Обработка аналоговых сигналов в ПЛК

Стандарты аналоговых сигналов

В технических системах применяются два основных способа передачи и преобразования сигналов - непрерывный (аналоговый) и дискретный. При непрерывном (аналоговом) способе передачи информации передается и преобразуется каждое мгновенное значение сигнала, а при дискретном -сигнал, квантованный по времени или по уровню. Аналоговые сигналы описываются непрерывными функциями времени и часто используют для представления непрерывно изменяющихся физических величин. Например, аналоговый электрический сигнал, снимаемый с термопары, несет информацию об изменении температуры, сигнал с микрофона - о быстрых изменениях давления в звуковой волне, и т.п. Большинство датчиков различных физических величин выдают информацию в виде аналоговых сигналов. Кроме этого, есть много устройств автоматики, для управления которыми, необходимы аналоговые сигналы. Следовательно, современный

ПЛК должен уметь воспринимать, обрабатывать и выдавать аналоговые сигналы.

Как известно, сигналы от датчиков весьма разнообразны по своей природе и диапазон их изменения простирается or нескольких милливольт (для термопары) более чем сотни вольт для тахогенератора. Кроме того, эти сигналы могут быть представлены изменениями напряжения постоянного тока, переменного тока или даже изменением сопротивления. Поэтому совершенно очевидно, что для унификации датчиков аналоговые входные платы ПЛК должны работать лишь в определенном диапазоне сигналов, то есть необходимо использовать определенную стандартизацию входных аналоговых сигналов.

Происхождение входного сигнала можно представить так, как показано на рисунке 2.75. Первичный сигнал от датчика на месте преобразуется электронным устройством в определенный стандартный сигнал, а совокупность датчика и этого устройства называется информационным преобразователем. После этого стандартизированный сигнал, несущий информацию об измеряемой переменной объекта управления, может быть подан на обычную аналоговую входную плату.

Организация ввода аналоговых сигналов в ПЛК

Рисунок 2.75 - Организация ввода аналоговых сигналов в ПЛК

В мире принято использовать два вида стандартных электрических аналоговых сигналов:

  • - постоянное напряжение от 0 до 10 В;
  • - постоянный ток от 4 до 20 мА или от 0 до 20 мА.

При этом минимально возможному измеряемому значению физической величины с датчика соответствует низшее значение стандартного сигнала (0 В, 0 или 4 мА), а максимальному измеряемому значению - максимальное значение стандартного сигнала (10 В или 20 мА). Например, пусть датчик температуры имеет допустимый диапазон измерения от -50 до +100 °С. Тогда, при стандартном выходном сигнале в виде постоянного напряжения температуре -50 °С будет соответствовать напряжение на выходе датчика 0 В (отсутствие напряжения), а при температуре +100 °С на выходе получим напряжение 10 В.

Однако стандартные аналоговые сигналы являются сигналами низкого уровня и могут значительно искажаться в результате наводок от различных источников электромагнитного поля, дополнительных сопротивлений в измерительных цепях и т.д. Кроме того, если выбран стандартный сигнал в виде постоянного напряжения, то обрыв провода от датчика не рассматривается как аварийная ситуация, а может быть понят управляющим устройством как минимальное значение измеряемой величины.

Сигнал, представленный электрическим током, менее подвержен влиянию шумов, чем сигнал, представленный напряжением, поэтому обычно выбирается подключение датчика в виде токового контура (рисунок 2.76), 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, регистратор или вход ПЛК), соединенными последовательно.

Подключение датчика в виде токового контура 4.. .20 мА

Рисунок 2.76 - Подключение датчика в виде токового контура 4.. .20 мА

Управляющее устройство

Самый распространенный стандарт представляет аналоговый сигнал в виде тока с диапазоном изменения 4...20 мА, где 4 мА соответствует минимальному уровню сигнала, а 20 мА - максимальному. Сигнал 4...20 мА часто с помощью балластного резистора величиной 250 Ом преобразуется в сигнал 1...5 В (рисунок 2.76).

«Нулевой» сигнал 4 мА (называемый смешением) предназначен для двух целей. Во-первых, он используется, как зашита от повреждений преобразователя или кабельного шнура. Если происходит отказ преобразователя или обрыв шнура или же в линии связи возникает короткое замыкание, то ток через балластный резистор будет равен нулю, что соответствует «отрицательному» сигналу О В на приемной стороне. Это может быть очень легко обнаружено и использовано как аварийный сигнал «неисправность преобразователя». Ток смешения 4 мА также упрощает компоновку системы. Если рассмотреть токовый контур на рисунке 2.76, то здесь предполагается, что измерительный преобразователь имеет свой, местный источник питания для обеспечения протекания измерительного токового сигнала. Подобная компоновка возможна, но более распространенной (и более простой) является схема подключения датчика, изображенная на рисунке 2.77.

Двухпроводная схема подключения датчика

Рисунок 2.77 - Двухпроводная схема подключения датчика

Здесь источник питания (обычно 24...30 В постоянного тока) помешается 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 диапа зон сигнала будет составлять 0...20 мА. Преобразователи, включаемые по схеме рисунка 2.77, обычно называются двухпроводными.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >