توصيل مستشعر الضغط بجهاز التحكم. توصيل المستشعرات بالإخراج الحالي بالأجهزة الثانوية

يمكن أن تحتوي المستشعرات ذات الإخراج الحالي الموحد من 4-20 أو 0-50 أو 0-20 مللي أمبير ، والتي تستخدم على نطاق واسع في مجال الأتمتة الصناعية ، على مخططات مختلفة للاتصال بالأجهزة الثانوية. غالبًا ما يتم توصيل المستشعرات الحديثة ذات الاستهلاك المنخفض للطاقة والإخراج الحالي من 4 إلى 20 مللي أمبير في دائرة من سلكين. أي أنه يتم توصيل كابل واحد بسلكين بمثل هذا المستشعر ، والذي يتم من خلاله تشغيل هذا المستشعر ، ويتم النقل من خلال نفس السلكين.

عادةً ما يكون للمستشعرات التي يبلغ خرجها 4-20 مللي أمبير ووصلة بسلكين خرج سلبي وتتطلب مصدر طاقة خارجي للعمل. يمكن بناء مصدر الطاقة هذا مباشرة في الجهاز الثانوي (في مدخلاته) وعندما يتم توصيل المستشعر بمثل هذا الجهاز ، يظهر تيار على الفور في دائرة الإشارة. يقال أن الأجهزة التي تحتوي على مصدر طاقة لجهاز الاستشعار المدمج في الإدخال هي أجهزة ذات إدخال نشط.

تحتوي معظم الأجهزة الثانوية وأجهزة التحكم الحديثة على مصادر طاقة مدمجة للعمل مع أجهزة استشعار ذات مخرجات سلبية.

إذا كان للجهاز الثانوي مدخلًا سلبيًا - في الواقع ، هو مجرد مقاومة "تقرأ" دائرة القياس للجهاز من خلاله انخفاض الجهد المتناسب مع التيار المتدفق في الدائرة ، فستكون هناك حاجة إلى إدخال إضافي حتى يعمل المستشعر. يتم توصيل مصدر الطاقة الخارجي في هذه الحالة في سلسلة مع المستشعر والجهاز الثانوي لكسر الحلقة الحالية.

عادة ما يتم تصميم وتصنيع الأدوات الثانوية بطريقة يمكن توصيلها بكل من مستشعرات 4-20 مللي أمبير ذات سلكين وأجهزة استشعار 0-5 أو 0-20 أو 4-20 مللي أمبير متصلة في دائرة ثلاثية الأسلاك. لتوصيل مستشعر ثنائي الأسلاك بمدخل جهاز ثانوي بثلاثة أطراف إدخال (+ U ، إدخال ومشترك) ، يتم استخدام طرفي "+ U" و "الإدخال" ، تظل المحطة الطرفية "المشتركة" مجانية.

نظرًا لأن المستشعرات ، كما هو مذكور أعلاه ، لا يمكن أن يكون لها فقط ناتج 4-20 مللي أمبير ، ولكن ، على سبيل المثال ، 0-5 أو 0-20 مللي أمبير ، أو لا يمكن توصيلها في دائرة من سلكين بسبب ملكيتها الكبيرة استهلاك الطاقة (أكثر من 3 مللي أمبير) ، ثم يتم استخدام مخطط اتصال ثلاثي الأسلاك. في هذه الحالة ، يتم فصل دوائر إمداد المستشعر ودوائر إشارة الخرج. عادةً ما يكون للمستشعرات التي تحتوي على اتصال بثلاثة أسلاك خرج نشط. بمعنى ، إذا تم تزويد مستشعر بإخراج نشط بجهد إمداد وتم توصيل مقاومة حمل بين طرفي الإخراج "الإخراج" و "المشترك" ، فسيتم تشغيل تيار متناسب مع قيمة المعلمة المقاسة في الإخراج دائرة كهربائية.

عادةً ما تحتوي الأجهزة الثانوية على مصدر طاقة مدمج منخفض الطاقة إلى حد ما لتشغيل أجهزة الاستشعار. عادةً ما يكون الحد الأقصى لتيار الخرج لمصادر الطاقة المدمجة في حدود 22-50 مللي أمبير ، وهو ما لا يكفي دائمًا لتشغيل أجهزة الاستشعار ذات استهلاك الطاقة العالي: أجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسي ، وأجهزة تحليل الغاز بالأشعة تحت الحمراء ، وما إلى ذلك. في هذه الحالة ، لتشغيل مستشعر ثلاثي الأسلاك ، يجب عليك استخدام مصدر طاقة خارجي أقوى يوفر الطاقة اللازمة. لا يتم استخدام مصدر الطاقة المدمج في الجهاز الثانوي.

عادةً ما يتم استخدام دائرة مماثلة لتشغيل أجهزة استشعار ثلاثية الأسلاك عندما لا يتوافق جهد مصدر الطاقة المدمج في الجهاز مع جهد الإمداد الذي يمكن توفيره لهذا المستشعر. على سبيل المثال ، يحتوي مصدر الطاقة المدمج على جهد إخراج يبلغ 24 فولت ، ويمكن تشغيل المستشعر من 10 إلى 16 فولت.

قد تحتوي بعض الأجهزة الثانوية على قنوات إدخال متعددة ومصدر طاقة قوي بما يكفي لتشغيل أجهزة الاستشعار الخارجية. يجب أن نتذكر أن إجمالي استهلاك الطاقة لجميع أجهزة الاستشعار المتصلة بجهاز متعدد القنوات يجب أن يكون أقل من طاقة مصدر الطاقة المدمج المصمم لتشغيلها. بالإضافة إلى ذلك ، عند دراسة الخصائص التقنية للجهاز ، من الضروري التمييز بوضوح بين الغرض من إمدادات الطاقة (المصادر) المضمنة فيه. يتم استخدام مصدر واحد مدمج لتشغيل الجهاز الثانوي نفسه - لتشغيل الشاشة والمؤشرات ومرحلات الإخراج والدائرة الإلكترونية للجهاز وما إلى ذلك. يمكن أن يحتوي مصدر الطاقة هذا على قدر كبير من الطاقة. يتم استخدام المصدر المدمج الثاني لتشغيل دوائر الإدخال فقط - المتصلة بمدخلات المستشعر.

