بخشی از مقاله
ادوات ورودی و خروجی یک کنترل کننده قابل برنامه ریزی plc
مشخصات يك سيستم كنترل كننده :
سيستم كنترل داراي سه بخش است :
1- ورودي / 2- پردازش / 3- خروجي
ورودي: وضعيت فرايند و ورديهاي كنترلي اپراتور را تعيين كرده و مي خواند.
پردازش :با توجه به وروديها ؛پاسخها وخروجيهاي لازم را مي سازد .
خروجي :فرمانهاي توليد شده را به فرايند اعمال مي كند .
ورودي ها :در قسمت وروديها ؛مبدل هاي موجود در سيستم ؛كميت هاي فيزيكي را به سيگنالهاي الكتريكي تبديل ميكند ،سيگنالهاي الكتريكي كه توليد مي شوند معمولاً دامنه ُُُُُُُ بسيار كمتري دارند و بايد تقويت شوند تا در سيستم كنترل مورد استفاده قرار گيرند ،در صنعت مبدل هاي زيادي نظير دما ؛ فشار ؛ مكان ؛ سرعت ؛شتاب ؛ و ..... وجود دارند و خروجي يك مبدل ممكن است گسسته (باز يا بسته بودن كليد )يا پيوسته (تغييرات پيوسته دما و سرعت ) باشند ،
خروجيها :عمل گرهايي وجود دارند كه فرامين داده شده به انها را به فرايند منتقل مي كنند ،پمپها ؛موتورها ؛و رله ها از جمله اين عملگرها هستند . اين وسايل فراميني كه از پردازش مي ايند (معمولا الكتريكي هستند ) را به كميتهاي فيزيكي ديگر تبديل مي كنند .مثلا موتورها ؛سيگنال الكتريكي راد به حركت دوار تبديل مي كنند . ادوات خروجي نيز ميتوانند مانند ادوات ورودي گسسته يا پيوسته باشند .
انواع سنسور هاي ورودي :
چندين نوع سنسور دما در صنعت وجود دارد كه هر يك دقت و محدودة كار خاص خود را دارند كه در زير به بعضي از اين نوع سنسور ها اشاره مي كنيم :
ترموكوپل :
ترموكوپل نوعي سنسور دما است كه از اتصال دو فلز غير هم جنس در يك انتخاب بدست مي ايد اصول كار اين وسيله بر مبناي سيبك است كه به اين صورت بيان مي شود :وقتي دو فلز غير هم جنس از يك سمت به هم وصل مي شوند اگر محل پيوند اين دو فلز حرارت داده شود در سمت ديگر اختلاف پتانسيل كوچكي به وجود مي ايد . مقدار اين ولتاژ در حدود چند ده ميلي وات است بنابراين براي استفاده بايد ان را تقويت نمود . ترموكوبل محدوده كار وسيعي دارد و براي اندازه گيري دماهاي بالا (تا 1200 درجه سانتيگراد استفاده مي شوند )
مقاومتهاي حساس به دما RTD :
نيز گفته مي شود مقاومتهايي هستند كه با افزايش RTDمقاومتهاي حساس به دما دما مقاومت انها بيشتر ميشود اين مقاومت ها از عناصري مانند پلاتين /مس / نيكل و غيره ساخته ميشوند .
با توجه به اينكه تغييرات اين نوع مقاومت كمتر است يك مدار مناسب براي استفاده از ان پل وتستون است .
اغلب استفاده از اين نوع مقاومتها نياز به جبران حرارتي دارد زيرا جريان درون سيمها اندكي انها را گرم مي كند بنابراين دمايي كه اين نوع مقاومتها نشان ميدهد اندكي با دماي داخلي تفاوت دارد در صورتي كه دقت زياد مورد نظر باشد استفاده از مداهاي جبران كننده كه با افزايش دماي ناخواسته , اين نوع مقاومت را جبران كند الزامي است.
ترميستور :
ترميستور شبيه مقاومت هاي حرارتي است با اين تفاوت كه ضريب حرارتي ان صفر است يعني با افزايش دما مقاومت ان كاهش مي يابد هوچنين معمولا تغييرات مقاومت ترميستور با حرارت بيشتر از مقاومت هاي حرارتي است .
ترميستور ها از مواد نيمه هادي ساخته مي شوند و در دو نوع وجود دارند :
1- روكش فلزي
2- روكش شيشه اي
نوع روكش فلزي را مستقيما ميتوان روي اجسام مختلف قرار داد .
از ترميستور به شيوه هاي مختلف در پل ويتستون ميتوان استفاده كرد: مثلا از ترميستور براي جبران حرارتي يك اندازه گير دقيق استفاده ميشود و يا همچنين از ترميستور براي سنجش تفاوت دماي دو نقطه مختلف استفاده ميشود.
