Унифицированные аналоговые сигналы в системах автоматики


СОДЕРЖАНИЕ:

Калибраторы токовой петли

В наборе инструментов специалиста по КИПиА, занимающегося наладкой и эксплуатацией систем автоматизации и контроля, обязательно должен быть калибратор токовой петли. Калибраторы токовой петли служат, в первую очередь, для проверки работы оборудования с унифицированным токовым сигналом 0-5, 0-20 и 4-20 мА, калибровки и поверки приборов и измерительных устройств.

Даже самые простые и недорогие калибраторы токовой петли могут выполнять следующие функции:

  • Измерение унифицированных сигналов тока в диапазоне от 0 до 24 мА;
  • Формирование унифицированным сигналов тока в диапазоне от 1 до 24 мА;
  • Измерение постоянного напряжения от 1 до 30 В.

В режиме измерения тока калибраторы токовой петли обычно применяются для настройки, калибровки и поверки различного рода датчиков, имеющих токовый выход. Если датчик имеет активный токовый выход, то калибратор выполняет функции миллиамперметра — измеряет ток в цепи (режим измерения тока с внешним источником питания). Если датчик имеет пассивный токовый выход, то калибратор может осуществлять не только измерение тока в цепи, но и питание токового контура (режим измерения тока с внутренним источником питания). В этом случае калибратор выполняет функции миллиамперметра и блока питания одновременно, что особенно удобно для настройки, калибровки и поверки стандартных двухпроводных датчиков 4-20 мА.

В режиме формирования тока калибраторы обычно применяются для настройки различного рода вторичных приборов (аналоговые каналы контроллеров, регистраторов, измерителей и регуляторов), позиционеров клапанов и задвижек и т.п. С помощью калибраторов удобно производить функциональную проверку работы схем сигнализации (проверку аварийных порогов), проверку корректности работы схем управления при выходе сигнала из диапазона 4-20 мА (отказ датчика, перегрузка датчика) и т.п. В режиме формирования токов калибратор также может работать с приборами, имеющими как активный вход, так и пассивный вход.

В случае если калибратор подключен к активному входу вторичного прибора (режим формирования тока с внешним источником питания), то калибратор фактически выполняет роль регулируемого сопротивления — переменного резистора — управляя величиной тока, протекающего в токовой петле. Если калибратор подключен к пассивному входу вторичного прибора (режим формирования тока с внутренним источником питания), то калибратор представляет собой последовательно включенные блок питания и все тот же переменный резистор.

Калибраторы токовой петли выпускаются как иностранными, так и отечественными производителями — функциональные возможности у всех них примерно одинаковые:

  • Овен РЗУ-420
  • Fluke 705/707
  • ЧТП КИСС-микро
  • Meriam M334R
  • Mastech MS7221
  • WIKA CEP1000
  • Актаком АМ-7070
  • Druck UPS II/UPS III
  • Ametek mAcal-R
  • НивЭл ГСТП-04
  • Элметро-Вольта
  • Martel LC-110/LC-110h

Все указанные выше типы калибраторов могут быть использованы для проверки функционирования измерительных устройств с унифицированными токовыми входами-выходами. Для калибровки и поверки оборудования КИП могут применяться только внесенные в ГРСИ поверенные калибраторы, имеющие необходимую в каждом конкретном случае точность измерения.

Выбор датчика температуры

Термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом

Задача измерения температуры в промышленности не сводится только к выбору точного и стабильного первичного преобразователя. Сигнал от термометра сопротивления или термопары должен качественно, без помех передаваться на измерительный прибор, в систему управления, автоматизации, сигнализации, которые зачастую находятся на большом расстоянии от датчиков. Поэтому измерительные системы в промышленности, как правило, работают не непосредственно с первичным сигналом, полученным от датчика, а с сигналом, преобразованным в унифицированный токовый выходной сигнал.

Широкое распространение получил унифицированный сигнал 4-20 мА. Это объясняется следующими причинами:
— на передачу токовых сигналов не оказывает влияния сопротивление соединительных проводов, поэтому требования к диаметру и длине соединительных проводов, а значит, и к стоимости снижаются;
— наведенные электромагнитные помехи в токовых цепях малы по сравнению с аналогичными цепями, в которых используются сигналы напряжения;
— обрыв линии передачи токового сигнала 4-20 мА легко определяется измерительными системами по нулевому уровню тока в цепи.

Нормирующие преобразователи решают еще одну задачу – гальваническое разделение цепей. Необходимость гальванического разделения возникает, прежде всего, в тех случаях, когда многоканальная измерительная система работает с неизолированными источниками сигналов, находящихся под разными потенциалами. Как известно, в промышленных условиях даже заземленные источники, но расположенные на некотором удалении друг от друга, находятся под разными потенциалами частотой 50 Гц, обусловленными электромагнитным наводками от силовых цепей. Гальваническая развязка решает эту проблему: она полностью устраняет влияние разности постоянных потенциалов и значительно подавляет переменные наводки частотой 50 Гц. Кроме того, гальваническое разделение предохраняет измерительные цепи от высокочастотных помех, которые вызваны короткими импульсами тока в силовых цепях. Такие импульсы возникают при работе сварочных аппаратов, индукторов, частотных преобразователей, тиристорных коммутаторов, а также при грозовых разрядах. В некоторых случаях нормирующие преобразователи, наряду с преобразованием и гальваническим разделением сигналов, выполняют важнейшую функцию сигнализации.

Современный нормирующий преобразователь не только усиливают слабые сигналы первичных датчиков, но и линеаризуют при необходимости нелинейные характеристики первичных датчиков, осуществляют компенсацию влияния «холодных» спаев термопары.

При работе с унифицированными сигналами часто используется HART протокол передачи данных.

HART протокол

«HART» – это аббревиатура термина «Highway Addressable Remote Transducer» (дистанционно управляемый измерительный преобразователь, адресуемый через магистраль). При создании HART-протокола в 1980 году преследовалась цель сделать его совместимым с широко распространенным в то время стандартом «токовая петля», но добавить возможности, необходимые для управления интеллектуальными устройствами. Поэтому аналоговая «токовая петля» 4-20 мА была модернизирована таким образом, что получила возможность полудуплексного цифрового обмена данными. Для этого аналоговый сигнал A(t) суммируется с цифровым сигналом D(t) (см. рисунок), и полученная таким образом сумма передается с помощью источника тока 4-20 мА по линии связи. Благодаря сильному различию диапазонов частот аналогового (0. 10 Гц) и цифрового (1200 Гц и 2200 Гц) сигналов они легко могут быть разделены фильтрами низких и высоких частот в приемном устройстве. При передаче цифрового двоичного сигнала логическая единица кодируется синусоидальным сигналом с частотой 1200 Гц, ноль — 2200 Гц. При смене частоты фаза колебаний остается непрерывной. Такой способ формирования сигнала называется частотной манипуляцией с непрерывной фазой. Выбор частот соответствует американскому стандарту BELL 202 на телефонные каналы связи.

Кодирование методом частотной манипуляции (FSK)

Таким образом, протокол HART обеспечивает два канала одновременной передачи данных: передачи аналогового сигнала 4-20 мА и цифрового сигнала. Сигнал 4-20 мА передает значение первичного измерения. Цифровой сигнал содержит информацию, поступающую с датчика, включая информацию о состоянии прибора, данные диагностического контроля, дополнительные измеренные или рассчитанные значения и т.п. В совокупности оба этих коммуникационных канала представляют собой недорогое и очень надежное комплексное решение по организации линии связи в полевых условиях, которая проста в использовании и конфигурировании. Организация связи осуществляется с использованием стандартных контрольных проводов и в соответствии со стандартным порядком электромонтажа и концевой заделки.

Технология HART использует протокол «master/slave», построенный по принципу «ведущий-ведомый», при котором slave-устройство только отвечает на запросы главного master-устройства. Протокол HART может использоваться в различных режимах, например, в монодропном или мультидропном режиме для передачи данных как на интеллектуальные полевые устройства и центральные системы управления или контроля, так и от них.

Конструктивные исполнения преобразователей унифицированных сигналов

Нормирующие преобразователи желательно размещать как можно ближе к первичным датчикам. Идеальным можно считать решение, когда нормирующий преобразователь размещен в стандартной клеммной головке датчика (т.н. «таблетка»). Ограничение, которое может препятствовать размещению преобразователя в едином конструктиве с датчиком, связано только особыми условиями эксплуатации, недопустимыми для электронных устройств. Прежде всего, это такие факторы, как температура, химически активные среды, взрывоопасные среды, вибрация, рентгеновское излучение и пр.

Очень распространенным является конструктивное исполнение, рассчитанное на монтаж на стандартный DIN-рельс 35 мм. В этом случае преобразователь и первичный датчик разнесены, но расстояние между ними желательно сделать по-прежнему минимальным. Такое конструктивное решение позволяет, с одной стороны, размещать их за пределами зон с жесткими условиями эксплуатации, а с другой – располагать их в единой защитной оболочке. Существуют также преобразователи, выполненные в виде модулей и рассчитанные на монтаж на коммуникационных платах.

Основные характеристики нормирующих преобразователей

Перечислим характеристики и параметры, по которым следует оценивать и сравнивать между собой нормирующие преобразователи.

— основная погрешность преобразования. Погрешность на уровне 0,1% является для современных нормирующих преобразователей стандартом, хотя на рынке широко представлены преобразователи (особенно отечественного производства) с погрешностями 0,25 и 0,5%;

— стабильность метрологических характеристик при изменении температуры эксплуатации, сопротивлений нагрузки, которая характеризуется соответствующими дополнительными погрешностями;

— типы и диапазоны входных и выходных сигналов;

— подавление помех с частотой 50 Гц общего и нормального вида, а также устойчивость к электромагнитным воздействиями (микро- и наносекундные импульсы, статическое электричество и проч.);

— наличие гальванической изоляции и напряжение гальванической изоляции. Гальваническая изоляция, с одной стороны, позволяет работать с датчиками, находящимися под разными потенциалами, а с другой, служит защитой измерительных систем от электромагнитных воздействий, вызванных разрядами молний, сваркой и проч.

— выполняемые функции (индикация, сигнализация, обнаружение аварийных ситуаций и проч.), возможность изменять функции пользователем путем программирования;

— параметры электропитания и их влияние на точность преобразования;

— конструктивное исполнение. Следует особо упомянуть исполнение преобразователей для применения во взрывоопасных условиях.

Измерители унифицированных сигналов

Токовый сигнал 4-20 мА от нормирующего преобразователя температуры, давления и других параметров процессов, переданный на расстояние, может быть с помощью измерителей и регистраторов вновь преобразован в единицы измеряемых физических величин: в градусы, паскали т.д. Существуют универсальные измерительные преобразователи, работающие с унифицированным сигналом от различных типов датчиков.

Нормирование технических и метрологических характеристик термопреобразователей с унифицированным выходным сигналом

Существует стандарт ГОСТ 30232-94 «Термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом. Общие технические требования», устанавливающий требования к термопреобразователям с унифицированным сигналом. Стандарт был переиздан в 2005 г. Текст стандарта можно скачать на нашем сайте в разделе «Российские и межгосударственные стандарты».

Стандарт содержит обязательные и рекомендуемые требования, которые должны проверяться при испытаниях типа с целью внесения приборов в ГосРеестр РФ.

Точность термопреобразователей с унифицированным сигналом характеризуется пределом допустимого значения основной погрешности. Приводим таблицу из ГОСТ 30232-94.

К обязательным требованиям относятся также требования к электрическому сопротивлению изоляции, прочности изоляции, воздействию условий повышенной влажности и температуры.

К рекомендуемым требованиям ГОСТ 30232-94 относятся требования к пределу допустимых вариаций выходного сигнала, пределу допускаемой дополнительной погрешности, вызванной колебаниями напряжения питания, сопротивления нагрузки, температуры окружающего воздуха. Также могут нормироваться степень защиты головки от проникновения воды, от механических воздействий, для отдельных конструкций — специальные требования искробезопасности и взрывозащиты.

Производители термопреобразователей с унифицированным выходным сигналом, как правило, приводят в технической документации на прибор более детальные данные о точности термопреобразователей в зависимости от температурных диапазонов, применяемых датчиков, диапазонов выходных сигналов тока. Часто погрешность выражается в градусах Цельсия. Погрешность может нормироваться для комплекта датчик+ измерительный преобразователь и для измерительного преобразователя отдельно.

Методика поверки и калибровки термопреобразователей с унифицированным выходным сигналом

На методику поверки термопреобразователей с унифицированным выходным сигналом российского стандарта нет. Методики поверки разрабатываются предприятиями при внесении приборов в Реестр РФ.

