Свързване на сигнал от дискретен сензор за отстъпка. Аналогови сензори: приложение, методи за свързване към контролера. Система за обозначаване на индуктивни сензори

Основи на работата на токовия контур 4..20 mA

От 50-те години на миналия век токовите вериги се използват за предаване на данни от предаватели в приложения за наблюдение и контрол. С ниски разходи за внедряване, висока устойчивост на шум и възможност за предаване на сигнали на големи разстояния, токовият контур се оказа особено удобен за работа в индустриални среди. Този материал е посветен на описанието на основните принципи на работа на токовия контур, основите на дизайна и конфигурацията.

Използване на ток за прехвърляне на данни от конвертора

Сензори индустриален дизайнчесто използват токов сигнал за предаване на данни, за разлика от повечето други преобразуватели, като термодвойки или тензодатчици, които използват сигнал за напрежение. Въпреки че преобразувателите, които използват напрежението като параметър за предаване на информация, наистина са ефективни в много промишлени приложения, има редица приложения, където използването на токови характеристики е за предпочитане. Значителен недостатък при използване на напрежение за предаване на сигнали в промишлена среда е отслабването на сигнала, когато се предава на дълги разстояния поради наличието на съпротивление на кабелните комуникационни линии. Можете, разбира се, да използвате устройства с висок входен импеданс, за да избегнете загубата на сигнал. Въпреки това, такива устройства ще бъдат много чувствителни към шум, генериран от близки двигатели, задвижващи ремъци или излъчващи предаватели.

Според първия закон на Кирхоф сумата от токовете, протичащи във възел, е равна на сумата от токовете, изтичащи от възела.
На теория токът, протичащ в началото на веригата, трябва да достигне своя край напълно,
както е показано на фиг.1. 1.

Фиг.1. В съответствие с първия закон на Кирхоф, токът в началото на веригата е равен на тока в нейния край.

Това е основният принцип, на който работи измервателната верига. Измерването на ток където и да е в токовата верига (измервателна верига) дава същия резултат. Чрез използване на текущи сигнали и приемници за събиране на данни с нисък входен импеданс, индустриалните приложения могат да се възползват значително от подобрената устойчивост на шум и увеличената дължина на връзката.

Компоненти на токовия контур
Основните компоненти на токова верига включват източник на постоянен ток, сензор, устройство за събиране на данни и проводници, свързващи ги в серия, както е показано на фигура 2.

Фиг.2. Функционална схематокова верига.

Източник на постоянен ток осигурява захранване на системата. Преобразувателят регулира тока в проводниците от 4 до 20 mA, където 4 mA представлява жива нула, а 20 mA представлява максимален сигнал.
0 mA (без ток) означава отворена верига. Устройството за събиране на данни измерва количеството регулиран ток. Ефективен и точен метод за измерване на тока е да се инсталира прецизен шунтов резистор на входа на инструменталния усилвател на устройството за събиране на данни (на фиг. 2), за да се преобразува тока в напрежение на измерване, като в крайна сметка се получи резултат, който ясно отразява сигнал на изхода на преобразувателя.

За да разберете по-добре принципа на работа на токова верига, помислете например за дизайн на системата с преобразувател, който има следните технически характеристики:

Преобразувателят се използва за измерване на налягането
Преобразувателят се намира на 2000 фута от измервателното устройство
Токът, измерен от устройството за събиране на данни, предоставя на оператора информация за размера на налягането, приложено към преобразувателя

Нека започнем да разглеждаме примера, като изберем подходящ конвертор.

Текущ дизайн на системата

Избор на конвертор

Първата стъпка в проектирането на текуща система е изборът на конвертор. Независимо от вида на измерваната променлива (дебит, налягане, температура и т.н.), важен фактор при избора на преобразувател е неговото работно напрежение. Само свързването на източник на захранване към преобразувателя ви позволява да регулирате тока в комуникационната линия. Захранващото напрежение трябва да бъде в приемливи граници: по-високо от изискваното минимално и по-малко от максималната стойност, която може да повреди преобразувателя.

За текущата система в примера избраният преобразувател измерва налягането и има работно напрежение от 12 до 30 V. След като преобразувателят е избран, текущият сигнал трябва да бъде правилно измерен, за да се осигури точно представяне на налягането, приложено към преобразувателя .

Избор на устройство за събиране на данни за текущо измерване

Важен аспект, на който трябва да обърнете внимание при изграждането на токова система, е да предотвратите появата на токова верига в заземителната верига. Обичайна техника в такива случаи е изолацията. Използвайки изолация, можете да избегнете влиянието на земната верига, чието възникване е обяснено на фиг. 3.

Фиг.3. Заземителен контур

Заземителни контури се образуват, когато два свързани терминала във верига са с различни потенциали. Тази разлика въвежда допълнителен ток в комуникационната линия, което може да доведе до грешки в измерването.
Изолацията на устройството за събиране на данни се отнася до електрическото разделяне на земята на източника на сигнал от масата на входния усилвател на измервателното устройство, както е показано на Фигура 4.

