4'ü 1 arada sensörün kontrolöre bağlantısı. Analog sensörler: uygulama, kontrolöre bağlanma yöntemleri. Sistem aşağıdakilerden oluşur:

Burada, modern endüstriyel ekipmanlarda her yerde bulunan endüktif sensörlerin transistör çıkışına bağlanması gibi önemli bir pratik konuyu ayrıca gündeme getirdim. Ayrıca sensörler için gerçek talimatlar ve örneklere bağlantılar sağlanmaktadır.

Sensörlerin aktivasyonu (çalışması) prensibi herhangi bir şey olabilir - endüktif (yakınlık), optik (fotoelektrik), vb.

İlk bölümde sensör çıkışları için olası seçenekler anlatılmıştır. Sensörleri kontaklara (röle çıkışı) bağlarken herhangi bir sorun olmamalıdır. Ancak transistörlü olanlarda ve bir denetleyiciye bağlanan her şey o kadar basit değil.

PNP ve NPN sensörleri için bağlantı şemaları

PNP ve NPN sensörleri arasındaki fark, güç kaynağının farklı kutuplarını değiştirmeleridir. PNP ("Pozitif" kelimesinden gelir) güç kaynağının pozitif çıkışını, NPN - negatifi değiştirir.

Aşağıda örnek olarak sensörleri bir transistör çıkışına bağlamak için şemalar verilmiştir. Yükle – kural olarak bu denetleyici girişidir.

Sensör. Yük (Yük) sürekli olarak “eksi”ye (0V) bağlanır, ayrık “1” (+V) beslemesi bir transistör tarafından anahtarlanır. NO veya NC sensörü – kontrol devresine bağlıdır (Ana devre)

Sensör. Yük (Yük) sürekli olarak “artı”ya (+V) bağlıdır. Burada yüke açık transistör üzerinden güç sağlanırken sensör çıkışındaki aktif seviye (ayrık “1”) düşüktür (0V).

Herkesin kafasını karıştırmamasını rica ediyorum; bu planların işleyişi aşağıda ayrıntılı olarak anlatılacaktır.

Aşağıdaki diyagramlar temelde aynı şeyi göstermektedir. PNP ve NPN çıkış devrelerindeki farklılıklara vurgu yapılır.

NPN ve PNP sensör çıkışları için bağlantı şemaları

Soldaki resimde çıkış transistörlü bir sensör var NPN. Bu durumda güç kaynağının negatif kablosu olan ortak kablo değiştirilir.

Sağda bir transistör durumu var PNPçıkışta. Bu durum en yaygın olanıdır, çünkü modern elektroniklerde güç kaynağının negatif kablosunu ortak hale getirmek ve kontrolörlerin ve diğer kayıt cihazlarının girişlerini pozitif potansiyelle etkinleştirmek gelenekseldir.

Endüktif sensör nasıl kontrol edilir?

Bunu yapmak için ona güç sağlamanız, yani devreye bağlamanız gerekir. Ardından – etkinleştirin (başlatın). Etkinleştirildiğinde gösterge yanacaktır. Ancak gösterge, endüktif sensörün doğru çalışmasını garanti etmez. %100 emin olmak için yükü bağlamanız ve üzerindeki voltajı ölçmeniz gerekir.

Sensörlerin değiştirilmesi

Daha önce yazdığım gibi, temel olarak iç yapıya ve anahtarlama devresine göre bölünmüş 4 tip transistör çıkışlı sensör vardır:

• PNP NO
• PNP NC
• NPN YOK
• NPN NC

Tüm bu tip sensörler birbirleriyle değiştirilebilir; bunlar değiştirilebilir.

Bu, aşağıdaki şekillerde uygulanır:

• Başlatma cihazının değiştirilmesi - tasarım mekanik olarak değiştirilir.
• Mevcut sensör bağlantı devresinin değiştirilmesi.
• Sensör çıkışı tipinin değiştirilmesi (sensör gövdesinde bu tür anahtarlar varsa).
• Programın yeniden programlanması – belirli bir girişin aktif seviyesinin değiştirilmesi, program algoritmasının değiştirilmesi.

Aşağıda bağlantı şemasını değiştirerek bir PNP sensörünü NPN sensörle nasıl değiştirebileceğinize dair bir örnek verilmiştir:

PNP-NPN değiştirilebilirlik şemaları. Solda orijinal şema, sağda değiştirilmiş şema bulunmaktadır.

Bu devrelerin çalışmasını anlamak, transistörün sıradan röle kontaklarıyla temsil edilebilecek anahtar bir eleman olduğu gerçeğini anlamanıza yardımcı olacaktır (örnekler notasyonda aşağıda verilmiştir).

İşte soldaki diyagram. Sensör tipinin HAYIR olduğunu varsayalım. Daha sonra (çıkıştaki transistörün tipine bakılmaksızın), sensör aktif olmadığında çıkış “kontakları” açıktır ve bunlardan hiçbir akım geçmez. Sensör aktif olduğunda kontaklar kapatılır ve bunun sonucunda ortaya çıkan tüm sonuçlar ortaya çıkar. Daha doğrusu, bu kontaklardan akım akarken)). Akım akışı yük boyunca bir voltaj düşüşü yaratır.

İç yükün bir nedenden dolayı noktalı çizgiyle gösterilmesi. Bu direnç mevcuttur, ancak varlığı sensörün kararlı çalışmasını garanti etmez; sensörün kontrolör girişine veya başka bir yüke bağlanması gerekir. Bu girişin direnci ana yüktür.

Sensörde dahili yük yoksa ve kolektör "havada asılı duruyorsa" buna "açık kolektör devresi" denir. Bu devre SADECE bağlı bir yük ile çalışır.

Yani, PNP çıkışlı bir devrede, etkinleştirildiğinde, açık bir transistör aracılığıyla kontrolör girişine voltaj (+V) sağlanır ve etkinleştirilir. Aynısını NPN çıkışıyla nasıl başarabiliriz?

Gerekli sensörün el altında olmadığı ve makinenin "hemen" çalışması gerektiği durumlar vardır.

