Shema spajanja analognih senzora na ventilacijske sustave. Analogni senzori: primjena, načini povezivanja s regulatorom. Simbol senzora blizine

Spajanje senzora struje na mikrokontroler

Nakon što smo se upoznali s osnovama teorije, možemo prijeći na problematiku čitanja, transformiranja i vizualizacije podataka. Drugim riječima, dizajnirat ćemo jednostavan mjerač istosmjerna struja.

Analogni izlaz senzora spojen je na jedan od ADC kanala mikrokontrolera. Sve potrebne transformacije i izračuni implementirani su u program mikrokontrolera. Za prikaz podataka koristi se LCD indikator s 2 retka.

Eksperimentalna shema

Za pokuse sa strujnim senzorom potrebno je sklopiti strukturu prema dijagramu prikazanom na slici 8. Za to je autor koristio matičnu ploču i modul temeljen na mikrokontroleru (slika 9).

Modul strujnog senzora ACS712-05B može se kupiti gotov (prodaje se vrlo jeftino na eBayu) ili ga možete sami napraviti. Kapacitet kondenzatora filtera odabran je jednak 1 nF, na napajanju je instaliran blokirajući kondenzator od 0,1 μF. Za označavanje uključenosti, zalemljena je LED dioda s otpornikom za gašenje. Napajanje i izlazni signal senzora spojeni su na konektor na jednoj strani ploče modula, 2-pinski konektor za mjerenje struje koja teče nalazi se na suprotnoj strani.

Za pokuse mjerenja struje povezujemo podesivi izvor konstantnog napona na strujne mjerne stezaljke senzora preko serijskog otpornika 2,7 Ohm / 2 W. Izlaz senzora spojen je na priključak RA0/AN0 (pin 17) mikrokontrolera. Dvoredni znakovni LCD indikator spojen je na priključak B mikrokontrolera i radi u 4-bitnom načinu rada.

Mikrokontroler se napaja na +5 V, isti napon se koristi kao referenca za ADC. Potrebni izračuni i transformacije implementirani su u program mikrokontrolera.

Matematički izrazi korišteni u procesu pretvorbe prikazani su u nastavku.

Trenutna osjetljivost senzora Sens = 0,185 V/A. S napajanjem Vcc = 5 V i referentnim naponom Vref = 5 V, izračunati omjeri bit će sljedeći:

ADC izlazni kod

Stoga

Kao rezultat toga, formula za izračunavanje struje je sljedeća:

Važna nota. Gore navedeni odnosi temelje se na pretpostavci da su napon napajanja i referentni napon za ADC 5 V. Međutim, posljednji izraz koji povezuje struju I i ADC izlazni kod Count ostaje važeći čak i uz fluktuacije napona napajanja. O tome je bilo riječi u teoretskom dijelu opisa.

Iz posljednjeg izraza vidljivo je da je trenutna rezolucija senzora 26,4 mA, što odgovara 513 ADC uzoraka, što premašuje očekivani rezultat za jedan uzorak. Stoga možemo zaključiti da ova implementacija ne dopušta mjerenje malih struja. Da biste povećali razlučivost i povećali osjetljivost pri mjerenju niskih struja, morat ćete koristiti operacijsko pojačalo. Primjer takvog sklopa prikazan je na slici 10.

program za mikrokontroler

Program za mikrokontroler PIC16F1847 napisan je u C jeziku i kompajliran u okruženju mikroC Pro (mikroElektronika). Rezultati mjerenja prikazuju se na dvolinijski LCD zaslon s točnošću do dvije decimale.

Izlaz

Uz nultu ulaznu struju, izlazni napon ACS712 bi idealno trebao biti strogo Vcc/2, tj. iz ADC-a treba očitati broj 512. Pomak izlaznog napona senzora za 4,9 mV uzrokuje pomak u rezultatu pretvorbe za 1 LSB ADC-a (slika 11). (Za Vref = 5,0 V, rezolucija 10-bitnog ADC-a bila bi 5/1024=4,9 mV), što odgovara 26 mA ulazne struje. Imajte na umu da je, kako bi se smanjio učinak fluktuacija, poželjno napraviti nekoliko mjerenja, a zatim izračunati prosjek njihovih rezultata.

Ako je izlazni napon reguliranog napajanja postavljen na 1 V, kroz
Otpornik mora nositi struju od oko 370 mA. Izmjerena vrijednost struje u eksperimentu je 390 mA, što premašuje točan rezultat po jedinici LSB-a ADC-a (slika 12).

Slika 12.

Pri naponu od 2 V, indikator će pokazati 760 mA.

Ovo zaključuje našu raspravu o senzoru struje ACS712. Međutim, nismo se dotakli još jednog pitanja. Kako koristiti ovaj senzor za mjerenje izmjenične struje? Imajte na umu da senzor daje trenutni odgovor koji odgovara struji koja teče kroz ispitne vodove. Ako struja teče u pozitivnom smjeru (od pinova 1 i 2 do pinova 3 i 4), osjetljivost senzora je pozitivna i izlazni napon je veći od Vcc/2. Ako se struja obrne, osjetljivost će biti negativna i izlazni napon senzora će pasti ispod Vcc/2. To znači da pri mjerenju izmjeničnog signala ADC mikrokontrolera mora uzorkovati dovoljno brzo da bi mogao izračunati RMS struju.

Preuzimanja

Izvorni kod programa mikrokontrolera i datoteka za firmware -

Osnove rada strujne petlje od 4..20 mA

Od 1950-ih, strujna petlja se koristi za prijenos podataka iz pretvarača u procesima praćenja i upravljanja. S niskim troškovima implementacije, visokom otpornošću na buku i sposobnošću prijenosa signala na velike udaljenosti, strujna petlja se pokazala posebno prikladnom za industrijska okruženja. Ovaj je članak posvećen opisu Osnovni principi rad strujne petlje, osnove projektiranja, konfiguracija.

Korištenje struje za prijenos podataka iz pretvarača

Senzori industrijske razine često koriste strujni signal za prijenos podataka, za razliku od većine drugih pretvarača kao što su termoparovi ili mjerači naprezanja koji koriste naponski signal. Unatoč činjenici da se pretvarači koji koriste napon kao parametar za prijenos informacija stvarno učinkovito koriste u mnogim proizvodne zadatke, postoji niz primjena u kojima je poželjna uporaba karakteristika struje. Značajan nedostatak pri korištenju napona za prijenos signala u industrijskim uvjetima je slabljenje signala kada se prenosi na velike udaljenosti zbog prisutnosti otpora u žičanim komunikacijskim linijama. Možete, naravno, koristiti uređaje visoke ulazne impedancije da zaobiđete gubitak signala. Međutim, takvi će uređaji biti vrlo osjetljivi na buku koju stvaraju obližnji motori, pogonski remeni ili odašiljači.

Prema prvom Kirchhoffovom zakonu, zbroj struja koje teku u čvor jednak je zbroju struja koje izlaze iz čvora.
U teoriji, struja koja teče na početku strujnog kruga trebala bi u potpunosti doći do kraja,
kao što je prikazano na sl.1. 1.

Sl. 1. Prema prvom Kirchhoffovom zakonu struja na početku kruga jednaka je struji na njegovom kraju.

Ovo je osnovni princip na kojem radi mjerna petlja. Mjerenje struje bilo gdje u strujnoj petlji (mjerna petlja) daje isti rezultat. Korištenjem trenutnih signala i prijemnika za prikupljanje podataka s niskom ulaznom impedancijom, industrijske aplikacije mogu imati velike koristi od poboljšane otpornosti na šum i povećane duljine veze.

Komponente strujne petlje
Glavne komponente strujne petlje uključuju istosmjerni izvor, senzor, uređaj za prikupljanje podataka i žice koje ih povezuju u nizu, kao što je prikazano na slici 2.

sl.2. Funkcionalni dijagram strujne petlje.