Тъй като токът не може да тече през изолационната бариера, точките на заземяване на усилвателя и източника на сигнал са с еднакъв потенциал. Това елиминира възможността за неволно създаване на земна верига.

Фиг.4. Напрежение в общ режим и напрежение на сигнала в изолирана верига

Изолацията също така предотвратява повреда на устройството за събиране на данни, когато са налице високи напрежения в общ режим. Напрежението в общ режим е напрежение с еднаква полярност, което присъства и на двата входа на инструменталния усилвател. Например на фиг. 4. Както положителните (+), така и отрицателните (-) входове на усилвателя имат +14 V напрежение в общ режим. Много устройства за събиране на данни имат максимален входен диапазон от ±10 V. Ако устройството за събиране на данни няма изолация и напрежението в общ режим е извън максималния входен диапазон, можете да повредите устройството. Въпреки че нормалното (сигнално) напрежение на входа на усилвателя на фиг. 4 е само +2 V, добавянето на +14 V може да доведе до напрежение от +16 V
(Сигналното напрежение е напрежението между “+” и “-” на усилвателя, работното напрежение е сумата от напрежението в нормален и общ режим), което представлява опасно ниво на напрежение за събирателни устройства с по-ниско работно напрежение.

В изолация общата точка на усилвателя е електрически отделена от нулата. Във веригата на Фигура 4 потенциалът в общата точка на усилвателя е „повдигнат“ до ниво от +14 V. Тази техника води до падане на входното напрежение от 16 на 2 V. Сега, когато данните са събрани, устройството вече не е изложен на риск от повреда от пренапрежение. (Имайте предвид, че изолаторите имат максимално напрежение в общ режим, което могат да отхвърлят.)

След като устройството за събиране на данни е изолирано и защитено, последната стъпка в изграждането на токовия контур е да се избере подходящото захранване.

Избор на източник на захранване

Определете кой източник на енергия по възможно най-добрия начинотговаря на вашите изисквания, съвсем просто. Когато работи в токова верига, захранването трябва да произвежда напрежение, равно или по-голямо от сбора на падовете на напрежението във всички елементи на системата.

Устройството за събиране на данни в нашия пример използва прецизен шунт за измерване на тока.
Необходимо е да се изчисли спадът на напрежението на този резистор. Типичният шунтов резистор е 249 Ω. Основни изчисления за ток на токова верига от 4 .. 20 mA
покажете следното:

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

От 249 Ω шунт можем да премахнем напрежение в диапазона от 1 до 5 V, като свържем стойността на напрежението на входа на устройството за събиране на данни към стойността на изходния сигнал на датчика за налягане.
Както споменахме, трансмитерът за налягане изисква минимално работно напрежение от 12 V с максимум 30 V. Чрез добавяне на спада на напрежението през прецизния шунтов резистор към работното напрежение на трансмитера, получаваме следното:

12 V+ 5 V=17 V

На пръв поглед напрежение от 17V е достатъчно, но е необходимо да се вземе предвид допълнителното натоварване на захранването, което се създава от проводници, които имат електрическо съпротивление.
В случаите, когато сензорът е разположен далеч от измервателните уреди, трябва да вземете предвид коефициента на съпротивление на проводниците при изчисляване на токовия контур. Медни проводнициимат съпротивление при постоянен ток, което е право пропорционално на тяхната дължина. Със сензора за налягане в този пример трябва да отчетете 2000 фута дължина на комуникационната линия, когато определяте работното напрежение на захранването. Линейното съпротивление на едножилния меден кабел е 2,62 Ω/100 фута. Отчитането на това съпротивление дава следното:

Съпротивлението на едно ядро ​​с дължина 2000 фута ще бъде 2000 * 2,62 / 100 = 52,4 m.
Спадът на напрежението в едно ядро ​​ще бъде 0,02 * 52,4 = 1,048 V.
За да завършите веригата, са необходими два проводника, след което дължината на комуникационната линия се удвоява и
Общият спад на напрежението ще бъде 2,096 V. Това води до около 2,1 V поради разстоянието от преобразувателя до вторичното устройство, което е 2000 фута. Обобщавайки спадовете на напрежението във всички елементи на веригата, получаваме:
2,096 V + 12 V + 5 V = 19,096 V

Ако сте използвали 17 V за захранване на въпросната верига, тогава напрежението, подадено към преобразувателя за налягане, ще бъде под минималното работно напрежение поради спада на съпротивлението на проводниците и шунтовия резистор. Изборът на стандартно 24V захранване ще задоволи изискванията за мощност на инвертора. Допълнително има резерв на напрежение, за да поставите датчика за налягане на по-голямо разстояние.

