برخلاف مدار گسسته/دیجیتال (روشن/خاموش)، سیگنال‌های آنالوگ در طیف وسیعی از ولتاژ یا جریان متفاوت هستند.
نحوه سیم‌کشی سیگنال‌های آنالوگ PLC
شکل زیر همان پنل قطع‌کننده مدار را دارد، اما اکنون یک منبع تغذیه DC را تغذیه می‌کند.
منبع تغذیه می‌تواند در کابینت خود باشد یا می‌تواند در پانل مارشالینگ باشد. در هر صورت، برق DC در پانل مارشالینگ توزیع می‌شود. یک فیوز می‌تواند چندین مدار را تغذیه کند یا هر مدار می‌تواند ذوب شود.
تکنیک‌های سیم‌کشی PLC
فرستنده +24 VDC در ترمینال مثبت خود تغذیه می‌شود. سیگنال جریان 4-20 میلی آمپر از ترمینال (-) فرستنده به پی ال سی منبع می‌شود. کابل سیگنال با شماره فرستنده شماره‌گذاری می‌شود و سیم‌های داخل آن برای ارائه اطلاعات منبع تغذیه شماره‌گذاری می‌شوند. سپرهایی که در بیش از یک نقطه زمین قرار دارند ممکن است نویزهای بزرگی را به سیگنال تزریق کنند. این وضعیت حلقه زمین است و می‌تواند 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 می‌خورد. زمین پر سر و صدا زمینی است که از نظر فیزیکی دور از ترانسفورماتور قرار داشته باشد و موتورها، چراغ‌ها یا سایر موارد پر سر و صدا را سرویس دهد. این مدار ورودی آنالوگ دو سیمه اصلی است. رعایت این تکنیک‌های سیم کشی PLC در ساخت تابلو برق حائز اهمیت است. در زیر برخی از اطلاعات خاص در مورد احتمالات مختلف آنالوگ را شرح می‌دهیم.
حفاظت مدار (فیوزینگ)
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 گروه‌های فیوز جداگانه قرار گیرند. برای اطلاعات بیشتر، I/O Partitioning در فهرست را ببینید.
ایمنی سر و صدا
مدارهای آنالوگ مستعد نویز الکترونیکی هستند. 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. انتخاب درست در زمان خرید PLC در کاهش سر و صدا بسیار موثر است. 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 موارد زیر.
کابل های جفت
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 سیم‌ها پیچ خورده باشند، نویز 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 هادی‌ها. همانطور که قبلا ذکر شد، سپر هرگز نباید در بیش از یک مکان به زمین متصل شود تا از حلقه‌های زمین جلوگیری شود. اکثر سازندگان ابزار توصیه می‌کنند سپر را در ابزار صحرایی زمین قرار دهید. با این حال، مکان بهتری برای انجام آن در پانل مارشالینگ است. اگر زمینه‌ها در یک مکان باشند، بررسی و مدیریت آن آسان‌تر است. همچنین، می‌توان 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 کابل‌های ارتباطی داده و مدارهای به ویژه بحرانی. در زمان استفاده از انواع PLC، دانستن نکات برنامه‌نویسی و راه‌اندازی آن بسیار مهم است، که رعایت این نکته نیاز به آموزش PLC در مراکز تخصصی و فنی دارد.
آشکارساز دمای مقاومتی (RTD)
یک RTD از یک تکه سیم خاص می‌سازند که مقاومت الکتریکی آن زمانی که سیم در معرض دماهای مختلف قرار می‌گیرد به روشی قابل پیش‌بینی تغییر می‌کند. متریال انتخابی امروزه پلاتین 100 اهم است، اگرچه گاهی از انواع دیگر مانند مس 10 اهم استفاده می‌شود. برای پلاتین RTD، امتیاز برای 100 اهم در 0ºC است. تغییرات مقاومت با دما بسیار کم است و باعث تغییرات ولتاژ در محدوده میلی‌ولت می‌شود. RTDها به مدار پل وتستون متصل می‌شوند که روی RTD تنظیم می‌شوند اما این تنظیم روی نیمکت اتفاق می‌افتد.
