مقیاس‌گذاری ورودی آنالوگ کاربردهای متعددی دارد و به همسو کردن مقادیر خروجی با معادل‌های واقعی آن‌ها در دنیای حقیقی کمک می‌کند. اگرچه بیشتر مقیاس‌گذاری‌ها به صورت خطی انجام می‌شوند، ولی تغییرات در دنیای واقعی اغلب چنین ساده و مستقیم نیستند. درک کامپیوترها از اعداد در مقایسه با انسان‌ها متفاوت است.

برای مثال، کمیت‌های فیزیکی مانند دما، فشار و فاصله به راحتی با واحدهایی مانند درجه سلسیوس، پوند بر اینچ مربع یا متر درک می‌شوند. هنگامی که این مقادیر از طریق سنسورها به یک سیستم دیجیتال وارد می‌شوند، باید تبدیل یا مقیاس‌گذاری شوند تا به شکلی قابل استفاده و قابل درک درآیند. مقیاس‌گذاری شامل نگاشت یک محدوده از مقادیر ورودی آنالوگ به یک محدوده متناظر از مقادیر حدی است که به PLC اجازه می‌دهد تا سیگنال آنالوگ را به عنوان یک مقدار عددی در محدوده تعریف شده اندازه‌گیری و تفسیر کند. این فرآیند برای اطمینان از اندازه‌گیری و کنترل دقیق و قابل اعتماد سیگنال‌های آنالوگ در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی حائز اهمیت است.

انواع مقیاس‌گذاری ورودی آنالوگ

بیایید در مورد دو دسته سیگنال‌های آنالوگ: ولتاژ و جریان صحبت کنیم. اصول ریاضیاتی پشت فرآیند مقیاس‌گذاری یکسان است، صرف نظر از نوع ورودی/خروجی آنالوگ مورد استفاده. انتخاب بین I/O ولتاژ یا جریان به ویژگی‌های سیستم تحت کنترل بستگی دارد.

یک سیگنال جریان استاندارد در محدوده ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر عمل می‌کند. حد پایین ۴ میلی‌آمپر نشان می‌دهد که سنسور حتی زمانی که کمیت فیزیکی اندازه‌گیری شده در حداقل مقدار خود است، همچنان یک خروجی تولید می‌کند. از سوی دیگر، حد پایین یک سیگنال ولتاژ ۰ ولت است و هیچ راه قطعی برای تعیین این وجود ندارد که آیا خوانش ۰ ولت به دلیل اتصال معیوب یا یک اندازه‌گیری واقعی از سنسور است.

از سیگنال های 4-20 میلی آمپر برای انتقال مقدار فیزیکی مانند دما، فشار، سطح مایع یا هر مقدار فیزیکی دیگر (همگی مقدار فرایند نامیده می شود) استفاده می گردد. برای تبدیل مقدار فرایند به جریان و برعکس، از رابطه خطی بین این دو متغیر استفاده می شود.

به عنوان مثال:

یک pHمتر با دامنه، 0-14 میزان 7 را اندازه گیری می کند. بنابراین جریان 12میلی آمپر، در مدار برقرار می شود. تبدیل خطی یک فرمول جریان (I) به مقدار فیزیکی (PV):

که در آن، I جریان لحظه ای است که با ابزاردقیق، اندازه گیری شده، میلی آمپر 4 = I_min و میلی آمپر 20 = I_max و مقادیر فرایندی pHبرای مثال فوق14 = PV_max و 0 = PV_min می باشد.

حال، اعدادی در سیستم کنترل و HMI خوانده می شود که لازم است با میزان جریان یا فرایند مقایسه شود. در همین راستا، ماشین حسابی طراحی شده تا با انتخاب متغیر (مانند فرایند، جریان، درصد و …)، سایر پارامترهای معادل را محاسبه نماید. ماشین حساب معادل سازی پارامترها با سیگنال الکتریکی هنگام راه اندازی سیستم کنترل و تطبیق ابزاردقیق ها با سیستم های SCADA و DCS کاربرد فراوانی خواهد داشت.

بیشتر بخوانید: آشنایی با سنسور دیجیتال و سنسور آنالوگ

نمایی از صفحه اصلی ماشین حساب “معادل سازی پارامترها با سیگنال الکتریکی”، نمایش داده شده است:

در ادامه یک راهنمای تخصصی و فنی برای تبدیل مقادیر سنسور به پارامترهای رایج مانند درصد، مقادیر هگزادسیمال (Hexadecimal) و دسیمال (Decimal) ارائه می‌شود.

مقادیر خامی که از سنسورها (مثلاً از طریق کارت آنالوگ PLC) خوانده می‌شوند، به صورت باینری ذخیره می‌شوند. نمایش این مقادیر به فرمت‌های مختلف، بسته به نیاز برنامه‌نویس یا اپراتور سیستم، کاربرد دارد:

• درصد (Percentage): برای نمایش گرافیکی (مانند نمایشگرهای پیشرفت)، کنترل ساده (مثلاً باز بودن شیر به میزان ۷۰٪) و درک شهودی از وضعیت سیستم.

• دسیمال (Decimal): برای انجام محاسبات ریاضی، مقایسه و منطق کنترلی در برنامه.

• هگزادسیمال (Hexadecimal): برای عیب‌یابی سطح پایین، تنظیمات رجیسترها و ارتباط مستقیم با سخت‌افزار

به عنوان مثال: فرض کنید یک سنسور فشار با محدوده ۰ تا ۱۰ بار داریم که به یک ورودی آنالوگ PLC متصل است. PLC سیگنال ۴-۲۰ میلی‌آمپر این سنسور را به یک مقدار عددی (word) در محدوده ۰ تا ۲۷۶۴۸ تبدیل می‌کند.

تبدیل مقدار فیزیکی به سیگنال الکتریکی- ابزار آنلاین برای مهندسان

ما در این صفحه یک ابزار آنلاین برای تبدیل مقدار فرایندی به سیگنال ارائه کردیم که مقدار فیزیکی را به مقدار جریان، ولتاژ و سایر مقادیر (و بالعکس) تبدیل می‌کند.