سیگنال های آنالوگ ورودی به PLC
سیگنال آنالوگ ورودی به PLC (Programmable Logic Controller یا کنترل‌کننده منطقی برنامه‌پذیر) یک سیگنال الکتریکی پیوسته است که اطلاعات مربوط به یک کمیت فیزیکی را به PLC منتقل می‌کند. این کمیت فیزیکی می‌تواند هر چیزی باشد که به صورت پیوسته تغییر می‌کند، مانند دما، فشار، سطح مایعات، جریان، ولتاژ، وزن، سرعت، و غیره.
ماهیت سیگنال آنالوگ:
برخلاف سیگنال‌های دیجیتال که فقط دو حالت (0 یا 1، روشن یا خاموش) دارند، سیگنال‌های آنالوگ می‌توانند هر مقداری را در یک بازه مشخص داشته باشند. به عبارت دیگر، یک سیگنال آنالوگ می‌تواند بی‌نهایت مقدار بین حداقل و حداکثر مقدار خود اختیار کند.
سیگنال‌های آنالوگ معمولاً به یکی از سه شکل زیر به PLC وارد می‌شوند:
- جریان (Current): معمولاً در بازه 4 تا 20 میلی‌آمپر (mA).
- ولتاژ (Voltage): معمولاً در بازه‌های 0 تا 10 ولت DC یا 1 تا 5 ولت DC.
- مقاومت (Resistance): مقدار مقاومت متغیر یک سنسور (مانند RTD یا پتانسیومتر).
کاربردهای سیگنال آنالوگ ورودی به PLC:
سیگنال‌های آنالوگ در PLC برای موارد زیر استفاده می‌شوند:
اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی:
- دما: اندازه‌گیری دمای فرآیندها، تجهیزات، محیط‌ها و غیره با استفاده از ترموکوپل‌ها، RTDها و ترمیستورها.
- فشار: اندازه‌گیری فشار گازها، مایعات، و بخار با استفاده از سنسورهای فشار.
- سطح مایعات: اندازه‌گیری سطح مایعات در مخازن، تانک‌ها و چاه‌ها با استفاده از سنسورهای سطح.
- جریان: اندازه‌گیری جریان الکتریکی در مدارها و سیستم‌ها.
- وزن: اندازه‌گیری وزن مواد در سیستم‌های توزین و بسته‌بندی.
- سرعت: اندازه‌گیری سرعت حرکت قطعات و تجهیزات.
کنترل فرآیندها:
- کنترل دما: تنظیم دمای یک فرآیند با کنترل مقدار حرارت ورودی (مثلاً با کنترل یک شیر بخار یا یک هیتر برقی).
- کنترل فشار: تنظیم فشار یک فرآیند با کنترل ورودی یا خروجی سیال (گاز یا مایع).
- کنترل سطح مایعات: حفظ سطح مایعات در یک مخزن در محدوده مشخص با کنترل پمپ‌ها یا شیرها.
- کنترل جریان: تنظیم جریان یک سیال با کنترل یک شیر یا پمپ.
مانیتورینگ و نظارت:
- نمایش مقادیر: نمایش مقادیر اندازه‌گیری شده (دما، فشار، و غیره) روی صفحه نمایش HMI (Human-Machine Interface) یا SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition).
- ثبت داده‌ها: ذخیره مقادیر اندازه‌گیری شده در یک پایگاه داده برای تجزیه و تحلیل و گزارش‌گیری.
- تشخیص خطا: تشخیص شرایط غیرعادی یا خطاها در فرآیند بر اساس مقادیر اندازه‌گیری شده (مثلاً تشخیص افزایش بیش از حد دما یا فشار).
سیستم‌های اتوماسیون:
- سیگنال‌های آنالوگ به PLC این امکان را می‌دهند که به صورت خودکار فرآیندها و دستگاه‌ها را کنترل و مدیریت کند.
- PLC می‌تواند بر اساس اطلاعات دریافتی از سیگنال‌های آنالوگ، تصمیمات لازم را بگیرد و دستورات مناسب را به دستگاه‌ها و تجهیزات ارسال کند.
مثال‌های کاربردی:
- صنایع نفت و گاز: کنترل دما و فشار در خطوط لوله، مخازن و تجهیزات پالایشگاهی.
- صنایع شیمیایی: کنترل فرآیندهای واکنش شیمیایی، اختلاط مواد و تنظیم دوزینگ.
