Tutaj osobno wyjąłem tak ważną praktyczną kwestię jak podłączenie czujników indukcyjnych z wyjściem tranzystorowym, które są wszechobecne w nowoczesnych urządzeniach przemysłowych. Ponadto istnieją prawdziwe instrukcje dotyczące czujników i linki do przykładów.

Zasada aktywacji (działania) czujników w tym przypadku może być dowolna - indukcyjna (aproksymacja), optyczna (fotoelektryczna) itp.

W pierwszej części opisano możliwe warianty wyjść czujników. Nie powinno być problemów z podłączeniem czujników ze stykami (wyjście przekaźnikowe). A z tranzystorami i podłączeniem do sterownika nie wszystko jest takie proste.

Schematy połączeń dla czujników PNP i NPN

Różnica między czujnikami PNP i NPN polega na tym, że przełączają one różne bieguny źródła zasilania. PNP (od słowa „pozytywny”) przełącza dodatnie wyjście zasilacza, NPN - ujemne.

Poniżej przykładowo schematy połączeń dla czujników z wyjściem tranzystorowym. Obciążenie - z reguły jest to wejście kontrolera.

czujnik. Obciążenie (Obciążenie) jest stale podłączone do „minus” (0V), zasilanie dyskretnej „1” (+V) jest przełączane przez tranzystor. Czujnik NO lub NC - w zależności od obwodu sterowania (obwód główny)

czujnik. Obciążenie (Obciążenie) jest stale podłączone do „plusa” (+V). Tutaj poziom aktywny (dyskretna „1”) na wyjściu czujnika jest niski (0V), podczas gdy obciążenie jest zasilane przez otwarty tranzystor.

Wzywam wszystkich, aby się nie pomylili, działanie tych schematów zostanie szczegółowo opisane później.

Poniższe diagramy pokazują w zasadzie to samo. Nacisk położony jest na różnice w obwodach wyjść PNP i NPN.

Schematy połączeń dla wyjść czujników NPN i PNP

Po lewej stronie - czujnik z tranzystorem wyjściowym NPN. Przewód wspólny jest przełączany, w tym przypadku jest to przewód ujemny źródła zasilania.

Po prawej - obudowa z tranzystorem PNP przy wyjściu. Ten przypadek jest najczęstszy, ponieważ we współczesnej elektronice zwykle łączy się przewód ujemny źródła zasilania i aktywuje wejścia kontrolerów i innych urządzeń rejestrujących o potencjale dodatnim.

Jak przetestować czujnik indukcyjny?

Aby to zrobić, musisz przyłożyć do niego zasilanie, to znaczy podłączyć go do obwodu. Następnie - aktywuj (zainicjuj) to. Po włączeniu wskaźnik zaświeci się. Wskazanie nie gwarantuje jednak poprawnej pracy czujnika indukcyjnego. Musisz podłączyć obciążenie i zmierzyć napięcie na nim, aby mieć 100% pewność.

Wymiana czujników

Jak już pisałem, istnieją w zasadzie 4 rodzaje czujników z wyjściem tranzystorowym, które są podzielone ze względu na ich budowę wewnętrzną i obwód przełączający:

• NR PNP
• PNP NC
• NPN NR
• NPN NC

Wszystkie tego typu czujniki można wymieniać między sobą, tj. są wymienne.

Jest to realizowane na następujące sposoby:

• Zmiana urządzenia inicjującego - projekt zmienia się mechanicznie.
• Zmiana istniejącego schematu włączania czujnika.
• Przełączanie typu wyjścia czujnika (jeśli są takie przełączniki na korpusie czujnika).
• Przeprogramowanie programu - zmiana poziomu aktywnego tego wejścia, zmiana algorytmu programu.

Poniżej znajduje się przykład wymiany czujnika PNP na czujnik NPN poprzez zmianę schematu elektrycznego:

Schematy wymienności PNP-NPN. Po lewej schemat oryginalny, po prawej zmodyfikowany.

Zrozumienie działania tych obwodów pomoże uświadomić sobie fakt, że tranzystor jest kluczowym elementem, który może być reprezentowany przez zwykłe styki przekaźnika (przykłady poniżej, w notacji).

Więc schemat jest po lewej stronie. Załóżmy, że typem czujnika jest NO. Wtedy (niezależnie od rodzaju tranzystora na wyjściu), gdy czujnik nie jest aktywny, jego „styki” wyjściowe są rozwarte i nie płynie przez nie żaden prąd. Gdy czujnik jest aktywny, styki są zwarte, co wiąże się ze wszystkimi tego konsekwencjami. Dokładniej, z prądem przepływającym przez te styki)). Przepływający prąd powoduje spadek napięcia na obciążeniu.

Nie bez powodu obciążenie wewnętrzne jest pokazane linią przerywaną. Rezystor ten istnieje, ale jego obecność nie gwarantuje stabilnej pracy czujnika, czujnik musi być podłączony do wejścia sterownika lub innego obciążenia. Rezystancja tego wejścia jest głównym obciążeniem.

Jeśli w czujniku nie ma obciążenia wewnętrznego, a kolektor „wisi w powietrzu”, wówczas nazywa się to „obwodem otwartego kolektora”. Ten obwód działa TYLKO z podłączonym obciążeniem.

Tak więc w obwodzie z wyjściem PNP, po aktywacji, napięcie (+V) przez otwarty tranzystor wchodzi na wejście kontrolera i jest aktywowane. Jak osiągnąć to samo z wydaniem NPN?

Zdarzają się sytuacje, gdy wymaganego czujnika nie ma pod ręką, a maszyna powinna działać „od zaraz”.

Patrzymy na zmiany w schemacie po prawej stronie. Przede wszystkim zapewniony jest tryb działania tranzystora wyjściowego czujnika. W tym celu do obwodu dodaje się dodatkowy rezystor, którego rezystancja jest zwykle rzędu 5,1 - 10 kOhm. Teraz, gdy czujnik nie jest aktywny, napięcie (+V) podawane jest na wejście sterownika przez dodatkowy rezystor i wejście sterownika jest aktywowane. Gdy czujnik jest aktywny, na wejściu kontrolera znajduje się dyskretne „0”, ponieważ wejście kontrolera jest zbocznikowane przez otwarty tranzystor NPN i prawie cały prąd dodatkowego rezystora przechodzi przez ten tranzystor.

W tym przypadku następuje refazowanie pracy czujnika. Ale czujnik działa w trybie, a kontroler otrzymuje informacje. W większości przypadków jest to wystarczające. Na przykład w trybie liczenia impulsów - obrotomierz lub liczba pustych miejsc.

Tak, nie do końca to, co chcieliśmy, a schematy wymienności czujników npn i pnp nie zawsze są akceptowalne.

Jak osiągnąć pełną funkcjonalność? Metoda 1 - mechanicznie przesuń lub przerób metalową płytkę (aktywator). Lub szczelina świetlna, jeśli mówimy o czujniku optycznym. Sposób 2 - przeprogramować wejście sterownika tak, aby dyskretne „0” było stanem aktywnym sterownika, a „1” pasywnym. Jeśli masz pod ręką laptopa, druga metoda jest zarówno szybsza, jak i łatwiejsza.

Symbol czujnika zbliżeniowego

Na schematach obwodów czujniki indukcyjne (czujniki zbliżeniowe) są oznaczone inaczej. Ale najważniejsze jest to, że jest kwadrat obrócony o 45 ° i dwie pionowe linie. Jak na poniższych schematach.