قبل توصيل المستشعر بالجهاز الثانوي ، يجب أن تدرس بعناية أدلة التشغيل لهذا الجهاز ، وأن تحدد أنواع المدخلات والمخرجات (نشطة / سلبية) ، وتحقق من المراسلات بين الطاقة التي يستهلكها المستشعر وطاقة مصدر الطاقة (مدمج أو خارجي) وبعد ذلك فقط قم بإجراء الاتصال. قد تختلف التعيينات الفعلية لمحطات الإدخال والإخراج لأجهزة الاستشعار والأجهزة عن تلك المذكورة أعلاه. لذلك يمكن تعيين المحطات الطرفية "In (+)" و "In (-)" + J و -J ، + 4-20 و -4-20 ، + In و -In ، إلخ. يمكن تعيين محطة "+ U Supply" على أنها + V ، و Supply ، و + 24V ، وما إلى ذلك ، ومحطة "Output" - Out ، و Sign ، و Jout ، و 4-20 mA ، وما إلى ذلك ، المحطة "المشتركة" - GND ، -24 فولت ، 0 فولت ، وما إلى ذلك ، لكن هذا لا يغير المعنى.

تمتلك المستشعرات ذات المخرجات الحالية ذات مخطط توصيل رباعي الأسلاك مخطط اتصال مشابهًا لأجهزة الاستشعار ثنائية الأسلاك ، مع الاختلاف الوحيد الذي يتمثل في أن المستشعرات ذات الأسلاك الأربعة يتم تشغيلها بواسطة زوج منفصل من الأسلاك. بالإضافة إلى ذلك ، قد تحتوي المستشعرات ذات الأسلاك الأربعة على كليهما ، والذي يجب أخذه في الاعتبار عند اختيار مخطط الاتصال.

في عملية أتمتة العمليات التكنولوجية للتحكم في الآليات والوحدات ، يتعين على المرء التعامل مع قياسات الكميات المادية المختلفة. يمكن أن تكون درجة الحرارة والضغط وتدفق السائل أو الغاز وسرعة الدوران وشدة الإضاءة ومعلومات حول موضع أجزاء الآليات وغير ذلك الكثير. يتم الحصول على هذه المعلومات باستخدام أجهزة الاستشعار. هنا ، أولاً ، حول موضع أجزاء الآليات.

مجسات منفصلة

أبسط جهاز استشعار هو اتصال ميكانيكي تقليدي: الباب مفتوح - جهة الاتصال تفتح ، مغلقة - تغلق. مثل هذا المستشعر البسيط ، وكذلك خوارزمية العمل المذكورة أعلاه ، في كثير من الأحيان. بالنسبة لآلية ذات حركة انتقالية ، لها موضعان ، على سبيل المثال ، صمام ماء ، ستحتاج إلى جهتي اتصال بالفعل: أحدهما مغلق - الصمام مغلق ، والآخر مغلق - مغلق.

تحتوي خوارزمية الحركة الانتقالية الأكثر تعقيدًا على آلية لإغلاق قالب آلة التشكيل بالحقن. في البداية ، القالب مفتوح ، هذا هو وضع البداية. في هذا الموضع ، تتم إزالة المنتجات النهائية من القالب. بعد ذلك ، يغلق العامل السياج الواقي ويبدأ القالب في الإغلاق ، وتبدأ دورة عمل جديدة.

المسافة بين نصفي القالب كبيرة جدًا. لذلك ، في البداية يتحرك القالب بسرعة ، وعلى مسافة ما قبل إغلاق النصفين ، يتم تشغيل مفتاح الحد ، وتنخفض سرعة الحركة بشكل كبير ويغلق القالب بسلاسة.

تتجنب هذه الخوارزمية التأثير عندما يكون القالب مغلقًا ، وإلا يمكن تقسيمه إلى قطع صغيرة. يحدث نفس التغيير في السرعة عند فتح القالب. هنا ، لا غنى عن اثنين من مستشعرات الاتصال.

وبالتالي ، فإن المستشعرات القائمة على الاتصال منفصلة أو ثنائية ، ولها موضعان ، مغلقان - مفتوحان أو 1 و 0. وبعبارة أخرى ، يمكنك القول أن حدثًا قد وقع أم لا. في المثال أعلاه ، "تمسك" جهات الاتصال بعدة نقاط: بداية الحركة ، نقطة التباطؤ ، نهاية الحركة.

في الهندسة ، النقطة ليس لها أبعاد ، فقط نقطة وهذا كل شيء. يمكن أن يكون (على ورقة ، في المسار ، كما في حالتنا) أو ببساطة غير موجود. لذلك ، يتم استخدام أجهزة استشعار منفصلة لاكتشاف النقاط. قد لا تكون المقارنة بنقطة مناسبة للغاية هنا ، لأنهم لأغراض عملية يستخدمون دقة جهاز استشعار منفصل ، وهذه الدقة أكبر بكثير من نقطة هندسية.

لكن الاتصال الميكانيكي في حد ذاته أمر لا يمكن الاعتماد عليه. لذلك ، حيثما كان ذلك ممكنًا ، يتم استبدال جهات الاتصال الميكانيكية بأجهزة استشعار غير ملامسة. أبسط خيار هو مفاتيح القصب: يقترب المغناطيس ، ويغلق الاتصال. تترك دقة تشغيل مفتاح القصب الكثير مما هو مرغوب فيه ؛ يتم استخدام هذه المستشعرات فقط لتحديد موضع الأبواب.

يجب اعتبار خيار أكثر تعقيدًا ودقة من أجهزة الاستشعار المختلفة غير المتصلة. إذا دخل العلم المعدني في الفتحة ، فعندئذٍ يعمل المستشعر. يمكن الاستشهاد بمستشعرات BVK (مفتاح حد القرب) من سلاسل مختلفة كمثال على هذه المستشعرات. دقة الاستجابة (فرق السكتة الدماغية) لهذه المستشعرات هي 3 ملليمترات.