С правилния преобразувател, устройство за събиране на данни, дължина на кабела и избрано захранване, дизайнът на проста токова верига е завършен. За по-сложни приложения можете да включите допълнителни измервателни канали в системата.

Най-широко използваните сензори в областта на автоматизацията на производството са сензорите с унифицирана токов изходМоже да бъде 4-20, 0-50 или 0-20 mA различни схемивръзки към вторични устройства. Съвременните сензори с ниска консумация на енергия и токов изход от 4-20 mA най-често се свързват с помощта на двупроводна верига. Тоест, към такъв сензор е свързан само един кабел с две ядра, през който този сензор се захранва, а предаването се извършва през същите два проводника.

Обикновено сензорите с изход 4-20 mA и двупроводна верига за свързване имат пасивен изход и изискват външен източник на захранване, за да работят. Този източник на захранване може да бъде вграден директно във вторичното устройство (във неговия вход) и когато сензорът е свързан към такова устройство, токът веднага се появява в сигналната верига. Устройствата, които имат захранване за сензора, вграден във входа, се наричат ​​устройства с активен вход.

Повечето съвременни вторични инструменти и контролери имат вградени захранвания за работа със сензори с пасивни изходи.

Ако вторичното устройство има пасивен вход - всъщност само резистор, от който измервателната верига на устройството "чете" спада на напрежението, пропорционален на тока, протичащ във веригата, тогава е необходим допълнителен, за да работи сензорът. Външен блокВ този случай захранването е свързано последователно със сензора и вторичното устройство в отворена токова верига.

Вторичните устройства обикновено са проектирани и произведени да приемат както двупроводни сензори 4-20 mA, така и сензори 0-5, 0-20 или 4-20 mA, свързани в трипроводна верига. За свързване на двупроводен сензор към входа на вторично устройство с три входни клеми (+U, вход и общ), се използват клемите „+U“ и „вход“, като клемата „обща“ остава свободна.

Тъй като сензорите, както бе споменато по-горе, може да имат не само 4-20 mA изход, но например 0-5 или 0-20 mA, или не могат да бъдат свързани с помощта на двупроводна верига поради високата им консумация на енергия ( повече от 3 mA), тогава се използва трипроводна схема на свързване. В този случай захранващата верига на сензора и веригата на изходния сигнал са разделени. Сензорите с трипроводна връзка обикновено имат активен изход. Тоест, ако приложите захранващо напрежение към сензор с активен изход и свържете товарен резистор между неговите изходни клеми „изход“ и „общ“, тогава в изходната верига ще тече ток, пропорционален на стойността на измерения параметър .

Вторичните устройства обикновено имат вградено захранване с доста ниска мощност за захранване на сензорите. Максималният изходен ток на вградените захранвания обикновено е в диапазона 22-50 mA, което не винаги е достатъчно за захранване на сензори с висока консумация на енергия: електромагнитни разходомери, инфрачервени газови анализатори и др. В този случай, за да захраните трипроводния датчик, трябва да използвате външно по-мощно захранване, което осигурява необходимата мощност. Захранването, вградено във вторичното устройство, не се използва.

Подобна схема за свързване на трипроводни сензори обикновено се използва в случай, че напрежението на захранването, вградено в устройството, не съответства на захранващото напрежение, което може да бъде подадено към този сензор. Например вграденото захранване е с изходно напрежение 24V, а сензорът може да се захранва с напрежение от 10 до 16V.

Някои вторични устройства може да имат множество входни канали и достатъчно мощно захранване за захранване на външни сензори. Трябва да се помни, че общата консумация на енергия на всички сензори, свързани към такова многоканално устройство, трябва да бъде по-малка от мощността на вграденото захранване, предназначено да ги захранва. Освен това, когато се изучават техническите характеристики на устройството, е необходимо ясно да се разграничи предназначението на вградените в него захранващи блокове (източници). Един вграден източник се използва за захранване на самото вторично устройство - за работа на дисплея и индикаторите, изходните релета, електронната схема на устройството и др. Този източник на енергия може да има доста голяма мощност. Вторият вграден източник се използва за захранване изключително на входните вериги - тези, свързани към входовете на сензора.

Преди да свържете сензора към вторично устройство, трябва внимателно да проучите ръководствата за експлоатация на това оборудване, да определите типовете входове и изходи (активни/пасивни), да проверите съответствието на мощността, консумирана от сензора, и мощността на източника на захранване (вграден или външен) и едва след това направете връзката. Действителните обозначения на входните и изходните клеми за сензори и устройства може да се различават от показаните по-горе. Така че клемите “In (+)” и “In (-)” могат да бъдат обозначени с +J и -J, +4-20 и -4-20, +In и -In и т.н. Терминалът "+U захранване" може да бъде обозначен като +V, захранване, +24V и т.н., терминалът "Изход" - Out, Sign, Jout, 4-20 mA и т.н., "общият" терминал - GND, -24V, 0V и т.н., но това не променя смисъла.

