkamai 8,5, 11,25 ir 5,63 mm.

Pažymėtina, kad kelių kanalų modifikacijose NSSI-GRPT2 ir NSSI-GRTP4 visi kanalai yra visiškai nesusieti. Šiuo požiūriu vieno iš kanalų veikimas neturi jokios įtakos kitų kanalų veikimui. Štai kodėl vienas iš argumentų prieš daugiakanalius keitiklius - „perdega vienas kanalas, o visas daugiakanalis įrenginys nustoja veikti, o tai smarkiai sumažina sistemos saugumą ir stabilumą“ - neveikia. Tačiau tokia svarbi teigiama daugiakanalių sistemų savybė kaip mažesnė „kanalo kaina“ visiškai pasireiškia. Dviejų ir keturių kanalų keitiklių modifikacijos aprūpintos varžtais nuimamos jungtys, kurios palengvina jų montavimą, priežiūrą ir remontą (keitimą).

Daugelyje užduočių reikia tiekti 4...20 mA signalą į kelis galvaniškai izoliuotus imtuvus. Tam galite naudoti tiek vieno kanalo keitiklius NSSI-GRTP1, tiek kelių kanalų keitiklius NSSI-GRTP2 ir NPSI-GRTP4. Sujungimo schemos parodytos fig. 5.

Ryžiai. 5. Vieno kanalo ir dviejų kanalų keitiklių naudojimas signalo dauginimui nuo 1 iki 2

Kad būtų lengviau montuoti ir prižiūrėti, išorinių jungčių prijungimas vieno kanalo versijoje atliekamas su spyruoklinėmis gnybtų jungtimis, o dviejų ir keturių kanalų versijose - su nuimamais varžtiniais jungtimis.

Ryžiai. 6. Išorinių linijų prijungimas naudojant nuimamas gnybtų jungtis

Taigi NPF „KontrAvt“ pristatoma nauja 4...20 mA srovės kilpos atskyrimo keitiklių linija visai pagrįstai gali būti vadinama kompaktišku ir ekonomišku sprendimu, savo charakteristikomis galinčiu konkuruoti su atitinkamais importuotais analogais. Keitikliai yra skirti bandomajam veikimui, todėl vartotojas turi galimybę išbandyti veikiančius įrenginius, įvertinti jų charakteristikas ir priimti pagrįstą sprendimą dėl jų naudojimo tikslingumo.
____________________________

]; vėliau, nuo 1962 m., plačiai paplito 20 mA srovės sąsaja, daugiausia teletaipinėse mašinose. Devintajame dešimtmetyje 4...20 mA „srovės kilpa“ pradėta plačiai naudoti įvairiuose technologiniuose įrenginiuose, automatikos įrangos jutikliuose ir pavarose. „Srovės kilpos“ populiarumas pradėjo kristi po to, kai pasirodė RS-485 sąsajos standartas (1983), ir šiuo metu jis praktiškai nenaudojamas naujoje įrangoje.

Srovės kilpos siųstuvas nenaudoja įtampos šaltinio, kaip RS-485 sąsajoje, o srovės šaltinį. Pagal apibrėžimą srovė, tekanti iš srovės šaltinio, nepriklauso nuo apkrovos parametrų. Todėl srovė teka „srovės kilpoje“, nepriklausomai nuo kabelio varžos, atsparumo apkrovai ir kt. d.s. indukcinių trukdžių (2.10 pav.), taip pat nuo srovės šaltinio maitinimo įtampos (žr. 2.11 pav.). Srovė kilpoje gali keistis tik dėl kabelio nuotėkio, kuris yra labai mažas.

Ši srovės kilpos savybė yra esminė ir lemia visas jos taikymo galimybes. Talpinė jungtis, el. d.s. kuris taikomas ne nuosekliai su srovės šaltiniu, o lygiagrečiai su juo, negali būti susilpnintas „srovės kilpoje“ ir jai slopinti reikia naudoti ekranavimą (daugiau informacijos apie kovą su trukdžiais žr. 3 skyriuje).

Perdavimo linija dažniausiai yra ekranuotas vytos poros kabelis, kuris kartu su diferencialiniu imtuvu padeda sumažinti indukcinius ir bendrojo režimo trikdžius.

Priėmimo gale kilpos srovė paverčiama įtampa naudojant kalibruotą varžą. Esant 20 mA srovei, norint gauti standartinę 2,5 V, 5 V arba 10 V įtampą, naudokite atitinkamai 125 omų, 250 omų arba 500 omų varžą.

