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.
Daha karmaşık algoritmaöteleme hareketi, otomatik makinenin termoplastik kalıbını kapatmaya yönelik 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 doğrusu dönüşüm fiziksel miktar(basınç, sıcaklık, aydınlatma, akış, voltaj, akım), iletişim hatları üzerinden kontrolöre iletilmeye ve bunun daha fazla işlenmesine uygun bir elektrik sinyaline dönüştürülür.
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. Kaynak, AD köprüsünün köşegenine bağlanır doğru akım. 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'te gösterilmektedir dış görünüş sensör aşırı basınç Zond-10 yazın.
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.
Sızdırmazlık Dişli bağlantı duman bandı veya ketenden sarılmak yerine, tavlanmış bakırdan yapılmış bir rondela (sensörün teslimat paketine dahildir) kullanılarak yapılır. 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 bağlanması dış kaynak beslenme
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. başına bu tür noktaların sayısı modern üretim birkaç 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. Fonksiyonel diyagram anahtar 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. MSTS kontrolörlerinin (mikroişlemci sistemi) analog sinyallerini girmek için kullanılan modülün yapısı yaklaşık olarak bu şekildedir teknik araçlar) Smolensk PC "Prolog" tarafından üretilmiştir. 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.
Ayrık sensörler
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.
Analog sensörlerin uygulanması
Şekil 2. Wheatstone köprüsü
Analog sensörlerin bağlanması
Analog sensör çıkışları
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.
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 gelişiyle birlikte, "Otoyol üzerinden uzaktan adreslenen ölçüm dönüştürücüsü" anlamına gelen HART (Otoyol Adreslenebilir Uzaktan Dönüştürücü) protokolünü kullanarak çalışan yeni analog sensörler de ortaya çıktı.
Sensörün (saha cihazı) çıkış sinyali, üzerine frekans modülasyonlu (FSK - Frekans Kaydırma Anahtarlama) dijital iletişim sinyalinin eklendiği 4...20 mA aralığında bir analog akım sinyalidir.
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.
Bu teknolojiler eski analog akım döngüsünün yerini almıştır. Ama aynı zamanda konumundan da vazgeçmiyor, mümkün olan her yerde yaygın olarak kullanılıyor.
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 genellikle güvenlik alarmlarında kullanılır. 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.
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.
BVK serisi sensör
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 bunlara genellikle saha cihazları denir. Bu terim genellikle teknik literatürde kullanılır.
Bir analog sensör genellikle birkaç parçadan oluşur. En önemli kısım hassas unsur olan sensördür. Amacı ölçülen değeri elektrik sinyaline dönüştürmektir. Ancak sensörden alınan sinyal genellikle küçüktür. Amplifikasyona uygun bir sinyal elde etmek için sensör çoğunlukla bir köprü devresine (Wheatstone köprüsü) 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 - kontrolör tarafından iletilmeye ve işlenmeye uygun bir çıkış sinyaline dönüştürülmesi. 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, analogdan dijitale dönüştürücüler (ADC'ler) kullanılarak gerçekleştirilir.
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.
Analog sensörün bağlanması
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.
Aşırı basınç sensörü Zond-10
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 voltajlı stabilize kaynaklar kullanılır.
Analog sensörün harici güç kaynağına bağlanması
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.
Analog sensörün dahili güç kaynağına sahip bir kontrol cihazına bağlanması
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.
Ölçüm dönüştürücü, örneğin 220V gibi voltaj seviyelerini veya onlarca veya yüzlerce amperlik bir akımı 4...20mA'lik bir akım sinyaline dönüştüren bir cihazdır. 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 üretimde bu tür noktaların sayısı birkaç on kişiye ulaşabilir
Ayrıca okuyun
- Duvar lambaları çeşitleri ve kullanım özellikleri
- Potansiyel fark, elektromotor kuvvet ve voltaj hakkında
- Elektrik tüketimi dışında sayaçla neler belirlenebilir?
