สัญญาณอะนาล็อกแบบครบวงจรในระบบอัตโนมัติ

เมื่อเราสร้างระบบอัตโนมัติสำหรับกระบวนการทางเทคโนโลยีบางอย่าง เราจำเป็นต้องเชื่อมต่อเซ็นเซอร์และอุปกรณ์สัญญาณอื่น ๆ — กับแอคทูเอเตอร์, กับคอนเวอร์เตอร์, กับคอนโทรลเลอร์ ฯลฯ ตามกฎแล้วจะได้รับสัญญาณจากเซ็นเซอร์ในรูปแบบ ของแรงดันหรือกระแสขนาดหนึ่ง ( ในกรณีของสัญญาณแอนะล็อก) หรือในรูปของพัลส์ที่มีพารามิเตอร์เวลาที่แน่นอน ( ในกรณีของสัญญาณดิจิตอล)

พารามิเตอร์ของสัญญาณไฟฟ้าเหล่านี้ต้องสอดคล้องกับพารามิเตอร์ของปริมาณทางกายภาพที่เซ็นเซอร์แก้ไข เพื่อให้การควบคุมอุปกรณ์ปลายทางเพียงพอต่องานของระบบอัตโนมัติ

แน่นอนว่าการรวมสัญญาณแอนะล็อกจากเซ็นเซอร์ต่างๆ เข้าด้วยกันจะสะดวกที่สุด เพื่อให้ตัวควบคุมได้รับความยืดหยุ่น ผู้ใช้จึงไม่ต้องเลือกประเภทของอินเทอร์เฟซสำหรับเซ็นเซอร์แต่ละตัวและเซ็นเซอร์ของตัวเองสำหรับแต่ละอินเทอร์เฟซ

ให้ธรรมชาติของสัญญาณอินพุต-เอาต์พุตรวมเป็นหนึ่งเดียว นักพัฒนาตัดสินใจ เนื่องจากแนวทางนี้จะทำให้การพัฒนาระบบอัตโนมัติและบล็อกอัตโนมัติสำหรับอุตสาหกรรมง่ายขึ้นอย่างมาก และการแก้ไขปัญหา การบำรุงรักษา และความทันสมัยของอุปกรณ์จะง่ายขึ้นมาก - มีความยืดหยุ่น แม้ว่าเซ็นเซอร์ตัวใดตัวหนึ่งจะล้มเหลว คุณไม่จำเป็นต้องมองหาเซ็นเซอร์ตัวเดียวกันเลย แต่ก็เพียงพอแล้วที่จะเลือกอะนาล็อกที่มีสัญญาณเอาต์พุตที่สอดคล้องกัน

การวัดอุณหภูมิโดยรอบ ความเร็วรอบเครื่องยนต์ ความดันของเหลว ความเค้นเชิงกลของตัวอย่าง ความชื้นในอากาศ ฯลฯ — มักจะดำเนินการโดยการประมวลผลสัญญาณอะนาล็อกต่อเนื่องที่ได้รับจากเซ็นเซอร์ที่เกี่ยวข้อง ในขณะที่การทำงานต่อเนื่องของอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อจะถูกแก้ไขโดยอัตโนมัติ: องค์ประกอบความร้อน, ตัวแปลงความถี่, ปั๊ม, กด ฯลฯ

สัญญาณอะนาล็อกที่พบมากที่สุดคือสัญญาณแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ 0 ถึง 10 V หรือสัญญาณกระแสไฟฟ้าตั้งแต่ 4 ถึง 20 mA

ควบคุมแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ 0 ถึง 10 V

เมื่อใช้สัญญาณแรงดันไฟฟ้า 0 ถึง 10 V แบบรวม ลำดับต่อเนื่องของแรงดันไฟฟ้า 0 ถึง 10 V จะเชื่อมโยงกับชุดของปริมาณทางกายภาพที่วัดได้ เช่น ความดันหรืออุณหภูมิ

สมมติว่าอุณหภูมิเปลี่ยนจาก -30 ถึง +125°C ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนจาก 0 ถึง 10V โดยที่ 0 โวลต์สอดคล้องกับอุณหภูมิ -30°C และ 10 โวลต์ถึง +125°C นี่อาจเป็นอุณหภูมิของ สารตั้งต้นหรือชิ้นงานและค่าอุณหภูมิระดับกลางจะมีการกำหนดค่าแรงดันไฟฟ้าของช่วงที่กำหนดอย่างเคร่งครัด ที่นี่ความสัมพันธ์ไม่จำเป็นต้องเป็นเส้นตรง

ด้วยวิธีนี้ จึงสามารถควบคุมอุปกรณ์ต่าง ๆ รวมทั้งรับข้อมูลการตรวจสอบได้ ตัวอย่างเช่น หม้อน้ำที่มีเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิมีเอาต์พุตแบบอะนาล็อกเพื่อแสดงอุณหภูมิปัจจุบัน: 0 V — อุณหภูมิที่พื้นผิวของหม้อน้ำคือ + 25 ° C หรือต่ำกว่า 10 V — อุณหภูมิถึง + 125 ° C — สูงสุดที่อนุญาต