Как пример типовой методики можно рассмотреть «МИ 2356-2006. Рекомендация. Государственная система обеспечения единства измерений. Термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом ТСМУ-055, ТСМУ-205, ТСПУ-055, ТСПУ-205, ТХАУ-205, ТХКУ-205. Методика поверки» (разработана НПП «ЭЛЕМЕР», утв. ФГУП «ВНИИФТРИ» 18.08.2006)

Поверка измерительного преобразователя (ИП) в комплекте с датчиком (ТС или ТП) осуществляется в термостате при нескольких градуировочных температурах, обычно соответствующих 5, 25, 50, 75, 95% диапазона измеряемой температуры. Снимают показания эталонного термометра Т и токовый сигнал поверяемого термометра Ii . Температуру, соответствующую сигналу тока, рассчитывают по формуле:

Погрешность измерительного преобразователя (ИП) в комплекте с датчиком рассчитывают по формуле:

Надо всегда учитывать, что точность измерения температуры с помощью измерительного преобразователя (ИП) в комплекте с датчиком будет в основном определяться нестабильностью первичного преобразователя – термометра сопротивления или термопары, а не погрешностью преобразования. При смене первичного преобразователя придется делать повторную поверку комплекта.

Поэтому более распространенным методом является поверка датчика температуры и измерительного преобразователя по отдельности. Поверка датчика температуры проводится по соответствующему стандарту (ГОСТ 6651 для ТС и ГОСТ 8.338 для ТП). Для поверки ИП используется калибратор сигналов напряжения (имитация термопары) или сопротивления (имитация термометра сопротивления).

Основную приведенную погрешность и нелинейность ИП определяют в точках соответствующих 1, 20, 40, 60, 80, 100% диапазона изменений выходного токового сигнала для выхода от 0 до 5 мА и 5, 25, 50, 75, 100% диапазона изменений выходного сигнала для выхода от 4 до 20 мА. Для каждого расчетного значения тока Iрасч рассчитывают соответствующее значение сопротивления (или ТЭДС для термопары). Это значение подают на ИП с помощью калибратора сигналов и измеряют выходное значение тока Iвых . Погрешность рассчитывается по формуле:

где Iн нормирующее значение выходного сигнала, равное 5 мА для выхода от

0 до 5 мА, и 16 мА для выхода от 4 до 20 мА.

Нелинейность ИП определяют по значению наибольшего отклонения измеренных значений выходного сигнала от линейной зависимости между входным и выходным сигналами. Значение этого отклонения не должно превышать 0,5 предела допускаемой основной погрешности ИП.

Типовые конструкции и унифицированные сигналы ГСП

Одним из важнейших принципов, лежащих в основе построения ГСП, является требование конструктивного сопряжения устройств в системах контроля, регулирования и управления технологическими процессами. Высокая степень унификации достигнута в ряде групп изделий ГСП: в приборах для измерения температуры, датчиках теплоэнергетических параметров с силовой компенсацией, вторичных регистрирующих приборов, в исполнительных устройствах пневматической унифицированной.

В настоящее время разработан комплекс унифицированных типовых конструкций (УТК), обеспечивающий нормализацию габаритных и присоединительных размеров и введение типовых конструкций для изделий «центральной части» ГСП и некоторых периферийных устройств. С учетом особенностей приборов различного функционального назначения УТК подразделяются на две части: общепромышленную и приборную.

Общепромышленная часть УТК служит для компоновки аппаратуры промышленной автоматики, технологических устройств, периферийных (для связи с объектом) средств управляющей вычислительной техники и других изделий ГСП, используемых в автоматизированных системах управления.

Приборная часть УТК предназначается для электроизмерительных и аналитических приборов,

управляющей и вычислительной техники, испытательных установок и прочей аппаратуры.

При разработке обеих частей комплекса проектировщики руководствуются следующими принципами:

− максимальный учет основных положений ГСП: унификация, агрегатирование, совместимость;

− в номенклатуру УТК включается минимальное количество изделий (их типоразмеров и исполнений), необходимых для решения всех задач, соответствующих назначению комплекса;

− учитываются функциональное назначение каждого изделия, условия его эксплуатации и хранения,

взаимосвязь с устройствами других функциональных групп в автоматизированных системах управления;

− предусматривается совместимость УТК с уже существующими изделиями.

Унифицированный сигнал (УС) ГСП – это сигнал дистанционной передачи информации с унифицированными параметрами, обеспечивающий информационное сопряжение между блоками, приборами и установками ГСП.

Под унифицированным параметром УС ГСП понимается тот его параметр, который является носителем информации, а именно: значение постоянного или переменного тока или напряжения, или частоты, код, давление воздуха пневматического сигнала.

В зависимости от вида унифицированных параметров в ГСП применяют унифицированные сигналы

ü тока и напряжения электрические непрерывные;

ü частотные электрические непрерывные;

ü электрические кодированные;

Каждая группа УС ГСП определяется соответствующим государственным стандартом. В качестве примера в табл. 1.1 приведены основные виды унифицированных аналоговых сигналов ГСП.

Таблица 1.1

Дата добавления: 2020-06-18 ; просмотров: 2959 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Классификация элементов автоматики

Перечень экзаменационных вопросов

по дисциплине «Типовые элементы и устройства САУ»

Классификация элементов автоматики

Элементы автоматики чрезвычайно разнообразны по выполняемым функциям, конструкции, принципу действия, характеристикам, физической природе преобразуемых сигналов и т.д.

1) В зависимости от того, как элементы получают энергию, необходимую для преобразования входных сигналов, они делятся на пассивные и активные.

Пассивные элементы автоматики – это элементы, у которых входное воздействие (сигнал хвх) преобразуется в выходное воздействие (сигнал хвых) за счёт энергии входного сигнала (например, редуктор).

Активные элементы автоматики для преобразования входного сигнала используют энергию от вспомогательного источника (например, двигатель, усилитель).

2) В зависимости от энергии на входе и выходе элементы автоматики подразделяются на:

3) По выполняемым функциям в системах регулирования и управления элементы автоматики подразделяются на:

— вспомогательные элементы и т.д.

Датчики воспринимают поступающую на их вход информацию об управляемой величине объекта управления и преобразуют её в форму, удобную для дальнейшего использования в устройстве автоматического управления. Большинство датчиков преобразует входной неэлектрический сигнал хвх в выходной электрический сигнал хвых. В зависимости от вида входного неэлектрического сигнала хвх выделяют:

— датчики механических величин (датчики перемещения, датчики скорости, датчики ускорения и т.д.);

— датчики тепловых величин (датчики температуры);

— датчики оптических величин (датчики излучения) и т.д.

Часто применяются датчики с двойным преобразованием сигнала, например, входной неэлектрический сигнал хвх сначала преобразуется в перемещение, а затем перемещение преобразуется в выходной электрический сигнал хвых.

Так, например, в системе автоматического регулирования высоты полёта самолёта, изменение барометрического давления, возникающее при изменении высоты полёта, преобразуется сначала в механическое перемещение центра анероидной коробки, а затем в напряжение, измеряемое с помощью потенциометра.

2 Государственная система приборов Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП) создана с целью обеспечения техническими средствами систем контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях народного хозяйства. В настоящее время ГСП представляет собой эксплуатационно, информационно, энергетически, метрологически и конструктивно организованную совокупность изделий, предназначенных для использования в качестве средств автоматических и автоматизированных систем контроля, измерения, регулирования технологических процессов, а также информационно-измерительных систем. ГСП стала технической базой для создания автоматических систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) и производством (АСУП) в промышленности. Ее развитие и применение способствовали формализации процесса проектирования АСУ ТП и переходу к машинному проектированию.

В основу создания и совершенствования ГСП положены следующие системотехнические принципы: типизация и минимизация многообразия функций автоматического контроля, регулирования и управления; минимизация номенклатуры технических средств; блочно-модульное построение приборов и устройств; агрегатное построение систем управления на базе унифицированных приборов и устройств; совместимость приборов и устройств.

По функциональному признаку все изделия ГСП разделены на следующие четыре группы устройств: получения информации о состоянии процесса или объекта; приема, преобразования и передачи информации по каналам связи; преобразования, хранения и обработки информации, формирования команд управления; использования командной информации.

В первую группу устройств в зависимости от способа представления информации входят: датчики; нормирующие преобразователи, формирующие унифицированный сигнал связи; приборы, обеспечивающие представление измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, и устройства алфавитно-цифровой информации, вводимой оператором вручную.

Вторая группа устройств содержит коммутаторы измерительных цепей, преобразователи сигналов и кодов, шифраторы и дешифраторы, согласующие устройства, средства телесигнализации, телеизмерения и телеуправления. Эти устройства используют для преобразования как измерительных, так и управляющих сигналов.

Третью группу составляют анализаторы сигналов, функциональные и операционные преобразователи, логические устройства и устройства памяти, задатчики, регуляторы, управляющие вычислительные устройства и комплексы.

В четвертую группу входят исполнительные устройства (электрические, пневматические, гидравлические или комбинированные исполнительные механизмы), усилители мощности, вспомогательные устройства к ним, а также устройства представления информации.

3 Классификация измерительных преобразователейВ настоящее время существует множество разнообразных по принципу действия и назначению ИП. Непрерывное развитие науки и технологии приводит к появлению все новых преобразователей. Разрабатываемые классификации помогают разобраться в этом многообразии. Создать универсальную классификацию, удовлетворяющую запросам всех возможных пользователей конкретной предметной области, — задача практически неразрешимая.

В качестве классификационных признаков ИП можно принять многие характеристики преобразователей: вид функции преобразования, вид входной и выходной величин, принцип действия, конструктивное исполнение и т. д.

По виду используемой энергии ИП можно подразделить на электрические, механические, пневматические и гидравлические.

По соотношению между входной и выходной величинами различают следующие виды ИП:

неэлектрических величин в неэлектрические (рычаги, редукторы, мембраны, пружины и др.);

неэлектрических величин в электрические (потенциометры, термопары, емкостные и индуктивные ИП и др.);

электрических величин в электрические;

электрических величин в неэлектрические (измерительные механизмы электроизмерительных приборов).

В зависимости от вида выходного сигнала различают ИП аналоговые, дискретные, релейные, с естественным или унифицированным выходным сигналом.

По виду функции преобразования различают следующие ИП: масштабные — изменяющие в определенное число раз входную величину без изменения ее физической природы; функциональные — осуществляющие однозначное функциональное преобразование входной величины с изменением ее физической природы или без изменения; операционные — выполняющие над входной величиной математические операции высшего порядка (дифференцирование или интегрирование по временному параметру).

По виду структурной схемы различают преобразователи прямого однократного преобразования, последовательного прямого преобразования, дифференциальные, с обратной связью (компенсационная схема).

По характеру преобразования входной величины в выходную ИП подразделяются на параметрические, генераторные, частотные, фазовые.

По виду измеряемой физической величины различают ИП линейных и угловых перемещений, давления, температуры, концентрации вещества и т. д.

По физическим явлениям, положенным в основу принципа действия, в ГСП принята следующая классификация ИП: механические — с упругим чувствительным элементом, дроссельные, ротаметрические, объемные, поплавковые, скоростные; электромеханические — тензорезистивные, термоэлектрические, термомеханические, термокондуктометрические, манометрические; электрохимические — кондуктометрические, потенциометричес-кие, полярографические; оптические — фотоколометрические, рефракторометрические, оптико-акустические, нефелометрические; электронные и ионизационные — индукционные, хроматографические, радиоизотопные, магнитные.

По динамическим характеристикам ИП подразделяются в соответствии с видом передаточной функции.

В зависимости от вида статической характеристики ИП делятся на реверсивные (двухтактные), у которых знак выходного сигнала определяется знаком входного, и нереверсивные (однотактные), у которых знак выходного сигнала не зависит от знака входного.

Даже столь развернутая классификация по ряду признаков не является исчерпывающей, так как за каждым определением стоит группа преобразователей с разными техническими и конструктивными характеристиками.

Дата добавления: 2015-11-05 ; просмотров: 1754 | Нарушение авторских прав

Классификация технических средств систем автоматического регулирования

Классификация элементов автоматических систем

  • 1. По функциональному назначению:
    • · измерительные,
    • · усилительно-преобразовательные,
    • · исполнительные,
    • · корректирующие.
  • 2. По виду энергии, используемой для работы:
    • · электрические,
    • · гидравлические,
    • · пневматические,
    • · механические,
    • · комбинированные.
  • 3. По наличию или отсутствию вспомогательного источника энергии:
    • · активные (с источником энергии),
    • · пассивные (без источника).
  • 4. По характеру математических соотношений:
    • · линейные
    • · нелинейные.
Каждый электрик должен знать:  Получение переменного электрического тока

Воспринимающие устройства (датчики) предназначены для непосредственного преобразования измеряемой величины в другую величину, удобную для измерения или использования. Выходными сигналами датчиков являются как правило унифицированные стандартизованные сигналы, в противном случае используются нормирующие преобразователи.[4].