Sağdaki diyagramdaki değişikliklere bakıyoruz. Her şeyden önce sensör çıkış transistörünün çalışma modu sağlanır. Bunu yapmak için devreye ek bir direnç eklenir, direnci genellikle yaklaşık 5,1 - 10 kOhm'dur. Artık sensör aktif değilken ilave bir direnç üzerinden kontrolör girişine voltaj (+V) sağlanarak kontrolör girişi aktif hale getirilir. Sensör aktif olduğunda, kontrolör girişi açık bir NPN transistörü tarafından şöntlendiğinden ve ek direnç akımının neredeyse tamamı bu transistörden geçtiğinden, kontrolör girişinde ayrı bir "0" bulunur.

Bu durumda sensör işleminin yeniden aşaması meydana gelir. Ancak sensör modunda çalışır ve kontrolör bilgi alır. Çoğu durumda bu yeterlidir. Örneğin, darbe sayma modunda - bir takometre veya iş parçası sayısı.

Evet, tam olarak istediğimiz şey bu değildi ve npn ve pnp sensörleri için değiştirilebilirlik şemaları her zaman kabul edilebilir değildir.

Tam işlevselliğe nasıl ulaşılır? Yöntem 1 – metal plakayı (aktivatör) mekanik olarak hareket ettirin veya yeniden yapın. Veya optik bir sensörden bahsediyorsak ışık boşluğu. Yöntem 2 – denetleyici girişini, ayrık “0” denetleyicinin aktif durumu ve “1” pasif durum olacak şekilde yeniden programlayın. Elinizde bir dizüstü bilgisayar varsa, ikinci yöntem hem daha hızlı hem de daha kolaydır.

Yakınlık sensörü sembolü

Devre şemalarında endüktif sensörler (yakınlık sensörleri) farklı şekilde gösterilmiştir. Ama asıl önemli olan 45° döndürülmüş bir kare ve içinde iki dikey çizginin olmasıdır. Aşağıda gösterilen diyagramlarda olduğu gibi.

NC sensörleri YOK. Şematik diyagramlar.

Üstteki şemada normalde açık (NO) bir kontak (geleneksel olarak belirlenmiş PNP transistörü) vardır. İkinci devre normalde kapalıdır ve üçüncü devrenin her ikisi de bir mahfazadaki kontaklardır.

Sensör kablolarının renk kodlaması

Standart sensör etiketleme sistemi mevcuttur. Şu anda tüm üreticiler buna bağlı kalıyor.

Ancak kurulumdan önce bağlantı kılavuzuna (talimatlara) bakarak bağlantının doğru olduğundan emin olmak iyi bir fikirdir. Ek olarak, kural olarak, boyutu izin veriyorsa, kablo renkleri sensörün kendisinde gösterilir.

Bu işaretlemedir.

• Mavi – Güç eksi
• Kahverengi – Artı
• Siyah – Çıkış
• Beyaz – ikinci çıkış veya kontrol girişi, talimatlara bakmanız gerekir.

Endüktif sensörler için tanımlama sistemi

Sensör tipi, sensörün ana parametrelerini kodlayan dijital alfabetik kodla gösterilir. Aşağıda popüler Autonics sensörleri için etiketleme sistemi bulunmaktadır.

Bazı endüktif sensör türleri için talimatları ve kılavuzları indirin:İşimde tanışıyorum.

İlginiz için hepinize teşekkür ederim, sensörlerin bağlanmasıyla ilgili soruları yorumlarda bekliyorum!

Mekanizmaları ve birimleri kontrol etmek için teknolojik süreçlerin otomatikleştirilmesi sürecinde, çeşitli fiziksel büyüklüklerin ölçümleriyle uğraşmak gerekir. Bu, sıvı veya gazın sıcaklığı, basıncı ve akışı, dönme hızı, ışık yoğunluğu, mekanizmaların parçalarının konumu hakkında bilgi ve çok daha fazlası olabilir. Bu bilgi sensörler kullanılarak elde edilir. Burada öncelikle mekanizmaların parçalarının konumu hakkında.

Ayrık sensörler

En basit sensör sıradan bir mekanik kontaktır: kapı açılır - kontak açılır, kapanır - kapanır. Bu kadar basit bir sensör ve verilen işletim algoritması çoğu zaman... Örneğin bir su vanası gibi iki konumu olan öteleme hareketi olan bir mekanizma için iki kontağa ihtiyacınız olacaktır: bir kontak kapalı - vana kapalı, diğeri kapalı - kapalı.

Çeviri hareketi için daha karmaşık bir algoritma, otomatik makinenin termoplastik kalıbını kapatmak için bir mekanizmaya sahiptir. Başlangıçta kalıp açıktır, bu başlangıç ​​pozisyonudur. Bu pozisyonda bitmiş ürünler kalıptan çıkarılır. Daha sonra işçi güvenlik korumasını kapatır ve kalıp kapanmaya başlar ve yeni bir çalışma döngüsü başlar.

Kalıbın yarımları arasındaki mesafe oldukça büyüktür. Bu nedenle ilk başta kalıp hızlı hareket eder ve yarımlar kapanmadan belli bir mesafe önce limit anahtarı tetiklenir, hareket hızı önemli ölçüde azalır ve kalıp sorunsuz bir şekilde kapanır.

Bu algoritma, kalıbı kapatırken darbeyi önlemenizi sağlar, aksi takdirde kalıp küçük parçalara ayrılabilir. Kalıbı açarken de aynı hız değişikliği meydana gelir. Burada iki kontak sensörü artık yeterli değil.

Dolayısıyla kontak tabanlı sensörler ayrık veya ikili olup kapalı – açık veya 1 ve 0 olmak üzere iki konuma sahiptir. Yani bir olayın meydana gelip gelmediğini söyleyebiliriz. Yukarıdaki örnekte temas noktaları tarafından birkaç nokta "yakalanmıştır": hareketin başlangıcı, hızın azaldığı nokta, hareketin sonu.

Geometride bir noktanın boyutu yoktur, sadece bir noktadır ve hepsi bu. Ya olabilir (bir kağıt parçası üzerinde, bizim durumumuzda olduğu gibi hareketin yörüngesinde) ya da basitçe mevcut değildir. Bu nedenle noktaları tespit etmek için ayrık sensörler kullanılır. Belki burada bir noktayla karşılaştırma pek uygun değildir, çünkü pratik amaçlar için ayrı bir sensörün tepkisinin doğruluğunu kullanıyorlar ve bu doğruluk geometrik noktadan çok daha büyük.

