Состав системы

Существует огромное разнообразие датчиков (температуры, влажности, давления, потока, скорости, ускорения, вибра­ции, веса, натяжения, частоты, момента, освещенности, шума, объема, количества теплоты, тока, уровня и др.). Датчики преобразуют измеряемую физическую величину (температуру, давление и т.п.) в сигнал, удобный для дальнейшей обра­ботки. Если величина этого сигнала не согласуется с входом аналого-цифрового преобразователя (например, если вход­ной величиной АЦП является напряжение в диапазоне 0...±Ю В, а датчик (термопара) имеет выходное напряжение в диапазоне от 0 до 100 мВ и нелинейную зависимость от температуры), то используют измерительный преобразователь, который обеспечивает нормализацию сигнала датчика, например, усиление и линеаризацию. Измерительные преобразо­ватели должны иметь нормированные метрологические характеристики (например, коэффициент усиления преобразова­теля и его погрешность должны быть известны). Примером измерительного преобразователя может служить преобразо­ватель RL-4RVC фирмы RLDA, который используется для преобразования величины сопротивления резистивного дат­чика температуры в напряжение в диапазоне ±10 В [7].

Измерительные преобразователи могут иметь встроенный аналого-цифровой или цифро-аналоговый преобразователь, а также микропроцессор с памятью для линеаризации характеристик датчика и компенсации погрешностей аналоговой части системы. В последнее время получили распространение датчики, объединяющие в себе первичный преобразова­тель физической величины в электрический сигнал и измерительный преобразователь. Примером могут быть датчики температуры DS18D20 фирмы Dallas, у которых выходной сигнал является цифровым и может быть введен в компьютер без использования промежуточных преобразователей.

Для преобразования входной аналоговой величины в цифровой код перед вводом его в компьютер в общем случае слу­жат модули аналогового ввода (Рис. 2.1). Модули ввода могут быть общего применения, обычно для ввода сигналов на­пряжения в диапазоне ±10 В, и совмещенные с измерительными преобразователями (например, модуль NL-8TI позволя­ет подключать к нему непосредственно термопары, а модуль NL-4RTD - резистивные датчики температуры [7]).

Кроме модулей аналогового ввода распространены модули дискретного ввода, которые не содержат АЦП и позволяют вводить сигналы, имеющие два уровня (например, сигналы от концевых выключателей, датчиков уровня, датчиков дви­жения и т.п.). Входные напряжения модулей дискретного ввода могут изменяться в диапазоне, как правило, 0...40 В (на­пример, модуль NL-16DI [7]), или в 0..220 В (модуль NL-16HV [7]). Модули с входом 220 В используют, например, для регистрации наличия напряжения на клеммах электродвигателя или нагревательного прибора.

Отдельное место занимают устройства счетного ввода (например, NL-2C [7]), которые имеют дискретный вход, но по­зволяют считать количество импульсов, поступающих на их вход, или частоту следования импульсов. Их используют, например, для измерения скорости вращения вала электродвигателя или подсчета количества продукции на конвейере.

Компьютер является «мозгом» автоматизированной системы. Он принимает сигналы датчиков, исполняет записанную в него программу и выдает необходимые данные в устройство вывода. Коммуникации между компьютером и устройства­ми ввода-вывода выполнятся обычно через последовательные интерфейсы USB, RS-232, RS-485, RS-422, Ethernet или параллельный интерфейс LPT. Иногда устройства АЦП-ЦАП выполняют в виде плат, которые вставляют непосредст­венно в компьютер, в разъемы шины PCI или ISA. Достоинством плат является возможность получения ввода-вывода с высокой пропускной способностью (свыше 10 Мбит/с), что трудно достижимо при использовании внешних устройств. Недостатком является более высокий уровень электромагнитных наводок от компьютера и конструктивные ограничения на количество каналов ввода-вывода.

Внешние устройства обычно подключают к компьютеру через изолирующие преобразователи интерфейсов, которые защищают порты компьютера от высокого напряжения, которое может появиться в случае аварии или при небрежном обращении с оборудованием. Примером изолирующего преобразователя для порта RS-232 может быть оптический изо­лятор 01-232-1000 [7] с напряжением изоляции 1000 В.

Устройства вывода позволяют выводить аналоговый, дискретный или частотный сигнал. Наиболее распространенными выходными сигналами являются дискретные, которые используются, например, для включения электродвигателей с по­мощью реле-пускателей, включения нагрева печи, управления клапанами, насосами и другими исполнительными уст­ройствами. Частотный сигнал обычно используется с широтно-импульсной модуляцией, которая позволяет задавать среднюю мощность нагревательных устройств, имеющих большую инерционность.

Дата добавления: 2013-12-13