전류 출력이 있는 센서를 보조 장치에 연결합니다. 전류 출력이 있는 센서를 보조 장치에 연결 유도형 센서용 지정 시스템

메커니즘과 장치를 제어하기 위한 기술 프로세스를 자동화하는 과정에서 다양한 물리량의 측정을 처리해야 합니다. 이는 온도, 액체 또는 가스의 압력 및 흐름, 회전 속도, 광도, 메커니즘 부품의 위치에 대한 정보 등이 될 수 있습니다. 이 정보는 센서를 사용하여 얻습니다. 먼저 메커니즘 부분의 위치에 대해 설명합니다.

개별 센서

가장 간단한 센서는 일반적인 기계적 접점입니다. 도어가 열리면 접점이 열리고 닫히면 닫힙니다. 이러한 간단한 센서와 주어진 작동 알고리즘은 종종... 예를 들어 물 밸브와 같이 두 가지 위치가 있는 병진 이동 메커니즘의 경우 두 개의 접점이 필요합니다. 하나의 접점은 닫혀 있고 밸브는 닫혀 있고 다른 접점은 닫혀 있습니다.

더 복잡한 알고리즘병진 운동에는 자동 기계의 열가소성 금형을 닫는 메커니즘이 있습니다. 처음에는 금형이 열려 있으며 이것이 시작 위치입니다. 이 위치에서 완제품이 금형에서 제거됩니다. 다음으로 작업자가 안전 가드를 닫고 금형이 닫히기 시작하며 새로운 작업 사이클이 시작됩니다.

금형 절반 사이의 거리가 상당히 큽니다. 따라서 처음에는 금형이 빠르게 움직이고 반쪽이 닫히기 전 어느 정도 거리에서 리미트 스위치가 작동되어 이동 속도가 크게 감소하고 금형이 원활하게 닫힙니다.

이 알고리즘을 사용하면 금형을 닫을 때 충격을 피할 수 있습니다. 그렇지 않으면 단순히 작은 조각으로 부서질 수 있습니다. 금형을 열 때에도 동일한 속도 변화가 발생합니다. 여기서 두 개의 접촉 센서로는 더 이상 충분하지 않습니다.

따라서 접촉 기반 센서는 이산형 또는 이진형이며 닫힘, 열림 또는 1과 0의 두 위치를 갖습니다. 즉, 이벤트가 발생했는지 여부를 말할 수 있습니다. 위의 예에서는 이동 시작, 속도 감소 지점, 이동 끝 등 여러 지점이 접점에 의해 "포착"됩니다.

기하학에서 점은 차원이 없고 점만 있으면 됩니다. 그것은 (우리의 경우처럼 종이 위에, 운동 궤적에) 있을 수도 있고 단순히 존재하지 않을 수도 있습니다. 따라서 점을 감지하는 데 개별 센서가 사용됩니다. 실제적인 목적으로 개별 센서의 응답 정확도를 사용하고 이 정확도가 기하학적 점보다 훨씬 크기 때문에 여기서 점과의 비교는 그다지 적절하지 않을 수 있습니다.

그러나 기계적 접촉 자체는 신뢰할 수 없습니다. 따라서 가능하다면 기계적 접촉은 비접촉식 센서로 대체됩니다. 가장 간단한 옵션은 리드 스위치입니다. 자석이 접근하면 접점이 닫힙니다. 리드 스위치의 정확도는 많이 요구되며 이러한 센서는 도어 위치를 결정하는 데에만 사용해야 합니다.

다양한 비접촉식 센서는 더욱 복잡하고 정확한 옵션으로 간주되어야 합니다. 금속 플래그가 슬롯에 들어가면 센서가 작동되었습니다. 이러한 센서의 예로는 다양한 시리즈의 BVK(비접촉식 리미트 스위치) 센서가 있습니다. 이러한 센서의 응답 정확도(이동 차이)는 3mm입니다.

그림 1. BVK 시리즈 센서

BVK 센서의 공급 전압은 24V이고 부하 전류는 200mA이며 이는 제어 회로와의 추가 조정을 위해 중간 릴레이를 연결하기에 충분합니다. 이것이 BVK 센서가 다양한 장비에 사용되는 방식입니다.

BVK 센서 외에도 BTP, KVP, PIP, KVD, PISH 유형의 센서도 사용됩니다. 각 시리즈에는 BTP-101, BTP-102, BTP-103, BTP-211과 같이 숫자로 지정된 여러 유형의 센서가 있습니다.

언급된 모든 센서는 비접촉식 개별 센서이며 주요 목적은 메커니즘 및 어셈블리 부품의 위치를 결정하는 것입니다. 당연히 이러한 센서는 더 많이 있으므로 하나의 기사에 이에 대해 모두 쓰는 것은 불가능합니다. 다양한 접촉 센서가 훨씬 더 일반적이며 여전히 널리 사용되고 있습니다.

아날로그 센서 적용

개별 센서 외에도 아날로그 센서가 자동화 시스템에 널리 사용됩니다. 그들의 목적은 일반적인 정보뿐만 아니라 실시간으로 다양한 물리량에 대한 정보를 얻는 것입니다. 좀 더 정확하게는 변환 물리량(압력, 온도, 조명, 흐름, 전압, 전류)을 통신 라인을 통해 컨트롤러로 전송하고 추가 처리하는 데 적합한 전기 신호로 변환합니다.