Ancak mekanik temasın kendisi güvenilmezdir. Bu nedenle mümkün olan her yerde mekanik kontakların yerini temassız sensörler alır. En basit seçenek kamış anahtarlardır: mıknatıs yaklaşır, kontak kapanır. Kamış anahtarın doğruluğu arzulanan çok şey bırakıyor; bu tür sensörler yalnızca kapıların konumunu belirlemek için kullanılmalıdır.

Çeşitli temassız sensörler daha karmaşık ve doğru bir seçenek olarak değerlendirilmelidir. Metal bayrak yuvaya girerse sensör tetiklendi. Bu tür sensörlerin bir örneği, çeşitli serilerdeki BVK (Temassız Limit Anahtarı) sensörleridir. Bu tür sensörlerin tepki doğruluğu (hareket farkı) 3 milimetredir.

Şekil 1. BVK serisi sensör

BVK sensörlerinin besleme voltajı 24V, yük akımı 200mA'dır, bu da kontrol devresiyle daha fazla koordinasyon için ara röleleri bağlamak için yeterlidir. BVK sensörleri çeşitli ekipmanlarda bu şekilde kullanılır.

BVK sensörlerinin yanı sıra BTP, KVP, PIP, KVD, PISH tipi sensörler de kullanılmaktadır. Her seride sayılarla belirtilen çeşitli sensör türleri bulunur; örneğin BTP-101, BTP-102, BTP-103, BTP-211.

Bahsedilen tüm sensörler temassız ayrıktır, asıl amaçları mekanizmaların ve düzeneklerin parçalarının konumunu belirlemektir. Doğal olarak bu sensörlerden çok daha fazlası var, hepsini tek bir makalede yazmak imkansız. Çeşitli kontak sensörleri daha da yaygındır ve hala yaygın olarak kullanılmaktadır.

Analog sensörlerin uygulanması

Otomasyon sistemlerinde ayrık sensörlerin yanı sıra analog sensörler de yaygın olarak kullanılmaktadır. Amaçları, çeşitli fiziksel büyüklükler hakkında yalnızca genel olarak değil, gerçek zamanlı olarak bilgi elde etmektir. Daha kesin olarak, fiziksel bir miktarın (basınç, sıcaklık, aydınlatma, akış, voltaj, akım) iletişim hatları aracılığıyla kontrolöre iletilmeye ve bunun daha fazla işlenmesine uygun bir elektrik sinyaline dönüştürülmesi.

Analog sensörler genellikle kontrol ünitesinden oldukça uzakta bulunur, bu nedenle sıklıkla bu şekilde anılırlar. saha cihazları. Bu terim genellikle teknik literatürde kullanılır.

Bir analog sensör genellikle birkaç parçadan oluşur. En önemli kısım sensör elemanıdır - sensör. Amacı ölçülen değeri elektrik sinyaline dönüştürmektir. Ancak sensörden alınan sinyal genellikle küçüktür. Amplifikasyona uygun bir sinyal elde etmek için sensör çoğunlukla bir köprü devresine dahil edilir. Wheatstone köprüsü.

Şekil 2. Wheatstone köprüsü

Köprü devresinin asıl amacı direnci doğru bir şekilde ölçmektir. AD köprüsünün köşegenine bir DC kaynağı bağlanır. Diğer köşegene ise orta noktası sıfır olan hassas bir galvanometre bağlanır. Rx direncinin direncini ölçmek için R2 ayar direncini döndürerek köprünün dengesini sağlamalı ve galvanometre iğnesini sıfıra ayarlamalısınız.

Alet okunun bir yönde veya başka yönde sapması, direnç R2'nin dönme yönünü belirlemenizi sağlar. Ölçülen direncin değeri, R2 direncinin koluyla birleştirilmiş ölçekle belirlenir. Köprü için denge koşulu R1/R2 ve Rx/R3 oranlarının eşitliğidir. Bu durumda BC noktaları arasında sıfır potansiyel farkı elde edilir ve galvanometre V'den hiçbir akım geçmez.

R1 ve R3 dirençlerinin direnci çok hassas bir şekilde seçilmiştir, yayılmaları minimum düzeyde olmalıdır. Ancak bu durumda, köprüdeki küçük bir dengesizlik bile BC köşegeninin voltajında ​​​​oldukça gözle görülür bir değişikliğe neden olur. Çeşitli analog sensörlerin hassas elemanlarını (sensörleri) bağlamak için kullanılan köprünün bu özelliğidir. O zaman her şey basit, bir teknik meselesi.

Sensörden alınan sinyalin kullanılması için daha fazla işlem yapılması gerekir - amplifikasyon ve kontrol devresi tarafından iletilmeye ve işlenmeye uygun bir çıkış sinyaline dönüştürülmesi - denetleyici. Çoğu zaman, analog sensörlerin çıkış sinyali akımdır (analog akım döngüsü), daha az sıklıkla voltajdır.

Neden güncel? Gerçek şu ki, analog sensörlerin çıkış aşamaları mevcut kaynaklara göre oluşturulmuştur. Bu, bağlantı hatlarının direncinin çıkış sinyali üzerindeki etkisinden kurtulmanıza ve uzun bağlantı hatları kullanmanıza olanak tanır.

Daha fazla dönüşüm oldukça basittir. Akım sinyali, akımı bilinen dirençli bir dirençten geçirmenin yeterli olduğu voltaja dönüştürülür. Ölçme direnci üzerindeki voltaj düşüşü, Ohm kanunu U=I*R'ye göre elde edilir.

Örneğin 100 Ohm dirence sahip bir direnç üzerinde 10 mA akım için voltaj 10*100 = 1000 mV yani 1 volt kadar olacaktır! Bu durumda sensörün çıkış akımı, bağlantı kablolarının direncine bağlı değildir. Elbette makul sınırlar içerisinde.

Analog sensörlerin bağlanması

Ölçme direncinde elde edilen voltaj, kontrolöre giriş için uygun bir dijital forma kolaylıkla dönüştürülebilir. Dönüşüm kullanılarak yapılır analogdan dijitale dönüştürücüler ADC.

