Zadawanie sygnału 0-10V dla sterownika w obwodzie 24 V z czujnikiem zmieniającym rezystancje

Witam,
Prosiłbym o pomoc.
Otóż Mam zasilacz 24 Volt, czujnik który zmienia swoją rezystancje w zakresie 0-1000 Ohm, i Sterownik PLC siemens S7-1200 z karta wejść analogowych.
Chciałbym zrobić taki układ w którym mógłbym odczytywać sygnał z czujnika na sterowniku przez wejście analogowe.
Raczej sygnał w postaci 4-20mA jest ciężki do osiągnięcia i prościej oraz taniej jest przekształcić to na 0-10 V.
Z rezystorów 520 i 470 zrobiłem sobie prosty dzielnik napięcia ( napięcie mam na wyjściu 11,5 dla oznaczenia potencjalnych stanów niechcianych) i tu pojawia się problem, jeśli dobrze rozumiem (załączam zdjęcie z dokumentacji czujnika) to podlączając się żółtym do AI+ a brązowym połączonym do masy do Ai- na sterowniku, powinno mi to generować sygnał 0-10 V ?
Również pojawia mi się dodatkowe pytanie karta sterownika ma w parametrach rezystacje na wejściu +-10V 1MOhma, czyli jeśli dobrze rozumiem ten rezystor ograniczy mi przepływ prądu w obwodzie czy muszę dołożyć dodatkowy ?

Dziękuję za wszelką udzieloną pomoc!

Garuwashi napisał:

to podlączając się żółtym do AI+ a brązowym połączonym do masy do Ai- na sterowniku, powinno mi to generować sygnał 0-10 V ?

Jeżeli między brązowym a niebieskkm jest 10 V to tak, będziesz miał na żółtym napięcie proporcjonalne do rezystancji.
Rezystancją wejściową się nie przejmuj - to są wejścia napięciowe, nie prądowe, więc im większa, tym lepiej.

Ja osobiście do zasilania takich czujników potencjometrycznych stosuję 7810 z 24 VDC, zamiast dzielnika rezystorowego. Właśnie ostatnio walczyłem z takim czujnikiem do sterowania momentem i obrotami silnika prądu stałego 20 kW (poprzez napęd tyrystorowy z Apatora) do przewijania Web papieru. Ten napęd tyrystorowy ma koszmarny integrator na wejściu zadawania obrotów, więc musiałem dorobić swój.

A co właściwie daje ten czujnik? Opór zależny od mierzonej wielkości, podział oporu 1000Ω zależny od mierzonej wielkości, jeszcze coś innego?

Prąd zależny od podziału oporu (jeśli masz podział oporu) też się da zrobić, ale: (1) czujnik musiałby wytrzymywać prąd ponad 20mA, i (2) potrzebne byłoby źródło prądu o stabilizowanym natężeniu, oraz stabilność wszelkich innych oporów, w tym połączeń.

Mając źródło prądu o niewielkim stabilizowanym natężeniu można oporu zależnego od mierzonej wielkości (i podziału oporu też) użyć do przetwarzania sygnału na napięcie (puszczasz stały prąd przez opór i mierzysz napięcie na tym oporze).

_jta_ napisał:

A co właściwie daje ten czujnik? Opór zależny od mierzonej wielkości, podział oporu 1000Ω zależny od mierzonej wielkości, jeszcze coś innego?

Prąd zależny od podziału oporu (jeśli masz podział oporu) też się da zrobić, ale: (1) czujnik musiałby wytrzymywać prąd ponad 20mA, i (2) potrzebne byłoby źródło prądu o stabilizowanym natężeniu, oraz stabilność wszelkich innych oporów, w tym połączeń.

Mając źródło prądu o niewielkim stabilizowanym natężeniu można oporu zależnego od mierzonej wielkości (i podziału oporu też) użyć do przetwarzania sygnału na napięcie (puszczasz stały prąd przez opór i mierzysz napięcie na tym oporze).