아날로그 센서는 일반적으로 컨트롤러에서 상당히 멀리 위치하므로 종종 아날로그 센서라고 불립니다. 현장 장치. 이 용어는 기술 문헌에서 자주 사용됩니다.

아날로그 센서는 일반적으로 여러 부분으로 구성됩니다. 가장 중요한 부분은 센서 요소입니다. 감지기. 그 목적은 측정된 값을 전기 신호로 변환하는 것입니다. 그러나 센서에서 수신되는 신호는 일반적으로 작습니다. 증폭에 적합한 신호를 얻기 위해 센서는 브리지 회로에 포함되는 경우가 가장 많습니다. 휘트스톤 브리지.

그림 2. 휘트스톤 브리지

브리지 회로의 원래 목적은 저항을 정확하게 측정하는 것입니다. 소스는 AD 브리지의 대각선에 연결됩니다. 직류. 눈금 중앙에 0이 있고 중간점이 있는 민감한 검류계는 다른 대각선에 연결됩니다. 저항 Rx의 저항을 측정하려면 튜닝 저항 R2를 회전시켜 브리지의 평형을 이루고 검류계 바늘을 0으로 설정해야 합니다.

한 방향 또는 다른 방향으로 기기 화살표의 편차를 통해 저항 R2의 회전 방향을 결정할 수 있습니다. 측정된 저항 값은 저항 R2의 핸들과 결합된 스케일에 의해 결정됩니다. 브리지의 평형 조건은 R1/R2와 Rx/R3 비율이 동일하다는 것입니다. 이 경우 BC 지점 사이에 전위차가 0이 되고 검류계 V를 통해 전류가 흐르지 않습니다.

저항 R1 및 R3의 저항은 매우 정확하게 선택되므로 확산이 최소화되어야 합니다. 이 경우에만 브리지의 작은 불균형이라도 대각선 BC의 전압에 상당히 눈에 띄는 변화를 일으킵니다. 다양한 아날로그 센서의 민감한 요소(센서)를 연결하는 데 사용되는 것이 바로 브리지의 속성입니다. 그렇다면 모든 것이 간단하고 기술의 문제입니다.

센서에서 수신된 신호를 사용하려면 추가 처리가 필요합니다. 제어 회로에 의한 전송 및 처리에 적합한 출력 신호로 증폭 및 변환 - 제어 장치. 대부분의 경우 아날로그 센서의 출력 신호는 전류(아날로그 전류 루프)이고 전압인 경우는 적습니다.

왜 현재인가? 사실 아날로그 센서의 출력 단계는 전류 소스를 기반으로 구축되었습니다. 이를 통해 출력 신호에 대한 연결 라인 저항의 영향을 제거하고 긴 연결 라인을 사용할 수 있습니다.

추가 변환은 매우 간단합니다. 전류 신호는 전압으로 변환되며, 이는 알려진 저항의 저항기를 통해 전류를 전달하는 것으로 충분합니다. 측정 저항기의 전압 강하는 옴의 법칙 U=I*R에 따라 구해집니다.

예를 들어, 저항이 100Ω인 저항에 10mA의 전류가 있으면 전압은 10 * 100 = 1000mV, 즉 1V가 됩니다! 이 경우 센서의 출력 전류는 연결 전선의 저항에 의존하지 않습니다. 물론 합리적인 한도 내에서요.

아날로그 센서 연결

측정 저항기에서 얻은 전압은 컨트롤러에 입력하기에 적합한 디지털 형식으로 쉽게 변환될 수 있습니다. 변환은 다음을 사용하여 수행됩니다. 아날로그-디지털 변환기 ADC.

디지털 데이터는 직렬 또는 병렬 코드를 통해 컨트롤러로 전송됩니다. 그것은 모두 특정 스위칭 회로에 따라 다릅니다. 아날로그 센서의 단순화된 연결 다이어그램이 그림 3에 나와 있습니다.

그림 3. 아날로그 센서 연결(사진을 클릭하면 확대됩니다)

액추에이터는 컨트롤러에 연결되거나 컨트롤러 자체는 자동화 시스템에 포함된 컴퓨터에 연결됩니다.

당연히 아날로그 센서는 완전한 디자인을 가지고 있으며 그 요소 중 하나는 연결 요소가 있는 하우징입니다. 예를 들어, 그림 4는 모습감지기 지나친 압력 Zoned-10을 입력하세요.

그림 4. 과압 센서 Zond-10

센서 하단에는 파이프라인 연결을 위한 연결 나사산이 보이고, 검정색 커버 아래 오른쪽에는 통신선을 컨트롤러와 연결하기 위한 커넥터가 있습니다.

씰링 스레드 연결훈증테이프나 아마로 감는 것이 아닌, 단련된 구리로 만든 와셔(센서 배송 패키지에 포함)를 사용하여 만들어집니다. 이는 센서를 설치할 때 내부에 있는 센서 요소가 변형되지 않도록 하기 위한 것입니다.

아날로그 센서 출력

표준에 따르면 전류 신호에는 0~5mA, 0~20mA, 4~20mA의 세 가지 범위가 있습니다. 차이점은 무엇이며 특징은 무엇입니까?