Dijital veriler kontrolöre seri veya paralel kodla iletilir. Her şey spesifik anahtarlama devresine bağlıdır. Analog sensör için basitleştirilmiş bir bağlantı şeması Şekil 3'te gösterilmektedir.

Şekil 3. Analog sensörün bağlanması (büyütmek için resme tıklayın)

Aktüatörler kontrolöre bağlanır veya kontrolörün kendisi otomasyon sistemine dahil olan bir bilgisayara bağlanır.

Doğal olarak analog sensörler, elemanlarından biri bağlantı elemanlarına sahip bir mahfaza olan eksiksiz bir tasarıma sahiptir. Örnek olarak, Şekil 4, Zond-10 tipi bir aşırı basınç sensörünün görünümünü göstermektedir.

Şekil 4. Aşırı basınç sensörü Zond-10

Sensörün altında boru hattına bağlanmak için bağlantı dişini görebilirsiniz ve sağda siyah kapağın altında iletişim hattını kontrolöre bağlamak için bir konektör bulunur.

Dişli bağlantı, duman bandı veya keten ile sarılmak yerine, tavlanmış bakırdan yapılmış bir rondela (sensörün teslimat paketine dahildir) kullanılarak sızdırmaz hale getirilir. Bu, sensörü takarken içeride bulunan sensör elemanının deforme olmaması için yapılır.

Analog sensör çıkışları

Standartlara göre üç aralıkta akım sinyali vardır: 0...5mA, 0...20mA ve 4...20mA. Aralarındaki fark nedir ve özellikleri nelerdir?

Çoğu zaman, çıkış akımının bağımlılığı ölçülen değerle doğru orantılıdır; örneğin, borudaki basınç ne kadar yüksek olursa, sensör çıkışındaki akım da o kadar büyük olur. Bazen ters anahtarlama kullanılsa da: daha büyük bir çıkış akımı, sensör çıkışında ölçülen miktarın minimum değerine karşılık gelir. Her şey kullanılan denetleyicinin türüne bağlıdır. Bazı sensörlerde doğrudan sinyalden ters sinyale geçiş bile bulunur.

0...5mA aralığındaki çıkış sinyali çok küçüktür ve bu nedenle girişime karşı hassastır. Ölçülen parametrenin değeri değişmeden kalırken böyle bir sensörün sinyali dalgalanıyorsa, sensör çıkışına paralel olarak 0,1...1 μF kapasiteli bir kapasitör takılması tavsiye edilir. 0...20mA aralığındaki akım sinyali daha kararlıdır.

Ancak bu aralıkların her ikisi de kötü çünkü ölçeğin başlangıcındaki sıfır, ne olduğunu açık bir şekilde belirlememize izin vermiyor. Yoksa ölçülen sinyal prensipte mümkün olan sıfır seviyesine mi ulaştı, yoksa iletişim hattı mı koptu? Bu nedenle mümkünse bu aralıkları kullanmaktan kaçınmaya çalışırlar.

Çıkış akımı 4...20 mA aralığında olan analog sensörlerden gelen sinyalin daha güvenilir olduğu kabul edilir. Gürültü bağışıklığı oldukça yüksektir ve ölçülen sinyal sıfır seviyesinde olsa bile alt limit 4 mA olacaktır, bu da iletişim hattının kopmadığını söylememizi sağlar.

4...20mA aralığının bir başka iyi özelliği de sensörlerin kendisine güç sağlayan akım olduğundan sensörlerin yalnızca iki kablo kullanılarak bağlanabilmesidir. Bu onun mevcut tüketimidir ve aynı zamanda bir ölçüm sinyalidir.

4...20mA aralığındaki sensörler için güç kaynağı, Şekil 5'te gösterildiği gibi açılır. Aynı zamanda Zond-10 sensörleri, diğerleri gibi, veri sayfalarına göre 10'luk geniş bir besleme voltajı aralığına sahiptir. ...38V, ancak çoğunlukla 24V voltajla kullanılıyorlar.

Şekil 5. Analog sensörün harici güç kaynağına bağlanması

Bu diyagram aşağıdaki elemanları ve sembolleri içerir. Rsh ölçüm şönt direncidir, Rl1 ve Rl2 iletişim hatlarının direncidir. Ölçüm doğruluğunu arttırmak için Rsh olarak hassas ölçüm direnci kullanılmalıdır. Güç kaynağından gelen akımın akışı oklarla gösterilmiştir.

Güç kaynağının çıkış akımının +24V terminalinden geçtiğini, Rl1 hattı üzerinden sensör terminali +AO2'ye ulaştığını, sensörden ve sensörün çıkış kontağı - AO2, Rl2 bağlantı hattından geçtiğini görmek kolaydır, direnç Rsh -24V güç kaynağı terminaline geri döner. İşte bu, devre kapalı, akım akıyor.

Kontrolörün 24V'luk bir güç kaynağı varsa, Şekil 6'da gösterilen şemaya göre bir sensörün veya ölçüm dönüştürücünün bağlanması mümkündür.

Şekil 6. Analog sensörün dahili güç kaynağına sahip bir denetleyiciye bağlanması

Bu şemada bir eleman daha gösterilmektedir - balast direnci Rb. Amacı, iletişim hattında kısa devre olması veya analog sensörün arızalanması durumunda ölçüm direncini korumaktır. Direnç Rb'nin takılması arzu edilmesine rağmen isteğe bağlıdır.

Ölçüm transdüserleri, çeşitli sensörlerin yanı sıra otomasyon sistemlerinde oldukça sık kullanılan bir akım çıkışına da sahiptir.

Dönüştürücü- örneğin 220V gibi voltaj seviyelerini veya onlarca veya yüzlerce amperlik bir akımı 4...20mA'lik bir akım sinyaline dönüştüren bir cihaz. Burada, elektrik sinyalinin seviyesi basitçe dönüştürülür ve bazı fiziksel niceliklerin (hız, akış, basınç) elektriksel biçimde temsili yapılmaz.