Сензорите с токов изход с четирипроводна схема на свързване имат подобна схема на свързване като двупроводните сензори с единствената разлика, че четирипроводните сензори се захранват чрез отделна двойка проводници. В допълнение, четирипроводните сензори могат да имат и двете, което трябва да се вземе предвид при избора на схема на свързване.

Свързване на токовия сензор към микроконтролера

След като се запознахме с основите на теорията, можем да преминем към въпроса за четенето, трансформирането и визуализирането на данни. С други думи, ще проектираме прост измервател на постоянен ток.

Аналоговият изход на сензора е свързан към един от ADC каналите на микроконтролера. Всички необходими трансформации и изчисления се изпълняват в програмата на микроконтролера. За показване на данни се използва LCD индикатор с 2 реда.

Експериментален дизайн

За да експериментирате с токов сензор, е необходимо да сглобите структурата съгласно диаграмата, показана на фигура 8. Авторът е използвал макет и модул, базиран на микроконтролер за това (фигура 9).

Модулът за токов сензор ACS712-05B може да бъде закупен готов (продава се много евтино в eBay) или можете да го направите сами. Капацитетът на филтърния кондензатор е избран да бъде 1 nF, а за захранването е инсталиран блокиращ кондензатор от 0,1 µF. За индикация на включено захранване е запоен светодиод с охлаждащ резистор. Захранването и изходният сигнал на сензора са свързани към конектора от едната страна на платката на модула, 2-пинов конектор за измерване на протичащия ток е разположен от другата страна.

За експерименти с измерване на ток свързваме регулируем източник на постоянно напрежение към клемите за измерване на ток на сензора чрез сериен резистор 2,7 Ohm / 2 W. Изходът на сензора е свързан към порта RA0/AN0 (пин 17) на микроконтролера. Двуредов символен LCD индикатор е свързан към порт B на микроконтролера и работи в 4-битов режим.

Микроконтролерът се захранва от напрежение +5 V, същото напрежение се използва като еталон за ADC. Необходимите изчисления и трансформации се изпълняват в програмата на микроконтролера.

Математическите изрази, използвани в процеса на преобразуване, са дадени по-долу.

Чувствителност на сензора за ток Sens = 0,185 V/A. При захранване Vcc = 5 V и референтно напрежение Vref = 5 V, изчислените зависимости ще бъдат както следва:

ADC изходен код

Следователно

В резултат на това формулата за изчисляване на тока е следната:

Важна забележка. Горните зависимости се основават на предположението, че захранващото напрежение и референтното напрежение за ADC са равни на 5 V. Въпреки това, последният израз, свързващ тока I и изходния код на ADC Count остава валиден дори ако захранващото напрежение варира. Това беше обсъдено в теоретичната част на описанието.

От последния израз се вижда, че текущата разделителна способност на сензора е 26,4 mA, което съответства на 513 ADC проби, което е с една проба повече от очаквания резултат. По този начин можем да заключим, че това изпълнение не позволява измерването на малки токове. За да увеличите разделителната способност и чувствителността при измерване на малки токове, ще трябва да използвате операционен усилвател. Пример за такава верига е показан на фигура 10.

Програма за микроконтролер

Програмата за микроконтролер PIC16F1847 е написана на език C и компилирана в среда mikroC Pro (mikroElektronika). Резултатите от измерването се показват на двуредов LCD индикатор с точност до два знака след десетичната запетая.

Изход

При нулев входен ток изходното напрежение на ACS712 в идеалния случай трябва да бъде строго Vcc/2, т.е. Числото 512 трябва да бъде прочетено от ADC на изходното напрежение на сензора с 4,9 mV, което води до изместване на резултата от преобразуването с 1 най-малък бит от ADC (Фигура 11). (За Vref = 5,0 V разделителната способност на 10-битовия ADC ще бъде 5/1024 = 4,9 mV), което съответства на 26 mA входен ток. Обърнете внимание, че за да се намали влиянието на колебанията, е препоръчително да се направят няколко измервания и след това да се осреднят техните резултати.

Ако изходното напрежение на регулираното захранване е зададено равно на 1 V, през
Резисторът трябва да носи ток от около 370 mA. Измерената стойност на тока в експеримента е 390 mA, което надвишава правилния резултат с една единица от най-малката цифра на ADC (Фигура 12).

Фигура 12.

При напрежение 2 V индикаторът ще покаже 760 mA.

Това завършва нашето обсъждане на токовия сензор ACS712. Ние обаче не засегнахме още един въпрос. Как се измерва с този датчик AC? Имайте предвид, че сензорът осигурява мигновен отговор, съответстващ на тока, протичащ през тестовите проводници. Ако токът тече в положителна посока (от щифтове 1 и 2 към щифтове 3 и 4), чувствителността на сензора е положителна и изходното напрежение е по-голямо от Vcc/2. Ако токът промени посоката, чувствителността ще бъде отрицателна и изходното напрежение на сензора ще падне под нивото Vcc/2. Това означава, че при измерване на AC сигнал, ADC на микроконтролера трябва да взема проби достатъчно бързо, за да може да изчисли RMS стойността на тока.

