برخلاف مدار گسسته/دیجیتال (روشن/خاموش)، سیگنال های آنالوگ در طیف وسیعی از ولتاژ یا جریان متفاوت هستند. با در نظر گرفتن همان ظرفی که قبلاً در مثال سیم کشی دیجیتال توضیح داده شد، اگر سوئیچ را با فرستنده تراز جایگزین کنیم، سیم کشی چگونه تغییر می کند؟

شکل زیر همان پنل قطع کننده مدار را دارد، اما اکنون یک منبع تغذیه DC را تغذیه می کند.


منبع تغذیه می تواند در کابینت خود باشد یا می تواند در پانل مارشالینگ باشد. در هر صورت، برق DC در پانل مارشالینگ توزیع می شود. یک فیوز می تواند چندین مدار را تغذیه کند یا هر مدار می تواند ذوب شود.

تکنیک های سیم کشی PLC
فرستنده +24 VDC در ترمینال مثبت خود تغذیه می شود. سیگنال جریان 4-20 میلی آمپر از ترمینال (-) فرستنده به پی ال سی منبع می شود.
کابل جفت پیچ خورده و محافظ است. کابل سیگنال با شماره فرستنده شماره گذاری می شود و سیم های داخل آن برای ارائه اطلاعات منبع تغذیه شماره گذاری می شوند.
سپر در پانل مارشالینگ خاتمه می یابد، جایی که تمام سپرها جمع شده و به یک بند زمینی که از کابینت جدا شده است خاتمه می یابد. توجه: باید مراقب باشید که سپر فقط در یک نقطه به زمین متصل شود.
سپرهایی که در بیش از یک نقطه زمین قرار دارند ممکن است نویزهای بزرگی را به سیگنال تزریق کنند. این وضعیت حلقه زمین نامیده می شود و می تواند یک مشکل بسیار دشوار برای جداسازی باشد، زیرا مشکل متناوب است.
یک زمین "آرام" باید برای زمین کردن تمام سپرها در یک نقطه استفاده شود. یک زمین آرام زمینی است که یا به یک زمین سه گانه اختصاصی یا زمینی که به شیر مرکزی یک ترانسفورماتور ایزوله گره می خورد.
زمین پر سر و صدا زمینی است که از نظر فیزیکی دور از ترانسفورماتور قرار داشته باشد و موتورها، چراغ ها یا سایر موارد پر سر و صدا را سرویس دهد. این مدار ورودی آنالوگ دو سیمه اصلی است.

در زیر برخی از اطلاعات خاص در مورد احتمالات مختلف آنالوگ آمده است:

مدارهای آنالوگ همیشه ولتاژ پایینی هستند، معمولاً 24 VDC. در نتیجه، فیوز کردن مدارهای آنالوگ مجزا برای ایمنی پرسنل مورد نیاز نیست. همچنین، اکثر ماژول‌های ورودی/خروجی آنالوگ دارای مدارهای محدودکننده جریان هستند.
بنابراین برای محافظت از ماژول ها به فیوزینگ نیازی نیست. اگر این دو شرط درست باشد - و طراح باید این را با سازنده تایید کند - در صورت تمایل می توان از فیوزینگ در نقطه اجتناب کرد.
اگر یک طراح بخواهد با ادغام نکردن هر نقطه در هزینه خود صرفه جویی کند، باید مدارها را در مناطق کنترل آسیب گروه بندی کرد.
به عنوان مثال، اگر یک جفت پمپ، یک پمپ اولیه و یک پشتیبان وجود دارد، ابزارهای این دو باید در گروه های فیوز جداگانه قرار گیرند تا از بیرون کشیدن هر دو فیوز تکی یک فیوز جلوگیری شود. برای اطلاعات بیشتر، I/O Partitioning در فهرست را ببینید.

