Аналоговые входы

Аналоговые входы контроллера предназначены для подключения датчиков с токовым выходом 4 – 20 мА и измерения напряжения 0 – 10 В (в зависимости от конфигурации). Измерение производится 14-разрядным АЦП со встроенным источником опорного напряжения 2,5 В. В любой конфигурации обеспечивается гальваническая изоляция каналов AI от внутренней схемы контроллера.

Каналы AI имеют защиту от перенапряжения до 30 В на входе в любой конфигурации.

С любым из каналов AI возможен обмен данными по интерфейсу HART при его наличии (зависит от конфигурации). В каждый момент времени может быть выбран один из каналов AI для обмена по HART-протоколу. В контроллере имеется схема самодиагностики, позволяющая провести тестирование каналов в любой конфигурации.

Подключение датчиков и внутреннее устройство каналов AI

Аналоговые каналы измерения тока могут быть выполнены как в пассивном, так и в активном исполнении. На рисунках изображены схемы подключения различных датчиков и возможные конфигурации аналоговых входов контроллера.

Активный вход (конфигурация 5.1/5.2 = A):

../_images/ai_active1.png

Пассивный вход (конфигурация 5.1/5.2 = P):

../_images/ai_passive1.png

Измерение напряжения 0 – 10 В (конфигурация 5.1/5.2 = V):

../_images/ai_u1.png

Подключение датчика термосопротивления по 3-проводной схеме с использованием 2-х аналоговых каналов (активный измерения тока и измерения напряжения):

../_images/ai_rtd1.png

где Rбал - балластное сопротивление 560 - 680 Ом с мощностью рассеивания 0,5 Вт; r - сопротивление проводов.

Так же возможно настроить каждый аналоговый канал индивидуально, например AI_0, AI_2 – токовые пассивные, AI_1 – токовый активный, AI_3 – измерение напряжения. при такой уникальной конфигурации в поле группы 5.1/5.2 указывается «U», а расшифровка каналов приводится в паспорте на контроллер.

Любое подключение датчиков возможно как при встроенном, так и внешнем источнике питания. Напряжение питания встроенного источника 12В. Диапазон напряжений питания от внешнего источника 10 – 30В.

Описание алгоритма работы AI

Ток, формируемый датчиком с токовым выходом, протекает через прецизионный датчик тока 110 Ом. Формируемое напряжение через фильтр нижних частот поступает на один из входов микросхемы 8-канального АЦП. АЦП имеет встроенный источник опорного напряжения 2,5В и опрашивается основным микроконтроллером через шинный изолятор, обеспечивающий гальваническую изоляцию. Каналы AI опрашиваются с фиксированной частотой, результаты измерений записываются в соответствующий регистр AI unit x, где х – номер канала.

В конфигурации канала AI измерения напряжения вместо прецизионного датчика тока 110 Ом установлен прецизионный делитель. Входное сопротивление канала AI измерения напряжения 1 МОм.

Каждый канал имеет индикаторный светодиод, отображающий состояние канала. Чем выше частота моргания светодиода – тем больше измеряемая величина.

Результаты измерений каналов AI

Результаты измерений аналоговых каналов в единицах АЦП записываются в регистры AI_unit_x.

Результаты измерений в физических величинах («мА» или «В» в зависимости от конфигурации канала) записываются в регистры AI_physical_x.

Пересчет из ед. АЦП в физические величины осуществляется по формуле:

AI_physical_x = AI_unit_x / AI_calib_a_x + AI_calib_b_x

где AI_calib_a_x, AI_calib_b_x - индивидуальные калибровочные коэффициенты каждого канала.

Параметр Значение по умолчанию Диапазон Описание
AI_unit_x - 0 – 16 383 Результат измерения аналогового канала в единицах АЦП
AI_calib_a_x 720.852 - для токовых каналов / 1483.74 - для каналов напряжения - Калибровочный коэффициент А
AI_calib_b_x 0.012 - для токовых каналов / 0.0 - для каналов напряжения - Калибровочный коэффициент В
AI_physical_x - 0.0 – 20.0 для токовых каналов / 0.0 - 10.0 - для каналов напряжения Результат измерения аналогового канала в физических единицах
AI_state* - Да/Нет Флаг (только чтение). Состояние канала. Лог. 1 – измеренное значение тока лежит в диапазоне 4 - 20 мА, лог. 0 – измеренное значение ниже 4 мА либо выше 20 мА.

Примечание

AI state предназначен для работы с токовыми сигналами.

Калибровка и поверка каналов AI

Аналоговые каналы имеют индивидуальные калибровочные коэффициенты, использование которых позволяет получить приведеную погрешность ±0,1 от диапазона при температуре окружающей среды 20±5°С и ±0,2 от диапазона во всем температурном диапазоне.

Первичная калибровка каналов произвоится предприятием-изготовителем при выпуске контроллера с оформлением протокола калибровки.

Повторная калибровка (определение калибровочных коэффициентов) производится метрологической слубой предприятия и выполняется следующим образом:

1). На аналоговый вход подаются образцовые значения измеряемого сигнала - тока или напряжения, в зависимости от конфигурации аналогового канала. Рекомендуемая величина приращения образцового сигнала 0,05 от диапазона измерения.

2). Из регистров AI_unit_x считываются показания в единицах АЦП для каждого входного образцового значения по каждому каналу.

3). Для каждого канала по методу наименьших квадратов рассчитываются коэффициенты A и B

4). Далее необходимо записать новые калибровочные коэффициенты в контроллер: AI_calib_a_x = 1 / A, AI_calib_b_x = B.

Примечание

Для перезаписи регистров AI_calib_a_x и AI_calib_b_x необходимо установить ключ-перемычку «Boot_key» (подробнее смотри в разделе Обновление ПО)

5). Повторить п.1.

6). Из регистров AI_physical_x считываются результаты измерения в физических величинах для каждого входного образцового значения по каждому каналу.

7). В каждой точке рассчитывается приведеная погрешность по формуле: γ = (AI_physical_x - AI_обр.) / AI_max * 100 , где AI_обр. - образцовое значение входного сигнала, AI_max - диапазон измерений канала.

8). Калибровка считается успешной, если в каждой точке приведеная погрешность измерения не превысила ±0,1 от диапазона.

Поверка аналоговых каналов производится метрологической службой предприятия согласно НА.ГНМЦ.0530-20 МП, «Инструкция. ГСИ. Контроллеры программируемые логические серии «BRIC». Методика поверки»

Межповерочный интервал - 1 год.