Převodník teploty na 0-10 V

Pro měření teploty např. logickým modulem Siemens Logo!, nebo pomocí jiného PLC je většinou potřeba použít nějaký speciální modul pro připojení čidla jako je Pt100/1000, nebo některého z termočlánků. Pro Logo! by se dal použít třeba modul 6ED1055-1MD00-0BA2, ke kterému je možné připojit dva snímače Pt100/1000. Cena samotného modulu je samozřejmě nezanedbatelná a pokud je potřeba měřit třeba jenom jednu teplotu a nejde o nějakou extra přesnost, je možné použít vestavěný 10V analogový vstup, které jak Logo!, tak i většina PLCček a třeba i frekvenčních měničů* má. To samé platí i pro Arduino, které má analogový vstup pro maximální napětí 5, nebo 3,3 V.

* Většina frekvenčních měničů má vestavěný PI(D) regulátor. Připojením tohoto, nebo podobného modulu lze regulovat otáčky v závislosti na teplotě. Vhodným nastavením měniče (zesílení, offset) lze na měniči např. nastavit žádanou teplotu ve °C a motor bude měnit otáčky podle žádané a naměřené teploty.

Bohužel, většinu čidel není možné k běžnému analogovému vstupu připojit přímo. Buď se snímání provádí změnou odporu (v tomto případě by šel použít dělič), nebo výstupní napětí je velmi malé. V obou případech je potřeba výstupní napětí ze snímače zesílit tak, aby byl rozsah snímače lineárně rozprostřen do 10V rozsahu vstupu.

Autorem obvodu, návrhu, desky i fotek je Sharkus! Tímto mu velice děkuji za poskytnutí schéma. Schéma a motiv desky je možné si stáhnout zde.

V tomto případě je výhodné použít obvod LM35, což je specializovaný obvod na měření teploty. Jeho cena při objednání z Číny je pouze několik málo centů. Výstupní napětí je lineární a je rovno měřené teplotě ve °C. Převodní koeficient je 10 mV/°C. Protože je výstupní napětí i při maximální teplotě poměrně malé, je potřeba ho zesílit tak, aby při maximální měřené teplotě bylo napětí rovno 10 V (nebo 5 V v případě MCU). Zbylé výpočty lze snadno provést pomocí matematických instrukcí v procesoru, nebo v PLC.

Obvod LM35

• Napájecí napětí: 4 až 30 V
• Převodní koeficient: 10 mV/°C
• Rozsah teplot: -55 °C až 150 °C (LM35, LM35A), −40 °C až +110 °C (LM35C, LM35CA), 0 °C až +100°C (LM35D)
• Zaručená přesnost 0,5 °C při teplotě 25 °C
• Pouzdro: TO-92

Převodník LM35 – 0 až 10 V

Autorem obvodu, návrhu, desky i fotek je Sharkus! Tímto mu velice děkuji za poskytnutí schéma. Schéma a motiv desky je možné si stáhnout zde. Uvedený obvod je dvoukanálový převodník pro obvod LM35 na 0 až 10 V. Jedná se o jednoduchý zesilovač s dvojitým operačním zesilovačem LM358D. Obvod je možné napájet z 24V zdroje (průmyslový standard). Potřebná napětí (15 V a 5 V) jsou vytvářena pomocí lineárních stabilizátorů 78L15 a LD117AS50. Zesílení operačních zesilovačů je nastaveno na 10x. Zesílení lze doladit pomocí trimrů R9 a R10. Nepočítá se s měřením teploty pod 0 °C. Výstupní napětí tedy odpovídá 100 mV na 1 °C. Při 25 °C je pak výstupní napětí 2,5 V. Pokud je potřeba měřit záporné teploty, je potřeba na výstupu snímače vytvořit napěťový offset pomocí rezistoru.

Deska je v provedení pro SMD i THT součástky. Není tedy nutné vrtat tolik děr a výsledná deska je poměrně malá. Její velikost je zvolena tak, aby seděla do běžné dvou-modulové krabičky na DIN lištu. Pokud bude zájem, mohu poskytnout soubory pro Eagle (pište do komentářů).

Zpracování signálu

Samozřejmě, dále v programu Loga!, PLC, nebo jiného zařízení je potřeba signál nějakým způsobem zpracovat. Ve většině případů je nutné napěťový signál zesílit a posunout tak, aby se do nějaké proměnné ukládala hodnota např. ve stupních Celsia. V tomto případě je přepočet snadný (100 °C = 10 V), takže je potřeba hodnotu pouze vydělit deseti. V případě použití např. proudové smyčky 4-20 mA a jiného snímače (např. s rozsahem -100 až 250 °C) by byl výpočet „komplikovanější“.

Takto nějak by mohl vypadat jednoduchý program v Logu – termostat s pevnou hysterezí -1°C ovládaný tlačítky. Hlavní je první linie programu, kde je analogový vstup AI1 k němuž je převodník připojen. Za vstupem je zesilovač, který má nastavené zesílení a offset takový, aby byl výsledek naměřená teplota. V tomto případě pouze zesílení x0,1 (hodnota vstupu se dělí deseti). Za zesilovačem je prahový spínač, který v tomto případě slouží jako termostat. Ten přejímá zapínací hodnotu z bloku B003 a vypínací hodnotu z B008 (blok je nastaven tak, že odečítá od „on“ hodnoty číslo 1). Pokud hodnota na analogovém vstupu stoupne nad hodnotu „On“ sepne se ventilátor (výstup Q1). Pokud hodnota klesne pod hodnotu „Off“ ventilátor se vypne.

Logo! samotné má i blok PI regulátoru, takže termostat lze provést i jiným způsobem, s lepšími parametry regulace.

Pilotní využití tohoto převodníku bylo využito s dnes již starším modulem Siemens Loog! 6 – a to pro regulaci topení. V tomto zapojení je použit externí displej Logo! TD, který zobrazuje naměřené teploty, stav modulu a je pomocí něj možné nastavovat parametry regulace.