مدارهای آنالوگ مستعد نویز الکترونیکی هستند. به عنوان مثال، اگر یک کابل آنالوگ در مجاورت کابل ولتاژ بالا موتور قرار گیرد، آنگاه کابل سیگنال آنالوگ به عنوان یک آنتن عمل می کند و نویز جفت شده مغناطیسی تولید شده توسط موتور را دریافت می کند.
منابع دیگری از نویز وجود دارد، مانند تابش فرکانس رادیویی (RF) از واکی تاکی. نویز روی کابل سیگنال آنالوگ می تواند باعث خطا در خواندن مقدار سیگنال شود که به نوبه خود می تواند مشکلات زیادی را در سیستم کنترل ایجاد کند.
برخی از راه های کاهش نویز عبارتند از:

کابل های جفت پیچ خورده:
نویز الکترونیکی ممکن است با استفاده از کابل کشی جفت تابیده تا حد زیادی کاهش یابد. اکثر ابزارها از دو سیم برای انتقال سیگنال های خود استفاده می کنند. جریان در یک سیم به دستگاه و در سیم دیگر از دستگاه خارج می شود.
اگر این سیم ها پیچ خورده باشند، نویز ایجاد شده در هر سیم تقریباً یکسان خواهد بود.
مقدار جریان القایی در هر رسانا یکسان است، اما در جهت مخالف حرکت می کند، بنابراین بیشتر نویز را از بین می برد.

محافظ:
یکی دیگر از اصلاحات در حذف نویز، محافظ است، به عنوان مثال، استفاده از یک قیطان به زمین یا محافظ فویل در اطراف هادی ها. همانطور که قبلا ذکر شد، سپر هرگز نباید در بیش از یک مکان به زمین متصل شود تا از حلقه های زمین جلوگیری شود.
اکثر سازندگان ابزار توصیه می کنند سپر را در ابزار صحرایی زمین قرار دهید. با این حال، مکان بهتری برای انجام آن در پانل مارشالینگ است.
اگر زمینه ها در یک مکان باشند، بررسی و مدیریت آن آسان تر است. همچنین، می توان از یک زمین خوب در آن نقطه اطمینان حاصل کرد.

مجرا:
اصلاح نهایی در حذف نویز، مجرای فلزی زمین شده است. این به ندرت مورد نیاز است، به جز برای کابل های ارتباطی داده و مدارهای به ویژه بحرانی.

یک RTD از یک تکه سیم خاص ساخته شده است که مقاومت الکتریکی آن زمانی که سیم در معرض دماهای مختلف قرار می گیرد به روشی قابل پیش بینی تغییر می کند.
متریال انتخابی امروزه پلاتین 100 اهم است، اگرچه گاهی از انواع دیگر مانند مس 10 اهم استفاده می شود. برای پلاتین RTD، امتیاز برای 100 اهم در 0ºC است.
تغییرات مقاومت با دما بسیار کم است و باعث تغییرات ولتاژ در محدوده میلی ولت می شود.
RTD ها به مدار پل وتستون متصل می شوند که روی RTD تنظیم شده است. اما این تنظیم روی نیمکت اتفاق می افتد.
در مورد محیط میدان چطور؟ ما قبلاً در مورد مشکلات تضعیف خط ذاتی سیگنال های میلی ولت بحث کرده ایم (فصل 4). این مشکل در مدار RTD با استفاده از یک یا دو ورودی حس برطرف می شود.
این ورودی ها به خنثی کردن اثرات تلفات مس به دلیل خطوط طولانی و تغییرات دما در طول آنها کمک می کنند و سیم های اضافی هستند که باید در کابل RTD گنجانده شوند، از این رو اصطلاحات RTD های سه سیمه و چهار سیمه نامیده می شوند.