Изтегляния

Изходният код на програмата на микроконтролера и файлът за фърмуера -

Дискретни сензори

Този алгоритъм ви позволява да избегнете удар при затваряне на матрицата, в противен случай тя може просто да бъде разбита на малки парчета. Същата промяна в скоростта настъпва при отваряне на формата. Тук два контактни сензора вече не са достатъчни.

Приложение на аналогови сензори

Фигура 2. Мост Уитстоун

Свързване на аналогови сензори

Аналогови сензорни изходи

Но като правило един сензор не е достатъчен. Някои от най-популярните измервания са измерванията на температурата и налягането. Броят на такива точки в съвременните фабрики може да достигне няколко десетки хиляди. Съответно броят на сензорите също е голям. Следователно няколко аналогови сензора най-често се свързват към един контролер наведнъж. Разбира се, не няколко хиляди наведнъж, добре е дузина да са различни. Такава връзка е показана на фигура 7.

Фигура 7. Свързване на множество аналогови сензори към контролера

Тази фигура показва как от токов сигнал се получава напрежение, подходящо за преобразуване в цифров код. Ако има няколко такива сигнала, тогава те не се обработват наведнъж, а се разделят във времето и се мултиплексират, в противен случай на всеки канал ще трябва да се инсталира отделен ADC.

За тази цел контролерът има схема за превключване на веригата. Функционалната схема на превключвателя е показана на фигура 8.

Фигура 8. Превключвател на канала на аналогов сензор (може да се кликне върху снимка)

Сигналите от токовия контур, преобразувани в напрежение през измервателния резистор (UR1...URn), се подават към входа на аналоговия ключ. Управляващите сигнали последователно преминават на изхода на един от сигналите UR1...URn, които се усилват от усилвателя, и последователно постъпват на входа на АЦП. Напрежението, преобразувано в цифров код, се подава към контролера.

Схемата, разбира се, е много опростена, но е напълно възможно да се разгледа принципът на мултиплексиране в нея. Приблизително така е изграден модулът за въвеждане на аналогови сигнали на MSTS контролери (микропроцесорна система) технически средства), произведени от Смоленск PC "Prolog".

Производството на такива контролери отдавна е прекратено, въпреки че на някои места, далеч от най-добрите, тези контролери все още служат. Тези музейни експонати се заменят с контролери на нови модели, предимно вносни (китайски).

Ако контролерът е монтиран в метален шкаф, се препоръчва да свържете екраниращите оплетки към точката на заземяване на шкафа. Дължината на свързващите линии може да достигне повече от два километра, което се изчислява по съответните формули. Тук няма да броим нищо, но повярвайте ми, това е вярно.

Нови сензори, нови контролери

С пристигането на нови контролери се появиха и нови аналогови сензори, които работят с помощта на протокола HART (Highway Addressable Remote Transducer), което се превежда като „Измервателен преобразувател, адресиран дистанционно чрез магистрала“.

Изходният сигнал на датчика (полево устройство) е аналогов токов сигнал в диапазона 4...20 mA, върху който е насложен честотно модулиран (FSK - Frequency Shift Keying) цифров комуникационен сигнал.

Известно е, че средната стойност на синусоидалния сигнал е нула, следователно предаването на цифрова информация не влияе на изходния ток на сензора 4...20 mA. Този режим се използва при конфигуриране на сензори.

HART комуникацията се осъществява по два начина. В първия случай, стандартния, само две устройства могат да обменят информация по двупроводна линия, докато изходният аналогов сигнал 4...20 mA зависи от измерената стойност. Този режим се използва при конфигуриране на полеви устройства (сензори).

Във втория случай към двупроводна линия могат да бъдат свързани до 15 сензора, чийто брой се определя от параметрите на комуникационната линия и мощността на захранването. Това е многоточков режим. В този режим всеки сензор има собствен адрес в диапазона 1...15, по който управляващото устройство осъществява достъп до него.

Сензорът с адрес 0 е изключен от комуникационната линия. Обменът на данни между сензора и управляващото устройство в многоточков режим се осъществява само чрез честотен сигнал. Текущият сигнал на сензора е фиксиран на необходимото ниво и не се променя.

В случай на многоточкова комуникация, данните означават не само действителните резултати от измерването на наблюдавания параметър, но и цял набор от всякакъв вид сервизна информация.

На първо място, това са адреси на сензори, команди за управление и конфигурационни параметри. И цялата тази информация се предава по двупроводни комуникационни линии. Възможно ли е да се отървете и от тях? Вярно е, че това трябва да се направи внимателно, само в случаите, когато безжичната връзка не може да повлияе на безопасността на контролирания процес.