Istosmjerni izvor napaja sustav. Odašiljač regulira struju u žicama od 4 do 20 mA, gdje je 4 mA živa nula, a 20 mA maksimalni signal.
0 mA (nema struje) znači otvoreni krug. Uređaj za prikupljanje podataka mjeri reguliranu struju. Učinkovita i točna metoda mjerenja struje je ugradnja preciznog shunt otpornika na ulaz mjernog pojačala uređaja za prikupljanje podataka (na slici 2) za pretvaranje struje u mjerni napon, kako bi se na kraju dobio rezultat koji jednoznačno odražava signal na izlazu pretvarača.

Kako bismo vam pomogli da bolje razumijete kako strujna petlja radi, razmotrite kao primjer dizajn sustava s pretvaračem koji ima sljedeće specifikacije:

Transduktor se koristi za mjerenje tlaka
Odašiljač se nalazi 2000 stopa od mjernog uređaja
Struja izmjerena uređajem za prikupljanje podataka pruža operateru informacije o količini pritiska koji se primjenjuje na pretvarač

Uzimajući u obzir primjer, počinjemo s odabirom prikladnog pretvarača.

Trenutni dizajn sustava

Izbor pretvarača

Prvi korak u projektiranju strujnog sustava je odabir pretvarača. Bez obzira na vrstu mjerene veličine (protok, tlak, temperatura itd.), važan čimbenik pri izboru transmitera je njegov radni napon. Samo spajanje napajanja na pretvarač omogućuje podešavanje količine struje u komunikacijskoj liniji. Vrijednost napona napajanja mora biti unutar prihvatljivih granica: više od minimalne potrebne, manje od maksimalne vrijednosti, što može oštetiti pretvarač.

Za primjer strujnog sustava, odabrana sonda mjeri tlak i ima radni napon od 12 do 30 V. Kada je sonda odabrana, strujni signal mora se ispravno izmjeriti kako bi se dobio točan prikaz tlaka koji se primjenjuje na transmiter.

Odabir uređaja za prikupljanje podataka za trenutno mjerenje

Važan aspekt na koji treba obratiti pozornost pri izgradnji strujnog sustava je spriječiti pojavu strujne petlje u krugu uzemljenja. Uobičajena tehnika u takvim slučajevima je izolacija. Korištenjem izolacije možete izbjeći utjecaj petlje uzemljenja čija je pojava objašnjena na sl. 3.

sl.3. Petlja uzemljenja

Petlje uzemljenja nastaju kada su dva terminala spojena u strujni krug razna mjesta potencijali. Ova razlika dovodi do pojave dodatne struje u komunikacijskoj liniji, što može dovesti do pogrešaka u mjerenju.
Izolacija prikupljanja podataka odnosi se na električno odvajanje uzemljenja izvora signala od uzemljenja ulaznog pojačala instrumenta, kao što je prikazano na slici 4.

Budući da struja ne može teći kroz izolacijsku barijeru, točke uzemljenja pojačala i izvora signala imaju isti potencijal. Time se eliminira mogućnost nenamjernog stvaranja petlje uzemljenja.

sl.4. Uobičajeni napon i signalni napon u izoliranom krugu

Izolacija također sprječava oštećenje DAQ uređaja u prisutnosti visokih zajedničkih napona. Zajednički mod je napon istog polariteta koji je prisutan na oba ulaza instrumentacijskog pojačala. Na primjer, na sl.4. i pozitivni (+) i negativni (-) ulazi pojačala imaju +14 V zajedničkog napona. Mnogi uređaji za prikupljanje podataka imaju maksimalni ulazni raspon od ±10 V. Ako uređaj za prikupljanje podataka nije izoliran i napon uobičajenog načina je izvan maksimalnog ulaznog raspona, možete oštetiti uređaj. Iako je normalni (signalni) napon na ulazu pojačala na sl. 4 samo +2 V, dodavanje +14 V može rezultirati naponom od +16 V
(Napon signala je napon između “+” i “-” pojačala, radni napon je zbroj normalnog i uobičajenog napona), što je opasna razina napona za uređaje s nižim radnim naponom.

S izolacijom, zajednička točka pojačala je električno odvojena od nulte točke. U krugu na slici 4, potencijal na zajedničkoj točki pojačala je "podignut" na +14 V. Ova tehnika uzrokuje pad vrijednosti ulaznog napona sa 16 na 2 V. Sada kada se podaci prikupljaju, uređaj je više nema opasnosti od oštećenja od prenapona. (Imajte na umu da izolatori imaju maksimalni zajednički napon koji mogu odbiti.)

Nakon što je sakupljač podataka izoliran i osiguran, posljednji korak u konfiguriranju strujne petlje je odabir odgovarajućeg izvora napajanja.

Odabir napajanja

Odredite koje napajanje najbolji način ispunjava vaše zahtjeve, vrlo jednostavno. Kada radi u strujnoj petlji, napajanje mora osigurati napon jednak ili veći od zbroja padova napona na svim elementima sustava.

Uređaj za prikupljanje podataka u našem primjeru koristi precizni shunt za mjerenje struje.
Potrebno je izračunati pad napona na ovom otporniku. Tipični šant otpornik ima otpor od 249 Ω. Osnovni proračuni za strujni raspon strujne petlje 4 .. 20 mA
pokazati sljedeće:

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

Shuntom od 249 Ω možemo ukloniti napon u rasponu od 1 do 5 V povezivanjem vrijednosti napona na ulazu kolektora podataka s vrijednošću izlaznog signala pretvarača tlaka.
Kao što je već spomenuto, pretvornik tlaka zahtijeva minimalni radni napon od 12 V s maksimalnim naponom od 30 V. Dodavanje pada napona na preciznom shunt otporniku radnom naponu pretvornika daje sljedeće:

12V+ 5V=17V

Na prvi pogled dovoljan je napon od 17 V. Međutim, potrebno je uzeti u obzir dodatno opterećenje napajanja koje stvaraju žice koje imaju električni otpor.
U slučajevima kada se senzor nalazi daleko od mjerni instrumenti, morate uzeti u obzir faktor otpora žice kada izračunate strujnu petlju. bakrene žice imaju istosmjerni otpor koji je izravno proporcionalan njihovoj duljini. S odašiljačem tlaka u ovom primjeru morate uzeti u obzir 2000 stopa duljine voda pri određivanju radnog napona napajanja. Linearni otpor jednožilnog bakrenog kabela je 2,62 Ω/100 ft. Računanje ovog otpora daje sljedeće:

Otpor jedne niti duljine 2000 stopa bit će 2000 * 2,62 / 100 = 52,4 m.
Pad napona na jednoj jezgri bit će 0,02 * 52,4 = 1,048 V.
Za dovršetak kruga potrebne su dvije žice, zatim se duljina komunikacijske linije udvostručuje i
ukupni pad napona bio bi 2,096 V. Ukupni bi bio oko 2,1 V zbog toga što je pretvarač udaljen 2000 stopa od sekundara. Zbrajajući padove napona na svim elementima kruga, dobivamo:
2,096V + 12V+ 5V=19,096V

Ako ste koristili 17 V za napajanje kruga o kojem je riječ, tada će napon primijenjen na transmiter tlaka biti ispod minimalnog radnog napona zbog pada otpora žice i skretnog otpornika. Odabir tipičnog napajanja od 24 V zadovoljit će zahtjeve za napajanjem pretvarača. Osim toga, postoji rezerva napona kako bi se senzor tlaka postavio na veću udaljenost.

S pravim izborom pretvarača, uređaja za prikupljanje podataka, duljine kabela i napajanja, dizajn jednostavne strujne petlje je gotov. Za složenije primjene, u sustav možete uključiti dodatne mjerne kanale.