الشكل 1. مستشعر سلسلة BVK

جهد إمداد مستشعرات BVK هو 24 فولت ، تيار الحمل 200 مللي أمبير ، وهو ما يكفي تمامًا لتوصيل المرحلات الوسيطة لمزيد من التنسيق مع دائرة التحكم. هذه هي الطريقة التي يتم بها استخدام مستشعرات BVK في المعدات المختلفة.

بالإضافة إلى مستشعرات BVK ، تُستخدم أيضًا مستشعرات من أنواع BTP و KVP و PIP و KVD و PISCH. تحتوي كل سلسلة على عدة أنواع من أجهزة الاستشعار ، يشار إليها بالأرقام ، على سبيل المثال ، BTP-101 ، BTP-102 ، BTP-103 ، BTP-211.

جميع المستشعرات المذكورة منفصلة عن عدم الاتصال ، والغرض الرئيسي منها هو تحديد موضع أجزاء الآليات والتجمعات. بطبيعة الحال ، هناك العديد من هذه المستشعرات ، ومن المستحيل الكتابة عنها جميعًا في مقال واحد. حتى أكثر شيوعًا وما زالت تستخدم على نطاق واسع هي أجهزة استشعار الاتصال المختلفة.

تطبيق أجهزة الاستشعار التناظرية

بالإضافة إلى المستشعرات المنفصلة ، تُستخدم المستشعرات التناظرية على نطاق واسع في أنظمة التشغيل الآلي. والغرض منها هو الحصول على معلومات حول الكميات المادية المختلفة ، وليس فقط مثل ذلك بشكل عام ، ولكن في الوقت الحقيقي. بتعبير أدق ، تحويل الكمية المادية (الضغط ، درجة الحرارة ، الإضاءة ، التدفق ، الجهد ، التيار) إلى إشارة كهربائية مناسبة للإرسال عبر خطوط الاتصال إلى وحدة التحكم ومعالجتها الإضافية.

عادة ما توجد المستشعرات التناظرية بعيدًا جدًا عن وحدة التحكم ، وهذا هو سبب تسميتها غالبًا الأجهزة الميدانية. غالبًا ما يستخدم هذا المصطلح في الأدبيات الفنية.

يتكون المستشعر التناظري عادةً من عدة أجزاء. الجزء الأكثر أهمية هو العنصر الحساس - المستشعر. والغرض منه هو تحويل القيمة المقاسة إلى إشارة كهربائية. لكن الإشارة الواردة من المستشعر عادة ما تكون صغيرة. للحصول على إشارة مناسبة للتضخيم ، غالبًا ما يتم تضمين المستشعر في دائرة جسر - جسر يتستون.

الشكل 2. جسر ويتستون

الغرض الأصلي من دائرة الجسر هو قياس المقاومة بدقة. يتم توصيل مصدر التيار المستمر بقطر جسر AD. يرتبط الجلفانومتر الحساس بنقطة وسطية ، مع وجود صفر في منتصف المقياس ، بالقطر الآخر. لقياس مقاومة المقاوم Rx بتدوير المقاوم المضبوط R2 ، يجب أن يكون الجسر متوازنًا ، ويجب ضبط إبرة الجلفانومتر على الصفر.

يسمح لك انحراف سهم الجهاز في اتجاه أو آخر بتحديد اتجاه دوران المقاوم R2. يتم تحديد قيمة المقاومة المقاسة بواسطة المقياس ، جنبًا إلى جنب مع مقبض المقاوم R2. شرط التوازن للجسر هو المساواة بين النسب R1 / R2 و Rx / R3. في هذه الحالة ، يتم الحصول على فرق محتمل صفري بين النقاط BC ، ولا يتدفق التيار عبر الجلفانومتر V.

يتم تحديد مقاومة المقاومات R1 و R3 بدقة شديدة ، ويجب أن يكون انتشارها ضئيلاً. فقط في هذه الحالة ، حتى الخلل البسيط في الجسر يسبب تغيرًا ملحوظًا إلى حد ما في جهد قطري BC. تُستخدم خاصية الجسر هذه لربط العناصر الحساسة (المستشعرات) بأجهزة الاستشعار التناظرية المختلفة. حسنًا ، كل شيء بسيط ، مسألة تقنية.

لاستخدام الإشارة الواردة من المستشعر ، يلزم إجراء مزيد من المعالجة ، - التضخيم والتحويل إلى إشارة خرج مناسبة للإرسال والمعالجة بواسطة دائرة التحكم - مراقب. غالبًا ما تكون إشارة خرج المستشعرات التناظرية هي التيار (حلقة التيار التناظري) ، وغالبًا ما تكون الجهد.

لماذا التيار؟ الحقيقة هي أن مراحل إخراج أجهزة الاستشعار التناظرية تستند إلى المصادر الحالية. يتيح لك ذلك التخلص من تأثير مقاومة الخطوط المتصلة على إشارة الخرج ، لاستخدام خطوط التوصيل ذات الطول الكبير.

مزيد من التحول بسيط للغاية. يتم تحويل الإشارة الحالية إلى جهد ، وهو ما يكفي لتمرير التيار عبر المقاوم ذي المقاومة المعروفة. يتم الحصول على انخفاض الجهد عبر المقاوم القياس وفقًا لقانون أوم U = I * R.

على سبيل المثال ، بالنسبة للتيار البالغ 10 مللي أمبير عبر المقاوم 100 أوم ، سيكون الجهد 10 * 100 = 1000 مللي فولت ، بقدر 1 فولت بالكامل! في هذه الحالة ، لا يعتمد تيار خرج المستشعر على مقاومة أسلاك التوصيل. ضمن حدود معقولة ، بالطبع.

ربط أجهزة الاستشعار التناظرية

يتم تحويل الجهد الذي يتم الحصول عليه على مقاوم القياس بسهولة إلى شكل رقمي مناسب للإدخال في وحدة التحكم. تم التحويل مع المحولات التناظرية إلى الرقمية ADC.

يتم إرسال البيانات الرقمية إلى وحدة التحكم في رمز تسلسلي أو متوازي. كل هذا يتوقف على مخطط التحويل المحدد. يظهر مخطط توصيل مستشعر تناظري مبسط في الشكل 3.