Ancak kural olarak tek bir sensör yeterli değildir. En popüler ölçümlerden bazıları sıcaklık ve basınç ölçümleridir. Modern fabrikalarda bu tür noktaların sayısı onbinlere ulaşabilir. Buna bağlı olarak sensör sayısı da fazladır. Bu nedenle, çoğu zaman birkaç analog sensör aynı anda bir kontrolöre bağlanır. Tabii ki, aynı anda birkaç bin değil, bir düzine farklı olsa iyi olur. Böyle bir bağlantı Şekil 7'de gösterilmektedir.

Şekil 7. Birden fazla analog sensörün denetleyiciye bağlanması

Bu şekil, bir akım sinyalinden dijital koda dönüştürülmeye uygun bir voltajın nasıl elde edildiğini gösterir. Bu tür birkaç sinyal varsa, hepsi aynı anda işlenmez, ancak zaman içinde ayrılır ve çoğullanır, aksi takdirde her kanala ayrı bir ADC'nin kurulması gerekir.

Bu amaçla kontrolörde bir devre anahtarlama devresi bulunmaktadır. Anahtarın işlevsel şeması Şekil 8'de gösterilmektedir.

Şekil 8. Analog sensör kanal anahtarı (resim tıklanabilir)

Ölçüm direnci (UR1...URn) boyunca gerilime dönüştürülen akım döngü sinyalleri, analog anahtarın girişine beslenir. Kontrol sinyalleri dönüşümlü olarak amplifikatör tarafından güçlendirilen UR1...URn sinyallerinden birinin çıkışına geçer ve dönüşümlü olarak ADC girişine ulaşır. Dijital koda dönüştürülen voltaj kontrolöre verilir.

Şema elbette çok basitleştirilmiş, ancak içinde çoğullama ilkesini dikkate almak oldukça mümkün. Bu, Smolensk PC "Prolog" tarafından üretilen MSTS kontrolörlerinin (teknik araçların mikroişlemci sistemi) analog sinyallerini girmek için kullanılan modülün yaklaşık olarak nasıl inşa edildiğidir. MSTS denetleyicisinin görünümü Şekil 9'da gösterilmektedir.

Şekil 9. MSTS denetleyicisi

Bu tür kontrolörlerin üretimi uzun süredir durdurulmuştur, ancak bazı yerlerde en iyisinden uzak, bu kontrolörler hala hizmet vermektedir. Bu müze sergilerinin yerini, çoğunlukla ithal (Çin) olan yeni modellerin kontrolörleri alıyor.

Kontrol cihazı metal bir kabine monte edilmişse koruyucu örgülerin kabin topraklama noktasına bağlanması önerilir. Bağlantı hatlarının uzunluğu, uygun formüller kullanılarak hesaplanan iki kilometreden fazla olabilir. Burada hiçbir şeyi saymayacağız ama inanın bana bu doğru.

Yeni sensörler, yeni kontrolörler

Yeni kontrolörlerin gelmesiyle birlikte HART protokolünü kullanan yeni analog sensörler(Otoyol Adreslenebilir Uzaktan Dönüştürücü), "Otoyol aracılığıyla uzaktan adreslenen ölçüm dönüştürücüsü" anlamına gelir.

Sensörün (saha cihazı) çıkış sinyali, üzerine frekans modülasyonlu (FSK - Frekans Kaydırma Anahtarlama) dijital iletişim sinyalinin eklendiği 4...20 mA aralığında bir analog akım sinyalidir.

Şekil 10. HART Protokolü aracılığıyla Analog Sensör Çıkışı

Şekilde bir analog sinyal gösterilmektedir ve bir sinüs dalgası onun etrafında bir yılan gibi kıvrılmaktadır. Bu frekans modülasyonlu bir sinyaldir. Ancak bu kesinlikle dijital bir sinyal değil; henüz tanınmadı. Mantıksal bir sıfır iletirken sinüzoidin frekansının (2,2 KHz), bir birim iletirken (1,2 KHz) olduğundan daha yüksek olduğu şekilde dikkat çekicidir. Bu sinyallerin iletimi, genliği ±0,5 mA olan sinüzoidal şekilli bir akımla gerçekleştirilir.

Sinüzoidal sinyalin ortalama değerinin sıfır olduğu bilinmektedir, bu nedenle dijital bilgilerin iletimi 4...20 mA sensörün çıkış akımını etkilemez. Bu mod sensörleri yapılandırırken kullanılır.

HART iletişimi iki şekilde gerçekleştirilir. İlk durumda, standart olanda, iki telli bir hat üzerinden yalnızca iki cihaz bilgi alışverişinde bulunabilirken, analog sinyal çıkışı 4...20 mA ölçülen değere bağlıdır. Bu mod saha cihazlarını (sensörler) yapılandırırken kullanılır.

İkinci durumda, iki telli bir hatta en fazla 15 sensör bağlanabilir; bunların sayısı iletişim hattının parametreleri ve güç kaynağının gücü ile belirlenir. Bu çok noktalı moddur. Bu modda, her sensörün 1...15 aralığında kendi adresi vardır ve kontrol cihazı bu adrese erişim sağlar.

Adresi 0 olan sensörün iletişim hattından bağlantısı kesilir. Çok noktalı modda sensör ile kontrol cihazı arasındaki veri alışverişi yalnızca bir frekans sinyali ile gerçekleştirilir. Sensörün mevcut sinyali istenilen seviyede sabitlenir ve değişmez.

Çok noktalı iletişim durumunda veri, yalnızca izlenen parametrenin gerçek ölçüm sonuçları değil aynı zamanda her türlü hizmet bilgisinin tamamı anlamına gelir.

Öncelikle bunlar sensör adresleri, kontrol komutları ve konfigürasyon parametreleridir. Ve tüm bu bilgiler iki kablolu iletişim hatları üzerinden iletilir. Onlardan da kurtulmak mümkün mü? Doğru, bu yalnızca kablosuz bağlantının kontrollü sürecin güvenliğini etkileyemediği durumlarda dikkatli bir şekilde yapılmalıdır.

Tellerden kurtulabileceğiniz ortaya çıktı. Zaten 2007 yılında WirelessHART Standardı yayınlandı; iletim ortamı, kablosuz yerel alan ağları da dahil olmak üzere birçok kablosuz bilgisayar cihazının çalıştığı lisanssız 2,4 GHz frekansıdır. Bu nedenle WirelessHART cihazları da herhangi bir kısıtlama olmaksızın kullanılabilir. Şekil 11, WirelessHART kablosuz ağını göstermektedir.