Diskretni senzori

Takav algoritam izbjegava udar kada je kalup zatvoren, inače se jednostavno može razdvojiti na male komadiće. Ista promjena brzine događa se kada se kalup otvori. Ovdje su dva kontaktna senzora nezamjenjiva.

Primjena analognih senzora

Slika 2. Wheatstoneov most

Spajanje analognih senzora

Analogni senzorski izlazi

Ali stvar, u pravilu, nije dovoljna s jednim senzorom. Neka od najpopularnijih mjerenja su mjerenja temperature i tlaka. Broj takvih točaka na moderne produkcije može doseći nekoliko desetaka tisuća. Sukladno tome, velik je i broj senzora. Stoga se na jedan regulator najčešće spaja nekoliko analognih senzora odjednom. Naravno, ne nekoliko tisuća odjednom, dobro je ako je desetak različito. Takav spoj prikazan je na slici 7.

Slika 7. Spajanje više analognih senzora na regulator

Ova slika pokazuje kako se iz strujnog signala dobiva napon, pogodan za pretvorbu u digitalni kod. Ako postoji više takvih signala, onda se oni ne obrađuju odjednom, već se vremenski odvajaju, multipleksiraju, inače bi se na svaki kanal morao instalirati poseban ADC.

U tu svrhu regulator ima strujni krug za prebacivanje. Funkcionalni dijagram sklopke prikazan je na slici 8.

Slika 8. Prebacivanje kanala analognog senzora (slika na koju se može kliknuti)

Signali strujne petlje pretvoreni u napon preko mjernog otpornika (UR1…URn) dovode se na ulaz analogne sklopke. Upravljački signali naizmjenično šalju na izlaz jedan od signala UR1…URn, koje pojačalo pojačava i naizmjenično šalju na ulaz ADC-a. Napon pretvoren u digitalni kod dovodi se do regulatora.

Shema je, naravno, vrlo pojednostavljena, ali sasvim je moguće razmotriti načelo multipleksiranja u njoj. Otprilike tako je izgrađen modul za unos analognih signala MCTS kontrolera ( mikroprocesorski sustav tehnička sredstva) proizveden od strane PC "Prolog" iz Smolenska.

Izdavanje takvih kontrolera odavno je obustavljeno, iako se na nekim mjestima, daleko od najboljih, ti kontroleri još uvijek koriste. Ove muzejske eksponate zamjenjuju kontroleri novih modela, uglavnom uvozne (kineske) proizvodnje.

Ako je regulator montiran u metalni ormarić, preporuča se spojiti pletene oklope na točku uzemljenja ormarića. Duljina spojnih vodova može doseći više od dva kilometra, što se izračunava pomoću odgovarajućih formula. Ovdje nećemo ništa računati, ali vjerujte da je tako.

Novi senzori, novi upravljači

S pojavom novih kontrolera pojavili su se i novi analogni senzori koji rade koristeći HART (Highway Addressable Remote Transducer) protokol, što u prijevodu znači "Mjerni pretvarač adresiran na daljinu putem magistrale".

Izlazni signal senzora (terenskog uređaja) je analogni strujni signal u rasponu od 4 ... 20 mA, na koji je superponiran frekvencijski moduliran (FSK - Frequency Shift Keying) digitalni komunikacijski signal.

Poznato je da je prosječna vrijednost sinusoidnog signala jednaka nuli, stoga prijenos digitalnih informacija ne utječe na izlaznu struju senzora 4 ... 20mA. Ovaj način se koristi prilikom konfiguriranja senzora.

HART komunikacija odvija se na dva načina. U prvom slučaju, standardnom, samo dva uređaja mogu razmjenjivati ​​informacije preko dvožilne linije, dok izlazni analogni signal 4 ... 20mA ovisi o izmjerenoj vrijednosti. Ovaj se način rada koristi pri konfiguriranju terenskih uređaja (senzora).

U drugom slučaju, na dvožilnu liniju može se spojiti do 15 senzora, čiji je broj određen parametrima komunikacijske linije i snagom napajanja. Ovo je način rada s više točaka. U ovom načinu rada svaki senzor ima svoju adresu u rasponu 1…15, preko koje mu upravljački uređaj pristupa.

Senzor s adresom 0 je isključen iz komunikacijske linije. Razmjena podataka između senzora i upravljačkog uređaja u višetočkovnom načinu rada provodi se samo frekvencijskim signalom. Trenutni signal senzora je fiksiran na potrebnoj razini i ne mijenja se.

Pod podacima u slučaju višetočkaške komunikacije podrazumijevaju se ne samo rezultati mjerenja kontroliranog parametra, već i čitav niz svih vrsta servisnih informacija.

Prije svega, to su adrese senzora, upravljačke naredbe, postavke. I sve te informacije prenose se dvožilnim komunikacijskim linijama. Je li se i njih moguće riješiti? Istina, to se mora učiniti pažljivo, samo u slučajevima kada bežična veza ne može utjecati na sigurnost kontroliranog procesa.

To su tehnologije koje su zamijenile staru analognu strujnu petlju. Ali ne odustaje ni od svojih pozicija, široko se koristi gdje god je to moguće.

U procesu automatizacije tehnološki procesi za upravljanje mehanizmima i jedinicama treba se baviti mjerenjima raznih fizikalnih veličina. To može biti temperatura, tlak i protok tekućine ili plina, brzina vrtnje, intenzitet svjetlosti, podaci o položaju dijelova mehanizama i još mnogo toga. Ove informacije se dobivaju pomoću senzora. Ovdje, prvo, o položaju dijelova mehanizama.

Diskretni senzori

Najjednostavniji senzor je konvencionalni mehanički kontakt: vrata su otvorena - kontakt se otvara, zatvorena - zatvara se. Takav jednostavan senzor, kao i gornji algoritam rada, često se koristi u protuprovalni alarmi. Za mehanizam s translacijskim kretanjem, koji ima dva položaja, na primjer, ventil za vodu, trebat će vam već dva kontakta: jedan kontakt je zatvoren - ventil je zatvoren, drugi je zatvoren - zatvoren je.

Složeniji algoritam translatornog gibanja ima mehanizam za zatvaranje kalupa stroja za injekcijsko prešanje. U početku je kalup otvoren, ovo je početni položaj. U tom položaju kalup se uklanja gotova roba. Zatim radnik zatvara zaštitnu ogradu i kalup se počinje zatvarati, započinje novi ciklus rada.

Razmak između polovica kalupa je prilično velik. Stoga se kalup isprva brzo pomiče, a na nekoj udaljenosti prije nego što se polovice zatvore, aktivira se granični prekidač, brzina kretanja značajno opada i kalup se glatko zatvara.

Dakle, kontaktni senzori su diskretni ili binarni, imaju dva položaja, zatvoreno - otvoreno ili 1 i 0. Drugim riječima, možete reći da se događaj dogodio ili nije. U gornjem primjeru nekoliko točaka je "uhvaćeno" kontaktima: početak kretanja, točka usporavanja, kraj kretanja.

U geometriji točka nema dimenzija, samo točka i to je to. Može ili biti (na listu papira, u putanji, kao u našem slučaju) ili jednostavno ne postoji. Stoga se za detekciju točaka koriste diskretni senzori. Možda usporedba s točkom ovdje nije baš prikladna, jer u praktične svrhe koristiti vrijednost točnosti rada diskretnog senzora, a ta je točnost puno veća od geometrijske točke.

Ali sam po sebi, mehanički kontakt je nepouzdana stvar. Stoga se, gdje god je to moguće, mehanički kontakti zamjenjuju beskontaktnim senzorima. Najjednostavnija opcija su reed prekidači: magnet se približava, kontakt se zatvara. Točnost rada reed prekidača ostavlja mnogo željenog; takvi se senzori koriste samo za određivanje položaja vrata.

Složeniju i precizniju opciju treba smatrati raznim beskontaktnim senzorima. Ako je metalna zastavica ušla u utor, senzor je radio. Kao primjer takvih senzora mogu se navesti BVK senzori (Proximity Limit Switch) raznih serija. Točnost odziva (diferencijal hoda) takvih senzora je 3 milimetra.