الشكل 3. توصيل جهاز استشعار تناظري (انقر على الصورة لتكبيرها)

يتم توصيل المشغلات بوحدة التحكم ، أو أن وحدة التحكم نفسها متصلة بجهاز كمبيوتر مدرج في نظام التشغيل الآلي.

بطبيعة الحال ، تتمتع المستشعرات التناظرية بتصميم كامل ، أحد عناصره عبارة عن مبيت به عناصر متصلة. كمثال ، يوضح الشكل 4 مظهر مستشعر الضغط الزائد من النوع Zond-10.

الشكل 4. مستشعر الضغط الزائد Zond-10

في الجزء السفلي من المستشعر ، يمكنك رؤية خيط التوصيل للتوصيل بخط الأنابيب ، وعلى اليمين ، يوجد تحت الغطاء الأسود موصل لتوصيل خط الاتصال بوحدة التحكم.

يتم إغلاق الوصلة الملولبة بغسالة نحاسية صلبة (مزودة بجهاز الاستشعار) ، ولا تستخدم بأي حال من الأحوال شريط دخان أو كتان. يتم ذلك بحيث لا يتشوه عنصر المستشعر الموجود بالداخل عند تثبيت المستشعر.

مخرجات أجهزة الاستشعار التناظرية

وفقًا للمعايير ، هناك ثلاثة نطاقات للإشارات الحالية: 0 ... 5mA ، 0 ... 20mA و 4… 20mA. ما هو اختلافهم وما الميزات؟

في أغلب الأحيان ، يتناسب اعتماد تيار الخرج بشكل مباشر مع القيمة المقاسة ، على سبيل المثال ، كلما زاد الضغط في الأنبوب ، زاد التيار عند خرج المستشعر. على الرغم من استخدام اتصال عكسي في بعض الأحيان: تتوافق القيمة الأكبر لتيار الخرج مع القيمة الدنيا للقيمة المقاسة عند خرج المستشعر. كل هذا يتوقف على نوع وحدة التحكم المستخدمة. حتى أن بعض أجهزة الاستشعار لديها التبديل من إشارة مباشرة إلى إشارة معكوسة.

إشارة الخرج في النطاق 0 ... 5mA صغيرة جدًا وبالتالي فهي عرضة للتداخل. إذا كانت إشارة هذا المستشعر تتقلب بقيمة ثابتة للمعلمة المقاسة ، فهناك توصية لتركيب مكثف بسعة 0.1 ... 1 μF بالتوازي مع خرج المستشعر. أكثر استقرارًا هي الإشارة الحالية في نطاق 0… 20mA.

لكن كلا النطاقين ليس جيدًا لأن الصفر في بداية المقياس لا يسمح لك بتحديد ما حدث بشكل لا لبس فيه. أم أن الإشارة المقاسة أخذت بالفعل مستوى الصفر ، وهو أمر ممكن من حيث المبدأ ، أم أن خط الاتصال انقطع ببساطة؟ لذلك ، يحاولون رفض استخدام هذه النطاقات ، إن أمكن.

تعتبر إشارة المستشعرات التناظرية بتيار خرج في حدود 4 ... 20 مللي أمبير أكثر موثوقية. مناعة الضوضاء عالية جدًا ، والحد الأدنى ، حتى لو كانت الإشارة المقاسة بمستوى صفر ، سيكون 4 مللي أمبير ، مما يسمح لنا بالقول إن خط الاتصال غير مكسور.

ميزة أخرى جيدة للنطاق 4 ... 20mA هي أن المستشعرات يمكن توصيلها بسلكين فقط ، لأن المستشعر نفسه يعمل بواسطة هذا التيار. هذا هو استهلاكه الحالي وفي نفس الوقت إشارة قياس.

يتم تشغيل مصدر الطاقة لأجهزة الاستشعار في نطاق 4 ... 20 مللي أمبير ، كما هو موضح في الشكل 5. وفي الوقت نفسه ، تتمتع مستشعرات Zond-10 ، مثل العديد من المستشعرات الأخرى ، وفقًا لجواز السفر ، بنطاق جهد إمداد واسع يبلغ 10 ... 38 فولت ، على الرغم من أنها تستخدم في الغالب بجهد 24 فولت.

الشكل 5. توصيل جهاز استشعار تناظري بمصدر طاقة خارجي

يحتوي هذا الرسم البياني على العناصر والرموز التالية. Rsh - قياس مقاومة التحويلة ، Rl1 و Rl2 - مقاومات خط الاتصال. لتحسين دقة القياس ، يجب استخدام مقاومة قياس دقيقة مثل Rsh. يتم عرض مرور التيار من مصدر الطاقة بواسطة الأسهم.

من السهل أن ترى أن تيار خرج مصدر الطاقة يمر من طرف + 24 فولت ، عبر الخط Rl1 يصل إلى طرف المستشعر + AO2 ، ويمر عبر المستشعر ومن خلال جهة اتصال خرج المستشعر - AO2 ، خط التوصيل Rl2 ، يعود المقاوم Rsh إلى محطة إمداد الطاقة بجهد 24 فولت. كل شيء ، الدائرة مغلقة ، يتدفق التيار.

إذا كانت وحدة التحكم تحتوي على مصدر طاقة بجهد 24 فولت ، فمن الممكن توصيل مستشعر أو محول طاقة قياس وفقًا للمخطط الموضح في الشكل 6.

الشكل 6. توصيل مستشعر تناظري بجهاز تحكم مزود بمصدر طاقة داخلي

يوضح هذا الرسم البياني عنصرًا آخر - مقاوم الصابورة Rb. والغرض منه حماية مقاوم القياس في حالة حدوث ماس كهربائي في خط الاتصال أو عطل في المستشعر التناظري. تثبيت المقاوم Rb اختياري ، على الرغم من أنه مرغوب فيه.

بالإضافة إلى أجهزة الاستشعار المختلفة ، يحتوي الإخراج الحالي أيضًا على محولات طاقة قياس ، والتي تُستخدم كثيرًا في أنظمة التشغيل الآلي.

قياس محول الطاقة- جهاز لتحويل مستويات الجهد ، على سبيل المثال ، 220 فولت أو تيار عدة عشرات أو مئات الأمبيرات إلى إشارة تيار 4 ... 20 مللي أمبير. هنا ، يتم تحويل مستوى الإشارة الكهربائية ببساطة ، وليس تمثيل بعض الكمية المادية (السرعة ، والتدفق ، والضغط) في شكل كهربائي.