대부분의 경우 출력 전류의 의존성은 측정된 값에 정비례합니다. 예를 들어 파이프의 압력이 높을수록 센서 출력의 전류가 커집니다. 때때로 역 스위칭이 사용되기도 하지만, 더 큰 출력 전류는 센서 출력에서 측정된 양의 최소값에 해당합니다. 그것은 모두 사용되는 컨트롤러 유형에 따라 다릅니다. 일부 센서에는 직접 신호에서 역신호로의 전환 기능도 있습니다.

0~5mA 범위의 출력 신호는 매우 작으므로 간섭을 받기 쉽습니다. 측정된 매개변수의 값이 변경되지 않은 상태에서 이러한 센서의 신호가 변동하는 경우 센서 출력과 병렬로 0.1~1μF 용량의 커패시터를 설치하는 것이 좋습니다. 0~20mA 범위의 전류 신호가 더 안정적입니다.

그러나 척도 시작 부분의 0은 무슨 일이 일어났는지 명확하게 판단할 수 없기 때문에 이 두 범위 모두 좋지 않습니다. 아니면 측정된 신호가 실제로 제로 레벨에 도달했습니까? 이는 원칙적으로 가능합니다. 아니면 단순히 통신 회선이 끊어진 것입니까? 따라서 가능하면 이러한 범위를 사용하지 않으려고 합니다.

4...20 mA 범위의 출력 전류를 갖는 아날로그 센서의 신호는 더 안정적인 것으로 간주됩니다. 노이즈 내성은 매우 높으며 측정된 신호의 레벨이 0이더라도 하한은 4mA이므로 통신 회선이 끊어지지 않았다고 말할 수 있습니다.

4~20mA 범위의 또 다른 좋은 특징은 센서 자체에 전원을 공급하는 전류이기 때문에 두 개의 와이어만 사용하여 센서를 연결할 수 있다는 것입니다. 이는 전류 소비이자 동시에 측정 신호입니다.

그림 5와 같이 4~20mA 범위의 센서용 전원 공급 장치가 켜져 있습니다. 동시에 데이터 시트에 따르면 Zond-10 센서는 다른 센서와 마찬가지로 10mA의 넓은 공급 전압 범위를 갖습니다. ...38V이지만 24V 전압에서 가장 자주 사용됩니다.

그림 5. 아날로그 센서 연결 외부 소스영양물 섭취

이 다이어그램에는 다음 요소와 기호가 포함되어 있습니다. Rsh는 측정 션트 저항기이고, Rl1 및 Rl2는 통신 회선의 저항입니다. 측정 정확도를 높이려면 Rsh로 정밀 측정 저항기를 사용해야 합니다. 전원으로부터의 전류 흐름은 화살표로 표시됩니다.

전원 공급 장치의 출력 전류는 +24V 단자에서 라인 Rl1을 통해 센서 단자 +AO2에 도달하고 센서를 통과하여 센서의 출력 접점인 AO2를 통해 라인 Rl2를 연결하는 것을 쉽게 알 수 있습니다. 저항 Rsh는 -24V 전원 공급 장치 단자로 복귀합니다. 그게 다입니다. 회로가 닫히고 전류가 흐릅니다.

컨트롤러에 24V 전원 공급 장치가 포함된 경우 그림 6에 표시된 다이어그램에 따라 센서 또는 측정 변환기를 연결할 수 있습니다.

그림 6. 내부 전원 공급 장치가 있는 컨트롤러에 아날로그 센서 연결

이 다이어그램은 안정기 저항 Rb라는 또 하나의 요소를 보여줍니다. 그 목적은 통신선이 단락되거나 아날로그 센서가 오작동하는 경우 측정 저항기를 보호하는 것입니다. 저항기 Rb의 설치는 선택 사항이지만 바람직합니다.

다양한 센서 외에도 측정 변환기에는 자동화 시스템에서 자주 사용되는 전류 출력도 있습니다.

변환기- 전압 레벨(예: 220V 또는 수십 또는 수백 암페어의 전류)을 4...20mA의 전류 신호로 변환하는 장치. 여기서 전기 신호의 레벨은 단순히 변환된 것이지 일부 물리량(속도, 흐름, 압력)을 전기적 형태로 표현한 것이 아닙니다.

그러나 일반적으로 단일 센서로는 충분하지 않습니다. 가장 널리 사용되는 측정 중 일부는 온도 및 압력 측정입니다. 당 그러한 포인트의 수 현대 생산수만 명에 달할 수 있습니다. 이에 따라 센서의 수도 많다. 따라서 여러 아날로그 센서가 한 번에 하나의 컨트롤러에 연결되는 경우가 가장 많습니다. 물론 한 번에 수천 개가 아니라 수십 개가 다르면 좋습니다. 이러한 연결은 그림 7에 나와 있습니다.

그림 7. 여러 아날로그 센서를 컨트롤러에 연결

이 그림은 전류 신호에서 디지털 코드로 변환하는 데 적합한 전압을 얻는 방법을 보여줍니다. 이러한 신호가 여러 개인 경우 한꺼번에 모두 처리되지 않고 시간별로 분리되어 다중화됩니다. 그렇지 않으면 각 채널에 별도의 ADC를 설치해야 합니다.

이를 위해 컨트롤러에는 회로 전환 회로가 있습니다. 기능 다이어그램스위치는 그림 8에 나와 있습니다.

