Sisteme Analogice și Digitale

1.Structura sistemului de interfata cu procesul condus

Structura sistemului de interfata cu procesul condus (SIP) este destinat adaptarii corespunzatoare a semnalelor purtatoare de informatie si a comenzilor intre sistemul de conducere si procesul industrial condus.Marimile masurate sunt marimi analogice (temperatura, debit, presiune) sau marimi numerice (atingere de limitatoare de cursa, starea unor contacte). Aceste marimi sunt furmizate la intrarea sistemului de interfata sub forma de semnale electrice si se pot clasifica astfel :

1.Semnale purtatoare de informatie

a) Semnale analogice :

- continue ;

- de curent (2-10mA sau 4-20mA) ;

- de tensiune (0-100V, +/- 10V, 0-20mV)

- discontinue : impulsuri de frecventa fixa modulate in amplitudine)

b) Semnale numerice :

- indicand starea unor elemente ;

- indicand valoarea numerica a unei marimi: in forma binara, in forma zecimala

- semnale cvasinumerice: nr de impulsuri pe secunda, frecventa unui tren de impulsuri.

2.Semnale de comanda

a) Comenzi analogice : de tip curent (2-10mA sau 4-20mA) ; de tip tensiune (+/-10V).

b) Comenzi numerice : cu 2 stari (pornit,oprit) sau propriu zise.

Subsistemul intrarilor analogice (SIA) transforma semnalele de masura in marimi numerice reprezentate pe 8,10,12,16 biti. Subsistemul iesirilor analogice (SOA) primeste la intrare marimi numerice pe care le transforma in semnale de tensiune sau curent prin care se comanda elementele de executie. Sistemul de interfata asigura o izolare galvanica intre echipamentul de conducere si rocesul industrial.

O cerinta pe care sistemul de interfata trebuie sa o indeplineasca este viteza de lucru. Intr-o perioada de esantionare, sistemul de conducere trebuie sa realizeze achizitia semnalelor din proces.

Subsistemul intrarilor analogice(SIA)

SIA constituie partea sistemului de interfata ce permite obtinerea informatiilor cantitative despre procesul condus,reprezentate intr-o forma care asigura compatibilitatea cu sistemul de calcul. In toate cazurile se iau in considerare semnale electrice,pt ca aceste semnale pot fi digitizate foarte usor. Daca la iesirea traductorului nu avem semnal electric (ex :hidraulic sau pneumatic) acesta va fi transformat intr-un semnal electric cu un convertot semnal neelectric – curent.

Analiza performantelor SIA – se analizeaza principalele caracteristicicare determina performantele SIA si anume : rejectia erorilor de mod comun ; stabilitatea cu temperatura ; liniaritatea ; rezolutia ; durata conversiei.

2.Rejectia erorilor de mod comun la intrarile analogice

Erorile de mod comun apar datorita diferentei de potential intre masa traductorului si masa punctului de conectare la SIA.Daca notam VS valoarea tensiunii la iesirea traductorului, cu Vg valoarea diferentei de potential intre masa traductorului si masa SIA si cu Vin valoarea diferentei de potential la intrarea SIA , se obtine formula: Vin= VS+ Vg

La distante de ordinal sutelor de metri diferenta de potential Vg este de ordinul a 200-300V,amplificata de curentii de circulatie,la intrarea SIA semnalului VIN este mult amplificat fata de VS. Asadar se utilizeaza modul de intrare diferential, mod ce elimina intro mare masura erorile de mod comun.

Pt a determina influenta tensiunii de mod comun Vg asupra tensiunii de intrare Vin se poate folosi principiul superpozitiei, neutralizand sursa de semnal.Schema echivalenta este in figura de mai jos si se obt relatiile:

Vin=Iin*Rin ; Ig2=I2+Iin ; Ig1=I1-Iin ; Vg+Rg2Ig2+R2I2=0 ; Vg+Rg2Ig2+R1I1=0 ; Rg2Ig2+RinIin-Rg1Ig1=0 Coeficientul de rejectie a tensiunilor de mod comun(CMRR) se defineste ca raportul dintre tensiunea de mod comun si tensiunea produsa de aceasta la intrarea SIA.

CMRR=(R1+Rg1)*(R2+Rg2)/R1=Rg2-R2*Rg1

Daca se considera Rg1=Rg2=Rg si R1,R2 neglijabile fata de Rg1,Rg2, se obitne:CMRR=Rg/R1-R2.CMRR este masurat in decibel,valoare lui fiind:CMRR=20logRg/R1-R2

4.Conexiunea la masa,ecranarea si tensiunea de alimentare

Ecranarea si impamantarea au o importanta majora la asigurarea eliminarii erorilor de interferinta se pot provoca erori in prelucrarea semnalelor.Problemele de interferenta pot fi impartite in 3 clase:-probleme locale generate de materalele utilizate in drumul semnalelor –problem ale sistemului,legate in special de conexiunea la masa-probleme datorate fenomenelor exterioare(campuri electrice,magnetice,etc).Conexiunea la masa studiaza interferenta create prin cuplarea rezistiva intre calea de semnal si conductorul de masa,adica conductorul la care se obtine potentialul zero.Existenta potentialelor diferite in suprafata de impamantare arata ca utilizarea cuvantului ground este incorecta.In sistemele electronice,punctual de masa determina potentialul punctului de referinta.Prin ecranare se elimina capacitatea mutual ce poate apare intre oricare doua conductoare.Cazul des intalnit este cel al interferentei in amplificatoarele electronice pt frecventa industrial datorita campurilor ce inconjoara liniile de alimentare.Pt eliminarea acestor interferente se considera trei reguli de baza:

Regula1: Legarea ecranului electric la potentialul zero in orice circuit continand un ecran.

Aceasta conexiune elimina capacitatea care apare intre linia de nul si ecran,capacitate ce determina tensiuni care sa mixeaza cu semnalul util.In figura nu a fost indicat punctual comun al ecranului si al semnalului,ca fiind legat la pamant.Daca semnalul nu este impamantat,nu este necesar ca el sa fie legat in masa,pt ca oricum se va elimina capacitatea parazita.Daca regula 1 este incalcata,zero ecran si zero semnal nu sunt legate.Capacitatile C1e,C2e si C3e sunt capacitati parasite creta prin interferenta.

Prin alicarea regulii 1 capacit parazita este elim si circuitul echivalent este cel prezentat in figura 3.