Корзина заказов
Выбор продукции

Гальваническое разделение сигналов (4…20) мА – узко и экономно

Подробная информация о нормирующих измерительных преобразователях НПСИ-ГРТП в Каталоге >>>

 

 

Данная статья является продолжением серии публикаций в журнале ИСУП, посвященных нормирующим преобразователям сигналов температурных датчиков, измерительным преобразователям напряжения и тока, частоты, мощности. Статья «Преобразование подобного в подобное в системах измерения и управления» (ИСУП. 2012. № 1) была посвящена нормирующим преобразователям НПСИ-УНТ, которые преобразуют унифицированные сигналы на входе в унифицированные сигналы на выходе.

Применение унифицированных сигналов регламентировано ГОСТ 26.011. Стандарт устанавливает их допустимые диапазоны, а также вводит ограничения на величину сопротивлений источников и приемников этих сигналов. Если ряд отечественных унифицированных сигналов дополнить сигналами, которые широко используются иностранными производителями средств автоматизации, то получится обширное множество сигналов напряжения (0…1, 0…2,5, 0…5, 0…10, –1…1, –10…10) В и сигналов тока (0…5, 0…20, 4…20, –20…20) мА. Это означает, что в системе, вполне вероятно, будут присутствовать датчики и приборы с различными типами аналоговых сигналов. Они хоть и будут унифицированными, но будут разными. Это значит, что датчик не будет стыковаться со вторичным измерительным прибором, а управляющий прибор не сможет управлять исполнительным механизмом. В системах с десятками или даже тысячами сигналов такая ситуация возникает просто неизбежно. Особенно остро проблема стоит в тех случаях, когда ядром системы является контроллер измерительно-управляющей системы (ИУС), который в целях удешевления и унификации работает с одним типом унифицированного сигнала. В современных контроллерах таким сигналом чаще всего является ток (4…20) мА.

Картину взаимодействия контроллера, который работает с одним типом сигнала (4…20) мА, с самыми разнообразными датчиками и исполнительными устройствами иллюстрирует рис. 1:

 

Рис. 1. Согласование сигналов в многоканальных измерительно-управляющих системах ИУС:
под воздействием электромагнитных наводок удаленные приборы находятся под разными потенциалами

 

Задачу согласования устройств с различными типами сигналов как раз и призваны решать нормирующие преобразователи сигналов.

На рис. 1 показаны канал 3 на входе и канал 2 на выходе, в которых ни тип сигнала, ни его диапазон не изменяются, и тем не менее установлен нормирующий преобразователь. Дело в том, что в данных каналах нормирующие преобразователи решают еще одну задачу – гальваническое разделение цепей. Необходимость гальванического разделения возникает прежде всего в тех случаях, когда многоканальная измерительная система работает с неизолированными источниками сигналов, находящимися под разными потенциалами. Как известно, в промышленных условиях даже заземленные источники, но расположенные на некотором удалении друг от друга, находятся под разными потенциалами частотой 50 Гц, обусловленными электромагнитными наводками от силовых цепей (рис. 1). Гальваническая развязка решает эту проблему: она полностью устраняет влияние разности постоянных потенциалов и значительно подавляет переменные наводки частотой 50 Гц.

Кроме того, гальваническое разделение предохраняет измерительные цепи и от высокочастотных помех, которые вызваны короткими импульсами тока в силовых цепях. Такие импульсы возникают при ра­боте сварочных аппаратов, индук­торов, частотных преобразователей, тиристорных коммутаторов, а также при грозовых разрядах.

В настоящей статье пойдет речь об измерительных нормирующих преобразователях, работающих толь­ко с одним типом сигнала – токовой петлей (4…20) мА.

Почему именно сигнал (4…20) мА?

Широкое распространение то­кового унифицированного сигнала (4…20) мА объясняется следующими причинами:

  • на передачу токовых сигналов не оказывает влияния сопротивле­ние соединительных проводов, по­этому требования к диаметру и длине соединительных проводов, а значит и стоимость, снижаются;
  • токовый сигнал работает на низкоомную (по сравнению с сопро­тивлением источника сигнала) на­грузку, поэтому наведенные электро­магнитные помехи в токовых цепях малы по сравнению с аналогичными цепями, в которых используются сигналы напряжения;
  • обрыв линии передачи токового сигнала (4…20) мА однозначно и лег­ко определяется измерительными системами по нулевому уровню тока в цепи (в нормальных условиях он должен быть не меньше 4 мА);
  • токовый сигнал (4…20) мА позво­ляет не только передавать полезный информационный сигнал, но и обес­печивать электропитание самого нормирующего преобразователя: ми­нимально допустимого уровня 4 мА достаточно для питания современ­ных электронных устройств.

Характеристики преобразователей токовой петли (4…20) мА

Рассмотрим основные характери­стики и особенности, которые необ­ходимо учитывать при выборе норми­рующих преобразователей, обеспечи­вающих гальваническое разделение сигналов токовой петли (4…20) мА. В качестве примера приведем нор­мирующие преобразователи НПСИ- ГРТП, выпускаемые научно-про­изводственной фирмой «КонтрАвт» (рис. 2).

 

Рис. 2. Внешний вид НПСИ-ГРТП – выпускаемых НПФ «КонтрАвт» преобразователей
с гальваническим разделением 1, 2, 4 каналов токовой петли

 

Преобразователи НПСИ-ГРТП предназначены для выполнения все­го лишь двух основных функций:

  • измерение активного токового сигнала (4…20) мА и преобразование его в такой же активный токовый сигнал (4…20) мА с коэффициентом преобразования 1 и с высоким бы­стродействием;
  • гальваническое разделение вход­ных и выходных сигналов токовой петли.