그림 8. 아날로그 센서 채널 스위치(그림 클릭 가능)

측정 저항기(UR1...URn)의 전압으로 변환된 전류 루프 신호는 아날로그 스위치의 입력으로 공급됩니다. 제어 신호는 증폭기에 의해 증폭된 신호 UR1...URn 중 하나의 출력으로 교대로 전달되고 교대로 ADC의 입력에 도달합니다. 디지털 코드로 변환된 전압은 컨트롤러에 공급됩니다.

물론 그 계획은 매우 단순화되었지만 다중화 원리를 고려하는 것이 가능합니다. 이는 MSTS 컨트롤러(마이크로프로세서 시스템)의 아날로그 신호 입력 모듈이 대략적으로 구성되는 방식입니다. 기술적 수단) Smolensk PC "Prolog"에서 제작되었습니다. MSTS 컨트롤러의 모습은 그림 9에 나와 있습니다.

그림 9. MSTS 컨트롤러

이러한 컨트롤러의 생산은 오랫동안 중단되었지만 최고 수준과는 거리가 먼 일부 지역에서는 이러한 컨트롤러가 여전히 작동하고 있습니다. 이러한 박물관 전시품은 대부분 수입(중국산)된 새 모델의 컨트롤러로 대체되고 있습니다.

컨트롤러가 금속 캐비닛에 장착된 경우 차폐 편조를 캐비닛 접지 지점에 연결하는 것이 좋습니다. 연결선의 길이는 2km 이상에 달할 수 있으며 이는 적절한 공식을 사용하여 계산됩니다. 여기서는 아무것도 계산하지 않겠습니다. 하지만 저를 믿으세요. 사실입니다.

새로운 센서, 새로운 컨트롤러

새로운 컨트롤러가 출시되면서 HART 프로토콜을 사용하는 새로운 아날로그 센서(Highway Addressable Remote Transducer)는 "고속도로를 통해 원격으로 주소가 지정되는 측정 변환기"로 해석됩니다.

센서(필드 장치)의 출력 신호는 주파수 변조(FSK - 주파수 편이 변조) 디지털 통신 신호가 중첩되는 4~20mA 범위의 아날로그 전류 신호입니다.

그림 10. HART 프로토콜을 통한 아날로그 센서 출력

그림은 아날로그 신호를 보여주며 사인파가 뱀처럼 신호 주위를 꿈틀거립니다. 이것은 주파수 변조 신호입니다. 그러나 이는 전혀 디지털 신호가 아니며 아직 인식되지 않았습니다. 그림에서 논리 0을 전송할 때의 정현파 주파수(2.2KHz)가 단위를 전송할 때(1.2KHz)보다 높다는 것이 눈에 띕니다. 이러한 신호의 전송은 정현파 형태의 진폭 ±0.5mA를 갖는 전류에 의해 수행됩니다.

정현파 신호의 평균값은 0인 것으로 알려져 있으므로 디지털 정보 전송은 4...20mA 센서의 출력 전류에 영향을 미치지 않습니다. 이 모드는 센서를 구성할 때 사용됩니다.

HART 통신은 두 가지 방법으로 수행됩니다. 첫 번째 경우, 표준 장치 2개만 2선 라인을 통해 정보를 교환할 수 있으며 출력 아날로그 신호 4...20 mA는 측정된 값에 따라 달라집니다. 이 모드는 현장 장치(센서)를 구성할 때 사용됩니다.

두 번째 경우에는 최대 15개의 센서를 2선 라인에 연결할 수 있으며 그 수는 통신 라인의 매개변수와 전원 공급 장치의 전원에 따라 결정됩니다. 멀티포인트 모드입니다. 이 모드에서 각 센서는 제어 장치가 센서에 액세스하는 데 사용되는 1~15 범위의 자체 주소를 갖습니다.

주소가 0인 센서는 통신선에서 연결이 끊어졌습니다. 다중 지점 모드에서 센서와 제어 장치 간의 데이터 교환은 주파수 신호에 의해서만 수행됩니다. 센서의 전류 신호는 필요한 수준으로 고정되어 있으며 변경되지 않습니다.

다지점 통신의 경우 데이터는 모니터링되는 매개변수의 실제 측정 결과뿐만 아니라 모든 종류의 서비스 정보의 전체 집합을 의미합니다.

우선 센서 주소, 제어 명령, 구성 매개변수입니다. 그리고 이 모든 정보는 2선 통신 회선을 통해 전송됩니다. 그것들도 제거할 수 있나요? 사실, 무선 연결이 제어되는 프로세스의 안전에 영향을 미칠 수 없는 경우에만 이 작업을 신중하게 수행해야 합니다.

전선을 제거 할 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 이미 2007년에 WirelessHART 표준이 발표되었으며, 전송 매체는 무선 근거리 통신망을 포함한 많은 무선 컴퓨터 장치가 작동하는 비면허 2.4GHz 주파수입니다. 따라서 WirelessHART 장치도 아무런 제한 없이 사용할 수 있습니다. 그림 11은 WirelessHART 무선 네트워크를 보여줍니다.

그림 11. WirelessHART 네트워크

이러한 기술은 기존 아날로그 전류 루프를 대체했습니다. 그러나 그것은 또한 그 위치를 포기하지 않으며 가능한 한 널리 사용됩니다.