Şekil 11. WirelessHART ağı

Bu teknolojiler eski analog akım döngüsünün yerini almıştır. Ama aynı zamanda konumundan da vazgeçmiyor, mümkün olan her yerde yaygın olarak kullanılıyor.

Akım sensörünün mikrodenetleyiciye bağlanması

Teorinin temellerine aşina olduktan sonra verileri okuma, dönüştürme ve görselleştirme konusuna geçebiliriz. Yani basit bir DC akım ölçer tasarlayacağız.

Sensörün analog çıkışı mikro denetleyicinin ADC kanallarından birine bağlanır. Gerekli tüm dönüşümler ve hesaplamalar mikrodenetleyici programında uygulanmıştır. Verileri görüntülemek için 2 satır karakterli bir LCD göstergesi kullanılır.

Deneysel tasarım

Bir akım sensörüyle deneme yapmak için yapıyı Şekil 8'de gösterilen şemaya göre monte etmek gerekir. Yazar bunun için bir devre tahtası ve mikro denetleyici tabanlı bir modül kullanmıştır (Şekil 9).

ACS712-05B akım sensörü modülü hazır olarak satın alınabilir (eBay'de çok ucuza satılır) veya kendiniz yapabilirsiniz. Filtre kondansatörünün kapasitansı 1 nF olarak seçilmiş olup, güç kaynağı için 0,1 µF blokaj kondansatörü takılmıştır. Gücün açık olduğunu belirtmek için söndürme direncine sahip bir LED lehimlenmiştir. Sensörün güç kaynağı ve çıkış sinyali, modül kartının bir tarafındaki konnektöre bağlanır, karşı tarafta ise akan akımı ölçmek için 2 pinli bir konnektör bulunur.

Akım ölçüm deneyleri için sensörün akım ölçüm terminallerine 2,7 Ohm / 2 W seri direnç üzerinden ayarlanabilir sabit voltaj kaynağı bağlıyoruz. Sensör çıkışı mikro denetleyicinin RA0/AN0 bağlantı noktasına (pim 17) bağlanır. Mikrodenetleyicinin B portuna iki satır karakterli bir LCD göstergesi bağlanır ve 4 bit modunda çalışır.

Mikrodenetleyici +5 V'luk bir voltajla çalıştırılır, aynı voltaj ADC için referans olarak kullanılır. Mikrodenetleyici programında gerekli hesaplamalar ve dönüşümler uygulanır.

Dönüşüm işleminde kullanılan matematiksel ifadeler aşağıda verilmiştir.

Akım sensörü hassasiyeti Sens = 0,185 V/A. Vcc = 5 V besleme ve Vref = 5 V referans gerilimi ile hesaplanan ilişkiler aşağıdaki gibi olacaktır:

ADC çıkış kodu

Buradan

Sonuç olarak, akımı hesaplama formülü aşağıdaki gibidir:

Önemli Not. Yukarıdaki ilişkiler, ADC için besleme voltajı ve referans voltajının 5 V'a eşit olduğu varsayımına dayanmaktadır. Bununla birlikte, akım I ve ADC çıkış kodu Sayımı ile ilgili son ifade, güç kaynağı voltajı dalgalansa bile geçerli kalır. Bu, açıklamanın teorik kısmında tartışılmıştır.

Son ifadeden sensörün mevcut çözünürlüğünün 26,4 mA olduğu görülebilmektedir, bu da 513 ADC örneğine karşılık gelmektedir, bu da beklenen sonuçtan bir örnek fazladır. Dolayısıyla bu uygulamanın küçük akımların ölçülmesine izin vermediği sonucuna varabiliriz. Küçük akımları ölçerken çözünürlüğü ve hassasiyeti artırmak için işlemsel yükselteç kullanmanız gerekecektir. Böyle bir devrenin bir örneği Şekil 10'da gösterilmektedir.

Mikrodenetleyici programı

PIC16F1847 mikrodenetleyici programı C dilinde yazılmış ve mikroC Pro ortamında (mikroElektronika) derlenmiştir. Ölçüm sonuçları, iki ondalık basamak hassasiyetiyle iki satırlı bir LCD göstergede görüntülenir.

çıkış

Sıfır giriş akımıyla ACS712 çıkış voltajı ideal olarak kesinlikle Vcc/2 olmalıdır, yani. 512 sayısı ADC'den okunmalıdır.Sensör çıkış voltajının 4,9 mV kayması, dönüşüm sonucunun ADC'nin en az anlamlı 1 biti kadar kaymasına neden olur (Şekil 11). (Vref = 5,0 V için, 10 bitlik ADC'nin çözünürlüğü 5/1024 = 4,9 mV olacaktır), bu da 26 mA giriş akımına karşılık gelir. Dalgalanmaların etkisini azaltmak için birkaç ölçüm yapılması ve ardından sonuçların ortalamasının alınması tavsiye edilir.

Düzenlenmiş güç kaynağının çıkış voltajı 1 V'a eşit olarak ayarlanırsa
direnç yaklaşık 370 mA'lık bir akım taşımalıdır. Deneyde ölçülen akım değeri 390 mA olup, doğru sonucu ADC'nin en az anlamlı basamağını bir birim aşmaktadır (Şekil 12).

2 V voltajda gösterge 760 mA gösterecektir.

Bu, ACS712 akım sensörü hakkındaki tartışmamızı sonlandırıyor. Ancak bir konuya daha değinmedik. Bu sensörü kullanarak AC akımı nasıl ölçülür? Sensörün, test uçlarından akan akıma karşılık gelen anlık bir yanıt sağladığını unutmayın. Akım pozitif yönde akarsa (pin 1 ve 2'den pin 3 ve 4'e), sensörün hassasiyeti pozitiftir ve çıkış voltajı Vcc/2'den büyüktür. Akım yön değiştirirse hassasiyet negatif olacak ve sensörün çıkış voltajı Vcc/2 seviyesinin altına düşecektir. Bu, bir AC sinyalini ölçerken mikro denetleyicinin ADC'sinin akımın RMS değerini hesaplayabilecek kadar hızlı örnekleme yapması gerektiği anlamına gelir.

