توصيل مستشعر الضغط بجهاز التحكم. توصيل المستشعرات بالإخراج الحالي بالأجهزة الثانوية. أجهزة استشعار جديدة ، وحدات تحكم جديدة

مجسات منفصلة

تتجنب هذه الخوارزمية التأثير عندما يكون القالب مغلقًا ، وإلا يمكن تقسيمه إلى قطع صغيرة. يحدث نفس التغيير في السرعة عند فتح القالب. هنا ، لا غنى عن اثنين من مستشعرات الاتصال.

تطبيق أجهزة الاستشعار التناظرية

الشكل 2. جسر ويتستون

ربط أجهزة الاستشعار التناظرية

مخرجات أجهزة الاستشعار التناظرية

لكن الأمر ، كقاعدة عامة ، لا يكفي مع جهاز استشعار واحد. بعض القياسات الأكثر شيوعًا هي قياسات درجة الحرارة والضغط. يمكن أن يصل عدد هذه النقاط في الإنتاج الحديث إلى عدة عشرات الآلاف. وفقًا لذلك ، فإن عدد المستشعرات كبير أيضًا. لذلك ، غالبًا ما يتم توصيل العديد من أجهزة الاستشعار التناظرية بوحدة تحكم واحدة في وقت واحد. بالطبع ، ليس عدة آلاف في وقت واحد ، من الجيد أن تكون العشرات مختلفة. يظهر هذا الاتصال في الشكل 7.

الشكل 7. توصيل أجهزة استشعار تناظرية متعددة بوحدة التحكم

يوضح هذا الشكل كيفية الحصول على الجهد من إشارة حالية ، مناسبة للتحويل إلى رمز رقمي. إذا كان هناك العديد من هذه الإشارات ، فلن تتم معالجتها كلها مرة واحدة ، ولكن يتم فصلها في الوقت المناسب ، وتعدد إرسالها ، وإلا فسيتعين تثبيت ADC منفصل على كل قناة.

لهذا الغرض ، تحتوي وحدة التحكم على دائرة تبديل دارة. يظهر الرسم التخطيطي الوظيفي للمفتاح في الشكل 8.

الشكل 8. تبديل قناة المستشعر التناظري (صورة قابلة للنقر)

يتم تغذية إشارات الحلقة الحالية المحولة إلى جهد عبر المقاوم القياس (UR1… URn) إلى مدخلات المفتاح التناظري. تنتقل إشارات التحكم بالتناوب إلى خرج إحدى الإشارات UR1… URn ، والتي يتم تضخيمها بواسطة مكبر الصوت ، ويتم تغذيتها بالتناوب إلى مدخل ADC. يتم توفير الجهد المحول إلى رمز رقمي لجهاز التحكم.

المخطط ، بالطبع ، مبسط للغاية ، لكن من الممكن تمامًا مراعاة مبدأ تعدد الإرسال فيه. تقريبًا هذه هي الطريقة التي يتم بها بناء الوحدة النمطية لإدخال الإشارات التناظرية لوحدات تحكم MCTS (نظام المعالجات الدقيقة للوسائل التقنية) التي تنتجها Smolensk PC "Prolog".

لقد توقف إصدار وحدات التحكم هذه منذ فترة طويلة ، على الرغم من أنه في بعض الأماكن ، بعيدًا عن الأفضل ، لا تزال وحدات التحكم هذه قيد الاستخدام. يتم استبدال معروضات المتحف هذه بوحدات تحكم في النماذج الجديدة ، خاصة الإنتاج المستورد (الصيني).

إذا تم تركيب وحدة التحكم في خزانة معدنية ، يوصى بتوصيل الدروع المضفرة بنقطة تأريض الخزانة. يمكن أن يصل طول الخطوط المتصلة إلى أكثر من كيلومترين ، ويتم حسابها باستخدام الصيغ المناسبة. لن نحسب أي شيء هنا ، لكننا نعتقد أن الأمر كذلك.

أجهزة استشعار جديدة ، وحدات تحكم جديدة

مع ظهور وحدات تحكم جديدة ، ظهرت أيضًا مستشعرات تناظرية جديدة تعمل باستخدام بروتوكول HART (محول الطاقة عن بُعد القابل للتحكم عبر الطرق السريعة) ، والذي يُترجم إلى "محول قياس يتم معالجته عن بُعد عبر الجذع".

إشارة خرج المستشعر (الجهاز الميداني) هي إشارة تيار تناظرية في نطاق 4 ... 20 مللي أمبير ، حيث يتم فرض إشارة اتصال رقمية معدلة التردد (FSK - مفتاح تحويل التردد).

من المعروف أن متوسط ​​قيمة الإشارة الجيبية تساوي الصفر ، وبالتالي ، فإن نقل المعلومات الرقمية لا يؤثر على تيار الخرج لجهاز الاستشعار 4 ... 20mA. يستخدم هذا الوضع عند تكوين أجهزة الاستشعار.

يتم الاتصال HART بطريقتين. في الحالة الأولى ، الحالة القياسية ، يمكن لجهازين فقط تبادل المعلومات عبر خط من سلكين ، بينما تعتمد إشارة الإخراج التناظرية 4 ... 20 مللي أمبير على القيمة المقاسة. يستخدم هذا الوضع عند تكوين الأجهزة الميدانية (أجهزة الاستشعار).

في الحالة الثانية ، يمكن توصيل ما يصل إلى 15 مستشعرًا بخط من سلكين ، يتم تحديد رقمه بواسطة معلمات خط الاتصال وقوة مصدر الطاقة. هذا هو الوضع متعدد النقاط. في هذا الوضع ، يكون لكل جهاز استشعار عنوانه الخاص في النطاق 1… 15 ، والذي من خلاله يصل إليه جهاز التحكم.

جهاز الاستشعار مع العنوان 0 غير متصل بخط الاتصال. يتم تبادل البيانات بين المستشعر وجهاز التحكم في الوضع متعدد النقاط فقط بواسطة إشارة تردد. يتم إصلاح الإشارة الحالية للمستشعر على المستوى المطلوب ولا تتغير.

لا تعني البيانات في حالة الاتصال متعدد النقاط نتائج قياسات المعلمة الخاضعة للرقابة فحسب ، بل تعني أيضًا مجموعة كاملة من جميع أنواع معلومات الخدمة.

بادئ ذي بدء ، هذه هي عناوين أجهزة الاستشعار وأوامر التحكم والإعدادات. ويتم نقل كل هذه المعلومات عبر خطوط اتصال ثنائية الأسلاك. هل من الممكن التخلص منها أيضا؟ صحيح ، يجب أن يتم ذلك بعناية ، فقط في الحالات التي لا يمكن أن يؤثر فيها الاتصال اللاسلكي على أمان العملية الخاضعة للرقابة.

هذه هي التقنيات التي حلت محل حلقة التيار التناظري القديمة. لكنها لا تتخلى عن مواقعها أيضًا ، فهي تستخدم على نطاق واسع حيثما أمكن ذلك.