Senzor serije BVK

Slika 1. Senzor serije BVK

Napon napajanja BVK senzora je 24V, struja opterećenja je 200mA, što je sasvim dovoljno za spajanje međureleja za daljnju koordinaciju s upravljačkim krugom. Tako se BVK senzori koriste u različitoj opremi.

Osim BVK senzora koriste se i senzori tipa BTP, KVP, PIP, KVD, PISCH. Svaka serija ima nekoliko tipova senzora, označenih brojevima, na primjer, BTP-101, BTP-102, BTP-103, BTP-211.

Svi navedeni senzori su beskontaktni diskretni, čija je osnovna namjena određivanje položaja dijelova mehanizama i sklopova. Naravno, ovih senzora ima mnogo više, nemoguće je pisati o svima u jednom članku. Još češći i još uvijek široko korišteni su razni kontaktni senzori.

Primjena analognih senzora

Osim diskretnih senzora, analogni senzori imaju široku primjenu u sustavima automatizacije. Njihova je svrha dobivanje informacija o različitim fizikalnim veličinama, i to ne samo tako općenito, već u stvarnom vremenu. Točnije transformacija fizička količina(tlak, temperatura, osvijetljenost, potrošnja, napon, struja) u električni signal pogodan za prijenos komunikacijskim linijama do regulatora i njegovu daljnju obradu.

Analogni senzori obično se nalaze prilično daleko od regulatora, zbog čega se često nazivaju terenskim uređajima. Ovaj izraz se često koristi u tehničkoj literaturi.

Analogni senzor obično se sastoji od nekoliko dijelova. Najvažniji dio je osjetljivi element - senzor. Njegova je svrha pretvoriti izmjerenu vrijednost u električni signal. Ali signal primljen od senzora obično je mali. Za dobivanje signala pogodnog za pojačanje, senzor se najčešće uključuje u premosni krug - Wheatstoneov most.

Vitstanov most

Slika 2. Wheatstoneov most

Izvorna svrha premosnog kruga je točno mjerenje otpora. Na dijagonalu AD mosta spojen je istosmjerni izvor. Na drugu dijagonalu spojen je osjetljivi galvanometar sa središnjom točkom, s nulom u sredini skale. Za mjerenje otpora otpornika Rx rotiranjem otpornika za ugađanje R2, most treba uravnotežiti, igla galvanometra treba biti postavljena na nulu.

Odstupanje strelice uređaja u jednom ili drugom smjeru omogućuje određivanje smjera rotacije otpornika R2. Vrijednost izmjerenog otpora određena je ljestvicom u kombinaciji s ručkom otpornika R2. Uvjet ravnoteže za most je jednakost omjera R1/R2 i Rx/R3. U tom slučaju između točaka BC dobiva se nulta razlika potencijala, a kroz galvanometar V ne teče struja.

Otpor otpornika R1 i R3 odabran je vrlo precizno, njihovo širenje mora biti minimalno. Samo u ovom slučaju, čak i mala neravnoteža mosta uzrokuje prilično primjetnu promjenu napona dijagonale BC. Upravo to svojstvo mosta služi za povezivanje osjetljivih elemenata (senzora) raznih analognih senzora. E, onda je sve jednostavno, stvar tehnologije.

Za korištenje signala primljenog od senzora potrebna je njegova daljnja obrada - pojačanje i pretvaranje u izlazni signal pogodan za prijenos i obradu od strane upravljačkog kruga - regulatora. Najčešće je izlazni signal analognih senzora struja (analogna strujna petlja), rjeđe napon.

Zašto trenutno? Činjenica je da se izlazni stupnjevi analognih senzora temelje na izvorima struje. To vam omogućuje da se riješite utjecaja otpora spojnih vodova na izlazni signal, da koristite spojne vodove velike duljine.

Daljnja transformacija je vrlo jednostavna. Strujni signal se pretvara u napon, za što je dovoljno struju propustiti kroz otpornik poznatog otpora. Pad napona na mjernom otporniku dobiva se prema Ohmovom zakonu U=I*R.

Na primjer, za struju od 10 mA na otporniku od 100 Ohma, napon će biti 10 * 100 = 1000 mV, koliko i cijeli 1 volt! U ovom slučaju izlazna struja senzora ne ovisi o otporu spojnih žica. U razumnim granicama, naravno.

Spajanje analognih senzora

Napon dobiven na mjernom otporniku lako se pretvara u digitalni oblik pogodan za unos u regulator. Pretvorba se izvodi pomoću ADC analogno-digitalnih pretvarača.

Digitalni podaci se prenose do kontrolera u serijskom ili paralelnom kodu. Sve ovisi o specifičnoj shemi prebacivanja. Pojednostavljeni dijagram spajanja analognog senzora prikazan je na slici 3.

Spajanje analognog senzora

Slika 3. Spajanje analognog senzora (kliknite na sliku za povećanje)

Aktuatori su povezani s regulatorom ili je sam regulator povezan s računalom uključenim u sustav automatizacije.

Naravno, analogni senzori imaju kompletan dizajn, čiji je jedan od elemenata kućište sa spojnim elementima. Kao primjer, na slici 4 prikazan je izgled senzora pretlaka tipa Zond-10.

Senzor nadtlaka Zond-10

Slika 4. Senzor nadtlaka Zond-10

Na dnu senzora vidljiv je spojni navoj za spajanje na cjevovod, a desno ispod crnog poklopca nalazi se konektor za spajanje komunikacijske linije s kontrolerom.

Navojni spoj je zabrtvljen žarenom bakrenom podloškom (isporučuje se sa senzorom), a nikako fum-trakom ili lanenom. To je učinjeno tako da prilikom ugradnje senzora senzorski element koji se nalazi unutra nije deformiran.

Analogni senzorski izlazi

Prema standardima, postoje tri raspona strujnih signala: 0…5mA, 0…20mA i 4…20mA. Koja je njihova razlika i koje karakteristike?

Najčešće je ovisnost izlazne struje izravno proporcionalna izmjerenoj vrijednosti, na primjer, što je veći tlak u cijevi, to je veća struja na izlazu senzora. Iako se ponekad koristi inverzna veza: veća vrijednost izlazne struje odgovara minimalnoj vrijednosti izmjerene vrijednosti na izlazu senzora. Sve ovisi o vrsti kontrolera koji se koristi. Neki senzori čak imaju prebacivanje s izravnog na inverzni signal.

Izlazni signal u rasponu od 0...5 mA je vrlo malen i stoga osjetljiv na smetnje. Ako signal takvog senzora fluktuira s konstantnom vrijednošću izmjerenog parametra, tada postoji preporuka da se paralelno s izlazom senzora ugradi kondenzator kapaciteta 0,1 ... 1 μF. Stabilniji je strujni signal u rasponu od 0…20mA.

Ali oba ova raspona nisu dobra jer nula na početku ljestvice ne dopušta jednoznačno utvrđivanje što se dogodilo. Ili stvarno primljeni izmjereni signal nulta razina, što je načelno moguće ili je komunikacijska linija jednostavno prekinuta? Stoga pokušavaju odbiti korištenje ovih raspona, ako je moguće.

Signal analognih senzora s izlaznom strujom u rasponu od 4 ... 20 mA smatra se pouzdanijim. Njegova otpornost na buku je prilično visoka, a donja granica, čak i ako izmjereni signal ima nultu razinu, bit će 4mA, što nam omogućuje da kažemo da komunikacijska linija nije prekinuta.

Još jedna dobra značajka raspona 4 ... 20 mA je da se senzori mogu spojiti sa samo dvije žice, budući da se sam senzor napaja ovom strujom. To je njegova struja potrošnje i ujedno mjerni signal.

