14. Выбор сигнала связи

Датчики, являясь элементом автоматической системы, связаны с другими элементами системы линиями связи, посредством которых передается необходимая информация. От правильного выбора вида и параметров сигналов связи во многом зависит качество системы в целом: надежность, быстродействие, помехоустойчивость, экономичность. От выбора сигнала связи зависит также схема и конструкция отдельных элементов системы. Поэтому выбор сигнала связи является важным этапом при проектировании технических средств систем автоматизации и управления.

Как известно, датчики по выходному сигналу можно разделить на две основные группы:

1. изменение сопротивления;

1. генераторы тока или напряжения.

Передача сигналов от датчиков первой группы может осуществляться как активным способом в виде тока от неуравновешенного моста, так и пассивным, когда вторичное устройство автоматически компенсирует изменение сопротивления, устанавливая в линии связи отсутствие тока. Передача сигналов от датчиков второй группы осуществляется только активным способом.

На первый взгляд пассивный способ имеет преимущество, так как в линии связи ток отсутствует и, следовательно, сопротивление линии связи не влияет на передачу сигнала. Однако для приема сигнала требуется сложный (значит дорогой) автокомпенсационный прибор и данное преимущество теряет свое значение.

Предпочтение следует отдать активному способу передачи сигнала, так как в этом случае могут быть использованы простые и надежные вторичные приборы и передаваемые сигналы при необходимости легко могут быть введены в устройства контроля и управления.

При выборе параметров сигнала связи должны быть учтены следующие факторы: дальность, помехоустойчивость, сложность приемных и передающих устройств, экономичность.

Активный способ передачи сигналов можно осуществить как переменным, так и постоянным током. Использование переменного тока имеет минусы вследствие погрешностей, вносимых кабельной линией. Даже при отсутствии нагрузки кабельная линия длиной несколько километров за счет собственной емкости существенно уменьшает приложенное к ее началу напряжение. Если к этому добавить дополнительные осложнения, возникающие в борьбе с различного рода наводками, а также трудности сочетания сигналов переменного тока с устройствами контроля и управления, то становится очевидно, что передавать сигналы связи с помощью переменного тока нецелесообразно.

Применение для этой цели постоянного тока позволяет избежать неприятного влияния емкости линии связи и наводок на нее. Сигналы постоянного тока измеряются с большей точностью и более простыми средствами. Подобные сигналы легко «усваиваются» устройствами контроля и управления. Благодаря перечисленным преимуществам для передачи сигналов связи практически всегда используется постоянный ток.

При активном способе передачи информации мерой регулируемого параметра может быть либо величина напряжения, либо величина силы тока. Преимуществом первого варианта следует считать параллельность подключения вторичных приборов, что повышает надежность действия системы в целом. Однако наличие сопротивления кабельной линии вносит в информацию определенную погрешность, возрастающую с увеличением нагрузки линии вторичными приборами. Для уменьшения этих погрешностей необходимо использовать сложные и дорогие приборы с высоким входным сопротивлением. Кроме того, в этом случае затрудняется задача суммирования сигналов, поступающих от нескольких датчиков.

При втором варианте (сила тока) используется достаточно мощный источник сигнала связи. Это позволяет применять простейшие вторичные приборы прямого действия с малым входным сопротивлением, простые и надежные суммирующие устройства. Недостатком «токовой» передачи является необходимость последовательного включения всех вторичных приборов, что снижает надежность действия системы.

Важным вопросом является выбор диапазона изменения сигнала связи. Исходными данными является мощность чувствительного элемента и мощность, потребляемая исполнительным устройством. Эти данные однозначно определяют полный коэффициент усиления системы. Выбор уровня мощности сигнала связи влияет лишь на распределение этого коэффициента между элементами системы. Увеличение уровня мощности сигнала связи приводит к сосредоточению усилителей в датчике. Снижение уровня мощности позволяет разместить усилители в других элементах системы. Из всего комплекта аппаратуры, входящей в систему, наихудшие условия эксплуатации обычно складываются для датчиков и исполнительных механизмов, размещение которых тесно связано с объектом управления. Поэтому для этих элементов необходимо стремиться к упрощению конструкции.

Кроме рассмотренного при выборе максимального уровня сигнала связи нужно принимать во внимание также следующие соображения:

1. функциональные преобразования сигналов выгодно осуществлять на сигналах малой мощности, так как это ведет к упрощению аппаратуры;

1. уменьшение уровня сигнала по напряжению позволяет применять современные полупроводниковые элементы и интегральные микросхемы, устанавливая для них с точки зрения надежности выгодные режимы работы;

1. уменьшение уровня сигнала по напряжению рационально с точки зрения техники безопасности.

Исполнительное устройство (ИУ) - это одно из звеньев автоматических систем регулирования, предназначенных для непосредственного воздействия на объект регулирования. В общем случае ИУ состоит из регулирующего органа (РО) и исполнительного механизма (ИМ). ИУ в зависимости от используемой энергии подразделяются на следующие виды:

1. пневматические с пневматическим ИМ;

1. гидравлические с гидравлическим ИМ;

1. электрические с электрическим ИМ;

1. электропневматические с пневматическим ИМ и электропневматическим преобразователем;

1. электрогидравлические с гидравлическим ИМ и электрогидравлическим преобразователем;

1. пневмогидравлические с гидравлическим ИМ и пневмогидравлическим преобразователем.

ИМ является приводной частью РО. Применяются ИМ следующих видов:

электрические (электромагнитные и электродвигательные);

пневматические (мембранные, поршневые и лопастные);

гидравлические (прямоходные и кривошипные).