Powielanie sygnału – dlaczego i jak

Nowoczesna technologia obwodów scalonych (IC) i postęp, jaki dokonał się w dziedzinie konstrukcji obwodów scalonych mikroprocesorów, uczyniły praktycznym i opłacalnym rozproszenie funkcjonalności regulacji po całym zakładzie. Architektura taka jest implementowana przez podział funkcji regulacji na sekcje, które mogą być nadzorowane przez centralny system komputerowy lub działać autonomicznie. Dlaczego więc powinniśmy używać modułów powielających sygnały (signal-conditioning modules – SCM) w systemach regulacji i gromadzenia danych?

  • Aby ustandaryzować sygnały wyjściowe czujników. Wszystkie czujniki dostarczają wówczas informacji w tym samym standardzie prądowym, co upraszcza okablowanie, standaryzuje wszystkie interfejsy przetworników analogowo-cyfrowych [analog-to-digital converter – ADC] oraz wynosi transmitowany sygnał niosący informację z czujników ponad poziom szumu elektromagnetycznego (injected EMI noise).
  • Przy standaryzowanych poziomach sygnału i czynnikach skalujących kombinacje czujnik-SCM mogą być dodawane lub modernizowane w celu ułatwienia rozbudowy systemu lub użycia nowych technologii czujników, minimalnie wpływając na oprogramowanie systemu regulacji.
  • Aby ustalić wspólne skalowanie i linearyzację informacji z czujników w miejscu, gdzie są zlokalizowane. ! Droga od zdalnych czujników i związanych z nimi modułów powielających do urządzenia odbiorczego biegnie zwykle przez wiele uziemionych węzłów, mogą więc mieć na nią wpływ niepożądane napięcia indukowane przez pętlę uziemiającą. Zapewniające potrójną izolację (sygnał, wzbudzenie od strony roboczej i zasilanie komputera) urządzenia SCM eliminują problemy utraty jakości sygnału związanej z uziemieniem.
  • Aby obniżyć średni czas naprawy, pojedyncze moduły powielaczy sygnału czujników umożliwiają naprawę w terenie poprzez wymianę SCM.
  • Większość kart ADC używanych jako analogowe wejścia w regulatorachopartych na mikroprocesorach umożliwia filtrowanie szumów. Użycie indywidualnych SCM z zaawansowanymi, wysokiej jakości trójbiegunowymi ogranicznikami przepięć pozwala uzyskać lepszą odporność na szum i specjalizowane filtrowanie.
  • Urządzenia SCM ze znormalizowanymi izolowanymi poziomami sygnału zapewniają prosty interfejs z zewnętrznymi barierami ochronnymi wymaganymi w środowiskach niebezpiecznych.
  • Urządzenia SCM, które transmitują dane analogowe przy użyciu pętli prądowej
    4–20 mA, przynoszą inżynierom systemu dodatkowe korzyści. Na przykład pojedynczy SCM z pętlą prądową może zostać połączony w jednej pętli z przeznaczonymi do pracy w terenie regulatorami autonomicznymi i głównym komputerem sterującym.
  • Urządzenia SCM wysokiej jakości i wielobiegunowe ograniczanie przepięć zapewniają następujące możliwości ochrony: tłumienie przekraczające 85 dB przy 60 Hz, tłumienie sygnału wspólnego przekraczające 160 dB przy 50–60 Hz, ciągłe różnicowe obciążenie wejścia 240 Vrms z odwrotną polaryzacją i ochroną przed stanami nieustalonymi, zgodnie z ANSI/IEEE C37.90.1-1989.

Jak używać

SCM wyposażono w różne standardowe obudowy, co pozwala inżynierom systemowym wykorzystywać na wiele sposobów wymienione zalety. Urządzenia występują w standardowych obudowach 5B i 7B, z których każda może zostać włączona do przeznaczonej do instalacji w terenie „płyty głównej”, a tę z kolei podłącza się do urządzenia sterującego za pośrednictwem bezpośrednich multipleksowanych linii analogowych albo optycznie izolowanym łączem szeregowym typu RS-232. Okablowanie czujnika podłącza się bezpośrednio do płyty głównej modułu za pomocą typowych końcówek służących do podłączania przyrządów pomiarowych. Prawdopodobnie jedną z najbardziej uniwersalnych metod rozmieszczania urządzeń SCM jest system DINrail, który pozwala na montowanie pojedynczych samodzielnych modułów z umożliwiającymi usuwanie podłączeniami kabli. Korzyści? Natychmiastowa wymiana modułów i wiele możliwości w zakresie wyjścia, w tym techniki analogowe, szeregowe lub szybka magistrala.