Тези технологии са заменили старата аналогова токова верига. Но не отстъпва позицията си, използва се широко навсякъде, където е възможно.

В процес на автоматизация технологични процесиЗа да се управляват механизми и агрегати, човек трябва да се занимава с измервания на различни физически величини. Това може да бъде температура, налягане и поток на течност или газ, скорост на въртене, интензитет на светлината, информация за позицията на частите на механизмите и много други. Тази информация се получава с помощта на сензори. Тук, първо, за позицията на частите на механизмите.

Дискретни сензори

Най-простият сензор е обикновен механичен контакт: вратата се отваря - контактът се отваря, затваря се - затваря се. Такъв прост сензор, както и дадения алгоритъм на работа, често се използват в алармите за сигурност. За механизъм с транслационно движение, който има две позиции, например воден клапан, ще ви трябват два контакта: един контакт е затворен - клапанът е затворен, другият е затворен - той е затворен.

По-сложен алгоритъм за транслационно движение има механизъм за затваряне на термопластичната форма на автоматичната машина. Първоначално формата е отворена, това е началната позиция. В това положение готовите продукти се изваждат от формата. След това работникът затваря предпазителя и формата започва да се затваря и започва нов работен цикъл.

Разстоянието между половините на формата е доста голямо. Поради това в началото формата се движи бързо и на известно разстояние преди затварянето на половинките се задейства крайният прекъсвач, скоростта на движение намалява значително и формата се затваря плавно.

Така контактните сензори са дискретни или бинарни, имат две позиции затворено - отворено или 1 и 0. С други думи, можем да кажем, че дадено събитие е настъпило или не. В горния пример няколко точки са „уловени“ от контактите: началото на движението, точката на намаляване на скоростта, края на движението.

В геометрията точката няма размери, само точка и това е. Може или да е (на лист хартия, в траекторията на движение, както в нашия случай), или просто да не съществува. Поради това се използват дискретни сензори за откриване на точки. Може би тук сравнението с точка не е много подходящо, защото за практически цели те използват точността на реакцията на дискретен сензор и тази точност е много по-голяма от геометричната точка.

Но самият механичен контакт е ненадежден. Ето защо, където е възможно, механичните контакти се заменят с безконтактни сензори. Най-простият вариант са тръстикови превключватели: магнитът се приближава, контактът се затваря. Точността на тръстиковия превключвател оставя много да се желае; такива сензори трябва да се използват само за определяне на позицията на вратите.

Различните безконтактни сензори трябва да се считат за по-сложна и точна опция. Ако металният флаг влезе в слота, сензорът се задейства. Пример за такива сензори са сензорите BVK (безконтактен краен превключвател) от различни серии. Точността на реакция (диференциал на пътуването) на такива сензори е 3 милиметра.

Сензор от серия BVK

Фигура 1. Сензор от серия BVK

Захранващото напрежение на сензорите BVK е 24V, токът на натоварване е 200mA, което е напълно достатъчно за свързване на междинни релета за по-нататъшна координация с управляващата верига. Точно така сензорите BVK се използват в различни съоръжения.

В допълнение към сензорите BVK се използват и сензори от типа BTP, KVP, PIP, KVD и PISH. Всяка серия има няколко вида сензори, обозначени с номера, например BTP-101, BTP-102, BTP-103, BTP-211.

Всички споменати сензори са безконтактни дискретни, основната им цел е да определят положението на части от механизми и възли. Естествено, има много повече от тези сензори; невъзможно е да се напише за всички в една статия. Различните контактни сензори са още по-често срещани и все още се използват широко.

Приложение на аналогови сензори

В допълнение към дискретните сензори, аналоговите сензори се използват широко в системите за автоматизация. Тяхната цел е да получават информация за различни физически величини, и то не само общо, но и в реално време. По-точно, преобразуването на физическа величина (налягане, температура, осветеност, поток, напрежение, ток) в електрически сигнал, подходящ за предаване по комуникационни линии към контролера и последващата му обработка.

Аналоговите сензори обикновено се намират доста далеч от контролера, поради което често се наричат ​​полеви устройства. Този термин често се използва в техническата литература.

Аналоговият сензор обикновено се състои от няколко части. Най-важната част е чувствителният елемент - сензорът. Целта му е да преобразува измерената стойност в електрически сигнал. Но сигналът, получен от сензора, обикновено е малък. За получаване на сигнал, подходящ за усилване, сензорът най-често се включва в мостова схема - мост на Уитстон.

Мост Уитстоун

Фигура 2. Мост Уитстоун

Първоначалната цел на мостовата верига е да измерва точно съпротивлението. Източник на постоянен ток е свързан към диагонала на AD моста. Към другия диагонал е свързан чувствителен галванометър със средна точка, с нула в средата на скалата. За да измерите съпротивлението на резистора Rx, чрез завъртане на резистора за настройка R2, трябва да постигнете равновесие на моста и да поставите стрелката на галванометъра на нула.

