Бинарные и цифровые датчики

В системах управления последовательностью событий в основном применяются сигналы типа "включено/выключено", вырабатываемые бинарными датчиками. В любом производственном процессе приходится контролировать тысячи условий типа "включено/выключено".

Бинарные датчики используются для определения положения при механически перемещениях, для подсчета элементов в дискретных потоках. Некоторые цифровые датчики в действительности представляют собой полнофункциональный микрокомпьютер, встроенный автономное устройство и вырабатывающий либо сигналы типа "включено/выключено " либо кодированные цифровые данные. Ниже описаны некоторые типы датчиков с бинарным выходом положения, пороговые и датчики уровня.

Датчики положения

В качестве датчиков положения (position sensor) в течение многих десятилетий используются выключатели. Они состоят из электрических контактов, которые механически размыкаются или замыкаются, когда какая-либо переменная (положение, уровень) достигает определенного значения. Концевые выключатели (limit switch) различных типов являются важной частью многих систем управления, надежность которых существенно зависит именно от них. Они располагаются там, где "происходит действие", и часто подвергаются большим механическим нагрузкам и токам.

Цифровые датчики генерируют дискретные выходные сигналы, пульсные последовательности или представленные в определенном данные, которые непосредственно могут быть считаны процессором, от типа датчика выходной сигнал либо сразу формируется в цифровом мер, от датчика положения вала, либо должен обрабатываться цепями логики, которые обычно составляют с ним одно целое. Существуют интегрированные датчики, которые включают микропроцессоры для выполнения и согласования сигнала и вырабатывают цифровой или выходной сигнал.

Если выходной сигнал датчика представляет собой последовательность то они обычно суммируются счетчиком. В другом варианте - можно измерить вал между импульсами. Затем результат в виде цифрового слова передает обработку. При измерении энергии информация обычно кодируется каждый импульс соответствует определенному количеству энергии. Информационно-цифровые датчики (Fieldbus sensor) дополнительно перелают передачу информации через шины локального управления (Field представляют собой специальный тип двухсторонних цифровых. Датчики данного типа - это обычные датчики температуры, хода и т. д., которые дополнительно имеют микропроцессор для обработки и преобразования их в цифровой вид (например, в 12-разрядный код) внешних коммуникаций. По шине можно передавать не только результаты, но и идентификационную информацию датчика. Иногда такие датчики называют режимом удаленного тестирования и калибровки.

Роль информационно-вычислительного комплекса в управлении производственными процессами

Унификация средств автоматизации

Унификация средств автоматизации. Унификация — сопутствующий агрегатированию метод стандартизации, также направленный на упорядочение и разумное сокращение состава серийно изготовляемых средств автоматизации. Она направлена на ограничение многообразия параметров и технических характеристик, принципов действия и схем, а также конструктивных особенностей исполнения средств автоматизации.

Сигналы — носители информации в средствах автоматизации могут различаться как по физической природе и параметрам, так и по форме представления информации. В рамках ГСП применяются в серийном производстве средств автоматизации следующие типы сигналов:

- электрический сигнал (напряжение, сила или частота электрического тока);

- пневматический сигнал (давление сжатого воздуха);

- гидравлический сигнал (давление или перепад давлений жидкости).

Соответственно в рамках ГСП формируются электрическая, пневматическая и гидравлическая ветви средств автоматизации.

Наиболее развитой ветвью средств автоматизации является электрическая. В то же время широко используются и пневматические средства. Развитие пневматической ветви ограничивается относительно низкой скоростью преобразования и передачи пневматических сигналов. Тем не менее в области автоматизации пожаро- и взрывоопасных производств пневматические средства находятся, по существу, вне конкуренции. Гидравлическая ветвь средств ГСП не получила широкого развития.

По форме представления информации сигнал может быть аналоговым, импульсным и кодовым.

Аналоговый сигнал характеризуется текущими изменениями какого—либо физического параметра—носителя (например, мгновенными значениями электрического напряжения или тока). Такой сигнал существует практически в каждый данный момент времени и может принимать любые значения в пределах заданного диапазона изменений параметра.

Импульсный сигнал характерен представлением информации только в дискретные моменты времени, т.е. наличием квантования по времени. При этом информация представляется в виде последовательности импульсов одинаковой продолжительности, но различной амплитуды (амплитудно-импульсная модуляция сигнала) или одинаковой амплитуды, но разной продолжительности (широтно-импульсная модуляция сигнала). Амплитудно-импульсная модуляция (АИМ) сигнала применяется в тех случаях, когда значения физического параметра—носителя информации могут изменяться со временем. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) сигнала используется, если физический параметр—носитель информации может принимать лишь некоторое постоянное значение.

Кодовый сигнал представляет собой сложную последовательность импульсов, используемую для передачи цифровой информации. При этом каждая цифра может быть представлена в виде сложной последовательности импульсов, т.е. кода, а передаваемый сигнал является дискретным (квантуется) и по времени, и по уровню.

В соответствии с формой представления информации средства ГСП подразделяются на аналоговые и дискретно-цифровые. К последним относятся также средства вычислительной техники.

Все параметры и характеристики сигналов—носителей информации в средствах ГСП унифицированы. Стандартами предусматривается использование в аналоговых средствах следующих видов электрических сигналов:

- сигнал по изменению силы постоянного тока (токовый сигнал);

- сигнал по изменению напряжения постоянного тока;

- сигнал по изменению напряжения переменного тока;

- частотный электрический сигнал.

Сигналы постоянного тока используются чаще. При этом токовый сигнал (с большим внутренним сопротивлением источника) применяется для передачи информации в относительно длинных линиях связи.

Сигналы переменного тока редко используются для преобразования и передачи информации во внешних линиях связи. Это связано с тем, что при сложении и вычитании сигналов переменного тока необходимо выполнить требование синфазности, а также обеспечить подавление нелинейных искажений гармоник тока. В то же время при использовании этого сигнала легко реализуются задачи гальванического разделения электрических цепей.

Электрический частотный сигнал является потенциально наиболее помехоустойчивым аналоговым сигналом. В то же время получение и осуществление линейных преобразований этого сигнала вызывает известные затруднения. Поэтому частотный сигнал не получил широкого распространения.

Для каждого вида сигналов установлен ряд унифицированных диапазонов их изменений.

Стандарты на виды и параметры сигналов унифицируют систему внешних связей или интерфейс средств автоматизации. Такая унификация, дополненная стандартами на устройства коммутации блоков друг с другом (в виде системы разъемов), создает предпосылки для максимального упрощения проектирования, монтажа, коммутации и наладки технических средств систем управления. При этом блоки, приборы и прочие устройства с одинаковым типом и диапазоном параметров сигналов на входах—выходах стыкуются путем простого соединения разъемов.