Urządzenia wejściowe dostarczają informacji o stanie obiektu (procesu) oraz umożliwiają wprowadzenie wielkości zadanych.

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Urządzenia wejściowe dostarczają informacji o stanie obiektu (procesu) oraz umożliwiają wprowadzenie wielkości zadanych."

Roman Biernacki
7 lat temu
Przeglądów:

1 Urządzenia wejściowe dostarczają informacji o stanie obiektu (procesu) oraz umożliwiają wprowadzenie wielkości zadanych. Urządzenia wyjściowe umożliwiają sterowanie procesem; często są fragmentem obiektu. Rys Sprzężenie zwrotne jako tor pomiarowy 1

Urządzenia wyjściowe umożliwiają sterowanie procesem; często są

2 Rys Budowa toru pomiarowego Cechy przetworników pomiarowych:: zwarta, silna, pyłoszczelna i wodoszczelna obudowa (wg norm IP) przesyłanie danych do sterownika (coraz częściej także w odwrotnym kierunku) mała możliwość wizualizacji wielkości wartości mierzonej brak uniwersalności 2

3 Rys Przetwornik analogowo-amplitudowy Rys Przetwornik analogowo-częstotliwościowy 3

4 Rys. 2.5 Przetwornik cyfrowy 4

5 Wielowymiarowe przetworniki pomiarowe (typu MISO i SISO) z własnym mikroprocesorem i inteligencją (typu smart) Cechy i możliwości: kształtowanie charakterystyk pomiarowych samoadaptacja (automatyczne ustawianie zakresów pomiarowych) zapamiętywanie i kompresja danych samodetekcja (detekcja i diagnostyka błędów) komunikowanie się przy użyciu standardowego protokołu określają sygnał w oparciu o wnioskowanie w bazie wiedzy logika rozmyta możliwość uczenia się sieci neuronowe realizowanie złożonych pośrednich pomiarów 5

i kompresja danych samodetekcja (detekcja i diagnostyka błędów) komunikowanie się przy użyciu standardowego protokołu określają

6 Rys Schemat blokowy inteligentnych przetworników pomiarowych 6

7 Przetwornik ciśnienia MBS 33 Danfoss: - sygnał wyjściowy 4 do 20 ma, - temperatura medium od - 40 do 85 C, - zakres pomiarowy bar, - dostępny szeroki wybór przyłączy, - przeznaczony do pracy w najcięższych warunkach przemysłowych. Czujniki temperatury BT 5252: - elementem pomiarowym jest czujnik Pt100 lub Pt1000, - do gazów i cieczy takich jak powietrze, para, woda, olej, - temperatura medium do 400 C, - dostępny z wbudowanym transmiterem. Przetworniki temperatury MBT 9110: - uniwersalny przetwornik 2, 3 lub 4 żyłowy do przemysłu, - wkład z Pt100 lub termoparą, - sygnał wyjściowy 4-20 ma, z izolacją galwaniczną lub bez, - do montażu w głowicy typu DIN B lub w osobnej obudowie, - zaawansowana metoda wykrywania błędów czujnika, - linearyzacja temperatury. 7

Czujniki temperatury BT 5252: - elementem pomiarowym jest czujnik Pt100 lub Pt1000, - do gazów i cieczy takich jak powietrze, para, woda, olej, - temperatura medium do 400 C, - dostępny z

8 Podział inteligentnych przetworników pomiarowych ze względu na wzrost wartości inteligencji (rozmiar algorytmu przetwarzania i bazy wiedzy): funkcyjne sygnał wyjściowy jest funkcją (określoną deterministycznie) jawną lub uwikłaną sygnałów wejściowych kompensacyjne (inwariantne) posiadają mechanizmy kompensacji zakłóceń, np. zmiana temperatury lub ciśnienia rozmyte baza wiedzy jest zbiorem reguł ekspertowe oparte na metodach heurystycznych i wiedzy eksperta uczące się baza wiedzy jest zmieniana na bieżąco nadmiarowe rozbudowane o dodatkowe kanały pomiarowe w celu zwiększenia niezawodności. 8

