자동화 시스템의 통합 아날로그 신호

특정 기술 프로세스를 위한 자동화 시스템을 만들 때 액추에이터, 컨버터, 컨트롤러 등과 같은 센서 및 기타 신호 장치를 어떻게든 연결해야 합니다. 일반적으로 후자는 센서에서 다음 형식으로 신호를 받습니다. 특정 크기의 전압 또는 전류(아날로그 신호의 경우) 또는 특정 시간 매개변수가 있는 펄스 형태(디지털 신호의 경우).

이러한 전기 신호의 매개변수는 매우 명확한 방식으로 센서가 고정하는 물리량의 매개변수와 일치해야 최종 장치의 제어가 자동화 작업에 적합합니다.

물론 서로 다른 센서의 아날로그 신호를 통합하는 것이 가장 편리하므로 컨트롤러가 유연성을 확보하여 사용자가 각 센서에 대한 개별 유형의 인터페이스와 각 인터페이스에 대한 자신의 센서를 선택할 필요가 없습니다.

입력-출력 신호의 특성이 통합되도록 개발자는 이 접근 방식을 통해 산업용 자동화 시스템 및 자동화 블록의 개발이 크게 단순화되고 장비의 문제 해결, 유지 관리 및 현대화가 훨씬 더 쉽고 유연해지기 때문에 결정했습니다. 하나의 센서가 고장나더라도 똑같은 것을 찾을 필요가 없으며 해당 출력 신호가 있는 아날로그를 선택하는 것으로 충분합니다.

주변 온도, 엔진 속도, 유체 압력, 샘플 기계적 응력, 대기 습도 등의 측정 - 연결된 장치의 연속 작동이 자동으로 수정되는 동안 관련 센서에서 수신된 연속 아날로그 신호를 처리하여 종종 수행됩니다: 발열체, 주파수 변환기, 펌프, 프레스 등.

가장 일반적인 아날로그 신호는 0~10V 범위의 전압 신호 또는 4~20mA 범위의 전류 신호입니다.

0 ~ 10V의 전압 제어

통합된 0~10V 전압 신호가 사용되면 이 연속적인 0~10V 전압 시퀀스는 압력이나 온도와 같은 일련의 측정된 물리량과 연결됩니다.

온도가 -30에서 +125°C로 변하고 전압이 0에서 10V로 변하고 0V는 -30°C의 온도에 해당하고 10V는 +125°C의 온도에 해당한다고 가정합니다. 반응물 또는 공작물 및 중간 온도 값은 지정된 범위의 엄격하게 정의된 전압 값을 갖습니다. 여기서 관계는 반드시 선형일 필요는 없습니다.

이를 통해 다양한 장치를 제어하고 모니터링 정보를 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 열 센서가 있는 라디에이터에는 현재 온도를 표시하는 아날로그 출력이 있습니다. 0V — 라디에이터 표면 온도가 + 25°C 이하, 10V — 온도가 + 125°C에 도달함 — 최대 허용.

또는 컨트롤러에서 펌프의 아날로그 입력으로 0 ~ 10V의 전압을 적용하여 용기의 가스 압력을 조정합니다. 0V — 압력은 대기압과 동일, 5V — 압력은 2atm, V — 4기압 마찬가지로 가열 장치, 금속 절단기, 밸브 및 기타 피팅과 액추에이터를 다양한 목적으로 제어할 수 있습니다.

전류 제어(4~20mA 전류 루프)

자동화 제어를 위한 통합 아날로그 신호의 두 번째 유형은 «전류 루프»라고 하는 4-20mA 전류 신호입니다. 이 신호는 드라이브를 제어하기 위해 다양한 센서로부터 신호를 수신하는 데에도 사용됩니다.

전압 신호와 달리 신호의 전류 특성으로 인해 라인 전압 강하 및 저항이 자동으로 보상되므로 훨씬 더 먼 거리에 걸쳐 왜곡 없이 전송할 수 있습니다. 또한 전송 회로의 무결성을 진단하는 것은 매우 쉽습니다. 전류가 있으면 회선이 온전하고 전류가 없으면 개방 회로가 있습니다. 이러한 이유로 가장 작은 값은 0mA가 아니라 4mA입니다.

따라서 여기서 전류 소스는 전압 소스가 아닌 제어 신호의 전원으로 사용됩니다. 따라서 드라이브 컨트롤러에는 4-20mA 전류 입력이 있어야 하고 센서 변환기에는 전류 출력이 있어야 합니다.주파수 변환기에 4-20mA의 제어 전류 입력이 있다고 가정하면 4mA 이하의 신호가 입력에 적용되면 제어된 드라이브가 정지하고 20mA의 전류가 적용되면 전속력.

한편, 전류 센서 출력은 활성 및 수동 모두일 수 있습니다. 대부분의 경우 출력은 패시브이며 이는 센서 및 드라이브 컨트롤러와 직렬로 연결된 추가 전원 공급 장치가 필요함을 의미합니다. 활성 출력이 있는 센서 또는 컨트롤러는 내장되어 있으므로 전원 공급 장치가 필요하지 않습니다.

아날로그 전류 루프는 오늘날 엔지니어링에서 전압 신호보다 더 일반적으로 사용됩니다. 최대 수 킬로미터의 거리에서 사용할 수 있습니다. 장비를 보호하기 위해 광 커플러와 같은 광전자 장치의 갈바닉 절연이 사용됩니다. 전류 소스의 불완전성으로 인해 최대 허용 라인 길이(및 최대 라인 저항)는 전류 소스가 공급되는 전압에 따라 다릅니다.

예를 들어 일반적인 공급 전압이 12볼트인 경우 저항은 600옴을 초과하지 않아야 합니다. 전류 및 전압 범위는 GOST 26.011-80 «측정 및 자동화. 연속 전류 및 전압의 입력 및 출력».

기본 신호 통합 도구 - 정규화 변환기

센서의 기본 신호를 통합하려면 - 이를 0~10V의 전압 또는 4~20mA의 전류로 변환합니다. 정규화 변환기… 이러한 표준화 변환기는 온도, 습도, 압력, 중량 등에 사용할 수 있습니다.

센서 작동 원리는 정전 용량, 유도 성, 저항성, 열전대 등 다를 수 있습니다. 그러나 신호 추가 처리의 편의를 위해 출력이 통합 요구 사항을 충족해야 합니다. 그렇기 때문에 센서에는 측정값을 전류 또는 전압으로 변환하는 표준 변환기가 장착되어 있는 경우가 많습니다.