Новостной и аналитический портал "время электроники". Унифицированные аналоговые сигналы в системах автоматики Аналоговое управление 0 10 в

Диммер (Dimmer) – в русском языке – светорегулятор, который используется для регулировки яркости свечения светильников системы освещения.

При проектировании аудиовизуальных комплексов (АВК) помещений порой возникает задача управления системой освещения в данном помещении с помощью интегральной системы управления АВК.

К системе освещения помещений, оборудованных АВК, предъявляются дополнительные требования: зонирование освещения (разбивка светильников на группы по функциональному назначению); возможность плавной регулировки освещенности (диммирования) в отдельных зонах.

Выбор типа диммеров и интерфейсов управления диммерами усложняется тем, что часто, на этапе проектирования, не удается получить от заказчика детальную техническую информацию об используемых светильниках системы освещения. А универсальных диммеров для управления любыми типами светильников не существует, некоторые типы светильников вообще не диммируются!

Чтобы минимизировать риски совместимости, оптимальным вариантом для проектировщика АВК является такой вариант, когда поставщик светильников поставляет светильники в комплекте с соответствующими диммерами (обычно это ЭПРА с дополнительной опцией диммирования). Остается лишь определить интерфейс управления такими диммерами.

Электронный ПускоРегулирующий Аппарат (ЭПРА, электронный балласт) - электронное устройство, обеспечивающий пуск и поддержание рабочего режима газоразрядных осветительных ламп.

Можно долго дискутировать о выборе типа интерфейса, но наиболее простым с точки зрения подключения и настройки, а так же более дешевым является аналоговый интерфейс 0-10 В.

Аналоговый интерфейс 0-10 В.

Данный аналоговый интерфейс определен в стандарте IEC 60929 (Приложение E). В интерфейсе используется один провод управления, по которому и передается сигнал управления 0 – 10 В (плюс нулевой провод). В качестве устройства управления может выступать специальный диммер или схема в составе системы управления. Устройство управления или диммер работает как источник тока, что позволяет управлять несколькими ЭПРА, включенными параллельно. Значение управляющего напряжения 10 В, обеспечивает максимальную яркость светильника, которая линейно снижается до нуля при уменьшении напряжения до 0 В, как показано на рисунке.

Напряжение 10 В соответствует максимальной яркости (100%), а 0 В - отключению света (0%) или минимально возможному уровню яркости.

Итак, светильники с диммером (ЭПРА с диммированием) подключаем по интерфейсу 0-10 В к контроллеру управления. Управляем светом: уменьшаем интенсивность, увеличиваем, все прекрасно работает. Хотим выключить светильник уменьшая управляющее напряжение до 0 В, но не можем, светильники продолжает гореть с малым уровнем яркости. В чем дело – дело в закавыке. Смотрим внимательно документацию и видим, что рабочее управляющее напряжение ЭПРА 1-10 В! Выключить такой светильник, уменьшив управляющее напряжения до 0 В, невозможно. К сожалению порой это выясняется, в самый последний момент, когда оборудование уже закуплено и смонтировано.

Если планируется использовать светильники с диммером (ЭПРА с диммированием) подключаемые по интерфейсу 0-10 В, необходимо предусмотреть установку дополнительного реле для каждой группы светильников.

65 нанометров - следующая цель зеленоградского завода «Ангстрем-Т», которая будет стоить 300-350 миллионов евро. Заявку на получение льготного кредита под модернизацию технологий производства предприятие уже подало во Внешэкономбанк (ВЭБ), сообщили на этой неделе «Ведомости» со ссылкой на председателя совета директоров завода Леонида Реймана. Сейчас «Ангстрем-Т» готовится запустить линию производства микросхем с топологией 90нм. Выплаты по прошлому кредиту ВЭБа, на который она приобреталась, начнутся в середине 2017 года.

Пекин обвалил Уолл-стрит

Ключевые американские индексы отметили первые дни Нового года рекордным падением, миллиардер Джордж Сорос уже предупредил о том, что мир ждет повторение кризиса 2008 года.

Первый российский потребительский процесор Baikal-T1 ценой $60 запускают в массовое производство

Компания «Байкал Электроникс» в начале 2016 года обещает запустить в промышленное производство российский процессор Baikal-T1 стоимостью около $60. Устройства будут пользоваться спросом, если этот спрос создаст государство, говорят участники рынка.