BEZ czujników NC. Główne schematy.

Na górnym schemacie znajduje się styk normalnie otwarty (NO) (warunkowo oznaczony jako tranzystor PNP). Drugi obwód jest normalnie zamknięty, a trzeci obwód to oba styki w jednej obudowie.

Kodowanie kolorami wyjść czujników

Istnieje standardowy system oznaczania czujników. Obecnie przestrzegają go wszyscy producenci.

Jednak przed instalacją warto upewnić się, że połączenie jest prawidłowe, korzystając z instrukcji podłączenia (instrukcje). Ponadto z reguły kolory przewodów są wskazane na samym czujniku, jeśli pozwala na to jego rozmiar.

Oto oznaczenie.

• Niebieski (niebieski) — moc ujemna
• Brązowy (brązowy) - Plus
• Czarny (Czarny) — Wyjdź
• Biały (biały) - drugie wyjście, czyli wejście sterujące, musisz zajrzeć do instrukcji.

System oznaczania czujników indukcyjnych

Typ czujnika jest oznaczony kodem alfanumerycznym, który koduje główne parametry czujnika. Poniżej znajduje się system etykietowania popularnych manometrów Autonics.

Pobierz instrukcje i instrukcje obsługi niektórych typów czujników indukcyjnych: spotykam w swojej pracy.

Dziękuję wszystkim za uwagę, czekam na pytania dotyczące podłączenia czujników w komentarzach!

Dyskretne czujniki

Taki algorytm pozwala uniknąć uderzenia, gdy forma jest zamknięta, w przeciwnym razie można ją po prostu podzielić na małe części. Ta sama zmiana prędkości następuje po otwarciu formy. W tym przypadku niezbędne są dwa czujniki kontaktowe.

Zastosowanie czujników analogowych

Rysunek 2. Mostek Wheatstone'a

Podłączanie czujników analogowych

Wyjścia czujników analogowych

Ale sprawa z reguły nie wystarcza z jednym czujnikiem. Jednymi z najpopularniejszych pomiarów są pomiary temperatury i ciśnienia. Liczba takich punktów w nowoczesnej produkcji może sięgać kilkudziesięciu tysięcy. W związku z tym liczba czujników jest również duża. Dlatego najczęściej do jednego sterownika podłączonych jest jednocześnie kilka czujników analogowych. Oczywiście nie kilka tysięcy na raz, dobrze, że kilkanaście to co innego. Takie połączenie pokazano na rysunku 7.

Rysunek 7. Podłączanie wielu czujników analogowych do sterownika

Ten rysunek pokazuje, w jaki sposób napięcie jest uzyskiwane z sygnału prądowego, nadającego się do konwersji na kod cyfrowy. Jeśli jest kilka takich sygnałów, to nie są one przetwarzane wszystkie na raz, ale są rozdzielane w czasie, multipleksowane, w przeciwnym razie na każdym kanale musiałby być zainstalowany osobny ADC.

W tym celu sterownik posiada układ przełączania obwodów. Schemat funkcjonalny przełącznika przedstawiono na rysunku 8.

Rysunek 8. Przełącznik kanału czujnika analogowego (klikalny obraz)

Sygnały pętli prądowej przetworzone na napięcie na rezystorze pomiarowym (UR1…URn) podawane są na wejście przełącznika analogowego. Sygnały sterujące naprzemiennie podają na wyjście jeden z sygnałów UR1…URn, które są wzmacniane przez wzmacniacz i naprzemiennie podawane są na wejście przetwornika ADC. Napięcie przetworzone na kod cyfrowy podawane jest do sterownika.

Schemat jest oczywiście bardzo uproszczony, ale całkiem możliwe jest rozważenie w nim zasady multipleksowania. W przybliżeniu tak zbudowany jest moduł do wprowadzania sygnałów analogowych sterowników MCTS (mikroprocesorowy system środków technicznych) produkowanego przez Smoleńsk PC "Prolog".

Wydawanie takich kontrolerów już dawno zostało przerwane, chociaż w niektórych miejscach, dalekich od najlepszych, kontrolery te są nadal w użyciu. Te muzealne eksponaty są zastępowane sterownikami nowych modeli, głównie produkcji importowanej (chińskiej).

W przypadku montażu sterownika w szafie metalowej zaleca się podłączenie ekranów plecionych do punktu uziemienia szafy. Długość linii łączących może sięgać ponad dwóch kilometrów, co oblicza się za pomocą odpowiednich wzorów. Nic tu nie policzymy, ale uwierzmy, że tak jest.

Nowe czujniki, nowe sterowniki

Wraz z pojawieniem się nowych kontrolerów pojawiły się również nowe czujniki analogowe, które działają z wykorzystaniem protokołu HART (Highway Addressable Remote Transducer), co tłumaczy się jako „Przetwornik pomiarowy adresowany zdalnie przez magistralę”.

Sygnałem wyjściowym czujnika (urządzenia polowego) jest analogowy sygnał prądowy w zakresie 4...20 mA, na który nałożony jest modulowany częstotliwościowo (FSK - Frequency Shift Keying) cyfrowy sygnał komunikacyjny.

Wiadomo, że średnia wartość sygnału sinusoidalnego jest równa zeru, dlatego transmisja informacji cyfrowej nie wpływa na prąd wyjściowy czujnika 4...20mA. Ten tryb jest używany podczas konfigurowania czujników.

Komunikacja HART odbywa się na dwa sposoby. W pierwszym przypadku, standardowym, tylko dwa urządzenia mogą wymieniać informacje po linii dwuprzewodowej, natomiast wyjściowy sygnał analogowy 4...20mA zależy od mierzonej wartości. Ten tryb jest używany podczas konfigurowania urządzeń polowych (czujników).

W drugim przypadku do linii dwuprzewodowej można podłączyć do 15 czujników, których liczbę określają parametry linii komunikacyjnej oraz moc zasilacza. To jest tryb wielopunktowy. W tym trybie każdy czujnik ma swój adres z zakresu 1…15, za pomocą którego uzyskuje do niego dostęp urządzenie sterujące.

Czujnik o adresie 0 jest odłączony od linii komunikacyjnej. Wymiana danych pomiędzy czujnikiem a urządzeniem sterującym w trybie wielopunktowym odbywa się wyłącznie za pomocą sygnału częstotliwościowego. Sygnał prądowy czujnika jest ustalony na wymaganym poziomie i nie zmienia się.

Dane w przypadku komunikacji wielopunktowej to nie tylko wyniki pomiarów kontrolowanego parametru, ale także cały zestaw wszelkiego rodzaju informacji serwisowych.

Przede wszystkim są to adresy czujników, polecenia sterujące, ustawienia. A wszystkie te informacje są przesyłane dwuprzewodowymi liniami komunikacyjnymi. Czy też można się ich pozbyć? To prawda, że ​​​​należy to zrobić ostrożnie, tylko w przypadkach, gdy połączenie bezprzewodowe nie może wpłynąć na bezpieczeństwo kontrolowanego procesu.

Są to technologie, które zastąpiły starą analogową pętlę prądową. Ale też nie rezygnuje ze swoich pozycji, jest szeroko stosowany wszędzie tam, gdzie to możliwe.