ايسي هاي سنسور حرارت:
ايسي هاي سنسور دما در اندازه يك ترانزيستور معمولا ساخته مي شود و عموما سه پايه دارد . استفاده از اين سنسور ها بسيار ساده است و همچنين محدوده كار اين نوع ايسي ها معمولا بين 55 درجه سانتي گراد تا 150 درجه سانتي گراد است . وخروجي انها خطي است كه ممكن است متناسب با درجه بندي دماي مطلق يا درجه بندي سانتي گراد باشد .
اندازه گيري دما با امواج مادون قرمز :
اندازه گيري در مواقعي كه دماي مورد نظر خيلي زياد باشد از ابزار هاي اندازه‌گيري دما با امواج مادون قرمز استفاده مي گردد اين ابزار بدون قرار گرفتن در محل داغ دماي ان را اندازه مي گيرد . اساس كار اين دستگاهها تابش از اجسام است.
هر جسمي در هر دمايي باشد از خود نوري منتشر مي كند با افزايش دما ميزان تابش ؛ بيشتر مي شود كه با اندازه گيري شدت موج و طول موج دماي جسم بد ست مي ايد.
دماسنج هاي مادون قرمز اندازه گيري دما را بدون اتصال به جسم گرم انجام ميدهند و به اين ترتيب در صنعت كاربرد زيادي دارند .
موارد استفاده از اين وسيله عبارت است از اندازه گيري دماي فلزات مذاب ؛ دماي شيشه در حالت ساخت و همچنين در خط توليد كنترل كيفي برد هاي الكترونيكي براي تشخيص نقاطي از برد كه بيش از حد گرم شده اند از اين نوع سنسور مي توان استفاده كرد .
سنسور هاي غير الكتريكي :
اتصال دو نوار فلز غير هم جنس به هم يك سنسور دماي غير الكتريكي مي‌سازد .فلزات ضريب انبساط حرارتي متفاوتي دارند بنا بر اين با تغيير دما ؛دو فلز ؛ انبساط طولي متفاوتي پيدا مي كنند و چون به هم وصل شده اند كل ميله خم مي گردد .
اين نوع سنسور ها دقت كمي دارند ولي ارزان و در وسايل خانگي از انها استفاده مي گردد
انواع سنسور فشار:
فشار سنجهاي مكانيكي:
اين فشار سنجها در انواع مختلفي ساخته مي شود در يك نوع از اين فشار سنج ها يك لوله خميده وجود دارد كه يك جهت ان مسدود است و به عقربه اي متصل است سمت ديگر لوله باز است و به مخزن گاز يا مايعي كه مي خواهيم فشار ان را اندازه بگيريم وصل مي گردد. فشار باعث مي گردد لوله خميده اندكي باز گردد و سپس عقربه حركت كند .
اين فشار سنج ها دقت كمي دارندو براي فشارهاي بالاي يك اتمسفر و تا چند هزار اتمسفر استفاده مي شوند نوع ديافراگمي اين فشار سنج ها وجود دارد كه دقت و حساسيت بيشتري داشته وبراي فشار هاي كمتر استفاده مي گردد.
سنسور پيزو الكتريك :
كريستالهاي خاصي از عناصر وقتي تحت فشار قرار مي گيرند ولتاژ كوچكي در دو سر انها ايجاد مي شود با اندازه گيري اين ولتاژ ميتوان ميزان فشار را تعيين نمود .
سنسور خازني :
در اين سنسور ها كه نوعي از سنسور هاي فشار است يك خازن متشكل از دو صفحه فلزي و ماده دي الكتريك بين انها وجود دارد ؛در اثر فشار فاصله بين صفحات تغيير كرده و اين ظرفيت خازن را تغيير مي دهد . به صورت مشابه از تغيير ادوكتانس يك سلف نيز در سنجش فشار استفاده مي گردد .
سنسور هاي چگالي و چسبندگي :
در بسياي از صنايع؛ بخصوص صنايع توليدات مواد شيميايي اندازه گيري چگالي و چسبندگي محصول ضروري است .
سنسور هاي چگالي مايع :
چگالي يك مايع را ميتوان هنگامي كه مايع در لوله اي جريان دارد اندازه گرفت . سنسور به گونه اي نصب مي گردد كه بخشي از مايع از داخل ان عبور كند يك شناور در داخل سنسور وجود دارد وقتي چگالي مايع زياد شود شناور بيشتر به سمت بالا رانده مي شود يك سنسور مكان تغيير مكان شناور را تشخيص مي دهد همچنين يك سنسور دما ؛دماي مايع را اندازه گيري مي كند سپس با اندازه گيري مكان شناور و دماي مايع ؛چگالي مشخص مي شود.
سنسور هاي موقعيت :
در كاربرد هاي زيادي لازم است ميزان تغيير مكان خطي يا چرخشي اندازه گيري شود.
پتانسيومتر خطي و چرخشي :
پتانسيومتر يك مقاومت متغير است كه با تغيير مكان بازوي ان مقدار مقاومت تغيير ميكند با اندازه گيري ميزان مقاومت بين بازوي متحرك و يكي از سرهاي ثابت ؛مكان بازوي متحرك مشخص مي گردد ؛انواع پتانسيومتر ها در ابعاد و مقاومت هاي مختلف ژدر بازار وجود دارد . پتانسيومتر هاي چرخشي در دو نوع يك دوري و چند دوري وجود دارند ؛ در نوع يك دوري ميزان چرخش بازوي متحرك كمتر از 360 است و در نوع چند دوري ميزان چرخش به 10 تا 20 دور مي رسد .