في عملية أتمتة العمليات التكنولوجية للتحكم في الآليات والوحدات ، يتعين على المرء التعامل مع قياسات الكميات المادية المختلفة. يمكن أن تكون درجة الحرارة والضغط ومعدل التدفق لسائل أو غاز ، وسرعة الدوران ، وشدة الضوء ، ومعلومات حول موضع أجزاء من الآليات ، وأكثر من ذلك بكثير. يتم الحصول على هذه المعلومات باستخدام أجهزة الاستشعار. هنا ، أولاً ، حول موضع أجزاء الآليات.

مجسات منفصلة

أبسط جهاز استشعار هو اتصال ميكانيكي تقليدي: الباب مفتوح - جهة الاتصال تفتح ، مغلقة - تغلق. غالبًا ما يستخدم هذا المستشعر البسيط ، بالإضافة إلى خوارزمية التشغيل المذكورة أعلاه ، في أجهزة الإنذار ضد السرقة. بالنسبة لآلية ذات حركة انتقالية ، لها موضعان ، على سبيل المثال ، صمام ماء ، ستحتاج إلى جهتي اتصال بالفعل: جهة اتصال مغلقة - الصمام مغلق ، والآخر مغلق - مغلق.

تحتوي خوارزمية الحركة الانتقالية الأكثر تعقيدًا على آلية لإغلاق قالب آلة التشكيل بالحقن. في البداية ، القالب مفتوح ، هذا هو وضع البداية. في هذا الموضع ، تتم إزالة المنتجات النهائية من القالب. بعد ذلك ، يغلق العامل السياج الواقي ويبدأ القالب في الإغلاق ، وتبدأ دورة عمل جديدة.

المسافة بين نصفي القالب كبيرة جدًا. لذلك ، في البداية يتحرك القالب بسرعة ، وعلى مسافة ما قبل إغلاق النصفين ، يتم تشغيل مفتاح الحد ، وتنخفض سرعة الحركة بشكل كبير ويغلق القالب بسلاسة.

وبالتالي ، فإن المستشعرات القائمة على الاتصال منفصلة أو ثنائية ، ولها موضعان ، مغلقان - مفتوحان أو 1 و 0. وبعبارة أخرى ، يمكنك القول أن حدثًا قد وقع أم لا. في المثال أعلاه ، "تمسك" جهات الاتصال بعدة نقاط: بداية الحركة ، نقطة التباطؤ ، نهاية الحركة.

في الهندسة ، النقطة ليس لها أبعاد ، فقط نقطة وهذا كل شيء. يمكن أن يكون (على ورقة ، في المسار ، كما في حالتنا) أو ببساطة غير موجود. لذلك ، يتم استخدام أجهزة الاستشعار المنفصلة لاكتشاف النقاط. قد لا تكون المقارنة بنقطة مناسبة للغاية هنا ، لأنهم لأغراض عملية يستخدمون قيمة دقة جهاز استشعار منفصل ، وهذه الدقة أكبر بكثير من نقطة هندسية.

لكن الاتصال الميكانيكي في حد ذاته أمر لا يمكن الاعتماد عليه. لذلك ، كلما كان ذلك ممكنًا ، يتم استبدال جهات الاتصال الميكانيكية بأجهزة استشعار غير ملامسة. أبسط خيار هو مفاتيح القصب: يقترب المغناطيس ، ويغلق الاتصال. تترك دقة تشغيل مفتاح القصب الكثير مما هو مرغوب فيه ؛ يتم استخدام هذه المستشعرات فقط لتحديد موضع الأبواب.

يجب اعتبار خيار أكثر تعقيدًا ودقة من أجهزة الاستشعار المختلفة غير المتصلة. إذا دخل العلم المعدني في الفتحة ، فعندئذٍ يعمل المستشعر. يمكن الاستشهاد بمستشعرات BVK (مفتاح حد القرب) من سلاسل مختلفة كمثال على هذه المستشعرات. دقة الاستجابة (فرق السكتة الدماغية) لهذه المستشعرات هي 3 ملليمترات.

مستشعر سلسلة BVK

الشكل 1. مستشعر سلسلة BVK

جهد إمداد مستشعرات BVK هو 24 فولت ، تيار الحمل 200 مللي أمبير ، وهو ما يكفي تمامًا لتوصيل المرحلات الوسيطة لمزيد من التنسيق مع دائرة التحكم. هذه هي الطريقة التي يتم بها استخدام مستشعرات BVK في المعدات المختلفة.

بالإضافة إلى مستشعرات BVK ، تُستخدم أيضًا مستشعرات من أنواع BTP و KVP و PIP و KVD و PISCH. تحتوي كل سلسلة على عدة أنواع من أجهزة الاستشعار ، يشار إليها بالأرقام ، على سبيل المثال ، BTP-101 ، BTP-102 ، BTP-103 ، BTP-211.

جميع المستشعرات المذكورة منفصلة عن عدم الاتصال ، والغرض الرئيسي منها هو تحديد موضع أجزاء الآليات والتجمعات. بطبيعة الحال ، هناك العديد من هذه المستشعرات ؛ من المستحيل الكتابة عنها جميعًا في مقال واحد. الأكثر شيوعًا وما زالت تستخدم على نطاق واسع هي أجهزة استشعار الاتصال المختلفة.

تطبيق أجهزة الاستشعار التناظرية

بالإضافة إلى المستشعرات المنفصلة ، تُستخدم المستشعرات التناظرية على نطاق واسع في أنظمة التشغيل الآلي. الغرض منها هو الحصول على معلومات حول الكميات المادية المختلفة ، وليس فقط مثل ذلك بشكل عام ، ولكن في الوقت الحقيقي. بتعبير أدق ، تحويل الكمية المادية (الضغط ، درجة الحرارة ، الإضاءة ، التدفق ، الجهد ، التيار) إلى إشارة كهربائية مناسبة للإرسال عبر خطوط الاتصال إلى وحدة التحكم ومعالجتها الإضافية.

عادةً ما توجد المستشعرات التناظرية بعيدًا جدًا عن وحدة التحكم ، وهذا هو سبب تسميتها بالأجهزة الميدانية. غالبًا ما يستخدم هذا المصطلح في الأدبيات الفنية.

يتكون المستشعر التناظري عادةً من عدة أجزاء. الجزء الأكثر أهمية هو العنصر الحساس - المستشعر. والغرض منه هو تحويل القيمة المقاسة إلى إشارة كهربائية. لكن الإشارة الواردة من المستشعر عادة ما تكون صغيرة. للحصول على إشارة مناسبة للتضخيم ، غالبًا ما يتم تضمين المستشعر في دائرة جسر - جسر ويتستون.

جسر يتستون

الشكل 2. جسر ويتستون

الغرض الأصلي من دائرة الجسر هو قياس المقاومة بدقة. يتم توصيل مصدر التيار المستمر بقطر جسر AD. يرتبط الجلفانومتر الحساس بنقطة وسطية ، مع وجود صفر في منتصف المقياس ، بالقطر الآخر. لقياس مقاومة المقاوم Rx عن طريق تدوير المقاوم المضبوط R2 ، يجب أن يكون الجسر متوازنًا ، ويجب ضبط إبرة الجلفانومتر على الصفر.

