Термопреобразователи сопротивления (терморезисторы, резистивные термопреобразователи, термометры сопротивления) являются вторыми по распространенности средствами измерения температуры после термопар. Принцип их действия основан на зависимости электрического сопротивления металла (по ГОСТ 6651-94 используется медь, платина и никель) или полупроводника от температуры.

Достоинством металлических датчиков является высокая линейность и взаимозаменяемость, т.е. возможность замены вышедшего из строя датчика на аналогичный без повторной калибровки системы. Взаимозаменяемость достигается благодаря малому технологическому разбросу сопротивлений датчиков (разброс сопротивлений составляет от ±0,15 % при температуре 0 °С для медных датчиков класса «А» до ±0,5 % для датчиков класса «С* по ГОСТ 6651-94). Разброс сопротивлений увеличивается с ростом температуры (табл. 6.3). Медные датчики используются для измерения температуры в диапазоне от -200 до +200 °С, платиновые — в диапазоне от -260 до +850 °С, никелевые — от -60 до +100 С.

Никелевые термопреобразователи имеют высокую чувствительность, платиновые — высокую стабильность (неизменность показаний с течением времени), медные — низкую цену и наилучшую линейность зависимости сопротивления от температуры.

Страниц: 1 2

Двухпроводная схема измерении использует косвенный метод измерений, при котором измеряется напряжение на сопротивлении Vx, вызванное протекающим калиброванным током возбуждения. Реже задается калиброванное напряжение Vx и измеряется ток. Возможен также вариант, когда одновременно измеряются как ток, так и напряжение при использовании некалиброванных источников измерительных сигналов.

В связи с тем, что сопротивление металлических датчиков мало, большую погрешность в результат измерения вносят сопротивления проводов. Поэтому двухпроводная схема измерений используется, когда сопротивления малы, например не превышают ОД % от сопротивления датчика, т.е. для медного датчика TCM5Q с До = 50 Ом сопротивление проводов должно быть не более 0,05 Ом. При использовании проводов сечением 0,35 мм2 с погонным сопротивлением 0,049 Ом/м длина пары проводников для этого случая не должна превышать 0,5 м.

Поскольку рассматриваемая погрешность является систематической, ее можно исключить из результата измерений несколькими способами. Если измерения выполняются при заранее известном сопротивлении проводов Дцр, то величину измеренного сопротивления нужно уменьшить на Д„р, Для более точного исключения этой погрешности нужно учесть зависимость сопротивления от температуры, если известна температура провода.

Желание снизить стоимость кабеля в системах автоматизации при невысоких требований к точности привело к появлению трехпроводной схемы измерений, В модулях ввода используются три варианта трехпроводных схем измерения сопротивлений, которые отличаются погрешностью и конструкцией измерительного модуля.

С появлением интегральных АЦП с двумя встроенными цифроуправляемыми источниками тока появилась возможность реализовать трехпроводную схему измерений.

В этой схеме присутствуют те же источники погрешности, что и в предыдущей, поскольку используется тот же принцип компенсации погрешностей, если учесть, что вместо погрешности задания тока вносится: погрешность его измерения.

Тензорезисторы используются для измерения деформации в твердых телах. На их основе строят датчики веса, давления, силы, перемещения, момента, ускорения, вибрации, натяжения, крутящего момента> остаточных напряжений в механических конструкциях и деталях машии после их обработки и т.д. Принцип действия тензорезистора основан на изменении электрического сопротивления твердого тела при его деформации приложенной силой.

Таким образом, измерение силы с помощью тензорезистора сводится к измерению его сопротивления или напряжения на выходе измерительного моста, которое зависит от сопротивления.

Датчики на основе тензорезисторов. Конструктивно металлический датчик на основе тензорезистора (тензодатчик) состоит из очень тонкого провода или, более часто, металлической фольги, сформированной в виде змейки и нанесенной на подложку (носитель), которая непосредственно приклеивается к испытываемому телу. Типовая длина тензодатчиков колеблется от 0,2 мм до 10 см.

Страниц: 1 2 3

Модули аналогового вывода предназначены для вывода из компьютера или контроллера информации в аналоговой форме. Аналоговые сигналы на выходе модулей вывода могут быть представлены в виде стандартных сигналов тока или напряжения. Модули аналогового вывода используются в основном для управления исполнительными устройствами с аналоговым управляющим входом, но могут быть использованы также в измерительных системах, для электрофизических исследований или построения испытательных стендов.

Структуру типового модуля вывода аналоговых сигналов рассмотрим на примере модуля NL-4AO.

Информация в модуль вывода поступает из управляющего контроллера или компьютера обычно через интерфейс RS-485, в некоторых модулях вывода Используют другие последовательные или параллельные интерфейсы. Типичным для средств промышленной автоматики является гальваническая изоляция аналоговой выходной части модуля от цифровой части, включающей микропроцессор. Модуль управляется командами, посылаемыми с помощью стандартного протокола Modbus RTU или DC ON.

В системах автоматизации очень распространены двоичные сигналы, которые поступают от концевых выключателей, датчиков охранной или пожарной сигнализации, датчиков заполнения емкостей, датчиков сбегания ленты на конвейере, датчиков приближения и т.п. Такие сигналы не совсем правильно называются дискретными, но этот термин прочно вошел в практику.

