Kadar je treba delovanje neke naprave spremljati ali jo daljinsko krmiliti prek para prepletenih vodnikov (parice), se za prenos električnih signalov uporabljajo analogne tokovne zanke. Značilnost tokovne zanke je, da lahko v nekem trenutku v nekem tokokrogu teče le ena vrednost toka. Naš mali industrijski krmilnik MiniPLC ima možnost priključitve različnih vhodnih naprav, ki svoje stanje ali vrednosti sporočajo krmilniku v obliki toka v območju od 4 do 20 mA.
Tokovne zanke v osnovi spadajo na področje analogne tehnike in signalov, zato je razumevanje njihovega delovanja precej bolj preprosto, kot pri sodobnih digitalnih tokovnih vmesnikih FieldBus ali ProfiBus, katerima je čistokrvni prednik in jima je že »v davnih časih« pripravil osnovo robustnega tokovnega prenosa informacije na daljavo. Ker analogna tokovna zanka izvira še iz »davnih časov«, v večini primerov potrebujemo za razhroščevanje le prenosni merilni instrument – multimeter, medtem ko na digitalnih vodilih odpravljanje težav zahteva visoko usposobljen strokovni kader, saj lahko to postane zelo kompleksna naloga.
In kaj je tako privlačnega v tej tokovni zanki, da nas kljub svoji starosti brez sramu spremlja tudi v novem tisočletju? Najbrž dejstvo, da je tok manj občutljiv na različne motnje in da v celoti izkorišča Ohmov zakon (slika 1), ki pravi, da je padec napetosti na nekem uporu odvisen od njegove upornosti in toka, ki teče skozenj. Če z nekim posebnim vezjem krmilimo tok, bo na istem uporu z enako vrednostjo upornosti nastal takšen padec napetosti, ki bo sorazmeren temu krmiljenemu toku.
Na sliki 2 imamo tabelo z nekaj izračunanimi vrednostmi napetosti pri različnih tokovih skozi upor z upornostjo 220 Ω, kakršnega imamo vgrajenega tudi v našem krmilniku MiniPLC, na sliki 3 pa graf s točkami, ki predstavljajo padce napetosti na uporu pri teh tokovih.
Tudi iz grafa je razvidno, da gre za linearno razmerje med tokom in napetostjo, kot je bilo pričakovati glede na osnovno formulo Ohmovega zakona. Naklon premice, na kateri ležijo točke, je odvisen od upornosti upora, na katerem merimo padce napetosti in bo bolj položen, če bo upornost nižja in bolj strm, če bo upornost višja. Tudi ta pojav je najbrž razumljiv, saj vemo, da je na primer padec napetosti pri serijski vezavi uporov večji na uporih z višjo vrednostjo upornosti. Linearnost razmerij med veličinami nam kasneje v programu zelo poenostavi morebitne izračune z vrednostmi, ki jih dobimo z AD pretvorbo izmerjenih napetosti.
Prednosti tokovne zanke
Tokovne zanke so robustna oblika prenosa nekih vrednosti, predvsem z različnimi tipali na oddaljenih lokacijah do krmilnika ali podobnih elektronskih naprav v industriji. Hkrati je to najpogostejši način prenosa informacije o merilni veličini v industriji.
Tokovno merilno zanko sestavljajo tipalo skupaj z merilnim pretvornikom kot »oddajnik«, upor kot pretvornik toka v napetost na »sprejemni« strani skupaj s prikazovalnikom trenutne vrednosti merjene veličine ter par bakrene prepletene žice kot dvožilna fizična povezava med »oddajnikom« in »sprejemnikom«. Namesto prikazovalnika lahko na sprejemni strani priključimo tudi A/D pretvornik (kot na primer v našem krmilniku) za pretvorbo analogne vrednosti v digitalno, če želimo vrednost, ki jo predstavlja signal tudi kakorkoli obdelovati, zapisovati in shranjevati. Oddaljene lokacije pomenijo razdalje tudi do več tisoč metrov, kar bi bilo za običajen prenos informacije v obliki napetostnih nivojev povsem nemogoče že zaradi motenj, ki jih žice »naberejo« pri tolikšni dolžini žic oziroma kabla. Kabel omenjam zato, ker moramo že za prenos napetostnih nivojev nad nekaj deset centimetri uporabiti oklopljen (koaksialni) kabel, ki ščiti žice v notranjosti kabla pred zunanjimi elektromagnetnimi vplivi, kamor spadajo tudi vse vrste motenj. Razmerje med nivojem pravega signala in motenj bi se sicer z vsakim metrom bolj prevesilo v korist motenj in po nekaj metrih bi bile kot signal lahko izmerjene le še motnje. Prenos informacije prek tokovne zanke pa gre na drugi strani preprosto po bakreni parici, kar je najbrž najcenejša izvedba podatkovnega vodila, res pa je, da vsak signal zahteva svojo parico!
MiniPLC – krmilnik – Trgovina
Programiranje mikrokontrolerjev z lestvično logiko LDmicro (9)
AX elektronika d.o.o.
2015_SE231_44