يسمح لك انحراف سهم الجهاز في اتجاه أو آخر بتحديد اتجاه دوران المقاوم R2. يتم تحديد قيمة المقاومة المقاسة بواسطة المقياس ، جنبًا إلى جنب مع مقبض المقاوم R2. شرط التوازن للجسر هو المساواة بين النسب R1 / R2 و Rx / R3. في هذه الحالة ، يتم الحصول على فرق محتمل صفري بين النقاط BC ، ولا يتدفق التيار عبر الجلفانومتر V.

يتم تحديد مقاومة المقاومات R1 و R3 بدقة شديدة ، ويجب أن يكون انتشارها ضئيلاً. فقط في هذه الحالة ، حتى الخلل البسيط في الجسر يسبب تغيرًا ملحوظًا إلى حد ما في جهد قطري BC. تُستخدم خاصية الجسر هذه لربط العناصر الحساسة (أجهزة الاستشعار) بأجهزة الاستشعار التناظرية المختلفة. حسنًا ، كل شيء بسيط ، مسألة تقنية.

لاستخدام الإشارة الواردة من المستشعر ، يلزم إجراء مزيد من المعالجة - التضخيم والتحويل إلى إشارة خرج مناسبة للإرسال والمعالجة بواسطة دائرة التحكم - وحدة التحكم. غالبًا ما تكون إشارة خرج المستشعرات التناظرية هي التيار (حلقة التيار التناظري) ، وغالبًا ما تكون الجهد.

لماذا التيار؟ الحقيقة هي أن مراحل إخراج أجهزة الاستشعار التناظرية تستند إلى المصادر الحالية. يتيح لك ذلك التخلص من تأثير مقاومة الخطوط المتصلة على إشارة الخرج ، لاستخدام خطوط التوصيل ذات الطول الكبير.

مزيد من التحول بسيط للغاية. يتم تحويل الإشارة الحالية إلى جهد ، وهو ما يكفي لتمرير التيار عبر المقاوم ذي المقاومة المعروفة. يتم الحصول على انخفاض الجهد عبر المقاوم القياس وفقًا لقانون أوم U = I * R.

على سبيل المثال ، بالنسبة للتيار البالغ 10 مللي أمبير عبر المقاوم 100 أوم ، سيكون الجهد 10 * 100 = 1000 مللي فولت ، بقدر 1 فولت بالكامل! في هذه الحالة ، لا يعتمد تيار خرج المستشعر على مقاومة أسلاك التوصيل. ضمن حدود معقولة ، بالطبع.

ربط أجهزة الاستشعار التناظرية

يتم تحويل الجهد الذي يتم الحصول عليه على مقاوم القياس بسهولة إلى شكل رقمي مناسب للإدخال في وحدة التحكم. يتم إجراء التحويل باستخدام محولات ADC التناظرية إلى الرقمية.

يتم إرسال البيانات الرقمية إلى وحدة التحكم في رمز تسلسلي أو متوازي. كل هذا يتوقف على مخطط التحويل المحدد. يظهر مخطط اتصال مستشعر تناظري مبسط في الشكل 3.

توصيل جهاز استشعار تناظري

الشكل 3. توصيل جهاز استشعار تناظري (انقر على الصورة لتكبيرها)

يتم توصيل المشغلات بوحدة التحكم ، أو أن وحدة التحكم نفسها متصلة بجهاز كمبيوتر مدرج في نظام التشغيل الآلي.

بطبيعة الحال ، تتمتع المستشعرات التناظرية بتصميم كامل ، أحد عناصره عبارة عن مبيت به عناصر متصلة. كمثال ، يوضح الشكل 4 مظهر مستشعر الضغط الزائد من النوع Zond-10.

مستشعر الضغط الزائد Zond-10

الشكل 4. مستشعر الضغط الزائد Zond-10

في الجزء السفلي من المستشعر ، يمكنك رؤية خيط التوصيل للتوصيل بخط الأنابيب ، وعلى اليمين ، تحت الغطاء الأسود ، يوجد موصل لتوصيل خط الاتصال بوحدة التحكم.

يتم إغلاق الوصلة الملولبة بغسالة نحاسية صلبة (مزودة بجهاز الاستشعار) ، ولا تستخدم بأي حال من الأحوال شريط دخان أو كتان. يتم ذلك بحيث لا يتشوه عنصر المستشعر الموجود بالداخل عند تثبيت المستشعر.

مخرجات أجهزة الاستشعار التناظرية

وفقًا للمعايير ، هناك ثلاثة نطاقات للإشارات الحالية: 0 ... 5mA ، 0 ... 20mA و 4… 20mA. ما هو اختلافهم وما الميزات؟

في أغلب الأحيان ، يتناسب اعتماد تيار الخرج بشكل مباشر مع القيمة المقاسة ، على سبيل المثال ، كلما زاد الضغط في الأنبوب ، زاد التيار عند خرج المستشعر. على الرغم من استخدام اتصال عكسي في بعض الأحيان: تتوافق القيمة الأكبر لتيار الخرج مع القيمة الدنيا للقيمة المقاسة عند خرج المستشعر. كل هذا يتوقف على نوع وحدة التحكم المستخدمة. حتى أن بعض المستشعرات لديها التبديل من إشارة مباشرة إلى إشارة معكوسة.

إشارة الخرج في النطاق 0 ... 5mA صغيرة جدًا وبالتالي فهي عرضة للتداخل. إذا كانت إشارة هذا المستشعر تتقلب بقيمة ثابتة للمعلمة المقاسة ، فهناك توصية لتركيب مكثف بسعة 0.1 ... 1 μF بالتوازي مع خرج المستشعر. أكثر استقرارًا هي الإشارة الحالية في نطاق 0… 20mA.

لكن كلا النطاقين ليس جيدًا لأن الصفر في بداية المقياس لا يسمح لك بتحديد ما حدث بشكل لا لبس فيه. أم أن الإشارة المقاسة أخذت بالفعل مستوى الصفر ، وهو أمر ممكن من حيث المبدأ ، أم أن خط الاتصال انقطع ببساطة؟ لذلك ، يحاولون رفض استخدام هذه النطاقات ، إن أمكن.

تعتبر إشارة المستشعرات التناظرية بتيار خرج في حدود 4 ... 20 مللي أمبير أكثر موثوقية. مناعة الضوضاء عالية جدًا ، والحد الأدنى ، حتى لو كانت الإشارة المقاسة بمستوى صفر ، سيكون 4 مللي أمبير ، مما يسمح لنا بالقول إن خط الاتصال غير مكسور.

ميزة أخرى جيدة لنطاق 4 ... 20mA هي أن المستشعرات يمكن توصيلها بسلكين فقط ، لأن المستشعر نفسه يعمل بواسطة هذا التيار. هذا هو استهلاكه الحالي وفي نفس الوقت إشارة قياس.

مزود الطاقة لأجهزة الاستشعار في النطاق 4 ... يتم تشغيل 20 مللي أمبير ، كما هو موضح في الشكل 5. وفي الوقت نفسه ، تتمتع مستشعرات Zond-10 ، مثل العديد من المستشعرات الأخرى ، وفقًا لجواز السفر ، بنطاق جهد إمداد واسع يبلغ 10 ... 38 فولت ، على الرغم من استخدام المصادر المستقرة بجهد 24 فولت في الغالب.

