Как работают аналоговые и цифровые сигналы в АСУТП

0:00 Добрый день сегодня рассмотрим, чем отличается друг от друга аналоговый и цифровой сигнал в сфере АСУ ТП. Нужно отметить, что на данный момент. В промышленности используется огромное количество сигналов, и все их нужно записывать и каким то образом обрабатывать нужно, самое главное. Что нужно запомнить, так это то, что все сигналы записываются на различные накопители, например, ссд, диски, ЮСБ, флешки и другие накопители В. Двоичном виде, то есть в виде ноликов и единичек, однако в реальной жизни мы по большей части сталкиваемся с аналоговыми сигналами, это могут быть. Например, звуки освещения, давления и другие величины, которые мы не можем точно измерить. Именно так выглядит аналоговый сигнал, это какая то. Кривая основная особенность, которой заключается в том, что он имеет бесконечное разрешение, то есть измеренная величина, в каком нибудь диапазоне. Например, вот в этом будет иметь бесконечное количество значений. Сколько бы мы ее не расширяли, именно поэтому такой сигнал крайне сложно. Записать и обработать именно поэтому была придумана дискретизация или же ее собрат квантования, который используется в АСУ ТП, в чем заключается? Смысл квантования во 1 1 что мы будем делать, это измерять аналоговый сигнал с некоторыми промежутками во времени, это называется период. Квантования, к примеру, если он у нас будет 1 некал10 секунду, это значит, что мы 10 раз в секунду через равные промежутки времени будем считывать. Показатель аналогового сигнала также у квантования есть 1 особенность, так как этим процессом занимается аналоговый частотный преобразователь. У него есть своя разрядность и диапазон, в котором он измеряет значения, и все эти значения являются целыми числами, то есть, к примеру, если у. Нас в данном случае аналогово частотный преобразователь может принимать значения от 0 до 5 то в этом диапазоне он и будет измерять значение. И если в тот момент времени, когда мы измеряем наш измеряемый параметр, он будет не целым значением, то он будет играть его до ближайшего, то. Есть, к примеру, если у нас вот здесь, в момент измерения, будет значение измеряемого параметра 3 и 2, то он округлится до 3 и так давайте. Посмотрим, что будет, если мы проведем процесс квантования с вот этим графиком. В данном случае смотрите в 1 промежуток времени у нас переменная. Принимает вот это значение, но мы его округляем до 4 далее. В следующий промежуток времени она выходит за диапазон, поэтому мы округляем его до. 5 Далее здесь у нас все подходит отлично, у нас строчка и так продолжаем со всеми точками. Именно так будет выглядеть график, если мы проведем. Квантования по этим правилам, как видите, график довольно таки сильно отличается от того, что у нас был изначально именно поэтому, если мы хотим. Увеличить точность наших данных нужно уменьшить период квантования, чтобы мы наши данные снимали намного чаще и также увеличить разрядность. Нашего частотного преобразователя, чтобы он делал меньшие округления во время считывания данных, однако если очень сильно повышать точность. Наших измерений то нам понадобится намного больше памяти, а также вычислительных ресурсов, чтобы обработать эти данные, именно поэтому нужно. Искать некоторый баланс между точностью считывания данных и расходами на их обработку. По сути, с точки зрения автоматизации у нас есть 2. Вида сигнала тот, что может принимать значение 0 либо единичка, может называться дискретным цифровым или диджитал сигналом, это обычно будут. Всякие инфракрасные датчики тумблеры кнопочки, если они подключены напрямую к ПЛК и другие датчики, которые могут обозначать либо отсутствие. Либо наличие сигнала такие датчики, скорее всего, будут с сухим контактом. То есть вот здесь я нарисовал схему, которая наглядно демонстрирует. Что я вам хочу донести, у нас будет плк, у которого будут диджитал Инкуты, то есть дискретные входы, получается, которые в будут получать сигнал. Либо 0, либо единичку к нему подводится питание, и также обычно эти датчики будут как раз таки подключаться через питание в данном случае. Будет поплавковый датчик с сухим контактом, который будет подключаться 1 стороной к плюсу другой стороной. К какому то Инпуту к 1 2 3 для нас? Это сейчас неважно, а здесь будет подаваться напряжение 24 Вольта. Однако когда датчик неактивен, когда уровень воды в баке у нас довольно таки. Низкий здесь контакт будет разомкнут, и поэтому сюда поступать не будет ничего, и здесь будет логический нолик на входе, но когда уровень воды. У нас поднимется, к примеру, до вот этого уровня поплавковый датчик у нас всплывет, замкнет контакт и уже в эту сторону пойдет нам 24 вольта.

