Понимание выходных сигналов приборов: исчерпывающее руководство для промышленных применений

В современном промышленном производстве и научных исследованиях приборы играют решающую роль в измерении и указании различных физических величин. Тип выходного сигнала напрямую влияет на сбор данных, их обработку и последующие управляющие решения. С непрерывным развитием технологий разновидности выходных сигналов приборов становятся все более разнообразными — от традиционных аналоговых сигналов до цифровых сигналов и различных шинных сигналов. Каждый тип сигнала имеет свои уникальные сценарии применения, преимущества и недостатки. В этом блоге мы рассмотрим основные типы выходных сигналов.

Цифровые сигналы

Цифровой выход сигнала обычно использует такие коммуникационные протоколы, как HART, WirelessHART, FOUNDATION Fieldbus, PROFIBUS и Modbus, для передачи данных. Эти протоколы обеспечивают высокие скорости передачи и надежность данных, что делает их подходящими для применений, где требуется подключение нескольких передатчиков к сети для многоточечного сбора и централизованного управления. Они также поддерживают функции удаленного мониторинга и диагностики, облегчая техническое обслуживание и управление.

Преимущества

• Высокая точность Цифровые сигналы представляют результаты измерений с помощью дискретных значений, обеспечивая более высокую помехозащищённость и точность по сравнению с аналоговыми сигналами. При передаче цифровые сигналы менее подвержены шумам и помехам, что гарантирует точность и надёжность результатов измерений.
• Множество вариантов протоколов связи Эти протоколы позволяют приборам взаимодействовать с разными типами систем управления и устройств, удовлетворяя различные требования промышленной автоматизации.
• Поддержка измерения с несколькими переменными Некоторые современные приборы могут одновременно измерять несколько переменных и выводить результаты через цифровые сигналы. Например, определённые расходомеры способны измерять массовый расход, объёмный расход, стандартный объёмный расход газа, плотность, температуру и другие параметры. Эта возможность многовариантного измерения предоставляет более полную информацию о процессе, помогая оптимизировать производственные процессы и улучшать качество продукции.
• Интеллектуальные инструменты диагностики Многие цифровые приборы оснащены передовыми диагностическими инструментами, которые могут в режиме реального времени отслеживать рабочее состояние и производительность прибора. Эти инструменты способны выявлять и предсказывать возможные неисправности, предоставляя соответствующие тревожные и диагностические уведомления. Это позволяет обслуживающему персоналу оперативно обнаруживать и устранять проблемы, предотвращая перерывы в производстве и аварии, связанные с безопасностью.

Недостатки

• Системная нестабильность из-за отказа прибора В случае сбоя, например, неисправности в блоке цифровой обработки сигнала, это может привести к аномальным или искажённым выходным сигналам, что, в свою очередь, повлияет на стабильность и точность всей системы.
• Высокие требования к аппаратному и программному обеспечению Цифровые приборы обычно требуют высококачественного оборудования и программного обеспечения для поддержки их работы. С точки зрения аппаратного обеспечения, необходимы высокоточные датчики и преобразователи, чтобы гарантировать точность и стабильность сигнала. С точки зрения программного обеспечения, требуются мощные возможности обработки данных и коммуникации для поддержки передачи и обработки цифровых сигналов. Эти требования повышают сложность и стоимость системы.
• Проблемы при техническом обслуживании и обновлениях системы С развитием технологий функции и производительность цифровых приборов постоянно улучшаются. Однако это также создает сложности в области технического обслуживания и модернизации систем. Для обеспечения нормальной работы и оптимизации производительности системы необходимо регулярное техническое обслуживание и обновление цифровых приборов, что может потребовать значительных затрат труда, материалов и финансовых ресурсов и, возможно, повлияет на время простоя системы.

Аналоговые сигналы

Аналоговые сигналы приборов представляют собой непрерывно изменяющиеся физические величины, используемые для отображения значений измеряемых объектов. В промышленных системах автоматизации аналоговые сигналы обычно преобразуются в стандартные токовые или напряжённые сигналы с помощью датчиков или передатчиков для передачи и обработки.

Распространённые типы

• Текущие сигналы Распространёнными аналоговыми токовыми сигналами являются 4–20 мА и 0–20 мА. Среди них сигнал 4–20 мА широко используется благодаря его высокой помехозащищённости и большому расстоянию передачи.
• Напряжённые сигналы Общие аналоговые напряжения включают 0–5 В, 0–10 В и 1–5 В. Напряжения склонны к помехам при передаче и обычно используются для передачи на небольшие расстояния или в условиях низкого уровня шума.