- صنایع غذایی: کنترل دما و رطوبت در فرآیندهای پخت، تخمیر و بسته‌بندی.
- صنایع خودروسازی: کنترل فرآیندهای رنگ‌آمیزی، جوشکاری و مونتاژ.
- سیستم‌های تهویه مطبوع: کنترل دما و رطوبت در ساختمان‌ها و مراکز داده.
به طور خلاصه، سیگنال آنالوگ ورودی به PLC یک ابزار حیاتی برای اندازه‌گیری، کنترل و مانیتورینگ کمیت‌های فیزیکی پیوسته در فرآیندهای صنعتی و اتوماسیون است. با استفاده از این سیگنال‌ها، PLC می‌تواند به صورت دقیق و کارآمد فرآیندها را مدیریت کرده و عملکرد بهینه را تضمین کند.
سیگنال چیست؟
سیگنال یه جورایی مثل یه پیغام یا نشونه‌ست که اطلاعات رو از یه جا به یه جای دیگه منتقل می‌کنه. این اطلاعات می‌تونه هر چیزی باشه، از صدا و تصویر گرفته تا داده‌های کامپیوتری.
سیگنال‌ها انواع مختلفی دارن:
- سیگنال‌های الکتریکی: مثل ولتاژ و جریان که توی مدارهای الکترونیکی استفاده می‌شن.
- سیگنال‌های نوری: مثل نور لیزر که توی فیبرهای نوری برای انتقال اطلاعات استفاده می‌شه.
- سیگنال‌های صوتی: مثل امواج صدا که توی هوا حرکت می‌کنن و ما می‌شنویم.
- سیگنال‌های رادیویی: مثل امواج رادیویی که برای پخش رادیو و تلویزیون و ارتباطات بی‌سیم استفاده می‌شن.
به طور کلی، سیگنال‌ها نقش خیلی مهمی توی دنیای امروز دارن و بدون اونا خیلی از وسایل و سیستم‌هایی که استفاده می‌کنیم، کار نمی‌کنن.
تفاوت سیگنال آنالوگ با سیگنال دیجیتال
در جدول زیر به طور کامل و خلاصه تمام ویژگی های سیگنال آنالوگ با سیگنال دیجیتال آورده شده است که عبارتند از:
| ویژگی | سیگنال آنالوگ | سیگنال دیجیتال |
|---|---|---|
| مقادیر | پیوسته (مقادیر بی‌نهایت در یک محدوده) | گسسته (مقادیر محدود و مشخص) |
| نمایندگی | به صورت امواج پیوسته | به صورت اعداد (معمولاً باینری – 0 و 1) |
| نویز | بسیار حساس و تحت تاثیر نویز قرار می‌گیرد | مقاوم‌تر در برابر نویز |
| ذخیره سازی | ذخیره سازی دقیق دشوار است | ذخیره سازی دقیق و آسان |
| انتقال | انتقال دقیق دشوار است (افت کیفیت) | انتقال دقیق و با کیفیت بالا |
| پردازش | پردازش ساده‌تر اما محدودیت دارد | پردازش پیچیده‌تر اما امکانات بیشتری دارد |
| فشرده سازی | فشرده سازی دشوار | قابلیت فشرده سازی |
| کاربردها | سیستم‌های صوتی قدیمی، حسگرها، برخی سیستم‌های مخابراتی | کامپیوترها، شبکه‌های مخابراتی، سیستم‌های صوتی و تصویری مدرن |
سیگنال آنالوگ چیست؟
سیگنال آنالوگ یه نوع سیگناله که مقدار اون به طور پیوسته تغییر می‌کنه. یعنی می‌تونه هر مقداری رو توی یه محدوده مشخص داشته باشه و بین دو مقدار، هیچ پرشی وجود نداره.
ویژگی‌های اصلی سیگنال آنالوگ:
- پیوستگی: مقدار سیگنال به طور پیوسته تغییر می‌کنه و هیچ گسستگی‌ای نداره.
- مقادیر بی‌نهایت: سیگنال می‌تونه بی‌نهایت مقدار مختلف رو توی یه محدوده مشخص داشته باشه.
- حساسیت به نویز: سیگنال‌های آنالوگ به راحتی تحت تاثیر نویز و اختلالات قرار می‌گیرن و ممکنه اطلاعات اصلی رو از دست بدن.