W procesie automatyzacji procesów technologicznych sterowania mechanizmami i zespołami mamy do czynienia z pomiarami różnych wielkości fizycznych. Może to być temperatura, ciśnienie i przepływ cieczy lub gazu, prędkość obrotowa, natężenie światła, informacje o położeniu części mechanizmów i wiele innych. Informacje te uzyskuje się za pomocą czujników. Tutaj najpierw o położeniu części mechanizmów.

Dyskretne czujniki

Najprostszym czujnikiem jest konwencjonalny styk mechaniczny: drzwi są otwarte - styk otwiera się, zamykany - zamyka się. Taki prosty czujnik, jak również powyższy algorytm działania, jest często stosowany w alarmach antywłamaniowych. W przypadku mechanizmu z ruchem postępowym, który ma dwie pozycje, na przykład zawór wody, potrzebne będą już dwa styki: jeden styk jest zamknięty - zawór jest zamknięty, drugi jest zamknięty - jest zamknięty.

Bardziej złożony algorytm ruchu translacyjnego ma mechanizm zamykania formy wtryskarki. Początkowo forma jest otwarta, jest to pozycja wyjściowa. W tej pozycji gotowe produkty są wyjmowane z formy. Następnie pracownik zamyka ogrodzenie ochronne i forma zaczyna się zamykać, rozpoczyna się nowy cykl pracy.

Odległość między połówkami formy jest dość duża. Dlatego początkowo forma porusza się szybko, aw pewnej odległości przed zamknięciem połówek następuje zadziałanie wyłącznika krańcowego, prędkość ruchu znacznie spada i forma zamyka się płynnie.

Czujniki stykowe są więc dyskretne lub binarne, mają dwie pozycje, zamkniętą – otwartą lub 1 i 0. Innymi słowy, można powiedzieć, że zdarzenie miało miejsce lub nie. W powyższym przykładzie kilka punktów jest „chwytanych” przez styki: początek ruchu, punkt hamowania, koniec ruchu.

W geometrii punkt nie ma wymiarów, tylko punkt i tyle. Może być (na kartce, w trajektorii, jak w naszym przypadku) lub po prostu nie istnieje. Dlatego do wykrywania punktów stosuje się czujniki dyskretne. Może być tak, że porównanie z punktem nie jest tu zbyt adekwatne, ponieważ do celów praktycznych używają wartości dokładności czujnika dyskretnego, a ta dokładność jest znacznie większa niż punktu geometrycznego.

Ale kontakt mechaniczny sam w sobie jest rzeczą zawodną. Dlatego tam, gdzie to możliwe, styki mechaniczne zastępowane są czujnikami bezdotykowymi. Najprostszą opcją są kontaktrony: magnes zbliża się, styk zamyka się. Dokładność działania kontaktronu pozostawia wiele do życzenia, takie czujniki służą właśnie do określenia położenia drzwi.

Bardziej złożoną i dokładną opcję należy rozważyć różne czujniki bezdotykowe. Jeśli metalowa flaga weszła w szczelinę, czujnik zadziałał. Jako przykład takich czujników można podać czujniki BVK (przełącznik zbliżeniowy) różnych serii. Dokładność odpowiedzi (różnica skoku) takich czujników wynosi 3 milimetry.

Czujnik serii BVK

Rysunek 1. Czujnik serii BVK

Napięcie zasilania czujników BVK wynosi 24 V, prąd obciążenia 200 mA, co wystarcza do podłączenia przekaźników pośrednich w celu dalszej koordynacji z obwodem sterującym. W ten sposób czujniki BVK są wykorzystywane w różnych urządzeniach.

Oprócz czujników BVK stosowane są również czujniki typu BTP, KVP, PIP, KVD, PISCH. Każda seria ma kilka typów czujników, oznaczonych numerami, na przykład BTP-101, BTP-102, BTP-103, BTP-211.

Wszystkie wymienione czujniki są bezkontaktowe, dyskretne, ich głównym celem jest określenie położenia części mechanizmów i zespołów. Tych czujników jest oczywiście znacznie więcej, nie sposób opisać ich wszystkich w jednym artykule. Jeszcze bardziej powszechne i nadal szeroko stosowane są różne czujniki kontaktowe.

Zastosowanie czujników analogowych

Oprócz czujników dyskretnych, w systemach automatyki szeroko stosowane są czujniki analogowe. Ich celem jest uzyskanie informacji o różnych wielkościach fizycznych, i to nie tylko ogólnie, ale w czasie rzeczywistym. A dokładniej zamiana wielkości fizycznej (ciśnienie, temperatura, natężenie oświetlenia, przepływ, napięcie, prąd) na sygnał elektryczny nadający się do przesłania liniami komunikacyjnymi do sterownika i jego dalszego przetwarzania.

Czujniki analogowe są zwykle zlokalizowane dość daleko od sterownika, dlatego często nazywane są urządzeniami polowymi. Termin ten jest często używany w literaturze technicznej.

Czujnik analogowy zwykle składa się z kilku części. Najważniejszą częścią jest czuły element - czujnik. Jego zadaniem jest zamiana mierzonej wartości na sygnał elektryczny. Ale sygnał odbierany z czujnika jest zwykle mały. Aby uzyskać sygnał nadający się do wzmocnienia, czujnik włącza się najczęściej w układ mostkowy - mostek Wheatstone'a.

mostek Wheatstone'a

Rysunek 2. Mostek Wheatstone'a

Pierwotnym celem obwodu mostkowego jest dokładny pomiar rezystancji. Źródło prądu stałego jest podłączone do przekątnej mostka AD. Czuły galwanometr z punktem środkowym, z zerem na środku skali, jest podłączony do drugiej przekątnej. Aby zmierzyć rezystancję rezystora Rx, obracając rezystor strojenia R2, mostek powinien być zrównoważony, wskazówka galwanometru powinna być ustawiona na zero.

Odchylenie strzałki urządzenia w jednym lub drugim kierunku pozwala określić kierunek obrotu rezystora R2. Wartość mierzonej rezystancji określa skala połączona z uchwytem rezystora R2. Warunkiem równowagi dla mostu jest równość stosunków R1/R2 i Rx/R3. W tym przypadku uzyskuje się zerową różnicę potencjałów między punktami BC i żaden prąd nie przepływa przez galwanometr V.

Rezystancja rezystorów R1 i R3 jest dobierana bardzo dokładnie, ich rozpiętość powinna być minimalna. Tylko w tym przypadku nawet niewielka nierównowaga mostka powoduje dość zauważalną zmianę napięcia przekątnej BC. To właśnie ta właściwość mostka służy do łączenia czułych elementów (czujników) różnych czujników analogowych. Cóż, więc wszystko jest proste, kwestia technologii.

Aby wykorzystać sygnał otrzymany z czujnika, wymagane jest jego dalsze przetwarzanie - wzmocnienie i konwersja na sygnał wyjściowy nadający się do transmisji i przetwarzania przez układ sterujący - sterownik. Najczęściej sygnałem wyjściowym czujników analogowych jest prąd (analogowa pętla prądowa), rzadziej napięcie.

Dlaczego aktualne? Faktem jest, że stopnie wyjściowe czujników analogowych oparte są na źródłach prądowych. Pozwala to na pozbycie się wpływu rezystancji przewodów łączących na sygnał wyjściowy, zastosowanie przewodów łączących o dużej długości.