Uključeno je napajanje za senzore u rasponu od 4 ... 20 mA, kao što je prikazano na slici 5. U isto vrijeme, senzori Zond-10, kao i mnogi drugi, prema putovnici, imaju širok raspon napona napajanja od 10 ... 38V, iako se najčešće koriste stabilizirani izvori s naponom od 24V.

Spajanje analognog senzora s vanjskim napajanjem

Slika 5. Spajanje analognog senzora s vanjskim napajanjem

Ovaj dijagram sadrži sljedeće elemente i simbole. Rsh - mjerni shunt otpornik, Rl1 i Rl2 - otpori komunikacijskih linija. Kako bi se poboljšala točnost mjerenja, kao Rsh treba koristiti otpornik za precizno mjerenje. Prolaz struje iz izvora napajanja prikazan je strelicama.

Lako je vidjeti da izlazna struja napajanja prolazi od +24V priključka, kroz vod Rl1 dolazi do senzorskog terminala +AO2, prolazi kroz senzor i kroz izlazni kontakt senzora - AO2, spojni vod Rl2, otpornik Rsh vraća se na -24V priključak napajanja. Sve, krug je zatvoren, struja teče.

Ako regulator ima napajanje od 24 V, tada je moguć priključak senzora ili mjernog pretvarača prema shemi prikazanoj na slici 6.

Spajanje analognog senzora na regulator s internim napajanjem

Slika 6. Spajanje analognog senzora na regulator s internim napajanjem

Ovaj dijagram prikazuje još jedan element - balastni otpornik Rb. Namjena mu je zaštita mjernog otpornika u slučaju kratkog spoja u komunikacijskom vodu ili kvara analognog senzora. Ugradnja otpornika Rb nije obavezna, ali poželjna.

Osim razni senzori mjerni pretvarači, koji se dosta često koriste u sustavima automatizacije, također imaju strujni izlaz.

Mjerni pretvarač je uređaj za pretvaranje napona, na primjer, 220 V ili struje od nekoliko desetaka ili stotina ampera, u strujni signal od 4 ... 20 mA. Ovdje se jednostavno pretvara razina električnog signala, a ne prikaz neke fizičke veličine (brzina, protok, tlak) u električnom obliku.

Ali stvar, u pravilu, nije dovoljna s jednim senzorom. Neka od najpopularnijih mjerenja su mjerenja temperature i tlaka. Broj takvih točaka u modernoj proizvodnji može doseći nekoliko desetina

Pročitajte također

  • Vrste zidnih svjetiljki i značajke njihove upotrebe
  • O razlici potencijala, elektromotornoj sili i naponu
  • Što se može utvrditi brojilom, osim potrošnje električne energije
  • O kriterijima za ocjenu kakvoće električnih proizvoda
  • Što je bolje za privatnu kuću - jednofazni ili trofazni ulaz?
  • Kako odabrati stabilizator napona za seosku kuću
  • Peltier efekt: magični učinak električne struje
  • Praksa ožičenja i spajanja TV kabela u stanu - značajke procesa
  • Problemi s ožičenjem: što učiniti i kako ih riješiti?
  • Fluorescentne svjetiljke T5: izgledi i problemi primjene
  • Uvlačivi blokovi utičnica: praksa korištenja i spajanja
  • Elektronička pojačala. Dio 2. Audio frekvencijska pojačala
  • Pravilan rad električne opreme i ožičenja u seoskoj kući
  • Glavne točke korištenja sigurnog napona u svakodnevnom životu
  • Potrebni alati i uređaji za početnike u elektronici
  • Kondenzatori: svrha, uređaj, princip rada
  • Što je prijelazni kontaktni otpor i kako se s njime nositi
  • Naponski relej: što postoji, kako odabrati i spojiti?
  • Što je bolje za privatnu kuću - jednofazni ili trofazni ulaz?
  • Kondenzatori u elektroničkim krugovima. Dio 2. Međustupanjska komunikacija, filtri, generatori
  • Kako osigurati udobnost s nedostatkom napajanja
  • Kako prilikom kupnje stroja u trgovini biti siguran da radi?
  • Kako odabrati presjek žice za rasvjetne mreže od 12 volti
  • Način spajanja bojlera i crpke s nedovoljnom mrežnom snagom
  • Induktori i magnetska polja. Dio 2. Elektromagnetska indukcija i induktivitet
  • operacijska pojačala. Dio 2. Idealno operacijsko pojačalo
  • Što su mikrokontroleri (namjena, uređaj, softver)
  • Produljenje vijeka trajanja kompaktne fluorescentne svjetiljke (kućne pomoćnice)
  • Sklopovi operacijskog pojačala bez povratne veze
  • Zamjena električne razvodne ploče u stanu
  • Zašto se bakar i aluminij ne mogu kombinirati u električnom ožičenju?

U procesu automatizacije tehnoloških procesa za upravljanje mehanizmima i jedinicama treba se baviti mjerenjima različitih fizikalnih veličina. To može biti temperatura, tlak i protok tekućine ili plina, brzina vrtnje, intenzitet svjetlosti, podaci o položaju dijelova mehanizama i još mnogo toga. Ove informacije se dobivaju pomoću senzora. Ovdje, prvo, o položaju dijelova mehanizama.

Diskretni senzori

Najjednostavniji senzor je konvencionalni mehanički kontakt: vrata su otvorena - kontakt se otvara, zatvorena - zatvara se. Takav jednostavan senzor, kao i gornji algoritam rada, često. Za mehanizam s translacijskim kretanjem, koji ima dva položaja, na primjer, ventil za vodu, trebat će vam već dva kontakta: jedan kontakt je zatvoren - ventil je zatvoren, drugi je zatvoren - zatvoren je.

Složeniji algoritam translatornog gibanja ima mehanizam za zatvaranje kalupa stroja za injekcijsko prešanje. U početku je kalup otvoren, ovo je početni položaj. U ovom položaju gotovi proizvodi se vade iz kalupa. Zatim radnik zatvara zaštitnu ogradu i kalup se počinje zatvarati, započinje novi ciklus rada.

Razmak između polovica kalupa je prilično velik. Stoga se kalup isprva brzo pomiče, a na nekoj udaljenosti prije nego što se polovice zatvore, aktivira se granični prekidač, brzina kretanja značajno opada i kalup se glatko zatvara.

Takav algoritam izbjegava udar kada je kalup zatvoren, inače se jednostavno može razdvojiti na male komadiće. Ista promjena brzine događa se kada se kalup otvori. Ovdje su dva kontaktna senzora nezamjenjiva.

Dakle, kontaktni senzori su diskretni ili binarni, imaju dva položaja, zatvoreno - otvoreno ili 1 i 0. Drugim riječima, možete reći da se događaj dogodio ili nije. U gornjem primjeru nekoliko točaka je "uhvaćeno" kontaktima: početak kretanja, točka usporavanja, kraj kretanja.

U geometriji točka nema dimenzija, samo točka i to je to. Može ili biti (na listu papira, u putanji, kao u našem slučaju) ili jednostavno ne postoji. Stoga se za detekciju točaka koriste diskretni senzori. Može biti da usporedba s točkom ovdje nije baš prikladna, jer se u praktične svrhe koristi vrijednost točnosti diskretnog senzora, a ta je točnost puno veća od geometrijske točke.

Ali sam po sebi, mehanički kontakt je nepouzdana stvar. Stoga se, gdje god je to moguće, mehanički kontakti zamjenjuju beskontaktnim senzorima. Najjednostavnija opcija su reed prekidači: magnet se približava, kontakt se zatvara. Točnost rada reed prekidača ostavlja mnogo željenog; takvi se senzori koriste samo za određivanje položaja vrata.

Složeniju i precizniju opciju treba smatrati raznim beskontaktnim senzorima. Ako je metalna zastavica ušla u utor, senzor je radio. Kao primjer takvih senzora mogu se navesti BVK senzori (Proximity Limit Switch) raznih serija. Točnost odziva (diferencijal hoda) takvih senzora je 3 milimetra.