: LUDT مبدل تفاضلي تغييرات خطي
يك ترانسفور ماتور با يك يك سيم پيچ اوليه و دو سيم پيچ ثاتويه يكسان LUDT است .
سيم پيچها دور يك لوله پيچيده شده اند و داخل انها يك ميله اهني متحرك وجود دارد وقتي ميله اهني نزديك سيم پيچ ثانويه است خروجي ان حد اكثر است و دو سيم پيچ خروجي طوري بسته شده اند كه وقتي ميله ما بين انها باشد خروجي صفر است .
سنسور هاي مجاورت :
اين كليد ها از خاصيت القايي جريانهاي سرگردان استفاده مي كنند اين كليد وجود يا عدم وجود يك هدف را تشخيص مي دهد .
خروجي سنسور به صورت 0يا 1 است فاصله اي كه اين سنسور ان را تشخيص ميدهد. معمولا بين 2. ميلي متر تا 10 ميلي متر است سنسور هايي كه از اثر خازن استفاده كنند قادر به تشخيص پلاستيك ؛چوب ؛ كاغذ و فلزات غير مغناطيسي هستند
سنسور هاي اثر هال :
ابتدا بايد بدانيم اثر هال چيست ؟
فرض مي كنيم از يك صفحه فلزي جريان الكتريكي عبور كند اگر ميدان مغناطيسي عمود بر صفحه اعمال كنيم اختلاف پتانسيل در عرض صفحه ايجاد مي شود اين اثر را اثر هال گويند .
تعداد ولتاژ هال بسيار كم و در حد 30-20 ميلي ولت است بنا بر اين بايد ان را تقويت نمود تا قابل استفاده باشد .
در برخي از كاربرد ها مثل تشخيص باز يا بسته بودن در ؛ يك مغناطيس كوچك در داخل سنسور وجود دارد وقتي در بسته مي شود يك قطعه فلز مغناطيس و سنسور ها ل قرار مي گيرد و مانع رسيدن ميدان مغناطيس به سنسور و در نتيجه ولتاژ هال صفر مي شود بدين ترتيب بسته بودن در تشخيص داده مي شود . LET در كد كننده ها يك
كد كننده ها :
كد كننده ها وسايل الكترو مكانيكي هستند كه مكان يا حركت را تشخيص مي دهند .
كد كننده چرخشي ؛افزايشي :
اگر در كد كننده خطوط يك سري پالس توليد شود نميتوان جهت حركت را تشخيص داد و فتوسل وجود دارد كه دو قطار پالس توليد مي كنند LED بنا بر اين در كد كننده ها اين دو قطار پالس نسبت به هم اختلاف فاز دارند وجود اين اختلاف فاز سبب مي شود كه جهت حركت را بتوان تشخيص داد .
سنسور هاي حركت :
سنسور هاي زيادي براي تشخيص شتاب ؛ سرعت و سرعت دوراني وجود دارد .
اندازه گيري شتاب :
شتاب سنجها عمدتا در تشخيص لرزش پلها و بزرگ راههايي كه در معرض زلزله هستند به كار مي رود هم چنين براي تشخيص لرزش پمبپها و ماشين هاي عظيم استفاده مي شوند
شتاب از قانون نيوتن اندازه گيري مي شود براي جرم ثابت يا اندازه گيري نيرو مي توان شتاب را اندازه گرفت . در بيشتر شتاب سنجها از سنسور پيزو الكتريك استفاده مي گردد.
ويژگي مهم سنسور هاي پيزو الكتريك خروجي بزرگ ؛ پاسخ فركانس بالا و سختي انها است .
تا كومتر :
تاكومتر سرعت زاويه اي يك محور را اندازه مي گيرد و بر حسب دور بر دقيقه نشان مي دهد . اندازه گيري دوراني نسبتا ساده است . سرعت دوراني را ميتوان با ميزان القاي ولتاژ در يك سيم پيچ اندازه گرفت هم چنين با استفاده از يك فتوسل و شمارش تعداد پالسها سرعت دوراني را ميتوان اندازه گرفت .
سنسور هاي رطوبت :
رطوبت سنجي عبارت است از ميزان بخار اب موجود در هوا نسبت به كل ميزان بخار ابي كه مي تواند در هوا وجود داشته باشد .
در بسياري از صنايع اندازه گيري ميزان رطوبت هوا بسيار مهم است . ميزان رطوبت نسبي به دما وابسته است و هر چه دما بيشتر باشد رطوبت بيشتري مي تواند به وجود ايد به همين دليل سنسور هاي رطوبت معمولا يك سنسور دما در داخل خود دارند كه اثر دما را جبران مي كند .