Czujnik mierzy przesunięcie metalowego elementu w wózku. Sprężyna dociska głowice do elementu i jak element się przesunie to odpowiednio się przesunie głowica, rezystancja zmienia się liniowo do ruchu głowicy. Programowo wszystko wiem jak rozwiązać tylko muszę to jakoś połączyć.

Właśnie zaczynam się martwić o przepływający prąd, bo maksymalnie mogę puścić przez czujnik 10 mA jeśli dobrze rozumiem dokumentacje
, maksymalnie mogę puścić przez niego 25 VDC tyle że potrzebuje to wrzucić na wejście analogowe Sterownika żeby móc sygnał obrobić a na wejściu mogę mieć albo 0-20 mA albo 0-10V

Dodano po 7 [minuty]:

Narazie miałbym taki obwód :

Tylko pytanie jak policzyć prąd który byłby na wejście sterownika, bo zasadniczo w dokumentacji na wejście 0-10 V nie ma podanego maksymalnego prądu ale podejrzewam że jeśli podam więcej niż 30mA ( bezpieczna górna granica dal wejścia 0-20mA) to upale. Choć niby w dokumentacji jest też podane że rezystancja wejścia 0-10 V to 1MOhma

Elektronik ze mnie marny, takie podstawy ogarniam dlatego też zwracam się o pomoc

Z tego, co piszą o "cursor current" mam wrażenie, że to działa jak potencjometr, i wypada jego sygnał podać na wzmacniacz operacyjny. Może coś w stylu LM358, jeśli masz tylko napięcie dodatnie (on może wzmacniać sygnał od poziomu ujemnej szyny zasilania). Chociaż... można na końce "potencjometru" podać 0V i 10V, a sygnał z "cursor" na wejście przetwornika napięcia.

_jta_ napisał:

Z tego, co piszą o "cursor current" mam wrażenie, że to działa jak potencjometr, i wypada jego sygnał podać na wzmacniacz operacyjny. Może coś w stylu LM358, jeśli masz tylko napięcie dodatnie (on może wzmacniać sygnał od poziomu ujemnej szyny zasilania). Chociaż... można na końce "potencjometru" podać 0V i 10V, a sygnał z "cursor" na wejście przetwornika napięcia.

Właśnie tak planuje zrobić by podać mu 0-10 V i to jako sygnał analogowy do sterownika. Ze źródła 24VDC zrobiłem sobie dzielnik tak jak na schemacie wysłałem i teraz jedyne wątpliwości mam co do prądów, czy nie przekroczę 40 mA na wejściu do sterownika. Jeśli dobrze zrozumiałem użytkownika @acctr to nie muszę się przejmować tą rezystancją wejścia.
Zrobiłem sobie przykładowy obwód na jakimś symulatorze https://falstad.com/circuit/ (plik do otworzenia w załącznikach circuit-20...cuitjs.txt (453 bajtów)Musisz być zalogowany, aby pobrać ten załącznik. ) i pokazuje mi że powinno być w porządku ale wole jednak dopytać bo wiedza specjalistyczna jest wiele bardziej wiarygodna.

Podaj może link na dokumentację tego czujnika, zamiast zamieszczać fragment, w którym wielu istotnych informacji nie ma.

Jeśli masz opór potencjometru 1000Ω (nawet z tolerancją +-20% jest to co najmniej 800Ω), i dobierzesz opornik tak, by z 24V uzyskać 10V na tym potencjometrze, to: (1) w normalnej sytuacji popłynie prąd 10mA (do 12,5mA); i (2) w razie zwarcia do masy popłynie prąd do około 21,5mA, więc do 40mA na wejściu do sterownika (jakby to w nim było zwarcie) jeszcze sporo zostaje, jakkolwiek 10mA na "suwaku" (po angielsku nazwali to "cursor") zostanie znacznie przekroczone.

Ograniczenie prądu wejścia napięciowego sterownika prawdopodobnie oznacza tyle, że przy podaniu zbyt wysokiego napięcia (spoza zakresu 0V-10V) zaczyna przewodzić jakaś dioda zabezpieczająca przed uszkodzeniem układu wejściowego przez zbyt duże napięcie, i 40mA to dopuszczalny prąd tej diody.