Различают генераторные, параметрические и механические преобразователи:

  • 1. Генераторные осуществляют преобразование различных видов энергии в электрическую, то есть они генерируют электрическую энергию (термоэлектрические, пьезоэлектрические, электрокинетические, гальванические и другие датчики).
  • 2. К параметрическим относятся реостатные, тензодатчики, термосопротивления и тому подобное. Данным приборам для работы необходим источник энергии.
  • 3. Выходным сигналом механических первичных преобразователей (мембранных, манометров, дифманометров, ротаметров и другие) является усилие, развиваемое чувствительным элементом под действием измеряемой величины [4].

Первичный преобразователь, датчик Д может иметь выходной унифицированный сигнал и неунифицированный сигнал. Во втором случае используют нормирующие преобразователи НП [1].

Нормирующий преобразователь НП выполняет следующие функции: преобразует нестандартный неунифицированный сигнал (например, mV, Ом) в стандартный унифицированный выходной сигнал; осуществляет фильтрацию входного сигнала; осуществляет линеаризацию статической характеристики датчика; применительно к термопаре, осуществляет температурную компенсацию холодного спая.

Нормирующий преобразователь НП применяется, также в следующих случаях: когда необходимо подать сигнал измеряемой величины на несколько измерительных или регулирующих приборов; а также когда необходимо передать сигнал на большие расстояния, например сигнал от термопары передается на малые расстояния — до 10м, а унифицированный сигнал постоянного тока может передаваться на большие расстояния — до 100м.

В современных промышленных регуляторах нормирующий преобразователь НП как правило является обязательной составной частью входного устройства регулятора [4].

Первичные преобразователи для измерения температуры:

По термодинамическим свойствам, используемым для измерения температуры, можно выделить следующие типы термометров [2]:

  • · термометры расширения, основанные на свойстве температурного расширения жидких и твердых тел;
  • · термометры газовые и жидкостные манометрические;
  • · термометры конденсационные;
  • · электрические термометры (термопары);
  • · термометры сопротивления;
  • · оптические монохроматические пирометры;
  • · оптические цветовые пирометры;
  • · радиационные пирометры.

Первичные преобразователи для измерения давления:

По принципу действия:

  • · жидкостные (основанные на уравновешивании давления столбом жидкости);
  • · поршневые (измеряемое давление уравновешивается внешней силой, действующей на поршень);
  • · пружинные (давление измеряется по величине деформации упругого элемента);
  • · электрические (основанные на преобразовании давления в какую-либо электрическую величину).

По роду измеряемой величины:

  • · манометры (измерение избыточного давления);
  • · вакуумметры (измерение давления разряжения);
  • · мановакуумметры (измерение как избыточного давления, так и давления разряжения);
  • · напорометры (для измерения малых избыточных давлений);
  • · тягомеры (для измерения малых давлений, разряжений, перепадов давлений);
  • · тягонапорометры;
  • · дифманометры (для измерения разности или перепада давлений);
  • · барометры (для измерения барометрического давления).

Первичные преобразователи для измерения расхода пара, газа и жидкости:

Приборы, измеряющие расход, называются расходомерами. Эти приборы могут быть снабжены счетчиками (интеграторами), тогда они называются расходомерами-счетчиками. Такие приборы позволяют измерять расход и количество вещества.

Классификация преобразователей для измерения расхода пара, газа и жидкости [4]:

  • · Механические: объемные: ковшовые, барабанного типа, мерники.
  • · Скоростные: по методу переменного или постоянного перепада давления, напорные трубки, ротационные.
  • · Электрические: электромагнитные, ультразвуковые, радиоактивные.

Первичные преобразователи для измерения уровня:

Под измерением уровня понимается индикация положения раздела двух сред различной плотности относительно какой-либо горизонтальной поверхности, принятой за начало отсчета.

Приборы, выполняющие эту задачу, называются уровнемерами. Методы измерения уровня: поплавковый, буйковый, гидростатический, электрический и другие.

Структурные схемы автоматических вторичных приборов

В настоящее время промышленностью выпускается большое количество различных конструкций автоматических электронных приборов. Принцип действия вторичных автоматических приборов может быть рассмотрен по единой для всех разновидностей базовой конструкции.

В зависимости от назначения и типа прибора каждый из указанных узлов может иметь разное схемное решение и конструктивное оформление, но структурная схема остаётся в основном одинаковой.

Первичный преобразователь служит для преобразования неэлектрической величины в электрическую и размещается на контролируемом объекте. Связь первичного преобразователя с измерительной схемой осуществляется с помощью соединительной линии.

Тип измерительной схемы определяется датчиком. Измерительная схема в общем случае включает в себя источник питания, уравновешивающее устройство и вспомогательные датчики для компенсации вредного влияния внешних факторов [1].

Электронный усилитель состоит из преобразовательного каскада, усилителя напряжения, усилителя мощности. В автоматических приборах применяют усилители переменного тока, обеспечивающие большую стабильность нуля.

Показывающее и записывающее устройство в общем случае состоит из шкалы указателя, лентопротяжного механизма и пишущего устройства.

В настоящее время для автоматического контроля и регулирования широко применяют приборы с нулевым методом измерения. В автоматических электронных приборах с использованием нулевого метода измерения в основном используются четыре вида измерительных схем [1]:

  • § компенсационные схемы;
  • § мостовые уравновешенные схемы;
  • § дифференциально-трансформаторные схемы;
  • § уравновешенные схемы с ферродинамическими датчиками.

В компенсационных схемах неизвестная измеряемая величина, преобразованная в электрическую величину (напряжение, ЭДС), уравновешивается известным напряжением измерительной схемы. Уравновешенные компенсационные схемы применяются для измерения напряжения, ЭДС, тока, а также неэлектрических величин.

В мостовых уравновешенных схемах неизвестное измеряемое сопротивление уравновешивается известным сопротивлением. Такие схемы применяются для измерения электрического сопротивления, ёмкости, индуктивности.

В дифференциально-трансформаторных схемах перемещения сердечника первичного датчика уравновешивается известным перемещением сердечника вторичного датчика. Дифференциально-трансформаторные схемы применяют для измерения расхода, давления, тяги, напора, уровня и других величин, значения которых могут быть преобразованы в малые перемещения сердечника катушки.

В измерительных схемах с ферродинамическими датчиками напряжения в обмотке первичного датчика уравновешивается известным напряжением обмотки вторичного прибора. Такие схемы применяют для измерения физических величин, значения которых могут быть преобразованы в угол поворота рамки ферродинамического датчика и широко используются для дистанционной передачи показаний первичного прибора.

Усилитель является одним из основных узлов вторичных контрольно-измерительных приборов. Усилитель предназначен для повышения мощности сигнала за счёт энергии внешнего источника [1].

  • а)коэффициентом усиления;
  • б)инерционностью;
  • в)стабильностью его характеристик;
  • г)степенью искажения усиливаемого сигнала по амплитуде, фазе.

Под коэффициентом усиления понимается отношение величины сигнала, снимаемого с выхода усилителя, к величине сигнала, подаваемого на вход усилителя.

Если усилитель состоит из нескольких каскадов, то общий коэффициент усиления Кобщ определяется произведением коэффициентов отдельных каскадов

Под инерционностью понимают некоторое запаздывание выходной величины усилителя относительно входной.

Под стабильностью характеристик усилителя понимают постоянство коэффициента усиления и амплитуды выходного напряжения (или тока), а также изменения выходного сигнала при постоянстве сигнала на входе (дрейф нуля).

Искажения, вносимые усилителем можно разделить на два вида: нелинейные и линейные. Искажения, связанные с наличием нелинейных элементов в усилителе, называются нелинейными искажениями. Искажения, обусловленные изменениями коэффициента усиления на различных частотах, называют частотными искажениями.

Усилитель должен обеспечивать такое максимальное выходное напряжение, при котором выходной каскад отдает максимальную мощность в нагрузку, а также выдерживать перегрузки входном сигналом и не должен давать значительного фазового сдвига выходного напряжения.

Для повышения стабильности работы, уменьшения нелинейных искажений и внутренних шумов используют различные отрицательные обратные связи.

При ООС напряжение обратной связи и напряжение сигнала вычитаются и на вход подается из разность. Наибольшее распространение в усилителях получила ООС по напряжению.

Электрические двигатели. В автоматических контрольно-измерительных приборах применяются в основном два вида асинхронных двухфазных реверсивных двигателей: конденсаторные и с экранированными полюсами [1].

Основное распространение получили конденсаторные электродвигатели с короткозамкнутым ротором.

Статор имеет две обмотки (управления и возбуждения). Питание обмотки управления производится от электронного усилителя, а возбуждения от сети переменного тока через конденсатор, который обеспечивает сдвиг по фазе между магнитными потоками обмоток на 90°.Для привода диаграммной ленты применяют однофазные синхронные двигатели.

Существующие записывающие устройства во вторичных приборах можно разделить на три группы. К первой группе относятся устройства записи нанесением слоя вещества, ко второй — изменением состояния вещества носителя и к третьей — снятием слоя вещества носителя.

Форум АСУТП

Клуб специалистов в области промышленной автоматизации

  • обязательно заполнить свой профиль на русском языке кириллицей
  • не писать свой вопрос в первую попавшуюся тему — вместо этого создать новую тему
  • дублирование сообщений приравнивается к спаму
  • за поиск и предложение пиратского ПО — бан без предупреждения
  • рекламу и частные объявления мы не размещаем ни на каких условиях

Кто как считает «цифровые» сигналы для сметы

Кто как считает «цифровые» сигналы для сметы

Сообщение Барий » 10 ноя 2011, 17:20

Определим понятия
1. Физический сигнал — унифицированный аналоговый сигнал или дискретный сигнал, подаваемый на вход контроллера (кто-то называет «железный» сигнал)
2. Цифровой сигнал — сигнал передаваемый по интерфейсу, бит, байт, слово и т.д. Поидее это данные.
(кстате, кто какую терминологию использует в данном случае, и вообще как корректно дать определение сигналу с обычного датчика давления 4..20мА и с интеллектуального датчика давления, подключенного допустим по Profibus DP, физика-то разная, и говорить что сигнал пришел по профибасу, имхо, не совсем корректно, данные ведь там бегают, а не сигналы. )

Возьмем две принципиальные схемы на один и тот же механизм, допустим насос с датчиком давления.

А. Традиционная релейная схема. Из этой схемы в АСУ ТП подключаем следующие сигналы:
1. Пуск (DO->1)
2. Стоп (DO->0)
3. Мест/дист DI
4. Ток двигателя AI
5. Давление за насосом AI (для информации, без регулирования)

Б. Тот же насос, но с частотным преобразователем
1. Давление за насосом AI (1 контур регулирования/стабилизации)
2. Дальше пошли цифровые сигналы контроля и управления ПЧ.

Кто как считает эти цифровые сигналы для определения сметной стоимости по «СБЦ на разработку техдокументации на АСУ ТП»?

А самое главное, как правильно и корректно считать такие сигналы?
Или по другому, как преобразовать необходимые данные контроля и управления (слова состояния/управления) передаваемые по интерфейсу в, цитирую СБЦ:
«Количество переменных, измеряемых, контролируемых и регистрируемых АСУТП ( Ф9)» и «Количество управляющих воздействии, вырабатываемых АСУТП ( Ф10)»

Заказчик режет цены, причем доходит до абсурда, предлагает:
Вариант 1: для интеллектуальных устройств считать коэффиент Ф9 по количеству слов состояния, получаемых с устройства, а коэффициент Ф10 — по количеству слов управления, требующихся для управления устройства.
Вариант 2: считать Ф9 и Ф10 для аналогичного механизма подключенного физикой (т.е. не по интерфейсу).

Заказчика особо не волнует, как же будет разработано ИО, МО, ПО в конце концов, а программисы вообще в шоке.

Поделитесь опытом, кто как считает и как вообще это сделать правильно и корректно.

Реферат: А. Элементы автоматики Классификация систем автоматики

А. Элементы автоматики

Б. Системы автоматики и телемеханики

11. Основные понятия о теории управления………………………………………………………………………………………… 25

12. Основные понятия о системах регулирования, контроля и сигнализации…………………… 26

13. Автоматические системы передачи угловых перемещений и следящие системы…… 31

Автоматикой называется отрасль науки и техники, охватывающая теорию и принципы построения автоматических систем и устройств, выполняющих свои основные функции без непосредственного участия человека.

Классификация систем автоматики:

1. автоматические системы контроля, которые могут иметь разновидности в виде автоматических систем измерения (АСИ) и автоматически систем сигнализации (АСС).

2. автоматические системы управления (АСУ). Частным случаем АСУ является автоматическая система регулирования (АСР).

Структурные схемы систем автоматики.

1. Автоматическая система контроля.

АСК служит для осуществления автоматического контроля одного или нескольких параметров производственного процесса и включает в себя контролируемый объект, датчик, сравнительное устройство, задающее устройство, воспроизводящее устройство.