توصيل مستشعر تناظري بمصدر طاقة خارجي

الشكل 5. توصيل جهاز استشعار تناظري بمصدر طاقة خارجي

يحتوي هذا الرسم البياني على العناصر والرموز التالية. Rsh - قياس مقاومة التحويلة ، Rl1 و Rl2 - مقاومات خط الاتصال. لتحسين دقة القياس ، يجب استخدام مقاوم قياس دقيق مثل Rsh. يتم عرض مرور التيار من مصدر الطاقة بواسطة الأسهم.

من السهل أن ترى أن تيار خرج مصدر الطاقة يمر من طرف + 24 فولت ، عبر الخط Rl1 يصل إلى طرف المستشعر + AO2 ، ويمر عبر المستشعر ومن خلال جهة اتصال خرج المستشعر - AO2 ، خط التوصيل Rl2 ، يعود المقاوم Rsh إلى محطة إمداد الطاقة بجهد 24 فولت. كل شيء ، الدائرة مغلقة ، يتدفق التيار.

إذا كانت وحدة التحكم تحتوي على مصدر طاقة بجهد 24 فولت ، فمن الممكن توصيل مستشعر أو محول طاقة قياس وفقًا للمخطط الموضح في الشكل 6.

توصيل مستشعر تناظري بجهاز تحكم مزود بمصدر طاقة داخلي

الشكل 6. توصيل مستشعر تناظري بجهاز تحكم مزود بمصدر طاقة داخلي

يوضح هذا الرسم البياني عنصرًا آخر - مقاوم الصابورة Rb. والغرض منه هو حماية مقاوم القياس في حالة حدوث ماس كهربائي في خط الاتصال أو عطل في جهاز الاستشعار التناظري. تثبيت المقاوم Rb اختياري ، على الرغم من أنه مرغوب فيه.

بالإضافة إلى المستشعرات المختلفة ، يحتوي الإخراج الحالي أيضًا على محولات قياس ، والتي تُستخدم كثيرًا في أنظمة التشغيل الآلي.

محول الطاقة - جهاز لتحويل مستويات الجهد ، على سبيل المثال ، 220 فولت أو تيار من عدة عشرات أو مئات الأمبيرات إلى إشارة تيار 4 ... 20 مللي أمبير. هنا ، يتم تحويل مستوى الإشارة الكهربائية ببساطة ، وليس تمثيل بعض الكمية المادية (السرعة ، التدفق ، الضغط) في شكل كهربائي.

لكن الأمر ، كقاعدة عامة ، لا يكفي مع جهاز استشعار واحد. بعض القياسات الأكثر شيوعًا هي قياسات درجة الحرارة والضغط. يمكن أن يصل عدد هذه النقاط في الإنتاج الحديث إلى عدة عشرة

اقرأ أيضا

• أنواع مصابيح الحائط وخصائص استخدامها
• حول فرق الجهد والقوة الدافعة الكهربائية والجهد
• ما يمكن أن يحدده العداد عدا استهلاك الكهرباء
• حول معايير تقييم جودة المنتجات الكهربائية
• ما هو الأفضل لمنزل خاص - مدخلات أحادية الطور أم ثلاثية الطور؟
• كيفية اختيار مثبت الجهد لمنزل ريفي
• تأثير بلتيير: التأثير السحري للتيار الكهربائي
• ممارسة الأسلاك وتوصيل كابل التلفزيون في شقة - ميزات العملية
• مشاكل الأسلاك: ماذا تفعل وكيف تصلحها؟
• مصابيح الفلورسنت T5: آفاق ومشاكل التطبيق
• كتل المقبس القابلة للسحب: ممارسة الاستخدام والتوصيل
• مكبرات الصوت الإلكترونية. الجزء 2. مضخمات تردد الصوت
• التشغيل السليم للمعدات الكهربائية والأسلاك في منزل ريفي
• النقاط الرئيسية لاستخدام الجهد الآمن في الحياة اليومية
• الأدوات والأجهزة اللازمة للمبتدئين لدراسة الإلكترونيات
• المكثفات: الغرض ، الجهاز ، مبدأ التشغيل
• ما هي مقاومة الاتصال العابرة وكيفية التعامل معها
• مرحل الجهد: ما هو موجود ، وكيفية الاختيار والاتصال؟
• ما هو الأفضل لمنزل خاص - مدخلات أحادية الطور أم ثلاثية الطور؟
• المكثفات في الدوائر الإلكترونية. الجزء 2. الاتصالات بين المراحل ، والمرشحات ، والمولدات
• كيفية ضمان الراحة مع عدم كفاية إمدادات الطاقة
• كيف تتأكد عند شراء آلة في متجر أنها تعمل؟
• كيفية اختيار مقطع سلكي لشبكات الإضاءة 12 فولت
• طريقة توصيل سخان مياه ومضخة مع طاقة شبكة غير كافية
• المحاثات والمجالات المغناطيسية. الجزء 2. الحث الكهرومغناطيسي والحث
• مكبرات الصوت التنفيذية. الجزء 2. مكبر للصوت التشغيلي المثالي
• ما هي الميكروكونترولر (الغرض ، الجهاز ، البرنامج)
• إطالة عمر مصباح الفلورسنت المدمج (مدبرة المنزل)
• دوائر مكبر التشغيل بدون تغذية مرتدة
• استبدال لوحة المفاتيح الكهربائية للشقة
• لماذا لا يمكن الجمع بين النحاس والألمنيوم في الأسلاك الكهربائية؟

في عملية أتمتة العمليات التكنولوجية للتحكم في الآليات والوحدات ، يتعين على المرء التعامل مع قياسات الكميات المادية المختلفة. يمكن أن تكون درجة الحرارة والضغط ومعدل التدفق لسائل أو غاز ، وسرعة الدوران ، وشدة الضوء ، ومعلومات حول موضع أجزاء من الآليات ، وأكثر من ذلك بكثير. يتم الحصول على هذه المعلومات باستخدام أجهزة الاستشعار. هنا ، أولاً ، حول موضع أجزاء الآليات.

مجسات منفصلة

أبسط جهاز استشعار هو اتصال ميكانيكي تقليدي: الباب مفتوح - جهة الاتصال تفتح ، مغلقة - تغلق. مثل هذا المستشعر البسيط ، وكذلك خوارزمية العمل المذكورة أعلاه ، في كثير من الأحيان. بالنسبة لآلية ذات حركة انتقالية ، لها موضعان ، على سبيل المثال ، صمام ماء ، ستحتاج إلى جهتي اتصال بالفعل: جهة اتصال مغلقة - الصمام مغلق ، والآخر مغلق - مغلق.

تحتوي خوارزمية الحركة الانتقالية الأكثر تعقيدًا على آلية لإغلاق قالب آلة التشكيل بالحقن. في البداية ، القالب مفتوح ، هذا هو وضع البداية. في هذا الموضع ، تتم إزالة المنتجات النهائية من القالب. بعد ذلك ، يغلق العامل السياج الواقي ويبدأ القالب في الإغلاق ، وتبدأ دورة عمل جديدة.

المسافة بين نصفي القالب كبيرة جدًا. لذلك ، في البداية يتحرك القالب بسرعة ، وعلى مسافة ما قبل إغلاق النصفين ، يتم تشغيل مفتاح الحد ، وتنخفض سرعة الحركة بشكل كبير ويغلق القالب بسلاسة.