در مورد محیط میدان چطور؟ مشکلات در مدار RTD با استفاده از یک یا دو ورودی حس برطرف می‌شود. این ورودی‌ها به خنثی کردن اثرات تلفات مس به دلیل خطوط طولانی و تغییرات دما در طول آنها کمک می‌کنند و سیم‌های اضافی هستند که باید در کابل RTD گنجانده شوند، از این رو اصطلاحات RTD های سه سیمه و چهار سیمه نامیده می‌شوند.
ترموکوپل
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 می‌دهد. هنگامی‌که ترکیبات خاصی از این فلزات غیرمشابه به‌هم متصل می‌شوند، یک منحنی قابل پیش بینی از دما به ولتاژ با تغییر دما در محل اتصال ایجاد می‌شود. سیگنال در انتهای باز دو سیم اندازه‌گیری می‌شود و از مقیاس میلی‌ولت بر درجه برای تبدیل ولتاژ به واحدهای مهندسی استفاده می‌شود. ترموکوپل یک دستگاه دو سیمه است که حساس به نویز تابشی است. اگر برای مسافت بسیار طولانی کشیده شود، در یک کابل محافظ قرار می‌گیرد. سیگنال ترموکوپل نیز به دلیل از دست دادن خط مستعد تخریب است، بنابراین به حداقل رساندن طول کابل مطلوب است. از سیم کشش مناسب استفاده کنید و ترموکوپل معمولاً با یک اتصال پیگتیل کوتاه ارائه می‌شود 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 می‌شود که باعث ایجاد یک EMF معکوس می‌شود که تا حدی سیگنال را خنثی می‌کند. باید از سیم اکستنشن مناسب استفاده شود یا باید وسیله‌ای جبران کننده اتصال سرد یا مرجع نقطه یخ بین سیم کشی مسی و سیم کشی ترموکوپل نصب شود. ماژول‌های ورودی و خروجی ترموکوپل از قبل دارای جبران اتصال سرد روی برد هستند. انواع خاصی از ترموکوپل‌ها ویژگی‌های دمایی متفاوتی را نشان می‌دهند. ترموکوپل نوع J از اتصال یک سیم آهنی با یک سیم کانستانتان تشکیل می‌شود. این پیکربندی منحنی نسبتاً خطی بین 0 و 750 درجه سانتی‌گراد را ارائه می‌دهد. ترموکوپل نوع K محدوده دمایی مفیدی بین 200- تا 1250 درجه سانتی‌گراد دارد. سایر ترکیبات منحنی‌های پاسخ متفاوتی را ایجاد می‌کنند.
0-10 میلی ولت (mV) آنالوگ
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 ضبط کننده 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.
سیگنال‌های میلی ولت امروزه به طور کلی به مبدل‌هایی می‌دهند 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.
آنالوگ 4-20 میلی آمپر (mA)
درایو برای غلبه بر کاستی‌های تضعیف خط سیگنال میلی‌ولت منجر به توسعه حلقه جریان 4-20 میلی آمپر شد. عملکرد افزایشی آن، این روش انتقال سیگنال‌های آنالوگ به سرعت به استاندارد صنعتی تبدیل شد. اکثر ابزارهای میدانی موجود در بازار دارای عنصر حسگر و انتقال دهنده هستند. فرستنده روی سنسور تنظیم می‌شوند که ممکن است هر نوع سیگنالی را از آنالوگ با فرکانس تا میلی ولت DC ارائه دهد.
شکل سیگنال هر چه باشد، فرستنده آن را تفسیر می‌کند و آن را به جریان خروجی بین 4 تا 20 میلی آمپر تبدیل می‌کند و در آن محدوده از نظر بزرگی با ورودی متناسب است. فرستنده تبدیل به چیزی می شود که به عنوان منبع جریان متغیر از آن یاد می شود. همانطور که یک باتری، بهعنوان منبع ولتاژ، سعی می‌کند ولتاژ ثابتی را بدون توجه به مقدار بار به آن حفظ کند، منبع جریان نیز بدون توجه به بار، سعی می‌کند یک جریان ثابت (برای یک سیگنال ورودی داده شده) را حفظ کند.
البته در صورت اعمال بار کافی می‌توان 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.
مثال آنالوگ 4 تا 20 میلی آمپر
بهعنوان 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.
