Wyjścia analogowe w sterownikach, regulatorach

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Wyjścia analogowe w sterownikach, regulatorach"

Maciej Jóźwiak
7 lat temu
Przeglądów:

1 Wyjścia analogowe w sterownikach, regulatorach 1 Sygnały wejściowe/wyjściowe w sterowniku PLC Izolacja galwaniczna obwodów sterownika Zasilanie sterownika Elementy sygnalizacyjne Wejścia logiczne (dwustanowe) Wejścia analogowe (napięciowe, prądowe) Wejścia komunikacyjne System mikroprocesorowy: pamięć ROM- Flash pamięć RAM SRAM pamięć RAM EEPROM układy wejścia/wyjścia interfejs szeregowy Schemat blokowy sterownika PLC Wyjścia logiczne (dwustanowe) Wyjścia analogowe (napięciowe, prądowe) Wyjścia komunikacyjne Elementy stykowe 2 1

2 Rodzaje wyjść analogowych Wyjścia napięciowe Wejścia analogowe napięciowe unipolarne 0-5V, 0-10V, bipolarne +/-5V, +/-10V, Parametry wyjść napięciowych zakres napięcia wyjściowego, sposób zmiany zakresu ręczny/programowy, rezystancja wyjściowa, prąd wyjściowy, minimalna rezystancja obciążenia, dokładność wyjściowa (liniowość), rozdzielczość wyjściowa dla przetwornika C/A, czas ustalania (przetwarzania) dla przetwornika C/A, stabilność temperaturowa i czasowa, pasmo przenoszenia dla sygnałów zmiennych, stała filtru DP, odporność na zwarcia, przepięcia i zakłócenia, izolacja galwaniczna pomiędzy obwodem wyjściowym a głównym układem sterującym (mikroprocesor, mikrokontroler), 3 Rodzaje wyjść analogowych Wyjścia prądowe Wyjścia prądowe: unipolarne 0-20mA, 4-20mA, bipolarne +/-20mA Parametry wyjść prądowych: zakres prądu wyjściowego, sposób zmiany zakresu ręczny/programowy, maksymalna rezystancja obciążenia, dokładność wyjściowa (liniowość), rozdzielczość wyjściowa dla przetwornika C/A, czas ustalania (przetwarzania) dla przetwornika C/A, stabilność temperaturowa i czasowa, pasmo sygnałów zmiennych, stała filtru DP, odporność na przepięcia i zakłócenia, izolacja galwaniczna pomiędzy obwodem wyjściowym a głównym układem sterującym (mikroprocesor, mikrokontroler), 4 2

3 Rodzaje wyjść analogowych Wyjście logiczne tzw. impulsowe Wyjście logiczne z modulacją szerokości impulsu (PWM): Jest to wyjście typu logicznego (przekaźnikowe) bardzo często używane jako wyjście w regulatorach temperatury z regulatorem typu PID Parametry wyjścia impulsowego: maksymalne prąd wyjściowy i napięcie zasilania odbiornika, rodzaj styku wyjściowego (przekaźnik elektromechaniczny, tranzystor NPN, PNP, przekaźnik półprzewodnikowy typu SSR - triak, tyrystor) okres impulsu wyjściowego, (częstotliwość impulsowania), rozdzielczość ustawiania szerokości stanu 1, izolacja galwaniczna pomiędzy obwodem wejściowym a głównym układem sterującym (mikroprocesor, mikrokontroler), 5 Budowa wyjścia napięciowego Izolacja sygnałów cyfrowych Izolacja sygnałów analogowych Wewnętrzny obwód wyjściowy Obwód wyjściowy napięciowy zakłócenia Filtr DP MCU DGND C/A V REF W AGND C I wy U WY AGND R KABLA R KABLA U ODB R ODB MIN R ODB Mikrokontroler, przetwornik C/A, wzmacniacz, filtr DP Zalety i wady wyjścia napięciowego: małe koszty przy krótkich odległościach, małe koszty i prostota układu wyjściowego, słaba odporność na zakłócenia, wpływ rezystancji kabla Zalety i wady izolacji galwanicznej bardzo dobra odporność na zakłócenia, Możliwość doprowadzenia sygnałów analogowych na różne potencjały, większa liczba elementów, zmniejszona dokładność wyjściowa, większe koszty układu wyjściowego i bardziej skomplikowany układ wyjściowy, dodatkowe źródła zasilania 6 3