КО имеет один или несколько контролируемых параметров, которые снимаются датчиком и подаются на сравнивающее устройство, куда поступает эталонное значение параметра, вырабатываемое задающим устройством. В сравнивающем устройстве происходит сравнение текущего контролируемого параметра с эталонным в виде вычитания этих двух величин. Если разница этих двух сигналов равна 0, то текущее значение параметра равно эталонному и воспроизводящее устройство покажет значение ошибки “=0”.

Если контролируемый параметр отличается от эталонного, то разностный сигнал будет отображен на воспроизводящем устройстве, который покажет величину ошибки.

2. Системы управления:

а) разомкнутая система автоматического управления служит для автоматического управления состоянием, работой и др. функциями управляемого объекта без отображения результатов или при отсутствии результатов управляющего воздействия.

В блок-схему входит задающее устройство, вырабатывающее командный сигнал; преобразующее устройство служит для преобразования и усиления командного сигнала; исполнительное устройство является исполнительным органом, которым может быть эл. Двигатель, пускатель, реле, реостат, потенциометр, взрыватель и т.д.; управляемый объект, который управляется командой с ЗУ.

б) замкнутая система автоматического управления (система автоматического регулирования). Отличается от разомкнутой цепи наличием обратной связи, которая подводит через датчик текущие значения параметра объекта регулирования к сравнивающему устройству, где происходит его сравнение с эталонным значением параметра, вырабатываемым ЗУ.

Система автоматического регулирования служит для автоматического поддержания постоянства выходного параметра объекта регулирования с заданной точностью, характеризующую производственный процесс, и включает в себя ЗУ для выработки эталонного значения параметров; СУ для определения разности между эталонным и текущим значением параметра (сигнала рассогласования); исполнительного устройства; объекта регулирования и датчика, предназначенного для снятия текущего значения параметра, его преобразования в необходимый вид сигнала и подачи на сравнивающее устройство.

2. Системы телемеханики:

Телемеханикой называется отрасль науки и техники, охватывающую теорию и принципы построения автоматических систем управления производственным процессом на объектах, находящихся на больших расстояниях от пункта управления (например, управления: космическими аппаратами и приборами, ядерных установок, работой автоматически хцехов и заводов, переводом стрелок на железных дорогах).

Классификация систем телемеханики:

По своему характеру системы телемеханики бывают:

1. системы измерения ТИ.

2. системы сигнализации ТС.

3. разомкнутые системы телеуправления РСТУ.

4. разомкнутые системы телеуправления (телерегулирования) ЗСТУ.

Системы телемеханики по устройству и принципу действия аналогич-ны системам автоматики, но для передачи и приема эталонных сигналов и команд они включают в себя передатчики, линии связи и приемники.

Передатчик и приемник служат для передачи и приема электрических сигналов, соответствующих контролируемому параметру.

Аналогично разомкнутой системе управления устроена и работает разомкнутая система телеуправления.

3. Системы замкнутого телеуправления.

Системы замкнутого телеуправления называются системами телерегулирования. Они служат для поддержания постоянства одного или нескольких параметров, объекта регулирования, находящегося на большом удалении от диспетчерского пункта (десятки тысяч км).

амкнутая система телеуправления характеризуется наличием обратной связи между объектом регулирования и диспетчерским пунктом и включает в себя задающее устройство, вырабатывающего значение эталонного значения параметра; сравнивающее устройство, которое входит в состав ППУ (приемно-передающего устройства); в нем происходит сравнение эталонного значения параметра и текущего значения, полученного от цепи обратной связи. Сравнение производиться, как правило, амплитудным или фазовым дискриминатором, который выполняется по диодной или транзисторной схеме и производит вычитание сигнала. Если разность сигналов не равна нулю, то результируемый сигнал (сигнал рассогласования) усиливается по напряжению, преобразуется по частоте и мощности в передатчике и передается в линию связи. В месте объекта управления сигнал принимается приемником, усиливается и поступает на исполнительное устройство, которое, воздействуя на орган регулирования, приводит к изменению контролируемого параметра объекта регулирования, текущее значение которого снимается датчиком, преобразуется по частоте и мощности в передатчике поступает в линию связи, после чего принимается ППУ диспетчерского пункта, где опять происходит сравнение. Если разница сигналов равна нулю, то автоматическое регулирование на этом прекращается, т.к. в этом случае эталонное значение сигнала будет равным текущему значению. Если разница не равна нулю, то процесс телерегулирования продолжается до тех пор, пока не сравняется эталонное и текущее значение параметров. В цепь обратной связи входит: датчик, передатчик, линия связи, приемник.

4. Общие сведения об элементах автоматики.

Элементом автоматики называется обособленная часть схемы автоматики, функционально выполняющая свою функцию (например усилитель, стабилизатор).

Элементы автоматики делятся на:

1. Датчики – это элемент автоматики, функционально преобразующий

входную физическую величину в сигнал, удобный для измерения и дальнейшей обработки.

2. Усилитель – это устройство, предназначенное для усиления входных сигналов в виде определенной физической величины (усилитель напряжения, или тока, усилия, давления).

3. Стабилизатор – элемент автоматики, предназначенный для поддержания постоянства физической величины на своем выходе (например, стабилизаторы напряжения, тока, давления).

4. Переключающее устройство – это элемент автоматики, предназнач-енный для коммутации электрических цепей.

5. Исполнительные устройства – это элементы автоматики приводящие в действие регулирующие органы объектов регулирования (электродвигате-ли, электромагнитные муфты, электромагниты).

Структурная схема датчика

Датчик состоит из двух элементов:

1. Чувствительный элемент – служит для преобразования входной физической величины в сигнал, удобный для измерения.

2. Преобразователь – служит для преобразования входной величины в электрический сигнал.

1. По принципу действия датчики разделяются на параметрические и генераторные.

Параметрическими называются датчики, преобразующие входную физическую величину в один из параметров электрической цепи (напряжение, ток, индуктивное, активное или реактивное сопротивление).

Генераторные датчики – это датчики, преобразующие входную физическую величину в Э.Д.С.

1. По виду входной величины бывают : датчики перемещения, датчики

давления, температуры, скорости, ускорения, усилия и т.д.

3. По виду входного сигнала бывают электрические и неэлектрические.

4. По характеру выходного сигнала бывают непрерывные и дискретные.

Основные параметры датчиков:

1. Статические характеристики выражает зависимость выходной величины датчика от входной величины.

2. Статический коэффициент преобразования (передатчик)

определяется отношением выходной величины к входной.

3. Динамический коэффициент преобразования: определяется отношением приращений выходной величины к приращению входной или производной выходной величины по входной.

4. Относительный коэффициент преобразования: определяется отношением относительного приращения выходной величины к относительному приращению входной величины.

5. Порог чувствительности – наименьшее значение входного сигнала Umin , Pmin , вызывающее изменение выходного сигнала.

6. Инертность датчика – это величина изменения (отставания изменения) выходной величины датчика при изменении входной величины.

7. Абсолютная погрешность датчика – определяется как разница между фактическим (Y1 ) и измеренным (Y) значением выходной величины .

8. Относительная погрешность — определяется как отношение абсолютного значения погрешности выходной величины к ее расчетному значению, уменьшенному на 100%.

Параметрические датчики активного сопротивления.

К ним относятся: контактные датчики; потенциометрические (реостат-

ные) датчики, однотактные и двухтактные; тензометрические датчики; полупроводниковые датчики (p-n переход, термоэлектронный и др.).

Контактными называются датчики, в которых механическое перемещение преобразуется в замкнутое или разомкнутое состояние контактов, управляющих узлов или несколькими электрическими цепями, при этом сопротивление датчика изменяется от бесконечности до нуля и наоборот. Это датчики, в которых имеется дискретность измерения. Широко применятся в машиностроении при ОТК, механических деталей, их сорти- ровке и отбраковке. Выявляют дефекты деталей с точностью по 1-2 мкм.

Однотактный (нереверсивный) потенциометрический датчик.

Потенциометрическим называется датчик, предназначенный для преобразования линейного перемещения в электрический сигнал.

В зависимости от включения потенциометрический датчик может быть реостатным. Выполнен в виде переменного сопротивления, подвижная часть которого имеет связь с преобразующим элементом.

Состоит из каркаса с намотанной проволокой высокого уд. сопротивления. Производит измерение ошибок и дефектов механических деталей. Работает на постоянном токе и переменном токе. Измеряет дефекты только в одну сторону.

Преобразующий элемент (испытуемая деталь) проходит по конвейеру и воздействует ползунок датчика, при наличии дефекта. При этом по датчику будет протекать ток по цепи: “+” источника, невведенная часть резистора, ползунок, приемник, “-” источника. При этом выходное напряжение равно:

где K – коэффициент пропорциональности

L – длина всего реостата

X – невведенная его часть

Статическая характеристика датчика выражает зависимость выходного напряжения от величины введенной часть ползунка. Чем больше эта величина, тем большее напряжение снимается с датчика.

Двухтактный потенциометрический датчик (реверсивный).

В технике часто применяются датчики, реагирующие на знак допущенной ошибки при изготовлении детали. Для этого применяются потенциометрические датчики со средней точкой (двухтактные).

Применяются для измерения углов поворота, а так же линейных размеров механических изделий.

Статическая характеристика – прямая линия, пересекающая центр координат, т.е. показывает положительное и отрицательное направление напряжений.

Если датчик имеет номинальные размеры, ползунок находиться ровно посередине линейного размера датчика, т.е. напротив средней точки. Ток будет протекать по цепи: от “+” источника через резистор, через среднюю точку, через ползунок, через остальную часть резистора на “-” источника. Токи, протекающие по нижней и по верхней части, противоположно направлены, общий ток равен нулю. Поэтому на статической характеристике выходное напряжение равно нулю.

Если деталь имеет размеры больше номинального, то ток будет протекать по цепи : “+” источника, нижняя часть резистора до ползунка, ползунок, приемник, средняя точка, нижняя часть резистора, “-” источника. Выходное напряжение будет увеличиваться пропорционально перемещению ползунка от средней точки вверх.

Если ползунок находиться ниже средней точки, то ток будет протекать по цепи: “+” источника, верхняя часть резистора, средняя точка, приемник, ползунок, нижняя часть резистора, “-” источника.

Тензометрическими называются датчики специальной конструкции, предназначенные для измерения статических или динамических деформаций в механических деталях и преобразующие эти деформации в изменения активного сопротивления.

Тензоэффектом называется свойство материалов высокого сопротив- ления изменять свое сопротивление под действием приложенной силы.

Тензодатчики бывают проводниковые и фольговые . В качестве проводящих материалов используются нихром, константан, манганин.

Конструктивное выполнение: это спираль из материала с высоким удельным сопротивлением, наклеенная на бумажную основу и жестко закрепленную на механическую деталь, после чего деталь подвергается испытаниям на сжатие или растяжение. Эта же сила действует и на датчик. При этом происходит сжатие или растяжение спирали датчика, а следова- тельно и изменение его электрического сопротивления. Если деталь разруша- ется при определенном усилии, то ток, протекающий по измерительному прибору, покажет величину этой силы. Т.О. тензометрические датчики применяются для определения механических усилий при испытаниях металлических деталей.

Коэффициент тензочувствительности датчика определяется:

— абсолютное изменение длины проволоки,

— относительное изменение длины проволоки,

— относительное изменение сопротивления тензодатчика.

Сопротивление тензодатчика составляет от 200 до 500 Ом, а коэффициент

Представляют собой наклеенную на бумагу или пленку решетку из тонких полосок фольги с высоким удельным сопротивлением.

Конструкции бывают: прямая, розеточная, мембранная.

Прямая конструкция применяется для измерения линейных деформаций.

Розеточная – для измерения крутящих моментов.

Мембранная для измерения усилий, воздействующих на мембраны.

Коэффициент тензочувствительности равен 2.5, пропускает ток до 0.2 А, сопротивление датчика от 50 до 200 Ом.

Полупроводниковые датчики активного сопротивления.

Представляют собой полупроводниковые приборы (транзисторы, фотоэлементы с внутренним фотоэффектом, терморезисторы).

Фотоэлектронный датчик представляет собой фоторезистор, включенный в электрическую цепь с приемником.

Полупроводниковые датчики активного сопротивления выполняются на полупроводниковых элементах (транзисторах, фототранзисторах, фотодиодах, фоторезисторах, терморезисторах).

Фоторезистор изменяет свое сопротивление в зависимости от величины потока освещенности чувствительного элемента. Сопротивление изменяется по закону: если освещенность равна нулю, сопротивление очень велико и обратно.

Фотодиод: аналогично. I

Терморезисторы это приборы, сопротивление которых зависит от температуры:

Датчик реактивного сопротивления .

К ним индуктивные и емкостные датчики.

Индуктивными называются датчики, принцип действия которых основан на изменении индуктивного сопротивления электромагнитного дросселя при перемещении его якоря.