Pagrindinis „srovės kilpos“ trūkumas yra iš esmės mažas našumas, kurį riboja kabelio talpos įkrovimo iš srovės šaltinio greitis. Pavyzdžiui, kai įprasta linijinio kabelio talpa yra 75 pF/m ir 1 km ilgio, kabelio talpa bus 75 nF. Norint įkrauti tokią talpą nuo 20 mA srovės šaltinio iki 5 V įtampos, reikia 19 μs laiko, o tai atitinka apie 9 kbit/s perdavimo greitį. Fig. 2.12 pav. parodyta didžiausio perdavimo greičio priklausomybė nuo kabelio ilgio esant skirtingiems iškraipymo (drebėjimo) lygiams, kuris buvo įvertintas taip pat, kaip ir RS-485 sąsajai [Optiškai].

Antrasis „srovės kilpos“ trūkumas, ribojantis jo praktinį panaudojimą, yra jungčių projektavimo ir elektrinių parametrų standarto nebuvimas, nors iš tikrųjų srovės signalų diapazonai yra 0...20 mA ir 4... 20 mA tapo visuotinai priimta; 0...60 mA naudojama daug rečiau. Ateityje rekomenduojama naudoti tik 4...20 mA diapazoną, nes tai suteikia galimybę diagnozuoti linijos pertrūkį (žr.

Nižnij Novgorodas

Kodėl būtent 4...20 mA signalas?

4…20 mA srovės kilpinių keitiklių charakteristikos

Ryžiai. 2. NPSI-GRTP išvaizda - NPF "KontrAvt" pagaminti keitikliai su galvaniniu 1, 2, 4 srovės kilpos kanalų atskyrimu

Pagrindinė NPSI-GRTP konversijos klaida yra 0,1%, temperatūros stabilumas yra 0,005% / °C. Darbinės temperatūros diapazonas - nuo -40 iki +70 °C. Izoliacijos įtampa - 1500 V. Našumas - 5 ms.

Prisijungimo prie aktyvių ir pasyvių signalų šaltinių parinktys parodytos fig. 3 ir 4. Pastaruoju atveju reikalingas papildomas maitinimo šaltinis.

Ryžiai. 3. NSSI-GRTP keitiklių prijungimas prie aktyvaus šaltinio

Ryžiai. 4. NSSI-GRTP keitiklių prijungimas prie pasyvaus šaltinio naudojant papildomą maitinimo bloką BP

Ryžiai. 5. Vieno kanalo ir dviejų kanalų keitiklių naudojimas signalo dauginimui nuo 1 iki 2

Ryžiai. 6. Išorinių linijų prijungimas naudojant nuimamas gnybtų jungtis

Automatizuojant technologinius procesus, naudojami įvairūs davikliai ir pavaros. Abu jie vienaip ar kitaip prijungti prie valdiklių arba įvesties/išvesties modulių, kurie iš jutiklių ir valdymo pavarų gauna išmatuotas fizinių parametrų vertes.

Įsivaizduokite, kad visi įrenginiai, prijungti prie valdiklio, turėjo skirtingas sąsajas – tuomet gamintojai turėtų pagaminti labai daug įvesties/išvesties modulių, o norėdami pakeisti, pavyzdžiui, sugedusį jutiklį, tektų ieškoti lygiai to paties. .

Štai kodėl pramoninės automatikos sistemose įprasta suvienodinti įvairių įrenginių sąsajas.

Šiame straipsnyje kalbėsime apie suvienodintus analoginius signalus. Pirmyn!

Vieningi analoginiai signalai

Su analoginiais signalais susiduriame matuodami bet kokius fizinius dydžius (temperatūra, drėgmė, slėgis ir kt.), taip pat nuolat valdant pavaras (variklio sūkių reguliavimas dažnio keitikliu; temperatūros valdymas šildytuvu ir kt.). .).

Visais minėtais ir panašiais atvejais naudojami analoginiai (nepertraukiami) signalai.

Valdiklio įrangoje daugeliu atvejų naudojami dviejų tipų analoginiai signalai: srovė 4-20 mA ir įtampos signalas 0-10 V.

Vieningas įtampos signalas 0-10 V

Naudojant šio tipo signalą informacijai iš jutiklio gauti, visas jo (jutiklio) diapazonas yra padalintas į 0-10 V įtampos diapazoną. Pavyzdžiui, temperatūros jutiklis turi -10...+70 °C diapazonus. Tada prie -10 °C jutiklio išėjimas bus 0 V, o prie +70 °C - 10 V. Visos tarpinės reikšmės randamos pagal proporcijas.