Jeśli nie chcesz ryzykować przekroczeniem 10mA na suwaku, to podłącz go poprzez opornik 1kΩ. Albo i 10kΩ - to obniży napięcie, jakie dojdzie do sterownika, o 1%, i da błąd o 1% w wyniku pomiaru.

_jta_ napisał:

Jeśli nie chcesz ryzykować przekroczeniem 10mA na suwaku, to podłącz go poprzez opornik 1kΩ. Albo i 10kΩ - to obniży napięcie o 1%.

Strasznie kombinujesz przy tym dzielniku a i tak nic nie wykombinujesz. Napięcie ma być 10 V, rezystancja 1 k i są to wartości, które wiąże prawo Oma.
Jeżeli boisz się nadmiernej mocy wydzielonej na czujniku możesz zastosować pomiar nieciągły. Mosfetem załączasz na 10ms dzielnik, robisz pomiar, wyłączasz na 100ms.

_jta_ napisał:

Podaj może link na dokumentację tego czujnika, zamiast zamieszczać fragment, w którym wielu istotnych informacji nie ma.

Jeśli masz opór potencjometru 1000Ω (nawet z tolerancją +-20% jest to co najmniej 800Ω), i dobierzesz opornik tak, by z 24V uzyskać 10V na tym potencjometrze, to: (1) w normalnej sytuacji popłynie prąd 10mA (do 12,5mA); i (2) w razie zwarcia do masy popłynie prąd do około 21,5mA, więc do 40mA na wejściu do sterownika (jakby to w nim było zwarcie) jeszcze sporo zostaje, jakkolwiek 10mA na "suwaku" (po angielsku nazwali to "cursor") zostanie znacznie przekroczone.

Jeśli nie chcesz ryzykować przekroczeniem 10mA na suwaku, to podłącz go poprzez opornik 1kΩ. Albo i 10kΩ - to obniży napięcie o 1%.

https://docs.rs-online.com/6598/A700000006537738.pdf

Garuwashi napisał:

Właśnie zaczynam się martwić o przepływający prąd, bo maksymalnie mogę puścić przez czujnik 10 mA jeśli dobrze rozumiem dokumentacje

Przecież możesz puścić mniej, np 1mA, Skoro sam piszesz program to bez znaczenia jest ile wejście analogowe PLC będzie mierzyć, ono jest wystarczająco dokładne i na mniejszym zakresie a w programie możesz gop odpowiednio przeskalować więc wcale nie musi to być 10V a może być np 1V, wtedy do + czujnika dajesz opornik (oporniki) o sumarycznym oporze 23kom i do 24V, wtedy nie musisz się martwić ani o prąd wyjścia 24V plc ani o nagrzewanie czujnika. Ale ja bym dał tak pośrodku czyli 5mA, wtedy masz zakres z czujnika 0-5V i oporniki dajesz +czujnika i 24V 3,8kom. Nie dajesz tego opornika +czujnika - masa!!! o którym pisałeś na wstępie, tylko jeden do +24V.

Janusz_kk napisał:

Przecież możesz puścić mniej, np 1mA, Skoro sam piszesz program to bez znaczenia jest ile wejście analogowe PLC będzie mierzyć

Koniec G. burzy, może być 10 V.

Janusz_kk napisał:

Garuwashi napisał:

Właśnie zaczynam się martwić o przepływający prąd, bo maksymalnie mogę puścić przez czujnik 10 mA jeśli dobrze rozumiem dokumentacje

Przecież możesz puścić mniej, np 1mA, Skoro sam piszesz program to bez znaczenia jest ile wejście analogowe PLC będzie mierzyć, ono jest wystarczająco dokładne i na mniejszym zakresie a w programie możesz gop odpowiednio przeskalować więc wcale nie musi to być 10V a może być np 1V, wtedy do + czujnika dajesz opornik (oporniki) o sumarycznym oporze 23kom i do 24V, wtedy nie musisz się martwić ani o prąd wyjścia 24V plc ani o nagrzewanie czujnika. Ale ja bym dał tak pośrodku czyli 5mA, wtedy masz zakres z czujnika 0-5V i oporniki dajesz +czujnika i 24V 3,8kom. Nie dajesz tego opornika +czujnika - masa!!! o którym pisałeś na wstępie, tylko jeden do +24V.