همانطور که بحث کردیم، یک ترموکوپل از نیروی محرکه الکتریکی (EMF) که از تغییرات دما ناشی می‌شود و بر دو فلز غیرمشابه که با هم لایه‌بندی شده‌اند تأثیر می‌گذارد، استفاده می‌کند.
این EMF خود را به عنوان یک سیگنال میلی ولت (DC) نشان می دهد. هنگامی که ترکیبات خاصی از این فلزات غیرمشابه به هم متصل می شوند، یک منحنی قابل پیش بینی از دما به ولتاژ با تغییر دما در محل اتصال ایجاد می شود.
سیگنال در انتهای باز دو سیم اندازه گیری می شود و از مقیاس میلی ولت بر درجه برای تبدیل ولتاژ به واحدهای مهندسی استفاده می شود.
بنابراین ترموکوپل یک دستگاه دو سیمه است. حساس به نویز تابشی و القا شده است و بنابراین اگر برای مسافت بسیار طولانی کشیده شود معمولاً در یک کابل محافظ قرار می گیرد. سیگنال ترموکوپل نیز به دلیل از دست دادن خط مستعد تخریب است، بنابراین به حداقل رساندن طول کابل مطلوب است.
همچنین، مهم است که از سیم کشش مناسب استفاده کنید. ترموکوپل معمولاً با یک اتصال پیگتیل کوتاه ارائه می شود که باید سیم کششی به آن وصل شود. اگر یک ماده سیم متفاوت، مانند مس، برای گسترش سیگنال به PLC استفاده شود، یک "اتصال سرد" جعلی ایجاد می شود که باعث ایجاد یک EMF معکوس می شود که تا حدی سیگنال را خنثی می کند.
بنابراین، باید از سیم اکستنشن مناسب استفاده شود یا باید وسیله ای به نام جبران کننده اتصال سرد یا مرجع نقطه یخ بین سیم کشی مسی و سیم کشی ترموکوپل نصب شود.
ماژول‌های ورودی/خروجی ترموکوپل از قبل دارای جبران اتصال سرد روی برد هستند، بنابراین استفاده از سیم کششی مناسب ترموکوپل مورد نیاز است.
انواع خاصی از ترموکوپل ها ویژگی های دمایی متفاوتی را نشان می دهند. ترموکوپل نوع J از اتصال یک سیم آهنی با یک سیم کانستانتان تشکیل می شود.
این پیکربندی منحنی نسبتاً خطی بین 0 و 750 درجه سانتیگراد را ارائه می دهد. 8 ترموکوپل نوع K دارای سیم نیکل-کروم است که به سیم نیکل-آلومینیوم متصل است که گاهی اوقات کرومل/آلومل نامیده می شود.
ترموکوپل نوع K محدوده دمایی مفیدی بین 200- تا 1250 درجه سانتیگراد دارد. سایر ترکیبات منحنی های پاسخ متفاوتی را ایجاد می کنند.

سیگنال های آنالوگ ابتدا با مدولاسیون ولتاژ تولید شدند. در قدیم، فرستنده سیگنال ضعیفی تولید می‌کرد که باید گرفته می‌شد و سپس فیلتر و تقویت می‌شد تا بتوان از آن برای حرکت قلم روی ضبط‌کننده یا سوزن روی گیج استفاده کرد. پاشنه آشیل سیگنال میلی ولت، حساسیت آن به نویز الکتریکی است.
این مشکل نسبت سیگنال به نویز به عنوان تابعی از طول کابل افزایش می یابد. بنابراین فرستنده باید در نزدیکی نشانگر یا ضبط کننده باشد.
سیگنال های میلی ولت امروزه به طور کلی به مبدل هایی داده می شوند که سیگنال کوچک را به جریان یا رسانه های دیگر (مانند مقادیر داده های دیجیتال) تبدیل می کنند که کمتر در معرض نویز و تلفات دسی بل (dB) قبل از خروج از مجاورت عنصر حسگر هستند. با این حال، برخی از ضبط کننده ها و سیستم های جمع آوری داده ها هنوز بر روی سیگنال میلی ولت کار می کنند.