Tas pats pasakytina apie bet kurį kitą įrenginį. Pavyzdžiui, jei dažnio keitiklio analoginė išvestis sukonfigūruota perduoti esamą variklio sukimosi greitį, tai 0 V jo išvestyje reiškia, kad variklis sustoja, o 10 V reiškia, kad variklis sukasi maksimaliu dažniu.

0-10V signalo valdymas

Naudodami vieningą įtampos signalą galite gauti ne tik duomenis apie fizinius dydžius, bet ir valdyti prietaisus. Pavyzdžiui, galite perkelti jį į norimą padėtį, pakeisti elektros variklio sukimosi greitį per dažnio keitiklį arba šildytuvo galią.

Paimkime, pavyzdžiui, elektros variklį, kurio sukimosi greitį valdo dažnio keitiklis.

Variklio sukimosi greitis nustatomas valdikliu 0-10 V signalu, gaunamu į dažnio keitiklio analoginį įėjimą Variklio sukimosi dažnis gali būti nuo 0 iki 50 Hz. Tada, jei pagal algoritmą valdiklis ketina sukti variklį 25 Hz dažniu, jis turi tiekti 5 V į dažnio keitiklio įvestį.

"Srovės kilpa": vieningas analoginis signalas 4-20 mA

4-20 mA analoginis signalas (dar vadinamas "srovės kilpa"), taip pat 0-10 V įtampos signalas naudojamas automatikoje gauti informaciją iš jutiklių ir valdyti įvairius įrenginius.

Palyginti su 0-10 V signalu, 4-20 mA signalas turi keletą privalumų:

Pirma, srovės signalas gali būti perduodamas didesniais atstumais, palyginti su 0–10 V signalu, kurio įtampa per ilgą liniją nukrenta dėl laidininkų varžos.
Antra, nesunku diagnozuoti nutrūkusią liniją, nes signalo veikimo diapazonas prasideda nuo 4 mA. Todėl, jei įvestis yra 0 mA, tai reiškia, kad linijoje yra pertrauka.

4-20 mA signalo valdymas

Įvairių įrenginių valdymas naudojant srovės signalą nesiskiria nuo jų valdymo naudojant įtampos signalą. Tik šiuo atveju jums reikia ne įtampos, o srovės šaltinio.

Jei įrenginys turi 4-20 mA valdymo įvestį, tai tokį įrenginį galima valdyti valdikliu ar kitu protingu įrenginiu, kuris turi atitinkamą išėjimą.

Pavyzdžiui, norime sklandžiai atidaryti vožtuvą, kuris turi elektrinę pavarą su 4-20 mA įėjimu. Jei įvestyje įvesite 4 mA srovės signalą, vožtuvas bus visiškai uždarytas, o jei įjungsite 20 mA, jis bus visiškai atidarytas.

Aktyvus ir pasyvus analoginis išėjimas 4-20 mA

Dažnai jutiklio, valdiklio ar kito įrenginio analoginis išėjimas yra pasyvus, tai yra, jis negali būti srovės šaltinis be išorinio maitinimo. Todėl, projektuojant automatikos grandinę, reikia atidžiai išstudijuoti naudojamų įrenginių analoginių išėjimų charakteristikas ir, jei jie pasyvūs, pridėti prie grandinės išorinį maitinimo šaltinį, kad impregnuotų srovės kilpą.

Paveikslėlyje parodyta jutiklio su 4-20 mA išėjimu prijungimo prie skaitiklio-reguliatoriaus su atitinkamu įėjimu schema. Kadangi jutiklio išėjimas yra pasyvus, jį reikia impregnuoti išoriniu maitinimo šaltiniu.

Matuojant fizikinį dydį (temperatūrą, drėgmę, dujų užterštumą, pH ir kt.), jutikliai jo reikšmę paverčia srove, įtampa, varža, talpa ir kt. (priklauso nuo jutiklio veikimo principo). Norint, kad jutiklio išvesties signalas būtų vieningas, naudojami normalizavimo keitikliai.

Normalizuojantis keitiklis – tai įrenginys, kuris paverčia pirminio keitiklio signalą į vieningą srovės arba įtampos signalą.

Taip atrodo temperatūros jutiklis su normalizavimo keitikliu: