オートメーションシステムにおける統合アナログ信号

特定の技術プロセスの自動化システムを作成する場合、何らかの方法でセンサーやその他の信号デバイスを、アクチュエーター、コンバーター、コントローラーなどに接続する必要があります。後者は、原則として、センサーから次の形式で信号を受け取ります。特定の大きさの電圧または電流 (アナログ信号の場合)、または特定の時間パラメータを持つパルスの形式 (デジタル信号の場合)。

これらの電気信号のパラメータは、最終デバイスの制御が自動化タスクに適切であるように、センサーが測定する物理量のパラメータに非常に明確な方法で対応する必要があります。

もちろん、異なるセンサーからのアナログ信号を統合するのが最も便利です。これにより、コントローラーが柔軟性を獲得し、ユーザーがセンサーごとに個別のタイプのインターフェースを選択したり、インターフェースごとに独自のセンサーを選択したりする必要がなくなります。

開発者らは、入出力信号の性質を統一することを決定しました。このアプローチにより、産業向けの自動化システムと自動化ブロックの開発が大幅に簡素化され、トラブルシューティング、メンテナンス、機器の最新化がはるかに簡単になり、柔軟になるからです。 1 つのセンサーが故障した場合でも、まったく同じセンサーを探す必要はなく、対応する出力信号を持つアナログを選択するだけで十分です。

周囲温度、エンジン回転数、流体圧力、サンプルの機械的応力、空気湿度などの測定。 - 多くの場合、関連するセンサーから受信した連続アナログ信号を処理することによって実行されますが、接続されたデバイス (発熱体、周波数変換器、ポンプ、プレスなど) の連続動作は自動的に修正されます。

最も一般的なアナログ信号は、0 ～ 10 V の範囲の電圧信号または 4 ～ 20 mA の範囲の電流信号です。

0～10Vの電圧制御

統一された 0 ～ 10 V の電圧信号が使用される場合、この 0 ～ 10 V の電圧の連続シーケンスは、圧力や温度などの一連の測定された物理量に関連付けられます。

温度が -30 から +125 °C に変化し、電圧が 0 から 10 V に変化すると仮定します。0 ボルトは温度 -30 °C、10 ボルトから +125 °C に対応します。これは、反応物またはワークピース、および中間温度値は、指定された範囲の厳密に定義された電圧値を持ちます。ここで、関係は必ずしも線形ではありません。

これにより、各種機器の制御や監視情報の取得が可能となります。たとえば、温度センサーを備えたラジエーターには、現在の温度を表示するアナログ出力があります。 0 V — ラジエーターの表面温度が + 25 °C 以下、10 V — 温度が + 125 °C に達した —許容される最大値。

または、コントローラーからポンプのアナログ入力に 0 ～ 10 V の電圧を印加することで、コンテナ内のガス圧力を調整します。 0 V - 圧力は大気圧に等しい、5 V - 圧力は 2 気圧、10 V — 4 atm. 同様に、加熱装置、金属切断機、バルブ、その他の継手やアクチュエーターをさまざまな目的で制御できます。

電流制御 (4 ～ 20 mA 電流ループ)

オートメーション制御用の 2 番目のタイプの統合アナログ信号は、「電流ループ」と呼ばれる 4 ～ 20 mA の電流信号です。この信号は、ドライブを制御するためにさまざまなセンサーから信号を受信するためにも使用されます。

電圧信号とは異なり、信号の電流特性により、線間電圧の降下と抵抗が自動的に補償されるため、信号ははるかに長距離にわたって歪みなく送信できます。さらに、伝送回路の完全性を診断するのは非常に簡単です。電流が流れていれば、回線は無傷であり、電流がなければ、開回路です。このため、最小値は 0 mA ではなく 4 mA となります。

したがって、ここでは、電圧源ではなく、電流源が制御信号の電源として使用されます。したがって、ドライブ コントローラーには 4 ～ 20 mA の電流入力が必要で、センサー トランスデューサーには電流出力が必要です。周波数変換器の制御電流入力が 4 ～ 20 mA であると仮定すると、入力に 4 mA 以下の信号が印加されると制御ドライブは停止し、20 mA の電流が印加されると制御ドライブは加速します。フルスピード。

一方、電流センサーの出力はアクティブとパッシブの両方になります。多くの場合、出力は受動的です。つまり、センサーとドライブ コントローラーに直列に接続された追加の電源が必要になります。アクティブ出力を備えたセンサーまたはコントローラーは、内蔵されているため電源を必要としません。

今日のエンジニアリングでは、アナログ電流ループが電圧信号よりも一般的に使用されています。数キロメートル離れた場所でも使用可能です。機器を保護するために、フォトカプラなどの光電子デバイスのガルバニック絶縁が使用されます。電流源が不完全であるため、最大許容ライン長 (および最大ライン抵抗) は、電流源が供給される電圧に依存します。

たとえば、通常の電源電圧が 12 ボルトの場合、抵抗は 600 オームを超えてはなりません。電流と電圧の範囲は、GOST 26.011-80「測定と自動化」に記載されています。連続電流と電圧の入力と出力»。

プライマリ信号統合ツール - 正規化コンバータ

センサーからの一次信号を統合するため、つまり信号を 0 ～ 10 V の電圧または 4 ～ 20 mA の電流に変換します。 正規化コンバータ… これらの標準化コンバータは、温度、湿度、圧力、重量などに利用できます。

センサーの動作原理は、容量性、誘導性、抵抗性、熱電対など、さまざまです。ただし、信号をさらに処理する際の便宜上、出力は統一要件を満たしている必要があります。そのため、センサーには測定値を電流または電圧に変換する標準コンバータが装備されていることがよくあります。