Převodníky

Signály jsou nositelem informace a prostředky, kterými realizujeme regulační obvody, musí umět příslušný druh signálu zpracovat. Převodníky slouží k transformaci signálů.

Podle energie rozlišujeme signály elektrické, pneumatické, hydraulické, optické a mechanické. Přirozené signály jsou přímé výstupy ze snímačů a jejich rozsah je určen fyzikálním principem, např. výstupní napětí termočlánku. Jednotné signály mají dohodnutý způsob vyjádření v rámci jednoho systému, např. proudový signál 0- 20 mA. Signály používané v celosvětové shodě označujeme jako unifikované (např. pneumatický signál 20-100 kPa). Jednotné a unifikované signály umožňují používat komponenty od různých výrobců a zvyšují variabilitu stavebnicových systémů.

Podle časového průběhu dělíme signály na:

• spojité (analogové)
• nespojité (diskrétní)
  • binární (dvojkové)
  • digitální (číslicové)

Signálové převodníky

Signálové převodníky slouží pro generování jednotného nebo unifikovaného signálu z přirozených signálů (vysílače měřené veličiny) a k převodu analogových signálů na digitální a naopak.

Analogově digitální převodníky (ADP, A/D)

Zpracování vstupních analogových signálů probíhá ve dvou krocích. Periodickým vzorkováním je získán sled úzkých impulzů, jejichž amplitudy jsou ve druhém kroku převedeny na číslicový tvar.

Vzorkovací obvod slouží k odebrání vzorku a jeho zapamatování po dobu potřebnou pro zpracování. V neinvertujícím paměťovém vzorkovači je během velmi krátké doby sepnutí spínače S nabíjen kondenzátor na napětí odpovídající skutečné hodnotě vstupního signálu. Současně se mění i výstupní napětí zesilovače. Po rozpojení spínače se na kondenzátoru i na výstupu zesilovače udržuje hodnota získaného vzorku. Vzorkovací frekvence musí být minimálně dvakrát větší než horní mezní kmitočet vstupního signálu.

Obr. 1: Blokové schéma vzorkovacího obvodu S/H

ADP převodník s jednotaktní integrací porovnává převáděné vstupní napětí U_M s lineárně rostoucím napětím U_PIL. Pokud platí U_M< U_PIL, tak je otevřené hradlo a čítač počítá impulzy. V okamžiku U_M = U_PIL komparátor překlopí, uzavře hradlo a čítání impulzů se ukončí. Časový interval otevření hradla je přímo úměrný velikosti U_M a délce intervalu odpovídá počet impulzů.

Obr. 2: Blokové schéma a časový diagram převodníku A/D s jednotaktní integrací

Digitálně analogové převodníky (DAP, A/D)

DAP převádí vstupní číselnou hodnotu v binárním kódu na analogový signál, zpravidla napětí. V automatizaci se uplatňují k převodu výstupních signálů řídících členů na analogový signál pro ovládání spojitých akčních členů.

V DAP s váhovými rezistory jsou spínače S ovládány jednotlivými bity převáděného čísla. Podle váhy bitu v čísle jsou přes rezistorovou síť generovány váhové proudy, které se sečtou a operačním zesilovačem převedou na výstupní napětí.

Obr. 3: Schéma A/D převodníku s váhovými rezistory

Mezisystémové převodníky

Mezisystémové převodníky transformují jednotné (unifikované) signály jedné energie na jednotné (unifikované) signály jiné energie. Umožňují využívat výhodné vlastnosti jednotlivých druhů signálů s ohledem na vlastnosti prostředí, ve kterém systémy pracují: např. řídící část systému je elektrická a výkonová část pracuje s pneumatickým signálem.

Elektropneumatický převodník převádí jednotný elektrický signál (např. proud 0-20mA) na unifikovaný pneumatický signál 20-100kPa.

Základem je systém klapka-tryska, ve kterém vzdáleností klapky od trysky řídíme velikost výstupního tlaku. S rostoucí vzdáleností klapky od trysky výstupní tlak klesá.

Obr. 4: Princip funkce systému tryska/klapka

V elektropneumatickém převodníku je poloha klapky ovládána elektrickým signálem. Vstupní proud je přiveden do cívky, která je v poli trvalého magnetu. Důsledkem silového působení obou polí je pohyb cívky, který se přenáší na klapku. Zpětná vazba přes vlnovce působí proti tomuto pohybu. Klapka se zastaví při rovnováze sil na páce. Každé hodnotě vstupního proudu odpovídá určitá poloha klapky a výstupního tlaku.

Obr. 5: Princip elektropneumatického převodníku

Elektrohydraulický převodník může využívat systém s výkyvnou tryskou. Polohou trysky vůči rozdělovači se řídí poměr tlaků p₁ a p₂ a tím pohyb pístu v hydraulickém válci. Tryska se zastaví při vyrovnání sil zpětné vazby a elektromagnetického systému.

Obr. 6: Princip elektrohydraulického převodníku

 

Zdroje

• BENEŠ, Pavel, Jan CHLEBNÝ, Josef LANGER, Marie MARTINÁSKOVÁ a Rudolf VORÁČEK. Automatizace a automatizační technika III. 1. vyd. Praha: Computer Press, 2000, 254s. ISBN 80-7226-248-3

• KOLEKTIV AUTORŮ. Automatizace a automatizační technika 1. 1. vyd.  Brno: Computer Press, 2012. 217s. ISBN 978-80-251-3628-7

Obrázky

• Obr. 1, 4: KOLEKTIV AUTORŮ. Automatizace a automatizační technika 1. 1. vyd.  Brno: Computer Press, 2012. 217s. ISBN 978-80-251-3628-7

• Obr. 2, 3 a 5: BENEŠ, Pavel, Jan CHLEBNÝ,Josef LANGER, Marie MARTINÁSKOVÁ a Rudolf VORÁČEK. Automatizace a automatizační technika III. 1. vyd. Praha: Computer Press, 2000, 254s. ISBN 80-7226-248-3

• Obr. 6, 7: Archiv autora.

• Obr. 8: Sensit. Inteligentní snímač teploty [online]. [cit. 2015-01-28]. Dostupný na www:  www.sensit.cz