Dalsza transformacja jest dość prosta. Sygnał prądowy zamieniany jest na napięcie, dla którego wystarczy przepuścić prąd przez rezystor o znanej rezystancji. Spadek napięcia na rezystorze pomiarowym oblicza się zgodnie z prawem Ohma U=I*R.

Na przykład dla prądu 10 mA na rezystorze 100 omów napięcie wyniesie 10 * 100 = 1000 mV, czyli cały 1 wolt! W tym przypadku prąd wyjściowy czujnika nie zależy od rezystancji przewodów łączących. Oczywiście w rozsądnych granicach.

Podłączanie czujników analogowych

Napięcie uzyskane na rezystorze pomiarowym jest łatwo przetwarzane na postać cyfrową odpowiednią do wprowadzenia do sterownika. Konwersja odbywa się za pomocą przetworników analogowo-cyfrowych ADC.

Dane cyfrowe są przesyłane do sterownika w kodzie szeregowym lub równoległym. Wszystko zależy od konkretnego schematu przełączania. Uproszczony schemat podłączenia czujnika analogowego przedstawiono na rysunku 3.

Podłączenie czujnika analogowego

Rysunek 3. Podłączenie czujnika analogowego (kliknij na obrazek, aby powiększyć)

Siłowniki są podłączone do sterownika lub sam sterownik jest podłączony do komputera wchodzącego w skład systemu automatyki.

Naturalnie czujniki analogowe mają kompletną konstrukcję, której jednym z elementów jest obudowa z elementami łączącymi. Jako przykład na rysunku 4 przedstawiono wygląd czujnika nadciśnienia typu Zond-10.

Czujnik nadciśnienia Zond-10

Rysunek 4. Czujnik nadciśnienia Zond-10

W dolnej części czujnika widać gwint przyłączeniowy do podłączenia do rurociągu, a po prawej stronie pod czarną osłoną złącze do podłączenia linii komunikacyjnej ze sterownikiem.

Połączenie gwintowane jest uszczelnione podkładką z wyżarzonej miedzi (dostarczanej z czujnikiem), aw żadnym wypadku nie jest to taśma klejąca ani płótno. Odbywa się to tak, aby podczas instalacji czujnika znajdujący się wewnątrz element czujnika nie uległ deformacji.

Wyjścia czujników analogowych

Zgodnie z normami dostępne są trzy zakresy sygnałów prądowych: 0…5mA, 0…20mA i 4…20mA. Jaka jest ich różnica i jakie cechy?

Najczęściej zależność prądu wyjściowego jest wprost proporcjonalna do mierzonej wartości, np. im wyższe ciśnienie w rurze, tym większy prąd na wyjściu czujnika. Chociaż czasami stosuje się połączenie odwrotne: większa wartość prądu wyjściowego odpowiada minimalnej wartości mierzonej wartości na wyjściu czujnika. Wszystko zależy od rodzaju zastosowanego kontrolera. Niektóre czujniki mają nawet przełączanie z sygnału bezpośredniego na sygnał odwrotny.

Sygnał wyjściowy w zakresie 0...5mA jest bardzo mały i przez to podatny na zakłócenia. Jeżeli sygnał takiego czujnika oscyluje przy stałej wartości mierzonego parametru, wówczas zaleca się zainstalowanie równolegle z wyjściem czujnika kondensatora o pojemności 0,1...1 μF. Bardziej stabilny jest sygnał prądowy w zakresie 0…20mA.

Ale oba te zakresy nie są dobre, bo zero na początku skali nie pozwala jednoznacznie określić, co się stało. A może zmierzony sygnał rzeczywiście przyjął poziom zerowy, co jest w zasadzie możliwe, czy po prostu przerwała się linia komunikacyjna? Dlatego starają się odmówić korzystania z tych zakresów, jeśli to możliwe.

Sygnał czujników analogowych o prądzie wyjściowym w zakresie 4 ... 20 mA jest uważany za bardziej niezawodny. Jego odporność na zakłócenia jest dość wysoka, a dolna granica, nawet jeśli mierzony sygnał ma poziom zerowy, wyniesie 4mA, co pozwala stwierdzić, że linia komunikacyjna nie jest zerwana.

Kolejną dobrą cechą zakresu 4 ... 20mA jest to, że czujniki można podłączyć tylko dwoma przewodami, ponieważ sam czujnik jest zasilany tym prądem. Jest to jego prąd poboru i jednocześnie sygnał pomiarowy.

Zasilanie czujników w zakresie 4 ... 20 mA jest włączone, jak pokazano na rysunku 5. Jednocześnie czujniki Zond-10, podobnie jak wiele innych, zgodnie z paszportem, mają szeroki zakres napięcia zasilania wynoszący 10...38V, choć najczęściej stosuje się źródła stabilizowane o napięciu 24V.

Podłączenie czujnika analogowego z zewnętrznym zasilaczem

Rysunek 5. Podłączenie czujnika analogowego z zewnętrznym zasilaczem

Ten schemat zawiera następujące elementy i symbole. Rsh - pomiar rezystora bocznikowego, Rl1 i Rl2 - rezystancje linii komunikacyjnej. Aby poprawić dokładność pomiaru, należy zastosować precyzyjny rezystor pomiarowy jako Rsh. Przepływ prądu z zasilacza pokazano strzałkami.

Łatwo zauważyć, że prąd wyjściowy zasilacza przechodzi od zacisku +24V, przewodem Rl1 do zacisku czujnika +AO2, przechodzi przez czujnik i przez styk wyjściowy czujnika - AO2, przewód łączący Rl2, rezystor Rsh wraca do zacisku zasilania -24V. Wszystko, obwód jest zamknięty, prąd płynie.

Jeżeli sterownik zawiera zasilacz 24V to podłączenie czujnika lub przetwornika pomiarowego jest możliwe zgodnie ze schematem pokazanym na rysunku 6.

Podłączenie czujnika analogowego do sterownika z wewnętrznym zasilaniem

Rysunek 6. Podłączenie czujnika analogowego do sterownika z wewnętrznym zasilaczem

Ten schemat pokazuje kolejny element - rezystor balastowy Rb. Jego zadaniem jest zabezpieczenie rezystora pomiarowego w przypadku zwarcia w linii komunikacyjnej lub awarii czujnika analogowego. Zainstalowanie rezystora Rb jest opcjonalne, choć pożądane.

Oprócz różnych czujników na wyjściu prądowym znajdują się również przetworniki pomiarowe, które dość często stosowane są w układach automatyki.

Przetwornik pomiarowy to urządzenie służące do przetwarzania poziomów napięć, np. 220V lub prądu o natężeniu kilkudziesięciu lub setek amperów, na sygnał prądowy 4...20mA. Tutaj poziom sygnału elektrycznego jest po prostu konwertowany, a nie reprezentacja jakiejś wielkości fizycznej (prędkość, przepływ, ciśnienie) w postaci elektrycznej.