개별 센서

아날로그 센서 적용

그림 2. 휘트스톤 브리지

아날로그 센서 연결

아날로그 센서 출력

그러나 일반적으로 단일 센서로는 충분하지 않습니다. 가장 널리 사용되는 측정 중 일부는 온도 및 압력 측정입니다. 현대 공장의 이러한 지점 수는 수만 개에 달할 수 있습니다. 이에 따라 센서의 수도 많다. 따라서 여러 아날로그 센서가 한 번에 하나의 컨트롤러에 연결되는 경우가 가장 많습니다. 물론 한 번에 수천 개가 아니라 수십 개가 다르면 좋습니다. 이러한 연결은 그림 7에 나와 있습니다.

그림 7. 여러 아날로그 센서를 컨트롤러에 연결

이를 위해 컨트롤러에는 회로 전환 회로가 있습니다. 스위치의 기능 다이어그램은 그림 8에 나와 있습니다.

그림 8. 아날로그 센서 채널 스위치(그림 클릭 가능)

물론 그 계획은 매우 단순화되었지만 다중화 원리를 고려하는 것이 가능합니다. 이는 Smolensk PC "Prolog"에서 생산된 MSTS 컨트롤러(기술적 수단의 마이크로프로세서 시스템)의 아날로그 신호 입력 모듈이 대략적으로 구축된 방식입니다.

새로운 센서, 새로운 컨트롤러

새로운 컨트롤러가 출시되면서 HART(Highway Addressable Remote Transducer) 프로토콜을 사용하여 작동하는 새로운 아날로그 센서도 등장했습니다. 이는 "고속도로를 통해 원격으로 주소가 지정되는 측정 변환기"로 해석됩니다.

센서(필드 장치)의 출력 신호는 주파수 변조(FSK - 주파수 편이 변조) 디지털 통신 신호가 중첩되는 4~20mA 범위의 아날로그 전류 신호입니다.

다지점 통신의 경우 데이터는 모니터링되는 매개변수의 실제 측정 결과뿐만 아니라 모든 종류의 서비스 정보의 전체 집합을 의미합니다.

이러한 기술은 기존 아날로그 전류 루프를 대체했습니다. 그러나 그것은 또한 그 위치를 포기하지 않으며 가능한 한 널리 사용됩니다.

개별 센서

가장 간단한 센서는 일반적인 기계적 접점입니다. 도어가 열리면 접점이 열리고 닫히면 닫힙니다. 이러한 간단한 센서와 주어진 작동 알고리즘은 보안 경보에 자주 사용됩니다. 예를 들어 물 밸브와 같이 두 가지 위치가 있는 병진 이동 메커니즘의 경우 두 개의 접점이 필요합니다. 하나의 접점은 닫혀 있고 밸브는 닫혀 있고 다른 접점은 닫혀 있습니다.

병진 운동을 위한 보다 복잡한 알고리즘에는 자동 기계의 열가소성 금형을 닫는 메커니즘이 있습니다. 처음에는 금형이 열려 있으며 이것이 시작 위치입니다. 이 위치에서 완제품이 금형에서 제거됩니다. 다음으로 작업자가 안전 가드를 닫고 금형이 닫히기 시작하며 새로운 작업 사이클이 시작됩니다.

BVK 시리즈 센서

그림 1. BVK 시리즈 센서

아날로그 센서 적용

개별 센서 외에도 아날로그 센서가 자동화 시스템에 널리 사용됩니다. 그들의 목적은 일반적인 정보뿐만 아니라 실시간으로 다양한 물리량에 대한 정보를 얻는 것입니다. 보다 정확하게는 물리량(압력, 온도, 조도, 흐름, 전압, 전류)을 통신 라인을 통해 컨트롤러로 전송하고 추가 처리하는 데 적합한 전기 신호로 변환하는 것입니다.

아날로그 센서는 일반적으로 컨트롤러에서 상당히 멀리 위치하므로 필드 장치라고도 합니다. 이 용어는 기술 문헌에서 자주 사용됩니다.

아날로그 센서는 일반적으로 여러 부분으로 구성됩니다. 가장 중요한 부분은 민감한 요소인 센서입니다. 그 목적은 측정된 값을 전기 신호로 변환하는 것입니다. 그러나 센서에서 수신되는 신호는 일반적으로 작습니다. 증폭에 적합한 신호를 얻기 위해 센서는 브리지 회로(휘트스톤 브리지)에 가장 자주 포함됩니다.

휘트스톤 브리지

그림 2. 휘트스톤 브리지

브리지 회로의 원래 목적은 저항을 정확하게 측정하는 것입니다. DC 소스는 AD 브리지의 대각선에 연결됩니다. 눈금 중앙에 0이 있고 중간점이 있는 민감한 검류계는 다른 대각선에 연결됩니다. 저항 Rx의 저항을 측정하려면 튜닝 저항 R2를 회전시켜 브리지의 평형을 이루고 검류계 바늘을 0으로 설정해야 합니다.

센서에서 수신된 신호를 사용하려면 제어 회로인 컨트롤러에 의한 전송 및 처리에 적합한 출력 신호로 증폭 및 변환하는 추가 처리가 필요합니다. 대부분의 경우 아날로그 센서의 출력 신호는 전류(아날로그 전류 루프)이고 전압인 경우는 적습니다.

아날로그 센서 연결

측정 저항기에서 얻은 전압은 컨트롤러에 입력하기에 적합한 디지털 형식으로 쉽게 변환될 수 있습니다. 변환은 ADC(아날로그-디지털 변환기)를 사용하여 수행됩니다.