МТС и Ericsson будут вместе разрабатывать и внедрять 5G в России

ПАО "Мобильные ТелеСистемы" и компания Ericsson заключили соглашения о сотрудничестве в области разработки и внедрения технологии 5G в России. В пилотных проектах, в том числе во время ЧМ-2018, МТС намерен протестировать разработки шведского вендора. В начале следующего года оператор начнет диалог с Минкомсвязи по вопросам сформирования технических требований к пятому поколению мобильной связи.

Сергей Чемезов: Ростех уже входит в десятку крупнейших машиностроительных корпораций мира

Глава Ростеха Сергей Чемезов в интервью РБК ответил на острые вопросы: о системе «Платон», проблемах и перспективах АВТОВАЗа, интересах Госкорпорации в фармбизнесе, рассказал о международном сотрудничестве в условиях санкционного давления, импортозамещении, реорганизации, стратегии развития и новых возможностях в сложное время.

Ростех "огражданивается" и покушается на лавры Samsung и General Electric

Набсовет Ростеха утвердил "Стратегию развития до 2025 года". Основные задачи – увеличить долю высокотехнологичной гражданской продукции и догнать General Electric и Samsung по ключевым финансовым показателям.

При автоматизации технологических процессов используются различные датчики и исполнительные устройства. И те и другие так или иначе связаны с контроллерами или модулями ввода/вывода, которые получают от датчиков измеренные значения физических параметров и управляют исполнительными устройствами.

Представьте, что все устройства, присоединяемые к контроллеру имели бы различные интерфейсы — тогда производителям пришлось бы «плодить» огромное количество модулей ввода-вывода, а для того, чтобы заменить, например, неисправный датчик, нужно было бы искать точно такой же.

Именно поэтому, в системах промышленной автоматики принято унифицировать интерфейсы различных устройств.

В этой статье мы расскажем об унифицированных аналоговых сигналах. Поехали!

Унифицированные аналоговые сигналы

С аналоговыми сигналами мы имеем дело при измерении любых физических величин (температуры, влажности, давления и т.д.), а так же при непрерывном управлении исполнительными устройствами (регулирование скорости вращения двигателя с помощью преобразователя частоты; управление температурой с помощью нагревателя и т.д.).

Во всех перечисленных и им подобных случаях используются аналоговые (непрерывные) сигналы.

В контроллерном оборудовании в подавляющем большинстве случаев используются два типа аналоговых сигналов: токовый 4-20 мА и сигнал напряжения 0-10 В.

Унифицированный сигнал напряжения 0-10 В

При использовании этого типа сигнала для получения информации с датчика весь его (датчика) диапазон делится на диапазон напряжения 0-10 В. Например, датчик температуры имеет диапазоны -10…+70 °С. Тогда при -10 °С на выходе датчика будет 0 В, а при +70 °С — 10 В. Все промежуточные значения находятся из пропорции.

Это же верно для любого другого устройства. Например, если аналоговый выход частотного преобразователя настроен на передачу текущей скорости вращения двигателя — тогда 0 В у него на выходе означает, что двигатель остановлен, а 10 В, что двигатель крутится на максимальной частоте.

Управление сигналом 0-10 В

С помощью унифицированного сигнала напряжения можно не только получать данные о физических величинах, но и управлять устройствами. Например, можно привести в нужное положение, изменить скорость вращения электродвигателя через частотный преобразователь или мощность нагревателя.

Возьмём для примера электродвигатель, частотой вращения которого управляет частотный преобразователь.

Частоту вращения двигателя задаёт контроллер сигналом 0-10 В, приходящим на аналоговый вход частотника.Частота вращения двигателя двигателя может быть от 0 до 50 Гц. Тогда, если в соответствии с алгоритмом контроллер собирается раскрутить двигатель на 25 Гц, он должен подать на вход частотника 5В.

«Токовая петля»: унифицированный аналоговый сигнал 4-20 мА

Аналоговый сигнал 4-20 мА (ещё называют «токовая петля») так же как сигнал напряжения 0-10 В используется в автоматике для получения информации от датчиков и управления различными устройствами.

По сравнению с сигналом 0-10 В сигнал 4-20 мА имеет ряд преимуществ:

• Во-первых, токовый сигнал можно передать на большие расстояния в сравнении с сигналом 0-10 В, в котором происходит падение напряжения на длинной линии, обусловленное сопротивлением проводников.
• Во-вторых, легко диагностировать обрыв линии, т.к. рабочий диапазон сигнала начинается от 4 мА. Поэтому если на входе 0 мА — значит на линии обрыв.

Управление сигналом 4-20 мА

Управление различными устройствами с помощью токового сигнала ничем не отличается от управления с помощью сигнала напряжения. Только в данном случае нужен уже источник не напряжения, а тока.

