Урок 14

Пристрої зв’язку з об’єктами управління 

Майже всі технологічні параметри, присутні в реальному промисловому об'єкті, мають аналоговий або дискретний вигляд. Існує багато датчиків, які можуть перетворювати вимірювані величини тільки в аналоговий вигляд, а також багато виконавчих механізмів, що мають тільки аналогові вхідні сигнали. З іншого боку, новітні засоби автоматизації, які знаходять все більше застосування в системах управління, використовують цифрове представлення оброблюваних величин. Для того, щоб зв'язати між собою параметри, представлені в аналоговому/дискретному і цифровому вигляді, використовуються пристрої зв'язку з об'єктами. Таким чином, ПЗО є невід'ємною частиною будь-якої системи управління, зокрема що використовує цифрові пристрої (промислові комп'ютери, обчислювальні мережі і так далі).

Датчики, що встановлюються на об'єкті призначені для первинного перетворення параметрів у вихідний сигнал для передачі в ПЗО. Виконавчі механізми приймають сигнали, що управляють, пройшли через ПЗО, для дії на процес. Зв'язок між датчиками, виконавчими механізмами і ПЗО може бути аналоговою, дискретною або цифровою.

Промисловий комп'ютер (РС) в системі грає роль елементу, що управляє, приймає цифрову інформацію від ПЗО і виробляє сигнали, що управляють. Для зв'язку між ним і ПЗО використовується будь-який з цифровий інтерфейс.

Дана схема є умовною, оскільки в реальних системах модулі ПЗО можуть бути не присутніми у вигляді самостійного пристрою, а входити до складу датчиків або промислових комп'ютерів. Прикладом служать датчики, які здійснюють подвійне (потрійне і так далі) перетворення вимірюваної величини і  видають на вхід готовий цифровий сигнал. В цьому випадку межа між власне первинним перетворювачем і  ПЗО проходить десь усередині нього. З іншого боку, ПЗО можуть бути виконані у вигляді АЦП/ЦАП-плати, що вставляється в ISA-слот комп'ютера. В цьому випадку аналогові сигнали можуть бути введені прямо в комп'ютер, де і перетворяться в цифровий код.

      Надалі як ПЗО розглядатимемо модулі, плати і ін. пристрої, призначені для прийому аналогових і дискретних сигналів від об'єкту (незалежно від того, скільки разів вони були перетворені усередині нього), перетворення його в цифровий вигляд для передачі в комп'ютер (контроллер), а також для прийому цифрових керівників даних від РС і перетворення їх у вигляд, відповідний виконавчим механізмам об'єкту.

Огляд і класифікація ПЗО

      Модулі ПЗО - це конструктивно закінчені пристрої, виконані у вигляді модулів, що встановлюються, як правило, в спеціалізовані плати. Модулі ПЗО поміщені в пластмасовий корпус і оснащені відповідно або виводами для кріплення на монтажних панелях, або клемними з'єднувачами з гвинтовою фіксацією для кріплення вхідних і вихідних ланцюгів.

На ПЗО покладають наступні функції:

1) Нормалізація аналогового сигналу - приведення меж шкали первинного безперервного сигналу до одного із стандартних діапазонів вхідного сигналу аналого-цифрового перетворювача вимірювального каналу. Найбільш поширені діапазони напруги від 0 до 5 В, від -5 до 5 В, від 0 до 10 В і струмові: від 0 до 5 мА, від 0 до 20 мА, від 4 до 20 мА, від 1 до 5 мА.

2) Попередня низькочастотна фільтрація аналогового сигналу - обмеження смуги частот первинного безперервного сигналу з метою зниження впливу на результат вимірювання перешкод різного походження. На промислових об'єктах найбільш поширені перешкоди з частотою мережі змінного струму, а також хаотичні імпульсні перешкоди, викликані впливом на технічні засоби вимірювального каналу перехідних процесів і наведень при комутації виконавчих механізмів підвищеної потужності.

3) Забезпечення гальванічної ізоляції між джерелами сигналу і каналами системи.

Крім цих функцій, ряд пристроїв зв'язку з об'єктом може виконувати складніші функції за рахунок наявності в їх складі підсистеми аналого-цифрового перетворення і дискретного введення-виводу, мікропроцесора і засобів організації одного з інтерфейсів послідовної передачі даних.

Простим пристроєм гальванічної розв'язки і єдиним, таким, що існував в 40 - 60 роки є електромагнітне реле. Реле, як правило, інерційні, мають відносно великі габарити і забезпечують обмежене число перемикань при достатньо великому споживанні енергії. Бурхливий розвиток електроніки привів до широкого розповсюдження компонентів, що забезпечують оптичну розв'язку між ланцюгами. ПЗО, побудовані з використанням такої розв'язки, є недорогими, високонадійними і швидкодіючими. Крім того, вони характеризуються високою напругою ізоляції і низькою споживаною потужністю.

За характером оброблюваного сигналу ПЗО можна розділити на аналогові і дискретні (цифрові).

Аналогові ПЗО повинні володіти великою точністю, хорошою лінійністю і забезпечувати достатньо велику напругу ізоляції. Крім того, бажаними є робота з різними джерелами вхідних сигналів (струми, напруга, сигнали від терморезисторів, термопар і так далі), можливості швидкої заміни і низька вартість.

Дискретні ПЗО забезпечують опит датчиків з релейним виходом, кінцевих вимикачів, контроль наявності в ланцюзі напруги, струму і так далі, а вихідні ПЗО формують сигнали для управління пускачами, двигунами і іншими пристроями.

Дискретні ПЗО повинні задовольняти тим же вимогам, що і аналогові. Крім того, вони повинні володіти мінімальним часом перемикання, а вихідні - забезпечувати комутацію якомога вищої напруги і струмів і вносити при цьому мінімум спотворень, обумовлених перехідними процесами, в комутований ланцюг.

      Серед модулів ПЗО існують також пристрої, що працюють тільки з цифровою формою інформації. До них відносяться комунікаційні модулі, призначені для забезпечення мережевої взаємодії.

За напрямом проходження даних через ПЗО їх можна розділити на 3 типи:

1) пристрої введення, що забезпечують передачу сигналу з датчиків в пристрій обробки і виведення сигналів для управління;

2) пристрої виводу, призначені для формування сигналів для виконавчих механізмів;

3) двонаправлені, тобто забезпечують введення і виведення сигналів.

 
 КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ:

     1.     Яке призначення пристроїв зв’язку з об’єктом управління?

     2.     Що являють собою ПЗО?

     3.     Які функції виконують ПЗО в автоматизованих системах управління?

     4.     Як розділяються ПЗО за характером оброблюваного сигналу?

     5.     Як можна розділити ПЗО за напрямом проходження даних?

     6.     Яку класифікацію ПЗО можна виділити за призначенням?