No tak masz racje mogę mierzyć w dowolny sposób później tylko kwestia przeskalowania tego w programie. Jeśli chodzi o to podłączenie to możesz mi to naszkicować bo nie zrozumiałem tej wizji

Na drugiej stronie masz rysunek pokazujący, że to się podłącza jak potencjometr. Dopuszczalne napięcie zasilania zależy od modelu (tabela na tej stronie): 14, 25, albo 60V. Zwróć uwagę na tolerancję oporu: +-20% - nie ma co liczyć na to, że będzie nominalny i opornik szeregowy będzie pasował; można dobierać, można zastosować zasilanie stabilizowane 10V (np. na jakimś LM317).

Na pierwszej stronie na dole każą ograniczyć prąd suwaka do 0,1µA (to "Important" na dole), jeśli nie ma się rozkalibrować. To znaczy, że wypada użyć jakiegoś wzmacniacza operacyjnego, może w układzie wtórnika. Sterownik ma ponoć opór wejścia 1MΩ - czyli prąd może sięgnąć 10µA, dużo za dużo. LM358 ma maksymalny prąd polaryzacji wejścia 250nA=0,25µA (w temperaturze pokojowej) - wciąż trochę za dużo. Jakiś TL061/TL071/TL081 ma bardzo mały (w temperaturze pokojowej poniżej 1nA), ale wymagałby zasilania nie tylko napięciem dodatnim, ale i ujemnym - one potrzebują zapasu 4V od każdej szyny zasilania. Jeśli to problem, to są jakieś wzmacniacze Rail-to-Rail o małym prądzie wejściowym (np. LMC7101, LMC7111). Z TLC081 byłby problem, bo on może mieć 0V (bez ujemnego zasilania) na wejściu, ale nie da 0V na wyjściu (jest na to sposób: dioda, opornik...).

_jta_ napisał:

Na pierwszej stronie na dole każą ograniczyć prąd suwaka do 0,1µA (to "Important" na dole), jeśli nie ma się rozkalibrować. To znaczy, że wypada użyć jakiegoś wzmacniacza operacyjnego, może w układzie wtórnika. Sterownik ma ponoć opór wejścia 1MΩ - czyli prąd może sięgnąć 10µA, dużo za dużo.

Fakt, tak piszą, ale można dać opornik taki żeby na czujniku było max 0,1V i wtedy prąd będzie 0,1uA.
Czyli łączysz to tak

@Janusz_kk Czyli na wyjściu czujnika mamy od ,,0" do 0,1 V maksymalnie, i co z tym zrobić ? Na wejście jakiegokolwiek PLC dla sygnału analogowego grubo za mało.

Zależy jaką rozdzielczość potrzebuje. Pewnie że lepiej dać wzmacniacz ale gotowca nie znajdzie a sam nie zrobi bo się nie zna.

Dodano po 3 [minuty]:

Nie wiem jakie to PLC ma rozdzielczość ADC ale dla np 16 bitowego ma 65536 wartości dla 0-10V, to dla 0-0,1 będzie 655, nie jest tak źle, lepiej niż w oscyloskopach gdzie głównie siedzą 8 bit czyli 256 wartości.

TLC081 jest dość drogi, i mało gdzie go mają; TLC271 znalazłem w wielu sklepach, taniej (od 2zł), i nadaje się lepiej - nawet zwykły wtórnik, bez dodatkowych elementów, powinien tu wystarczyć (potrzebuje zasilania 12V, jeśli ma przenosić sygnał 0-10V) - on nie jest w pełni Rail-to-Rail, ale od strony minusa zasilania = masy tak. http://www.elenota.pl/datasheet-pdf/49470/Texas-Instruments/TLC271 - wtórnik jest na Fig.98(a), 107(c)...