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.

Таблица 1. Варианты исполнения ПДТВХ-1
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.

ccu825 pdtvh
Рисунок 1. Подключение датчиков ПДТВХ-1 с разным типом выхода

2.1. Настройка датчика Д1 типа НАПРЯЖЕНИЕ

conf d1
Рисунок 2. Настройка датчика Д1

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.

conf d1 conv
Рисунок 3. Значения конвертации датчика Д1

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:

\$R_"макс" = (U_"пит" - U_"пит. мин") / I_"макс"\$

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

conf d2
Рисунок 4. Настройка датчика Д2

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}\$.

\$R_"макс" = (15 - 9) / 0.02 = 300 text{ Ом}\$

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.

conf d2 conv
Рисунок 5. Значения конвертации датчика Д2

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.

ccu825 d3
Рисунок 6. Подключение датчика Д3


conf d3
Рисунок 7. Настройка датчика Д3

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}\$.

\$R_"макс" = (27 - 12) / 0.02 = 750 text{ Ом}\$

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.

conf d3 conv
Рисунок 8. Значения конвертации датчика Д3

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 измерительных 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.

config inputs conv example1
Рисунок 9. Пример 1, страница Входы, настройка конвертации

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.

config inputs example1
Рисунок 10. Пример 1, страница Входы

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.

config inputs conv example2
Рисунок 11. Пример 2, страница Входы, настройка конвертации

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.

config inputs example2
Рисунок 12. Пример 2, страница Входы

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.

config inputs conv example3
Рисунок 13. Пример 3, страница Входы, настройка конвертации

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.

config inputs example3
Рисунок 14. Пример 3, страница Входы

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. Приниципы 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:

\$T = T_"0" + (T_"10" - T_"0") / 10 * U_"вх"\$

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.