как на выходе источника сигнала. При переменном токе влияние емкостного эф. фекта становится заметным и часть тока будет теряться по длине кабеля, уход) либо в обратный провод, либо в заземленный экран. Международный стандарт IHC 381 рекомендует для передачи сигналов диапазон токов 4-20 мЛ. Минимальный уровень сигнала определен как 4 мА, чтобы можно было обнаружить разрыв цепи (О мЛ).

преобразователь напряжения в ток

+ о-

0-10 в

витая пара

4-20 мЛ

lUnt

Рис. 4.28. Передача ана.,чогового сигнала по токовой петле

Преобразователь напряжения в ток ~ стандартный элемент цепи. Сигнал передается пс витой паре, длина которой может достигать нескольких сот метров. Шунтируюпдай резистор для преобразования тока в напряжение в диапа.зоне от 0-2 до 10 В должен иметь величину порядка 500 Ом

Питание и датчика, и преобразователя и передача выходного сигнала могут осуществляться по одной и той же паре проводов. Это можно сделать при условии, что ток, потребляемый датчиком и преобразователем, не меняется, тогда любое изменение тока в цепи, очевидно, отражает работу датчика. Напротив, как было ска.зано ранее, передача сигнала напряжением требует трех кабелей.

Подводя итоги, можно сказать, что измерительная система, использующая ток для передачи сигнала и датчик, гальванически изолированный от выходного сигнала, имеет несколько преимуществ:

- удовлетворительно работает на протяженных коммуникациях;

допускает простую процедуру проверки, поскольку величина тока О мА означает, что датчик отклгочен или линия разомкнута;

- обеспечивает хорошую защиту от помех;

- для системы достаточно только два провода, что позволяет снизить затраты.

4.5.6. Передача оптических сигналов

I Гередача сигналов тю оптоволоконному кабелю стала обычной практикой во многих измерительных и коммуникационных приложениях. Оптическая передача информации требует весьма сложного и, соответственно, дорогостоящего цифрового ком.муникационного оборудования. С тюмощьго светодиодов (light-emitting diode - LKD) щтфропью электрические сигналь! преобразуются в светопью и.мпульсы, котО р1яе затем передаются по оптическо.му волокну. На приемно.м конце световые иМ

4,6, Бинарные (двухпозиционные) исполнительные механизмы 165

пульсы снона преобразуются в электрические сигналы с помоп{ЬЮ оптоэлектронных датчиков.

Оптический сигнал невосприимчив к магнитным и электрическим помехам и обеспечивает абсолютную изоляцию. Этот способ передачи предпочтителен для больших расстояний (>1 км), а также в сложных условиях, например вблизи электродвигателей и преобразователей частоты. Применение оптических сигналов в технических системах обусловлено в большей степени их помехоустойчивостью, чем высокой пропускной способностью. Более подробно оптические системы связи рассмотрены в разделе 9.,3.8.

4.6. Бинарные (двухпозиционные) исполнительные механизмы

Очень часто для управления достаточно исполнительных механизмов, имеюн;их только два рабочих состояния. Эти механизмы называются двухпозиционными или бинарными. Они похожи на электрический выключатель: включен - есть ток, выключен - тока нет. К двухпозиционным исполнительным механиз.мам, в частности, относятся магнитные клапаны, электромагнитные реле и электронные твердотельные выклгочатели. Для управления такими механизмами достаточно одного-двух бит, которые легко можно получить на выходе управляюп1его компыотера. Унравля-клций сигнал .можно усиливать простым переключателем, а не сложным линейным усилителем.

Бинарные исполнительные механизмы бывают с одним (monostable) и двумя (bistable) устойчивыми состояниями. Исполнительный механизм с одним устойчивым состоянием, которому соответствует отключение питания, управляется только одним сигналом. Дистанционный контактор электродвигателя обычно является устройством такого типа. Пока на контактор приходит управляюп{ий сигнал, двигатель получает питание, но как только сигнал пропадает, питание выключается.

Устройство с двумя устойчивыми состояниями сохраняет свое текугцее состояние до тех пор, пока не получит новый управляюн1ий сигнал, изменяюп{ий его. Можно сказать, что исполнительный механизм "помнит" свое последнее положение. Например, чтобы привести в движение цилиндр, управляемый магнитным клапаном с дву.мя устойчивыми положениями, необходимы один сигнал для открытия и другой сигнал для закрытия. Исполнительные механизмы с двумя устойчивыми состояниями управляются импульсными, а не аналоговыми сигналами.

