สัญญาณดิจิทัล แอนะล็อก และดิสครีต: เข้าใจ AI, AO, DI, DO

สัญญาณดิจิทัล แอนะล็อก และดิสครีต: เข้าใจ AI, AO, DI, DO

รายการ I/O แยกระหว่างค่าที่วัด สถานะสองค่า และการสื่อสารข้อมูล AI, AO, DI และ DO บอกทิศทางอินพุต/เอาต์พุตและชนิดสัญญาณของตัวควบคุม ส่วนโพรโทคอลดิจิทัลต้องมีข้อมูลอินเทอร์เฟซและเครือข่ายเพิ่มเติม ยืนยันทั้งหน้าที่เชิงตรรกะและอินเทอร์เฟซทางไฟฟ้าก่อนเลือกการ์ด

สัญญาณสามกลุ่ม

สัญญาณดิสครีตแทนสถานะสองค่า เช่น เปิด/ปิด หรือเดินเครื่อง/หยุด การสื่อสารดิจิทัลเข้ารหัสค่า สถานะ หรือคำสั่งเป็นข้อความ ตัวอย่างคือ HART และ Modbus ส่วนสัญญาณแอนะล็อกเปลี่ยนแปลงภายในช่วงหนึ่ง ชั้นกายภาพของระบบดิจิทัลไม่ได้มีเพียงแรงดันสองระดับทุกแบบ และช่อง I/O ดิสครีตก็ไม่ใช่อินเทอร์เฟซเดียวกับพอร์ตสื่อสารดิจิทัล

ความสับสนมีที่มาจากการใช้งานในอดีต: ทั้งหน้าสัมผัสดิสครีตและบัสดิจิทัลใช้สองระดับ จึงมักเรียกทั้งสองว่า “ดิจิทัล” สำหรับการต่อสาย สิ่งสำคัญคือต้องแยกว่าสัญญาณนั้นเป็นค่าที่วัดแบบแอนะล็อก สถานะสองค่าแบบดิสครีต หรือข้อความแบบดิจิทัล

AI — อินพุตแอนะล็อก

อินพุตแอนะล็อกนำค่าที่วัดแบบต่อเนื่องเข้าสู่ตัวควบคุม แบบที่ใช้แพร่หลายคือ 4–20 mA เพราะ “ศูนย์มีชีวิต” ที่ 4 mA ทำให้ระบบแยกค่าศูนย์จริงที่ 4 mA ออกจากสายขาดที่ 0 mA ได้ อินพุตแอนะล็อกอื่น ได้แก่ 0–10 V เทอร์โมคัปเปิล และตัวตรวจวัดอุณหภูมิแบบความต้านทาน RTDs

การตัดสินใจสำคัญในการออกแบบ AI คือช่วงวัด: จุด 4 mA และ 20 mA ของทรานสมิตเตอร์ต้องตรงกับค่าหน่วยวิศวกรรมของช่อง มิฉะนั้นค่าที่อ่านจะถูกปรับสเกลผิดตลอดส่วนปลายทาง

AO — เอาต์พุตแอนะล็อก

เอาต์พุตแอนะล็อกส่งคำสั่งแบบต่อเนื่องจากตัวควบคุม มักเป็น 4–20 mA ไปยังตัวกำหนดตำแหน่งวาล์วหรือชุดขับ ตรวจสอบว่าเอาต์พุตจ่ายหรือรับกระแส และอะไรเป็นแหล่งจ่ายของวงจร โดยปกติสัญญาณป้อนกลับตำแหน่งเป็นอีกสัญญาณหนึ่งหรือเป็นค่าดิจิทัล การวัดกระแสคำสั่งซ้ำไม่ได้ยืนยันตำแหน่งวาล์วจริง

DI — อินพุตดิสครีต

อินพุตดิสครีตนำสถานะสองค่าเข้าสู่ตัวควบคุม เช่น ลิมิตสวิตช์ สวิตช์ระดับสูงมาก สวิตช์ความดัน หรือหน้าสัมผัสแสดงมอเตอร์เดิน โดยทั่วไปต่อเป็นหน้าสัมผัสแห้ง ซึ่งเป็นหน้าสัมผัสคู่ที่เปิดหรือปิด หรือใช้เซนเซอร์ตรวจจับระยะใกล้ NAMUR

หน้าสัมผัสแห้งต้องมีวงจรตรวจจับที่เข้ากันได้และอาจเกิดหน้าสัมผัสเด้ง สวิตช์ NAMUR ใช้อินเทอร์เฟซกระแสสองสายตามข้อกำหนด โดยทั่วไปมีคุณลักษณะแหล่งจ่าย 8.2 V, 1 กิโลโอห์ม ใช้เกณฑ์ของสวิตช์และแอมพลิไฟเออร์รุ่นจริง ทิศทางการทำงาน และการตั้งค่าความขัดข้องของสาย การเฝ้าระวังความขัดข้องช่วยเพิ่มการวินิจฉัย แต่ไม่ได้ทำให้สวิตช์ NAMUR ทุกตัวเป็นเซนเซอร์ที่มีพิกัดความปลอดภัย หรือเปิดเผยความเสียหายทางกลได้ทุกแบบ

