自動化系統中的統一模擬信號

當我們為某個工藝過程創建自動化系統時，我們需要以某種方式連接傳感器和其他信號設備——與執行器、轉換器、控制器等。後者通常以以下形式從傳感器接收信號一定幅度的電壓或電流（在模擬信號的情況下），或具有特定時間參數的脈衝形式（在數字信號的情況下）。

這些電信號的參數必須以某種非常明確的方式與傳感器固定的物理量的參數相對應，這樣終端設備的控制就足以完成自動化任務。

當然，統一來自不同傳感器的模擬信號是最方便的，這樣控制器就獲得了靈活性，這樣用戶就不必為每個傳感器選擇自己的接口類型，也不必為每個接口選擇自己的傳感器。

讓輸入輸出信號的性質變得統一，開發人員決定，因為通過這種方法，工業自動化系統和自動化模塊的開發將大大簡化，設備的故障排除、維護和現代化將變得更加容易和靈活。即使一個傳感器出現故障，您也根本不需要尋找完全相同的傳感器，選擇具有相應輸出信號的模擬就足夠了。

環境溫度、發動機轉速、流體壓力、樣品機械應力、空氣濕度等的測量。 — 通常通過處理從相關傳感器接收到的連續模擬信號來執行，同時自動校正連接設備的連續運行：加熱元件、變頻器、泵、壓力機等。

最常見的模擬信號是 0 至 10 V 的電壓信號或 4 至 20 mA 的電流信號。

從 0 到 10 V 的電壓控制

當使用統一的 0 到 10 V 電壓信號時，這個連續的 0 到 10 V 電壓序列與一系列測量的物理量相關聯，例如壓力或溫度。

假設溫度從 -30 變為 +125°C，而電壓從 0 變為 10V，其中 0 伏對應於 -30°C 的溫度，10 伏對應於 +125°C。這可能是溫度反應物或工件，中間溫度值將具有嚴格定義的指定範圍的電壓值。這裡的關係不一定是線性的。

這樣既可以控制各種設備，又可以獲取監控信息。例如，帶有熱傳感器的散熱器有一個模擬輸出顯示當前溫度： 0 V — 散熱器表面溫度為+25°C或更低， 10 V — 溫度已達到+125°C —最大允許。

或者通過從控制器向泵的模擬輸入施加 0 到 10 V 的電壓，我們調整容器中的氣體壓力：0 V — 壓力等於大氣壓，5 V — 壓力為 2 atm，10 V — 4 atm. 同樣，您可以控制加熱設備、金屬切割機、閥門和其他用於各種目的的配件和執行器。

電流控制（4 至 20 mA 電流迴路）

第二種用於自動化控制的統一模擬信號是 4-20 mA 電流信號，稱為“電流環路”。該信號還用於接收來自各種傳感器的信號以控制驅動器。

與電壓信號不同，信號的電流特性使其可以在更遠的距離內無失真地傳輸，因為線路壓降和電阻會自動得到補償。此外，診斷傳輸電路的完整性非常容易——如果有電流，則線路完好，如果沒有電流，則為斷路。因此，最小值為 4 mA，而不是 0 mA。

所以這裡使用電流源作為控制信號的電源而不是電壓源。因此，驅動控制器必須具有 4-20 mA 的電流輸入，而傳感器變送器必須具有電流輸出。假設變頻器的控制電流輸入為4-20 mA，那麼當輸入4 mA或更小的信號時，被控驅動器將停止，當施加20 mA的電流時，它會加速到全速。

同時，電流傳感器輸出既可以是主動的也可以是被動的。通常情況下，輸出是無源的，這意味著需要額外的電源，它與傳感器和驅動控制器串聯。具有有源輸出的傳感器或控制器不需要電源，因為它們是內置的。

模擬電流環路在當今工程中比電壓信號更常用。它可以在長達幾公里的距離內使用。為了保護設備，使用光電器件（例如光耦合器）的電流隔離。由於電流源的不完善，最大允許線路長度（和最大線路電阻）取決於為電流源供電的電壓。

例如，對於 12 伏特的典型電源電壓，電阻不應超過 600 歐姆。 GOST 26.011-80 «測量和自動化中描述了電流和電壓的範圍。連續電流和電壓的輸入和輸出»。

主要信號統一工具 - 歸一化轉換器

統一來自傳感器的主要信號——將其轉換為 0 至 10 V 的電壓或 4 至 20 mA 的電流，即所謂的 歸一化轉換器…這些標準化轉換器可用於溫度、濕度、壓力、重量等。

傳感器的工作原理可以不同：電容式、電感式、電阻式、熱電偶等。但為了信號進一步處理方便，輸出必須滿足統一要求。這就是傳感器通常配備將測量值轉換為電流或電壓的標準轉換器的原因。