Преимущества

• Стабильная передача При соответствующих передающих средах и условиях аналоговые сигналы могут передаваться относительно стабильно, сохраняя точность и целостность сигналов.
• Сильная совместимость Аналоговые сигналы совместимы с различными устройствами и системами и могут легко подключаться к разным датчикам, передатчикам и контроллерам.
• Непрерывные изменения и высокая точность Аналоговые сигналы могут непрерывно представлять значения измеряемых объектов, обеспечивая высокую точность и разрешение.
• Относительно низкая стоимость По сравнению с цифровыми сигналами, оборудование для передачи и обработки аналоговых сигналов относительно простое, что приводит к более низким затратам. Это делает аналоговые сигналы выгодными в некоторых приложениях, где требуются высокие экономические показатели.

Недостатки

• Уязвим к помехам Аналоговые сигналы легко подвергаются внешним помехам, таким как электромагнитные наводки и шумы, во время передачи. Эти помехи могут привести к искажению сигнала или его неправильному считыванию, что влияет на точность и надежность системы. Для решения этой проблемы обычно требуются дополнительные противопомеховые меры, такие как использование экранированных кабелей и изоляторов сигналов.
• Ограниченное расстояние передачи Дистанция передачи аналоговых сигналов ограничена такими факторами, как затухание сигнала и шум. Когда расстояние передачи слишком велико, это может повлиять на силу и точность сигнала, что приведёт к ухудшению работы системы.
• Точность зависит от нескольких факторов Точность аналоговых сигналов зависит от различных факторов, таких как потери в передающей среде, изменения окружающей температуры и старение оборудования. Эти факторы могут привести к снижению точности сигнала, что, в свою очередь, влияет на точность измерений и управления системой. Для повышения точности аналоговых сигналов необходимы такие меры, как использование высококачественных передающих средств и регулярное техническое обслуживание и калибровка оборудования.

Переключить сигналы

Сигналы переключения представляют два различных состояния, обычно обозначаемых как «0» и «1» или «включено» и «выключено». В системах промышленной автоматизации сигналы переключения обычно используются для указания рабочего состояния оборудования, сигнала тревоги и управляющих команд.

Преимущества

• Быстрая скорость отклика Переключающие сигналы, которые обычно обозначают рабочее состояние или управляющие инструкции оборудования, имеют чёткие состояния «включено» и «выключено». Это позволяет им быстро запускать соответствующую логику управления во время передачи и обработки, обеспечивая быстрый отклик.
• Высокая надежность Передача коммутационных сигналов обычно осуществляется с помощью релейных контактов или уровневых сигналов, которые обладают высокой стабильностью и надежностью. По сравнению с аналоговыми сигналами, коммутационные сигналы меньше подвержены внешним помехам и способны сохранять точность и целостность сигналов.
• Легко интегрировать и расширять Переключающие сигналы имеют простую логическую связь и чёткое представление состояний, что облегчает их интеграцию и расширение с другими устройствами и системами. В промышленных автоматизационных системах переключающие сигналы можно удобно подключать к другим датчикам, контроллерам и приводам для реализации сложной управляющей логики и функций автоматизации.
• Низкая стоимость По сравнению с аналоговыми сигналами, оборудование для передачи и обработки коммутационных сигналов относительно простое и недорогое. Это делает коммутационные сигналы выгодными в некоторых промышленных автоматизированных приложениях, где требуются высокие затраты. Кроме того, благодаря их высокой стабильности и надежности, расходы на техническое обслуживание также остаются сравнительно низкими.

Активные и пассивные сигналы

Различие между активными и пассивными сигналами зависит от того, есть ли у устройства, подающего сигнал 4–20 мА, независимая линия питания. Если есть, выходной сигнал является активным; в противном случае — пассивным.

В компании VACORDA мы имеем 29 лет опыта в области промышленных измерений и обладаем 47 патентами. Наша линейка продукции включает уровнемеры для жидкостей, расходомеры, переключатели, датчики давления, передатчики давления, а также серию изделий для предохранительных барьеров, все из которых сертифицированы на соответствие международным стандартам безопасности. Мы стремимся предоставлять высококачественные продукты и решения, отвечающие разнообразным потребностям наших клиентов в промышленном секторе.