Густав Олссон, Джангуидо Пиани - Цифровые системы автоматизации и управления (1087169), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Токи, текущие от силн оборудования, должны возвращаться к тем же устройствам. Проводники, прн,, диненные к электрическим элементам, могут называться "землен", но в денет „ тельности функционировать как замкнутый контур и вызывать искажение на„, жения или пиковые возмущения из-за импеданса кабелей.
Следует прим „„, провода соответствующего сечения как для силовых цепей. так и для цепей за ления. ° Цифровые и аналоговые цепи должны заземляться раздельно. Когда цифра система изменяет свое логическое состояние, на "цифровом заземлении" моиз появляться значительные всплески напряжения. Поскольку аналоговые нввк обычно очень чувствительны к возмущениям, то раздельное заземление сннжкн влияние резистивнойсвязи. 4.5.5. Выбор носителя сигнала: напряжение или ток Выбор носителя сигнала для передачи измерительных данных от датчика к кш пьютеру зависит от нескольких факторов. Наиболее существенное соображение, а торое следует принимать во внимание, — сигнал должен быть по возможности нмв.
чувствительным к электрическим возмущениям. Передача сигнала напряжением Каждый кабель обладает определенным погонным сопротнвлени нием. Гов входной импеданс последнего элемента в цепи — устройства обра б аботкн снгвг ла — не бесконечность, то по кабелю будет протекать ток и в р.зу е льтате ПРв изойдет падение напряжения. Если изменяется амплитуда сиг нала, то неко!' ных емкостн ый ток потечет между проводами иа-за распределенных рый Следовательно, разумно всегда считаться с некоторым падение. ' р м нап яженнв л линии передачи. Требование, чтобы устройства обработки имели высоки" в""' ной нмпеданс, приводит к тому, что они очень чувствител ительны к помехам.
Схы ,чв«! ватсльно. напряжение не слишком пригодно для пер да д . е ачи данных в слу" ' когда могут бь!ть заметные помех!и. ля . Ят1н Одним из способов передачи сигнала напряжением явля р ' является о ганизапия оводной системы (Рис. 4 27). По одному проводу й пр о ния датчика, по другому поступают сигналы от датчика к у тывающим устройствам, а третий провод являетс щ . Преимущество этого решения в том, что изменения сопротивления сигнз' провода, например из-за колебаний температуры, не сказываются на снгн ения напР ' этому проводу не р протекает ток и, следовательно, на нем нет пад Чувствительность к в о ь к внешним помехам остается, однако, неизменной.
с гналов — эта Главная причин у, и на популярности напряжения для передачи сигналов— ш Окая доступ. нои стороны, присущ , п з «сущая этому методу простота, а с другой — широкая до устройств для усилени, ля усиления, фильтрации и других видов обработки.
априн х схеМ " нео ходимо, что б о, ч Обы один и тот же сигнал поступил на вход нескольких схе 1)ее' точно соединить эти схемы параллельно (с учетом входного импеданса). „пряженне не очень часто используется в промышленных системах, нона это, „игналы в них должны передаваться на большие расстояния и влияние исскольку помех может стать значительным. точнНКОВ Рнс. 4.27. Подключение датчика в трехпроводной цепи По двум проводам течет постоянный ток; по сигнальному проводу ток не течет, следо- вательно, нет падения напряжения Наиболее в н 1ЕС 381): важные уровни сигналов напряжения стандартизованы (стандарт Лере дача сигнала током г(ля пе «!ение ат ередачн сигнала на з! на значительное расстояние лучше использовать не напряа, ' "то у остается постоянным по длине кабеля, а напряжение паза сопротивления кабеля абеля.
На конце кабеля токовый сигнал можно и еобразоа"Ряжение с помоц ьн, в р а щью высокоточного шунтнрующего резистора (рис. 4.28). '!ередаче токовых сигнало ""ННОННьв,,! гналов выходное напряжение датчика преобразуется нвн„'нь'и Усилителем в ток.