Модули ввода дискретных сигналов в промышленной автоматизации имеют несколько различных типов входов:

• вход типа «сухой контакт»;
• дискретный вход для логических сигналов в форме напряжения;
• вход дискретных сигналов 110 В.

«Сухим» контактом в системах автоматизации называют источник информации, не имеющий встроенного источника энергии, например контакты реле или дискретные выходы типа «отрытый коллектор». Для передачи информации о состоянии такого контакта необходим внешний источник тока или напряжения.

Вывод дискретных сигналов используется для управления состоянием включено/выключено исполнительных устройств- Устройства вывода отличаются большим многообразием. Знание структуры выходных каскадов необходимо для правильного их применения.

Выходные каскады со стандартными ТТЛ или КМОП логическими уровнями в промышленной автоматизации используются редко. Это связано с тем, что нагрузкой дискретных выходов являются не логические входы электронных устройств, а чаще всего электромеханические реле, пускатели, шаговые двигатели и др. Дискретные выходы обычно строятся на основе мощных биполярных транзисторов с открытым коллектором или полевых транзисторов (обычно МОП) с открытым стоком. С точки зрения схемотехники применения эти каскады эквивалентны, поэтому мы будем их называть каскадами ОК. Каскады ОК обеспечивают большую гибкость, позволяя получить необходимые для нагрузки ток или напряжения с помощью внешнего источника питания. Кроме того, каскад ОК с помощью внешних резисторов и источников напряжения позволяет получить стандартные КМОП или ТТЛ-уровни.

Наилучшим решением для построения дискретных выходов являются микросхемы интеллектуальных ключей, которые содержат в себе не только мощный транзистор с открытым стоком, но и цели его защиты от перегрузки по току, напряжению, короткого замыкания, переполюсовки и перегрева, а также электростатических разрядов. При перегреве выходного каскада или превышении тока нагрузки интеллектуальный ключ выключается.

Функции счетчика, частотомера и измерителя периода следования импульсов обычно совмещаются в одном и том же модуле ввода. Такие модули могут быть использованы для решения следующих задач:

• измерение скорости вращения вала двигателя с целью ее стабилизации или изменения по заданному закону;
• подсчет количества продукции на конвейере;
• измерение частоты периодического сигнала;
• работа с датчиками, имеющими импульсный выход (например, с энкодерами — датчиками угла поворота, электросчетчиками или анемометрами);
• автоматическое дозирование счетной продукции;
• подсчет количества продукции, выданной со склада.

Структуру типового модуля ввода рассмотрим на примере счетчика-частотомера NL-2C фирмы НИЛ АП. Он содержит два 32-разрядных счетчика-частотомера. Каждый счетчик имеет изолированные и неизолированные входы. Изолированные входы выполнены с помощью оптрона и являются пассивными со стороны источника сигнала. Неизолированные входы имеют программно регулируемые уровни логического нуля и единицы. Это позволяет уменьшить вероятность ошибочного срабатывания модуля в условиях помех, Для регулировки уровней использованы два 8-разрядных цифроуправляемых потенциометра. Для подавления помех служит также цифровой фильтр с перестраиваемыми параметрами, выполненный я а микроконтроллере, входящем в состав модуля.

Контроллеры с модулями управления движением используются в роботах, металло- и деревообрабатывающих станках, сборочных линиях, типографских машинах, в оборудовании для обработки пищи, для дозирования и упаковки, для автоматической сварки и лазерной резки, для обработки полупроводниковых пластин и т.п.

В силу специфики задачи контроллеры для управления движением занимают отдельное место на рынке ПЛК, поскольку отличаются как параметрами модулей ввода-вывода, так и специализированным программным обеспечением. Основными отличиями от модулей общего применения являются повышенные требования к быстродействию и особый состав каналов ввода-вывода, оптимизированный для задач управления движением с целью минимизации стоимости.

Типовой системой управления движением является электропривод, который является частным случаем системы автоматического регулирования с обратной и л и: прямой связью, В состав электропривода входит электродвигатель, датчики положения исполнительного механизма, контроллер и сервоусилитель.

Страниц: 1 2 3

Особенностью рынка ПЛК является огромное разнообразие их модификаций, вызванное естественной широтой областей применения. Общим является только стремление к стандартизации, вызванное перспективами идеология «открытых систем». В последние годы наметилась также тенденция стирания прежних различий между ПЛК и промышленными компьютерами.

Модули ввода-вывода характеризуются устоявшимся набором требований к их функционированию и основным техническим параметрам. На протяжении десятилетий остаются наиболее применяемыми модули ввода сигналов термопар, термопреобразователей сопротивления, тензодатчиков и универсальные. Улучшение технических характеристик модулей и ПЛК определяется, в основном, производителями полупроводниковой элементной базы, в первую очередь микропроцессоров и аналого-цифровых преобразователей, а также развитием технологии монтажа электронных устройств.

Направлениями дальнейшего развития промышленных ПЛК являются снижение габаритных размеров и веса, повышение устойчивости и вешним воздействиям, улучшение удобства монтажа и упрощение пуско-наладки систем автоматизации, обеспечение высокой надежности и горячей замены, расширение функций контроля и диагностики, снижение стоимости.