مثال‌هایی از سیگنال آنالوگ:
- صدای انسان: امواج صوتی که ما تولید می‌کنیم، سیگنال آنالوگ هستن.
- نور خورشید: شدت نور خورشید در طول روز به طور پیوسته تغییر می‌کنه.
- دمای هوا: دمای هوا در طول روز یا فصل‌ها به طور پیوسته تغییر می‌کنه.
کاربردهای سیگنال آنالوگ:
سیگنال‌های آنالوگ هنوز هم در بسیاری از زمینه‌ها کاربرد دارن، از جمله:
- مخابرات: در برخی از سیستم‌های قدیمی مخابراتی از سیگنال‌های آنالوگ استفاده می‌شه.
- صوت و تصویر: در دستگاه‌های ضبط و پخش صدا و تصویر آنالوگ از این نوع سیگنال‌ها استفاده می‌شه.
- حسگرها: بسیاری از حسگرها، مانند حسگرهای دما و فشار، سیگنال‌های آنالوگ تولید می‌کنن.
مزایا و معایب سیگنال آنالوگ:
مزایا:
سادگی پردازش و تولید
دقت بالا در برخی از کاربردها
معایب:
حساسیت به نویز
مشکل در ذخیره و انتقال اطلاعات به صورت دقیق
محدودیت در پردازش و دستکاری سیگنال
در مقایسه با سیگنال دیجیتال، سیگنال آنالوگ قدیمی‌تره و معایب بیشتری داره. به همین دلیل، در بسیاری از کاربردها، سیگنال‌های دیجیتال جایگزین سیگنال‌های آنالوگ شدن.
سیگنال های آنالوگ ورودی
در اتوماسیون صنعتی زیمنس، برخلاف سیگنال های دیجیتال که ماهیتی گسسته بین دو مقدار صفر منطقی و یک منطقی دارند سیگنال های آنالوگ ماهیتی پیوسته داشته و از سنسور هایی می‌آیند که به منظور حس نمودن یک کمیت فیزیکی با ماهیت پیوسته استفاده شده اند برخی از کمیت های مهم فیزیکی که ماهیتی پیوسته دارند عبارتند از:
- دما
- فشار
- ارتفاع سطح (LEVEL)
- فلو (جریان مایعات)
کمیت های دیگر مانند وزن و موقعیت و رطوبت و… نیز به صورت آنالوگ اندازه گیری می‌شوند.
به منظور اندازه گیری و حس نمودن کمیت های آنالوگ از وسایلی استفاده میشود که خروجی آنها یک سیگنال الکتریکی آنالوگ می‌باشد. جنس سیگنال خروجی این سنسورها عموما از نوع ولتاژ یا جریان یا مقاومت می‌باشد؛ هر وسیله اندازه گیری آنالوگ از دو بخش تشکیل می‌شوند:
- ترانسدیوسر: مبدلی که کمیت مورد اندازه گیری را حس کرده و نتیجه را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می‌نماید.
- ترانسمیتر: وسیله ای است که سیگنال های دریافتی از ترانسدیوسر را دریافت کرده و آن را به سیگنال الکتریکی استاندارد جهت ارسال به کنترلر تبدیل می‌کند.
لازم است توجه شود که هر ولتاژ و جریانی را نمیتوان به PLC داد و لازم است سیگنال ارسالی به PLC در بازه استاندارد باشد امروزه مفهوم ترانسمیتر فراتر رفته و ترانسدیوسر را نیز در بر می‌گیرد، این دو در یک وسیله مونتاژ شده و با عنوان ترانسمیتر عرضه می‌شوند. به عنوان مثال سنسور فشار سنج و ترانسمیتر مربوطه دریک مجموعه تحت عنوان ترانسمیتر فشار ارائه می‌گردد که هم می‌تواند فشار را اندازه گیری نماید و هم آنرا به صورت سیگنال الکتریکی استاندارد به کنترلر تحویل دهد.
سیگنال دیجیتال چیست؟
سیگنال دیجیتال یه نوع سیگناله که مقدار اون به صورت گسسته تغییر می‌کنه. یعنی فقط می‌تونه مقادیر مشخص و محدودی رو داشته باشه. این مقادیر معمولاً به صورت اعداد صفر و یک (باینری) نمایش داده می‌شن.
ویژگی‌های اصلی سیگنال دیجیتال:
- گسستگی: مقدار سیگنال به صورت گسسته تغییر می‌کنه و فقط می‌تونه مقادیر مشخصی رو داشته باشه.