아날로그 센서 연결

그림 3. 아날로그 센서 연결(사진을 클릭하면 확대됩니다)

액추에이터는 컨트롤러에 연결되거나 컨트롤러 자체는 자동화 시스템에 포함된 컴퓨터에 연결됩니다.

당연히 아날로그 센서는 완전한 디자인을 가지고 있으며 그 요소 중 하나는 연결 요소가 있는 하우징입니다. 예를 들어, 그림 4는 Zond-10 유형의 과압 센서의 모습을 보여줍니다.

과압 센서 Zond-10

그림 4. 과압 센서 Zond-10

센서 하단에는 파이프라인 연결을 위한 연결 나사산이 보이고, 검정색 커버 아래 오른쪽에는 통신선을 컨트롤러와 연결하기 위한 커넥터가 있습니다.

나사산 연결부는 훈증테이프나 아마로 감는 것이 아니라 열처리된 구리로 만든 와셔(센서 배송 패키지에 포함)를 사용하여 밀봉됩니다. 이는 센서를 설치할 때 내부에 있는 센서 요소가 변형되지 않도록 하기 위한 것입니다.

아날로그 센서 출력

표준에 따르면 전류 신호에는 0~5mA, 0~20mA, 4~20mA의 세 가지 범위가 있습니다. 차이점은 무엇이며 특징은 무엇입니까?

그림 5와 같이 4~20mA 범위의 센서용 전원 공급 장치가 켜져 있습니다. 동시에 데이터 시트에 따르면 Zond-10 센서는 다른 센서와 마찬가지로 10mA의 넓은 공급 전압 범위를 갖습니다. ...38V, 24V 전압의 안정화된 소스가 가장 자주 사용됩니다.

외부 전원 공급 장치와 아날로그 센서 연결

그림 5. 외부 전원 공급 장치와 아날로그 센서 연결

컨트롤러에 24V 전원 공급 장치가 포함된 경우 그림 6에 표시된 다이어그램에 따라 센서 또는 측정 변환기를 연결할 수 있습니다.

내부 전원 공급 장치를 갖춘 컨트롤러에 아날로그 센서 연결

그림 6. 내부 전원 공급 장치가 있는 컨트롤러에 아날로그 센서 연결

다양한 센서 외에도 측정 변환기에는 자동화 시스템에서 자주 사용되는 전류 출력도 있습니다.

측정 변환기는 전압 레벨(예: 220V) 또는 수십 또는 수백 암페어의 전류를 4~20mA의 전류 신호로 변환하는 장치입니다. 여기서 전기 신호의 레벨은 단순히 변환된 것이지 일부 물리량(속도, 흐름, 압력)을 전기적 형태로 표현한 것이 아닙니다.

그러나 일반적으로 단일 센서로는 충분하지 않습니다. 가장 널리 사용되는 측정 중 일부는 온도 및 압력 측정입니다. 현대 생산에서 이러한 지점의 수는 수십 개에 달할 수 있습니다.

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전류 센서를 마이크로 컨트롤러에 연결

이론의 기본 사항을 숙지한 후 데이터 읽기, 변환 및 시각화 문제로 넘어갈 수 있습니다. 즉, 간단한 DC 전류계를 설계하겠습니다.

센서의 아날로그 출력은 마이크로 컨트롤러의 ADC 채널 중 하나에 연결됩니다. 필요한 모든 변환과 계산은 마이크로컨트롤러 프로그램에서 구현됩니다. 2줄 문자 LCD 표시기는 데이터를 표시하는 데 사용됩니다.

실험적 설계

전류 센서를 실험하려면 그림 8의 다이어그램에 따라 구조를 조립해야 합니다. 저자는 이를 위해 사용했습니다. 브레드보드마이크로 컨트롤러 기반 모듈(그림 9).

ACS712-05B 전류 센서 모듈은 기성품으로 구매하거나(eBay에서 매우 저렴하게 판매됨) 직접 제작할 수 있습니다. 필터 커패시터의 커패시턴스는 1nF로 선택되었으며 전원 공급 장치에는 0.1μF의 차단 커패시터가 설치되었습니다. 전원이 켜졌음을 표시하기 위해 담금질 저항이 있는 LED가 납땜됩니다. 센서의 전원 공급 및 출력 신호는 모듈 보드의 한쪽 커넥터에 연결되고, 반대쪽에는 흐르는 전류를 측정하기 위한 2핀 커넥터가 있습니다.

전류 측정 실험을 위해 2.7Ω/2W 직렬 저항을 통해 조정 가능한 정전압 소스를 센서의 전류 측정 단자에 연결합니다. 센서 출력은 마이크로컨트롤러의 RA0/AN0 포트(핀 17)에 연결됩니다. 2줄 문자 LCD 표시기는 마이크로컨트롤러의 포트 B에 연결되어 있으며 4비트 모드에서 작동합니다.

마이크로 컨트롤러는 +5V의 전압으로 전원을 공급받으며 동일한 전압이 ADC의 기준으로 사용됩니다. 필요한 계산과 변환은 마이크로컨트롤러 프로그램에서 구현됩니다.

변환 과정에 사용되는 수학적 표현은 다음과 같습니다.

전류 센서 감도 Sens = 0.185V/A. 공급 Vcc = 5V 및 기준 전압 Vref = 5V인 경우 계산된 관계는 다음과 같습니다.

