Модули аналогового ввода-вывода

Как формируется и передаётся аналоговый сигнал

При аналоговом вводе измеряемая физическая величина преобразуется в электрический сигнал. Например, датчик давления с диапазоном от 0 до 10 бар может формировать ток 4–20 мА:

• 4 мА соответствуют давлению 0 бар;
• 12 мА — давлению около 5 бар;
• 20 мА — давлению 10 бар.

Сигнал поступает на вход модуля, проходит через входные цепи и фильтрацию, после чего аналого-цифровой преобразователь — АЦП — переводит измеренное значение в цифровой код. По внутренней шине станции этот код передаётся в контроллер. ПЛК масштабирует его в инженерные единицы: градусы, бары, метры, литры в минуту, килограммы и другие величины.

При аналоговом выводе процесс идёт в обратном направлении. Контроллер рассчитывает управляющее значение и передаёт его модулю. Цифро-аналоговый преобразователь — ЦАП — формирует соответствующий ток или напряжение. При линейном масштабировании команда 50% будет соответствовать 5 В для диапазона 0–10 В или 12 мА для диапазона 4–20 мА.

Таким образом, по проводам между модулем и полевым устройством передаётся аналоговый сигнал, а внутри станции CREVIS информация передаётся уже в цифровом виде. Для термосопротивлений, термопар и тензодатчиков модуль непосредственно измеряет сопротивление или малое напряжение, создаваемое чувствительным элементом.

Основные типы аналоговых сигналов

В системах автоматизации используются унифицированные токовые и потенциальные сигналы, а также сигналы датчиков, которые подключаются к специализированным входам.

Тип и диапазон канала должны соответствовать подключаемому устройству. Датчик с выходом 0–10 В нельзя напрямую подключить к входу 4–20 мА. Диапазоны 0–20 и 4–20 мА также не являются взаимозаменяемыми без изменения настроек и масштабирования: у них одинаковая верхняя граница, но разная нижняя точка.

Почему в промышленности часто применяется сигнал 4–20 мА

Токовая петля 4–20 мА хорошо подходит для передачи измерительных и управляющих сигналов по протяжённым кабельным линиям. В последовательной цепи один и тот же ток проходит через датчик, кабель и вход модуля. Поэтому сопротивление проводов не прибавляется непосредственно к измеряемому значению, пока источник сигнала способен поддерживать заданный ток при суммарной нагрузке цепи.

Нижняя граница 4 мА называется «живым нулём». Она помогает отличить минимальное рабочее значение от обрыва линии или отключения питания, при которых ток обычно падает к нулю. Если оборудование поддерживает NAMUR NE 43, для передачи информации о неисправности могут использоваться отдельные уровни тока за пределами нормального диапазона измерения.

Двухпроводный измерительный преобразователь получает питание и передаёт сигнал по одной паре проводов. У трёх- и четырёхпроводных устройств питание и сигнальная цепь частично или полностью разделены. Поэтому при выборе модуля нужно проверить не только диапазон 4–20 мА, но и схему конкретного датчика. Наличие токового входа само по себе не означает, что модуль питает подключённый преобразователь.

Модули аналогового ввода и вывода CREVIS

В каталоге CREVIS представлены модули для приёма и формирования унифицированных токовых и потенциальных сигналов, непосредственного подключения температурных и тензометрических датчиков, а также решения специализированных измерительных задач.

Поддерживаемые диапазоны, количество каналов и функции зависят от конкретной модели. В таблице приведены основные группы оборудования и примеры модулей CREVIS.

Поддерживаемые диапазоны и количество каналов зависят от конкретной модели. В таблице перечислены типы сигналов, доступные в пределах каждой группы оборудования.