Ale sprawa z reguły nie wystarcza z jednym czujnikiem. Jednymi z najpopularniejszych pomiarów są pomiary temperatury i ciśnienia. Liczba takich punktów w nowoczesnej produkcji może sięgać kilkudziesięciu

Przeczytaj także

• Rodzaje kinkietów i cechy ich zastosowania
• O różnicy potencjałów, sile elektromotorycznej i napięciu
• Co można określić za pomocą licznika, z wyjątkiem zużycia energii elektrycznej
• W sprawie kryteriów oceny jakości wyrobów elektrycznych
• Co jest lepsze dla prywatnego domu - wejście jednofazowe lub trójfazowe?
• Jak wybrać stabilizator napięcia dla wiejskiego domu
• Efekt Peltiera: magiczny efekt prądu elektrycznego
• Praktyka okablowania i podłączenia kabla telewizyjnego w mieszkaniu - cechy procesu
• Problemy z okablowaniem: co robić i jak je naprawić?
• Świetlówki T5: perspektywy i problemy zastosowania
• Wysuwane bloki gniazd: praktyka użytkowania i łączenia
• Wzmacniacze elektroniczne. Część 2. Wzmacniacze częstotliwości audio
• Prawidłowe działanie urządzeń elektrycznych i okablowania w wiejskim domu
• Główne punkty stosowania bezpiecznego napięcia w życiu codziennym
• Niezbędne narzędzia i urządzenia dla początkujących do nauki elektroniki
• Kondensatory: przeznaczenie, urządzenie, zasada działania
• Co to jest przejściowa rezystancja styku i jak sobie z nią radzić
• Przekaźnik napięcia: co to jest, jak wybrać i podłączyć?
• Co jest lepsze dla prywatnego domu - wejście jednofazowe lub trójfazowe?
• Kondensatory w obwodach elektronicznych. Część 2. Komunikacja międzystopniowa, filtry, generatory
• Jak zapewnić komfort przy niewystarczającym zasilaniu
• Jak upewnić się kupując maszynę w sklepie, że jest sprawna?
• Jak wybrać przekrój drutu dla 12-woltowych sieci oświetleniowych
• Sposób podłączenia podgrzewacza wody i pompy przy niewystarczającej mocy sieciowej
• Induktory i pola magnetyczne. Część 2. Indukcja i indukcyjność elektromagnetyczna
• wzmacniacze operacyjne. Część 2. Idealny wzmacniacz operacyjny
• Czym są mikrokontrolery (przeznaczenie, urządzenie, oprogramowanie)
• Wydłużenie żywotności świetlówki kompaktowej (gospodyni domowa)
• Obwody wzmacniacza operacyjnego bez sprzężenia zwrotnego
• Wymiana rozdzielni elektrycznej w mieszkaniu
• Dlaczego nie można łączyć miedzi i aluminium w okablowaniu elektrycznym?

Czujniki z ujednoliconym wyjściem prądowym 4-20, 0-50 lub 0-20 mA, które są najczęściej stosowane w dziedzinie automatyki przemysłowej, mogą mieć różne schematy podłączenia do urządzeń wtórnych. Nowoczesne czujniki o niskim poborze mocy i prądzie wyjściowym 4-20 mA najczęściej łączone są w układzie dwuprzewodowym. Oznacza to, że do takiego czujnika podłączony jest tylko jeden kabel z dwoma przewodami, przez który ten czujnik jest zasilany, a transmisja odbywa się tymi samymi dwoma przewodami.

Zazwyczaj czujniki z wyjściem 4-20 mA i połączeniem dwuprzewodowym mają wyjście pasywne i wymagają do działania zewnętrznego zasilania. Zasilacz ten można wbudować bezpośrednio w urządzenie wtórne (w jego wejście) i po podłączeniu czujnika do takiego urządzenia natychmiast pojawia się prąd w obwodzie sygnałowym. Urządzenia, które mają wbudowane w wejście zasilanie czujnika, to urządzenia z aktywnym wejściem.

Większość nowoczesnych urządzeń wtórnych i sterowników ma wbudowane zasilacze do współpracy z czujnikami z wyjściami pasywnymi.

Jeżeli drugie urządzenie ma wejście pasywne - a właściwie tylko rezystor, z którego obwód pomiarowy urządzenia "odczytuje" spadek napięcia proporcjonalny do prądu płynącego w obwodzie, to do pracy czujnika potrzebne jest dodatkowe wejście. Zewnętrzne zasilanie w tym przypadku jest połączone szeregowo z czujnikiem i urządzeniem wtórnym w celu przerwania pętli prądowej.

Przyrządy wtórne są zwykle projektowane i produkowane w taki sposób, że można je podłączyć zarówno do czujników dwuprzewodowych 4-20 mA, jak i czujników 0-5, 0-20 lub 4-20 mA połączonych w obwód trójprzewodowy. Do podłączenia czujnika dwuprzewodowego do wejścia urządzenia wtórnego z trzema zaciskami wejściowymi (+U, wejściowy i wspólny) wykorzystuje się zaciski „+U” i „wejście”, zacisk „wspólny” pozostaje wolny.

Ponieważ czujniki, jak wspomniano powyżej, mogą mieć nie tylko wyjście 4-20 mA, ale np. 0-5 lub 0-20 mA, albo nie można ich połączyć w obwód dwuprzewodowy ze względu na duże pobór mocy (więcej niż 3 mA) , wówczas stosuje się trójprzewodowy schemat połączeń. W tym przypadku obwody zasilania czujnika i obwody sygnału wyjściowego są rozdzielone. Czujniki z połączeniem trójprzewodowym mają zazwyczaj wyjście aktywne. Oznacza to, że jeśli do czujnika z aktywnym wyjściem zostanie podłączone napięcie zasilające i pomiędzy jego zaciski wyjściowe „wyjście” i „wspólna” zostanie podłączona rezystancja obciążenia, to na wyjściu popłynie prąd proporcjonalny do wartości mierzonego parametru okrążenie.

Urządzenia drugorzędne mają zwykle wbudowany zasilacz o dość niskim poborze mocy do zasilania czujników. Maksymalny prąd wyjściowy wbudowanych zasilaczy mieści się zazwyczaj w przedziale 22-50 mA, co nie zawsze jest wystarczające do zasilania czujników o dużym poborze prądu: przepływomierzy elektromagnetycznych, analizatorów gazów na podczerwień itp. W takim przypadku, aby zasilić czujnik trójprzewodowy, należy użyć zewnętrznego, mocniejszego zasilacza, który zapewni niezbędną moc. Zasilacz wbudowany w drugie urządzenie nie jest używany.

Podobny obwód do włączania czujników trójprzewodowych jest również zwykle stosowany, gdy napięcie źródła zasilania wbudowanego w urządzenie nie odpowiada napięciu zasilania, które można dostarczyć do tego czujnika. Przykładowo wbudowany zasilacz ma napięcie wyjściowe 24V, a czujnik może być zasilany napięciem od 10 do 16V.

Niektóre urządzenia dodatkowe mogą mieć wiele kanałów wejściowych i zasilacz o mocy wystarczającej do zasilania zewnętrznych czujników. Należy pamiętać, że łączny pobór mocy wszystkich czujników podłączonych do takiego urządzenia wielokanałowego musi być mniejszy niż moc wbudowanego źródła zasilania przeznaczonego do ich zasilania. Ponadto, badając charakterystykę techniczną urządzenia, konieczne jest wyraźne rozróżnienie celu wbudowanych w nie zasilaczy (źródeł). Jedno wbudowane źródło służy do zasilania samego urządzenia wtórnego - do obsługi wyświetlacza i wskaźników, przekaźników wyjściowych, układu elektronicznego urządzenia itp. Ten zasilacz może mieć całkiem sporą moc. Drugie wbudowane źródło służy do zasilania tylko obwodów wejściowych - podłączonych do wejść czujników.