Они применяются для измерения угловых и линейных механических перемещений, деформаций и контроля размеров деталей.

Представляют собой электромагнитный дроссель с переменным воздушным зазором, обмотка которого включена последовательно с сопротивлением приемника.

Нереверсивный индуктивный датчик:

Схема включения Статические характеристики Величина индуктивности

Где — количество витков — магнитная проницаемость

S — сечение — величина зазора

С увеличением зазора магнитный поток в катушке возрастает, сердечник насыщается, магнитная проницаемость уменьшается. В результате уменьшается индуктивность обмотки дросселя и уменьшается его индуктивное сопротивление, что вызывает увеличение тока в катушке и в приемнике – вызовет увеличение падения напряжения на нем, которое является выходным напряжением датчика. Поэтому с увеличением зазора выходное напряжение возрастает, как показано на статической характеристике.

Если приемник имеет активную индуктивную составляющую, то

Датчик обладает высокой чувствительностью, надежностью, имеет достаточно большую выходную мощность.

Реверсивный индуктивный датчик :

Он обладает в 2 раза большей чувствительностью, чем реверсивный. Включается по дифференционной или мостовой схеме. Измеряет величину дефектов в сторону уменьшения и в сторону увеличения. В среднем положении якоря выходное напряжение датчика равно нулю.

Реверсивно-индуктивный датчик является дифференционным датчиком.

Принцип действия основан на вычитании токов, протекающих по полуобмоткам датчика, на сопротивление приемника, и выделение результирующего тока, создающего результирующие выходное напряжение датчика. Если контролируемая деталь соответствует номинальному размеру, то якорь датчика находится в среднем положении (когда зазоры и одинаковы). В этом случае по полуобмоткам будут протекать токи по цепи: по левой – вывод «1» трансформатора, полуобмотка, сопротивление приемника, средняя точка трансформатора; по правой – средняя точка трансформатора, сопротивление приемника, правая полуобмотка точка «2» трансформатора. Каждый из этих токов, равных друг другу, создают равные, но противоположно направленные выходные напряжения, которые вычитают друг друга, и результирующее напряжение равно нулю.

Допустим, контролирующая деталь имеет размеры больше номинального. При этом зазор увеличивается, а соответственно уменьшается. При увеличении зазора в первом сердечнике увеличивается линейный поток, происходит насыщение сердечника, и уменьшается магнитная проницаемость. Индуктивность левой катушки уменьшится, индуктивные сопротивления также уменьшатся, и увеличится ток левой полуобмотки, которая создаст более высокое выходное напряжение на сопротивлении приемника. В правом сердечнике, наоборот, зазор уменьшится, магнитное поле уменьшится. При этом индуктивность правой полуобмотки увеличится, её индуктивное сопротивление также увеличится, ток в правой полуобмотке уменьшится и создаст меньшее выходное напряжение, обратное по знаку.

Результирующее напряжение датчика возрастет в положительном направлении в соответствии со статической характеристикой.

При поступления детали с размерами меньше номинальных процесс повторится, только выходное напряжение возрастет обратного направления.

Емкостные датчики являются датчиками реактивного сопротивления и представляют собой конденсатор переменной емкости, подвижная часть которого связана с контролируемыми деталями с каким-то уровнем.

Принцип действия основан на изменении тока в эл.цепи в зависимости от емкостного сопротивления , которое зависит от

Если контролируемая деталь приводит в движение подвижные пластины конденсатора, изменяя таким образом площадь перекрытия, то это ведет к изменению емкости, емкостного сопротивления и тока, протекающего в цепи, что будет сигнализировать о дефектах детали.

Для измерения уровней жидкостей в качестве параметра, изменяющего емкость, может быть использована диэлектрическая проницаемость диэлектрика между пластинами, может быть использован конденсатор с различными диэлектриками между пластинами.

К ним относятся термоэлектрические, пьезоэлектрические, тахогенераторные датчики.

Термоэлектрическим называется датчик, в котором изменение температуры преобразуется в термо э.д.с.

Принцип действия заключатся в том, что если 2 разнородных сплава или металла (медь и золото), соединить вместе общим спаем, и этот спай поместить в пространство с более высокой температурой, то между свободными концами этих проводников возникает термо э.д.с., величина, которой будет пропорциональна разности температур между нагретым объемом и объемом, где находятся выводы. В качестве проводников используются пары: платина и платинородий, хромель и алюмель, нихром и константан, а также платина, золото и другие чистые металлы.

Термопары применяются для контроля за рабочей температурой в эл. и др. печах, применяющихся для плавки металлов и их закалки.

Усилителем называется устройство, применяемое для усиления входных сигналов.

Бывают: электрические и неэлектрические.

К электрическим относятся:

1. электрические усилители в состав входят полупроводниковые электронные приборы.

2. магнитные усилители, принцип действия которых основан на изменении магнитной проницаемости ферромагнитного сердечника, который приводит к изменению величины полного сопротивления рабочей обмотки усилителя.

3. комбинированные усилители, представляющие собой усилители, в состав которых входят каскады, собранные по электронным схемам по схеме магнитного усилителя.

4. неэлектрические усилители – к ним относятся пневматические и гидравлические усилители, нашедшие широкое применение во взрыво- пожароопасных производствах(нефтеперегонные заводы, химические производства, рудники, шахты).

Основные параметры усилителей: коэффициент усиления по напряжению, току и мощности (определение в разах и децибелах); входное сопротивление усилителя; чувствительность; полоса пропускания усилителя; динамический диапазон; КПД.

Магнитным усилителем называется электромагнитное устройство, предназначенное для усиления электрических сигналов, в котором используются зависимость магнитной проницаемости ферромагнитных материалов на переменном токе от величины постоянного подмагничивающего поля, созданного или изменяемого входным сигналом. Магнитные усилители являются усилителями переменного тока, а управляются сигналом постоянного тока.

1. Высокая надежность.

3. Высокая чувствительность.

1. Большая инерционность.

Принцип действия основан на использовании явления насыщения ферромагнитного сердечника магнитного поля.

При подаче переменного напряжения питания по обоим полуобмоткам рабочей обмотки будет протекать ток, вызывающий магнитное поле в каждом сердечнике, а также степень его намагниченности , которая будет определять величину магнитной проницаемости сердечника. Индуктивность дросселя (1 и 2 полуобмотки) определяется по формуле:

Где — число витков,

— длина средней силовой линии.

Индуктивное сопротивление дросселя:

т.к индуктивность дросселя зависит от магнитной проницаемости, то в ненасыщенном состоянии сердечник будет обладать большой магнитной проницаемостью, следовательно индуктивность дросселя будет большая, а также индуктивное сопротивление будет большое, что вызовет в рабочей обмотке протекание малого начального тока. При подаче на управляющую обмотку напряжения управления, которое вызовет управляющий ток в обмотке управления и вызывающее общее магнитное поле обоих сердечников, причем в правом сердечнике оно противоположно вектору поля рабочей обмотки, а в левом совпадает с ним, что приводит к насыщению левого сердечника, а следовательно к резкому падению магнитной проницаемости в нем, индуктивности обмотки и индуктивного сопротивления.

Ток в рабочей обмотке увеличивается и определяется как отношение приложенного напряжения к полному сопротивлению дросселя и приемника и численно будет равен:

При смене полярности управляющего напряжения направление вектора магнитного поля управляющей обмотки изменяется на противоположное. При этом будет насыщаться правый сердечник. Усиление усилителя будет происходить за счет уменьшения сопротивления обмотки правого сердечника. Статическая характеристика будет проходить во втором квадрате при отрицательных токах управления симметрично характеристике в первом квадрате.

Усилители широко применяются как усилители высокой чувствительности малой и средней мощности в системах автоматического управления и регулирования.

1 . Пневматические усилители:

2. Гидравлический усилитель.

Пневматический применяется в автомобильном, пассажирском транспорте, а также по взрыво- и пожароопасных производствах (типа сопло-заслонка) Состоит из входной и рабочей камеры, заслонки, мембраны связанной со штоком.

Входной сигнал подается на заслонку. Если он отсутствует, то воздух через входную камеру проходит через сопло наружу. Если на заслонку подать входной сигнал, заслонка будет прикрывать сопло, давление во входной камере будет возрастать, что вызовет увеличение давления в рабочей камере, которое будет воздействовать на мембрану значительно большей площади чем сечение входной камеры, что вызовет увеличение давления на шток во столько раз, во сколько площадь мембраны больше сечения входной камеры. Шток будет двигаться вниз.

Гидравлический усилитель со встроенной трубкой.

Коэффициент усиления: показывает, во сколько раз U(I,R) сигнала на выходе больше, чем на входе.

KДб=20Lg Uвых/Uвх= 20 LgK K= Uвых/Uвх

KpДб= 10Lg Pвых/Pвх

2. Входное сопротивление усилителя Rвх=Uвых/Iвх

Выходное сопротивление определяют между выходными зажимами при отключенном сопротивлении нагрузки

4. Полоса пропускания – наз. на обм. частот, в которой коэф. усиления изменяется не больше, чем это допустимо по тех.условиям.

5. Динамический диапазон – отношение амплитуд наиболее сильного и наиболее слабого сигналов на входе усилителя

D = 20Lg Uвх max/Uвх min

, потребляемая усилителем от всех источников питания

Стабилизатором называется устройство, автоматически поддерживающее значение выходной величины (напряжения, тока, давления, усилия) с заданной степенью точности. Классификация :

К электрическим относятся: электрические стабилизаторы, ферромагнитные стабилизаторы и феррорезонансные.

К неэлектрическим относятся стабилизаторы гидравлические и пневматические.

По принципу действия все стабилизаторы делятся на 2 класса:

1. Параматрические стабилизаторы , принцип действия которых основан на изменении одного из параметров цепи. Например, нелинейного изменения сопротивления эл.цепи. Параметрические стабилизаторы:

1.Стабилизаторы на стабилитронах

К параметрическим относятся и неэлектрические. Изменяемый параметр – давление. 2.Компенсационные стабилизаторы – это электронные стабилизаторы, представляющие собой систему автоматического регулирования, поддерживающую на выходе схемы постоянными с заданной степенью точности напряжение или ток в приемнике.

Основным параметром стабилизаторов является коэффициент стабилизации, который определяется как отношение относительного приращения входного напряжения к относительному приращению выходного напряжения.

Требования, предъявляемые к источникам напряжения, питающего различные виды электронной аппаратуры:

1.Бытовая аппаратура должна питаться от источников питающего напряжения с коэффициентом стабилизации 200-300.

2. Системы автоматики должны питаться напряжением с коэффициентом стабилизации 2000-3000

3. Системы эл/выч. техники – Кст – более 5000.

Ферромагнитный стабилизатор напряжения

Ферромагнитным называется стабилизатор, принцип действия которого основан на уменьшении магнитной проницаемости одного из трансформаторов и соответственно нелинейного изменения индуктивного сопротивления его вторичной обмотки (в зависимости от величины входного сигнала). Включает в себя 2 трансформатора Т1 и Т2, сопротивление приемника. Трансформатор Т1 насыщен и изменяет индуктивное сопротивление вторичной обмотки в зависимости от входного напряжения(при увеличении Uвх). Т2 является ненасыщенным, изменение входного напряжения на нем вызывает линейное изменение выходного напряжения и называется компенсационным, потому что его вторичная обмотка включена встречно вторичной обмотке насыщенного трансформатора.

Работа стабилизатора: при увеличении входного напряжения на первичных обмотках возрастает входной ток, примерно пропорционально увеличению напряжения. На компенсационной обмотке пропорционально росту напряжения возрастает ток. На вторичной обмотке насыщенного трансформатора: напряжение вторичной обмотки и напряжение компенсационного трансформатора, вычитаясь друг из друга образуют выходное напряжение стабилизатора:

Компенсационный стабилизатор напряжения.

RБ – балансный резистор ограничивает ток через стабилитрон.

Rк – резистор цепи коллектора усилителя постоянного тока VT2

Стабилитрон служит для выработки эталонного напряжения, нелинейно изменяет свое сопротивление при изменении входного напряжения.

VT1 — регулируемый транзистор изменяет свое внутреннее сопротивление в зависимости от степени открытия и регулирует величину выходного напряжения

Делитель R1 – R2 – R3 служит для снятия выходного напряжения и подачи его с помощью потенциометра R2 на базу VT2

Переход Э-Б VT2 является сравнивающим устройством.

Переход Б-К VT2 является усилителем постоянного тока и исполнительным устройством.

Датчиком является движок потенциометра.

Задающее устройство – стабилитрон.