- Elektrikli ürünlerin kalitesini değerlendirme kriterleri hakkında
- Özel bir ev için daha iyi olan nedir - tek fazlı mı yoksa üç fazlı giriş mi?
- Bir kır evi için voltaj dengeleyici nasıl seçilir
- Peltier etkisi: elektrik akımının büyülü etkisi
- Bir apartman dairesinde TV kablolarını kablolama ve bağlama uygulaması - sürecin özellikleri
- Elektrik tesisatı sorunları: ne yapmalı ve nasıl düzeltilir?
- T5 floresan lambalar: beklentiler ve uygulama sorunları
- Geri çekilebilir soket blokları: kullanım ve bağlantı pratiği
- Elektronik amplifikatörler. Bölüm 2. Ses yükselticileri
- Kır evinde elektrikli ekipmanların ve kabloların doğru çalışması
- Evde güvenli voltaj kullanımına ilişkin önemli noktalar
- Yeni başlayanlar için elektronik eğitimi almak için gerekli araç ve cihazlar
- Kondansatörler: amaç, cihaz, çalışma prensibi
- Geçici temas direnci nedir ve bununla nasıl başa çıkılır?
- Gerilim röleleri: bunlar nelerdir, nasıl seçilir ve bağlanır?
- Özel bir ev için daha iyi olan nedir - tek fazlı mı yoksa üç fazlı giriş mi?
- Elektronik devrelerdeki kapasitörler. Bölüm 2. Aşamalar arası iletişim, filtreler, jeneratörler
- Elektrik şebekesi yetersiz olduğunda konfor nasıl sağlanır?
- Bir mağazadan makine satın alırken, onun iyi çalışır durumda olduğundan nasıl emin olabilirsiniz?
- 12 volt aydınlatma ağları için tel kesiti nasıl seçilir
- Ağ gücü yetersiz olduğunda su ısıtıcısını ve pompayı bağlama yöntemi
- İndüktörler ve manyetik alanlar. Bölüm 2. Elektromanyetik indüksiyon ve endüktans
- Operasyonel yükselteçler. Bölüm 2: İdeal Op-Amp
- Mikrodenetleyiciler nelerdir (amaç, cihaz, yazılım)
- Kompakt floresan lambanın ömrünün uzatılması (temizlikçi)
- İşlemsel yükselteçleri geri bildirim olmadan değiştirmek için devreler
- Bir dairenin elektrik dağıtım panelinin değiştirilmesi
- Elektrik kablolarında neden bakır ve alüminyumu birleştiremiyorsunuz?
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 kullanmıştır. ekmek tahtası ve mikrodenetleyici tabanlı bir modül (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).
|
|
|
| Şekil 12. | |
2 V voltajda gösterge 760 mA gösterecektir.
Bu, ACS712 akım sensörü hakkındaki tartışmamızı sonlandırıyor. Ancak bir konuya daha değinmedik. Bu sensörle nasıl ölçüm yapılır? alternatif akım? 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 -
Burada, endüktif sensörleri bir transistör çıkışına bağlamak gibi önemli bir pratik konuyu ayrı ayrı gündeme getirdim; endüstriyel ekipman- her yer. Ayrıca sensörler için gerçek talimatlar ve örneklere bağlantılar sağlanmaktadır.
Sensörlerin aktivasyonu (çalışması) prensibi herhangi bir şey olabilir - endüktif (yakınlık), optik (fotoelektrik), vb.
Açıklanan ilk bölüm olası seçenekler sensör çıkışları 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. Ortak kablo değiştirilir, bu da bu durumda– güç kaynağının negatif kablosu.
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 de yazdığım gibi, transistör çıkışlı temel olarak 4 tip sensör vardır ve bunlar aşağıdakilere göre bölünmüştür: iç yapı ve bağlantı şeması:
- 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 - mekanik olarak taşıma veya yeniden yapma metal tabak(aktivatör). 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
Açık Devre diyagramları Endüktif sensörler (yakınlık sensörleri) farklı şekilde tasarlanmıştır. 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 belirtilir.
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!