Отклонението на стрелката на инструмента в една или друга посока ви позволява да определите посоката на въртене на резистора R2. Стойността на измереното съпротивление се определя от скалата, комбинирана с дръжката на резистора R2. Условието за равновесие на моста е равенството на съотношенията R1/R2 и Rx/R3. В този случай между точките BC се получава нулева потенциална разлика и през галванометъра V не протича ток.

Съпротивлението на резисторите R1 и R3 е избрано много точно, тяхното разпространение трябва да бъде минимално. Само в този случай дори малък дисбаланс на моста причинява доста забележима промяна в напрежението на диагонала BC. Именно това свойство на моста се използва за свързване на чувствителни елементи (сензори) на различни аналогови сензори. Е, тогава всичко е просто, въпрос на техника.

За да се използва сигналът, получен от сензора, той изисква допълнителна обработка - усилване и преобразуване в изходен сигнал, подходящ за предаване и обработка от управляващата верига - контролера. Най-често изходният сигнал на аналоговите сензори е ток (аналогов токов контур), по-рядко напрежение.

Защо ток? Факт е, че изходните етапи на аналоговите сензори са изградени на базата на източници на ток. Това ви позволява да се отървете от влиянието на съпротивлението на свързващите линии върху изходния сигнал и да използвате дълги свързващи линии.

По-нататъшното преобразуване е доста просто. Токовият сигнал се преобразува в напрежение, за което е достатъчно токът да премине през резистор с известно съпротивление. Падът на напрежението върху измервателния резистор се получава по закона на Ом U=I*R.

Например, за ток от 10 mA на резистор със съпротивление 100 Ohm, напрежението ще бъде 10 * 100 = 1000 mV, колкото 1 волт! В този случай изходният ток на сензора не зависи от съпротивлението на свързващите проводници. В разумни граници, разбира се.

Свързване на аналогови сензори

Напрежението, получено на измервателния резистор, може лесно да се преобразува в цифров вид, подходящ за въвеждане в контролера. Преобразуването се извършва с помощта на аналогово-цифрови преобразуватели (ADC).

Цифровите данни се предават към контролера чрез сериен или паралелен код. Всичко зависи от конкретната схема на превключване. Опростена схема на свързване за аналогов сензор е показана на фигура 3.

Свързване на аналогов сензор

Фигура 3. Свързване на аналогов сензор (щракнете върху снимката, за да я увеличите)

Изпълнителните механизми са свързани към контролера или самият контролер е свързан към компютър, включен в системата за автоматизация.

Естествено, аналоговите сензори имат цялостен дизайн, един от елементите на който е корпус със свързващи елементи. Като пример, фигура 4 показва външен видсензор свръхналяганетип Zond-10.

Сензор за свръхналягане Zond-10

Фигура 4. Сензор за свръхналягане Zond-10

В долната част на сензора можете да видите свързващата резба за свързване към тръбопровода, а вдясно под черния капак има конектор за свързване на комуникационната линия с контролера.

Резбовата връзка се уплътнява с помощта на шайба от загрята мед (включена в комплекта за доставка на сензора), а не чрез навиване с фум лента или лен. Това се прави така, че при инсталиране на сензора сензорният елемент, разположен вътре, да не се деформира.

Аналогови сензорни изходи

Съгласно стандартите има три диапазона на токови сигнали: 0...5mA, 0...20mA и 4...20mA. Каква е тяхната разлика и какви са характеристиките им?

Най-често зависимостта на изходния ток е право пропорционална на измерената стойност, например, колкото по-високо е налягането в тръбата, толкова по-голям е токът на изхода на сензора. Въпреки че понякога се използва обратно превключване: по-голям изходен ток съответства на минимална стойностизмерена стойност на изхода на сензора. Всичко зависи от вида на използвания контролер. Някои сензори дори имат превключвател от директен към обратен сигнал.

Изходният сигнал в диапазона 0...5mA е много малък и следователно податлив на смущения. Ако сигналът на такъв сензор се колебае, докато стойността на измерения параметър остава непроменена, тогава се препоръчва да се инсталира кондензатор с капацитет от 0,1...1 μF паралелно на изхода на сензора. Токовият сигнал в диапазона 0...20mA е по-стабилен.

Но и двата диапазона са лоши, защото нулата в началото на скалата не ни позволява да определим недвусмислено какво се е случило. Или измереният сигнал действително е достигнал нулево ниво, което е принципно възможно, или просто комуникационната линия е прекъсната? Ето защо, ако е възможно, те се опитват да избегнат използването на тези диапазони.