لكن الأمر ، كقاعدة عامة ، لا يكفي مع جهاز استشعار واحد. بعض القياسات الأكثر شيوعًا هي قياسات درجة الحرارة والضغط. يمكن أن يصل عدد هذه النقاط في الإنتاج الحديث إلى عدة عشرات الآلاف. وفقًا لذلك ، فإن عدد المستشعرات كبير أيضًا. لذلك ، غالبًا ما يتم توصيل العديد من أجهزة الاستشعار التناظرية بوحدة تحكم واحدة في وقت واحد. بالطبع ، ليس عدة آلاف في وقت واحد ، من الجيد أن تكون العشرات مختلفة. يظهر هذا الاتصال في الشكل 7.

الشكل 7. توصيل أجهزة استشعار تناظرية متعددة بوحدة التحكم

يوضح هذا الشكل كيفية الحصول على الجهد من إشارة حالية ، مناسبة للتحويل إلى رمز رقمي. إذا كان هناك العديد من هذه الإشارات ، فلن تتم معالجتها كلها مرة واحدة ، ولكن يتم فصلها في الوقت المناسب ، وتعدد إرسالها ، وإلا فسيتعين تثبيت ADC منفصل على كل قناة.

لهذا الغرض ، تحتوي وحدة التحكم على دائرة تبديل دارة. يظهر الرسم التخطيطي الوظيفي للمفتاح في الشكل 8.

الشكل 8. تبديل قناة المستشعر التناظري (صورة قابلة للنقر)

يتم تغذية إشارات الحلقة الحالية المحولة إلى جهد عبر المقاوم القياس (UR1… URn) إلى مدخلات المفتاح التناظري. تمرر إشارات التحكم بالتناوب إحدى الإشارات UR1 ... URn إلى الخرج ، والتي يتم تضخيمها بواسطة مكبر الصوت ، ويتم تغذيتها بالتناوب إلى مدخلات ADC. يتم توفير الجهد المحول إلى رمز رقمي لجهاز التحكم.

المخطط ، بالطبع ، مبسط للغاية ، لكن من الممكن تمامًا مراعاة مبدأ مضاعفة الإرسال فيه. تقريبًا هذه هي الطريقة التي يتم بها بناء الوحدة النمطية لإدخال الإشارات التناظرية لوحدات تحكم MCTS (نظام المعالجات الدقيقة للوسائل التقنية) التي تنتجها Smolensk PC "Prolog". يظهر شكل وحدة التحكم MCTS في الشكل 9.

الشكل 9. تحكم MSTS

لقد توقف إصدار وحدات التحكم هذه منذ فترة طويلة ، رغم أنه في بعض الأماكن ، بعيدًا عن الأفضل ، لا تزال وحدات التحكم هذه قيد الاستخدام. يتم استبدال معروضات المتحف هذه بوحدات تحكم في النماذج الجديدة ، خاصة الإنتاج المستورد (الصيني).

إذا تم تركيب وحدة التحكم في خزانة معدنية ، يوصى بتوصيل الدروع المضفرة بنقطة تأريض الخزانة. يمكن أن يصل طول الخطوط المتصلة إلى أكثر من كيلومترين ، ويتم حسابها باستخدام الصيغ المناسبة. لن نحسب أي شيء هنا ، لكننا نعتقد أن الأمر كذلك.

أجهزة استشعار جديدة ، وحدات تحكم جديدة

مع ظهور وحدات تحكم جديدة ، أجهزة الإرسال التناظرية الجديدة مع بروتوكول HART(الطريق السريع عنونة محول عن بعد)

إشارة خرج المستشعر (الجهاز الميداني) هي إشارة تيار تناظرية في نطاق 4 ... 20 مللي أمبير ، حيث يتم فرض إشارة اتصال رقمية معدلة التردد (FSK - مفتاح تحويل التردد).

الشكل 10. إخراج جهاز الإرسال التناظري HART

يوضح الشكل إشارة تناظرية مع التفاف الجيب حولها مثل الثعبان. هذه هي الإشارة ذات التردد المعدل. لكن هذه ليست إشارة رقمية على الإطلاق ، ولم يتم التعرف عليها بعد. من الملاحظ في الشكل أن تردد الجيب عند إرسال صفر منطقي أعلى (2.2 كيلو هرتز) منه عند إرسال وحدة (1.2 كيلو هرتز). يتم نقل هذه الإشارات بواسطة تيار بسعة ± 0.5 مللي أمبير من شكل جيبي.

من المعروف أن متوسط ​​قيمة الإشارة الجيبية يساوي صفرًا ، وبالتالي ، فإن نقل المعلومات الرقمية لا يؤثر على تيار الخرج لجهاز الاستشعار 4 ... 20mA. يستخدم هذا الوضع عند تكوين أجهزة الاستشعار.

يتم الاتصال HART بطريقتين. في الحالة الأولى ، الحالة القياسية ، يمكن لجهازين فقط تبادل المعلومات عبر خط من سلكين ، بينما تعتمد إشارة الإخراج التناظرية 4 ... 20 مللي أمبير على القيمة المقاسة. يستخدم هذا الوضع عند تكوين الأجهزة الميدانية (أجهزة الاستشعار).

في الحالة الثانية ، يمكن توصيل ما يصل إلى 15 مستشعرًا بخط من سلكين ، يتم تحديد رقمه بواسطة معلمات خط الاتصال وقوة مصدر الطاقة. هذا هو الوضع متعدد النقاط. في هذا الوضع ، يكون لكل جهاز استشعار عنوانه الخاص في النطاق 1… 15 ، والذي من خلاله يصل إليه جهاز التحكم.

جهاز الاستشعار مع العنوان 0 غير متصل بخط الاتصال. لا يتم تبادل البيانات بين المستشعر وجهاز التحكم في الوضع متعدد النقاط إلا عن طريق إشارة تردد. يتم إصلاح الإشارة الحالية للمستشعر على المستوى المطلوب ولا تتغير.