- مقادیر محدود: سیگنال فقط می‌تونه تعداد محدودی مقدار مختلف رو داشته باشه.
- مقاومت در برابر نویز: سیگنال‌های دیجیتال در برابر نویز و اختلالات مقاوم‌تر هستن و اطلاعات اصلی رو بهتر حفظ می‌کنن.
مثال‌هایی از سیگنال دیجیتال:
- داده‌های کامپیوتری: تمام داده‌هایی که توی کامپیوتر ذخیره و پردازش می‌شن، به صورت سیگنال دیجیتال هستن.
- صدا و تصویر دیجیتال: فایل‌های صوتی و تصویری که روی گوشی یا کامپیوترتون دارید، سیگنال دیجیتال هستن.
- ارتباطات دیجیتال: در شبکه‌های کامپیوتری و اینترنت، اطلاعات به صورت سیگنال دیجیتال منتقل می‌شن.
کاربردهای سیگنال دیجیتال:
سیگنال‌های دیجیتال در بسیاری از زمینه‌ها کاربرد دارن، از جمله:
- کامپیوترها: تمام عملکرد کامپیوترها بر اساس سیگنال‌های دیجیتال انجام می‌شه.
- مخابرات: در شبکه‌های تلفن همراه و اینترنت از سیگنال‌های دیجیتال استفاده می‌شه.
- صوت و تصویر: در دستگاه‌های پخش و ضبط صدا و تصویر دیجیتال از این نوع سیگنال‌ها استفاده می‌شه.
- کنترل و اتوماسیون: در سیستم‌های کنترل صنعتی و اتوماسیون از سیگنال‌های دیجیتال استفاده می‌شه.
مزایا و معایب سیگنال دیجیتال:
مزایا:
مقاومت در برابر نویز
امکان ذخیره و انتقال اطلاعات به صورت دقیق
قابلیت پردازش و دستکاری آسان سیگنال
امکان فشرده‌سازی اطلاعات
معایب:
پیچیدگی بیشتر در پردازش و تولید
نیاز به تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال و بالعکس
به طور کلی، سیگنال‌های دیجیتال نسبت به سیگنال‌های آنالوگ مزایای بیشتری دارن و به همین دلیل، در بسیاری از کاربردها جایگزین سیگنال‌های آنالوگ شدن.
سنسورهای اندازه گیری دما
معروف ترین و پرکاربرد ترین سنسورهای اندازه گیری دما ترموکوپل و RTD می‌باشند.
در رابطه با اینکه سنسور چیست در مقاله دیگر ما بخوانید.
ترموکوپل
ترموکوپل از دو فلز غیر همجنس که در یک نقطه به یکدیگر متصل شده اند تشکیل می‌گردد.
عملکرد ترموکوپل
با توجه به میزان دما در نقطه ی اتصال ولتاژی در دو سر آزاد ترموکوپل ایجاد می‌گردد که معرف دمای محل اتصال است. هرگاه فاصله ی ترمو کوپل از تجهیزات اندازه گیری یا از PLC زیاد باشد و بخواهیم آنرا به PLC یا تجهیزات مورد نظر متصل نماییم ناگزیر به استفاده از کابل انتقال می‌باشیم.
جهت آشنایی با انواع ترموکوپل صنعتی کلیک کنید.
اگر جنس کابل انتقال که به ترموکوپل وصل میشود با جنس فلزات ترموکوپل یکسان باشد مقدار اندازه گیری شده توسط ترموکوپل صحیح بوده و میتوان از آن استفاده نمود. ولی اگر جنس کابل انتقال با جنس فلزات ترموکوپل یکسان نباشد در محل اتصال کابل با ترموکوپل دو ترموکوپل جدید نیز ایجاد خواهد شد که در نهایت اندازه گیری ترموکوپل را دچار خطا خواهند نمود.
نقاط اتصال ترموکوپل
برای رفع این مشکل میتوان از جبران ساز استفاده نمود. بدین ترتیب که دما در نقطهی اتصال کابل انتقال به ترموکوپل محاسبه و از دمای اندازه گیری شده توسط ترموکوپل کم میشود. (جبران سازی خارجی)
مناسب ترین قیمت محصولات اتوماسیون صنعتی زیمنس را از نمایندگی زیمنس در ایران بخواهید