تتجنب هذه الخوارزمية التأثير عندما يكون القالب مغلقًا ، وإلا يمكن تقسيمه إلى قطع صغيرة. يحدث نفس التغيير في السرعة عند فتح القالب. هنا ، لا غنى عن اثنين من مستشعرات الاتصال.

وبالتالي ، فإن المستشعرات القائمة على الاتصال منفصلة أو ثنائية ، ولها موضعان ، مغلقان - مفتوحان أو 1 و 0. وبعبارة أخرى ، يمكنك القول أن حدثًا قد وقع أم لا. في المثال أعلاه ، "تمسك" جهات الاتصال بعدة نقاط: بداية الحركة ، نقطة التباطؤ ، نهاية الحركة.

في الهندسة ، النقطة ليس لها أبعاد ، فقط نقطة وهذا كل شيء. يمكن أن يكون (على ورقة ، في المسار ، كما في حالتنا) أو ببساطة غير موجود. لذلك ، يتم استخدام أجهزة الاستشعار المنفصلة لاكتشاف النقاط. قد لا تكون المقارنة بنقطة مناسبة للغاية هنا ، لأنهم لأغراض عملية يستخدمون قيمة دقة جهاز استشعار منفصل ، وهذه الدقة أكبر بكثير من نقطة هندسية.

لكن الاتصال الميكانيكي في حد ذاته أمر لا يمكن الاعتماد عليه. لذلك ، كلما كان ذلك ممكنًا ، يتم استبدال جهات الاتصال الميكانيكية بأجهزة استشعار غير ملامسة. أبسط خيار هو مفاتيح القصب: يقترب المغناطيس ، ويغلق الاتصال. تترك دقة تشغيل مفتاح القصب الكثير مما هو مرغوب فيه ؛ يتم استخدام هذه المستشعرات فقط لتحديد موضع الأبواب.

يجب اعتبار خيار أكثر تعقيدًا ودقة من أجهزة الاستشعار المختلفة غير المتصلة. إذا دخل العلم المعدني في الفتحة ، فعندئذٍ يعمل المستشعر. يمكن الاستشهاد بمستشعرات BVK (مفتاح حد القرب) من سلاسل مختلفة كمثال على هذه المستشعرات. دقة الاستجابة (فرق السكتة الدماغية) لهذه المستشعرات هي 3 ملليمترات.

الشكل 1. مستشعر سلسلة BVK

جهد إمداد مستشعرات BVK هو 24 فولت ، تيار الحمل 200 مللي أمبير ، وهو ما يكفي تمامًا لتوصيل المرحلات الوسيطة لمزيد من التنسيق مع دائرة التحكم. هذه هي الطريقة التي يتم بها استخدام مستشعرات BVK في المعدات المختلفة.

بالإضافة إلى مستشعرات BVK ، تُستخدم أيضًا مستشعرات من أنواع BTP و KVP و PIP و KVD و PISCH. تحتوي كل سلسلة على عدة أنواع من أجهزة الاستشعار ، يشار إليها بالأرقام ، على سبيل المثال ، BTP-101 ، BTP-102 ، BTP-103 ، BTP-211.

جميع المستشعرات المذكورة منفصلة عن عدم الاتصال ، والغرض الرئيسي منها هو تحديد موضع أجزاء الآليات والتجمعات. بطبيعة الحال ، هناك العديد من هذه المستشعرات ؛ من المستحيل الكتابة عنها جميعًا في مقال واحد. الأكثر شيوعًا وما زالت تستخدم على نطاق واسع هي أجهزة استشعار الاتصال المختلفة.

تطبيق أجهزة الاستشعار التناظرية

بالإضافة إلى المستشعرات المنفصلة ، تُستخدم المستشعرات التناظرية على نطاق واسع في أنظمة التشغيل الآلي. الغرض منها هو الحصول على معلومات حول الكميات المادية المختلفة ، وليس فقط مثل ذلك بشكل عام ، ولكن في الوقت الحقيقي. بتعبير أدق ، تحويل الكمية المادية (الضغط ، درجة الحرارة ، الإضاءة ، التدفق ، الجهد ، التيار) إلى إشارة كهربائية مناسبة للإرسال عبر خطوط الاتصال إلى وحدة التحكم ومعالجتها الإضافية.

عادةً ما توجد المستشعرات التناظرية بعيدًا جدًا عن وحدة التحكم ، وهذا هو سبب تسميتها غالبًا الأجهزة الميدانية. غالبًا ما يستخدم هذا المصطلح في الأدبيات الفنية.

يتكون المستشعر التناظري عادةً من عدة أجزاء. الجزء الأكثر أهمية هو العنصر الحساس - المستشعر. والغرض منه هو تحويل القيمة المقاسة إلى إشارة كهربائية. لكن الإشارة الواردة من المستشعر عادة ما تكون صغيرة. للحصول على إشارة مناسبة للتضخيم ، غالبًا ما يتم تضمين المستشعر في دائرة جسر - جسر يتستون.

الشكل 2. جسر ويتستون

الغرض الأصلي من دائرة الجسر هو قياس المقاومة بدقة. يتم توصيل مصدر التيار المستمر بقطر جسر AD. يرتبط الجلفانومتر الحساس بنقطة وسطية ، مع وجود صفر في منتصف المقياس ، بالقطر الآخر. لقياس مقاومة المقاوم Rx عن طريق تدوير المقاوم المضبوط R2 ، يجب أن يكون الجسر متوازنًا ، ويجب ضبط إبرة الجلفانومتر على الصفر.

يسمح لك انحراف سهم الجهاز في اتجاه أو آخر بتحديد اتجاه دوران المقاوم R2. يتم تحديد قيمة المقاومة المقاسة بواسطة المقياس ، جنبًا إلى جنب مع مقبض المقاوم R2. شرط التوازن للجسر هو المساواة بين النسب R1 / R2 و Rx / R3. في هذه الحالة ، يتم الحصول على فرق محتمل صفري بين النقاط BC ، ولا يتدفق التيار عبر الجلفانومتر V.

يتم تحديد مقاومة المقاومات R1 و R3 بدقة شديدة ، ويجب أن يكون انتشارها ضئيلاً. فقط في هذه الحالة ، حتى الخلل البسيط في الجسر يسبب تغيرًا ملحوظًا إلى حد ما في جهد قطري BC. تُستخدم خاصية الجسر هذه لربط العناصر الحساسة (أجهزة الاستشعار) بأجهزة الاستشعار التناظرية المختلفة. حسنًا ، كل شيء بسيط ، مسألة تقنية.

لاستخدام الإشارة الواردة من المستشعر ، يلزم إجراء مزيد من المعالجة ، - التضخيم والتحويل إلى إشارة خرج مناسبة للإرسال والمعالجة بواسطة دائرة التحكم - مراقب. غالبًا ما تكون إشارة خرج المستشعرات التناظرية هي التيار (حلقة التيار التناظري) ، وغالبًا ما تكون الجهد.

لماذا التيار؟ الحقيقة هي أن مراحل إخراج أجهزة الاستشعار التناظرية تستند إلى المصادر الحالية. يتيح لك ذلك التخلص من تأثير مقاومة الخطوط المتصلة على إشارة الخرج ، لاستخدام خطوط التوصيل ذات الطول الكبير.