İndirilenler

Mikrodenetleyici programının kaynak kodu ve ürün yazılımı dosyası -

1950'lerden bu yana, izleme ve kontrol uygulamalarında vericilerden veri iletmek için akım döngüleri kullanılmaktadır. Düşük uygulama maliyetleri, yüksek gürültü bağışıklığı ve uzun mesafelerde sinyal iletme yeteneği ile akım döngüsünün endüstriyel ortamlarda kullanım için özellikle uygun olduğu kanıtlanmıştır. Bu materyal, bir akım döngüsünün temel çalışma prensiplerinin, tasarımın temellerinin ve konfigürasyonun bir açıklamasına ayrılmıştır.

Dönüştürücüden veri aktarmak için akımı kullanma

Endüstriyel sensörler, bir voltaj sinyali kullanan termokupllar veya gerinim ölçerler gibi diğer çoğu dönüştürücünün aksine, verileri iletmek için sıklıkla bir akım sinyali kullanır. Bilgi aktarımı için bir parametre olarak voltajı kullanan dönüştürücüler birçok endüstriyel uygulamada gerçekten etkili olmasına rağmen, akım karakteristiklerinin kullanımının tercih edildiği bir takım uygulamalar da vardır. Endüstriyel ortamlarda sinyalleri iletmek için voltaj kullanmanın önemli bir dezavantajı, kablolu iletişim hatlarının direncinin varlığı nedeniyle uzun mesafelerde iletildiğinde sinyalin zayıflamasıdır. Sinyal kaybını aşmak için elbette yüksek giriş empedanslı cihazları kullanabilirsiniz. Ancak bu tür cihazlar yakındaki motorlar, tahrik kayışları veya yayın vericileri tarafından üretilen gürültüye karşı çok hassas olacaktır.

Kirchhoff'un birinci yasasına göre, bir düğüme giren akımların toplamı, düğümden çıkan akımların toplamına eşittir.
Teorik olarak devrenin başlangıcında akan akımın tam olarak sonuna ulaşması gerekir,
Şekil 1'de gösterildiği gibi. 1.

Şekil 1. Kirchhoff'un birinci yasasına göre devrenin başlangıcındaki akım, sonundaki akıma eşittir.

Bu, ölçüm döngüsünün çalıştığı temel prensiptir.Akım döngüsünün herhangi bir yerinde (ölçüm döngüsü) akımın ölçülmesi aynı sonucu verir. Endüstriyel uygulamalar, düşük giriş empedanslı akım sinyallerini ve veri toplama alıcılarını kullanarak gelişmiş gürültü bağışıklığından ve artırılmış bağlantı uzunluğundan büyük ölçüde yararlanabilir.

Mevcut döngü bileşenleri
Bir akım döngüsünün ana bileşenleri, Şekil 2'de gösterildiği gibi bir DC kaynağı, bir sensör, bir veri toplama cihazı ve bunları sıraya bağlayan kablolardan oluşur.

İncir. 2. Mevcut döngünün fonksiyonel diyagramı.

Bir DC kaynağı sisteme güç sağlar. Dönüştürücü, kablolardaki akımı 4 ila 20 mA arasında düzenler; burada 4 mA, canlı sıfırı ve 20 mA, maksimum sinyali temsil eder.
0 mA (akım yok) açık devre anlamına gelir. Veri toplama cihazı düzenlenmiş akımın miktarını ölçer. Akımı ölçmek için etkili ve doğru bir yöntem, akımı bir ölçüm voltajına dönüştürmek için veri toplama cihazının enstrümantasyon amplifikatörünün girişine (Şekil 2'de) hassas bir şönt direnç yerleştirmek ve sonuçta voltajı açıkça yansıtan bir sonuç elde etmektir. Dönüştürücünün çıkışındaki sinyal.

Bir akım döngüsünün çalışma prensibini daha iyi anlamaya yardımcı olmak için, örneğin aşağıdaki teknik özelliklere sahip dönüştürücü içeren bir sistem tasarımını düşünün:

Dönüştürücü basıncı ölçmek için kullanılır
Dönüştürücü ölçüm cihazından 2000 feet uzakta bulunur
Veri toplama cihazı tarafından ölçülen akım, operatöre dönüştürücüye uygulanan basınç miktarı hakkında bilgi sağlar.

Uygun bir dönüştürücü seçerek örneğe bakmaya başlayalım.

Güncel Sistem Tasarımı

Dönüştürücü seçimi

Mevcut bir sistemi tasarlamanın ilk adımı bir dönüştürücü seçmektir. Ölçülen değişkenin türü (akış, basınç, sıcaklık vb.) ne olursa olsun, dönüştürücü seçiminde önemli bir faktör çalışma voltajıdır. Yalnızca bir güç kaynağının dönüştürücüye bağlanması, iletişim hattındaki akım miktarını düzenlemenize olanak tanır. Güç kaynağı voltajı kabul edilebilir sınırlar içinde olmalıdır: gereken minimum değerden büyük ve dönüştürücüye zarar verebilecek maksimum değerden düşük.

Örnekteki mevcut sistem için, seçilen dönüştürücü basıncı ölçer ve 12 ila 30 V arasında bir çalışma voltajına sahiptir. Dönüştürücü seçildikten sonra, dönüştürücüye uygulanan basıncın doğru bir temsilini sağlamak için akım sinyalinin doğru şekilde ölçülmesi gerekir. .

Akım Ölçümü İçin Veri Toplama Cihazı Seçme

Bir akım sistemi kurarken dikkat etmeniz gereken önemli bir husus, toprak devresinde bir akım döngüsünün ortaya çıkmasını önlemektir. Bu gibi durumlarda yaygın olarak kullanılan teknik izolasyondur. Yalıtım kullanarak, oluşumu Şekil 3'te açıklanan topraklama döngüsünün etkisinden kaçınabilirsiniz.

Şek. 3. Topraklama döngüsü

Bir devredeki bağlı iki terminal farklı potansiyellerde olduğunda toprak döngüleri oluşur. Bu fark, iletişim hattına ilave akım girmesine neden olur ve bu da ölçüm hatalarına yol açabilir.
Veri toplama cihazı izolasyonu, Şekil 4'te gösterildiği gibi sinyal kaynağı toprağının ölçüm cihazının giriş amplifikatörü toprağından elektriksel olarak ayrılmasını ifade eder.

