الإشارات التناظرية الموحدة في أنظمة التشغيل الآلي
عندما نقوم بإنشاء نظام أتمتة لعملية تكنولوجية معينة ، فإننا نحتاج بطريقة ما إلى توصيل أجهزة الاستشعار وأجهزة الإشارة الأخرى - بالمشغلات ، والمحولات ، وأجهزة التحكم ، وما إلى ذلك ، وكقاعدة عامة ، يتلقى الأخير إشارة من المستشعر في النموذج جهد أو تيار بحجم معين (في حالة الإشارات التناظرية) ، أو في شكل نبضات مع معلمات زمنية معينة (في حالة الإشارات الرقمية).
يجب أن تتوافق معلمات هذه الإشارات الكهربائية بطريقة محددة للغاية مع معلمات الكمية المادية التي يحددها المستشعر ، بحيث يكون التحكم في الجهاز النهائي مناسبًا لمهمة الأتمتة.
بالطبع ، من الأنسب توحيد الإشارات التناظرية من مستشعرات مختلفة ، بحيث تكتسب وحدات التحكم المرونة ، بحيث لا يضطر المستخدم إلى اختيار نوع الواجهة الخاص به لكل مستشعر ومستشعر خاص به لكل واجهة.
قرر المطورون دع طبيعة إشارات الإدخال والإخراج تصبح موحدة ، لأنه مع هذا النهج سيتم تبسيط تطوير أنظمة الأتمتة وكتل الأتمتة للصناعة إلى حد كبير ، وسيصبح استكشاف الأخطاء وإصلاحها وصيانة وتحديث المعدات أسهل بكثير - مرن. حتى في حالة فشل أحد أجهزة الاستشعار ، فلن تحتاج إلى البحث عن نفس المستشعر تمامًا على الإطلاق ، فسيكون ذلك كافيًا لاختيار تناظري بإشارات الإخراج المقابلة.
قياسات درجة الحرارة المحيطة ، وسرعة المحرك ، وضغط السوائل ، وعينة الإجهاد الميكانيكي ، ورطوبة الهواء ، إلخ. - يتم إجراؤها غالبًا عن طريق معالجة الإشارات التناظرية المستمرة المستلمة من المستشعرات ذات الصلة ، بينما يتم تصحيح التشغيل المستمر للجهاز المتصل تلقائيًا: عنصر التسخين ، ومحول التردد ، والمضخة ، والضغط ، وما إلى ذلك.
الإشارة التناظرية الأكثر شيوعًا هي إما إشارة جهد تتراوح من 0 إلى 10 فولت أو إشارة حالية تتراوح من 4 إلى 20 مللي أمبير.
التحكم في الجهد من 0 إلى 10 فولت
عند استخدام إشارة جهد موحدة من 0 إلى 10 فولت ، فإن هذا التسلسل المستمر من 0 إلى 10 فولت يرتبط بسلسلة من الكميات الفيزيائية المقاسة ، مثل الضغط أو درجة الحرارة.
افترض أن درجة الحرارة تتغير من -30 إلى + 125 درجة مئوية بينما يتغير الجهد من 0 إلى 10 فولت ، مع 0 فولت يتوافق مع درجة حرارة -30 درجة مئوية و 10 فولت إلى + 125 درجة مئوية.يمكن أن تكون هذه درجة حرارة المادة المتفاعلة أو قطعة العمل ، وقيم درجة الحرارة الوسيطة سيكون لها قيم جهد محددة بدقة للنطاق المحدد. هنا العلاقة ليست بالضرورة خطية.
بهذه الطريقة ، من الممكن التحكم في الأجهزة المختلفة وكذلك الحصول على معلومات المراقبة. على سبيل المثال ، يحتوي المبرد المزود بمستشعر حراري على خرج تناظري لعرض درجة الحرارة الحالية: 0 فولت - درجة حرارة سطح المبرد + 25 درجة مئوية أو أقل ، 10 فولت - وصلت درجة الحرارة إلى + 125 درجة مئوية - الحد الأقصى المسموح به.