مزيد من التحول بسيط للغاية. يتم تحويل الإشارة الحالية إلى جهد ، وهو ما يكفي لتمرير التيار عبر المقاوم ذي المقاومة المعروفة. يتم الحصول على انخفاض الجهد عبر المقاوم القياس وفقًا لقانون أوم U = I * R.

على سبيل المثال ، بالنسبة للتيار البالغ 10 مللي أمبير عبر المقاوم 100 أوم ، سيكون الجهد 10 * 100 = 1000 مللي فولت ، بقدر 1 فولت بالكامل! في هذه الحالة ، لا يعتمد تيار خرج المستشعر على مقاومة أسلاك التوصيل. ضمن حدود معقولة ، بالطبع.

ربط أجهزة الاستشعار التناظرية

يتم تحويل الجهد الذي يتم الحصول عليه على مقاوم القياس بسهولة إلى شكل رقمي مناسب للإدخال في وحدة التحكم. تم التحويل مع المحولات التناظرية إلى الرقمية ADC.

يتم إرسال البيانات الرقمية إلى وحدة التحكم في رمز تسلسلي أو متوازي. كل هذا يتوقف على مخطط التحويل المحدد. يظهر مخطط اتصال مستشعر تناظري مبسط في الشكل 3.

الشكل 3. توصيل جهاز استشعار تناظري (انقر على الصورة لتكبيرها)

يتم توصيل المشغلات بوحدة التحكم ، أو أن وحدة التحكم نفسها متصلة بجهاز كمبيوتر مدرج في نظام التشغيل الآلي.

بطبيعة الحال ، تتمتع المستشعرات التناظرية بتصميم كامل ، أحد عناصره عبارة عن مبيت به عناصر متصلة. كمثال ، يوضح الشكل 4 مظهر مستشعر الضغط الزائد من النوع Zond-10.

الشكل 4. مستشعر الضغط الزائد Zond-10

في الجزء السفلي من المستشعر ، يمكنك رؤية خيط التوصيل للتوصيل بخط الأنابيب ، وعلى اليمين ، تحت الغطاء الأسود ، يوجد موصل لتوصيل خط الاتصال بوحدة التحكم.

يتم إغلاق الوصلة الملولبة بغسالة نحاسية صلبة (مزودة بجهاز الاستشعار) ، ولا تستخدم بأي حال من الأحوال شريط دخان أو كتان. يتم ذلك بحيث لا يتشوه عنصر المستشعر الموجود بالداخل عند تثبيت المستشعر.

مخرجات أجهزة الاستشعار التناظرية

وفقًا للمعايير ، هناك ثلاثة نطاقات للإشارات الحالية: 0 ... 5mA ، 0 ... 20mA و 4… 20mA. ما هو اختلافهم وما الميزات؟

في أغلب الأحيان ، يتناسب اعتماد تيار الخرج بشكل مباشر مع القيمة المقاسة ، على سبيل المثال ، كلما زاد الضغط في الأنبوب ، زاد التيار عند خرج المستشعر. على الرغم من استخدام اتصال عكسي في بعض الأحيان: تتوافق القيمة الأكبر لتيار الخرج مع القيمة الدنيا للقيمة المقاسة عند خرج المستشعر. كل هذا يتوقف على نوع وحدة التحكم المستخدمة. حتى أن بعض المستشعرات لديها التبديل من إشارة مباشرة إلى إشارة معكوسة.

إشارة الخرج في النطاق 0 ... 5mA صغيرة جدًا وبالتالي فهي عرضة للتداخل. إذا كانت إشارة هذا المستشعر تتقلب بقيمة ثابتة للمعلمة المقاسة ، فهناك توصية لتركيب مكثف بسعة 0.1 ... 1 μF بالتوازي مع خرج المستشعر. أكثر استقرارًا هي الإشارة الحالية في نطاق 0… 20mA.

لكن كلا النطاقين ليس جيدًا لأن الصفر في بداية المقياس لا يسمح لك بتحديد ما حدث بشكل لا لبس فيه. أم أن الإشارة المقاسة أخذت بالفعل مستوى الصفر ، وهو أمر ممكن من حيث المبدأ ، أم أن خط الاتصال انقطع ببساطة؟ لذلك ، يحاولون رفض استخدام هذه النطاقات ، إن أمكن.

تعتبر إشارة المستشعرات التناظرية بتيار خرج في حدود 4 ... 20 مللي أمبير أكثر موثوقية. مناعة الضوضاء عالية جدًا ، والحد الأدنى ، حتى لو كانت الإشارة المقاسة بمستوى صفر ، سيكون 4 مللي أمبير ، مما يسمح لنا بالقول إن خط الاتصال غير مكسور.

ميزة أخرى جيدة لنطاق 4 ... 20mA هي أن المستشعرات يمكن توصيلها بسلكين فقط ، لأن المستشعر نفسه يعمل بواسطة هذا التيار. هذا هو استهلاكه الحالي وفي نفس الوقت إشارة قياس.

يتم تشغيل مصدر الطاقة لأجهزة الاستشعار في نطاق 4 ... 20 مللي أمبير ، كما هو موضح في الشكل 5. وفي الوقت نفسه ، تتمتع مستشعرات Zond-10 ، مثل العديد من المستشعرات الأخرى ، وفقًا لجواز السفر ، بنطاق جهد إمداد واسع يبلغ 10 ... 38 فولت ، على الرغم من أنها تستخدم في الغالب بجهد 24 فولت.

الشكل 5. توصيل جهاز استشعار تناظري بمصدر طاقة خارجي

يحتوي هذا الرسم البياني على العناصر والرموز التالية. Rsh - قياس مقاومة التحويلة ، Rl1 و Rl2 - مقاومات خط الاتصال. لتحسين دقة القياس ، يجب استخدام مقاوم قياس دقيق مثل Rsh. يتم عرض مرور التيار من مصدر الطاقة بواسطة الأسهم.

من السهل أن ترى أن تيار خرج مصدر الطاقة يمر من طرف + 24 فولت ، عبر الخط Rl1 يصل إلى طرف المستشعر + AO2 ، ويمر عبر المستشعر ومن خلال جهة اتصال خرج المستشعر - AO2 ، خط التوصيل Rl2 ، يعود المقاوم Rsh إلى محطة إمداد الطاقة بجهد 24 فولت. كل شيء ، الدائرة مغلقة ، يتدفق التيار.

إذا كانت وحدة التحكم تحتوي على مصدر طاقة بجهد 24 فولت ، فمن الممكن توصيل مستشعر أو محول طاقة قياس وفقًا للمخطط الموضح في الشكل 6.

الشكل 6. توصيل مستشعر تناظري بجهاز تحكم مزود بمصدر طاقة داخلي

يوضح هذا الرسم البياني عنصرًا آخر - مقاوم الصابورة Rb. والغرض منه هو حماية مقاوم القياس في حالة حدوث ماس كهربائي في خط الاتصال أو عطل في جهاز الاستشعار التناظري. تثبيت المقاوم Rb اختياري ، على الرغم من أنه مرغوب فيه.