9 Cyfrowe przetworniki wejściowe Łącznik, wyłącznik, przełącznik ( switch ; stan zmieniany przez człowieka): zwykłe Styki typu podświetlane normalnie otwarty z kluczem normalnie zamknięty selektory Wyłączniki krańcowe (limit switch) - stan wymuszany pod wpływem siły przemieszczającego się elementu w obiekcie; limity przełączeń Czujniki zbliżeniowe (bezstykowe) indukcyjne, ultradźwiękowe, optyczne, pojemnościowe 9

Wyłączniki krańcowe (limit switch) - stan wymuszany pod wpływem siły przemieszczającego się elementu w

10 Enkodery- przetworniki obrotowo-impulsowe do określania przemieszczenia i prędkości kątowej Przyrostowy (jeden kierunek) Rewersyjny (dwa kierunki) Bezwzględne wartości kąta jest przyporządkowana wartość kodu np. NKB, BCD lub Graya Łączniki krzywkowe mechaniczne i elektroniczne; bazują na enkoderze, mają możliwość programowania działania styku z wyprzedzeniem (przy stałej prędkości) 10

11 Rys Przetworniki obrotowo-impulsowe 11

12 Przyciski sterownicze Łączniki krańcowe Czujniki magnetyczne zbliżeniowe SICK Optyczne urządzenia bezpieczeństwa Czujniki indukcyjne Enkodery 12

13 Rys Podłączenie zadajnika cyfrowego do sterownika 13

14 Zadajniki cyfrowe, skrzydełkowe, rozetowe wprowadzenie cyfry do sterownika, kod BCD lub zanegowany BCD; wymagają programu z kroczącą jedynką Rys Podłączenie klawiatury do sterownika 14

15 Analogowe przetworniki wejściowe Pomiar napięć większych niż zakres wejściowy Napięcie AC przekładniki napięciowe (nap. wtórne 10V, izolacja obwodów), Napięcie DC - dzielnik rezystancyjny Rys Dzielnik napięcia 15

16 Zastosowanie pętli prądowej sygnał 4-20 ma, przesyłanie na odległość do paru km, przetworniki wtórne wymuszają przepływ prądu proporcjonalny do pierwotnego sygnału wejściowego z uziemionym zasilaczem (rys. a) płynne obciążenie wymaga dwóch przewodów i izolowanych wejść dla każdego kanału z uziemionym obciążeniem (rys b) Rys Schematy pętli prądowych 16

wejściowego z uziemionym zasilaczem (rys.

17 Rys Przetwornik wejście prądowe na wejście napięciowe 17

18 Pomiar wielkości nieelektrycznych a. Temperatura Termoelementy termopary i termoogniwa połączenie dwóch różnych metali, na końcach których powstaje napięcie o niewielkiej wartości (źródło o małej wartości rezystancji zastępczej) Typy złącz do pomiaru temperatur od 270 do 2700 C z rozdzielczością (0.5 do 2 C) Rys Układ do pomiaru temperatury za pomocą termopary 18

końcach których powstaje napięcie o niewielkiej wartości (źródło o małej wartości

19 Tablica 2.1 Termopary 19

20 Podstawowe trudności: - sygnał rzędu µv/ C wymaga dużego wzmocnienia i dobrej klasy aparatury - nieliniowość sygnału względem temperatury wymaga linearyzacji sprzętowej lub programowej - występują zimne spoiny - należy stosować złącze odniesienia powstałe złącza termoelektryczne są jednakowe i w stałej temperaturze - problem złącza odniesienia stała temperatura odniesienia np. 0 lub kompensacja sprzętowa np. AD 594 (typ J) AD595 (typ K) firmy Analog Devices 20

stosować złącze odniesienia powstałe złącza termoelektryczne są jednakowe i w stałej temperaturze - problem złącza

21 Termistory półprzewodnikowe elementy rezystancyjne o ujemnym współczynniku temperaturowym, około 4%/ C, zakres 50 C do 300 C, proste sposoby wytwarzania napięcia zależnego od temperatury, linearyzacja (rys. c, d) błąd liniowości mniejszy od 0.2% Rys Układ do pomiaru temperatury za pomocą termistorów 21