Если устройство имеет управляющий вход 4-20 мА, то таким устройством может управлять контроллер или другое интеллектуальное устройство, имеющее соответствующий выход.

Например, мы хотим плавно открывать вентиль, имеющий электропривод со входом 4-20 мА. Если подать на вход сигнал тока 4 мА, тогда вентиль будет полностью закрыт, а если подать 20 мА — полностью открыт.

Активный и пассивный аналоговый выход 4-20 мА

Зачастую аналоговый выход датчика, контроллера или другого устройства — пассивный, то есть не может являться источником тока без внешнего питания. Поэтому при проектировании схемы автоматики нужно внимательно изучить характеристики аналоговых выходов используемых устройств, и если они пассивные — добавить в схему внешний источник питания для пропитки токовой петли.

На рисунке представлена схема подключения датчика с выходом 4-20 мА к измерителю-регулятору с соответствующим входом. Поскольку выход датчика пассивный — требуется его пропитка внешним блоком питания.

При измерении физической величины (температуры, влажности, загазованности, pH и др.) датчики преобразуют её значение в ток, напряжение, сопротивление, ёмкость и т.д. (в зависимости от принципа работы датчика). Для того, чтобы привести выходной сигнал датчика к унифицированному сигналу используют нормирующие преобразователи.

Нормирующий преобразователь — устройство, приводящее сигнал первичного преобразователя к унифицированному сигналу тока или напряжения.

Так выглядит датчик температуры с нормирующим преобразователем:

Для диммирования (регулировка светового потока) светодиодных лент и светильников часто используются системы управления светом, работающие по стандартам 0-10 В и 1-10 В. Схема подключения светодиодной ленты представлена на рис 1.

Рис 1. Схема подключения светодиодной ленты через диммер (LED Dimmer SR-2001) компании Arlight.

Иногда при организации систем управления светом возникают вопросы в различии стандартов диммирования 0-10 В и 1-10 В. Стандарты очень похожи, при изменении напряжения сигнала, предполагается изменение светового потока. Если значение 10 В, то световой поток максимальный, если значение 1 (0) В, то световой поток минимален. Порой кажется, что эти стандарты одинаковы, но это не совсем так.

Разберемся в различии этих стандартов:

Стандарт 0-10В регламентируется ANSI E1.3, разработан Американским национальным институтом стандартов (American National Standards Institute). Стандарт предполагает активный регулятор и пассивный диммер, отвечающий на сигналы регулятора, схема представлена на рис. 2 . Регулятор играет роль активного источника, задающего напряжение в зависимости от поворота движка, для работы такого регулятора к нему всегда подается питающее напряжение. Диммер пассивный, он реагирует изменением светового потока на изменения напряжения, создаваемые регулятором.

При значении сигнала 10В система выдает 100% яркости. При 0В – 0% яркости, полное гашение.

Рис. 2. Схема подключения по стандарту 0-10В.

Стандарт 1-10В регламентируется IEC 60929, стандарт разработан Международной электротехнической комиссией (МЭК; англ. International Electrotechnical Commission). Регулятор пассивный, выполняет роль потребителя (это резистивный элемент, потенциометр), диммер является активным, он создает электрическое напряжение в системе управления.

При значении сигнала 10В система выдает 100% яркости. При 1В или ниже – минимальная яркость, уровень яркости зависит от производителя, для полного гашения необходимо разрывать цепь питания 220В., поэтому такие регуляторы часто снабжают выключателем, который при повороте движка на минимальное значение разрывает цепь питания. Принципиальная схема подключения представлена на рис. 3 .

Рис. 3. Схема подключения по стандарту 1-10В.

Заключение

Покупателю совершенно не нужно знать кто источник, а кто потребитель, кто пассивный, а кто активный. Важно понять, что не все диммеры и регуляторы совместимы друг с другом.

Диммеры 1-10В могут работать с любыми регуляторами как с 1-10В, так и с 0-10В, но с регулятором 0-10В может потребоваться дополнительный выключатель.

Диммеры 0-10В могут работать только с активным регулятором 0-10В. На рисунке 4 (а,б,в) представлены рабочие схемы подключения,

Управление 0-10 В

1. Что такое 0-10 В?

2. Зачем котлам такой вход?

Чтобы плавно управлять мощностью или температурой котла.

3. Для каких котлов это нужно?

Традиционно котлами управляют по «сухому контакту». Если замкнуто - значит котел включается и греет теплоноситель. Если разомкнуто - котел не греет.

Если у котла одноступенчатая горелка, то это самый простой, правильный и единственно возможный способ работы с ним.

