自动化系统中的统一模拟信号

当我们为某个工艺过程创建自动化系统时，我们需要以某种方式连接传感器和其他信号设备——与执行器、转换器、控制器等。后者通常以以下形式从传感器接收信号一定幅度的电压或电流（在模拟信号的情况下），或具有特定时间参数的脉冲形式（在数字信号的情况下）。

这些电信号的参数必须以某种非常明确的方式与传感器固定的物理量的参数相对应，这样终端设备的控制就足以完成自动化任务。

当然，统一来自不同传感器的模拟信号是最方便的，这样控制器就获得了灵活性，这样用户就不必为每个传感器选择自己的接口类型，也不必为每个接口选择自己的传感器。

让输入输出信号的性质变得统一，开发人员决定，因为通过这种方法，工业自动化系统和自动化模块的开发将大大简化，设备的故障排除、维护和现代化将变得更加容易和灵活。即使一个传感器出现故障，您根本不需要寻找完全相同的传感器，选择具有相应输出信号的模拟就足够了。

环境温度、发动机转速、流体压力、样品机械应力、空气湿度等的测量。 — 通常通过处理从相关传感器接收到的连续模拟信号来执行，同时自动校正连接设备的连续运行：加热元件、变频器、泵、压力机等。

最常见的模拟信号是 0 至 10 V 的电压信号或 4 至 20 mA 的电流信号。

从 0 到 10 V 的电压控制

当使用统一的 0 至 10 V 电压信号时，此 0 至 10 V 电压的连续序列与一系列测量的物理量相关联，例如压力或温度。

假设温度从 -30 变为 +125°C，而电压从 0 变为 10V，其中 0 伏对应于 -30°C 的温度，10 伏对应于 +125°C。这可能是温度反应物或工件，中间温度值将具有严格定义的指定范围的电压值。这里的关系不一定是线性的。

这样既可以控制各种设备，又可以获取监控信息。例如，带有热传感器的散热器有一个模拟输出来显示当前温度： 0 V——散热器表面温度为+25℃或更低，10 V——温度已达到+125℃——最大允许。

或者通过从控制器向泵的模拟输入施加 0 到 10 V 的电压，我们调整容器中的气体压力：0 V — 压力等于大气压，5 V — 压力为 2 atm，10 V — 4 atm. 同样，您可以控制加热设备、金属切割机、阀门和其他用于各种目的的配件和执行器。

电流控制（4 至 20 mA 电流回路）

第二种用于自动化控制的统一模拟信号是 4-20 mA 电流信号，称为“电流环路”。该信号还用于接收来自各种传感器的信号以控制驱动器。

与电压信号不同，信号的电流特性使其可以在更远的距离内无失真地传输，因为线路压降和电阻会自动得到补偿。此外，诊断传输电路的完整性非常容易——如果有电流，则线路完好，如果没有电流，则为断路。因此，最小值为 4 mA，而不是 0 mA。

所以这里使用电流源作为控制信号的电源而不是电压源。因此，驱动控制器必须具有 4-20 mA 的电流输入，而传感器变送器必须具有电流输出。假设变频器的控制电流输入为4-20 mA，那么当输入4 mA或更小的信号时，被控驱动器将停止，当施加20 mA的电流时，它会加速到全速。

同时，电流传感器输出既可以是主动的也可以是被动的。通常情况下，输出是无源的，这意味着需要额外的电源，它与传感器和驱动控制器串联。具有有源输出的传感器或控制器不需要电源，因为它们是内置的。

模拟电流环路在当今工程中比电压信号更常用。它可以在长达几公里的距离内使用。为了保护设备，使用光电器件（例如光耦合器）的电流隔离。由于电流源的不完善，最大允许线路长度（和最大线路电阻）取决于为电流源供电的电压。

例如，对于 12 伏特的典型电源电压，电阻不应超过 600 欧姆。 GOST 26.011-80 «测量和自动化中描述了电流和电压的范围。连续电流和电压的输入和输出»。

主要信号统一工具 - 归一化转换器

统一来自传感器的主要信号——将其转换为 0 至 10 V 的电压或 4 至 20 mA 的电流，即所谓的 归一化转换器…这些标准化转换器可用于温度、湿度、压力、重量等。

传感器的工作原理可以不同：电容式、电感式、电阻式、热电偶等。但是为了方便对信号进行进一步的处理，输出必须满足统一的要求。这就是为什么传感器通常配备将测量值转换为电流或电压的标准转换器。