Przed podłączeniem czujnika do urządzenia wtórnego należy dokładnie przestudiować instrukcje obsługi tego sprzętu, określić rodzaje wejść i wyjść (aktywne/pasywne), sprawdzić zgodność mocy pobieranej przez czujnik z mocą źródła zasilania (wbudowany lub zewnętrzny) i dopiero potem nawiązać połączenie. Rzeczywiste oznaczenia zacisków wejściowych i wyjściowych czujników i urządzeń mogą różnić się od podanych powyżej. Tak więc zaciski „In (+)” i „In (-)” można oznaczyć jako +J i -J, +4-20 i -4-20, +In i -In itd. Zacisk „+U zasilanie” można oznaczyć jako +V, Zasilanie, +24V itp., zacisk „Wyjście” – Out, Sign, Jout, 4-20 mA itp., zacisk „wspólny” – GND, -24V, 0V itd., ale to nie zmienia znaczenia.

Czujniki z wyjściem prądowym o schemacie połączeń czteroprzewodowych mają podobny schemat połączeń jak czujniki dwuprzewodowe, z tą różnicą, że czujniki czteroprzewodowe zasilane są osobną parą przewodów. Ponadto czujniki czteroprzewodowe mogą mieć oba, co należy wziąć pod uwagę przy wyborze schematu połączeń.

W procesie automatyzacji procesów technologicznych sterowania mechanizmami i zespołami mamy do czynienia z pomiarami różnych wielkości fizycznych. Może to być temperatura, ciśnienie i przepływ cieczy lub gazu, prędkość obrotowa, natężenie światła, informacje o położeniu części mechanizmów i wiele innych. Informacje te uzyskuje się za pomocą czujników. Tutaj najpierw o położeniu części mechanizmów.

Dyskretne czujniki

Najprostszym czujnikiem jest konwencjonalny styk mechaniczny: drzwi są otwarte - styk otwiera się, zamykany - zamyka się. Taki prosty czujnik, jak i powyższy algorytm pracy, często. W przypadku mechanizmu z ruchem postępowym, który ma dwie pozycje, na przykład zawór wody, potrzebne będą już dwa styki: jeden styk jest zamknięty - zawór jest zamknięty, drugi jest zamknięty - jest zamknięty.

Bardziej złożony algorytm ruchu translacyjnego ma mechanizm zamykania formy wtryskarki. Początkowo forma jest otwarta, jest to pozycja wyjściowa. W tej pozycji gotowe produkty są wyjmowane z formy. Następnie pracownik zamyka ogrodzenie ochronne i forma zaczyna się zamykać, rozpoczyna się nowy cykl pracy.

Odległość między połówkami formy jest dość duża. Dlatego początkowo forma porusza się szybko, aw pewnej odległości przed zamknięciem połówek następuje zadziałanie wyłącznika krańcowego, prędkość ruchu znacznie spada i forma zamyka się płynnie.

Taki algorytm pozwala uniknąć uderzenia, gdy forma jest zamknięta, w przeciwnym razie można ją po prostu podzielić na małe części. Ta sama zmiana prędkości następuje po otwarciu formy. W tym przypadku niezbędne są dwa czujniki kontaktowe.

Czujniki stykowe są więc dyskretne lub binarne, mają dwie pozycje, zamkniętą – otwartą lub 1 i 0. Innymi słowy, można powiedzieć, że zdarzenie miało miejsce lub nie. W powyższym przykładzie kilka punktów jest „chwytanych” przez styki: początek ruchu, punkt hamowania, koniec ruchu.

W geometrii punkt nie ma wymiarów, tylko punkt i tyle. Może być (na kartce, w trajektorii, jak w naszym przypadku) lub po prostu nie istnieje. Dlatego do wykrywania punktów stosuje się czujniki dyskretne. Może być tak, że porównanie z punktem nie jest tu zbyt adekwatne, ponieważ do celów praktycznych używają wartości dokładności czujnika dyskretnego, a ta dokładność jest znacznie większa niż punktu geometrycznego.

Ale kontakt mechaniczny sam w sobie jest rzeczą zawodną. Dlatego tam, gdzie to możliwe, styki mechaniczne zastępowane są czujnikami bezdotykowymi. Najprostszą opcją są kontaktrony: magnes zbliża się, styk zamyka się. Dokładność działania kontaktronu pozostawia wiele do życzenia, takie czujniki służą właśnie do określenia położenia drzwi.

Bardziej złożoną i dokładną opcję należy rozważyć różne czujniki bezdotykowe. Jeśli metalowa flaga weszła w szczelinę, czujnik zadziałał. Jako przykład takich czujników można podać czujniki BVK (przełącznik zbliżeniowy) różnych serii. Dokładność odpowiedzi (różnica skoku) takich czujników wynosi 3 milimetry.

Rysunek 1. Czujnik serii BVK

Napięcie zasilania czujników BVK wynosi 24 V, prąd obciążenia 200 mA, co wystarcza do podłączenia przekaźników pośrednich w celu dalszej koordynacji z obwodem sterującym. W ten sposób czujniki BVK są wykorzystywane w różnych urządzeniach.

Oprócz czujników BVK stosowane są również czujniki typu BTP, KVP, PIP, KVD, PISCH. Każda seria ma kilka typów czujników, oznaczonych numerami, na przykład BTP-101, BTP-102, BTP-103, BTP-211.

Wszystkie wymienione czujniki są bezkontaktowe, dyskretne, ich głównym celem jest określenie położenia części mechanizmów i zespołów. Tych czujników jest oczywiście znacznie więcej, nie sposób opisać ich wszystkich w jednym artykule. Jeszcze bardziej powszechne i nadal szeroko stosowane są różne czujniki kontaktowe.

Zastosowanie czujników analogowych

Oprócz czujników dyskretnych, w systemach automatyki szeroko stosowane są czujniki analogowe. Ich celem jest uzyskanie informacji o różnych wielkościach fizycznych, i to nie tylko ogólnie, ale w czasie rzeczywistym. A dokładniej zamiana wielkości fizycznej (ciśnienie, temperatura, natężenie oświetlenia, przepływ, napięcie, prąd) na sygnał elektryczny nadający się do przesłania liniami komunikacyjnymi do sterownika i jego dalszego przetwarzania.

Czujniki analogowe są zwykle zlokalizowane dość daleko od sterownika, dlatego często nazywane są urządzenia polowe. Termin ten jest często używany w literaturze technicznej.

Czujnik analogowy zwykle składa się z kilku części. Najważniejszą częścią jest wrażliwy element - czujnik. Jego zadaniem jest zamiana mierzonej wartości na sygnał elektryczny. Ale sygnał odbierany z czujnika jest zwykle mały. Aby uzyskać sygnał nadający się do wzmocnienia, czujnik najczęściej włącza się w obwód mostkowy - mostek Wheatstone'a.

Rysunek 2. Mostek Wheatstone'a

Pierwotnym celem obwodu mostkowego jest dokładny pomiar rezystancji. Źródło prądu stałego jest podłączone do przekątnej mostka AD. Czuły galwanometr z punktem środkowym, z zerem na środku skali, jest podłączony do drugiej przekątnej. Aby zmierzyć rezystancję rezystora Rx, obracając rezystor strojenia R2, mostek powinien być zrównoważony, wskazówka galwanometru powinna być ustawiona na zero.