Если у котла модулированная горелка, то управлять так тоже можно, но сама процедура модуляции работать не будет, котел либо будет работать по-максимуму, либо будет выключен. Для управления модуляцией горения придумали разные способы, в т.ч. внешним сигналом 0-10 В.

4. Чем модулированная горелка лучше одноступенчатой?

Одноступенчатая будет включаться-выключаться для достижения определенной температуры подачи. Очень часто это делать обычно нельзя, поэтому придумали работать по гистерезису, то есть котел будет перегревать теплоноситель на определенную величину, после чего погаснет до тех пор, пока теплоноситель не остынет до нужной температуры.

Таким образом, котел:

включается-выключается, что ведет к лишнему шуму и некоторому небольшому перерасходу энергоносителя в этих переходных процессах.

перегревает теплоноситель, что ведет к немного большему износу системы отопления из-за цикличного нагрева и охлаждения, а также небольшому перерасходу энергоносителя на повышенные теплопотери с труб котлового контура.

Модулированная же горелка имеет некоторую глубину модуляции, обычно 50…80%, то есть может снижать мощность вплоть до 50…20% при пониженной потребности в тепле и постоянно работать на этой мощности не выключаясь и удерживая температуру подачи на постоянном требуемом уровне.

нет переходных процессов

нет перегрева теплоносителя

5. У меня котел с модулированной горелкой. Мне нужно управление по 0-10 В?

В простых системах нет ничего кроме котла и радиаторов. В них котел часто может сам рассчитать требуемую температуру подачи по уличной температуре и держать ее далее изменяя модуляцию горелки, и к тому же котел часто может сам управлять приготовлением горячей воды.

Если у вас система отопления несколько сложнее, то есть есть несколько контуров с разными температурными режимами, например - несколько этажей, зданий или есть еще теплые полы, снеготайка, бассейн, вентиляция, или разноплановые источники тепла - каскад котлов, твердотопливный котел, газовый, электрокотел по ночному тарифу, солнечные коллектора, теплоаккумулятор и т.д., то для управления этой системой понадобится внешняя автоматика.

Внешняя автоматика рассчитывает сама, какая температура нужна в какой точке системы и включает котлы по своему усмотрению.

Здесь уже хорошо бы уметь задавать температуру или мощность в котле, если он модулируемый. Для этого используют сигнал 0-10 В.

6. Надо ли что-то докупать для котлов?

Бывает что такой вход есть в самих котлах внутри, например в котлах DeDietrich с Diematic.

Бывает что существует модуль расширения, который надо поставить внутрь котла или подсоединить снаружи, например плата VR34 для котлов Vaillant.

Практически у всех производителей котлов с модулируемой горелкой есть модели или переходники с входом 0-10 В.

7. Как котлы интерпретируют сигнал 0-10 В?

Бывает два режима:

установка желаемой температуры, например 1 В ⇒ 10 °С, 10 В ⇒ 100 °C

установка мощности горелки, например 1 В ⇒ 10 %, 10 В ⇒ 100 %

Чаще всего, можно выбрать одну из этих интерпретаций в котле.

В автоматике SmartWeb тоже можно использовать обе интерпретации, но в других автоматиках обычно только какая-то одна.

8. Какой режим выбирать - по мощности или по температуре?

Таким образом, мы используем полностью заводские алгоритмы производителя котла и температура получается наиболее стабильной.

Дело в том, что при управлении каскадом котлов, идеально правильного управления по температуре не получится сделать. При самом лучшем алгоритме, необходимо будет запустить первый котел в перегрев относительно требуемой температуры, чего можно было бы избежать, работая по мощности.

9. Хорошо, а есть ли какие-то альтернативы 0-10 В?

Есть протокол OpenTherm, в котором тоже можно задавать температуру котла.

Плюсы относительно управления по 0-10 В:

Можно считывать ошибки котла

У котлов есть диалекты этого стандарта, не факт что котел будет работать с вашей автоматикой или что будут считываться ошибки

Невозможно продиагностировать соединение, т.к. стандарт цифровой и без анализатора шины там делать нечего. При управлении по 0-10 В для диагностики достаточно вольтметра и батарейки.

10. У моего котла модулированная горелка, но нет возможности подключить 0-10 В, есть еще варианты?

Для котлов со встроенной погодозависимой автоматикой и датчиками уличной температуры номиналом NTC5K…NTC10K придуман специальный адаптер P10 , который подключается к этим котлам на клемму уличного датчика, и таким образом можно управлять котлом по температуре. К таким котлам относятся котлы Baxi Slim/Luna, Viessman Vitodens 100 и др.