Регулирующий орган – VT1

Допустим, на входе схемы присутствует номинальное напряжение и соответственно на выходе вырабатывается стабилизированное выходное напряжение. При этом стабилитрон пробит, транзистор VT2 приоткрыт, VT1 полностью открыт, и это обеспечивает стабильное напряжение на выходе. Допустим, напряжение на выходе возросло, оно мгновенно выросло и на выходе — положительный потенциал делится, подаваемый на Б VT2 пропорционально увеличился, а напряжение стабилитрона подводимое к Э, осталось прежним, т.к. стабилитрон пробился и напряжение на нем не изменилось. VT2 резко откроется, ток К возрастет, на Rк увеличится падение напряжения, отрицательная полярность которого подводится к Б VT1. VT1 призакроется, его R внутр. увеличится и соответственно падение напряжения равно на столько, на сколько на сколько увеличилось Uвых. Uвх осталось прежним

Служит для поддержания постоянства давления газа или жидкости. Жидкость(воздух) от магистрали, питаемой компрессором или насосом, поступает в полость 1, через зазор между корпусом 2 и клапаном 8, рабочий агент попадает в полость 7, из которой подается к пневматическому или гидравлическому усилителю и исполнительному двигателю. Если давление в выходной магистрали понизится, то понизится давление в полости 7, перенесет поршень 3 вниз и увеличит зазор клапана. Уменьшается потеря давления в зазоре клапана, а давление в полости 7 будет расти. При повышении давления зазор клапана уменьшится. С помощью регулировочного винта 5 и шайбы 6 можно изменить натяжение пружины 4 и тем самым устанавливать требуемое значение стабилизированного давления Р.

Напряжение Uк направлено навстречу напряжению Uвых. Емкость конденсатора С выбирают из условия

где ω = 2¶ f – угловая частота, L2 — индуктивность вторичной обмотки.

Нелинейность ВАХ Uвых =f( Ic + IL 2 ) более резкая, чем нелинейность характеристики одной индуктивности. Это улучшает стабилизацию.

Включение компенсационной обмотки повышает коэффициент стабилизации. Небольшое напряжение Uk , создаваемое этой обмоткой, изменяется пропорционально входному напряжению Uвх . Если Uвх увеличится, то несколько увеличится Uвых , но при этом увеличится и напряжение компенсации Uк , и увеличение Uвых в значительной мере компенсируется.

Феррорезонансные стабилизаторы имеют малую инертность, высокую надёжность и долгий срок службы. Работают в сетях со стабильной частотой.

Переключающим устройством называется устройство, предназначенное для коммутации Эл. Цепей постоянного и переменного тока малой, средней и большой мощности.

1.Реле постоянного и переменного тока.

4.Бесконтактные переключающие устройства.

Реле состоит из двух частей: управляющей цепи и исполнительной цепи. При увеличении входного воздействия тока или напряжения на управляющую цепь – управляющая цепь будет срабатывать только при определённых управляющих воздействиях: при х = хс , y = yc , скачком изменит своё состояние управляющая цепь. При этом y становится равным ус .

Технические средства автоматизации. Ч.1. Пневматическая ветвь: Учебное пособие

Для того, чтобы оценить ресурс, необходимо авторизоваться.

Приведены общие сведения о технических средствах автоматизации, о государственной системе промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП). Рассмотрены конструкции и принцип действия основных мембранных и струйных пневматических элементов. Приводится описание схем пневматических усилителей, преобразователей, генераторов, триггеров, вычислительных устройств, контрольно-измерительных приборов, регуляторов и исполнительных устройств. Показаны области применения и условия выбора пневматических средств автоматизации в зависимости от промышленных условий и сложности систем автоматического управления. Пособие предназначено для студентов технических вузов и может быть полезно для самостоятельной работы, а также при выполнении курсовых и дипломных проектов.

Сигналы и стандарты. Стандартные сигналы

токовая петля. Дискретные сигналы:

сигналы TTL-уровня с диапазоном 0…5 В;

сигналы TTL-уровня с диапазоном 0…24 в.

Тоо́ковая петляо́

Тоо́ковая петляо́ Current(Loop) — способ передачи информации с помощью измеряемых значенийсилы электрического тока .

Принцип работы токовой петли это дифференциальная пара

Для задания измеряемых значений тока используется, как правило, управляемый источник тока . По виду передаваемой информации различаются аналоговая токовая петля и цифровая токовая петля .

Токовая петля может использоваться на значительных расстояниях (до нескольких километров). Для защиты оборудования применяется гальваническая развязка на оптоэлектронных приборах, напримероптронах .

Основное преимущество токовой петли -точность не зависит от длины и сопротивления линии передачи, поскольку управляемый источник тока будет автоматически поддерживать требуемый ток в линии. Схема позволяет запитывать датчик непосредственно от линии передачи. Несколько приемников можно соединять последовательно , источник тока будет поддерживать требуемый ток во всех одновременно

Принцип действия «токовой петли»

В качестве линии передачи обычно используется экранированная витая пара, которая совместно с дифференциальным приемником позволяет ослабить индуктивную и синфазную помеху.

Стандарт 4-20 мА

логическому уровню «1» соответствует ток в линии от 4 до 20 мА протекающий в ПРЯМОМ направлении

логическому уровню «0» соответствует ток в

линии от 4 до 20 мА протекающий в ОБРАТНОМ направлении.

При токе ниже 4 мА приемник и передатчик обнаруживают ошибку «ОБРЫВ ЛИНИИ».

При токе выше 20 мА передатчик обнаруживает ошибку «КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ ЛИНИИ».

Согласование сигналов

Усиление/ Для достижения наибольшей точности максимальный диапазон напряжения в усиленном сигнале должен равняться максимальному входному диапазону АЦП.

Фильтрация –удаление ненужных составляющих из измеряемого сигнала.

Питание – питание для параметрических датчиков, таких как датчики деформаций, термисторы и терморезисторы.

Линеаризация – учет нелинейности отклика

Следует чётко понимать природу измеряемого сигнала, конфигурацию, в которой производятся измерения и воздействие, которое может оказывать окружающая среда. Основываясь на этой информации, можно определить, нужно ли использовать модули согласования сигнала в данной системе сбора данных или нет.

И з предыдущих разделов ясно, что не подвергнутые обработке сигналы от весьма разнообразны и диапазон их изменения простирается от нескольких милливольт (для термопары) до более чем сотни вольт для тахогенератора. Кроме того, они могут быть вызваны изменениями напряжения постоянного тока, переменного тока или даже сопротивления. Поэтому совершенно очевидно, что если аналоговые входные платы лишь в диапазоне сигналов, то необходимо использовать некоторую .

В происхождение входного сигнала можно представить так, как показано на рис. 4.13. Первичный сигнал от датчика на месте преобразуется в стандартный сигнал , а совокупность датчика и этого устройства называется передатчиком или . После этого стандартизированный сигнал, несущий информацию об измеряемой переменной , может быть подан на обычную аналоговую входную плату.

Возникает естественный вопрос: каким должен быть этот стандартизированный сигнал? Аналоговые сигналы — это сигналы низкого уровня и поэтому подвержены помехам (или шумам, как их чаще всего называют). Сигнал, представленный электрическим током, менее подвержен влиянию шумов, чем сигнал, представленный напряжением, поэтому обычно выбирается токовый контур. Преобразователь и принимающее устройство соединяются по схеме, изображенной на рис. 4.14, причем токовый сигнал на приемной стороне преобразуется в напряжение при помощи балластного резистора. Токовый контур можно использовать с несколькими приемными устройствами (это могут быть, например, измерительный прибор, диаграммный самописец или вход ПЛК), соединенными последовательно.

Самый распространенный стандарт представляет аналоговый сигнал в виде тока с диапазоном изменения 4-20 мА, где 4мА минимальному уровню сигнала, а 20 мА — максимальному. Если, например, преобразователь давления дает сигнал 4-20 мА, представляющий давление в диапазоне 0-10 бар, то давлению 8 бар будет соответствовать тока 8 х (20 — 4)/10 + 4 = 16.8 мА. Сигнал 4-20 мА часто с помощью балластного резистора величиной 250 Ом преобразуется в сигнал 1 -5 В.

«Нулевой» сигнал 4 мА (называемый смещением) предназначен для двух целей. Во-первых, он используется как от повреждений преобразователя или кабельного шнура. Если происходит преобразователя или обрыв шнура или же в линии связи возникает короткое замыкание, то ток через балластный резистор будет равен нулю, что соответствует «отрицательному» сигналу 0 В на приемной стороне. Это может быть очень легко обнаружено и использовано как аварийный сигнал «неисправность преобразователя».

Ток смещения 4 мА также упрощает компоновку . На рис. 4.14 предполагалось, что преобразователь имел местный ис-

Рис. 4.15. Двухпроводным преобразователь 4-20 мА

точник питания и обеспечивал токовый сигнал. Подобная компоновка возможна, но более распространенной (и более простой) является схема, изображенная на рис. 4.15. Здесь источник питания (обычно 24-30 В постоянного тока) помещается на стороне приемного устройства, а сигнальные линии служат как для питания преобразователя, так и для передачи тока. Преобразователь отбирает от источника питания ток в диапазоне 4-20 мА в соответствии с измеряемым сигналом. Этот ток, как и раньше, преобразуется в напряжение с помощью балластного резистора.

Смещение в 4 мА обеспечивает ток, необходимый преобразователю для его нормальной работы. Очевидно, этого нельзя добиться, если диапазон сигнала будет составлять 0-20 мА. Преобразователи, включаемые по схеме рис. 4.15, обычно называются двухпроводными.

Стандартный сигнал от датчиков передается на автоматический прибор по каналу связи, состоящему из двух медных проводов. Автоматический прибор показывает и записывает стандартный входной сигнал 4 — 20 ма, характеризующий ход технологического процесса, обеспечивает сравнение сигнала рассогласования с заданной величиной и посылает сигнал рассогласования на регулирующее устройство.
Стандартный сигнал от датчиков передается на автоматический прибор по каналу связи, состоящему из двух медных проводов. Автоматический прибор показывает и записывает стандартный входной сигнал 4 — 20 мА, характеризующий ход технологического процесса, обеспечивает сравнение сигнала рассогласования с заданной величиной и посылает сигнал рассогласования на регулирующее устройство.
Стандартные сигналы и правила обмена информацией открывают широкие возможности для построения многомашинных систем, способных решать задачи управления крупными предприятиями в целом.
Стандартный сигнал — сигнал с нормированными характеристиками (параметрами), утвержденный как стандартный государственным или международным метрологическим органом.
Стандартный сигнал изображения должен иметь размах на стандартном входном полном сопротивлении (см. выше) минимум 1 в я максимум 2 5 в, когда сигнал содержит номинальное белое. Стандартный уровень звукового сигнала на входе должен быть 10 2 дб выше 1 мет.
Генераторы стандартных сигналов являются источниками значительно меньшей калиброванной мощности. Например Г4 — 16А, работающий в диапазоне 4 5 — 10 35 Ггц, имеет выходную мощность 2 — 10 — 8 — 10 мквт. Многие ГСС, работающие в диапазоне СВЧ (Г4 — 10А, Г4 — 32А и проч.
Генераторы стандартных сигналов тщательно экранируют, так как иначе а схему, исследуемую с помощью ГСС, при малых уровнях сигналов могли бы попадать колебания соизмеримой амплитуды не через выходное устройство ГСС, а вследствие индукции или излучения электромагнитного поля.
Блок-схема измерительного генератора высокой частоты (генератора сигналов, генератора стандартных сигналов. Генераторы стандартных сигналов характеризуются более высокой степенью точности калибровки выходного напряжения или мощности. Регулировка выходного напряжения или мощности производится в очень широких пределах: от 0 1 — 1 в до долей микровольта по напряжению и от единиц или долей ватта до 10 — 13 — 10 — 14 вт по мощности.
Генераторы стандартных сигналов (ГСС) в зависимости от диапазона частот генерируемых колебаний подразделяются на генераторы инфранизких частот (от 50 мкГц до 1 кГц) для проверки и регулирования автоматич. УЗ частот (от 20 Гц до 200 кГц) для калибровки и регулирования аппаратуры радиосвязи и гидроакустики; генераторы ВЧ (от 100 кГц до 100 МГц) для проверки и настройки приемопередающих радиотехнич.
Генератор стандартных сигналов через эквивалент антенны соединяется со входом приемника. Модуляция сигнала производится от отдельного звукового генератора. Параллельно громкоговорителю присоединяется измеритель звукового напряжения. При частоте модуляции 4СО ги, и коэффигиенте модуляции т0 3 вдиемник точно настраивается на частоту сигнала по максимуму выходного напряжения. При установке регулятора громкости на максимум уровень сигнала в цепи антенны регулируется так, чтобы выходное напряжение равнялось нормальному. Затем, изменяя частоту звукового генератора и поддерживая неизменным коэффициент модуляции т0 3, снимают зависимость выходного напряжения от частоты модуляции.
Генератор стандартных сигналов через эквивалент антенны соединяется со входом приемника. Модуля дия сигнала производится от отдельного звукового генератора. Параллельно громкоговорителю присоединяется измеритель звукового напряжения. При частоте модуляции 400 гц и коэффигиенте модуляции т0 3 приемник точно настраивается на частоту сигнала по максимуму выходного напряжения. При установке регулятора громкости на максимум уровень сигнала в цепи антенны регулируется так, чтобы выходное напряжение равнялось нормальному. Затем, изменяя частоту звукового генератора и поддерживая неизменным коэффициент модуляции т0 3, снимают зависимость выходного напряжения от частоты модуляции.
Генераторы стандартных сигналов применяются для измерения чувствительности радиоприемных устройств и отличаются сравнительно небольшой выходной мощностью.
Величина стандартного сигнала Х0 определяется критерием, положенным в основу синтеза решающего устройства.