Odchylenie strzałki urządzenia w jednym lub drugim kierunku pozwala określić kierunek obrotu rezystora R2. Wartość mierzonej rezystancji określa skala połączona z uchwytem rezystora R2. Warunkiem równowagi dla mostu jest równość stosunków R1/R2 i Rx/R3. W tym przypadku uzyskuje się zerową różnicę potencjałów między punktami BC i żaden prąd nie przepływa przez galwanometr V.

Rezystancja rezystorów R1 i R3 jest dobierana bardzo dokładnie, ich rozpiętość powinna być minimalna. Tylko w tym przypadku nawet niewielka nierównowaga mostka powoduje dość zauważalną zmianę napięcia przekątnej BC. To właśnie ta właściwość mostka służy do łączenia czułych elementów (czujników) różnych czujników analogowych. Cóż, więc wszystko jest proste, kwestia technologii.

Wykorzystanie sygnału odbieranego z czujnika wymaga jego dalszego przetwarzania, - wzmocnienia i konwersji na sygnał wyjściowy nadający się do transmisji i przetwarzania przez układ sterujący - kontroler. Najczęściej sygnałem wyjściowym czujników analogowych jest prąd (analogowa pętla prądowa), rzadziej napięcie.

Dlaczego aktualne? Faktem jest, że stopnie wyjściowe czujników analogowych oparte są na źródłach prądowych. Pozwala to na pozbycie się wpływu rezystancji przewodów łączących na sygnał wyjściowy, zastosowanie przewodów łączących o dużej długości.

Dalsza transformacja jest dość prosta. Sygnał prądowy zamieniany jest na napięcie, dla którego wystarczy przepuścić prąd przez rezystor o znanej rezystancji. Spadek napięcia na rezystorze pomiarowym oblicza się zgodnie z prawem Ohma U=I*R.

Na przykład dla prądu 10 mA na rezystorze 100 omów napięcie wyniesie 10 * 100 = 1000 mV, czyli cały 1 wolt! W tym przypadku prąd wyjściowy czujnika nie zależy od rezystancji przewodów łączących. Oczywiście w rozsądnych granicach.

Podłączanie czujników analogowych

Napięcie uzyskane na rezystorze pomiarowym jest łatwo przetwarzane na postać cyfrową odpowiednią do wprowadzenia do sterownika. Konwersja odbywa się za pomocą przetworniki analogowo-cyfrowe ADC.

Dane cyfrowe są przesyłane do sterownika w kodzie szeregowym lub równoległym. Wszystko zależy od konkretnego schematu przełączania. Uproszczony schemat podłączenia czujnika analogowego przedstawiono na rysunku 3.

Rysunek 3. Podłączenie czujnika analogowego (kliknij na obrazek, aby powiększyć)

Siłowniki są podłączone do sterownika lub sam sterownik jest podłączony do komputera wchodzącego w skład systemu automatyki.

Naturalnie czujniki analogowe mają kompletną konstrukcję, której jednym z elementów jest obudowa z elementami łączącymi. Jako przykład na rysunku 4 przedstawiono wygląd czujnika nadciśnienia typu Zond-10.

Rysunek 4. Czujnik nadciśnienia Zond-10

W dolnej części czujnika widać gwint przyłączeniowy do podłączenia do rurociągu, a po prawej stronie pod czarną osłoną złącze do podłączenia linii komunikacyjnej ze sterownikiem.

Połączenie gwintowane jest uszczelnione podkładką z wyżarzonej miedzi (dostarczanej z czujnikiem), aw żadnym wypadku nie jest to taśma klejąca ani płótno. Odbywa się to tak, aby podczas instalacji czujnika znajdujący się wewnątrz element czujnika nie uległ deformacji.

Wyjścia czujników analogowych

Zgodnie z normami dostępne są trzy zakresy sygnałów prądowych: 0…5mA, 0…20mA i 4…20mA. Jaka jest ich różnica i jakie cechy?

Najczęściej zależność prądu wyjściowego jest wprost proporcjonalna do mierzonej wartości, np. im wyższe ciśnienie w rurze, tym większy prąd na wyjściu czujnika. Chociaż czasami stosuje się połączenie odwrotne: większa wartość prądu wyjściowego odpowiada minimalnej wartości mierzonej wartości na wyjściu czujnika. Wszystko zależy od rodzaju zastosowanego kontrolera. Niektóre czujniki mają nawet przełączanie z sygnału bezpośredniego na sygnał odwrotny.

Sygnał wyjściowy w zakresie 0...5mA jest bardzo mały i przez to podatny na zakłócenia. Jeżeli sygnał takiego czujnika oscyluje przy stałej wartości mierzonego parametru, wówczas zaleca się zainstalowanie równolegle z wyjściem czujnika kondensatora o pojemności 0,1...1 μF. Bardziej stabilny jest sygnał prądowy w zakresie 0…20mA.

Ale oba te zakresy nie są dobre, bo zero na początku skali nie pozwala jednoznacznie określić, co się stało. A może zmierzony sygnał rzeczywiście przyjął poziom zerowy, co jest w zasadzie możliwe, czy po prostu przerwała się linia komunikacyjna? Dlatego starają się odmówić korzystania z tych zakresów, jeśli to możliwe.

Sygnał czujników analogowych o prądzie wyjściowym w zakresie 4 ... 20 mA jest uważany za bardziej niezawodny. Jego odporność na zakłócenia jest dość wysoka, a dolna granica, nawet jeśli mierzony sygnał ma poziom zerowy, wyniesie 4mA, co pozwala stwierdzić, że linia komunikacyjna nie jest zerwana.

Kolejną dobrą cechą zakresu 4 ... 20mA jest to, że czujniki można podłączyć tylko dwoma przewodami, ponieważ sam czujnik jest zasilany tym prądem. Jest to jego prąd poboru i jednocześnie sygnał pomiarowy.

Zasilanie czujników w zakresie 4 ... 20 mA jest włączone, jak pokazano na rysunku 5. Jednocześnie czujniki Zond-10, podobnie jak wiele innych, zgodnie z paszportem, mają szeroki zakres napięcia zasilania wynoszący 10 ... 38 V, chociaż najczęściej stosuje się je przy napięciu 24 V.

Rysunek 5. Podłączenie czujnika analogowego z zewnętrznym zasilaczem

Ten schemat zawiera następujące elementy i symbole. Rsh - pomiar rezystora bocznikowego, Rl1 i Rl2 - rezystancje linii komunikacyjnej. Aby poprawić dokładność pomiaru, należy zastosować precyzyjny rezystor pomiarowy jako Rsh. Przepływ prądu z zasilacza pokazano strzałkami.

Łatwo zauważyć, że prąd wyjściowy zasilacza przechodzi od zacisku +24V, przewodem Rl1 do zacisku czujnika +AO2, przechodzi przez czujnik i przez styk wyjściowy czujnika - AO2, przewód łączący Rl2, rezystor Rsh wraca do zacisku zasilania -24V. Wszystko, obwód jest zamknięty, prąd płynie.

Jeżeli sterownik zawiera zasilacz 24V to podłączenie czujnika lub przetwornika pomiarowego jest możliwe zgodnie ze schematem pokazanym na rysunku 6.