1 а идеал ок. Приемник -- операционный усилитель на конце ведал деазе должен иметь н ле !с оиредеч нулевой входной импеданс. В действительности, им!ока 2л еделнетсЯ шУнтом и о мА нри у бычно имеет порядок нескольких сотен Ом. Для й. ! „" унта 250 Ом падение напряжения будет составлять ' й Е Ри сопротивлении ш н реобразователь напряжения в ток, имеет высокий В!КОЛН „ОЧНИК Сигнала, т. е. и в яо, ' подано тогда любая у ' помеха при передаче приведет к небольщОму Ооь омупа е оычив Ыес око у нению напряжения на шунте. нно~ сто„нгналы, ка 'аа т токе и и еа к правило, используются на низких частотах до 10 Г . П ц.
Ри идеальной изоляции сопротивление кабеля не влияе лнчинатока . влияет на сига тока на входе приемника — Обрабатыва!ошей схемы — та а мы — такая же, 164 Глава 4. Вход и выход физических проц есо 155 преобразователь ОВ как на выходе источника сигнала. При переменном токе влияние емкостного "вас) фекта становится заметным и часть тока будет теряться по длине кабеля, у„ Уход„ либо в обратный провод, либо в заземленный экран. Международный ставя ' дай 1ЕС 381 рекомендует для передачи сигналов диапазон токов 4 — 20 мА.
Минни мазь цый уровень сигнала определен как 4 мА, чтобы можно было обнаружить Ра, азры цепи (О мА). Рнс. 4.28. Передача аналогового сигнала по токовой петле Преобразователь напряжения в ток — стандартный элемент цепи. Сигнал передаетсд пь витой паре, длина которой может достигать нескольких сот метров. Шунтируюший резас тор для преобразования тока в напряжение в диапазоне от Π— 2 до 1О В должен иметь вали. чину порядка 500 Ом Питание и датчика, и преобразователя и передача выходного сигнала могут осу шествляться по одной и той же паре проводов.
Это можно сделать при условии, чи ток, потребляемый датчиком и преобразователем, не меняется, тогда любое измен' иие тока в цепи, очевидно, отражает работу датчика. Напротив, как было сказано с ' иее, передача сигнала напряжением требует трех кабелей. Подводя иго~и, можно сказать, что измерительная система, используюсцая т'д для передачи сигнала и датчик, гальванически изолированный от выходного сигнад' имеет несколько преимуществ; — удовлетворительно работает на протяженных коммуникациях; — допускает простую процедуру проверки, поскольку величина тока 0 мА озя"" ет, что датчик отключен или линия разомкнута; — обеспечивает хорошую защиту от помех; атм.
— для системы достаточно только два провода, что позволяет снизить затра~ . 4.5.6. Передача оптических сигналов Передача сигналов по оптоволоконному кабелю стала обычной практикой во ь ьсяд. их измерительных и коммуникационных приложениях. Оптическая передач а яя Г восд формации требует весьма сложного н, соответственно, дорогостоящего цнфров ком ммуникационного оборудования. С помощью светодиодов (1сябд-етстгсгс8 йоссд то 1 ЕО) цифровые электрические сигналы преобр~зуются в световые импульсы, кос ' я. Рь ые затем передаются но оптическому волокну. На приемном конце све оные я, ' носе (двухпозиционные) исполнительные механизмы 4 б, бинаР" ова преобразуются в электрические сигналы с помощью оптоэлектронных яь' ,,„сы снов дтчвков.
ческий сигнал невосприимчив к магнитным и электрическим помехам и Оптнчес навет абсолютную изоляцию. Этот способ передачи предпочтителен для беспечнвае расстояний (>1 км), а также в сложных условиях, например вблизи электыпнх Ра а елей и преобразователей частоты. Применение оптических сигналов в техРодвигател ническнх ' системах обусловлено в большей степени их помехоустойчивостью, чем ои пропускной способностью. Более подробно оптические системы связи расзысокой про .
