Oprzyrządowanie to dziedzina nauki i pracy skupiająca się na pomiarze i kontroli procesów fizycznych. Te procesy fizyczne obejmują ciśnienie, temperaturę, natężenie przepływu i konsystencję chemiczną. Przyrząd to urządzenie, które mierzy i / lub działa w celu kontrolowania wszelkiego rodzaju procesów fizycznych. Ze względu na fakt, że elektryczne ilości napięcia i prądu są łatwe do pomiaru, manipulowania i przesyłania na duże odległości, są one szeroko stosowane do reprezentowania takich zmiennych fizycznych i przesyłania informacji do odległych lokalizacji.

sygnał to każdy rodzaj fizycznej ilości przekazującej informacje. Słyszalna mowa jest z pewnością rodzajem sygnału, ponieważ przekazuje myśli (informacje) jednej osoby do drugiej za pośrednictwem fizycznego medium dźwięku. Gesty rąk są też sygnałami przekazującymi informacje za pomocą światła.

ten tekst jest innym rodzajem sygnału, interpretowanym przez twój angielski umysł jako informacja o obwodach elektrycznych. W tym rozdziale słowo sygnał będzie używane głównie w odniesieniu do ilości elektrycznej napięcia lub prądu, który jest używany do reprezentowania lub oznaczania innej ilości fizycznej.

sygnał analogowy vs.cyfrowy

sygnał analogowy jest rodzajem sygnału, który jest zmienny w sposób ciągły, w przeciwieństwie do posiadania ograniczonej liczby kroków w swoim zakresie (zwanych cyfrowymi). Dobrze znanym przykładem analogowego kontra cyfrowego jest Zegary: analogowy jest typem ze wskaźnikami, które powoli obracają się wokół okrągłej skali, a cyfrowy jest typem z wyświetlanymi liczbami dziesiętnymi lub „drugą ręką”, która szarpie, a nie płynnie obraca się.

zegar analogowy nie ma fizycznych ograniczeń co do tego, jak precyzyjnie może wyświetlać czas, ponieważ jego „ręce” poruszają się płynnie, bez przerwy. Z drugiej strony, zegar cyfrowy nie może przekazywać żadnej jednostki czasu mniejszej niż to, na co pozwala jego wyświetlacz. Typ zegara z „second-hand”, który szarpie w interwałach 1-sekundowych, to urządzenie cyfrowe o minimalnej rozdzielczości jednej sekundy.

zarówno sygnały analogowe, jak i cyfrowe znajdują zastosowanie we współczesnej elektronice, a różnice między tymi dwoma podstawowymi formami informacji zostaną omówione znacznie bardziej szczegółowo w dalszej części tej książki. Na razie ograniczę zakres tej dyskusji do sygnałów analogowych, ponieważ systemy z nich korzystające mają zwykle prostszą konstrukcję.

aby uzyskać najbardziej podstawowy przegląd tego tematu, Zobacz ten samouczek wideo na temat elektroniki analogowej i cyfrowej.

przy wielu wielkościach fizycznych, zwłaszcza elektrycznych, zmienność analogowa jest łatwa do uzyskania. Jeśli taka ilość fizyczna zostanie użyta jako nośnik sygnału, będzie ona w stanie reprezentować odmiany informacji z niemal nieograniczoną rozdzielczością.

System oprzyrządowania Przemysłowego

we wczesnych czasach oprzyrządowania przemysłowego sprężone powietrze było używane jako medium sygnalizacyjne do przekazywania informacji z przyrządów pomiarowych do urządzeń wskazujących i sterujących znajdujących się zdalnie. Wielkość ciśnienia powietrza odpowiadała wielkości mierzonej zmiennej. Czyste, suche powietrze o wadze około 20 funtów na cal kwadratowy (PSI) było dostarczane ze sprężarki powietrza przez rurki do przyrządu pomiarowego, a następnie regulowane przez ten przyrząd w zależności od mierzonej ilości, aby wytworzyć odpowiedni sygnał wyjściowy.

na przykład urządzenie „nadajnika” poziomu pneumatycznego (sygnału powietrznego) ustawione do pomiaru wysokości wody („zmienna procesowa”) w zbiorniku magazynowym wytwarzałoby niskie ciśnienie powietrza, gdy zbiornik był pusty, średnie ciśnienie, gdy zbiornik był częściowo pełny, i wysokie ciśnienie, gdy zbiornik był całkowicie pełny.

„wskaźnik poziomu wody” (LI) to nic innego jak miernik ciśnienia powietrza w pneumatycznej linii sygnałowej. To ciśnienie powietrza, będące sygnałem, jest z kolei reprezentacją poziomu wody w zbiorniku. Każda zmiana poziomu w zbiorniku może być reprezentowana przez odpowiednią zmianę ciśnienia sygnału pneumatycznego.

poza pewnymi praktycznymi ograniczeniami narzuconymi przez mechanikę urządzeń ciśnieniowych, ten sygnał pneumatyczny jest nieskończenie zmienny, zdolny do reprezentowania dowolnego stopnia zmiany poziomu wody i dlatego jest analogowy w najprawdziwszym tego słowa znaczeniu.