Генератор стандартных сигналов Г4 — 1 предназначен для проверки и регулировки радиоаппаратуры.
Генератор стандартных сигналов Г4 — 5 применяют в качестве источника калиброванного напряжения синусоидальной формы высокой частоты при испытаниях и регулировке радиоаппаратуры. Прибор имеет следующие технические характеристики.
Генератор стандартных сигналов (например, ГСС-6), рабочие частоты которого включают в себя диапазон рабочих частот налаживаемого приемника.
Генератор стандартных сигналов (ГСС-6) служит для получения радиочастотных сигналов, калиброванных по частоте, напряжению несущей частоты и глубине модуляции.
Блок-схема сигнал-генератора типа Г4 — 7А. Генератор стандартных сигналов рассчитан для работы на нагрузку 75 ом. Если нагрузка во много раз превышает 75 ом, необходимо использовать нагрузочное сопротивление, входящее в комплект прибора. При изменении режима работы или частоты настройки изменяется выходное напряжение прибора. В этих случаях нужно корректировать установку выходного напряжения и нуля вольтметра.
Генераторы стандартных сигналов имеют более высокий класс точности, чем сигнал-генераторы.
Генератор стандартных сигналов связывается с испытываемым устройством через отрезок волновода, рупорную антенну или волноводно-коаксиальный переход.
Блок-схема генератора стандартных сигналов. Генератор стандартных сигналов состоит из следующих основных элементов (рис. 8 — 4): задающий генератор, буферный усилитель-модулятор, электрояный вольтметр для контроля уровня несущей, аттенюатор, генератор звуковой частоты и измеритель коэффициента модуляции.
Генераторы стандартных сигналов с частотной модуляцией предназначаются для измерения характеристик приемников частотно-модулированных сигналов УКВ диапазона.
Генераторы стандартных сигналов с преобразованием частоты обладают рядом существенных недостатков: 1) сложность схемы из-за наличия дополнительного вспомогательного генератора; 2) наличие нежелательных комбинационных частот на выходе смесителя; 3) трудности обеспечения надлежащей стабильности частоты у генераторов, работающих на относительно высоких частотах; 4) необходимость усиления по высокой частоте выходного напряжения для доведения его от единиц милливольт на выходе смесителя до величины порядка 1 в на входе аттенюатора.
Блок-схема для измерения частотной характеристики. Генератор стандартных сигналов и измеритель рекомендуется располагать по одной прямой с измерительной схемой и, по возможности, экранировать их дополнительными экранами. Генератор и измеритель должны питаться от зафильтрованной сети. Сопротивление R выбирается порядка 150 — 1000 ом, оно должно быть обязательно безындукционным.
Генератор стандартных сигналов Г4 — 37А предназначен для регулировки и на стройки различного рода радиоприемных устройств, питания измерительных ли-ний и антенн.

Генератор стандартных сигналов (ГСС) — генератор высокочастотных колебаний, частота и амплитуда которых могут изменяться в широких пределах и точно известны для каждого положения органов йвстропки.
Генератор стандартных сигналов (ГСС) — генератор ВЧ-колебаний, частота и амплитуда которых могут изменяться в широких пределах и точно известны для каждого положения органов настройки. Эти колебания могут быть модулированы с точно известной глубиной.
Схема измерения параметров приемника. Генератор стандартных сигналов (ГСС) соединяется с нходом приемника через эквивалент антенны. Схема эквивалента антенны для длинных, средних и коротких волн (ГОСТ 9783 — 61) приведена на рис. 13 — 12, а, а для СВЧ — на рис. 13 — 12 6, причем величина Яд должна быть равна волновому сопротивлению антенного фидера. Обычно ГСС диапазона СВЧ имеют выходное сопротивление, равное сопротивлению эквивалента антенны (вых — ЯА 50 — Т-70 ом), поэтому эквивалент антенны не нужен. Параллельно оконечному аппарату подключается измеритель выходного напряжения.
Генератор стандартных сигналов предназначен для электрической регулировки и испытания радиоприемников во время их ремонта. Он облегчает регулировку приемников и дает возможность измерять их основные электрические характеристики.
Блок-схема генератора типа ГСС-6. Генераторы стандартных сигналов (ГСС) применяются для всесторонней проверки качества работы и настройки аппаратуры, особенно ее высокочастотной части. В состав ГСС обычно входят: задающий генератор, модулируемый каскад, модулятор, делитель напряжения, измеритель напряжения несущей частоты и измеритель глубины модуляции.
Генератор стандартных сигналов (ГСС) — генератор высокочастотных колебаний, частота и амплитуда которых могут изменяться в широких пределах и точно известны для каждой настройки. Эти колебания могут быть модулированы с точно известной глубиной.
Генераторы стандартных сигналов имеют более высокие стабильность частоты и точность калибровки выходной мощности. Мощность на выходе генераторов стандартных сигналов меньше, чем мощность генераторов сигналов, однако они могут регулироваться по мощности в весьма широких пределах: от 10-и Вт до десятых долей ватта. Выходная мощность генераторов сигналов обычно составляет от единиц милливатта до долей ватта. В ММ диапазоне волн в настоящее время выпускаются только генераторы сигналов.
Превращение стандартных сигналов управления со стороны канала в сигналы управления, необходимые для данного устройства, происходит в устройстве управления. Сопряжение между этими двумя уровнями в системе ввода-вывода стандартизовано для всех каналов и носит название интерфейса ввода-вывода.
Внешний вид прибора типа ГСС-б. Генератор стандартных сигналов типа ГСС-6 (рис. 427) представляет собой переносный лабораторный прибор, предназначенный для получения синусоидальных колебаний высокой частоты в диапазоне от 100 кгц до 25 мггц.
Синхронизирующие импульсы полей полного ТВ сигнала без уравнивающих импульсов двойной строчной частоты. Форма стандартного сигнала телевизионного вещания многих стран Европы, Азии и Америки мало отличается от формы сигнала, принятого в СССР.
Форма сигнала от серого однородного монохромного поля за время передачи одной строки (включая строчные синхронизирующие импульсы.| Составляющие сигнала за время полного.
В стандартном сигнале, утвержденном Федеральной комиссией связи (США), имеющем передний и задний уступы та гасящем импульсе длительностью соответственно 1 3 и 4 6 мксек, синхронизирующие импульсы сдвинуты по отношению к цитру на 1 65 мксек, что соответствует фазовому ушу 2яга (1 65 / 63 5) радиан на n — й гармонике.
Пневматическое командное устройство.| Структурная схема временного устройства. При этом стандартный сигнал Р 1 5 кГ / см по цепи включающее реле 1р — фильтр Ф — дроссель Д поступает в пневматическую емкость Fco, реле сброса 2р и реле Зр. Под действием давления рабочей среды перемещается шток пневмоцилин-цра и связанный с ним затвор зерносушилки. При открытии затвора осуществляется выпуск просушенного зерна. В начальный момент движения затвора отключается конечный выключатель ВП2 и воздух из пневматической емкости FCO через реле 2р сбрасывается в атмосферу.
Используя генератор стандартных сигналов как память частоты, уточните результат, измеряя частоту генератора при помощи электронного частотомера.
Особенностью генераторов стандартных сигналов является тщательная экранировка их высокочастотных элементов и приборов в целом. Это делается для предотвращения излучения энергии высокой частоты помимо выходного устройства.
Схема генератора стандартных сигналов (рис. 428) состоит из следующих основных элементов: генератора высокой частоты, генератора модулирующей частоты, измерителя уровня выходного напряжения, измерителя коэффициента глубины модуляции и выпрямителя.
Схема генератора стандартных сигналов (рис. 432) состоит аз следующих основных элементов: генератора высокой частоты, импульсно-модулящюнного блока, вольтметра и блока питания.
Измерительный генератор стандартных сигналов с амплитудной модуляцией Г4 — 1А предназначен для проверки и регулировки приемных устройств диапазона длинных, средних и коротких волн, а также для различных измерений, требующих сигнала калиброванного по частоте, напряжению и глубине модуляции. Генератор типа Г4 — 1А отличается от выпускавшегося ранее генератора стандартных сигналов ГСС-6А тем, что имеет несколько меньшую погрешность установки выходного напряжения.
Блок-схема ГСС с умножением частоты. В генераторах стандартных сигналов с амплитудной и частотной модуляцией предусматриваются обычно три основных рода работы: незатухающими колебаниями, с амплитудной модуляцией и с частотной модуляцией. Поскольку при амплитудной и частотной модуляции используется общий высокочастотный тракт и один и тот же модулирующий генератор звуковой частоты, то расширение эксплуатационных возможностей ГСС достигается при незначительном усложнении его схемы и конструкции.
В генераторах стандартных сигналов, предназначенных для измерения характеристик приемников импульсных сигналов, предусматривается импульсная модуляция кратковременными импульсами длительностью от долей микросекунд до нескольких миллисекунд. В сантиметровом диапазоне градуировка выхода ГСС производится обычно в единицах мощности и контроль уровня несущей осуществляется главным образом с помощью тер-мисторного измерителя мощности.
Упрощенная структурная схема генератора на биениях. В генераторах стандартных сигналов предусматривается возможность получения амплитудной модуляции за счет использования как внешнего, так и внутреннего источников напряжения.
Схема трансформаторного выхода низкочастотного генератора.| Схема омического выхода низкочастотного генератора. Различают генераторы стандартных сигналов и генераторы сигналов. Генераторы стандартных сигналов (ГСС) являются маломощными источниками незатухающих и модулированных колебаний, калиброванных по частоте, параметрам модулирующего сигнала и выходному напряжению.

Настройку генератора стандартных сигналов точно на частоту исследуемой станции производят аналогично описанному выше, и регулировкой напряжения, подаваемого с ГСС, добиваются прежних показаний индикатора И.
Звуковой генератор стандартных сигналов типа 101 — И представляет собой одну из наиболее современных моделей генераторов как по точности установочных данных, так и по возможностям регулировки. Обладая сравнительно широким диапазоном частот, он может быть использован для изучения частотных характеристик усилителей низкой частоты; регулировка же выходного напряжения в пределах от 1 до 10 — 6 в обеспечивает возможность снятия амплитудных характеристик усилителей с большим коэффициентом усиления.
Схема генератора стандартных сигналов типа ГСС-8 (рис. 430) состоит из следующих основных узлов: блока высокой частоты, системы делителей напряжения, модуляторного устрой ства, вольтметра, измерителя глубины модуляции и питающего устройства.

Стандарты на аналоговые сигналы

Для аналоговых сигналов наиболее распространены стандартные диапазоны постоянного напряжения -10..+10В и 0..+10В и постоянного тока 0..20мА и 4..20мА. Теоретически нет ограничений на эти сигналы.

В цифровых системах аналоговый сигнал преобразуется в дигитальный. После вычисления управляющего воздействия в микропроцессоре PLC дигитальная величина преобразуется обратно в аналоговую.

Входные сигналы от датчиков очень различны – от нескольких мВ (термопары) до сотен В (тахометры). Есть величины постоянного тока, переменного, и даже сопротивление.

Сигнал от сенсора преобразуется преобразователем в стандартный и подаётся на вход аналогового модуля.

Аналоговые сигналы — низкого уровня и поэтому подвержены электрической интерференции или шуму. Сигнал, представленный электрическим током, меньше подвержен шумам, поэтому обычно используется токовая цепь. Ток может быть преобразован в напряжение на балластном резисторе 250 Ом.

Общий стандарт – аналоговый сигнал представлен как ток в пределах 4 – 20 мА, где 4 – низкий уровень сигнала и 20мА – высокий уровень сигнала.

Датчик давления даёт сигнал 4 – 20 мА, представляющий диапазон 0 – 10 бар. Рассчитать, какой ток соответствует измеряемому давлению 8 бар. Какое напряжение на балластном резисторе 250 Ом соответствует этому измеряемому давлению? По формуле

находим ток и затем напряжение по закону Ома.

Смещение 4мА (offset) в качестве «0» имеет следующие цели:

а) Защита от повреждения датчика или кабеля. Если датчик не работает или кабель поврежден, или к.з., то тока через балластный резистор нет и напряжение на нём «0». Это может быть определено и использовано, напрмер, для выдачи тревоги «отказ датчика».