درایو برای غلبه بر کاستی های تضعیف خط سیگنال میلی ولت منجر به توسعه حلقه جریان 4-20 میلی آمپر شد.
در نتیجه عملکرد بسیار افزایش یافته آن، این روش انتقال سیگنال های آنالوگ به سرعت به استاندارد صنعتی تبدیل شد. اکثر ابزارهای میدانی موجود در بازار دارای یک عنصر حسگر (حسگر) و یک عنصر انتقال دهنده هستند.
فرستنده روی سنسور تنظیم شده است که ممکن است هر نوع سیگنالی را از آنالوگ مدوله شده با فرکانس تا میلی ولت DC ارائه دهد.
شکل سیگنال هر چه باشد، فرستنده آن را تفسیر می کند و آن را به جریان خروجی بین 4 تا 20 میلی آمپر تبدیل می کند و در آن محدوده از نظر بزرگی با ورودی متناسب است. فرآیند تنظیم خروجی با ورودی را مقیاس بندی می نامند.
بنابراین، فرستنده تبدیل به چیزی می شود که به عنوان منبع جریان متغیر از آن یاد می شود. همانطور که یک باتری، به عنوان منبع ولتاژ، سعی می کند ولتاژ ثابتی را بدون توجه به مقدار بار اعمال شده به آن حفظ کند، منبع جریان نیز بدون توجه به بار، سعی می کند یک جریان ثابت (برای یک سیگنال ورودی داده شده) را حفظ کند.
از آنجایی که جریان در تمام نقاط مدار سری مشترک است، مشکل طول کابل - همانطور که به عنوان مشکل سیگنال میلی ولت ذکر شد - باطل می شود.
البته در صورت اعمال بار کافی می توان بر توانایی دستگاه برای ایجاد جریان ثابت در مدار غلبه کرد. بنابراین، طراح باید بداند که منبع فعلی چقدر انرژی می تواند تولید کند.
به طور کلی، ابزارهای امروزی قادر به حفظ 20 میلی آمپر در مقاومت مدار 1000 اهم هستند. از آنجایی که یک ابزار معمولی بیش از 250 اهم مقاومت ورودی ندارد، می‌توان چندین ابزار را از یک منبع جریان بدون نیاز به جداکننده تغذیه کرد.
به عنوان مثال، یک فرستنده منفرد باید بتواند سیگنال خود را به یک PLC، یک ضبط کننده نمودار و یک توتالایزر با هزینه 750 اهم به اضافه مقاومت خط تغذیه کند. این هنوز باید در محدوده راحتی یک فرستنده معمولی باشد.
توجه: هنوز ابزارهایی با درجه بندی 600 اهم در بازار وجود دارد، بنابراین طراح باید همیشه هر زمان که مدار پیچیده ای در نظر گرفته می شود، بررسی کند.
برای تعیین انرژی موجود در مدار، طراح باید بتواند تامین کننده آن انرژی را شناسایی کند. این کار گاهی آنقدر که ممکن است به نظر می رسد ساده نیست و پاسخ به این سوال به شدت بر سیم کشی مدار تأثیر می گذارد.
دو نوع اصلی مدار آنالوگ وجود دارد که از دیدگاه فرستنده توضیح داده شده است. فرستنده های دو سیم به عنوان دستگاه های غیرفعال در نظر گرفته می شوند که جریان را کاهش می دهند، در حالی که فرستنده های چهار سیم دستگاه های فعالی هستند که جریان را تامین می کنند.
شکل زیر سه فرستنده دما را نشان می دهد که هر کدام به نقاط ورودی/خروجی مختلف در یک ماژول پی ال سی متصل هستند.
یک فرستنده به طور مستقیم (یعنی چهار سیم) تغذیه می شود، در حالی که بقیه به طور غیر مستقیم (یعنی دو سیم) تغذیه می شوند. هر فرستنده به یک دستگاه کنترل متصل است - در این مورد، یک ورودی PLC.
از دیدگاه PLC، تمام ورودی های جریان 4 تا 20 میلی آمپر واقعاً ورودی های ولتاژ هستند. مقاومت‌ها، یا مقاومت‌های خارجی ارائه‌شده توسط کاربر، همانطور که در اینجا نشان داده شده است، یا مقاومت‌های داخلی، برای تبدیل جریان به ولتاژ استفاده می‌شوند.
نقاط کامپیوتری خود در واقع ولت مترهایی با مقاومت بالا هستند که به آنها جداسازی عالی از دستگاه های میدانی می دهد و بار اضافی را در مدار ورودی به حداقل می رساند.
نقاط ورودی/خروجی روی PLC با توان داخلی موجود برای هر نقطه نشان داده می‌شوند، بنابراین ماژول می‌تواند منبع ولتاژ برای حلقه باشد.