Ten rodzaj pneumatycznego systemu sygnalizacyjnego stanowił podstawę wielu przemysłowych systemów pomiarowych i kontrolnych na całym świecie i nadal znajduje zastosowanie do dziś ze względu na swoją prostotę, bezpieczeństwo i niezawodność. Sygnały ciśnienia powietrza są łatwo przesyłane przez niedrogie rury, łatwo mierzone (za pomocą mechanicznych manometrów) i łatwo manipulowane przez urządzenia mechaniczne za pomocą mieszków, membran, zaworów i innych urządzeń pneumatycznych. Sygnały ciśnienia powietrza są przydatne nie tylko do pomiaru procesów fizycznych, ale także do ich sterowania.

przy wystarczająco dużym tłoku lub membranie, mały sygnał ciśnienia powietrza może być użyty do wytworzenia dużej siły mechanicznej, która może być wykorzystana do przesunięcia zaworu lub innego urządzenia sterującego. Kompletne systemy automatycznego sterowania zostały wykonane z wykorzystaniem ciśnienia powietrza jako medium sygnałowego. Są proste, niezawodne i stosunkowo łatwe do zrozumienia. Jednak praktyczne ograniczenia dokładności sygnału ciśnienia powietrza mogą być zbyt ograniczające w niektórych przypadkach, zwłaszcza gdy sprężone powietrze nie jest czyste i suche oraz gdy istnieje możliwość wycieku rur.

wraz z pojawieniem się tranzystorowych wzmacniaczy elektronicznych i innych osiągnięć technologicznych, elektryczne ilości napięcia i prądu stały się praktyczne do stosowania jako analogowe nośniki sygnalizacyjne. Zamiast używać pneumatycznych sygnałów ciśnienia do przekazywania informacji o pełni zbiornika magazynującego wodę, sygnały elektryczne mogą przekazywać te same informacje za pomocą cienkich przewodów (zamiast rur) i nie wymagają wsparcia tak drogiego sprzętu, jak sprężarki powietrza do pracy:

analogowe sygnały elektroniczne są nadal podstawowym rodzajem sygnałów używanych w świecie oprzyrządowania dzisiaj (styczeń 2001), ale ustępuje cyfrowym trybom komunikacji w wielu zastosowaniach (więcej na ten temat później). Pomimo zmian w technologii, zawsze dobrze jest mieć dogłębne zrozumienie podstawowych zasad, więc poniższe informacje nigdy nie staną się tak naprawdę przestarzałe.

Live Zero

jedną z ważnych koncepcji stosowanych w wielu analogowych systemach sygnałowych jest „live zero”, standardowy sposób skalowania sygnału tak, że wskazanie 0 procent może być odróżnione od statusu „martwego” systemu. Weźmy jako przykład pneumatyczny system sygnałowy: jeśli Zakres ciśnienia sygnału dla nadajnika i wskaźnika został zaprojektowany tak, aby wynosił od 0 do 12 PSI, przy czym 0 PSI stanowi 0 procent pomiaru procesu i 12 PSI stanowi 100 procent, odebrany sygnał o wartości 0 procent może być prawidłowym odczytem pomiaru 0 procent lub może oznaczać nieprawidłowe działanie systemu (zatrzymanie sprężarki powietrza, uszkodzenie przewodów, nieprawidłowe działanie nadajnika itp.). Przy 0 procentowym punkcie reprezentowanym przez 0 PSI, nie byłoby łatwego sposobu na odróżnienie jednego od drugiego.

Jeśli jednak mielibyśmy skalować Instrumenty (nadajnik i wskaźnik) w skali od 3 do 15 PSI, przy czym 3 psi oznacza 0 procent, a 15 PSI oznacza 100 procent, każdy rodzaj usterki powodującej zerowe ciśnienie powietrza na wskaźniku wygenerowałby odczyt -25 procent (0 PSI), co jest wyraźnie wadliwą wartością. Osoba, która patrzy na wskaźnik, będzie wtedy w stanie natychmiast powiedzieć, że coś jest nie tak.

nie wszystkie standardy sygnału zostały skonfigurowane z żywymi zerowymi liniami bazowymi, ale bardziej wytrzymałe standardy sygnałów (3-15 PSI, 4-20 mA) mają i nie bez powodu.

recenzja:

• sygnał jest wszelkiego rodzaju wykrywalną ilością używaną do przekazywania informacji.
• sygnał analogowy to sygnał, który może być zmieniany w sposób ciągły lub nieskończony, aby reprezentować dowolną niewielką ilość zmian.
• sygnały pneumatyczne lub ciśnienie powietrza były kiedyś powszechne w przemysłowych systemach sygnałowych. Zostały one w dużej mierze zastąpione przez analogowe sygnały elektryczne, takie jak napięcie i prąd.
• żywe zero odnosi się do analogowej skali sygnału używającej niezerowej ilości, aby reprezentować 0 procent rzeczywistego pomiaru, tak aby każda awaria systemu powodująca naturalny stan „spoczynku” zerowego ciśnienia sygnału, napięcia lub prądu mogła zostać natychmiast rozpoznana.