ADC 출력 코드

따라서

결과적으로 전류 계산 공식은 다음과 같습니다.

중요 사항. 위의 관계는 ADC의 공급 전압과 기준 전압이 5V라는 가정을 기반으로 합니다. 그러나 전류 I와 ADC 출력 코드 Count와 관련된 마지막 식은 전원 전압이 변동하더라도 유효합니다. 이는 설명의 이론적 부분에서 논의되었습니다.

마지막 표현에서 센서의 현재 분해능은 26.4mA이며 이는 513 ADC 샘플에 해당하며 예상 결과보다 한 샘플 더 많은 것을 알 수 있습니다. 따라서 이 구현에서는 작은 전류를 측정할 수 없다는 결론을 내릴 수 있습니다. 작은 전류를 측정할 때 분해능과 감도를 높이려면 연산 증폭기를 사용해야 합니다. 이러한 회로의 예가 그림 10에 나와 있습니다.

마이크로컨트롤러 프로그램

PIC16F1847 마이크로컨트롤러 프로그램은 C 언어로 작성되었으며 mikroC Pro 환경(mikroElektronika)에서 컴파일됩니다. 측정 결과는 소수점 이하 두 자리의 정확도로 2줄 LCD 표시기에 표시됩니다.

출구

입력 전류가 0인 경우 ACS712 출력 전압은 이상적으로 Vcc/2여야 합니다. 즉, ADC에서 숫자 512를 읽어야 합니다. 센서 출력 전압이 4.9mV만큼 드리프트하면 변환 결과가 ADC의 최하위 비트 1만큼 이동하게 됩니다(그림 11). (Vref = 5.0V의 경우 10비트 ADC의 분해능은 5/1024 = 4.9mV입니다.) 이는 26mA의 입력 전류에 해당합니다. 변동의 영향을 줄이려면 여러 번 측정한 다음 결과를 평균화하는 것이 좋습니다.

조정된 전원 공급 장치의 출력 전압을 1V로 설정하면
저항은 약 370mA의 전류를 전달해야 합니다. 실험에서 측정된 전류값은 390mA로, 이는 ADC의 최하위 숫자의 한 단위만큼 정확한 결과를 초과합니다(그림 12).


그림 12.

2V의 전압에서 표시기는 760mA를 표시합니다.

이것으로 ACS712 전류 센서에 대한 논의를 마칩니다. 그러나 우리는 한 가지 문제를 더 다루지 않았습니다. 이 센서로 측정하는 방법 교류? 센서는 테스트 리드를 통해 흐르는 전류에 따라 즉각적인 응답을 제공한다는 점을 명심하십시오. 전류가 양의 방향(핀 1과 2에서 핀 3과 4로)으로 흐르면 센서의 감도는 양이고 출력 전압은 Vcc/2보다 큽니다. 전류의 방향이 바뀌면 감도는 음수가 되고 센서의 출력 전압은 Vcc/2 레벨 아래로 떨어집니다. 이는 AC 신호를 측정할 때 마이크로컨트롤러의 ADC가 전류의 RMS 값을 계산할 수 있을 만큼 빠르게 샘플링해야 함을 의미합니다.

다운로드

마이크로 컨트롤러 프로그램의 소스 코드 및 펌웨어 파일 -

여기서 저는 유도형 센서를 트랜지스터 출력과 연결하는 것과 같은 중요한 실제 문제를 별도로 제기했습니다. 산업용 장비– 모든 곳에서. 또한 센서에 대한 실제 지침과 예제 링크가 제공됩니다.

센서의 활성화(작동) 원리는 유도성(근접), 광학(광전) 등 무엇이든 가능합니다.

설명된 첫 번째 부분 가능한 옵션센서 출력. 센서를 접점(릴레이 출력)과 연결하는 데 문제가 없어야 합니다. 그러나 트랜지스터와 컨트롤러에 연결하면 모든 것이 그렇게 간단하지는 않습니다.

PNP 및 NPN 센서의 연결 다이어그램

PNP와 NPN 센서의 차이점은 전원의 서로 다른 극을 전환한다는 것입니다. PNP("Positive"라는 단어에서 유래)는 전원 공급 장치의 양극 출력, NPN – 음극을 전환합니다.

아래에는 센서를 트랜지스터 출력과 연결하는 다이어그램이 나와 있습니다. 부하 – 일반적으로 이는 컨트롤러 입력입니다.

감지기. 부하(Load)는 "마이너스"(0V)에 지속적으로 연결되고, 개별 "1"(+V) 공급은 트랜지스터에 의해 전환됩니다. NO 또는 NC 센서 - 제어 회로(주 회로)에 따라 다름

감지기. 부하(Load)는 "플러스"(+V)에 지속적으로 연결됩니다. 여기서 센서 출력의 활성 레벨(이산 "1")은 낮은(0V) 반면, 열린 트랜지스터를 통해 부하에 전원이 공급됩니다.

혼동하지 마시기 바랍니다. 이러한 계획의 작동은 아래에 자세히 설명되어 있습니다.

아래 다이어그램은 기본적으로 동일한 내용을 보여줍니다. PNP와 NPN 출력 회로의 차이점에 중점을 둡니다.

NPN 및 PNP 센서 출력 연결 다이어그램

왼쪽 그림에는 출력 트랜지스터가 있는 센서가 있습니다. NPN. 공통 와이어가 전환됩니다. 이 경우– 전원 공급 장치의 음극선.