5:02 Которые придут на вход и здесь у нас заговорится. Скорее всего, зелененькая лампочка, которая скажет нам то, что на вход что то подалось. Ну и здесь мы уже, скорее всего, запрограммировали то, что это у нас поплавковый. Датчик, и когда у нас здесь на входе приходит единичка, то нужно выключить насос, который накачивает воду в бак. Ну а те сигналы, которые могут принимать несколько значений или значения, в каком либо диапазоне, то есть они. Не обязательно должны быть вот такими вот бесконечными. Они могут принимать условные там 5 разных значений, они уже у нас будут считаться аналоговыми и подаваться. Они должны на аналоговые входы контроллера или модуля. Который мы к нему подключаем датчики, передающие аналоговый сигнал, скорее всего, будут делать это 1 из 3 возможных способов, либо используя сигнал 0 20 миллиампер 4, 20 миллиампер или от 0 до 10 вольт самым популярным. Из них считается и является 4 20 миллиампер, именно их, скорее всего, вы и будете использовать. Давайте представим, что у нас есть какой нибудь термометр, который показывает температуру от 0 до 100, что цельсия таким образом. Передавая 0 ты, он будет отдавать нам на контроллер 4 миллиампера, то есть свой нижний диапазон 100 она. Он будет передавать, используя 20 миллиампер, то есть передовая верхний диапазон и так будет работать абсолютно со всеми. Датчиками, но вы можете спросить, для чего так сделано, если можно использовать просто от 0 до 20. На самом деле все очень просто 1 момент, это обрыв сети. Давайте представим, что у нас датчик подключен 2 проводами вот. Здесь он засунут, в какую то печку и какой нибудь. Василий Петрович взял и перебил нам провода. Если мы используем схему, 0 20 то 0 у нас будет означать 0**, а значит, если он перебил провода, тоже будет нулевой сигнал и. Мы не сможем понять, реально ли в печке у нас сейчас 0 она или просто кто то перебил провод и нужно его заменить. Идем дальше в случае, если мы используем ту же двухпроводную схему подключения, то многие датчики не смогут. Работать на отметке ниже 4 миллиампер, им нужно будет условные, хотя бы 2, 3 миллиампера. И поэтому здесь взята с запасом, просто чтобы они не отключались. Передавая супер слабый сигнал, также если сравнивать сигнал по. Току и по напряжению сигналы по току намного более помехоустойчивые. Потому что 0 10 Вольт уже через пару метров может очень сильно сбоить просто от любых приборов, которые находятся неподалеку и передавать некорректные. Данные также передовая данные о 4 20 датчик имеет некоторый запас, через который он может передавать некоторые данные телеметрии условно. Некоторые датчики в случае какой либо неисправности самого датчика могут. Сообщить нам об этом, передавая сигнал условно там 3% -5 миллиампера. Но если сравнивать 4, 20 с другими 2 способами передачи, то передача 0 очень проблематичная. Потому что поскольку сигнал нас аналоговый, любые небольшие. Помехи могут вызывать фантомные токи, которые будут давать небольшой + или небольшой, ты в общем, то просто логический 0 передать очень сложно по аналоговому сигналу. Именно именно по этим причинам 4 20 и стал самым. Популярным вариантом подключения датчиков также давайте посмотрим, как рассчитать. Какое значение нам пытается передать датчик по сети 4 20? Здесь довольно таки все просто, если мы знаем, что нижний диапазон это 4 миллиампера. Верхний диапазон 20 миллиампер, то нам достаточно решить очень простое уравнение. Снизу мы пишем 20%, ты 4 сверху пишем. Ну, к примеру, нам передается 12 миллиампер, да по вот этому каналу связи, где то они будут вот здесь.

9:04 Таким образом, сверху пишем 12%, 4, и здесь получим 8, делить на 16, получаем 50% - ха, 50% и-то, 50%, - нас будет серединой диапазона. И здесь будет передаваться 50 она по Цельсию. Абсолютно также можно решить и с любым другим значением на промежутке. И теперь давайте вернемся квантованию и. Тому, в каком виде ПЛК получает данные сигнала, которые мы считываем количество значений по амплитуде, которая мы можем считать, обычно выбирается по. Разрядности аналогового цифрового преобразователя, которая меняется от контроллера к контроллеру, самые часто встречающиеся от 2 в 8 степени до 2 в 16 степени.

9:56 Именно эти числа влияют на то, какой диапазон значений мы можем записать и с какой точностью, используя квантования. Чем это значение больше, тем лучше, к примеру, если мы возьмем аналога цифровой. Преобразователь с разрядностью 2 в 10 то максимум в нашем диапазоне мы можем считать 1024 значения. Это значит, что мы можем можем считать значения от 0 до 1023 соответственно при увеличении разрядности. Мы повышаем точность, но при этом и повышаем количество памяти, необходимое для записи этих данных в ПЛК. Если мы считываем сигнал от 0 до 20 миллиампер, то простыми вычислениями можем понять чему. Равна единица деления в этом диапазоне, нам нужно просто разделить 20 на 1024. Это у нас получится вот такое число и получается, когда мы записываем нолик, то это 0 миллиампер единица, это вот это число.

11:01 0 195 Миллиампер. И так далее условные 10 миллиампер, которые являются серединой диапазона 0 20, будут записываться в контроллере. Как 512 в данном случае и именно так, используя простые вычисления, зная? Величину тока, который у нас поступает на вход в АЦП, мы можем узнать, какое значение он будет принимать внутри контроллера и тем самым переводить единицы измерения из 1 в другую.

11:34 Надеюсь, вам понравился этот ролик? Ставьте лайк и подписывайтесь на канал, а также пишите в комментариях темы о АСУ ТП, которые вы бы хотели разобрать в следующих видео всем хорошего дня.

Расшифровка сделана автоматически (Yandex SpeechKit) и может содержать ошибки в терминах.