در ادامه توضیحات مفصلی در مورد تفاوت بین دستگاه های دو سیم و چهار سیم ارائه شده است:

همانطور که در زیر مشاهده می شود، یک فرستنده چهار سیم فرستنده ای است که انرژی لازم برای تامین انرژی حلقه و تولید سیگنال مدوله شده با جریان را فراهم می کند.
به عنوان مثال، اکثر فرستنده های سطح، دستگاه های چهار سیم هستند. دستگاه های چهار سیمه علاوه بر اتصالات سیگنال همیشه دارای اتصالات برق هستند. با این حال، همه فرستنده های این چنینی چهار سیمه نیستند.
اگر خروجی فرستنده برقی غیرفعال باشد، ممکن است دستگاه از نقطه نظر مدار سیگنال به عنوان یک واحد دو سیمه در نظر گرفته شود.
اکثر دستگاه های ضبط از خارج تغذیه می شوند، اما در مدار غیرفعال هستند. در این موارد، برق خارجی فقط برای الکترونیک داخلی واحد است.
مدار سیگنال از این منبع تغذیه جدا شده است. توجه داشته باشید که ضبط کننده نشان داده شده در مدار پایین یک دستگاه برقی و غیرفعال است.

گفته می شود که یک دستگاه دو سیمه دارای منبع تغذیه حلقه ای است. این بدان معناست که دستگاه با جذب انرژی مورد نیاز برای تولید سیگنال از حلقه جریان کار می کند.
به این "غرق شدن فعلی" نیز گفته می شود. این نامگذاری می تواند کمی گیج کننده باشد زیرا فرستنده ای که جریان در حال غرق شدن است هنوز منبع سیگنال مدار است. برق برای حلقه فعلی از جای دیگری تامین می شود.
یک فرستنده طبقه بندی شده به عنوان دو سیم معمولاً باید اولین وسیله در مدار با توجه به جریان جریان باشد.
به عبارت دیگر ترمینال مثبت فرستنده باید مستقیماً به قطب مثبت منبع ولتاژ متصل شود. منبع ولتاژ معمولاً یک منبع تغذیه 24 VDC است.

(الف) مدارهای دو سیم با منبع تغذیه مستقل
با اشاره به شکل بالا، نقطه 2 ورودی/خروجی PLC یک مدار دو سیمه با منبع تغذیه DC خارجی را نشان می دهد.
توجه داشته باشید که سیم ها باید (از نظر قطبیت) در PLC رول شوند تا قطبیت مناسب در سراسر نقطه I/O وجود داشته باشد.
این به این دلیل است که جریان فعلی نسبت به مثال قبلی معکوس شده است زیرا فرستنده باید اولین بار در حلقه باشد به جای اینکه منبع انرژی برای حلقه باشد.

(ب) مدارهای دو سیم با منبع تغذیه داخلی PLC
اکثر سیستم‌های PLC امروزه می‌توانند با اتصال ترمینال مثبت فرستنده به یک ترمینال دیگر در PLC، جریان حلقه را خودشان تامین کنند.
سپس ترمینال منفی فرستنده به سمت مثبت نقطه I/O گره می خورد و سمت منفی نقطه I/O به DC مشترک سیستم PLC متصل می شود.
که در مثال I/O نقطه 3 نشان داده شده است. در آن مثال، یک ضبط کننده به حلقه اضافه شده است.

راه‌های ارتباطی نیک صنعت:

• تماس با نیک صنعت: 87700210
• واحد فروش نیک صنعت: 09197872783
• واحد تعمیرات نیک صنعت: 09197872789
• ایمیل نیک صنعت: info@nicsanat.com
• آدرس شرکت: تهران، خیابان بهشتی، خیابان میرعماد، خیابان پیمانی (یازدهم)، پلاک 17