디지털 및 아날로그 프로세스 신호의 처리 및 보호

신호 조절 측정용 스테이션

환경 또는 산업용 시스템과 관련된 상태 데이터의 전기 감응 획득, 조절 및 평가는 MCR 기술 분야의 핵심 영역으로 간주됩니다.

다음 세 가지 영역에 중점을 둡니다.

1. 제어할 모니터링 영역이 호출될 때 필드에서의 신호 생성
2. 증폭, 변환 및 신호 경로의 간섭으로부터 보호를 위해 전자 컴포넌트를 사용하여 인터페이스 레벨에서 수행하거나 필드 레벨에서 직접 수행하는 신호 조절
3. 평가 또는 제어 장치에 의한 제어 레벨에서의 아날로그 또는 디지털 신호 처리.

1. 신호 증폭

신호가 너무 약해서 연결된 평가 장치에서 왜곡되거나 감쇠된 형태로만 수집될 수 있는 경우 신호 증폭이 필요합니다.

예::
증폭기가 없으면 측정 센서에 연결된 부하가 320 Ω가 되어 최대 허용 부하인 300 Ω보다 높아집니다. 측정 센서는 이 부하를 구동할 수 없으므로 측정 신호가 왜곡됩니다.
증폭기를 추가하면 측정 센서에 연결된 부하가 70 Ω이 되어 최대 허용 부하인 300 Ω보다 낮아집니다. 또한 300 Ω인 평가 장치의 입력 저항은 최대 500 Ω의 부하를 구동하도록 설계되었기 때문에 증폭기 출력에 과부하가 걸리지 않습니다. 측정 신호가 왜곡되지 않을 것입니다.

2. 표준 신호로 변환

측정 작업에 따라 아날로그 센서 신호는 인터페이스 블록의 표준 신호 중 하나로 변환될 수 있습니다. 변환 결과는 측정 결과의 왜곡을 피하기 위해 측정된 입력 값에 비례해야 합니다.

예::
센서 또는 트랜스미터는 4에서 20 mA의 표준 신호를 제공합니다. 평가 장치에는 0에서 10 V 신호가 필요합니다. 트랜스미터와 평가 장치 간에 연결된 표준 신호 변환기가 필요한 조정을 수행합니다.

3. 필터링

측정된 값을 전송하는 케이블에서는 전자기 유도나 산업 환경의 주파수 컨버터에서 생성되는 고주파 신호와 같은 효과로 인한 간섭 전압이 발생할 수 있습니다. 전압 신호가 영향을 받는 경우 간섭이 특히 강합니다.

예::
필터 기능이 있는 시그널 컨디셔너는 넓은 주파수 스펙트럼에서 간섭 전압을 감지하고 억제합니다.
트위스티드 케이블이나 차폐된 케이블을 사용하는 것도 도움이 됩니다. 트위스티드 케이블은 유도 간섭 전압을 줄이는 데 도움이 되고, 차폐 케이블은 추가적으로 전기장을 반사하고 흡수합니다. 위에서 언급한 원인으로 인한 간섭을 추가로 방지하려면 전압 신호를 전류 신호로 변환해야 합니다.

4. 전기 절연

전기적으로 절연된 신호 연결은 전위차 사이에 흐르는 보상 전류가 없기 때문에 플로팅 연결이라고 합니다. 필드 회로 및 제어 회로의 전기적 절연은 플랜트 및 프로세스 산업 분야에서 확립된 표준이 되었습니다.

예::
문제: 트랜스미터와 평가 장치가 접지되어 있지만 접지 전위가 다릅니다. 보상 전류 Ig는 결과적인 접지 전류 루프를 통해 흐르고 따라서 측정 신호 I1을 왜곡합니다.

트랜스미터와 같은 전기적 신호 절연기를 측정 신호용 연결 케이블에 통합한 후 lg 보상 전류가 더 이상 흐르지 않습니다. 측정된 신호는 I2이며 이는 측정된 신호 I1과 동일합니다.

5. 라인 모니터링

라인 모니터링은 많은 인터페이스 블록에 추가 기능으로 통합됩니다. 라인 중단 및 단락에 대한 모니터링 기능은 프로세스 산업 분야의 자동화 기술 사용자 협회에서 제공하는 NE 21 NAMUR 권장 사항에 자세히 지정되어 있습니다.

예::
그림은 센서에서 평가 장치까지의 전체 신호 전송 경로에서 라인 모니터링을 사용할 수 있는 방법을 개략적으로 보여줍니다.
400에서 2 kΩ 저항은 스위치가 닫힌 상태에서 단락 전류보다 적은 최대 전류를 보장합니다. 10 kΩ 저항은 스위치가 열려 있을 때 폐쇄형 회로 전류를 제공합니다. 라인 파손 시에는 전류 = 0입니다.

신호 경로의 전기 공급 및 절연

연결된 센서 또는 트랜스미터에 자체 파워 서플라이가 있는지 또는 센서 신호 케이블을 통해 공급되는지에 따라 시그널 컨디셔너 또는 평가 장치의 입력 단자에서 패시브 및 액티브 입력 간에 차이가 있습니다.

패시브 입력

패시브 신호 입력의 유일한 기능은 신호를 수신하는 것입니다.

예::
예제에서는 시그널 컨디셔너와 평가 장치에 패시브 입력이 있습니다. 액티브 센서 또는 트랜스미터(4개의 연결 있음)는 시그널 컨디셔너의 패시브 입력을 제공합니다. 시그널 컨디셔너의 액티브 출력은 평가 장치의 패시브 입력을 제공합니다.

액티브 입력

액티브 신호 입력에는 두 가지 기능이 있습니다. 하나는 신호를 수신하는 것이고, 다른 하나는 신호 발생기에 전원을 공급하는 것입니다.

예::
예제에서는 시그널 컨디셔너에 액티브 입력이 있습니다. 이를 통해 2선 또는 3선 센서나 트랜스미터에 전원을 공급합니다. 시그널 컨디셔너의 액티브 출력은 평가 장치의 패시브 입력을 제공합니다(이전 예제와 같음). 전력이 필요한 컴포넌트는 별도의 파워 서플라이 또는 신호 라인을 통해 전원을 공급받을 수 있습니다.

패시브 절연, 입력 루프 파워

트랜스미터를 사용한 신호 입력을 통한 시그널 컨디셔너 공급(입력 루프 파워). 4에서 20 mA 신호에만 적합합니다

예::
여기서는 액티브 센서/트랜스미터(4선 연결)와 시그널 컨디셔너 간의 신호 경로가 트랜스미터 전원 공급 장치로부터 전기적으로 절연되어 있지 않습니다. 이 경우 액티브 센서/트랜스미터가 시그널 컨디셔너의 공급을 대신하여 수행합니다.
센서/트랜스미터는 시그널 컨디셔너 및 평가 장치 입력의 총 부하를 구동해야 합니다.

패시브 절연, 출력 루프 파워

이 경우, 시그널 컨디셔너는 평가 장치(출력 루프 파워)의 신호 출력을 통해 공급됩니다. 4에서 20 mA 신호에만 적합합니다

예::
센서/트랜스미터(4선 연결) 시그널 컨디셔너 간의 신호 경로는 트랜스미터 전원 공급 장치로부터 전기적으로 절연되어 있습니다.
시그널 컨디셔너와 평가 장치 간의 신호 경로는 트랜스미터 전원 공급 장치로부터 전기적으로 절연되어 있지 않습니다. 이 경우 평가 장치가 시그널 컨디셔너의 공급을 대신하여 수행합니다.