Sinais analógicos unificados em sistemas de automação

Quando criamos um sistema de automação para um determinado processo tecnológico, precisamos de alguma forma conectar sensores e outros dispositivos de sinalização - com atuadores, conversores, controladores, etc. Estes últimos, via de regra, recebem um sinal do sensor na forma de uma tensão ou corrente de certa magnitude (no caso de sinais analógicos), ou na forma de pulsos com determinados parâmetros de tempo (no caso de sinais digitais).

Os parâmetros desses sinais elétricos devem corresponder de uma forma bem definida aos parâmetros da grandeza física que o sensor fixa, de forma que o controle do dispositivo final seja adequado à tarefa de automação.

Claro, é mais conveniente unificar sinais analógicos de diferentes sensores, para que os controladores ganhem flexibilidade, de modo que o usuário não precise escolher seu tipo de interface individual para cada sensor e seu próprio sensor para cada interface.

Deixe a natureza dos sinais de entrada-saída se tornar unificada, decidiram os desenvolvedores, pois com essa abordagem o desenvolvimento de sistemas de automação e blocos de automação para a indústria será bastante simplificado e a solução de problemas, manutenção e modernização de equipamentos se tornará muito mais fácil - flexível. Mesmo que um sensor falhe, você não precisa procurar exatamente o mesmo, basta escolher um analógico com os sinais de saída correspondentes.

Medições de temperatura ambiente, rotação do motor, pressão do fluido, tensão mecânica da amostra, umidade do ar, etc. — são geralmente realizados pelo processamento de sinais analógicos contínuos recebidos dos sensores relevantes, enquanto a operação contínua do dispositivo conectado é corrigida automaticamente: elemento de aquecimento, conversor de frequência, bomba, prensa, etc.

O sinal analógico mais comum é um sinal de tensão variando de 0 a 10 V ou um sinal de corrente variando de 4 a 20 mA.

Controle de tensão de 0 a 10 V

Quando um sinal unificado de tensão de 0 a 10 V é usado, essa sequência contínua de tensões de 0 a 10 V é associada a uma série de grandezas físicas medidas, como pressão ou temperatura.

Suponha que a temperatura mude de -30 a +125°C enquanto a voltagem mude de 0 a 10 V, com 0 volts correspondendo a uma temperatura de -30°C e 10 volts a +125°C. Esta pode ser a temperatura do reagente ou a peça de trabalho, e os valores intermediários de temperatura terão valores de tensão estritamente definidos da faixa especificada. Aqui a relação não é necessariamente linear.

Dessa forma, é possível controlar vários dispositivos, bem como obter informações de monitoramento. Por exemplo, um radiador com sensor térmico possui uma saída analógica para exibir a temperatura atual: 0 V — a temperatura da superfície do radiador é de + 25 ° C ou inferior, 10 V — a temperatura atingiu + 125 ° C — o máximo permitido.

Ou aplicando uma tensão de 0 a 10 V do controlador à entrada analógica da bomba, ajustamos a pressão do gás no recipiente: 0 V — a pressão é igual à atmosférica, 5 V — a pressão é de 2 atm, 10 V — 4 atm. Da mesma forma, você pode controlar dispositivos de aquecimento, máquinas de corte de metal, válvulas e outros acessórios e atuadores para diversos fins.

Controle de corrente (loop de corrente de 4 a 20 mA)

O segundo tipo de sinal analógico unificado para controle de automação é um sinal de corrente de 4-20 mA denominado «loop de corrente». Este sinal também é usado para receber sinais de vários sensores para controlar os drives.

Ao contrário de um sinal de tensão, a natureza atual do sinal permite que ele seja transmitido sem distorção em distâncias muito maiores, pois a tensão da linha cai e as resistências são compensadas automaticamente. Além disso, é muito fácil diagnosticar a integridade dos circuitos de transmissão - se houver corrente, a linha está intacta, se não houver corrente, há um circuito aberto. Por esta razão, o menor valor é 4 mA, não 0 mA.

Portanto, aqui uma fonte de corrente é usada como fonte de energia para o sinal de controle e não uma fonte de tensão. Consequentemente, o controlador de acionamento deve ter uma entrada de corrente de 4-20 mA e o transdutor do sensor deve ter uma saída de corrente.Suponha que o conversor de frequência tenha uma entrada de corrente de controle de 4-20 mA, quando um sinal de 4 mA ou menos for aplicado à entrada, o inversor controlado irá parar e, quando uma corrente de 20 mA for aplicada, ele acelerará para velocidade máxima.

Enquanto isso, as saídas dos sensores de corrente podem ser ativas e passivas. Na maioria das vezes, as saídas são passivas, o que significa que é necessária uma fonte de alimentação adicional, que é conectada em série com o sensor e o controlador de acionamento. Um sensor ou controlador com uma saída ativa não requer uma fonte de alimentação, pois é integrado.

O loop de corrente analógico é mais comumente usado na engenharia hoje do que os sinais de tensão. Pode ser usado em distâncias de até vários quilômetros. Para proteger o equipamento, é usado isolamento galvânico de dispositivos optoeletrônicos, como optoacopladores. Devido à imperfeição da fonte de corrente, o comprimento máximo permitido da linha (e a resistência máxima da linha) depende da tensão da qual a fonte de corrente é fornecida.

Por exemplo, com uma tensão de alimentação típica de 12 volts, a resistência não deve exceder 600 ohms. As faixas de correntes e tensões são descritas em GOST 26.011-80 «Medições e automação. Entrada e saída de corrente e tensão elétrica contínua».

Ferramenta de Unificação de Sinal Primário - Conversor de Normalização

Para unificar o sinal primário do sensor - para convertê-lo em uma tensão de 0 a 10 V ou em uma corrente de 4 a 20 mA, o chamado normalizando conversores… Esses conversores de padronização estão disponíveis para temperatura, umidade, pressão, peso, etc.

O princípio de operação do sensor pode ser diferente: capacitivo, indutivo, resistivo, termopar, etc. No entanto, para conveniência no processamento posterior do sinal, a saída deve atender aos requisitos de unificação. É por isso que os sensores geralmente são equipados com conversores padrão do valor medido em corrente ou tensão.