بالإضافة إلى المستشعرات المختلفة ، يحتوي الإخراج الحالي أيضًا على محولات قياس ، والتي تُستخدم كثيرًا في أنظمة التشغيل الآلي.

قياس محول الطاقة- جهاز لتحويل مستويات الجهد ، على سبيل المثال ، 220 فولت أو تيار من عدة عشرات أو مئات الأمبيرات إلى إشارة تيار 4 ... 20 مللي أمبير. هنا ، يتم تحويل مستوى الإشارة الكهربائية ببساطة ، وليس تمثيل بعض الكمية المادية (السرعة ، التدفق ، الضغط) في شكل كهربائي.

لكن الأمر ، كقاعدة عامة ، لا يكفي مع جهاز استشعار واحد. بعض القياسات الأكثر شيوعًا هي قياسات درجة الحرارة والضغط. يمكن أن يصل عدد هذه النقاط في الإنتاج الحديث إلى عدة عشرات الآلاف. وفقًا لذلك ، فإن عدد المستشعرات كبير أيضًا. لذلك ، غالبًا ما يتم توصيل العديد من أجهزة الاستشعار التناظرية بوحدة تحكم واحدة في وقت واحد. بالطبع ، ليس عدة آلاف في وقت واحد ، من الجيد أن تكون العشرات مختلفة. يظهر هذا الاتصال في الشكل 7.

الشكل 7. توصيل أجهزة استشعار تناظرية متعددة بوحدة التحكم

يوضح هذا الشكل كيفية الحصول على الجهد من إشارة حالية ، مناسبة للتحويل إلى رمز رقمي. إذا كان هناك العديد من هذه الإشارات ، فلن تتم معالجتها كلها مرة واحدة ، ولكن يتم فصلها في الوقت المناسب ، وتعدد إرسالها ، وإلا فسيتعين تثبيت ADC منفصل على كل قناة.

لهذا الغرض ، تحتوي وحدة التحكم على دائرة تبديل دارة. يظهر الرسم التخطيطي الوظيفي للمفتاح في الشكل 8.

الشكل 8. تبديل قناة المستشعر التناظري (صورة قابلة للنقر)

يتم تغذية إشارات الحلقة الحالية المحولة إلى جهد عبر المقاوم القياس (UR1… URn) إلى مدخلات المفتاح التناظري. تنتقل إشارات التحكم بالتناوب إلى خرج إحدى الإشارات UR1… URn ، والتي يتم تضخيمها بواسطة مكبر الصوت ، ويتم تغذيتها بالتناوب إلى مدخل ADC. يتم توفير الجهد المحول إلى رمز رقمي لجهاز التحكم.

المخطط ، بالطبع ، مبسط للغاية ، لكن من الممكن تمامًا مراعاة مبدأ تعدد الإرسال فيه. تقريبًا هذه هي الطريقة التي يتم بها بناء الوحدة النمطية لإدخال الإشارات التناظرية لوحدات تحكم MCTS (نظام المعالجات الدقيقة للوسائل التقنية) التي تنتجها Smolensk PC "Prolog". يظهر شكل وحدة التحكم MCTS في الشكل 9.

الشكل 9. تحكم MSTS

لقد توقف إصدار وحدات التحكم هذه منذ فترة طويلة ، على الرغم من أنه في بعض الأماكن ، بعيدًا عن الأفضل ، لا تزال وحدات التحكم هذه قيد الاستخدام. يتم استبدال معروضات المتحف هذه بوحدات تحكم في النماذج الجديدة ، خاصة الإنتاج المستورد (الصيني).

إذا تم تركيب وحدة التحكم في خزانة معدنية ، يوصى بتوصيل الدروع المضفرة بنقطة تأريض الخزانة. يمكن أن يصل طول الخطوط المتصلة إلى أكثر من كيلومترين ، ويتم حسابها باستخدام الصيغ المناسبة. لن نحسب أي شيء هنا ، لكننا نعتقد أن الأمر كذلك.

أجهزة استشعار جديدة ، وحدات تحكم جديدة

مع ظهور وحدات تحكم جديدة ، أجهزة الإرسال التناظرية الجديدة مع بروتوكول HART(الطريق السريع عنونة محول عن بعد)

إشارة خرج المستشعر (الجهاز الميداني) هي إشارة تيار تناظرية في نطاق 4 ... 20 مللي أمبير ، حيث يتم فرض إشارة اتصال رقمية معدلة التردد (FSK - مفتاح تحويل التردد).

الشكل 10. خرج جهاز الإرسال التناظري HART

يوضح الشكل إشارة تناظرية مع التفاف الجيب حولها مثل الثعبان. هذه هي الإشارة ذات التردد المعدل. لكن هذه ليست إشارة رقمية على الإطلاق ، ولم يتم التعرف عليها بعد. من الملاحظ في الشكل أن تردد الجيب عند إرسال الصفر المنطقي أعلى (2.2 كيلو هرتز) منه عند إرسال وحدة (1.2 كيلو هرتز). يتم نقل هذه الإشارات بواسطة تيار بسعة ± 0.5 مللي أمبير من شكل جيبي.

من المعروف أن متوسط ​​قيمة الإشارة الجيبية تساوي الصفر ، وبالتالي ، فإن نقل المعلومات الرقمية لا يؤثر على تيار الخرج لجهاز الاستشعار 4 ... 20mA. يستخدم هذا الوضع عند تكوين أجهزة الاستشعار.

يتم الاتصال HART بطريقتين. في الحالة الأولى ، الحالة القياسية ، يمكن لجهازين فقط تبادل المعلومات عبر خط من سلكين ، بينما تعتمد إشارة الإخراج التناظرية 4 ... 20 مللي أمبير على القيمة المقاسة. يستخدم هذا الوضع عند تكوين الأجهزة الميدانية (أجهزة الاستشعار).

في الحالة الثانية ، يمكن توصيل ما يصل إلى 15 مستشعرًا بخط من سلكين ، يتم تحديد رقمه بواسطة معلمات خط الاتصال وقوة مصدر الطاقة. هذا هو الوضع متعدد النقاط. في هذا الوضع ، يكون لكل جهاز استشعار عنوانه الخاص في النطاق 1… 15 ، والذي من خلاله يصل إليه جهاز التحكم.

جهاز الاستشعار مع العنوان 0 غير متصل بخط الاتصال. يتم تبادل البيانات بين المستشعر وجهاز التحكم في الوضع متعدد النقاط فقط بواسطة إشارة تردد. يتم إصلاح الإشارة الحالية للمستشعر على المستوى المطلوب ولا تتغير.

لا تعني البيانات في حالة الاتصال متعدد النقاط نتائج قياسات المعلمة الخاضعة للرقابة فحسب ، بل تعني أيضًا مجموعة كاملة من جميع أنواع معلومات الخدمة.

بادئ ذي بدء ، هذه هي عناوين أجهزة الاستشعار وأوامر التحكم والإعدادات. ويتم نقل كل هذه المعلومات عبر خطوط اتصال ثنائية الأسلاك. هل من الممكن التخلص منها أيضا؟ صحيح ، يجب أن يتم ذلك بعناية ، فقط في الحالات التي لا يمكن أن يؤثر فيها الاتصال اللاسلكي على أمان العملية الخاضعة للرقابة.

