Techniki kondycjonowania sygnału (zwane także przetwarzaniem, dostosowywaniem lub poprawianiem sygnału) służą do przekształcania, wzmacniania lub izolowania sygnału przesyłanego z jednego urządzenia do drugiego. Do najbardziej typowych zastosowań zalicza się przetwarzanie sygnału z czujników, takich jak termopara, oporowy czujnik temperatury czy czujnik procesu, oraz przygotowanie go do użycia na kolejnym etapie procesu.
W złożonych środowiskach przemysłowych, obejmujących dużą liczbę maszyn czy stanowisk spawania, pozyskanie czystego, prawidłowo sformatowanego sygnału z wybranego urządzenia może nastręczać sporych trudności. W celu wyizolowania żądanego sygnału i przekształcenia go do potrzebnej postaci warto zastosować kondycjonery sygnału.
Podstawową funkcją kondycjonera sygnału jest pobieranie wejściowego sygnału prądowego, napięciowego czy częstotliwościowego, a następnie podawanie proporcjonalnego sygnału w żądanym analogowym formacie wyjściowym. Proces ten może obejmować np. proste przekształcenie sygnału na analogowy sygnał prądowy proporcjonalnie do częstotliwości wejściowej, wzmocnienie słabego sygnału do przesyłania długim torem kablowym lub izolowanie sygnału od sygnałów pozostałych urządzeń w systemie.
W pewnych aplikacjach kondycjoner może także zostać użyty w połączeniu z urządzeniami pomocniczymi, na przykład ze wzmacniaczem. Ponieważ wiele małych urządzeń wytwarza słaby sygnał analogowy, wzmacniacze mogą posłużyć do wzmocnienia sygnału oraz przesłania go do kolejnego etapu procesu. W rzadszych przypadkach sygnał urządzenia okazuje się czasem zbyt silny, wobec czego proces kondycjonowania musi uwzględniać jego tłumienie w celu zredukowania poziomu sygnału dla następnego etapu procesu.
Przede wszystkim prostota
Tradycyjnie kondycjonery sygnału opracowywano z myślą o konkretnej aplikacji, w której miały przyjmować sygnał wejściowy wyłącznie w jednym formacie oraz podawać żądany rodzaj sygnału wyjściowego. Wraz z rosnącą różnorodnością aplikacji procesowych oraz postępami w technice urządzeń poszerzyła się oferta dedykowanych kondycjonerów zdolnych do pobierania rozmaitych rodzajów sygnałów wejściowych oraz generowania żądanych sygnałów wyjściowych.
Utrwaloną pozycję wszechstronnego rozwiązania zyskały zatem kondycjonery uniwersalne, ograniczające liczbę koniecznych modułów oraz upraszczające proces dostosowywania sygnału z dużej liczby różnych urządzeń. Do pojedynczego modułu uniwersalnego można podłączyć wejściowe sygnały potencjometryczne, rezystancji, natężenia prądu stałego oraz napięcia, a na wyjściu uzyskać stosowny sygnał analogowy. Dostępne są również kondycjonery z regulacją nastaw, umożliwiające w razie potrzeby sterowanie maszyną lub w pętli procesu.
Coraz bardziej zaawansowane i różnorodne instalacje przemysłowe wymagają zastosowania szerszej gamy kondycjonerów sygnałów, umożliwiających obsługę odrębnych urządzeń. Jednak liczbę koniecznych rodzajów kondycjonerów można ograniczyć, wprowadzając kondycjoner uniwersalny – bardziej użyteczny, bo nadający się do większej liczby zastosowań.
Oprócz zdolności do przyjmowania różnych rodzajów sygnałów wejściowych niektóre kondycjonery mogą zostać indywidualnie skalibrowane w celu dostosowania do nietypowej skali sygnału wejściowego i wyjściowego. Przykładowo po prawidłowym zaprogramowaniu kondycjoner może podawać sygnał wyjściowy odwrotny do otrzymanego sygnału. Dzięki zaawansowanym funkcjom kalibracji oraz uniwersalności pod względem rodzaju sygnału wejściowego niektóre kondycjonery przewidują ponad 100 konfiguracji wejścia/wyjścia.
Programowalne jak nigdy dotąd
Postępy w technice oraz malejące wymiary zespołów elektronicznych często stawiały użytkowników kondycjonerów w kłopotliwych sytuacjach. Z jednej strony mniejsze wymiary kondycjonerów sygnałów doskonale sprawdzają się w montażu na szynach DIN, umożliwiając zmieszczenie większej liczby urządzeń w ograniczonej przestrzeni. Jednak z drugiej strony w ślad za mniejszymi wymiarami urządzenia idą mniejsze wymiary służących do konfiguracji przełączników DIP. Utrudnia to ich ustawianie, powodując, że zaprogramowanie kondycjonera pochłania więcej energii i czasu. W istocie wiele przełączników DIP jest tak małych rozmiarów, że trudno je w ogóle dostrzec, a co dopiero ustawić we właściwej pozycji.
Aby temu zaradzić, producenci dołączają do swoich kondycjonerów odrębne moduły do programowania. Wprawdzie zabierają więcej cennego miejsca na szynie DIN, jednak umożliwiają łatwą konfigurację za pomocą przycisków. Użytkownicy posługujący się osobnymi modułami mogą także po wprowadzeniu programu szybko skopiować wszystkie parametry do każdego identycznego modułu kondycjonującego w systemie. W takim przypadku konfiguracja urządzenia sprowadza się do podłączenia modułu programującego i użycia jednego przycisku. Po zakończeniu programowania i odłączeniu modułu programującego urządzenie jest gotowe do pracy. Rozwiązanie to zwiększa również poziom bezpieczeństwa, ponieważ dostęp do ustawień kondycjonera sygnału jest możliwy wyłącznie z poziomu modułu programującego.
Zastosowanie oddzielnego modułu programującego sprawia, że skonfigurowanie kondycjonerów sygnałów jest łatwiejsze niż przy użyciu tradycyjnych przełączników DIP.
Oprócz funkcji „zrzutu” konfiguracji zdejmowalne moduły programujące bywają wyposażane w wyświetlacz ciekłokrystaliczny do wskazywania zmiennych procesowych – podobnie jak wyświetlacz przyrządu pomiarowego – ułatwiający monitorowanie systemu. Upraszcza to rozwiązywanie problemów, ponieważ operatorzy są na bieżąco informowani o wartościach zmiennych procesowych oraz o aktualizacji statusu, a także mają dostęp do zaawansowanych funkcji urządzenia i zgromadzonych danych.
Zastosowanie odpowiedniej techniki kondycjonowania sygnałów może zwiększyć dokładność i wydajność składników systemu poprzez poprawienie i dostosowanie przesyłanych sygnałów z najważniejszych urządzeń, jak czujniki i przetworniki, oraz proste przekształcanie danych do użytku na kolejnym etapie procesu. Malejące wymiary, uniwersalność oraz coraz prostsze programowanie sprawiają, że kondycjonery sygnałów stają się coraz skuteczniejszym i efektywnym rozwiązaniem w dużej liczbie aplikacji.
Jeff Thornton ma bogate doświadczenie w zagadnieniach przemysłowych, zdobyte w trakcie 32 lat pracy w firmie Red Lion Controls. Swoją karierę zaczynał w dziale produkcji, a obecnie pełni funkcję dyrektora ds. produktów kilku oddziałów firmy.
Artykuł pod redakcją Michała Andrzejczaka
Autor: Jeff Thornton