في حالة الاتصال متعدد النقاط ، لا تعني البيانات النتائج الفعلية لقياسات المعلمة الخاضعة للرقابة فحسب ، بل تعني أيضًا مجموعة كاملة من جميع أنواع معلومات الخدمة.

بادئ ذي بدء ، هذه هي عناوين أجهزة الاستشعار وأوامر التحكم والإعدادات. ويتم نقل كل هذه المعلومات عبر خطوط اتصال ثنائية الأسلاك. هل من الممكن التخلص منها أيضا؟ صحيح ، يجب القيام بذلك بعناية ، فقط في الحالات التي لا يمكن أن يؤثر فيها الاتصال اللاسلكي على أمان العملية الخاضعة للرقابة.

اتضح أنه يمكنك التخلص من الأسلاك. بالفعل في عام 2007 ، تم نشر معيار WirelessHART ، وسيط الإرسال هو التردد غير المرخص لـ 2.4 جيجا هرتز ، والذي تعمل عليه العديد من أجهزة الكمبيوتر اللاسلكية ، بما في ذلك شبكات المنطقة المحلية اللاسلكية. لذلك ، يمكن أيضًا استخدام أجهزة WirelessHART دون أي قيود. يوضح الشكل 11 شبكة WirelessHART.

الشكل 11. شبكة WirelessHART

هذه هي التقنيات التي حلت محل حلقة التيار التناظري القديمة. لكنها لا تتخلى عن مواقعها أيضًا ، فهي تستخدم على نطاق واسع حيثما أمكن ذلك.

هنا تناولت بشكل منفصل قضية عملية مهمة مثل توصيل أجهزة الاستشعار الحثية بإخراج الترانزستور ، والتي تكون موجودة في كل مكان في المعدات الصناعية الحديثة. بالإضافة إلى ذلك ، هناك تعليمات حقيقية لأجهزة الاستشعار وروابط لأمثلة.

يمكن أن يكون مبدأ تنشيط (تشغيل) المستشعرات في هذه الحالة أيًا - استقرائي (تقريب) ، بصري (كهروضوئي) ، إلخ.

في الجزء الأول ، تم وصف الخيارات الممكنة لمخرجات أجهزة الاستشعار. يجب ألا تكون هناك مشاكل في توصيل المستشعرات مع جهات الاتصال (خرج المرحل). ومع وجود الترانزستورات والاتصال بوحدة التحكم ، فليس كل شيء بهذه البساطة.

مخططات التوصيل لأجهزة الاستشعار PNP و NPN

الفرق بين مستشعرات PNP و NPN هو أنها تقوم بتبديل أقطاب مختلفة لمصدر الطاقة. يقوم PNP (من كلمة "موجب") بتبديل الخرج الإيجابي لمصدر الطاقة ، NPN - سلبي.

يوجد أدناه ، على سبيل المثال ، مخططات التوصيل لأجهزة الاستشعار ذات خرج الترانزستور. الحمل - كقاعدة عامة ، هذا هو إدخال وحدة التحكم.

المستشعر. يتم توصيل الحمل (الحمل) باستمرار بـ "ناقص" (0 فولت) ، ويتم تبديل الإمداد المنفصل "1" (+ V) بواسطة ترانزستور. مستشعر NO أو NC - يعتمد على دائرة التحكم (الدائرة الرئيسية)

المستشعر. الحمل (الحمل) متصل باستمرار بـ "زائد" (+ V). هنا ، يكون المستوى النشط ("1" المنفصل) عند خرج المستشعر منخفضًا (0 فولت) ، بينما يتم تشغيل الحمل من خلال الترانزستور المفتوح.

أحث الجميع على عدم الخلط بين عملهم ، وسيتم وصف عمل هذه المخططات بالتفصيل لاحقًا.

تظهر الرسوم البيانية أدناه نفس الشيء بشكل أساسي. ينصب التركيز على الاختلافات في دوائر مخرجات PNP و NPN.

مخططات التوصيل لمخرجات مستشعر NPN و PNP

على الشكل الأيسر - جهاز استشعار مع خرج الترانزستور NPN. يتم تبديل السلك الشائع ، وهو في هذه الحالة السلك السالب لمصدر الطاقة.

على اليمين - الحال مع الترانزستور PNPعند الخروج. هذه الحالة هي الأكثر شيوعًا ، لأنه من المعتاد في الإلكترونيات الحديثة جعل السلك السالب لمصدر الطاقة شائعًا ، وتنشيط مدخلات وحدات التحكم وأجهزة التسجيل الأخرى ذات الإمكانات الإيجابية.

كيف تختبر جهاز الاستشعار الحثي؟

للقيام بذلك ، تحتاج إلى تطبيق الطاقة عليه ، أي توصيله بالدائرة. ثم - تفعيل (بدء). عند التنشيط ، سيضيء المؤشر. ومع ذلك ، فإن المؤشر لا يضمن التشغيل الصحيح لجهاز الاستشعار الحثي. تحتاج إلى توصيل الحمولة وقياس الجهد عليها لتكون متأكدًا بنسبة 100٪.

استبدال أجهزة الاستشعار

كما كتبت بالفعل ، هناك 4 أنواع أساسية من أجهزة الاستشعار بإخراج ترانزستور ، والتي يتم تقسيمها وفقًا لهيكلها الداخلي ودائرة التبديل:

• رقم PNP
• PNP NC
• NPN لا
• NPN NC

يمكن استبدال كل هذه الأنواع من أجهزة الاستشعار مع بعضها البعض ، أي إنها قابلة للتبديل.

يتم تنفيذ ذلك بالطرق التالية:

• تعديل جهاز البدء - يتغير التصميم ميكانيكيًا.
• تغيير المخطط الحالي لتشغيل المستشعر.
• تبديل نوع خرج المستشعر (إذا كان هناك مثل هذه المفاتيح على جسم المستشعر).
• إعادة برمجة البرنامج - تغيير المستوى النشط لهذا الإدخال ، وتغيير خوارزمية البرنامج.

فيما يلي مثال على كيفية استبدال مستشعر PNP بآخر NPN عن طريق تغيير مخطط الأسلاك:

مخططات التبادل PNP-NPN. على اليسار هو الرسم التخطيطي الأصلي ، على اليمين هو المعدل.