오른쪽은 트랜지스터의 경우입니다. PNP출구에서. 이 경우가 가장 일반적입니다. 현대 전자 제품에서는 전원 공급 장치의 음극선을 공통으로 만들고 컨트롤러 및 기타 기록 장치의 입력을 양극 전위로 활성화하는 것이 일반적이기 때문입니다.

유도형 센서를 확인하는 방법은 무엇입니까?

이렇게하려면 전원을 공급해야합니다. 즉, 회로에 연결해야합니다. 그런 다음 – 활성화(시작)합니다. 활성화되면 표시등이 켜집니다. 그러나 이 표시는 유도형 센서의 올바른 작동을 보장하지 않습니다. 100% 확실하려면 부하를 연결하고 부하의 전압을 측정해야 합니다.

센서 교체

이미 쓴 것처럼 기본적으로 트랜지스터 출력을 갖춘 센서에는 4가지 유형이 있으며, 이는 다음과 같이 구분됩니다. 내부 구조및 연결 다이어그램:

PNP 아니요
피엔피앤씨
NPN 아니요
NPN NC

이러한 모든 유형의 센서는 서로 교체될 수 있습니다. 그들은 상호 교환 가능합니다.

이는 다음과 같은 방식으로 구현됩니다.

개시 장치 변경 - 설계가 기계적으로 변경됩니다.
기존 센서 연결 회로를 변경합니다.
센서 출력 유형 전환(센서 본체에 해당 스위치가 있는 경우)
프로그램 재프로그래밍 – 주어진 입력의 활성 레벨을 변경하고 프로그램 알고리즘을 변경합니다.

다음은 연결 다이어그램을 변경하여 PNP 센서를 NPN 센서로 교체할 수 있는 방법의 예입니다.

PNP-NPN 상호 교환성 체계. 왼쪽이 원본 다이어그램이고, 오른쪽이 수정된 다이어그램입니다.

이러한 회로의 작동을 이해하면 트랜지스터가 일반 릴레이 접점으로 표시될 수 있는 핵심 요소라는 사실을 이해하는 데 도움이 됩니다(예는 아래 표기법에 있음).

자, 여기 왼쪽에 다이어그램이 있습니다. 센서 유형이 NO라고 가정해 보겠습니다. 그런 다음 (출력의 트랜지스터 유형에 관계없이) 센서가 활성화되지 않으면 출력 "접점"이 열리고 전류가 흐르지 않습니다. 센서가 활성화되면 접점이 닫히고 그에 따른 모든 결과가 발생합니다. 보다 정확하게는 이러한 접점을 통해 전류가 흐르는 경우)). 흐르는 전류는 부하 전체에 전압 강하를 생성합니다.

내부 부하는 이유 때문에 점선으로 표시됩니다. 이 저항은 존재하지만 존재한다고 해서 센서의 안정적인 작동이 보장되는 것은 아니며 센서를 컨트롤러 입력 또는 기타 부하에 연결해야 합니다. 이 입력의 저항이 주 부하입니다.

센서에 내부 부하가 없고 컬렉터가 "공기 중에 매달려 있는" 경우 이를 "오픈 컬렉터 회로"라고 합니다. 이 회로는 연결된 부하에서만 작동합니다.

따라서 PNP 출력이 있는 회로에서는 활성화되면 오픈 트랜지스터를 통해 컨트롤러 입력에 전압(+V)이 공급되어 활성화됩니다. NPN 출력으로 어떻게 동일한 결과를 얻을 수 있습니까?

필요한 센서가 가까이 있지 않아 기계가 "지금 당장" 작동해야 하는 상황이 있습니다.

오른쪽 다이어그램의 변경 사항을 살펴보겠습니다. 우선, 센서 출력 트랜지스터의 작동 모드가 보장됩니다. 이를 위해 추가 저항이 회로에 추가되며 저항은 일반적으로 약 5.1 - 10 kOhm입니다. 이제 센서가 활성화되지 않은 경우 추가 저항을 통해 컨트롤러 입력에 전압(+V)이 공급되어 컨트롤러 입력이 활성화됩니다. 센서가 활성화되면 컨트롤러 입력이 개방형 NPN 트랜지스터에 의해 분류되고 거의 모든 추가 저항 전류가 이 트랜지스터를 통과하므로 컨트롤러 입력에 개별 "0"이 있습니다.

이 경우 센서 작동의 위상이 변경됩니다. 그러나 센서는 모드에서 작동하고 컨트롤러는 정보를 수신합니다. 대부분의 경우 이것으로 충분합니다. 예를 들어 펄스 계산 모드에서는 타코미터 또는 공작물 수입니다.

예, 정확히 우리가 원했던 것은 아니며 npn 및 pnp 센서의 상호 교환 방식이 항상 허용되는 것은 아닙니다.

전체 기능을 달성하는 방법은 무엇입니까? 방법 1 - 기계적으로 이동하거나 다시 실행 금속판(활성제). 또는 광학 센서에 대해 이야기하는 경우 빛의 간격이 있습니다. 방법 2 - 이산 "0"이 컨트롤러의 활성 상태이고 "1"이 수동 상태가 되도록 컨트롤러 입력을 다시 프로그래밍합니다. 노트북을 가지고 있다면 두 번째 방법이 더 빠르고 쉽습니다.