Nemar og skynjarar

Hliðrænir nemar og skynjarar gefa stýrikerfinu nákvæmar upplýsingar um ástand tæknikerfa. Frá nemum koma t.d. upplýsingar um hitastig, þrýsting, flæði og fleira. En nemar gefa frá sér mismunandi stýrimerki og þess vegna er mikilvægt að nákvæm tegund nema sé samræmd á milli stjórnkerfisverktaka og þess sem afhendir nemann. Hér á eftir er útskýring á nokkrum lykilatriðum varðandi nema.

Sjá nánar um uppsetningu og bilanagreiningu nema á annarri síðu.

Tegundir merkja

Algengustu tegundir merkja í stýrikerfum eru eftirfarandi:

4-20 mA

4-20 mA nemar gefa frá sér merki á ákveðnu vinnusviði. Þannig geta hitanemar t.d. verið gerðir fyrir 0-100°C, þá gefur neminn frá sér 4 mA við 0°C og 20 mA við 100°C og straumurinn breytist línulega á vinnuviði nemans. Þrýstinemar geta t.d. verið með 0-6 bar vinnusvið. Við val á nema þarf að hafa í huga að vinnusviðið sé hvorki of stórt né of lítið:

• Ef vinnusviðið er of stórt þá verður upplausn merkisins léleg og stýrikerfið hefur verri forsendur til stýringar. Dæmi: Ef þrýstinemi fyrir hæðarmælingu í 2 metra háum tanki hefur vinnusvið 0-6 bar (0-60 metra vatnssúla) þá er mæligildið alltaf mjög lítið og kerfið getur illa greint litla breytingar í hæð. Hér væri æskilegra að nota þrýstinema með vinnusvið 0-0,3 bar.
• Ef vinnusviðið er of lítið þá getur t.d. raunverulegt hitastig farið yfir hámark vinnusviðsins og kerfið fær ekki aðrar upplýsingar en að hámarki vinnusviðsins sé náð Mikilvægt er að vinnusvið nema sé samræmt milli stjórnkerfisverktaka og þess sem afhendir nemann vegna þess að skölun nemans er skilgreind í iðntölvu. Dæmi: Ef hitanemi í hitahringrás er með vinnusvið 0-50°C og notandi stillir óskgildi í 60°C þá mun hitaneminn aldrei geta gefið út upplýsingar um hærra hitastig en 50°C, þ.e. þegar hitinn fer yfir 50°C þá gefur neminn bara frá sér 20 mA.

Stjórnkerfisverktaki notar upplýsingar um vinnusvið nema til að setja upp skölun nemans í iðntölvu. Ef skipta þarf um nema í kerfi þá er best að útvega nema með sama vinnusvið og þann sem fyrir var. Ef útvegaður er nemi með annað vinnusvið þá þarf stjórnkerfisverktaki að breyta skölun nemans í iðntölvu.

Kostir við 4-20 mA merki eru m.a.

• Merki tapar ekki gildi sínu þótt strengur sé langur.
• Hægt er að vakta ástand nemans og strengsins þannig að ef straumur fer undir 4 mA þá veit iðntölvan að neminn er bilaður eða strengurinn skemmdur og hægt er að flagga bilun.

Helsti ókostur 4-20 mA nema er að bilanagreining er nokkuð flóknari en 0-10 V eða Pt1000 nema. Til að mæla merkið frá honum þarf að aftengja hann frá stýrikerfinu og koma straummæli fyrir í rásinni. Einnig er hægt að nota sérhæfð tæki (e. process calibrator) sem stjórnkerfisverktakar hafa sumir í verkfærasettinu sínu og gerir það mælingar nokkuð einfaldari.

Margir 4-20 mA nemar eru tengdir með tveimur vírum. Þá er + póll nemans tengdur við 24 VDC frá stjórntöflu og merkið tekið tilbaka inn á iðntölvu frá hinum pól nemans (oft merkt OUT eða -). Sumir 4-20 mA nemar þurfa þó spennufæðingu á tvö tengi og gefa stýrimerki sitt út á þriðja tenginu. Þessi breytileiki er enn ein ástæðan fyrir því að samræming við stjórnkerfisverktaka er nauðsynleg.