в) Смещение 4мА ещё просто инсталлировать. Предполагается, что датчик имеет локальный источник питания и питается токовым сигналом. Но проще и чаще применяется 2-х проводное соединение. Здесь источник питания (24 – 30В) вмонтирован локально в принимающий прибор. И линия сигнала служит и для для питания датчика, и для передачи тока. Датчик получает ток 4 – 20 мА от источника согласно измеряемому сигналу. Ток преобразуется в напряжение на резисторе. 4мА – это ток, необходимый датчику для сохранения работы. Датчик с 0 –20 мА не может работать так.

При автоматизации технологических процессов используются различные датчики и исполнительные устройства. И те и другие так или иначе связаны с контроллерами или модулями ввода/вывода, которые получают от датчиков измеренные значения физических параметров и управляют исполнительными устройствами.

Представьте, что все устройства, присоединяемые к контроллеру имели бы различные интерфейсы — тогда производителям пришлось бы «плодить» огромное количество модулей ввода-вывода, а для того, чтобы заменить, например, неисправный датчик, нужно было бы искать точно такой же.

Именно поэтому, в системах промышленной автоматики принято унифицировать интерфейсы различных устройств.

В этой статье мы расскажем об унифицированных аналоговых сигналах. Поехали!

Унифицированные аналоговые сигналы

С аналоговыми сигналами мы имеем дело при измерении любых физических величин (температуры, влажности, давления и т.д.), а так же при непрерывном управлении исполнительными устройствами (регулирование скорости вращения двигателя с помощью преобразователя частоты; управление температурой с помощью нагревателя и т.д.).

Во всех перечисленных и им подобных случаях используются аналоговые (непрерывные) сигналы.

В контроллерном оборудовании в подавляющем большинстве случаев используются два типа аналоговых сигналов: токовый 4-20 мА и сигнал напряжения 0-10 В.

Унифицированный сигнал напряжения 0-10 В

При использовании этого типа сигнала для получения информации с датчика весь его (датчика) диапазон делится на диапазон напряжения 0-10 В. Например, датчик температуры имеет диапазоны -10…+70 °С. Тогда при -10 °С на выходе датчика будет 0 В, а при +70 °С — 10 В. Все промежуточные значения находятся из пропорции.

Это же верно для любого другого устройства. Например, если аналоговый выход частотного преобразователя настроен на передачу текущей скорости вращения двигателя — тогда 0 В у него на выходе означает, что двигатель остановлен, а 10 В, что двигатель крутится на максимальной частоте.

Управление сигналом 0-10 В

С помощью унифицированного сигнала напряжения можно не только получать данные о физических величинах, но и управлять устройствами. Например, можно привести в нужное положение, изменить скорость вращения электродвигателя через частотный преобразователь или мощность нагревателя.

Возьмём для примера электродвигатель, частотой вращения которого управляет частотный преобразователь.

Частоту вращения двигателя задаёт контроллер сигналом 0-10 В, приходящим на аналоговый вход частотника.Частота вращения двигателя двигателя может быть от 0 до 50 Гц. Тогда, если в соответствии с алгоритмом контроллер собирается раскрутить двигатель на 25 Гц, он должен подать на вход частотника 5В.

«Токовая петля»: унифицированный аналоговый сигнал 4-20 мА

Аналоговый сигнал 4-20 мА (ещё называют «токовая петля») так же как сигнал напряжения 0-10 В используется в автоматике для получения информации от датчиков и управления различными устройствами.

По сравнению с сигналом 0-10 В сигнал 4-20 мА имеет ряд преимуществ:

  • Во-первых, токовый сигнал можно передать на большие расстояния в сравнении с сигналом 0-10 В, в котором происходит падение напряжения на длинной линии, обусловленное сопротивлением проводников.
  • Во-вторых, легко диагностировать обрыв линии, т.к. рабочий диапазон сигнала начинается от 4 мА. Поэтому если на входе 0 мА — значит на линии обрыв.

Управление сигналом 4-20 мА

Управление различными устройствами с помощью токового сигнала ничем не отличается от управления с помощью сигнала напряжения. Только в данном случае нужен уже источник не напряжения, а тока.

Если устройство имеет управляющий вход 4-20 мА, то таким устройством может управлять контроллер или другое интеллектуальное устройство, имеющее соответствующий выход.

Например, мы хотим плавно открывать вентиль, имеющий электропривод со входом 4-20 мА. Если подать на вход сигнал тока 4 мА, тогда вентиль будет полностью закрыт, а если подать 20 мА — полностью открыт.

Активный и пассивный аналоговый выход 4-20 мА

Зачастую аналоговый выход датчика, контроллера или другого устройства — пассивный, то есть не может являться источником тока без внешнего питания. Поэтому при проектировании схемы автоматики нужно внимательно изучить характеристики аналоговых выходов используемых устройств, и если они пассивные — добавить в схему внешний источник питания для пропитки токовой петли.

На рисунке представлена схема подключения датчика с выходом 4-20 мА к измерителю-регулятору с соответствующим входом. Поскольку выход датчика пассивный — требуется его пропитка внешним блоком питания.

При измерении физической величины (температуры, влажности, загазованности, pH и др.) датчики преобразуют её значение в ток, напряжение, сопротивление, ёмкость и т.д. (в зависимости от принципа работы датчика). Для того, чтобы привести выходной сигнал датчика к унифицированному сигналу используют нормирующие преобразователи.

Нормирующий преобразователь — устройство, приводящее сигнал первичного преобразователя к унифицированному сигналу тока или напряжения.

Так выглядит датчик температуры с нормирующим преобразователем:

Структура распределённой АСУ ТП — Сигнальные модули (модули ввода/вывода)

Название: А. Элементы автоматики Классификация систем автоматики
Раздел: Остальные рефераты
Тип: реферат Добавлен 00:12:03 26 апреля 2012 Похожие работы
Просмотров: 7357 Комментариев: 11 Оценило: 5 человек Средний балл: 4.8 Оценка: неизвестно Скачать
Индекс материала
Структура распределённой АСУ ТП
Уровень ввода/вывода (полевой уровень)
Сигнальные модули (модули ввода/вывода)
Обработка аналоговых сигналов в процессе ввода в контроллер
Все страницы

2.1 Сигнальные модули (модули ввода/вывода)

Модули ввода/вывода бывают 4 типов:

1) Сигнальные модули аналогового ввода (AI, analogue input). Они принимают от датчиков, подключенных к его входам, электрические сигналы унифицированного диапазона, например:

  • 0-20 или 4-20 mA (токовый сигнал);
  • 0-10 V или 0-5 V (потенциальный сигнал);
  • сигналы от термопар (TC) измеряются миливольтами;
  • сигналы от термосопротивлений (RTD).

Допустим, у нас есть датчик давления с диапазоном измерений 0-6 бар и токовым выходом 4-20 mA. Датчик измеряет давление P, которое в данный момент равно 3 бар. Так как датчик линейно преобразует значение измеряемого давления в токовый сигнал, то на выходе датчика будет:

Вход сигнального модуля AI, настроенный на те же диапазоны (4-20 mA и 0-6 бар), принимает сигнал 12 mA и делает обратное преобразование:

Соответствие диапазона электрического сигнала между входом модуля и выходом подключенного к нему датчика обязательно для корректной работы системы.

2) Сигнальные модули дискретного ввода (DI, discrete input). Принимают от датчиков дискретный электрический сигнал, который может иметь только два значения: или 0 или 24 V (в редких случаях 0 или 220 V). Вход модуля DI также может реагировать на замыкание/размыкание контакта в подключенной к нему цепи. К DI обычно подключают датчики контактного типа, кнопки ручного управления, статусные сигналы от систем сигнализации, приводов, позиционирующих устройств и т.д.

Допустим, у нас есть насос. Когда он не работает, его статусный (выходной) контакт разомкнут. Соответствующий дискретный вход сигнального модуля DI находится в состоянии “0”. Как только насос запустили, его статусный контакт замыкается, и напряжение 24 V идет на клеммы входа DI. Модуль, получив напряжение на дискретном входе, переводит его в состояние “1”.

3) Сигнальные модули дискретного вывода (DO, discrete output). В зависимости от внутреннего логического состояния выхода (“1” или “0”) устанавливает на клеммах дискретного выхода напряжение 24 V или 0 V соответственно. Есть вариант, когда модуль в зависимости от логического состояния выхода просто замыкает или размыкает внутренний контакт (модуль релейного типа). Модули DO могут управлять приводами, отсечными клапанами, зажигать светосигнальные лампочки, включать звуковую сигнализацию и т.д.

4) Сигнальные модули аналогового вывода (АО, analogue output) используются для подачи токового управляющего сигнала на исполнительные механизмы с аналоговым управляющим сигналом. Допустим, регулирующий клапан с управляющим входом 4-20 mA необходимо открыть на 50 %. В этом случае на соответствующий выход АO, к которому подключен вход клапана, подается ток I вых:

Под действием входного тока 12 mA клапан переходит на 50 % открытия.

Соответствие диапазона электрического сигнала между выходом модуля и входом подключенного к нему исполнительного механизма обязательно. Модуль ввода/вывода также характеризуются канальностью – числом входов/выходов, а, следовательно, и количеством сигнальных цепей, которые к нему можно подключить. Например, модуль AI4 — это четырехканальный модуль аналогового ввода. К нему можно подключить 4 датчика. DI16 — модуль дискретного ввода, имеющий шестнадцать каналов. К нему можно подключить 16 статусных сигналов от технологических агрегатов.

В современных системах расположение модулей ввода/вывода на базовой плате строго не регламентировано, и их можно устанавливать в произвольном порядке. Однако один или несколько слотов, как правило, зарезервированы под установку коммуникационного модуля. Иногда возможна установка сразу двух коммуникационных модулей, работающих параллельно. Это делается для повышения отказоустойчивости системы ввода/вывода.

Одним их жестких требований, предъявляемых к современным подсистемам ввода/вывода, является возможность “горячей” замены модулей без отключения питания (функция hot swap).

Коммуникационные модули обеспечивают обмен данными между ПЛК, станциями распределенной периферии, интеллектуальными датчиками и исполнительными устройствами. Модули поддерживают один из коммуникационных протоколов:

Обмен информацией, как правило, осуществляется с использованием механизма ведущий-ведомый (master-slave). Только ведущее устройство на шине может инициировать обмен данными. Ведомые устройства пассивно прослушивают все данные, идущие по шине, и только в случае получения запроса от ведущего устройства отправляют обратно ответ. Каждое устройство на шине имеет свой уникальный сетевой адрес, необходимый для однозначной идентификации. Узлы ввода/вывода, как правило, являются ведомыми устройствами, в то время как контроллеры — ведущими.

На рисунке 5 показана цифровая полевая шина, объединяющая один контроллер (с монитором) и четыре узла ввода/вывода. Каждое устройство, подключенное к шине, имеет свой уникальный адрес. Пусть, например, ПЛК с адресом 1 хочет считать показание датчика давления. Датчик подключен к станции распределенной периферии с сетевым адресом 5, к модулю AI, расположенному в слоте 6, входной канал 12. Тогда ПЛК формирует и отправляет по шине запрос следующего содержания:

Рис. 5 Подключение ПЛК и станций распределенной периферии к полевой шине

Каждый узел прослушивает все запросы на шине. Узел 5 узнает, что запрос адресован ему, считывает показание датчика и формирует ответ в виде следующего сообщения:

Контроллер, получив ответ от ведомого устройства, считывает поле данных с датчика и выполняет соответствующую обработку. Пусть, например, после обработки данных ПЛК вырабатывает управляющий сигнал на открытие клапана на 50 %. Управляющий вход клапана подключен к второму каналу модуля AO, расположенного в слоте 3 узла 7. ПЛК формирует команду следующего содержания:

Узел 7, прослушивая шину, встречает адресованную ему команду. Он записывает уставку 50 % в регистр, соответствующий слоту 3, каналу 2. При этом модуль AO формирует на выходе 2 необходимый электрический сигнал. После чего узел 7 высылает контроллеру подтверждение успешного выполнения команды.

Контроллер получает ответ от узла 7 и считает, что команда выполнена. Это всего лишь упрощенная схема взаимодействия контроллера с узлами ввода/вывода. В реальных АСУ ТП, наряду с рассмотренными выше, используется множество диагностических, управляющих и сервисных сообщений. Хотя сам принцип “запрос-ответ” (“команда-подтверждение”), реализованный в большинстве полевых протоколов, остается неизменным.

Напомним еще раз, что наряду с рассмотренной выше схемой ввода/вывода в АСУ ТП могут применяться схемы ввода/вывода через сигнальные модули, установленные непосредственно в слоты (или на профильную рейку) ПЛК (без использования станций распределенной периферии).

Каждый электрик должен знать:  Не работает подсветка в вытяжке после замены лампочек
Добавить комментарий