Slika 1. Senzor serije BVK

Napon napajanja BVK senzora je 24V, struja opterećenja je 200mA, što je sasvim dovoljno za spajanje međureleja za daljnju koordinaciju s upravljačkim krugom. Tako se BVK senzori koriste u različitoj opremi.

Osim BVK senzora koriste se i senzori tipa BTP, KVP, PIP, KVD, PISCH. Svaka serija ima nekoliko tipova senzora, označenih brojevima, na primjer, BTP-101, BTP-102, BTP-103, BTP-211.

Svi navedeni senzori su beskontaktni diskretni, čija je osnovna namjena određivanje položaja dijelova mehanizama i sklopova. Naravno, ovih senzora ima mnogo više, nemoguće je pisati o svima u jednom članku. Još češći i još uvijek široko korišteni su razni kontaktni senzori.

Primjena analognih senzora

Osim diskretnih senzora, analogni senzori imaju široku primjenu u sustavima automatizacije. Njihova je svrha dobivanje informacija o različitim fizikalnim veličinama, i to ne samo tako općenito, već u stvarnom vremenu. Točnije, pretvaranje fizičke veličine (tlak, temperatura, osvijetljenost, protok, napon, struja) u električni signal pogodan za prijenos komunikacijskim linijama do regulatora i njegovu daljnju obradu.

Analogni senzori obično se nalaze prilično daleko od regulatora, zbog čega se često nazivaju terenski uređaji. Ovaj izraz se često koristi u tehničkoj literaturi.

Analogni senzor obično se sastoji od nekoliko dijelova. Najvažniji dio je osjetljivi element - senzor. Njegova je svrha pretvoriti izmjerenu vrijednost u električni signal. Ali signal primljen od senzora obično je mali. Da bi se dobio signal prikladan za pojačanje, senzor se najčešće uključuje u premosni krug - Vitstanov most.

Slika 2. Wheatstoneov most

Izvorna svrha premosnog kruga je točno mjerenje otpora. Na dijagonalu AD mosta spojen je istosmjerni izvor. Na drugu dijagonalu spojen je osjetljivi galvanometar sa središnjom točkom, s nulom u sredini skale. Za mjerenje otpora otpornika Rx rotiranjem otpornika za ugađanje R2, most treba uravnotežiti, igla galvanometra treba biti postavljena na nulu.

Odstupanje strelice uređaja u jednom ili drugom smjeru omogućuje određivanje smjera rotacije otpornika R2. Vrijednost izmjerenog otpora određena je ljestvicom u kombinaciji s ručkom otpornika R2. Uvjet ravnoteže za most je jednakost omjera R1/R2 i Rx/R3. U tom slučaju između točaka BC dobiva se nulta razlika potencijala, a kroz galvanometar V ne teče struja.

Otpor otpornika R1 i R3 odabran je vrlo precizno, njihovo širenje mora biti minimalno. Samo u ovom slučaju, čak i mala neravnoteža mosta uzrokuje prilično primjetnu promjenu napona dijagonale BC. Upravo to svojstvo mosta služi za povezivanje osjetljivih elemenata (senzora) raznih analognih senzora. E, onda je sve jednostavno, stvar tehnologije.

Za korištenje signala primljenog od senzora potrebna je njegova daljnja obrada, - pojačanje i pretvaranje u izlazni signal prikladan za prijenos i obradu od strane upravljačkog kruga - kontrolor. Najčešće je izlazni signal analognih senzora struja (analogna strujna petlja), rjeđe napon.

Zašto trenutno? Činjenica je da se izlazni stupnjevi analognih senzora temelje na izvorima struje. To vam omogućuje da se riješite utjecaja otpora spojnih vodova na izlazni signal, da koristite spojne vodove velike duljine.

Daljnja transformacija je vrlo jednostavna. Strujni signal se pretvara u napon, za što je dovoljno struju propustiti kroz otpornik poznatog otpora. Pad napona na mjernom otporniku dobiva se prema Ohmovom zakonu U=I*R.

Na primjer, za struju od 10 mA na otporniku od 100 Ohma, napon će biti 10 * 100 = 1000 mV, koliko i cijeli 1 volt! U ovom slučaju izlazna struja senzora ne ovisi o otporu spojnih žica. U razumnim granicama, naravno.

Spajanje analognih senzora

Napon dobiven na mjernom otporniku lako se pretvara u digitalni oblik pogodan za unos u regulator. Pretvorba se vrši s analogno-digitalni pretvarači ADC.

Digitalni podaci se prenose do kontrolera u serijskom ili paralelnom kodu. Sve ovisi o specifičnoj shemi prebacivanja. Pojednostavljeni dijagram spajanja analognog senzora prikazan je na slici 3.

Slika 3. Spajanje analognog senzora (kliknite na sliku za povećanje)

Aktuatori su povezani s regulatorom ili je sam regulator povezan s računalom uključenim u sustav automatizacije.

Naravno, analogni senzori imaju kompletan dizajn, čiji je jedan od elemenata kućište sa spojnim elementima. Kao primjer, na slici 4 prikazan je izgled senzora pretlaka tipa Zond-10.

Slika 4. Senzor nadtlaka Zond-10

Na dnu senzora vidljiv je spojni navoj za spajanje na cjevovod, a desno ispod crnog poklopca nalazi se konektor za spajanje komunikacijske linije s kontrolerom.

Navojni spoj je zabrtvljen žarenom bakrenom podloškom (isporučuje se sa senzorom), a nikako fum-trakom ili lanenom. To je učinjeno tako da prilikom ugradnje senzora senzorski element koji se nalazi unutra nije deformiran.

Analogni senzorski izlazi

Prema standardima, postoje tri raspona strujnih signala: 0…5mA, 0…20mA i 4…20mA. Koja je njihova razlika i koje karakteristike?

Najčešće je ovisnost izlazne struje izravno proporcionalna izmjerenoj vrijednosti, na primjer, što je veći tlak u cijevi, to je veća struja na izlazu senzora. Iako se ponekad koristi inverzna veza: veća vrijednost izlazne struje odgovara minimalnoj vrijednosti izmjerene vrijednosti na izlazu senzora. Sve ovisi o vrsti kontrolera koji se koristi. Neki senzori čak imaju prebacivanje s izravnog na inverzni signal.

Izlazni signal u rasponu od 0...5 mA je vrlo malen i stoga osjetljiv na smetnje. Ako signal takvog senzora fluktuira s konstantnom vrijednošću izmjerenog parametra, tada postoji preporuka da se paralelno s izlazom senzora ugradi kondenzator kapaciteta 0,1 ... 1 μF. Stabilniji je strujni signal u rasponu od 0…20mA.

Ali oba ova raspona nisu dobra jer nula na početku ljestvice ne dopušta jednoznačno utvrđivanje što se dogodilo. Ili je izmjereni signal zapravo poprimio nultu razinu, što je načelno moguće, ili je komunikacijska linija jednostavno pukla? Stoga pokušavaju odbiti korištenje ovih raspona, ako je moguće.

Signal analognih senzora s izlaznom strujom u rasponu od 4 ... 20 mA smatra se pouzdanijim. Njegova otpornost na buku je prilično visoka, a donja granica, čak i ako izmjereni signal ima nultu razinu, bit će 4mA, što nam omogućuje da kažemo da komunikacijska linija nije prekinuta.

Još jedna dobra značajka raspona 4 ... 20 mA je da se senzori mogu spojiti sa samo dvije žice, budući da se sam senzor napaja ovom strujom. To je njegova struja potrošnje i ujedno mjerni signal.

