Signaux analogiques unifiés dans les systèmes d'automatisation

Lorsque nous créons un système d'automatisation pour un certain processus technologique, nous devons en quelque sorte connecter des capteurs et d'autres dispositifs de signalisation - avec des actionneurs, des convertisseurs, des contrôleurs, etc. Ces derniers reçoivent généralement un signal du capteur sous la forme d'une tension ou d'un courant d'une certaine amplitude (dans le cas de signaux analogiques), ou sous forme d'impulsions avec certains paramètres de temps (dans le cas de signaux numériques).

Les paramètres de ces signaux électriques doivent correspondre de manière bien précise aux paramètres de la grandeur physique que fixe le capteur, pour que la commande du dispositif terminal soit adéquate à la tâche d'automatisation.

Bien sûr, il est plus pratique d'unifier les signaux analogiques de différents capteurs, de sorte que les contrôleurs gagnent en flexibilité, de sorte que l'utilisateur n'ait pas à choisir son type d'interface individuel pour chaque capteur et son propre capteur pour chaque interface.

Laissez la nature des signaux d'entrée-sortie devenir unifiée, ont décidé les développeurs, car avec cette approche, le développement de systèmes d'automatisation et de blocs d'automatisation pour l'industrie sera grandement simplifié, et le dépannage, la maintenance et la modernisation des équipements deviendront beaucoup plus faciles - flexibles. Même si un capteur tombe en panne, vous n'avez pas du tout besoin de chercher exactement le même, il suffira de choisir un analogique avec les signaux de sortie correspondants.

Mesures de la température ambiante, du régime moteur, de la pression du fluide, des contraintes mécaniques de l'échantillon, de l'humidité de l'air, etc. — sont souvent réalisées en traitant les signaux analogiques continus reçus des capteurs concernés, tandis que le fonctionnement continu de l'appareil connecté est automatiquement corrigé : élément chauffant, convertisseur de fréquence, pompe, presse, etc.

Le signal analogique le plus courant est soit un signal de tension allant de 0 à 10 V, soit un signal de courant allant de 4 à 20 mA.

Contrôle de tension de 0 à 10 V

Lorsqu'un signal de tension unifié de 0 à 10 V est utilisé, alors cette séquence continue de tensions de 0 à 10 V est associée à une série de grandeurs physiques mesurées, telles que la pression ou la température.

Supposons que la température passe de -30 à +125 °C tandis que la tension passe de 0 à 10 V, 0 volt correspondant à une température de -30 °C et 10 volts à +125 °C. Il peut s'agir de la température de réactif ou la pièce, et les valeurs de température intermédiaires auront des valeurs de tension strictement définies de la plage spécifiée. Ici, la relation n'est pas nécessairement linéaire.

De cette manière, il est possible de contrôler divers appareils ainsi que d'obtenir des informations de surveillance. Par exemple, un radiateur avec un capteur thermique a une sortie analogique pour afficher la température actuelle : 0 V — la température de la surface du radiateur est de + 25 °C ou moins, 10 V — la température a atteint + 125 °C — le maximum autorisé.

Ou en appliquant une tension de 0 à 10 V du contrôleur à l'entrée analogique de la pompe, nous ajustons la pression du gaz dans le récipient : 0 V — la pression est égale à la pression atmosphérique, 5 V — la pression est de 2 atm, 10 V - 4 atm De même, vous pouvez contrôler des appareils de chauffage, des machines à couper les métaux, des vannes et d'autres raccords et actionneurs à des fins diverses.

Contrôle du courant (boucle de courant 4 à 20 mA)

Le deuxième type de signal analogique unifié pour le contrôle des automatismes est un signal de courant 4-20 mA appelé «boucle de courant». Ce signal est également utilisé pour recevoir des signaux de divers capteurs afin de contrôler les entraînements.

Contrairement à un signal de tension, la nature actuelle du signal lui permet d'être transmis sans distorsion sur des distances beaucoup plus grandes, car les chutes de tension de ligne et les résistances sont automatiquement compensées. De plus, il est très facile de diagnostiquer l'intégrité des circuits de transmission - s'il y a du courant, la ligne est intacte, s'il n'y a pas de courant, il y a un circuit ouvert. Pour cette raison, la plus petite valeur est de 4 mA, et non de 0 mA.

Donc, ici, une source de courant est utilisée comme source d'alimentation pour le signal de commande et non une source de tension. En conséquence, le variateur de vitesse doit avoir une entrée de courant 4-20 mA et le transducteur de capteur doit avoir une sortie de courant.Supposons que le variateur de fréquence ait une entrée de courant de commande de 4-20 mA, puis lorsqu'un signal de 4 mA ou moins est appliqué à l'entrée, le variateur contrôlé s'arrête et lorsqu'un courant de 20 mA est appliqué, il accélère jusqu'à pleine vitesse.

Pendant ce temps, les sorties des capteurs de courant peuvent être à la fois actives et passives. Le plus souvent, les sorties sont passives, ce qui signifie qu'une alimentation supplémentaire est nécessaire, qui est connectée en série avec le capteur et le variateur de vitesse. Un capteur ou un contrôleur avec une sortie active ne nécessite pas d'alimentation car il est intégré.

La boucle de courant analogique est plus couramment utilisée en ingénierie aujourd'hui que les signaux de tension. Il peut être utilisé à des distances allant jusqu'à plusieurs kilomètres. Pour protéger l'équipement, une isolation galvanique des dispositifs optoélectroniques tels que les optocoupleurs est utilisée. En raison de l'imperfection de la source de courant, la longueur de ligne maximale autorisée (et la résistance de ligne maximale) dépend de la tension à partir de laquelle la source de courant est alimentée.

Par exemple, avec une tension d'alimentation typique de 12 volts, la résistance ne doit pas dépasser 600 ohms. Les gammes de courants et de tensions sont décrites dans GOST 26.011-80 «Mesures et automatisation. Entrée et sortie de courant et de tension électriques continus».

Outil d'unification du signal primaire - Convertisseur de normalisation

Pour unifier le signal primaire du capteur - pour le convertir en une tension de 0 à 10 V ou en un courant de 4 à 20 mA, le soi-disant convertisseurs de normalisation… Ces convertisseurs de normalisation sont disponibles pour la température, l'humidité, la pression, le poids, etc.

Le principe de fonctionnement du capteur peut être différent : capacitif, inductif, résistif, thermocouple, etc. Cependant, pour faciliter le traitement ultérieur du signal, la sortie doit répondre aux exigences d'unification. C'est pourquoi les capteurs sont souvent équipés de convertisseurs standards de la valeur mesurée en courant ou en tension.