отрены в разделе 9,3.8. 4 6. Бинарные (двухпозиционные) исполнительные механизмы Очень часто для управления достаточно исполнительных механизмов, имеющих только два рабочих состояния. Эти механизмы называются двухпозиционными или бинарными. Они похожи на электрический выключатель: включен — есть ток, выключен — тока нет. К двухпозиционным исполнительным механизмам, в частности, относятся магнитные клапаны, электромагнитные реле и электронные твердотельные выключатели, Для управления такими механизмами достаточно одного-двух бит, которые легко можно получить на выходе управляющего компьютера.
Управляюяьий сигнал можно усиливать простым переключателем, а не сложным линейным усилителем. Бинарные исполнительные механизмы бывают с одним (топовгаЫе) и двумя Ьбсдга61в) устойчивыми состояниями. Исполнительный механизм с одним устойчивым состоянием, которому соответствует отключение питания, управляется ~олько одним сигналом. дистанционный контактор электродвигателя обычно является устройством такого типа Пока на контактор приходит управляюьций сиг"м, двигатель получает питание, но как только сигнал пропадает, питание выключается. Уст стройство с двумя устойчивыми состояниями сохраняет свое текущее состояние до тех п ех пор, пока не получит новый управляющий сигнал, изменяющии его, Можно сказать, ать, что исполнительный механизм "помнит" свое последнее положение.
11апри'еР,что Р тобы привести в движение цилиндр, управляемый магнитным клапаном с двуыя устойч У ойчивыми положениями, необходимы один сигнал для открытия и другой сигнал для за д я закрытия. Исполнительные механизмы с двумя устойчивымн состояниями УлРавляют яются импульсными, а не аналоговыми сигналами. 4,6.1, У ".правляемые выключатели УРовень нь моьцности выходного сигнала компьютера обычно очень мал: уровень а" Ряжения " ня "мощного" выходного сигнала лежит между ч2 В и +5 В, а "маломощноее 1 В. Максимальныи ток зависит от присоединенной нагрузки, но, как менее 1 В йд Разило, он оьь менее 20 мА. Обычный выходной порт компьютера выдает мощность по"лка 100,„ чеханизмо 00 мВт, Это означает, что для Управления болыпннством исполнительных змов сигнал компьютера нужно уси~ить.
Для этого используются управляеЫе вь выключатели. 1ЕВ Глава 4. ВХОх ход и выход физичесх хихл пв чм, Наиболее распространенным электрически изос.~лированным выклю . чл теде, стемах управления всегда было электромеханичес::з-скос Реле. Реле — на д,ежввв ключатель, который может работать как на переме евенллом, так и на посто оянноч, Ток, протекающий по обмотке реле, создает магни-нитное поле, перемеп! ЮД1ЕЕ яд,, из одного положения в другое. Таким образом, рвюоазмыкаются и замь ~аются „„ трические контакты, которые сами по себе могутхмт пропускать токи э .
дчвтелхл большие чем требуется для у разлепил собственин'но реле Тини ый . б' ' ок вбх „ реле составляет около 0.5 Л при напряжении 12 В, .В, поэтому реле нельзя Я УпРавдл; непосредственно с выхода компьютера; требуетсяч=я промежуточный вьд' кдючалл. средней мощности, например транзисторный усидквллитель, который устава навливм ся между выходом ком отера и реле При проев и кт рованин систем с реч еле все: необходимо лхомнить о проблемах энергоснабженьхчлия, поэтому при снятххм „ пятил реле должно принимать безопасное положение. - Другими словами, отвд„„ ° ючевл питания релейной системы не должно приводитптгь к нежелательному повел,д,„, присоединенной нагрузки. Существуют различные типы реле в широком х.