1. Общие сведения
Измерительные аналоговые датчики формируют на своём выходе напряжение или ток в соответствии с измеряемой величиной: температура, влажность, давление и т. д. Аналоговые датчики могут быть активными (требующими питания) или пассивными (не требующими питания). Такие датчики могут быть подключены к контроллеру CCU825, при условии соблюдения значений тока потребления и минимального питающего напряжения датчика.
Примером пассивного (не требующего питания) датчика является датчик температуры RTD-04 (терморезистор), сопротивление которого меняется с изменением его температуры. Примером активного (требующего питания) датчика является датчик температуры RTD-03.
| Проводные датчики адресного типа или имеющие цифровой интерфейс подключить непосредственно к контроллеру нельзя. |
| Перед монтажом системы на реальном объекте, рекомендуется собрать ее на столе с целью проверки работоспособности. |
2. Подключение активных датчиков
Для подключения к контроллеру наиболее подходят аналоговые датчики с типом выхода НАПРЯЖЕНИЕ 0-10 В и ТОК 4-20 мА. Датчики с другими значениями выходого напряжения и тока могут быть использованы с небольшим уменьшением диапазона или точности измерения. Рассмотрим способы подключения датчика давления ПДТВХ-1 в разных вариантах исполнения.
| Наименование параметра | Значение |
|---|---|
Тип выхода — постоянное напряжение, В |
0.4-2; 0-5; 0-10 |
Тип выхода — постоянный ток, мА |
0-5; 0-20; 4-20 |
Верхние пределы измерений, МПа |
0.1; 0.25; 0.4; 0.6; 1.0; 1.6; 2.5; 4.0; 6.0; 10.0; 16.0; 25.0; 40.0; 60.0 |
Напряжение питания преобразователя, В (постоянный ток) |
9-36 |
Для примера выбраны датчики:
-
Д1 с типом выхода НАПРЯЖЕНИЕ 0-10 В;
-
Д2 с типом выхода ТОК 4-20 мА.
2.1. Настройка датчика Д1 типа НАПРЯЖЕНИЕ
Датчик Д1 с типом выхода НАПРЯЖЕНИЕ 0-10 В подключается непосредственно ко входу 4 контроллера. Конфигурационная перемычка должна быть снята, вход является измерительным.
Датчик Д1 имеет минимальное напряжение 0 В при минимальном давлении 0 МПа и максимальное напряжение 10 В при максимальном давлении 16 МПа.
Необходимо ввести эти параметры в настройках конвертации и нажать Рассчитать. После чего произойдет расчет значений конвертации для правильного отображения измеряемой величины.
Верхняя граница активного диапазона установлена в значение 13. Таким образом тревога будет сформирована при достижении давления 13 МПа.
| После настройки необходимо нажать кнопку Применить для сохранения сделанных изменений. |
2.2. Расчет нагрузочного резистора датчика типа ТОК
Для выбора нагрузочного резистора необходимо рассчитать максимальное значение нагрузочного сопротивления по формуле:
Где:
-
\$U_"пит"\$ — питающее напряжение датчика,
-
\$U_"пит. мин"\$ — минимальное напряжение питания датчика,
-
\$I_"макс"\$ — максимальный выходной ток датчика.
При выборе нагрузочного резистора необходимо руководствоваться следующими правилами:
-
Если рассчитанное максимальное значение нагрузочного резистора превышает 500 Ом, то оно принимается равным 500 Ом. В противном случае диапазон измерения будет сужен.
-
Значение нагрузочного резистора выбирается таким образом, чтобы оно не превышало рассчитанное максимальное значение. В противном случае из-за нехватки питания показания датчика могут быть недостоверными.
-
Если рассчитанное максимальное значение нагрузочного резистора меньше 250 Ом, то рекомендуется увеличить \$U_"пит"\$ таким образом, чтобы \$U_"пит" - U_"пит. мин"\$ было близко к 10 В. В противном случае будет снижена точность измерения.
2.3. Настройка датчика Д2 типа ТОК
Датчик Д2 с выходом типа ТОК 4-20 мА подключается ко входу 3 контроллера с использованием нагрузочного резистора Rl (шунт). Для выбора номинала резистора воспользуемся расчетом, где:
-
\$U_"пит" = 15 text{ В}\$,
-
\$U_"пит. мин" = 9 text{ В}\$,
-
\$I_"макс" = 0.02 text{ А}\$.
Таким образом максимально допустимое нагрузочное сопротивление равно 300 Ом. На основании выполненного расчета выберем доступный нагрузочный резистор Rl с номиналом 250 Ом.
Датчик Д2 имеет минимальный выходной ток 4 мА при минимальном давлении 0 МПа и максимальный выходной ток 20 мА при максимальном давлении 10 МПа.
Необходимо ввести эти параметры в настройках конвертации и нажать Рассчитать. После чего произойдет расчет значений конвертации для правильного отображения измеряемой величины.
Нижняя граница активного диапазона установлена в значение 3. Таким образом тревога будет сформирована при снижении давления до 3 МПа.
| После настройки необходимо нажать кнопку Применить для сохранения сделанных изменений. |
2.4. Настройка датчика Д3 типа ТОК с допольнительным питанием
В некоторых случаях нельзя обойтись без дополнительноги источника питания. К примеру датчик ОВЕН ПД100 требует минимального напряжения питания 12 В. В этом случае можно применить дополнительный источник питания подключенный по схеме вольтодобавки.
