Sinyal analog terpadu dalam sistem otomasi
Saat kami membuat sistem otomasi untuk proses teknologi tertentu, entah bagaimana kami perlu menghubungkan sensor dan perangkat sinyal lainnya - dengan aktuator, dengan konverter, dengan pengontrol, dll. Yang terakhir, sebagai aturan, menerima sinyal dari sensor dalam bentuk tegangan atau arus dengan besaran tertentu ( untuk sinyal analog), atau dalam bentuk pulsa dengan parameter waktu tertentu (untuk sinyal digital).
Parameter sinyal listrik ini harus dalam beberapa cara yang sangat pasti sesuai dengan parameter kuantitas fisik yang diperbaiki sensor, sehingga kontrol perangkat akhir memadai untuk tugas otomatisasi.
Tentu saja, paling nyaman untuk menyatukan sinyal analog dari sensor yang berbeda, sehingga pengontrol memperoleh fleksibilitas, sehingga pengguna tidak harus memilih jenis antarmuka individual untuk setiap sensor dan sensornya sendiri untuk setiap antarmuka.
Biarkan sifat sinyal input-output menjadi satu, para pengembang memutuskan, karena dengan pendekatan ini pengembangan sistem otomasi dan blok otomasi untuk industri akan sangat disederhanakan, dan pemecahan masalah, pemeliharaan, dan modernisasi peralatan akan menjadi lebih mudah - fleksibel. Bahkan jika satu sensor gagal, Anda tidak perlu mencari yang sama persis, cukup memilih analog dengan sinyal keluaran yang sesuai.
Pengukuran suhu sekitar, kecepatan engine, tekanan fluida, tekanan mekanis sampel, kelembapan udara, dll. — sering dilakukan dengan memproses sinyal analog kontinu yang diterima dari sensor yang relevan, sementara operasi berkelanjutan dari perangkat yang terhubung dikoreksi secara otomatis: elemen pemanas, konverter frekuensi, pompa, tekan, dll.
Sinyal analog yang paling umum adalah sinyal tegangan yang berkisar antara 0 hingga 10 V atau sinyal arus yang berkisar antara 4 hingga 20 mA.
Kontrol tegangan dari 0 hingga 10 V
Ketika sinyal tegangan 0 hingga 10 V terpadu digunakan, rangkaian tegangan 0 hingga 10 V yang kontinu ini dikaitkan dengan serangkaian besaran fisik terukur, seperti tekanan atau suhu.
Asumsikan suhu berubah dari -30 ke +125°C sedangkan tegangan berubah dari 0 ke 10V, dengan 0 volt sesuai dengan suhu -30°C dan 10 volt ke +125°C. reaktan atau benda kerja, dan nilai suhu menengah akan memiliki nilai voltase yang ditentukan secara ketat dari kisaran yang ditentukan. Di sini hubungannya tidak harus linier.
Dengan cara ini, dimungkinkan untuk mengontrol berbagai perangkat serta memperoleh informasi pemantauan. Misalnya, radiator dengan sensor termal memiliki keluaran analog untuk menampilkan suhu saat ini: 0 V — suhu permukaan radiator + 25 ° C atau lebih rendah, 10 V — suhu telah mencapai + 125 ° C — maksimum yang diperbolehkan.
Atau dengan menerapkan tegangan dari 0 hingga 10 V dari pengontrol ke input analog pompa, kami menyesuaikan tekanan gas dalam wadah: 0 V — tekanannya sama dengan atmosfer, 5 V — tekanannya 2 atm, 10 V — 4 atm demikian pula, Anda dapat mengontrol perangkat pemanas, mesin pemotong logam, katup, dan alat kelengkapan serta aktuator lainnya untuk berbagai keperluan.
Kontrol arus (loop arus 4 hingga 20 mA)
Tipe kedua dari sinyal analog terpadu untuk kontrol otomasi adalah sinyal arus 4-20 mA yang disebut «loop arus». Sinyal ini juga digunakan untuk menerima sinyal dari berbagai sensor untuk mengontrol drive.
Tidak seperti sinyal tegangan, sifat sinyal saat ini memungkinkannya untuk ditransmisikan tanpa distorsi pada jarak yang jauh lebih jauh, karena penurunan tegangan saluran dan resistansi dikompensasi secara otomatis. Selain itu, sangat mudah untuk mendiagnosis integritas rangkaian transmisi - jika ada arus, maka jalurnya utuh, jika tidak ada arus, ada rangkaian terbuka. Untuk alasan ini, nilai terkecil adalah 4 mA, bukan 0 mA.
Jadi disini sumber arus digunakan sebagai sumber daya untuk sinyal kontrol dan bukan sumber tegangan. Dengan demikian, pengontrol drive harus memiliki input arus 4-20 mA, dan transduser sensor harus memiliki output arus.Misalkan konverter frekuensi memiliki input arus kontrol 4-20 mA, maka saat sinyal 4 mA atau kurang diterapkan ke input, konverter frekuensi akan berhenti, dan saat arus 20 mA diterapkan, konverter frekuensi akan mempercepat ke kecepatan penuh.
Sementara itu, keluaran sensor arus dapat aktif dan pasif. Lebih sering daripada tidak, outputnya pasif, yang berarti diperlukan catu daya tambahan, yang dihubungkan secara seri dengan sensor dan pengontrol drive. Sensor atau pengontrol dengan output aktif tidak memerlukan catu daya karena sudah terpasang.
Loop arus analog lebih umum digunakan dalam rekayasa hari ini daripada sinyal tegangan. Ini dapat digunakan pada jarak hingga beberapa kilometer. Untuk melindungi peralatan, isolasi galvanik dari perangkat optoelektronik seperti optocoupler digunakan. Karena ketidaksempurnaan sumber arus, panjang saluran maksimum yang diijinkan (dan resistansi saluran maksimum) bergantung pada tegangan dari mana sumber arus disuplai.
Misalnya, dengan tegangan suplai tipikal 12 volt, resistansi tidak boleh melebihi 600 ohm. Kisaran arus dan voltase dijelaskan dalam GOST 26.011-80 «Pengukuran dan otomatisasi. Input dan output arus dan tegangan listrik terus menerus».
Alat Penyatuan Sinyal Utama - Konverter Normalisasi
Untuk menyatukan sinyal utama dari sensor — mengubahnya menjadi tegangan dari 0 hingga 10 V atau menjadi arus dari 4 hingga 20 mA, yang disebut normalisasi konverter… Konverter standarisasi ini tersedia untuk suhu, kelembapan, tekanan, berat, dll.
Prinsip pengoperasian sensor dapat berbeda: kapasitif, induktif, resistif, termokopel, dll. Namun, untuk kemudahan pemrosesan sinyal lebih lanjut, output harus memenuhi persyaratan unifikasi. Itulah sebabnya sensor sering kali dilengkapi dengan konverter standar dari nilai terukur menjadi arus atau tegangan.