Кіріспе

Электрлік сигнал беру схемасы

Электрлік сигнал беруде аналогтық ток тізбегі қолданылады, онда құрылғыны өткізгіштер жұбы арқылы қашықтан бақылау немесе басқару қажет. Кез келген уақытта тек бір ғана ток деңгейі болуы мүмкін. Ток тізбектерінің басты қолданысы – процесті басқаруға арналған өнеркәсіптік стандартты 4–20 мА ток тізбегі, олар процестік құралдардан пропорционалды-интегралды-туынды (PID) контроллерлеріне, бақылау және деректерді жинау (SCADA) жүйелеріне және бағдарламаланатын логикалық контроллерлерге (PLC) сигналдарды жеткізу үшін кеңінен қолданылады. Олар сондай-ақ контроллердің шығыстарын басқару клапандары сияқты модуляциялық өріс құрылғыларына жіберу үшін қолданылады. Бұл тізбектердің қарапайымдылық және шуға төзімділік артықшылықтары бар, сондай-ақ олардың үлкен халықаралық пайдаланушылар және жабдық жеткізушілер базасы бар. Кейбір 4–20 мА өріс құрылғыларын тізбектің өзімен қуаттандыруға болады, бұл жеке қуат көздерін қажет етпейді, ал "ақылды" магистральдық адрестік қашықтықтан берілетін түрлендіргіш (HART) протоколы өріс құрылғылары мен контроллерлер арасындағы байланыс үшін тізбекті пайдаланады. Әртүрлі автоматтандыру протоколдары аналогтық ток тізбектерін алмастыра алады, бірақ 4–20 мА әлі де негізгі өнеркәсіптік стандарт болып табылады.

Белсенді және пассивті құрылғылар

Бұрандадағы ток көзіне байланысты құрылғылар белсенді (қуатты беруші немесе "көздеуші") немесе пассивті (бұранда қуатына тәуелді немесе "қабылдаушы") деп жіктелуі мүмкін. Мысалы, диаграммалық жазу құрылғысы қысым датчиктеріне бұранда қуатын беруі мүмкін. Қысым датчигі бұрандадағы токты сигналды диаграммалық жазуға жіберу үшін модуляциялайды, бірақ өзі бұрандаға қуат бермейді, сондықтан ол пассивті. Тағы бір бұранда екі пассивті диаграммалық жазу құрылғысы, пассивті қысым датчигі және 24 В батареядан (батарея – белсенді құрылғы) тұруы мүмкін. 4 сымды құралдың ток бұрандасынан бөлек қуат кірісі бар екеніне назар аударыңыз. Панельге орнатылатын дисплейлер мен диаграммалық жазу құрылғылары жиі "индикатор құрылғылары" немесе "процесс мониторлары" деп аталады. Бірнеше пассивті индикатор құрылғыларын тізбектей қосуға болады, бірақ бұрандада тек бір ғана датчик және тек бір ғана қуат көзі (белсенді құрылғы) болуы керек.