Uključeno je napajanje za senzore u rasponu od 4 ... 20 mA, kao što je prikazano na slici 5. U isto vrijeme, senzori Zond-10, kao i mnogi drugi, prema putovnici, imaju širok raspon napona napajanja od 10 ... 38V, iako se najčešće koriste s naponom od 24V.

Slika 5. Spajanje analognog senzora s vanjskim napajanjem

Ovaj dijagram sadrži sljedeće elemente i simbole. Rsh - mjerni shunt otpornik, Rl1 i Rl2 - otpori komunikacijskih linija. Kako bi se poboljšala točnost mjerenja, kao Rsh treba koristiti otpornik za precizno mjerenje. Prolaz struje iz izvora napajanja prikazan je strelicama.

Lako je vidjeti da izlazna struja napajanja prolazi od +24V priključka, kroz vod Rl1 dolazi do senzorskog terminala +AO2, prolazi kroz senzor i kroz izlazni kontakt senzora - AO2, spojni vod Rl2, otpornik Rsh vraća se na -24V priključak napajanja. Sve, krug je zatvoren, struja teče.

Ako regulator ima napajanje od 24 V, tada je moguć priključak senzora ili mjernog pretvarača prema shemi prikazanoj na slici 6.

Slika 6. Spajanje analognog senzora na regulator s internim napajanjem

Ovaj dijagram prikazuje još jedan element - balastni otpornik Rb. Namjena mu je zaštita mjernog otpornika u slučaju kratkog spoja u komunikacijskom vodu ili kvara analognog senzora. Ugradnja otpornika Rb nije obavezna, ali poželjna.

Osim raznih senzora, strujni izlaz ima i mjerne pretvarače, koji se dosta često koriste u sustavima automatizacije.

Mjerni pretvarač- uređaj za pretvaranje napona, na primjer, 220V ili struje od nekoliko desetaka ili stotina ampera u strujni signal od 4 ... 20mA. Ovdje se jednostavno pretvara razina električnog signala, a ne prikaz neke fizičke veličine (brzina, protok, tlak) u električnom obliku.

Ali stvar, u pravilu, nije dovoljna s jednim senzorom. Neka od najpopularnijih mjerenja su mjerenja temperature i tlaka. Broj takvih točaka u modernoj proizvodnji može doseći nekoliko desetaka tisuća. Sukladno tome, velik je i broj senzora. Stoga se na jedan regulator najčešće spaja nekoliko analognih senzora odjednom. Naravno, ne nekoliko tisuća odjednom, dobro je ako je desetak različito. Takav spoj prikazan je na slici 7.

Slika 7. Spajanje više analognih senzora na regulator

Ova slika pokazuje kako se iz strujnog signala dobiva napon, pogodan za pretvorbu u digitalni kod. Ako postoji više takvih signala, onda se oni ne obrađuju odjednom, već se vremenski odvajaju, multipleksiraju, inače bi se na svaki kanal morao instalirati poseban ADC.

U tu svrhu regulator ima strujni krug za prebacivanje. Funkcionalni dijagram sklopke prikazan je na slici 8.

Slika 8. Prebacivanje kanala analognog senzora (slika na koju se može kliknuti)

Signali strujne petlje pretvoreni u napon preko mjernog otpornika (UR1…URn) dovode se na ulaz analogne sklopke. Upravljački signali naizmjenično šalju na izlaz jedan od signala UR1…URn, koje pojačalo pojačava i naizmjenično šalju na ulaz ADC-a. Napon pretvoren u digitalni kod dovodi se do regulatora.

Shema je, naravno, vrlo pojednostavljena, ali sasvim je moguće razmotriti načelo multipleksiranja u njoj. Otprilike tako je izgrađen modul za unos analognih signala MCTS kontrolera (mikroprocesorski sustav tehničkih sredstava) koji proizvodi smolenski PC "Prolog". Izgled MCTS kontroler prikazan je na slici 9.

Slika 9. MSTS kontroler

Izdavanje takvih kontrolera odavno je obustavljeno, iako se na nekim mjestima, daleko od najboljih, ti kontroleri još uvijek koriste. Ove muzejske eksponate zamjenjuju kontroleri novih modela, uglavnom uvozne (kineske) proizvodnje.

Ako je regulator montiran u metalni ormarić, preporuča se spojiti pletene oklope na točku uzemljenja ormarića. Duljina spojnih vodova može doseći više od dva kilometra, što se izračunava pomoću odgovarajućih formula. Ovdje nećemo ništa računati, ali vjerujte da je tako.

Novi senzori, novi upravljači

Pojavom novih kontrolera, novi analogni odašiljači s HART protokolom(Daljinska sonda koja se može adresirati na autocesti)

Izlazni signal senzora (terenskog uređaja) je analogni strujni signal u rasponu od 4 ... 20 mA, na koji je superponiran frekvencijski moduliran (FSK - Frequency Shift Keying) digitalni komunikacijski signal.

Slika 10. Izlaz HART analognog odašiljača

Slika prikazuje analogni signal sa sinusoidom koja se uvija oko njega poput zmije. Ovo je frekvencijski modulirani signal. Ali ovo uopće nije digitalni signal, tek ga treba prepoznati. Na slici je vidljivo da je frekvencija sinusoide pri prijenosu logičke nule veća (2,2 kHz) nego kod prijenosa jedinice (1,2 kHz). Prijenos ovih signala vrši se strujom amplitude ± 0,5 mA sinusnog oblika.

Poznato je da je prosječna vrijednost sinusoidnog signala jednaka nuli, stoga prijenos digitalnih informacija ne utječe na izlaznu struju senzora 4 ... 20mA. Ovaj način se koristi prilikom konfiguriranja senzora.

HART komunikacija odvija se na dva načina. U prvom slučaju, standardnom, samo dva uređaja mogu razmjenjivati ​​informacije preko dvožilne linije, dok izlazni analogni signal 4 ... 20mA ovisi o izmjerenoj vrijednosti. Ovaj se način rada koristi pri konfiguriranju terenskih uređaja (senzora).

U drugom slučaju, na dvožilnu liniju može se spojiti do 15 senzora, čiji je broj određen parametrima komunikacijske linije i snagom napajanja. Ovo je način rada s više točaka. U ovom načinu rada svaki senzor ima svoju adresu u rasponu 1…15, preko koje mu upravljački uređaj pristupa.

Senzor s adresom 0 je isključen iz komunikacijske linije. Razmjena podataka između senzora i upravljačkog uređaja u višetočkovnom načinu rada provodi se samo frekvencijskim signalom. Trenutni signal senzora je fiksiran na potrebnoj razini i ne mijenja se.

Pod podacima u slučaju višetočkaške komunikacije podrazumijevaju se ne samo rezultati mjerenja kontroliranog parametra, već i čitav niz svih vrsta servisnih informacija.

Prije svega, to su adrese senzora, upravljačke naredbe, postavke. I sve te informacije prenose se dvožilnim komunikacijskim linijama. Je li se i njih moguće riješiti? Istina, to se mora učiniti pažljivo, samo u slučajevima kada bežična veza ne može utjecati na sigurnost kontroliranog procesa.

Ispada da se možete riješiti žica. Već 2007. godine objavljen je WirelessHART Standard, prijenosni medij je nelicencirana frekvencija od 2,4 GHz, na kojoj rade mnogi računalni bežični uređaji, uključujući bežični lokalne mreže. Stoga se WirelessHART uređaji također mogu koristiti bez ikakvih ograničenja. Slika 11 prikazuje WirelessHART mrežu.

Slika 11. Bežična mreža WirelessHART

To su tehnologije koje su zamijenile staru analognu strujnu petlju. Ali ne odustaje ni od svojih pozicija, široko se koristi gdje god je to moguće.

Ovdje sam zasebno izdvojio tako važno praktično pitanje kao što je povezivanje induktivnih senzora s tranzistorskim izlazom, koji u modernom industrijska oprema- svugdje, posvuda. Osim toga, postoje stvarne upute za senzore i poveznice na primjere.