หรือโดยการใช้แรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ 0 ถึง 10 V จากตัวควบคุมไปยังอินพุตแบบอะนาล็อกของปั๊ม เราปรับแรงดันแก๊สในภาชนะ: 0 V - ความดันเท่ากับบรรยากาศ 5 V - ความดัน 2 atm, 10 V — 4 atm. ในทำนองเดียวกันคุณสามารถควบคุมอุปกรณ์ทำความร้อน, เครื่องตัดโลหะ, วาล์วและอุปกรณ์และแอคชูเอเตอร์อื่น ๆ เพื่อวัตถุประสงค์ต่าง ๆ

การควบคุมกระแสไฟ (ลูปกระแส 4 ถึง 20 mA)

ประเภทที่สองของสัญญาณแอนะล็อกแบบครบวงจรสำหรับการควบคุมอัตโนมัติคือสัญญาณกระแส 4-20 mA ที่เรียกว่า «วงจรกระแส» สัญญาณนี้ยังใช้เพื่อรับสัญญาณจากเซ็นเซอร์ต่างๆ เพื่อควบคุมไดรฟ์

ซึ่งแตกต่างจากสัญญาณแรงดันไฟฟ้า ลักษณะปัจจุบันของสัญญาณช่วยให้สามารถส่งสัญญาณได้โดยไม่ผิดเพี้ยนในระยะทางที่ไกลกว่ามาก เนื่องจากแรงดันไฟตกและความต้านทานของสายจะถูกชดเชยโดยอัตโนมัติ นอกจากนี้ การวินิจฉัยความสมบูรณ์ของวงจรส่งสัญญาณทำได้ง่ายมาก — หากมีกระแส แสดงว่าสายนั้นไม่เสียหาย หากไม่มีกระแส แสดงว่ามีวงจรเปิด ด้วยเหตุนี้ ค่าที่น้อยที่สุดคือ 4 mA ไม่ใช่ 0 mA

ดังนั้นที่นี่จึงใช้แหล่งกระแสเป็นแหล่งจ่ายไฟสำหรับสัญญาณควบคุม ไม่ใช่แหล่งจ่ายแรงดัน ดังนั้น ตัวควบคุมไดรฟ์ต้องมีอินพุตกระแส 4-20 mA และทรานสดิวเซอร์เซ็นเซอร์ต้องมีเอาต์พุตปัจจุบันสมมติว่าตัวแปลงความถี่มีอินพุตกระแสควบคุม 4-20 mA จากนั้น เมื่อใช้สัญญาณ 4 mA หรือน้อยกว่ากับอินพุต ตัวขับควบคุมจะหยุดทำงาน และเมื่อใช้กระแส 20 mA วงจรจะเร่งความเร็วเป็น ความเร็วเต็มที่.

ในขณะเดียวกัน เอาต์พุตเซ็นเซอร์ปัจจุบันสามารถเป็นได้ทั้งแบบแอ็คทีฟและแบบพาสซีฟ บ่อยกว่านั้น เอาต์พุตเป็นแบบพาสซีฟ ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟเพิ่มเติม ซึ่งเชื่อมต่อเป็นอนุกรมกับเซ็นเซอร์และตัวควบคุมไดรฟ์ เซ็นเซอร์หรือคอนโทรลเลอร์ที่มีเอาต์พุตแอ็คทีฟไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟเนื่องจากมีอยู่ในตัว

ปัจจุบันลูปกระแสอะนาล็อกเป็นที่นิยมใช้ในงานวิศวกรรมมากกว่าสัญญาณแรงดันไฟฟ้า ใช้งานได้ในระยะทางไกลถึงหลายกิโลเมตร เพื่อป้องกันอุปกรณ์ จึงใช้การแยกอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ด้วยไฟฟ้า เช่น ออปโตคัปเปลอร์ เนื่องจากความไม่สมบูรณ์ของแหล่งกระแสไฟฟ้า ความยาวสายสูงสุดที่อนุญาต (และความต้านทานสายสูงสุด) ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายแหล่งกระแส

ตัวอย่างเช่น ด้วยแรงดันไฟฟ้าปกติ 12 โวลต์ ความต้านทานไม่ควรเกิน 600 โอห์ม ช่วงของกระแสและแรงดันอธิบายไว้ใน GOST 26.011-80 «การวัดและระบบอัตโนมัติ อินพุตและเอาต์พุตของกระแสไฟฟ้าและแรงดันต่อเนื่อง».

เครื่องมือการรวมสัญญาณหลัก - ตัวแปลงการทำให้เป็นมาตรฐาน

ในการรวมสัญญาณหลักจากเซ็นเซอร์ - เพื่อแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ 0 ถึง 10 V หรือเป็นกระแสตั้งแต่ 4 ถึง 20 mA ซึ่งเรียกว่า ตัวแปลงมาตรฐาน… ตัวแปลงมาตรฐานเหล่านี้มีให้สำหรับอุณหภูมิ ความชื้น ความดัน น้ำหนัก ฯลฯ

หลักการทำงานของเซ็นเซอร์อาจแตกต่างกัน: ตัวเก็บประจุ, อุปนัย, ตัวต้านทาน, เทอร์โมคัปเปิล ฯลฯ อย่างไรก็ตาม เพื่อความสะดวกในการประมวลผลสัญญาณเพิ่มเติม เอาต์พุตต้องเป็นไปตามข้อกำหนดการรวม นั่นคือเหตุผลที่เซ็นเซอร์มักติดตั้งตัวแปลงมาตรฐานของค่าที่วัดได้เป็นกระแสหรือแรงดัน