سيساعد فهم عمل هذه الدوائر في إدراك حقيقة أن الترانزستور هو عنصر أساسي يمكن تمثيله بجهات اتصال الترحيل العادية (الأمثلة أدناه ، في الترميز).

إذن ، الشكل على اليسار. لنفترض أن نوع المستشعر هو NO. ثم (بغض النظر عن نوع الترانزستور عند الخرج) ، عندما يكون المستشعر غير نشط ، تكون "جهات الاتصال" الخاصة به مفتوحة ، ولا يتدفق التيار خلالها. عندما يكون المستشعر نشطًا ، يتم إغلاق جهات الاتصال ، مع كل العواقب المترتبة على ذلك. بتعبير أدق ، مع تدفق التيار من خلال هذه الاتصالات)). يخلق التيار المتدفق انخفاضًا في الجهد عبر الحمل.

يظهر الحمل الداخلي بالخط المنقط لسبب ما. يوجد هذا المقاوم ، لكن وجوده لا يضمن التشغيل المستقر للمستشعر ، يجب توصيل المستشعر بإدخال وحدة التحكم أو أي حمولة أخرى. مقاومة هذا المدخل هو الحمل الرئيسي.

إذا لم يكن هناك حمل داخلي في المستشعر ، وكان المجمع "معلقًا في الهواء" ، فهذا يسمى "دائرة المجمع المفتوحة". تعمل هذه الدائرة فقط مع الحمل المتصل.

لذلك ، في دائرة بها خرج PNP ، عند التنشيط ، يدخل الجهد (+ V) عبر الترانزستور المفتوح إلى إدخال وحدة التحكم ، ويتم تنشيطه. كيف تحقق نفس الشيء مع إصدار NPN؟

هناك حالات لا يكون فيها المستشعر المطلوب في متناول اليد ، ويجب أن تعمل الآلة "الآن".

ننظر إلى التغييرات في المخطط على اليمين. بادئ ذي بدء ، يتم توفير طريقة تشغيل الترانزستور الناتج لجهاز الاستشعار. لهذا ، يضاف مقاوم إضافي إلى الدائرة ، وعادة ما تكون مقاومته من 5.1 - 10 كيلو أوم. الآن ، عندما لا يكون المستشعر نشطًا ، يتم توفير الجهد (+ V) لمدخل وحدة التحكم من خلال المقاوم الإضافي ، ويتم تنشيط إدخال وحدة التحكم. عندما يكون المستشعر نشطًا ، يوجد "0" منفصل عند إدخال وحدة التحكم ، نظرًا لأن إدخال وحدة التحكم يتم تحويله بواسطة ترانزستور NPN مفتوح ، ويمر كل تيار المقاوم الإضافي تقريبًا عبر هذا الترانزستور.

في هذه الحالة ، هناك إعادة صياغة لعملية المستشعر. لكن المستشعر يعمل في الوضع ، ويتلقى جهاز التحكم المعلومات. في معظم الحالات ، هذا كافٍ. على سبيل المثال ، في وضع عد النبض - مقياس سرعة الدوران ، أو عدد الفراغات.

نعم ، ليس بالضبط ما أردناه ، وأنظمة التبادل لأجهزة الاستشعار npn و pnp ليست مقبولة دائمًا.

كيف تحقق الوظائف الكاملة؟ الطريقة الأولى - تحريك أو إعادة تشكيل صفيحة معدنية (منشط) ميكانيكيًا. أو فجوة الضوء إذا كنا نتحدث عن جهاز استشعار بصري. الطريقة الثانية - إعادة برمجة إدخال وحدة التحكم بحيث يكون "0" هو الحالة النشطة لوحدة التحكم ، و "1" سلبي. إذا كان لديك جهاز كمبيوتر محمول في متناول اليد ، فإن الطريقة الثانية تكون أسرع وأسهل.

رمز مستشعر القرب

في المخططات الدائرية ، يتم تحديد أجهزة الاستشعار الاستقرائي (مستشعرات القرب) بشكل مختلف. لكن الشيء الرئيسي هو أن هناك مربعًا يتم تدويره بمقدار 45 درجة وخطين عموديين فيه. كما في الرسوم البيانية أدناه.

NO مستشعرات NC. المخططات الرئيسية.

يوجد في الرسم التخطيطي العلوي جهة اتصال مفتوحة عادةً (NO) (تم وضع علامة عليها بشكل مشروط على أنها ترانزستور PNP). عادة ما تكون الدائرة الثانية مغلقة ، والدائرة الثالثة عبارة عن جهات اتصال في مبيت واحد.

الترميز اللوني لمخرجات المستشعر

يوجد نظام تعليم قياسي بجهاز الاستشعار. جميع الشركات المصنعة تلتزم به حاليًا.

ومع ذلك ، من المفيد التأكد من صحة الاتصال قبل التثبيت من خلال الرجوع إلى دليل التوصيل (التعليمات). بالإضافة إلى ذلك ، كقاعدة عامة ، يتم تحديد ألوان الأسلاك على المستشعر نفسه ، إذا كان حجمه يسمح بذلك.

هنا هو الوسم.

• أزرق (أزرق) - قوة ناقص
• براون (بني) - زائد
• أسود (أسود) - خروج
• أبيض (أبيض) - الإخراج الثاني ، أو إدخال التحكم ،عليك أن تنظر إلى التعليمات.

نظام التخصيص لأجهزة الاستشعار الحثي

يُشار إلى نوع المستشعر برمز أبجدي رقمي يشفر المعلمات الرئيسية لجهاز الاستشعار. يوجد أدناه نظام وضع العلامات لمقاييس Autonics الشائعة.

قم بتنزيل الإرشادات والكتيبات لبعض أنواع أجهزة الاستشعار الحثي:التقيت في عملي.

شكرًا لكم جميعًا على اهتمامكم ، أنا في انتظار أسئلة حول توصيل أجهزة الاستشعار في التعليقات!

توصيل المستشعر الحالي بالمتحكم الدقيق

بعد التعرف على أساسيات النظرية ، يمكننا الانتقال إلى مسألة قراءة البيانات وتحويلها وتصورها. بمعنى آخر ، سنقوم بتصميم مقياس تيار مستمر بسيط.