Сигналът от аналогови сензори с изходен ток в диапазона 4...20 mA се счита за по-надежден. Неговата устойчивост на шум е доста висока, а долната граница, дори ако измереният сигнал има нулево ниво, ще бъде 4 mA, което ни позволява да кажем, че комуникационната линия не е прекъсната.

Друга добра характеристика на обхвата 4...20mA е, че сензорите могат да бъдат свързани само с два проводника, тъй като това е токът, който захранва самия сензор. Това е неговата текуща консумация и същевременно измервателен сигнал.

Захранването за сензори в диапазона 4...20 mA е включено, както е показано на фигура 5. В същото време сензорите Zond-10, както много други, според техния лист с данни имат широк диапазон на захранващото напрежение от 10 ...38V, но най-често се използват стабилизирани източници с напрежение 24V.

Свързване на аналогов сензор с външно захранване

Фигура 5. Свързване на аналогов сензор с външно захранване

Тази диаграма съдържа следните елементи и символи. Rsh е измервателният шунтов резистор, Rl1 и Rl2 са съпротивлението на комуникационните линии. За да се увеличи точността на измерване, трябва да се използва прецизен измервателен резистор като Rsh. Протичането на ток от източника на захранване е показано със стрелки.

Лесно се вижда, че изходният ток на захранването преминава от клемата +24V, през линията Rl1 достига до клемата на датчика +AO2, преминава през сензора и през изходния контакт на сензора - AO2, свързваща линия Rl2, резистора Rsh се връща към клемата за захранване -24V. Това е всичко, веригата е затворена, токът тече.

Ако контролерът съдържа 24V захранване, тогава свързването на сензор или измервателен преобразувател е възможно съгласно диаграмата, показана на фигура 6.

Свързване на аналогов сензор към контролер с вътрешно захранване

Фигура 6. Свързване на аналогов сензор към контролер с вътрешно захранване

Тази диаграма показва още един елемент - баластният резистор Rb. Целта му е да защити измервателния резистор в случай на късо съединение в комуникационната линия или неизправност на аналоговия сензор. Инсталирането на резистор Rb не е задължително, но е желателно.

В допълнение към различни сензори, измервателните преобразуватели имат и токов изход, които се използват доста често в системите за автоматизация.

Измервателният преобразувател е устройство за преобразуване на нива на напрежение, например 220V или ток от няколко десетки или стотици ампера в токов сигнал от 4...20mA. Това е мястото, където просто се случва преобразуването на ниво. електрически сигнал, а не представянето на някаква физическа величина (скорост, поток, налягане) в електрическа форма.

Но като правило един сензор не е достатъчен. Някои от най-популярните измервания са измерванията на температурата и налягането. Броят на такива точки в съвременното производство може да достигне няколко десет

Прочетете също

• Видове стенни лампи и характеристики на тяхното използване
• За потенциалната разлика, електродвижещата сила и напрежението
• Какво може да се определи от измервателния уред, освен консумацията на електроенергия
• Относно критериите за оценка на качеството на електрическите продукти
• Какво е по-добре за частен дом - еднофазен или трифазен вход?
• Как да изберем стабилизатор на напрежение за селска къща
• Ефект на Пелтие: магическото действие на електрическия ток
• Практиката на окабеляване и свързване на телевизионни кабели в апартамент - характеристики на процеса
• Проблеми с електрическото окабеляване: какво да правите и как да ги поправите?
• Флуоресцентни лампи T5: перспективи и проблеми на приложението
• Прибиращи се блокове за гнезда: практика на използване и свързване
• Електронни усилватели. Част 2. Аудио усилватели
• Правилна работа на електрическо оборудване и окабеляване в селска къща
• Ключови моменти относно използването на безопасно напрежение у дома
• Необходими инструменти и устройства за начинаещи в изучаването на електроника
• Кондензатори: предназначение, устройство, принцип на работа
• Какво е преходно контактно съпротивление и как да се справим с него
• Релета за напрежение: какви са те, как да изберем и свържете?
• Какво е по-добре за частен дом - еднофазен или трифазен вход?
• Кондензатори в електронни схеми. Част 2. Междукаскадна комуникация, филтри, генератори
• Как да осигурим комфорт, когато електрическата мрежа е недостатъчна
• Когато купувате машина в магазин, как можете да сте сигурни, че е в изправност?
• Как да изберем напречно сечение на проводника за 12-волтови осветителни мрежи
• Метод за свързване на бойлер и помпа при недостатъчна мрежова мощност
• Индуктори и магнитни полета. Част 2. Електромагнитна индукция и индуктивност
• Операционни усилватели. Част 2: Идеален операционен усилвател
• Какво представляват микроконтролерите (предназначение, устройство, софтуер)
• Удължаване на живота на компактна флуоресцентна лампа (икономка)
• Схеми за превключване на операционни усилватели без обратна връзка
• Смяна на ел. табло на апартамент
• Защо не можете да комбинирате мед и алуминий в електрическото окабеляване?