4.6.1. Управляемые выключатели

Уровень MoujHocTH выходного сигнала компьютера обычно очень мал: уровень напряжения "моппюго" выходного сигнала лежит между +2 В и -i-5 В, а "ма.чомоп{НО-го" - менее 1 В. Максимальный ток зависит от присоединенной нагрузки, но, как Правило, он менее 20 мЛ. Обычный выходной порт компьютера выдает моппюсть порядка 100 мВт. Это означает, что для управле;!ия больп1ИНством исполнительных Механизмов сигнал компыотера нужно усилить. Для этого используются управляемые выключатели.

Наиболее распространенным электрически изо.г:голированным выключателемвг; стемах управления всегда было электромеханичесхз-ское реле. Реле - надежныйej ключатель, который может работать как па неремеэпенном, так и на постоянном то.» Ток, протекаюпшй по обмотке реле, создает магни"Нитное поле, перемеп1ающееяко: из одного положения в другое. Таким образом, раеоазмыкаются и замыка1ются эле, трические контакты, которые сами по себе могутгт пропускать токи, значитель;-большие, чем требуется для управления собственншно реле. Типичный ток обмотк реле составляет около 0.5 Л при напряжении 12 В, ,0, поэтому реле нельзя управля: непосредственно с выхода компьютера; требуетс«:гя промежуточный вык.аючате-средней MonjHocTH, например транзисторный уси.А.млитель, который устаиавливае-ся между выходом компьютера и реле. При проекэ! ктировании систем с реле все.": необходимо помнить о проблемах энергоснабженим1ия, поэтому при снято)м питани реле должно принимать безопасное положение. . Другими словами, отключен!: питания релейной системы не должно приводитцтгь к нежелательному аговеден;;: присоединенной нагрузки.

Суп{ествуют различные типы реле в широком z\ диапазоне моннюстей отмилли вольтных поляризованных реле докиловаттных контвнтакторов. Маломоишые поляризованные реле для коммутаций сигналов небольшойой мощности суп;ествувот в исполнении на платах расширения компьютера. Реле длгля больших мощностей слишю велики для этого и устанавливаются отдельно, чанж-Сле всего и закрытых стойках. Дс полнительным преимуп{еством реле является то, чт»тто их работа хоропш зпакома.мон тажникам и обслуживающему персоналу.

Среди недостатков реле следует отметить их ооотносительно низкое быстродея ствие - переключение требует порядка песколькиггнх миллисекунд, вместо микросе кунд для электронных устройств. У реле, так же как х и у механических выключателе;! бывает так называемое дребезжание контактов (разх:«дел 4.,3.1), которое мож:етвызва1: помехи, что в свою очередь влияет на измерительнуг-что аппаратуру и электронику ко.« пьютера.

Твердотельные полупроводниковые приборы О (solid-state semiconductOr) npiftif няются для переключений больших мощностей, 1т:хт7оскольку лишетя многих недс-статков реле. Твердотельный выключатель имеет уяг-правляющий вход, присоединен пый к устройству управления. Твердотельные а силовые выключатели .моп приводиться в действие непосредственно выходнымдг«1и сигналами цепей цифровой.№ гики, поэтому их довольно просто использовать в ксэ:омпьютерном управлеиии.

Различные типы управляемых выклгочателей ис по.чыуются для коммутации мг лых и средних моноюстей. Интегральные схемы с транзисторны.м выходом .мож* использовать до напряжений порядка 80 В и токов .-до 1.5 Л; такие схемы утравляю ся выходным сигналом комтнлотера. Когда уровень-гзь выходного сигнала компьютер* превьнпает 2.4 В, ток, управляемый электронным вь.. <;яключателем, протекает через» полнительный механиз.м, а когда уровень сигнала ниже 0.4 В, транзистор заперт ток пе течет. В такой конфигурации транзистор рабо«отает как простой насыщающ1И ся усилитель.

Для больших .мопцюстей конструкция выключа-ятеля может основываться iian<

роговых транзисторах (discrete power transistors) и ;ли полевых МОП-транзистор*

(нолевой транзистор со стуктурой .металл-окстт.тлд-нолупроводник, Mental-Semiconductor Field-Effect Transistor - MOSFET). Тггдакие цепи могут пропуска!