ابزارهایی با درجه بندی 600 اهم در بازار وجود دارد و طراح باید همیشه هر زمان که مدار پیچیده ای را 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 می‌رسد ساده نیست و پاسخ به این سوال به شدت برسیم کشی مدار تأثیر می‌گذارد.
دو نوع اصلی مدار آنالوگ وجود دارد که از دیدگاه فرستنده توضیح می‌دهیم. فرستنده‌های دو سیم بهعنوان دستگاه‌های غیرفعال در نظر می‌گیرند که جریان را کاهش می‌دهند، در حالی که فرستنده‌های چهار سیم دستگاه‌های فعالی هستند که جریان را تامین می‌کنند. شکل زیر سه فرستنده دما را نشان می‌دهد که هر کدام به نقاط ورودی و خروجی مختلف در یک ماژول پی ال سی متصل هستند. یک فرستنده به‌طور مستقیم تغذیه می‌شود، در حالی که بقیه به طور غیر مستقیم تغذیه می‌شوند. هر فرستنده به یک دستگاه کنترل متصل است.
از دیدگاه PLC، تمام ورودی های جریان 4 تا 20 میلی آمپر واقعاً ورودی‌های ولتاژ هستند. نقاط کامپیوتری خود در واقع ولت مترهایی با مقاومت بالا هستند که به آنها جداسازی عالی از دستگاه های میدانی می‌دهد و بار اضافی را در مدار ورودی به حداقل می‌رساند. نقاط ورودی و خروجی روی PLC با توان داخلی موجود برای هر نقطه نشان می‌دهند، بنابراین ماژول می‌تواند منبع ولتاژ برای حلقه باشد.
در ادامه توضیحات مفصلی در مورد تفاوت بین دستگاه های دو سیم و چهار سیم ارائه می‌شود:
مدار چهارسیم
یک فرستنده چهارسیم فرستنده‌ای است که انرژی لازم برای تامین انرژی حلقه و تولید سیگنال مدوله شده با جریان را فراهم می‌کند. بهعنوان مثال، اکثر فرستنده‌های سطح، دستگاه‌های چهارسیم هستند. دستگاه‌های چهار‌سیمه علاوه بر اتصالات سیگنال همیشه دارای اتصالات برق هستند. با این حال، همه فرستنده‌های این چنینی چهار‌سیمه نیستند. اگر خروجی فرستنده برقی غیرفعال باشد، ممکن است دستگاه از نقطه نظر مدار سیگنال به عنوان یک واحد دو‌سیمه در نظر می‌گیرند. اکثر دستگاه‌های ضبط از خارج تغذیه می‌شوند، اما در مدار غیرفعال هستند. در این موارد، برق خارجی فقط برای الکترونیک داخلی واحد است و مدار سیگنال از این منبع تغذیه جدا می‌شود درضمن ضبط کننده در مدار پایین یک دستگاه برقی و غیرفعال است.
مدار دوسیم
یک دستگاه دو‌سیمه دارای منبع تغذیه حلقه‌ای است. این بدان معناست که دستگاه با جذب انرژی مورد نیاز برای تولید سیگنال از حلقه جریان کار می‌کند. این نامگذاری می‌تواند کمی گیج‌کننده باشد زیرا فرستنده‌ای که جریان در حال غرق شدن است هنوز منبع سیگنال مدار است. برق برای حلقه فعلی از جای دیگری تامین می‌شود. 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 دوسیم با منبع تغذیه مستقل
با اشاره به شکل بالا، نقطه 2 ورودی/خروجی PLC یک مدار دو‌سیمه 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. به این دلیل است که جریان فعلی نسبت به مثال قبلی معکوس می‌شود زیرا فرستنده باید اولین بار در حلقه باشد به‌جای این‌که منبع انرژی برای حلقه باشد.
(ب) مدارهای دوسیم 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 می‌خورد و سمت منفی نقطه I/O به DC مشترک سیستم PLC متصل می‌شود. در مثال I/O نقطه 3 نشان می‌دهد و در آن مثال، یک ضبط کننده به حلقه اضافه می‌شود.
جهت تعمیر PLC خود می‌توانید با مجموعه نیک صنعت تماس بگیرید.
نظرات کاربران