اتضح أنه يمكنك التخلص من الأسلاك. بالفعل في عام 2007 ، تم نشر معيار WirelessHART ، وسيط الإرسال هو التردد غير المرخص لـ 2.4 جيجا هرتز ، والذي تعمل عليه العديد من أجهزة الكمبيوتر اللاسلكية ، بما في ذلك شبكات المنطقة المحلية اللاسلكية. لذلك ، يمكن أيضًا استخدام أجهزة WirelessHART دون أي قيود. يوضح الشكل 11 شبكة WirelessHART.

الشكل 11. شبكة WirelessHART

هذه هي التقنيات التي حلت محل حلقة التيار التناظري القديمة. لكنها لا تتخلى عن مواقعها أيضًا ، فهي تستخدم على نطاق واسع حيثما أمكن ذلك.

توصيل المستشعر الحالي بالمتحكم الدقيق

بعد التعرف على أساسيات النظرية ، يمكننا الانتقال إلى مسألة قراءة البيانات وتحويلها وتصورها. بمعنى آخر ، سنقوم بتصميم مقياس تيار مستمر بسيط.

يتم توصيل الإخراج التناظري للمستشعر بإحدى قنوات ADC الخاصة بالمتحكم الدقيق. يتم تنفيذ جميع التحولات والحسابات اللازمة في برنامج الميكروكونترولر. يتم استخدام مؤشر LCD مكون من سطرين لعرض البيانات.

مخطط تجريبي

للتجارب مع جهاز استشعار التيار ، من الضروري تجميع الهيكل وفقًا للرسم التخطيطي الموضح في الشكل 8. لهذا الغرض ، استخدم المؤلف لوح التجارب ووحدة نمطية تعتمد على متحكم دقيق (الشكل 9).

يمكن شراء وحدة الاستشعار الحالية ACS712-05B جاهزة (تُباع بسعر رخيص جدًا على موقع eBay) ، أو يمكنك صنعها بنفسك. يتم اختيار سعة مكثف المرشح بما يساوي 1 nF ، ويتم تثبيت مكثف مانع قدره 0.1 μF على مزود الطاقة. للإشارة إلى التشغيل ، يتم لحام مصباح LED بمقاوم تبريد. يتم توصيل مصدر الطاقة وإشارة الخرج الخاصة بالمستشعر بالموصل الموجود على جانب واحد من لوحة الوحدة ، ويقع الموصل ثنائي السنون لقياس التيار المتدفق على الجانب الآخر.

لإجراء تجارب على قياس التيار ، نقوم بتوصيل مصدر جهد ثابت قابل للضبط بأطراف قياس التيار للمستشعر من خلال المقاوم المتسلسل 2.7 أوم / 2 وات. يتم توصيل خرج المستشعر بمنفذ RA0 / AN0 (دبوس 17) بالمتحكم الدقيق. يتم توصيل مؤشر LCD المكون من سطرين بالمنفذ B من وحدة التحكم الدقيقة ويعمل في وضع 4 بت.

يتم تشغيل المتحكم الدقيق بواسطة +5 فولت ، ويستخدم نفس الجهد كمرجع لـ ADC. يتم تنفيذ العمليات الحسابية والتحولات اللازمة في برنامج الميكروكونترولر.

يتم عرض التعبيرات الرياضية المستخدمة في عملية التحويل أدناه.

حساسية المستشعر الحالية = 0.185 فولت / أمبير. مع إمداد Vcc = 5 V والجهد المرجعي Vref = 5 V ، ستكون النسب المحسوبة على النحو التالي:

كود الإخراج ADC

لذلك

نتيجة لذلك ، تكون صيغة حساب التيار كما يلي:

ملاحظة مهمة. تستند العلاقات المذكورة أعلاه إلى افتراض أن جهد الإمداد والجهد المرجعي لـ ADC هما 5 فولت. ومع ذلك ، فإن التعبير الأخير المتعلق بالتيار I وكود خرج ADC يظل صالحًا حتى مع التقلبات في جهد إمداد الطاقة. نوقش هذا في الجزء النظري من الوصف.

يمكن أن نرى من التعبير الأخير أن الدقة الحالية للمستشعر هي 26.4 مللي أمبير ، وهو ما يتوافق مع 513 عينة ADC ، وهو ما يتجاوز النتيجة المتوقعة بعينة واحدة. وبالتالي ، يمكننا أن نستنتج أن هذا التطبيق لا يسمح بقياس التيارات الصغيرة. لزيادة الدقة وزيادة الحساسية عند قياس التيارات المنخفضة ، ستحتاج إلى استخدام مضخم تشغيلي. يظهر مثال على هذه الدائرة في الشكل 10.

برنامج متحكم

تمت كتابة برنامج الميكروكونترولر PIC16F1847 بلغة C وتم تجميعه في بيئة mikroC Pro (mikroElektronika). يتم عرض نتائج القياس على شاشة LCD ذات سطرين بدقة من منزلتين عشريتين.

مخرج

عند تيار إدخال صفري ، يجب أن يكون جهد خرج ACS712 مثاليًا بدقة Vcc / 2 ، أي يجب قراءة الرقم 512 من ADC. يؤدي انحراف جهد خرج المستشعر بمقدار 4.9 مللي فولت إلى حدوث تحول في نتيجة التحويل بمقدار 1 LSB من ADC (الشكل 11). (بالنسبة إلى Vref = 5.0V ، ستكون دقة ADC 10 بت 5/1024 = 4.9mV) ، وهو ما يتوافق مع 26mA من تيار الإدخال. لاحظ أنه لتقليل تأثير التقلبات ، من المستحسن إجراء عدة قياسات ثم متوسط ​​نتائجها.

إذا تم ضبط جهد خرج مصدر الطاقة المنظم على 1 فولت ، من خلال
يجب أن يحمل المقاوم تيارًا يبلغ حوالي 370 مللي أمبير. القيمة الحالية المقاسة في التجربة هي 390 مللي أمبير ، وهو ما يتجاوز النتيجة الصحيحة بوحدة واحدة من LSB من ADC (الشكل 12).

الشكل 12.

بجهد 2 فولت ، سيظهر المؤشر 760 مللي أمبير.

بهذا نختتم مناقشتنا لمستشعر التيار ACS712. ومع ذلك ، لم نتطرق إلى قضية أخرى. كيف تستخدم هذا المستشعر لقياس التيار المتردد؟ ضع في اعتبارك أن المستشعر يوفر استجابة فورية تتوافق مع التيار المتدفق عبر خيوط الاختبار. إذا كان التيار يتدفق في الاتجاه الإيجابي (من الدبابيس 1 و 2 إلى المسامير 3 و 4) ، تكون حساسية المستشعر موجبة ويكون جهد الخرج أكبر من Vcc / 2. إذا انعكس التيار ، ستكون الحساسية سالبة وسينخفض ​​جهد خرج المستشعر إلى ما دون Vcc / 2. هذا يعني أنه عند قياس إشارة التيار المتردد ، يجب أن يأخذ ADC المتحكم الدقيق عينة بسرعة كافية ليتمكن من حساب تيار RMS.

التحميلات

الكود المصدري لبرنامج الميكروكونترولر وملف البرنامج الثابت -