يتم توصيل الإخراج التناظري للمستشعر بإحدى قنوات ADC الخاصة بالمتحكم الدقيق. يتم تنفيذ جميع التحولات والحسابات اللازمة في برنامج الميكروكونترولر. يتم استخدام مؤشر LCD مكون من سطرين لعرض البيانات.

مخطط تجريبي

لإجراء تجارب مع جهاز استشعار التيار ، من الضروري تجميع الهيكل وفقًا للرسم البياني الموضح في الشكل 8. لهذا الغرض ، استخدم المؤلف لوح التجارب ووحدة نمطية تعتمد على متحكم دقيق (الشكل 9).

يمكن شراء وحدة الاستشعار الحالية ACS712-05B جاهزة (تُباع بسعر رخيص جدًا على موقع eBay) ، أو يمكنك صنعها بنفسك. يتم اختيار سعة مكثف المرشح بما يساوي 1 nF ، ويتم تثبيت مكثف مانع قدره 0.1 μF على مزود الطاقة. للإشارة إلى التشغيل ، يتم لحام مصباح LED بمقاوم تبريد. يتم توصيل مصدر الطاقة وإشارة الخرج الخاصة بالمستشعر بالموصل الموجود على جانب واحد من لوحة الوحدة ، ويقع الموصل ثنائي السنون لقياس التيار المتدفق على الجانب الآخر.

لإجراء تجارب على قياس التيار ، نقوم بتوصيل مصدر جهد ثابت قابل للضبط بأطراف قياس التيار لجهاز الاستشعار من خلال المقاوم المتسلسل 2.7 أوم / 2 وات. يتم توصيل خرج المستشعر بمنفذ RA0 / AN0 (دبوس 17) بالمتحكم الدقيق. يتم توصيل مؤشر LCD المكون من سطرين بالمنفذ B من وحدة التحكم الدقيقة ويعمل في وضع 4 بت.

يتم تشغيل المتحكم الدقيق بواسطة +5 فولت ، ويستخدم نفس الجهد كمرجع لـ ADC. يتم تنفيذ الحسابات والتحولات اللازمة في برنامج الميكروكونترولر.

يتم عرض التعبيرات الرياضية المستخدمة في عملية التحويل أدناه.

حساسية المستشعر الحالية = 0.185 فولت / أمبير. مع إمداد Vcc = 5 V والجهد المرجعي Vref = 5 V ، ستكون النسب المحسوبة على النحو التالي:

كود الإخراج ADC

بالتالي

نتيجة لذلك ، تكون صيغة حساب التيار كما يلي:

ملاحظة مهمة. تستند العلاقات المذكورة أعلاه إلى افتراض أن جهد الإمداد والجهد المرجعي لـ ADC هما 5 فولت. ومع ذلك ، فإن التعبير الأخير المتعلق بالتيار I وكود إخراج ADC يظل صالحًا حتى مع التقلبات في جهد إمداد الطاقة. نوقش هذا في الجزء النظري من الوصف.

يتضح من التعبير الأخير أن الدقة الحالية للمستشعر هي 26.4 مللي أمبير ، وهو ما يتوافق مع 513 عينة ADC ، وهو ما يتجاوز النتيجة المتوقعة بعينة واحدة. وبالتالي ، يمكننا أن نستنتج أن هذا التطبيق لا يسمح بقياس التيارات الصغيرة. لزيادة الدقة وزيادة الحساسية عند قياس التيارات المنخفضة ، ستحتاج إلى استخدام مكبر تشغيلي. يظهر مثال على مثل هذه الدائرة في الشكل 10.

برنامج متحكم

تمت كتابة برنامج الميكروكونترولر PIC16F1847 بلغة C وتم تجميعه في بيئة mikroC Pro (mikroElektronika). يتم عرض نتائج القياس على شاشة LCD ذات سطرين بدقة من منزلتين عشريتين.

انتاج |

مع وجود تيار إدخال صفري ، يجب أن يكون جهد الخرج لـ ACS712 مثاليًا بدقة Vcc / 2 ، أي يجب قراءة الرقم 512 من ADC. يؤدي انجراف جهد خرج المستشعر بمقدار 4.9 مللي فولت إلى حدوث تحول في نتيجة التحويل بمقدار 1 LSB من ADC (الشكل 11). (بالنسبة إلى Vref = 5.0V ، ستكون دقة ADC 10 بت 5/1024 = 4.9mV) ، وهو ما يتوافق مع 26mA من تيار الإدخال. لاحظ أنه لتقليل تأثير التقلبات ، من المستحسن إجراء عدة قياسات ثم متوسط ​​نتائجها.

إذا تم ضبط جهد الخرج لمصدر الطاقة المنظم على 1 فولت ، من خلال
يجب أن يحمل المقاوم تيارًا يبلغ حوالي 370 مللي أمبير. القيمة الحالية المقاسة في التجربة هي 390 مللي أمبير ، وهو ما يتجاوز النتيجة الصحيحة بوحدة واحدة من LSB من ADC (الشكل 12).

بجهد 2 فولت ، سيظهر المؤشر 760 مللي أمبير.

بهذا نختتم مناقشتنا لمستشعر التيار ACS712. ومع ذلك ، لم نتطرق إلى قضية أخرى. كيف تستخدم هذا المستشعر لقياس التيار المتردد؟ ضع في اعتبارك أن المستشعر يوفر استجابة فورية تتوافق مع التيار المتدفق عبر خيوط الاختبار. إذا كان التيار يتدفق في الاتجاه الإيجابي (من الدبابيس 1 و 2 إلى الدبابيس 3 و 4) ، تكون حساسية المستشعر موجبة ويكون جهد الخرج أكبر من Vcc / 2. إذا انعكس التيار ، ستكون الحساسية سالبة وسينخفض ​​جهد خرج المستشعر إلى ما دون Vcc / 2. هذا يعني أنه عند قياس إشارة التيار المتردد ، يجب أن يأخذ ADC المتحكم الدقيق عينة بسرعة كافية ليتمكن من حساب تيار RMS.

التحميلات

الكود المصدري لبرنامج الميكروكونترولر وملف البرنامج الثابت -