Суммарное напряжение питания датчика Д3 составляет \$12 + 15 = 27 text{ В}\$. Для выбора номинала резистора воспользуемся расчетом, где:
-
\$U_"пит" = 27 text{ В}\$,
-
\$U_"пит. мин" = 12 text{ В}\$,
-
\$I_"макс" = 0.02 text{ А}\$.
Расчитанное значение 750 Ом превышает максимальное рекомендованное 500 Ом. На основании выполненного расчета выберем доступный нагрузочный резистор Rl с номиналом 500 Ом.
Датчик Д3 имеет минимальный выходной ток 4 мА при минимальном давлении 0 МПа и максимальный выходной ток 20 мА при максимальном давлении 15 МПа.
Необходимо ввести эти параметры в настройках конвертации и нажать Рассчитать. После чего произойдет расчет значений конвертации для правильного отображения измеряемой величины.
Нижняя граница активного диапазона установлена в значение 2. Таким образом тревога будет сформирована при снижении давления до 2 МПа.
| После настройки необходимо нажать кнопку Применить для сохранения сделанных изменений. |
2.5. Калибровка показаний датчика
После настройки конвертации для устранения статической погрешности можно выполнить калибровку показаний датчика. Для этого задается Желаемое значение входа при текущем напряжении и нажимается кнопка Калибровать. После чего значения конвертации входа автоматически скорректируются таким образом, чтобы текущее значение входа стало равно желаемому.
| Использовать калибровку можно только после настройки конвертации. |
2.6. Проверка логики работы датчика
Для проверки логики работы контроллера можно имитировать аналоговый датчик с помощью переменного резистора с номиналом из диапазона 4.7-22 кОм. Подключите переменный резистор к клеммам 10VS и GND контроллера. Подвижный контакт резистора подключите на вход контроллера.
3. Примеры настройки аналоговых датчиков
3.1. Пример 1. Измерение напряжения сети
Рассмотрим пример, когда в качестве датчика напряжения используется трансформаторный источник питания, имеющий на выходе постоянное напряжение 0-10 В, при входном напряжении 0-250 В.
Установим тип входа в значение Аналоговый. С помощью кнопки Настроить конвертацию запустим редактор. Зададим Значение входа при 0 В: 0, при 10 В: 250. Нажмем Рассчитать. После чего произойдет расчет опорных значений конвертации для правильного отображения напряжения сети.
Установим активный диапазон в значение Низкий или высокий, границы активного диапазона в значения 200 и 230. Таким образом, выход напряжения сети из диапазона 200-230 В приведет к формированию тревожного сообщения. При этом в SMS и ботах пользователь получит реальное значение напряжения сети в вольтах на момент отправки сообщения.
3.2. Пример 2. Измерение температуры
Рассмотрим пример, когда в качестве датчика используется сторонний термодатчик с линейной характеристикой, измеряющий температуру в диапазоне -40…+120°С.
Установим тип входа в значение Аналоговый. С помощью кнопки Настроить конвертацию запустим редактор. Зададим Значение входа при 0 В: -40, при 10 В: 120. Нажмем Рассчитать. После чего произойдет расчет опорных значений конвертации для правильного отображения температуры.
Установим активный диапазон в значение Низкий или высокий, границы активного диапазона в значения 7 и 30. Таким образом, выход температуры из диапазона +7…+30°C приведет к формированию тревожного оповещения. При этом в SMS и ботах пользователь получит реальное значение температуры в градусах Цельсия на момент отправки сообщения.
Если термодатчик нуждается в калибровке, необходимо установить рядом с термодатчиком эталонный термометр, ввести показания этого термометра в поле Желаемое значение входа при текущем напряжении и нажать кнопку Калибровать. После чего опорные значения входа при 0 В и при 10 В будет скорректированы таким образом, что текущее показание термодатчика станет равным эталонному термометру.
3.3. Пример 3. Обратный диапазон измерения
Рассмотрим пример, когда используется датчик с обратной характеристикой, измеряющий некоторую величину в диапазоне 0-1000 ед., при напряжении на выходе 10-0 В.
Установим тип входа в значение Аналоговый. С помощью кнопки Настроить конвертацию запустим редактор. Зададим Значение входа при 0 В: 1000, при 10 В: 0. Нажмем Рассчитать. После чего произойдет расчет опорных значений конвертации для правильного отображения измеряемой величины.
Установим активный диапазон в значение Низкий или высокий, границы активного диапазона в значения 700 и 300. Таким образом, выход измеряемой величины из диапазона 700-300 ед. приведет к формированию тревожного оповещения. При этом в SMS и ботах пользователь получит реальное значение в измеряемых единицах на момент отправки сообщения.
4. Принципы конвертации и калибровки
В редакторе конвертации пользователь задает параметры датчика в соответствии с его инструкцией, а также сопротивление шунта для датчика типа ТОК. При нажатии Рассчитать происходит вычисление опорных значений входа при 0 В и при 10 В. Они определяют коэффициенты уравнения прямой:
Где:
-
\$T_"0"\$ — значение входа при 0 В,
-
\$T_"10"\$ — значение входа при 10 В,
-
\$U_"вх"\$ — входное напряжение в вольтах,
-
\$T\$ — значение подключенного датчика в его единицах измерения.
Затем, при необходимости выполняется калибровка датчика. Для этого задается Желаемое значение входа при текущем напряжении и нажимается кнопка Калибровать. После чего значения входа при 0 В и при 10 В (\$T_"0"\$ и \$T_"10"\$, соответственно) автоматически корректируются таким образом, чтобы текущее сконвертированное значение входа стало равно желаемому. Фактически происходит параллельный сдвиг прямой вверх или вниз. Само значение калибровки не сохраняется.
| Использовать калибровку можно только после настройки конвертации. |