Základy senzorů: Úprava signálu

Základy senzorů: Úprava signálu

Uživatelé, kteří potřebují konvertovat signál ze senzoru vlastními prostředky, mají k dispozici spoustu nástrojů. Musejí však vzít v úvahu několik aspektů, jako jsou cena a provozní podmínky.

U mnoha řídicích aplikací nemusejí uživatelé uvažovat o tom, co se v zařízení děje. Uvnitř zařízení je signál konvertován na formát, který jejich řídicí systém potřebuje. Většina průmyslových systémů využívá standardy pro určité napěťové nebo proudové signály: 24 V DC nebo 120 V AC pro digitální a 0–10 V DC nebo 4–20 mA pro analogové. 

Ve většině případů je vlastní detekční element uvnitř senzoru nízkonapěťovým zařízením, které vyžaduje napájení něco mezi 1,5 a 5 V DC. U běžně používaných, sériově vyráběných zařízení se všechny konverze odehrávají uvnitř senzoru. Uživatelé musejí jen poskytnout některé z výše uvedených standardních průmyslových napájení a připojit je ke vstupu. 

U větších systémů však nelze rozvádět signály na tak nízkých úrovních. Zařízení jsou často velmi vzdálená od řídicí skříně, ačkoli u distribuovaných I/O bloků na bázi komunikací byla již téměř odstraněna nutnost používání signálů 120 V AC. Přesto však jistě není realistické přenášet signály na úrovni tranzistorově-tranzistorové logiky (TTL) ze senzorů do řídicí skříně. 

Co se stane, když uživatelé musejí konvertovat signál? Existuje řada komerčně dostupných zařízení, která přijímají signál jednoho typu a konvertují nebo zesilují jej na signál jiného typu. Asi nejjednodušší metodou, jak toho u digitálních signálů dosáhnout, je použít relé. K dispozici jsou relé s cívkami na napětí 5 V DV, 12 V DC, 24 V DC, 120 V AC i na vyšší. Avšak i u tak jednoduchých zařízen je nutno dbát na to, aby nebyl signál poškozen zavedením rušení do systému. Není moc dobrý nápad vést vodiče 5 V DC v jednom svazku s motorovými kabely nebo přívodem napájení 480 V. 

Obrázek 1: Uživatelé musejí zvažovat aspekty konvertoru, jako jsou náklady, umístění, způsob zajištění jeho napájení a detekční zařízení. Všechny obrázky poskytl Frank Lamb, Automation Primer

 

K dispozici jsou analogové konvertory převádějící signály 4–20 mA na 0–10 V a naopak, signály mV/V na standardní analogové signály a konvertory pro nejrůznější speciální zařízení. Jeden z problémů, k nimž může dojít, je zobrazen na obrázku 1. Uživatelé musejí zvážit nejen aspekty konvertoru samotného – kam jej umístit, jak jej zapojit, kolik stojí atd. – ale také jak k němu přivést napájení a jaké je detekční zařízení. 

Na obrázku 2 je uveden příklad zařízení potřebných k určení výšky hladiny v nádrži s využitím snímačů síly, což s sebou může nést určitá zajímavá rozhodnutí, kam jednotlivé součásti umístit a jaké pro ně zvolit rozhraní. Vše se musí vejít do prostoru, který mají uživatelé k dispozici, což znamená, že některá ze zařízení pro zpracování signálu nebudou montovaná tak jako v provozu. 

Obrázek 2: Pro určení výšek hladin v nádrži pomocí snímače síly a kondicionéru signálu potřebují uživatelé také součtový člen. Nicméně to, co funguje za kontrolovaných podmínek, nemusí fungovat v provozu

Samotný kondicionér signálu, který přijímá signál v mV a zesiluje jej na signál 0–10 V DC, je napájen 12 V DC. A opět, protože výstup ze součtového členu je signál na úrovni mV, musí být umístěn blízko kondicionéru signálu. 

Je zde také problém, jak vše po celkovém zapojení kalibrovat. Pokaždé když signál prochází další konverzí nebo zařízením, je do systému zavedena další proměnná. 

Frank Lamb je zakladatel společnosti Automation Consulting a člen redakčního poradního sboru časopisu Control Engineering. Tento článek byl původně publikován na blogu Automation Primer. Blog Automation Primer je obsahovým partnerem vydavatelství CFE Media. Upravil Chris Vavra, redaktor časopisu Control Engineering, CFE Media, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript..

Control Engineering Česko

Control Engineering Česko je přední časopis o průmyslové automatizaci. Je vydáván v licenci amerického Control Engineering, které poskytuje novinky z této oblasti více než 60 let.

www.controlengcesko.com