Automatizace procesů (MAUP) vstupy, výstupy, připojení snímačů, problematika rušení

MAUP 2008 1

Automatizace procesů (MAUP) vstupy, výstupy, připojení snímačů, problematika rušení

Obsah přednášky Způsoby připojení klasických snímačů k

PLC Metody potlačení interferenčních rušení

MAUP 2008 2

Blokové schéma měřicího řetězce

Přenosová trasa Snímač Řídicí systém

Čidlo Úprava signálu

I/O modul

PLC PC

Výstupní signál čidla:- Změna odporu- Změna kapacity- Změna indukčnosti- Napětí- Proud- Náboj

Výstupní signál snímače:- Bez úpravy- Napětí 10 V - Proud 4-20 mA - Frekvence, PWM- AM, FM modulace- digitální signál, sběrnice

MAUP 2008 3

Připojování klasických snímačůDělení může být dle: stupně úpravy signálu

bez úpravy - termočlánek, Pt, tenzometry, tachodynamo unifikovaný výstup - 4-20 mA, 0-10 V, speciální unifikovaný výstup - ICP, PWM, kvadraturní

charakteru a významu měřené veličiny limitní spínače – koncové dorazy, limitní hlídače, ... procesní veličiny – teplota, tlak, průtok, ...

výstupního signálu spojité snímače (4-20 mA, 0-10 V) binární snímače (pasivní - PNP, NPN, aktivní, ...)

počtu připojovacích vodičů dvouvodičové (spojité i binární) třívodičové (spojité i binární) čtyřvodičové (tenzometry, Pt snímače teploty, ...) šestivodičové (tenzometry – snímače síly, momentu)

MAUP 2008 4

Typické vstup-výstupní moduly PLC Digitální vstupní moduly

počet vstupů 8 nebo 16 log. úrovně vstup. napětí 5V, 12V, 24V, 48V, 120V,

230 V zdroj/zátěž, zachytávání stavů, reakce na změnu

Pulsní vstupní moduly snímače s frekvenčním nebo PWM výstupem snímače s kvadraturním výstupem (enkodéry)

Digitální výstupní moduly počet výstupů 8 nebo 16 výstup tranzistor s otevřeným kolektorem, relé,

proudový zdroj, napětí 24V

MAUP 2008 5

Typické vstup-výstupní moduly PLC Analogové vstupní moduly

jednoduché, diferenční uzemněné, diferenční plovoucí

vstupní signál 0(4)-20mA, 0(2)-10V, 0(1)-5V, ±0(2)-10V, ±0(4)-20mA

rozlišení AD převodníku 8 až 16 bitů speciální moduly pro Pt100, Ni100, Ni120, pro

termočlánky, potenciometry, tenzometry, snímače vibrací s ICP

Analogové výstupní moduly napěťové výstupy 10 V, proud 4-20mA rozlišení 12bit, 14bit

MAUP 2008 6

Binární limitní snímače Typické aplikace

sledování polohy výrobku nebo nástroje kontrola hladiny v zásobnících protikolizní a bezpečnostní systémy,

Typické principy indukčnostní, kapacitní optický – průchozí, odrazný ultrazvuk – jednohlavý, dvojhlavý magnetický

Výrobci – ifm electronic, Baumer, Peperl-Fuchs, Siemens, AB a desítky dalších

MAUP 2008 7

Binární snímače – připojení k PLC

Dvoudrátové snímače (NAMUR) svým chováním odpovídají funkci

polovodičového relé Třídrátové snímače - nejběžnější

MAUP 2008 8

Analogové snímače – připojení k PLC

Dvoudrátové snímače – pouze 4-20 mA Třídrátové snímače – běžnější

výstup 4-20 mA výstup 0-10 V, 0-5 V

MAUP 2008 9

Analogové snímače – připojení k PLCdvoudrátové a třídrátové připojení

MAUP 2008 10

Analogové snímače – připojení k PLC2 dráty, výbušné prostředí

MAUP 2008 11

Analogové snímače – připojení k PLC4 dráty

MAUP 2008 12

Analogové snímače – připojení k PLC

MAUP 2008 13

Inkrementální snímače – připojení k PLC

MAUP 2008 14

Interferenční šum v systému

šum zanesený do systému z vnějších rušivých zdrojů, např. vyzařování spínaných zdrojů, počítače, tyristorové měniče, radiové vysílače, silové spínače

MAUP 2008 15

Základní principy přenosu rušení

MAUP 2008 16

Hlavní mechanismy vzniku rušení

šum vznikající na společné impedanci

kapacitně vázaný šum indukčně vázaný šum šum přenášený po napájecím

vedení ostatní zdroje – radiové (AM, FM,

GSM ...), triboelektrický jev

MAUP 2008 17

Šum vznikající na společné impedanci

metody potlačení korektní návrh napájecích obvodů galvanické oddělení – transformátory,

optočleny

MAUP 2008 18

Kapacitně vázaný šum

metody potlačení potlačení zdrojů šumu vhodně použité stínění (velmi efektivní!) minimalizace vzájemných parazitních kapacit

MAUP 2008 19

Typické hodnoty vzájemné kapacity

Popis uspořádání Kapacitačlověk stojící na izolaci proti zemi 700 pFnapájecí zdroj – st. vstup/ss výstup 100 pFdvoudrátový stíněný kabel – vodiče proti sobě 130 pF/mdvoudrátový stíněný kabel – vodič proti stínění 220 pF/mkoaxiální kabel 110 pF/mkapacita mezi kontakty v konektoru 2 pFoddělovací optočlen 2 pFkapacita mezi vývody 0,5W rezistoru 1,5 pF

MAUP 2008 20

Elektrostatické stínění - zásady stínění připojit na referenční potenciál

MAUP 2008 21

Elektrostatické stínění - zásady stínění připojit pouze na jedné straně !!!

MAUP 2008 22

Elektrostatické stínění - zásady

konektory – stínění pospojovat

MAUP 2008 23

Elektrostatické stínění - zásady

konektory – stínění pospojovat

MAUP 2008 24

Elektrostatické stínění - zásady

samostatné stínění pro každý referenční potenciál

MAUP 2008 25

Indukčně vázané rušení

indukčně vázaný šum pečlivé vedení vodičů minimalizující

vzájemnou indukčnost stínění z materiálů s vysokou

permeabilitou (permaloy) zmenšení plochy smyčky přijímače

(kroucený pár, vedení vodičů v blízkosti zemní plochy)

potlačení zdrojů rušení (kroucený pár, aktivní stínění)

MAUP 2008 26

Indukčně vázané rušení

Zapojení pro napájení zátěže

Správně

Chybně

MAUP 2008 27

Indukčně vázané rušení

Využití stíněného koaxiálního kabelu pro napájení zátěže

MAUP 2008 28

Metody potlačení ostatních typů rušení

šum přenášený po napájecím vedení omezovací prvky paralelně k vinutí vypínání proudu při průchodu nulou stínění minimalizace parazitních kapacit

ostatní zdroje pevně připevněné vodiče nízkošumové kabely stínění proti vf rušení