أو عن طريق تطبيق جهد من 0 إلى 10 فولت من وحدة التحكم إلى الإدخال التناظري للمضخة ، نقوم بضبط ضغط الغاز في الحاوية: 0 فولت - الضغط يساوي الغلاف الجوي ، 5 فولت - الضغط 2 ضغط جوي ، 10 V - 4 atm. وبالمثل ، يمكنك التحكم في أجهزة التدفئة ، وآلات قطع المعادن ، والصمامات وغيرها من التركيبات والمشغلات لأغراض مختلفة.
التحكم الحالي (4 إلى 20 مللي أمبير حلقة التيار)
النوع الثاني من الإشارات التناظرية الموحدة للتحكم الآلي هو إشارة تيار 4-20 مللي أمبير تسمى «الحلقة الحالية». تُستخدم هذه الإشارة أيضًا لتلقي إشارات من أجهزة استشعار مختلفة للتحكم في محركات الأقراص.
على عكس إشارة الجهد ، تسمح الطبيعة الحالية للإشارة بنقلها دون تشويه على مسافات أكبر بكثير ، حيث ينخفض جهد الخط ويتم تعويض المقاومة تلقائيًا. بالإضافة إلى ذلك ، من السهل جدًا تشخيص سلامة دوائر النقل - إذا كان هناك تيار ، فسيكون الخط سليمًا ، وإذا لم يكن هناك تيار ، فهناك دائرة مفتوحة. لهذا السبب ، فإن أصغر قيمة هي 4 مللي أمبير ، وليس 0 مللي أمبير.
لذلك يتم استخدام المصدر الحالي كمصدر للطاقة لإشارة التحكم وليس كمصدر للجهد. وفقًا لذلك ، يجب أن تحتوي وحدة التحكم في المحرك على دخل تيار 4-20 مللي أمبير ، ويجب أن يكون لمحول طاقة المستشعر خرج حالي.لنفترض أن محول التردد يحتوي على دخل تيار تحكم يبلغ 4-20 مللي أمبير ، ثم عند تطبيق إشارة 4 مللي أمبير أو أقل على الإدخال ، سيتوقف محرك التحكم الذي يتم التحكم فيه ، وعندما يتم تطبيق تيار 20 مللي أمبير ، فسوف يتسارع إلى بأقصى سرعة.
وفي الوقت نفسه ، يمكن أن تكون مخرجات أجهزة الاستشعار الحالية نشطة وغير نشطة. في كثير من الأحيان ، تكون المخرجات سلبية ، مما يعني أن هناك حاجة إلى مصدر طاقة إضافي ، والذي يتم توصيله في سلسلة مع المستشعر ووحدة التحكم في المحرك. لا يتطلب المستشعر أو وحدة التحكم ذات الإخراج النشط مصدر طاقة لأنها مدمجة.
تُستخدم حلقة التيار التناظري بشكل أكثر شيوعًا في الهندسة اليوم من إشارات الجهد. يمكن استخدامه على مسافات تصل إلى عدة كيلومترات. لحماية المعدات ، يتم استخدام العزل الجلفاني للأجهزة الكهروضوئية مثل optocouplers. بسبب النقص في المصدر الحالي ، يعتمد الحد الأقصى المسموح به لطول الخط (ومقاومة الخط القصوى) على الجهد الذي يتم توفير المصدر الحالي منه.
على سبيل المثال ، مع جهد إمداد نموذجي يبلغ 12 فولت ، يجب ألا تتجاوز المقاومة 600 أوم. نطاقات التيارات والفولتية موصوفة في GOST 26.011-80 «القياسات والأتمتة. مدخلات ومخرجات التيار الكهربائي المستمر والجهد ».
أداة توحيد الإشارة الأساسية - محول التطبيع
لتوحيد الإشارة الأولية من المستشعر - لتحويلها إلى جهد من 0 إلى 10 فولت أو إلى تيار من 4 إلى 20 مللي أمبير ، ما يسمى تطبيع المحولات... هذه المحولات المعيارية متاحة لدرجة الحرارة ، والرطوبة ، والضغط ، والوزن ، إلخ.
يمكن أن يكون مبدأ تشغيل المستشعر مختلفًا: سعوي ، استقرائي ، مقاوم ، مزدوج حراري ، إلخ. ومع ذلك ، للراحة في مزيد من معالجة الإشارة ، يجب أن يفي الإخراج بمتطلبات التوحيد. هذا هو السبب في أن المستشعرات غالبًا ما تكون مجهزة بمحولات قياسية للقيمة المقاسة إلى تيار أو جهد.