DO — เอาต์พุตดิสครีต

เอาต์พุตดิสครีตเป็นคำสั่งสองค่าจากตัวควบคุม เช่น เริ่มปั๊ม เปิดโซลินอยด์วาล์ว หรือสั่งแตรเตือน โดยทั่วไปเป็นหน้าสัมผัสรีเลย์หรือเอาต์พุตทรานซิสเตอร์ คำถามในทางปฏิบัติคือเอาต์พุตสวิตช์โหลดใดได้จริง: รีเลย์รองรับ AC หรือ DC และกระแสสูงกว่า ส่วนเอาต์พุตทรานซิสเตอร์เป็นสารกึ่งตัวนำและทำงานเร็ว แต่โดยมากจำกัดที่ DC และกระแสต่ำ ตรวจสอบพิกัดหน้าสัมผัสของการ์ดเทียบกับกระแสกระชากของโหลด ก่อนใช้ DO ควบคุมคอนแทกเตอร์มอเตอร์

เลือกสัญญาณให้เหมาะกับงาน

การตัดระบบอาจรับสัญญาณจากทรานสมิตเตอร์แอนะล็อกหรือสวิตช์ดิสครีต ตามข้อกำหนดความปลอดภัยและแบบที่ได้รับอนุมัติ การ์ด AI หรือ DI เพียงตัวเดียวไม่ได้สร้างความเป็นอิสระ ต้องประเมินการใช้เซนเซอร์ร่วม จุดต่อกระบวนการ แหล่งจ่าย ลอจิก และองค์ประกอบสุดท้ายเป็นฟังก์ชันที่สมบูรณ์

คำถามจากช่างเทคนิค

คำถาม 1. 4–20 mA เป็นแอนะล็อกหรือดิจิทัล

กระแส 4–20 mA เป็นแอนะล็อก ทรานสมิตเตอร์ HART รองรับทั้งสองโดยซ้อนสัญญาณดิจิทัล FSK บนสายสองเส้นเดียวกัน แต่ตัวกระแสเองยังเป็นสัญญาณแอนะล็อก

คำถาม 2. หน้าสัมผัสแห้งกับหน้าสัมผัสมีแรงดันต่างกันอย่างไร

หน้าสัมผัสแห้งหรือหน้าสัมผัสไร้ศักย์ไม่ได้จ่ายแรงดันตรวจจับของตนเอง ส่วนเอาต์พุตที่มีแหล่งจ่ายจะจ่ายระดับไฟฟ้าที่อินพุตรับต้องรองรับ การ์ด DI แตกต่างกัน จึงต้องตรวจสอบแรงดัน กระแส จุดร่วม และรูปแบบจ่าย/รับกระแส แทนการสมมติว่าทุกการ์ดใช้การต่อหน้าสัมผัสแบบเดียวกันได้

คำถาม 3. NAMUR มีไว้เพื่ออะไร

อินเทอร์เฟซกระแสที่กำหนดไว้ทำให้อินพุตหรือแอมพลิไฟเออร์ที่เข้ากันได้แยกสถานะสวิตช์ และตรวจความขัดข้องของสายได้เมื่อตั้งค่าไว้ ยืนยันขอบเขตการตรวจจับและการตอบสนองเมื่อขัดข้องของทั้งวงจร กลไกติดค้างหรือความเสียหายบางอย่างของเซนเซอร์อาจยังต้องใช้การทดสอบพิสูจน์การทำงาน

คำถาม 4. สายเส้นเดียวส่ง AI และ DI ได้หรือไม่

โดยปกติตัวนำเส้นเดียวไม่ใช่วงจรที่ครบถ้วน ลูป HART สองสายส่งได้ทั้งค่าแอนะล็อกและสถานะดิจิทัล ขณะที่บัสอื่นอาจส่งค่าตรรกะหลายค่าได้ ข้อความเหล่านั้นไม่ได้กลายเป็นช่อง AI และ DI ทางกายภาพโดยอัตโนมัติ ระบบรับต้องรองรับอินเทอร์เฟซและการจับคู่ข้อมูล

คู่มือเทคนิคที่เกี่ยวข้อง

• สัญญาณเอาต์พุตทรานสมิตเตอร์ระดับเรดาร์: เลือกแบบที่เหมาะสม
• วิธีกำหนดสเปกทรานสมิตเตอร์ระดับเรดาร์: 14 รายการที่กำหนดใบเสนอราคา

ปรึกษา METRAVON เกี่ยวกับงานวัดของคุณ