22 b. Natężenie światła Fotodiody i diody PIN duża szybkość działania (do 1GHz), duża sprawność, połączenie w układach z rezystorem obciążającym lub do wejścia przetwornika prąd-napięcie, wada nadają się do układów o dużej ilości światła Fototranzystor prąd bazy jest prądem fotoelektrycznym wytwarzanym przez światło w złączu kolektor-baza, prąd wyjściowy rzędu ma dla oświetlenia 1mW/cm2, Fotopowielacze do wykrycia i pomiaru niewielkich wartości oświetlenia, szybkie 2ns Rys Wykrywanie i pomiar natężenia światła - układy z fotodiodami 22

23 c. Odkształcenie i przemieszczenie Transformatorowy przetwornik przemieszczenia liniowego transformator z ruchomym rdzeniem, duży zakres pomiaru (0.005 do 25 ), błąd 0.1% do 15, sygnał pobudzający o częstotliwości od 50Hz do 30KHz, w połączeniu z układami specjalistycznymi (firmy Schaevitz) nadają się do pomiaru ciśnienia, siły, przyśpieszenia, itp. Tensometry- cienkowarstwowe rezystory 350 Ω w układzie mostka Wheatstone a, wyjście rzędu 2mV/V napięcia zasilania dla krańca skali, zakres pomiarów 1/64 do kilku cali, błąd około 1%, wada parametry tensometrów notorycznie niepewne; Półprzewodnikowe czujniki tensometryczne rezystancje gałęzi kω, wyższe napięcia wyjściowe 23

24 Rys Przetworniki przemieszczenia: a) przekrój przetwornika LVDT b) schemat elektryczny przetwornika LVDT c) zależność napięcia wyjściowego od przemieszczenia dla przetwornika LVDT d) schemat mostka tensometrycznego 24

25 Urządzenia wyjściowe 1. Elektromechaniczne przekaźniki i styczniki (obwody siłowe rzędu kilkudziesięciu amperów), problem przepięć w momencie wyłączenie, przy doborze należy pamiętać o prądach rozruchowych Rys Przebiegi prądu rozruchowego 25

26 Rys Sposoby ograniczenia przepięć w przekaźnikach 26

27 2. Przekaźniki półprzewodnikowe składają się z łącznika np. tyrystora, detektora przejścia przez zero i wejściowego obwodu optoizolacyjnego; większa częstotliwość łączeń, niezawodność i trwałość, wykonywane jako jednofazowe i trójfazowe. 3. Solenoidy w układach zwalniakowych i zapadkowych. 4. Elektrozawory automatyka hydrauliczna i pneumatyczna 5. Silniki krokowe 6. Serwomotory o małym momencie bezwładności, na wale umieszcza się czujniki pomiaru położenia i obrotów 7. Wyświetlanie danych wyświetlacze alfanumeryczne LCD; wielkogabarytowe o podwyższonej jasności wyświetlacze LED 8. Lampy sygnalizacyjne, buczki i inne moduły głosowe 27

28 8. Urządzenia przekształtnikowe (w dowolnym z kierunków AC-DC) podstawą jest półprzewodnikowy element mocy (prąd przewodzenia powyżej 1A): - niesterowalne: diody prostownicze - nie w pełni sterowalne (naturalne wyłączenie przy przejściu przez zero) jednokierunkowe (tyrystory) i dwukierunkowe (triaki) - w pełni sterowalne - tranzystory polowe (MOSFET) - tranzystory bipolarne (BJT) - tranzystory z izolowaną bramką (IGBT), napięcia C-E 1500V i prąd kolektora 1200A Zastosowania: napęd elektryczny silników prądu stałego i przemiennego napęd trakcyjny urządzenia nagrzewania indukcyjnego procesy elektrochemiczne spawalnictwo 28

Podobne dokumenty

Podstawowa terminologia

Urządzenia wejściowe i wyjściowe do sterowników PLC. Przetworniki pomiarowe Podstawowa terminologia Urządzenia wejściowe dostarczają informacji o stanie obiektu (procesu) oraz umożliwiają wprowadzenie