Princip aktivacije (rad) senzora u ovom slučaju može biti bilo koji - induktivni (aproksimacijski), optički (fotoelektrični) itd.

Prvi dio opisan moguće opcije izlaze senzora. Ne bi trebalo biti problema s povezivanjem senzora s kontaktima (relejni izlaz). A s tranzistorima i spajanjem na kontroler nije sve tako jednostavno.

Dijagrami spajanja PNP i NPN senzora

Razlika između PNP i NPN senzora je u tome što mijenjaju različite polove izvora napajanja. PNP (od riječi "Pozitivno") prebacuje pozitivan izlaz napajanja, NPN - negativan.

Ispod su, na primjer, dijagrami spajanja senzora s tranzistorskim izlazom. Opterećenje - u pravilu je to ulaz regulatora.

senzor. Opterećenje (Load) je stalno spojeno na "minus" (0V), napajanje diskretnog "1" (+V) prebacuje se tranzistorom. NO ili NC senzor - ovisi o upravljačkom krugu (glavni krug)

senzor. Opterećenje (Load) je stalno spojeno na "plus" (+V). Ovdje je aktivna razina (diskretna “1”) na izlazu senzora niska (0V), dok se opterećenje napaja preko otvorenog tranzistora.

Pozivam sve da se ne zbune, rad ovih shema bit će detaljno opisan kasnije.

Donji dijagrami u osnovi pokazuju istu stvar. Naglasak je na razlikama u sklopovima PNP i NPN izlaza.

Dijagrami spajanja NPN i PNP izlaza senzora

Na lijevoj slici - senzor s izlaznim tranzistorom NPN. Prebacuje se zajednička žica, što je u ovom slučaju negativna žica izvora napajanja.

S desne strane - kućište s tranzistorom PNP na izlazu. Ovaj je slučaj najčešći, budući da je u modernoj elektronici uobičajeno negativnu žicu izvora napajanja učiniti zajedničkom i aktivirati ulaze kontrolera i drugih uređaja za snimanje s pozitivnim potencijalom.

Kako testirati induktivni senzor?

Da biste to učinili, morate na njega primijeniti napajanje, odnosno spojiti ga na krug. Zatim - aktivirati (pokrenuti). Kada se aktivira, indikator će zasvijetliti. Ali indikacija ne jamči ispravan rad induktivni senzor. Morate spojiti opterećenje i izmjeriti napon na njemu kako biste bili 100% sigurni.

Zamjena senzora

Kao što sam već napisao, u osnovi postoje 4 tipa senzora s tranzistorskim izlazom koji se dijele prema unutarnji uređaj i dijagram ožičenja:

  • PNP BR
  • PNP NC
  • NPN BR
  • NPN NC

Sve ove vrste senzora mogu se međusobno zamijeniti, tj. oni su zamjenjivi.

Ovo se provodi na sljedeće načine:

  • Promjena uređaja za iniciranje - dizajn se mijenja mehanički.
  • Promjena postojeće sheme uključivanja senzora.
  • Promjena vrste izlaza senzora (ako postoje takvi prekidači na tijelu senzora).
  • Reprogramiranje programa - promjena aktivne razine ovog ulaza, promjena algoritma programa.

Dolje je primjer kako PNP senzor možete zamijeniti NPN senzorom promjenom dijagrama ožičenja:

PNP-NPN sheme zamjenjivosti. Lijevo je originalni dijagram, desno modificirani.

Razumijevanje rada ovih sklopova pomoći će spoznaji činjenice da je tranzistor ključni element koji se može prikazati običnim kontaktima releja (primjeri su ispod, u oznaci).

Dakle, dijagram je lijevo. Pretpostavimo da je tip senzora NE. Tada (bez obzira na vrstu tranzistora na izlazu), kada senzor nije aktivan, njegovi izlazni "kontakti" su otvoreni i kroz njih ne teče struja. Kada je senzor aktivan, kontakti su zatvoreni, sa svim posljedicama. Točnije, strujom koja teče kroz te kontakte)). Struja koja teče stvara pad napona na opterećenju.

Unutarnje opterećenje prikazano je isprekidanom linijom s razlogom. Ovaj otpornik postoji, ali njegova prisutnost ne jamči stabilan rad senzora, senzor mora biti spojen na ulaz regulatora ili drugog opterećenja. Otpor ovog ulaza je glavno opterećenje.

Ako u senzoru nema unutarnjeg opterećenja, a kolektor "visi u zraku", to se naziva "krug otvorenog kolektora". Ovaj krug radi SAMO s priključenim opterećenjem.

Dakle, u krugu s PNP izlazom, kada se aktivira, napon (+V) kroz otvoreni tranzistor ulazi na ulaz regulatora, i on se aktivira. Kako to isto postići izdavanjem NPN-a?

Postoje situacije kada potreban senzor nije pri ruci, a stroj bi trebao raditi "trenutačno".

Gledamo promjene u shemi s desne strane. Prije svega, predviđen je način rada izlaznog tranzistora senzora. Za to se krugu dodaje dodatni otpornik, čiji je otpor obično reda veličine 5,1 - 10 kOhm. Sada, kada senzor nije aktivan, napon (+V) se dovodi na ulaz regulatora preko dodatnog otpornika, i ulaz regulatora je aktiviran. Kada je senzor aktivan, na ulazu regulatora postoji diskretna "0", budući da je ulaz regulatora šuntiran otvorenim NPN tranzistorom, a gotovo sva struja dodatnog otpornika prolazi kroz ovaj tranzistor.

U ovom slučaju dolazi do refaziranja rada senzora. Ali senzor radi u načinu rada, a kontroler prima informacije. U većini slučajeva to je dovoljno. Na primjer, u načinu brojanja pulsa - tahometar ili broj praznina.

Da, nije baš ono što smo željeli, a sheme zamjenjivosti za npn i pnp senzore nisu uvijek prihvatljive.

Kako postići punu funkcionalnost? Metoda 1 - mehanički pomaknite ili prepravite metalnu ploču (aktivator). Ili svjetlosni razmak, ako govorimo o optičkom senzoru. Metoda 2 - reprogramirajte ulaz regulatora tako da je diskretna "0" aktivno stanje regulatora, a "1" je pasivno. Ako imate prijenosno računalo pri ruci, onda je druga metoda i brža i lakša.

Simbol senzora blizine

Na dijagrami strujnog kruga induktivni senzori (senzori blizine) se drugačije označavaju. Ali glavna stvar je da postoji kvadrat zakrenut za 45 ° i dvije okomite crte u njemu. Kao na dijagramima ispod.

NEMA NC senzora. Glavne sheme.

Na gornjoj shemi nalazi se normalno otvoreni (NO) kontakt (uvjetno označen kao PNP tranzistor). Drugi krug je normalno zatvoren, a treći krug su oba kontakta u jednom kućištu.

Kodiranje boja izlaza senzora

Postoji standardni sustav označavanja senzora. Trenutno ga se pridržavaju svi proizvođači.

Međutim, prije instalacije korisno je provjeriti je li veza ispravna tako da pogledate priručnik za povezivanje (upute). Osim toga, u pravilu su boje žica naznačene na samom senzoru, ako njegova veličina dopušta.

Ovdje je oznaka.

  • Plava (Plava) - Minus snaga
  • Smeđa (smeđa) - plus
  • Crno (crno) - Izlaz
  • Bijelo (Bijelo) - drugi izlaz ili kontrolni ulaz, morate pogledati upute.

Sustav označavanja induktivnih senzora

Vrsta senzora označena je alfanumeričkim kodom koji kodira glavne parametre senzora. Ispod je sustav označavanja popularnih Autonics mjerača.

Preuzmite upute i priručnike za neke vrste induktivnih senzora: susrećem u svom poslu.

Hvala svima na pažnji, čekam pitanja o povezivanju senzora u komentarima!