Akım yalıtım bariyerinden geçemediğinden amplifikatörün ve sinyal kaynağının toprak noktaları aynı potansiyeldedir. Bu, yanlışlıkla bir topraklama döngüsü oluşturma olasılığını ortadan kaldırır.

Şekil 4. Yalıtılmış Devrede Ortak Mod Gerilimi ve Sinyal Gerilimi

Yalıtım aynı zamanda yüksek ortak mod voltajları mevcut olduğunda veri toplama cihazının zarar görmesini de önler. Ortak mod voltajı, bir enstrümantasyon amplifikatörünün her iki girişinde de mevcut olan aynı polariteye sahip bir voltajdır. Örneğin, Şekil 4'te. Amplifikatörün hem pozitif (+) hem de negatif (-) girişleri +14 V ortak mod voltajına sahiptir. Birçok veri toplama cihazının maksimum giriş aralığı ±10 V'tur. Veri toplama cihazının yalıtımı yoksa ve ortak mod voltajı maksimum giriş aralığının dışındaysa cihaza zarar verebilirsiniz. Şekil 4'teki amplifikatörün girişindeki normal (sinyal) voltajı yalnızca +2 V olmasına rağmen, +14 V eklemek +16 V'luk bir voltajla sonuçlanabilir.
(Sinyal voltajı amplifikatörün "+" ve "-" uçları arasındaki voltajdır, çalışma voltajı normal ve ortak mod voltajının toplamıdır), bu da daha düşük çalışma voltajına sahip toplama cihazları için tehlikeli bir voltaj seviyesini temsil eder.

İzolasyonda amplifikatörün ortak noktası, sıfır noktasından elektriksel olarak ayrılır. Şekil 4'teki devrede amplifikatörün ortak noktasındaki potansiyel +14 V seviyesine "yükseltilir". Bu teknik, giriş voltajının 16 V'tan 2 V'a düşmesine neden olur. Artık veriler toplandığı için cihaz, artık aşırı gerilim hasarı riskiyle karşı karşıya değildir. (İzolatörlerin reddedebilecekleri maksimum ortak mod voltajına sahip olduğunu unutmayın.)

Veri toplama cihazı izole edilip korunduktan sonra mevcut döngüyü oluşturmanın son adımı uygun güç kaynağının seçilmesidir.

Güç Kaynağı Seçme

İhtiyaçlarınıza en uygun güç kaynağının hangisi olduğunu belirlemek kolaydır. Bir akım döngüsünde çalışırken, güç kaynağı sistemin tüm elemanlarındaki voltaj düşüşlerinin toplamına eşit veya bundan daha büyük bir voltaj üretmelidir.

Örneğimizdeki veri toplama cihazı, akımı ölçmek için hassas bir şönt kullanıyor.
Bu direnç üzerindeki voltaj düşüşünü hesaplamak gerekir. Tipik bir şönt direnci 249 Ω'dur. 4 .. 20 mA akım döngüsü akım aralığı için temel hesaplamalar
şunları göster:

ben*R=U
0,004A*249Ω= 0,996V
0,02A*249Ω= 4,98V

249 Ω'luk bir şöntten, veri toplama cihazının girişindeki voltaj değerini basınç dönüştürücünün çıkış sinyalinin değeriyle ilişkilendirerek 1 ila 5 V aralığındaki bir voltajı kaldırabiliriz.
Belirtildiği gibi, basınç vericisi minimum 12 V, maksimum 30 V çalışma voltajı gerektirir. Hassas şönt direnç üzerindeki voltaj düşüşünü vericinin çalışma voltajına ekleyerek aşağıdakileri elde ederiz:

12 V+ 5 V=17 V

İlk bakışta 17V'luk bir voltaj yeterlidir ancak elektrik direncine sahip kabloların güç kaynağı üzerinde oluşturduğu ek yükü de hesaba katmak gerekir.
Sensörün ölçüm cihazlarından uzağa yerleştirildiği durumlarda akım döngüsünü hesaplarken kabloların direnç faktörünü hesaba katmalısınız. Bakır teller uzunluklarıyla doğru orantılı bir DC direncine sahiptir. Örnek basınç sensörüyle, güç kaynağının çalışma voltajını belirlerken 2000 feet iletişim hattı uzunluğunu hesaba katmanız gerekir. Tek çekirdekli bakır kablonun doğrusal direnci 2,62 Ω/100 feet'tir. Bu direncin dikkate alınması aşağıdakileri sağlar:

2000 feet uzunluğundaki bir çekirdeğin direnci 2000 * 2,62 / 100 = 52,4 m olacaktır.
Bir çekirdekteki voltaj düşüşü 0,02 * 52,4 = 1,048 V olacaktır.
Devreyi tamamlamak için iki kabloya ihtiyaç vardır, ardından iletişim hattının uzunluğu iki katına çıkar ve
Toplam voltaj düşüşü 2,096 V olacaktır. Bu, dönüştürücüden ikincil cihaza olan mesafenin 2000 feet olması nedeniyle yaklaşık 2,1 V ile sonuçlanır. Devrenin tüm elemanlarındaki voltaj düşüşlerini toplayarak şunu elde ederiz:
2,096 V + 12 V + 5 V = 19,096 V

Söz konusu devreye güç vermek için 17 V kullandıysanız, kabloların ve şönt direncinin direncindeki düşüş nedeniyle basınç dönüştürücüye sağlanan voltaj minimum çalışma voltajının altında olacaktır. Tipik bir 24V güç kaynağının seçilmesi, invertörün güç gereksinimlerini karşılayacaktır. Ayrıca basınç sensörünün daha uzak bir mesafeye yerleştirilmesi için voltaj rezervi de mevcuttur.

Doğru dönüştürücü, veri toplama cihazı, kablo uzunluğu ve güç kaynağı seçildiğinde basit bir akım döngüsünün tasarımı tamamlanır. Daha karmaşık uygulamalar için sisteme ek ölçüm kanalları dahil edebilirsiniz.