I condizionatori di segnale isolano alimentano, amplificano, normalizzano e convertono diversi tipi di segnali elettrici, meccanici o chimici in segnali standard per i sistemi di acquisizione dati.
Nell’ambito dell’acquisizione dati, con l'espressione “condizionamento di segnale” si intende una tecnologia elettronica finalizzata a risolvere i problemi di implementazione di una interfaccia comune tra i sensori (o gli attuatori) e le unità di controllo, allorché i segnali di uscita dei sensori non sono omogenei per natura elettrica (corrente, tensione, resistenza, ecc.) e per tipologia (tensione continua, alternata, pulsante, ecc.).
I dispositivi di condizionamento (convertitori) di segnale possono essere installati nei quadri elettrici, a bordo di sensori, attuatori o controllori, integrati nelle schede di conversione A/D (Analogico / Digitale) e nei sistemi multiplexing. Di seguito passeremo in rassegna alcune delle principali tecniche di condizionamento implementate nella Serie D1000 e D5000 di GMI. Vale la pena evidenziare che i condizionatori di G.M. International, oltre al trattamento standard dei segnali, possono operare in zona pericolosa, in conformità ai relativi standard, offrendo funzioni di isolamento galvanico, ripetizione ed elaborazione matematica del segnale, oltre a numerose opzioni di uscita tra cui i protocolli Hart e ModBUS, con la flessibilità adatta a rispondere alle esigenze delle diverse applicazioni.
Convertitori per misure in corrente, tensione e frequenza
Nella maggior parte delle applicazioni di automazione di fabbrica e di processo si pone il problema di implementare la conversione di un segnale all’ingresso in un altro segnale standardizzato (ad esempio 4-20 mA o 0-10 V) sull’uscita di un dispositivo. Inoltre, è essenziale disporre di un’adeguata elettronica di condizionamento per le operazioni di isolamento, amplificazione, linearizzazione e conversione di segnali provenienti dai sensori di basso livello, in modo da poter realizzare trasmissioni senza perdite anche su lunghe distanze.
Nelle applicazioni industriali, le connessioni riferite a massa comune sono comunque da evitare, vista la presenza di numerosi carichi di differente natura, tutti confluenti verso terra.
Un’altra problematica è costituita dalla rumorosità (disturbi) presente in gran parte dei contesti industriali. La soluzione a questa ed e altre tipiche problematiche di standardizzazione dei segnali sono affidate a convertitori-condizionatori-ripetitori di tipo analogico, digitale, seriale, impulsivo e in frequenza.
Soglie di allarme
Particolari condizionatori di segnale analogici (corrente, tensione, temperature) o digitali sono le soglie di allarme basate su amplificatori indipendenti in cui il segnale di uscita può essere diretto o invertito. Ciascun allarme attiva, o disattiva, un relè di scambio (o un transistor) per le funzioni di allarme di alto, basso o burnout.
I punti di intervento dei relè di allarme sono impostabili su tutto il campo del segnale di ingresso.
In genere tali dispositivi forniscono l’alimentazione stabilizzata per i trasduttori con protezione per il cortocircuito e permettono le regolazioni dei set-point di allarme, del ritardo di intervento e dell’isteresi.
Trasduttori per celle di carico e vibrazioni
Un’altra tecnica di condizionamento molto diffusa è quella relativa alle misure basate su ponti estensimetrici come il peso, le vibrazioni, la torsione, lo sforzo ecc.
Tipicamente il peso e il carico di un ponte di misura esterno vengono letti dal condizionatore di segnale e convertiti in un segnale analogico normalizzato.
I convertitori di misura a ponte elaborano segnali di ingresso nel campo dei milliVolt. Nelle applicazioni di pesatura industriale le celle di carico generano un segnale di tensione che viene amplificato, isolato e convertito in un’uscita lineare in tensione o corrente continua.
Convertitori di Temperature
Nelle misure con resistenze dipendenti dalla temperatura, una corrente di pochi milliAmpère viene fatta transitare da una sorgente di corrente costante nel convertitore di segnale. Tramite un amplificatore si misura la caduta di tensione nella resistenza (circuito a due conduttori). Per tener conto delle cadute di tensione sui conduttori, si misura la caduta di tensione del cavo di ritorno e il calcolo viene eseguito raddoppiandone il valore. Si simulano così le resistenze del cavo di alimentazione e ritorno.
Nel rilevamento della temperatura con termocoppie sorge invece il problema della formazione di una termo-tensione nei punti di serraggio del convertitore di segnale a causa della diversità di materiali tra cavo e barra conduttrice. Per compensare la conseguente alterazione del valore di misura, la temperatura viene misurata nel punto di serraggio. Il convertitore di segnale legge dunque il valore misurato in quel punto e lo calcola sulla base del valore misurato. Questa tecnica è nota come metodo della compensazione del giunto freddo.
Ripetitori di segnali
Un ripetitore riceve in ingresso un segnale e lo ritrasmette in uscita tipicamente con un segnale a potenza maggiore cosicché la propagazione di questo può essere garantita anche a lunghe distanze senza eccessiva attenuazione/degradazione. I ripetitori analogici vengono utilizzati con tutti i segnali analogici di tensione o corrente. Vengono anche utilizzati nelle linee di giunzione che trasmettono segnali multipli utilizzando il multiplexing a divisione di frequenza (FDM) sotto forma di impulsi con solo due possibili valori, che rappresentano le cifre binarie 1 e 0. Un ripetitore digitale amplifica il segnale e può anche rigenerare e risincronizzare gli impulsi.
Rilevatori antincendio
I rilevatori antincendio rappresentano particolari tipi di condizionatori molto importanti per la salvaguardia di cose e persone. Tuttavia, la loro installazione e il loro impiego va adeguata al luogo e alle condizioni in cui devono operare per evitare di provocare falsi allarmi.
I diversi tipi di rilevatori si possono distinguere secondo il loro principio di funzionamento: variazione del campo elettrico legata alla combustione; diminuzione dell’intensità luminosa dovuta alla presenza di fumo; aumento repentino della temperatura ambientale; movimenti di fumo. Elementi come i display locali, le interfacce locali, la compatibilità software, il numero e il tipo di uscite a relè o a transistor, la possibilità di montare i sensori a distanza, la diagnostica on-board e altre funzioni avanzate offrono all'utente ulteriori vantaggi e rendono un prodotto più adatto di un altro.
I condizionatori di Segnale di G.M. International
L’offerta G.M. International include un ampio numero di condizionatori di segnale standard, a sicurezza intrinseca e SIL2 o SIL3 concentrati nei modelli delle Serie D1000 e D5000: convertitori analogici (D5014S, D5212, D5011, D5020), convertitori digitali e in frequenza (D5030, D5031, D5032, D5036, D5037, D5040, D5048, D5049, D5090, D5096), soglie di allarme (D5254), ripetitori seriali (D1061), convertitori estensimetrici (D5062, D5263, D5264), convertitori di temperatura (D1072, D5072, D5273, D1073), rilevatori antincendio (D1022, D1080, D1081, D1180).