Rysunek 6. Podłączenie czujnika analogowego do sterownika z wewnętrznym zasilaczem

Ten schemat pokazuje kolejny element - rezystor balastowy Rb. Jego zadaniem jest zabezpieczenie rezystora pomiarowego w przypadku zwarcia w linii komunikacyjnej lub awarii czujnika analogowego. Zainstalowanie rezystora Rb jest opcjonalne, choć pożądane.

Oprócz różnych czujników na wyjściu prądowym znajdują się również przetworniki pomiarowe, które dość często stosowane są w układach automatyki.

Przetwornik pomiarowy- urządzenie do konwersji poziomów napięć, na przykład 220 V lub prądu kilkudziesięciu lub setek amperów na sygnał prądowy 4 ... 20 mA. Tutaj poziom sygnału elektrycznego jest po prostu konwertowany, a nie reprezentacja jakiejś wielkości fizycznej (prędkość, przepływ, ciśnienie) w postaci elektrycznej.

Ale sprawa z reguły nie wystarcza z jednym czujnikiem. Jednymi z najpopularniejszych pomiarów są pomiary temperatury i ciśnienia. Liczba takich punktów w nowoczesnej produkcji może sięgać kilkudziesięciu tysięcy. W związku z tym liczba czujników jest również duża. Dlatego najczęściej do jednego sterownika podłączonych jest jednocześnie kilka czujników analogowych. Oczywiście nie kilka tysięcy na raz, dobrze, że kilkanaście to co innego. Takie połączenie pokazano na rysunku 7.

Rysunek 7. Podłączanie wielu czujników analogowych do sterownika

Ten rysunek pokazuje, w jaki sposób napięcie jest uzyskiwane z sygnału prądowego, nadającego się do konwersji na kod cyfrowy. Jeśli jest kilka takich sygnałów, to nie są one przetwarzane wszystkie na raz, ale są rozdzielane w czasie, multipleksowane, w przeciwnym razie na każdym kanale musiałby być zainstalowany osobny ADC.

W tym celu sterownik posiada układ przełączania obwodów. Schemat funkcjonalny przełącznika przedstawiono na rysunku 8.

Rysunek 8. Przełącznik kanału czujnika analogowego (klikalny obraz)

Sygnały pętli prądowej przetworzone na napięcie na rezystorze pomiarowym (UR1…URn) podawane są na wejście przełącznika analogowego. Sygnały sterujące naprzemiennie podają na wyjście jeden z sygnałów UR1…URn, które są wzmacniane przez wzmacniacz i naprzemiennie podawane są na wejście przetwornika ADC. Napięcie przetworzone na kod cyfrowy podawane jest do sterownika.

Schemat jest oczywiście bardzo uproszczony, ale całkiem możliwe jest rozważenie w nim zasady multipleksowania. W przybliżeniu tak zbudowany jest moduł do wprowadzania sygnałów analogowych sterowników MCTS (mikroprocesorowy system środków technicznych) produkowanego przez Smoleńsk PC "Prolog". Wygląd kontrolera MCTS przedstawiono na rysunku 9.

Rysunek 9. Kontroler MSTS

Wydawanie takich kontrolerów już dawno zostało przerwane, chociaż w niektórych miejscach, dalekich od najlepszych, kontrolery te są nadal w użyciu. Te muzealne eksponaty są zastępowane sterownikami nowych modeli, głównie produkcji importowanej (chińskiej).

W przypadku montażu sterownika w szafie metalowej zaleca się podłączenie ekranów plecionych do punktu uziemienia szafy. Długość linii łączących może sięgać ponad dwóch kilometrów, co oblicza się za pomocą odpowiednich wzorów. Nic tu nie policzymy, ale uwierzmy, że tak jest.

Nowe czujniki, nowe sterowniki

Wraz z pojawieniem się nowych kontrolerów, nowe przetworniki analogowe z protokołem HART(Adresowalny zdalny przetwornik autostradowy)

Sygnałem wyjściowym czujnika (urządzenia polowego) jest analogowy sygnał prądowy w zakresie 4...20 mA, na który nałożony jest modulowany częstotliwościowo (FSK - Frequency Shift Keying) cyfrowy sygnał komunikacyjny.

Rysunek 10. Wyjście przetwornika analogowego HART

Rysunek przedstawia sygnał analogowy z sinusoidą owijającą się wokół niego jak wąż. To jest sygnał modulowany częstotliwościowo. Ale to wcale nie jest sygnał cyfrowy, trzeba go jeszcze rozpoznać. Na rysunku można zauważyć, że częstotliwość sinusoidy podczas przesyłania logicznego zera jest wyższa (2,2 kHz) niż podczas przesyłania jednostki (1,2 kHz). Transmisja tych sygnałów odbywa się za pomocą prądu o amplitudzie ± 0,5 mA o kształcie sinusoidalnym.

Wiadomo, że średnia wartość sygnału sinusoidalnego jest równa zeru, dlatego transmisja informacji cyfrowej nie wpływa na prąd wyjściowy czujnika 4...20mA. Ten tryb jest używany podczas konfigurowania czujników.

Komunikacja HART odbywa się na dwa sposoby. W pierwszym przypadku, standardowym, tylko dwa urządzenia mogą wymieniać informacje po linii dwuprzewodowej, natomiast wyjściowy sygnał analogowy 4...20mA zależy od mierzonej wartości. Ten tryb jest używany podczas konfigurowania urządzeń polowych (czujników).

W drugim przypadku do linii dwuprzewodowej można podłączyć do 15 czujników, których liczbę określają parametry linii komunikacyjnej oraz moc zasilacza. To jest tryb wielopunktowy. W tym trybie każdy czujnik ma swój adres z zakresu 1…15, za pomocą którego uzyskuje do niego dostęp urządzenie sterujące.

Czujnik o adresie 0 jest odłączony od linii komunikacyjnej. Wymiana danych pomiędzy czujnikiem a urządzeniem sterującym w trybie wielopunktowym odbywa się wyłącznie za pomocą sygnału częstotliwościowego. Sygnał prądowy czujnika jest ustalony na wymaganym poziomie i nie zmienia się.

Dane w przypadku komunikacji wielopunktowej to nie tylko wyniki pomiarów kontrolowanego parametru, ale także cały zestaw wszelkiego rodzaju informacji serwisowych.

Przede wszystkim są to adresy czujników, polecenia sterujące, ustawienia. A wszystkie te informacje są przesyłane dwuprzewodowymi liniami komunikacyjnymi. Czy też można się ich pozbyć? To prawda, że ​​​​należy to zrobić ostrożnie, tylko w przypadkach, gdy połączenie bezprzewodowe nie może wpłynąć na bezpieczeństwo kontrolowanego procesu.

Okazuje się, że można pozbyć się drutów. Już w 2007 roku został opublikowany standard WirelessHART, medium transmisyjnym jest nielicencjonowana częstotliwość 2,4 GHz, na której pracuje wiele bezprzewodowych urządzeń komputerowych, w tym bezprzewodowe sieci lokalne. Dlatego urządzenia WirelessHART mogą być również używane bez żadnych ograniczeń. Rysunek 11 przedstawia sieć WirelessHART.

Rysunek 11. Sieć WirelessHART

Są to technologie, które zastąpiły starą analogową pętlę prądową. Ale też nie rezygnuje ze swoich pozycji, jest szeroko stosowany wszędzie tam, gdzie to możliwe.