• 

  Vegghitanemi með 4-20 mA útgangi

• 

  Aðeins eru notaðir tveir vírar til tengingar á tengjum 1 og 2

Sumir nemar eru með stillanlegt vinnusvið. Þá er algengt að litlir DIP-rofar eða brýr (e. jumpers) inni í nemahúsinu séu notaðir til að skilgreina vinnusviðið.

• 

  Mismunaþrýstinemi með stillanlegt vinnusvið

• 

  Vinnusvið er still með því að tengja yfir brýr (e. jumpers)

• 

  Möguleg vinnusvið nemans

0-10 V

0-10 V nemar gefa frá sér spennu á bilinu 0-10 V á ákveðnu vinnusviði. Hið sama gildir um vinnusvið og skölun 0-10 V nema og 4-20 mA nema (sjá að ofan).

0-10V nemar eru alltaf með sjálfstæða spennufæðingu á tveimur vírum (algengast 24 VDC) og gefa merki út á þriðja vírinn.

Helsti kostur 0-10 V nema er að það er einfalt að bilanagreina þá. Það er gert með einfaldri spennumælingu á milli 0V og stýrimerkis og þarf ekki að aftengja nema til að mæla hann.

Hafa ber í huga að vegna spennufalls í streng er 0-10 V stýrimerki örlítið lægra en merki frá nemanum þegar það skilar sér til iðntölvu. En þar sem viðnám rásarinnar er mjög hátt (1 kOhm) er straumur lítill og þar af leiðandi spennufall lítið og oftast hægt að horfa framhjá því.

• 

  CO-nemi neð 0-10 V útgangi

• 

  Eins og sést á þessari mynd er hægt að tengja þennan nema bæði með 0-10 V og 4-20 mA

Til eru sambyggðir nemar, þ.e. nemar sem mæla fleiri en eina breytu. Slíkir nemar eru þá með einn útgang fyrir hverja breytu og þarf að gera ráð fyrir einum vír til iðntölvu fyrir hverja breytu.

• 

  Hita- og rakanemi í stokk

• 

  Neminn gefur úr tvö aðskilin 0-10 V merki, eitt fyrir hvora breytu

Pt1000

Hægt er að mæla hita með viðnámi. Hér er sérstaklega fjallað um Pt1000. Í slíkum nema er hitaháð viðnám í þeim enda nemans (e. probe) sem stendur í efninu sem á að mæla. Þessir nemar eru einfaldir í uppbyggingu. Viðnám skynjarans er tengt beint við stjórnskáp í gegnum þar til gerð tengi í nemahúsinu eða í tengidós ef ekkert hús er með nemanum. Viðnám Pt1000 nema eykst við hækkandi hitastig og samband viðnáms og hitastigs er staðlað og hið sama fyrir alla Pt1000 nema. Iðntölvan þekkir þetta samband og túlkar þannig viðnám sem hitastig.

Mikilvægt er að hitanemi sé af nákvæmlega réttri gerð og ber að fá stjórnkerfisverktaka til að staðfesta gerð. Þannig er t.d. ekki hægt að nota Pt100 nema þegar stýrikerfið gerir ráð fyrir Pt1000 nema.

Til að bilanagreina Pt1000 nema þarf að aftengja þá og mæla viðnámið á milli vírendanna. Með því að bera þetta viðnám saman við þekktar viðnámstöflur (sjá t.d. Pt1000 resistance chart) er hægt að sjá hvort hann sé að skila réttu merki.

Pt1000 nemar eru ódýrari en 4-20 mA eða 0-10 V nemar vegna þess að hinir síðarnefndu eru með innbyggðar rafrásir til að breyta viðnámi í straum eða spennu.

• 

  Dæmigerður hitanemi með tengiboxi

• 

  Tengimynd fyrir Pt1000 hitanema