Аналогты басқару сигналдарының дамуы

4–20 мА стандарты 1950 жылдары электроника жеткілікті түрде арзан және сенімді болған кезде, бұрынғы өте сәтті 3–15 фунт/квадрат дюйм пневматикалық басқару сигналы стандартын электрлік түрде имитациялау мүмкіндігінен пайда болды. 3–15 фунт/квадрат дюйм стандарты да кейбір қашықтан орналасқан құрылғыларды қуаттау және «тірі» нөлдік сигналға ие болу сияқты мүмкіндіктерге ие болды. Дегенмен, 4–20 мА стандарты сол кезде әзірленіп жатқан электрондық басқару контроллерлеріне жақсырақ сай келді. Бұл өту біртіндеп жүзеге асты және 3–15 фунт/квадрат дюйм құрылғыларының үлкен орнатылған базасының салдарынан 21-ші ғасырға дейін жалғасты. Пневматикалық клапандарды моторлы клапандарға қарағанда пайдаланудың көптеген экономикалық және сенімділік артықшылықтары бар, сондықтан пневматикалық жетек әлі де өнеркәсіптік стандарт болып табылады. Гибридтік жүйелерді құруға мүмкіндік беру үшін, онда 4–20 мА басқару контроллерімен жасалады, бірақ пневматикалық клапандарды пайдалануға рұқсат береді, өндірушілерден токтан қысымға (I-P) түрлендіргіштердің кең ауқымы қол жетімді. Бұл түрлендіргіштер әдетте басқару клапанының жанында орналасқан және 4–20 мА сигналын 3–15 фунт/квадрат дюйм (немесе 0,2–1,0 бар) қысымға түрлендіреді. Бұл сигнал содан кейін клапанның жетек механизміне немесе, көбінесе, пневматикалық позиционерге жіберіледі. Позиционер – бұл жетек механизмінің қозғалысына механикалық байланысы бар арнайы басқару контроллері. Бұл үйкеліс мәселелерін шешуге және клапанның басқару элементінің қажетті күйге жылжуын қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, клапанды жетектеу үшін жоғары ауа қысымын пайдалануға мүмкіндік береді. Арзан өнеркәсіптік микропроцессорлардың дамуымен 1980 жылдардың ортасынан бері «ақылды» клапан позиционерлері қол жетімді болды және жаңа орнатулар үшін өте танымал. Оларға I-P түрлендіргіш, клапанның орналасуы мен жай-күйін бақылау кіреді. Соңғылары HART сияқты протоколдарды пайдалана отырып, ағымдағы тізбек арқылы басқару контроллеріне қайтарылады.

Ұзақ контурлар

Аналогты ток циклдары тарихи тұрғыдан ғимараттар арасында жергілікті телефон компаниясынан жалға алынған телефон кабельдеріндегі бос жұптар арқылы кейде тасымалданған. 4–20 мА циклдары аналогты телефония заманында көбірек таралған. Бұл тізбектерге бастапқыдан соңғы нүктеге дейін тұрақты ток (DC) үздіксіздігі қажет, және егер арнайы сым жұбы тікелей қосылмаса, жартылай өткізгіштің ауысуымен олардың қолданылуы тоқтатылды. DC үздіксіздігі микротолқынды радио, оптикалық талшық немесе мультиплекстелген телефон тізбегі арқылы қол жетімді емес. Тұрақты ток тізбегінің негізгі теориясы токтың сызық бойындағы барлық жерде бірдей болатынын көрсетеді. Мильдермен өлшенетін цикл ұзындығына ие 4–20 мА тізбектерін немесе он мың футтан астам ұзындығы бар телефон кабельдерінің жұптары арқылы жұмыс істейтін тізбектерді көру жиі кездесетін. Бұл технологияны пайдаланатын ескі жүйелер әлі де қолданыста. Bell жүйесі тізбектерінде 125 В тұрақты токқа дейін кернеу қолданылған.

Дискретті басқару

Дискретті басқару функцияларын цикл арқылы жіберілетін токтың дискретті деңгейлерімен бейнелеуге болады. Бұл бірнеше басқару функцияларын бір сым жұбы арқылы орындауға мүмкіндік береді. Нақты бір функция үшін қажетті ток қолданылуына немесе өндірушіге қарай өзгереді. Бір мағынаға тікелей байланысты нақты ток жоқ. Көбінесе 0 мА – тізбектің істен шыққанын көрсетеді. Мысалы, өрт дабылы жағдайында 6 мА қалыпты жағдайды білдіруі мүмкін, 15 мА өрт анықталғанын білдіруі мүмкін, ал 0 мА – ақаулық туралы хабарлама береді, яғни дабыл тізбегі істен шыққандығын бақылау орталығына хабарлайды. Кейбір құрылғылар, мысалы, екі бағытты радио қашықтан басқару консольдары, токтың полярлігін өзгертіп, дыбысты тұрақты токқа (DC) мультиплекстеуге болады. Мұндай құрылғыларды дизайнердің ойлаған кез келген қашықтан басқару қажеттілігі үшін пайдалануға болады. Мысалы, ток циклы эвакуациялық дабыл қақтыруына немесе синхрондық жол бағдаршамдарын басқаруға қолданылуы мүмкін.