4 Transmisja prądowa sygnałów Zalety i wady przesyłania sygnałów w postaci prądowej: większa odporność na zakłócenia, eliminacja wpływu rezystancji połączeń (kabla), możliwość zasilania czujnika i przesyłania sygnału tymi samymi przewodami, wymagana zamiana sygnału na postać prądową, konwerter napięcie/prąd, wymagany rezystor pomiarowy do zamiany prądu na napięcie 7 Rodzaje wyjść prądowych V ZAS Napięcie zasilające konwerter U/I, 24Vdc I WY R KABLA R ODBMAX MCU DGND C/A U WY Konwerter U/I AGND R KABLA U WY R ODB Obwód wyjściowy prądowy 0-20mA lub 4-20mA (tzw. pętla prądowa), prąd wypływający, (ang. source current), jeden koniec odbiornika podłączony do masy I WY R KABLA R ODBMAX MCU DGND C/A U WY Konwerter U/I AGND V ZAS 24Vdc R KABLA U WY R ODB Obwód wyjściowy prądowy 0-20mA lub 4-20mA, prąd wpływający (ang. sink current), jeden koniec odbiornika podłączony do plus zasilania 8 4

5 Wyjście impulsowe, modulacja PWM U max t off Szerokość impulsu T t on Okres sygnału t on Regulacja stanem niskim Regulacja stanem wysokim U avg T- okres sygnału PWM [s], T = t off + t on F = 1/T częstotliwość sygnału PWM [Hz] t off - czas trwania stanu niskiego [s] t on - czas trwania stanu wysokiego [s] U avg = U max *t on /T wartość średnia napięcia wyjściowego T t off Okres sygnału t on t off t off T Okres sygnału Regulacja stanem niskim od przodu i tyłu 9 Wyjście napięciowe na wzmacniaczu operacyjnym Wzmacniacz odwracający fazę Wzmacniacz nieodwracający fazy V+ V IN V+ V- R O V- R O V OUT V OUT V IN R R2 WE = V R2 out Vin V R2 R WE -> 1 R2 out Vin 10 5

6 Elektroniczne źródła prądowe Z powodu braku typowych sterowanych źródeł prądowych w układach wyjściowych stosuję się elektroniczne źródła prądowe. Źródło takie składa się z: źródła napięciowego, aktywnego elementu sterowanego (tranzystor, wzmacniacz operacyjny), rezystora do pomiaru prądu. V ZAS I WY U WE Konwerter U/I U WY R ODB U P R P 11 Podstawowe konfiguracje sterowanych źródeł prądowych na wzmacniaczu operacyjnym Wzmacniacz odwracający fazę Wzmacniacz nieodwracający fazy V+ V IN V+ V- V- V IN I out Vin R I O O Wada: obciążenie tzw. pływające I R O out I O Vin 12 6

7 Źródło prądowe z uziemionym odbiornikiem R4 V IN V+ V- R2 I O R O R3 Vin Iout Dla warunku R4/=R3/R2 Źródło prądowe typu Howlanda 13 Źródło prądowe z uziemionym odbiornikiem V IN V+ V- V Z I O R O I out Vin Wada: napięcie sterujące nie podłączone do masy 14 7

8 Źródło prądowe z nieuziemionym odbiornikiem I O R O V Z V+ V IN V- I out Vin 15 Przykłady wyjść analogowych w PLC Wielokanałowy moduł wyjść analogowych, napięciowe lub prądowe, firmy SAIA 16 8

9 Przykłady wyjść analogowych w PLC Przykład podłączenia odbiornika do wyjścia napięciowego 0-10V Przykład podłączenia odbiornika do Wyjścia prądowego 0-2mA, 4-20mA 17 Przykłady wejść/wyjść analogowych w PLC Wielokanałowy moduł wejść i wyjść analogowych, firmy SAIA 18 9

10 Moduły wejść/wyjść analogowych, firmy SAIA 19 Wyjście prądowe ze wzmacniaczem różnicowy Przykład zastosowania wzmacniacza różnicowego, typu AD629 jako nadajnika prądowego 20 10

11 Czujnik tzw. inteligentny 21 Czujnik inteligentny wraz z interfejsem szeregowym typu HART 22 11

12 Wyjście prądowe analogowe Układ sterowanego źródła prądowego 4-20mA 23 Scalone nadajniki prądowe 0-20mA lub 4-20mA 24 12

13 Analogowe układy wyjściowe z izolacją galwaniczną Układ z kilkoma napięciami Zasilania obwodu wejściowego Układ z jednym napięciem zasilania obwodu wejściowego 25 Analogowe układy wyjściowe z izolacją galwaniczną 26 13

14 Uniwersalny analogowy układ wyjściowy napięciowy lub prądowy 27 Scalony czujnik ciśnienia z wyjściem prądowym 4-20mA 28 14

Podobne dokumenty

Wejścia analogowe w sterownikach, regulatorach, układach automatyki

Wejścia analogowe w sterownikach, regulatorach, układach automatyki 1 Sygnały wejściowe/wyjściowe w sterowniku PLC Izolacja galwaniczna obwodów sterownika Zasilanie sterownika Elementy sygnalizacyjne Wejścia