Основная погрешность преобра­зования НПСИ-ГРТП составляет 0,1 %, температурная стабильность – 0,005 %/ °C. Рабочий диапазон тем­ператур – от –40 до +70 °C. Напряже­ние изоляции – 1500 В. Быстродей­ствие – 5 мс.

Варианты подключения к источ­никам активных и пассивных сигна­лов показаны на рис. 3 и 4. В послед­нем случае требуется дополнитель­ный источник питания.

Рис. 3. Подключение преобразователей НПСИ-ГРТП
к активному источнику

 

Рис. 4. Подключение преобразователей НПСИ-ГРТП
к пассивному источнику с применением дополнительного
блока питания БП

 

В системах измерения, где необ­ходимо разделение входных сигна­лов, источником входного сигнала, как правило, являются измеритель­ные датчики (ИД), а приемниками – вторичные измерительные приборы (ИП) (регуляторы, контроллеры, ре­гистраторы и пр.).

В системах управления, где тре­буется разделение выходных сигна­лов, источниками являются управ­ляющие устройства (УУ) (регуля­торы, контроллеры, регистраторы и пр.), а приемниками – исполни­тельные устройства (ИУ) с токовым управлением (мембранные испол­нительные механизмы (МИМ), ти­ристорные регуляторы, частотные преобразователи и пр.).

Примечательно, что для преобра­зователя НПСИ-ГРТП, выпускае­мого НПФ «КонтрАвт», не требуется отдельное питание. Он запитывает­ся от входного активного источника тока (4…20) мА. При этом на выходе также формируется активный сигнал (4…20) мА, и дополнительного источ­ника в выходных цепях не требуется. Поэтому решение на базе раздели­телей токовой петли, которое ис­пользуется в НПСИ-ГРТП, является весьма экономичным.

Выпускаются три модификации преобразователя: НПСИ-ГРТП1, НПСИ-ГРТП2 и НПСИ-ГРТП4. Они различаются по количеству каналов (1, 2, 4 соответственно) и конструк­тивному исполнению (рис. 2). Одно­канальный преобразователь разме­щен в малогабаритном узком корпу­се шириной всего 8,5 мм (габариты 91,5 × 62,5 × 8,5 мм), двухканальный и четырехканальный – в корпусе ши­риной 22,5 мм (габариты 115 × 105 × × 22,5 мм). Преобразователи с галь­ванической развязкой применяются в системах с десятками и сотнями сигналов, для этих систем размеще­ние такого количества преобразова­телей в конструктивных оболочках (шкафах) становится важнейшей проблемой. Ключевым фактором здесь является ширина одного канала преобразования вдоль DIN-рельса. Преобразователи НПСИ-ГРТП в 1-, 2‑ и 4‑канальном исполнениях имеют предельно малую «ширину канала»: 8,5, 11,25 и 5,63 мм соответственно.

Следует обратить внимание, что в многоканальных модификаци­ях НПСИ-ГРПТ2 и НПСИ-ГРТП4 все каналы полностью не связаны между собой. С этой точки зрения работоспособность одного из кана­лов никак не влияет на работу дру­гих каналов. Вот почему один из ар­гументов против многоканальных преобразователей – «сгорает один канал, а перестает работать весь мно­гоканальный прибор, и это резко по­нижает безопасность и устойчивость системы» – не работает. Зато такое важное положительное свойство многоканальных систем, как более низкая «цена канала», проявляется в полной мере. Двух- и четырехка­нальные модификации преобразо­вателей снабжены винтовыми разъ­емными соединителями, которые облегчают их монтаж, техническое обслуживание и ремонт (замену).

В ряде задач требуется подать сигнал (4…20) мА на несколько галь­ванически изолированных прием­ников. Для этого можно применить как одноканальные преобразовате­ли НПСИ-ГРТП1, так и многока­нальные НПСИ-ГРТП2 и НПСИ-ГРТП4. Схемы соединения приве­дены на рис. 5.

 

 

Рис. 5. Применение одноканальных и двухканальных преобразователей для размножения сигнала «1 в 2»

 

Для удобства монтажа и обслу­живания подключение внешних со­единений в одноканальной модифи­кации производится пружинными клеммными соединителями, а в двух- и четырехканальных – разъемными винтовыми соединителями.

Таким образом, новую линейку преобразователей для разделения токовой петли (4…20) мА, представ­ленную НПФ «КонтрАвт», можно вполне обоснованно назвать ком­пактным и экономичным решением, способным конкурировать по сово­купности характеристик с соответст­вующими импортными аналогами. Преобразователи предоставляются в опытную эксплуатацию, поэтому пользователь имеет возможность опробовать устройства в работе, оце­нить их характеристики и принять взвешенное решение о целесообраз­ности их применения.

 

 

Подробная информация о нормирующих измерительных преобразователях НПСИ-ГРТП в Каталоге >>>

 

 

ООО НПФ «КонтрАвт», Нижний Новгород

тел./факс: (831) 260-13-08

e-mail: sales@contravt.ru

www.contravt.ru




Copyright © 2003-2018 КонтрАвт
Телефон: +7 (831) 260-13-08 (многоканальный)
Почта: sales@contravt.ru



Powered by TreeGraph (Graphit Ltd.)