Όταν σχεδιάζετε ένα σύστημα προγραμματιζόμενου λογικού ελεγκτή (PLC), το πρώτο βήμα είναι να ορίσετε τη στρατηγική ελέγχου. το επόμενο βήμα περιλαμβάνει τη μηχανική επιλογή του συγκεκριμένου υλικού PLC. Τα χαρακτηριστικά της ροής της διαδικασίας και οι ειδικές απαιτήσεις εφαρμογής χρησιμεύουν ως κύρια βάση για αυτήν τη διαδικασία επιλογής. Το PLC και ο σχετικός εξοπλισμός του θα πρέπει να ενσωματωθούν και να τυποποιηθούν, να επιλέγονται σύμφωνα με τις αρχές της απρόσκοπτης ενσωμάτωσης στο συνολικό σύστημα βιομηχανικού ελέγχου και της ευκολίας της λειτουργικής επέκτασης. Το επιλεγμένο σύστημα PLC θα πρέπει να είναι μια ώριμη και αξιόπιστη λύση με αποδεδειγμένο ιστορικό επιτυχούς λειτουργίας στον αντίστοιχο βιομηχανικό τομέα. Επιπλέον, η διαμόρφωση υλικού, οι δυνατότητες λογισμικού και τα λειτουργικά χαρακτηριστικά του συστήματος πρέπει να ταιριάζουν κατάλληλα με την κλίμακα της εγκατάστασης και τις συγκεκριμένες απαιτήσεις ελέγχου. Η εξοικείωση με τα PLC, τα γραφήματα συναρτήσεων και τις σχετικές γλώσσες προγραμματισμού συμβάλλει στη σημαντική μείωση του χρόνου προγραμματισμού. Ως εκ τούτου, κατά τη διάρκεια των φάσεων επιλογής μηχανικής και εκτίμησης, είναι απαραίτητο να διεξάγεται λεπτομερής ανάλυση των χαρακτηριστικών της διαδικασίας και των απαιτήσεων ελέγχου. Αυτό περιλαμβάνει τον σαφή καθορισμό των καθηκόντων και του πεδίου ελέγχου και τον προσδιορισμό των απαραίτητων λειτουργιών και ενεργειών. Στη συνέχεια,-με βάση αυτές τις απαιτήσεις ελέγχου-μπορεί κανείς να εκτιμήσει τον απαιτούμενο αριθμό σημείων εισόδου/εξόδου (I/O) και τη χωρητικότητα μνήμης και να καθορίσει τις απαραίτητες λειτουργίες PLC και τις προδιαγραφές της εξωτερικής συσκευής. Τέλος, ο στόχος είναι να επιλέξετε ένα PLC που προσφέρει ανώτερη αναλογία απόδοσης{10}τιμής και να σχεδιάσετε το αντίστοιχο σύστημα ελέγχου.
Εκτίμηση σημείου I/O
Κατά την εκτίμηση του αριθμού των σημείων I/O, είναι σημαντικό να ενσωματωθεί ένα κατάλληλο περιθώριο. Συνήθως, ο εκτιμώμενος αριθμός εισόδων/εξόδων προκύπτει λαμβάνοντας τον στατιστικά υπολογισμένο αριθμό των απαιτούμενων πόντων και προσθέτοντας ένα περιθώριο επέκτασης από 10% έως 20%. Κατά την υποβολή της πραγματικής παραγγελίας, μπορεί να είναι απαραίτητο να στρογγυλοποιήσετε τον εκτιμώμενο αριθμό I/O για να ευθυγραμμιστεί με τις συγκεκριμένες προδιαγραφές προϊόντος και τις διαμορφώσεις μονάδων που προσφέρονται από τον κατασκευαστή του PLC.
Χωρητικότητα μνήμης
Η "χωρητικότητα μνήμης" αναφέρεται στο συνολικό μέγεθος των μονάδων αποθήκευσης υλικού που παρέχονται από το ίδιο το PLC, ενώ η "χωρητικότητα προγράμματος" αναφέρεται στο συγκεκριμένο τμήμα αυτής της μνήμης που χρησιμοποιείται από το πρόγραμμα εφαρμογής του χρήστη. Κατά συνέπεια, η χωρητικότητα του προγράμματος είναι πάντα μικρότερη ή ίση με τη συνολική χωρητικότητα μνήμης. Κατά τη φάση του σχεδιασμού, καθώς το πρόγραμμα εφαρμογής του χρήστη δεν έχει ακόμη γραφτεί, η ακριβής χωρητικότητα του προγράμματος παραμένει άγνωστη και μπορεί να προσδιοριστεί μόνο μετά την πλήρη αποσφαλμάτωση του προγράμματος. Για να διευκολυνθεί η διαδικασία επιλογής παρέχοντας μια εύλογη εκτίμηση της απαιτούμενης αποθήκευσης, η συνολική χωρητικότητα μνήμης χρησιμοποιείται συνήθως ως αντιπρόσωπος της χωρητικότητας του προγράμματος κατά τη φάση σχεδιασμού. Δεν υπάρχει σταθερός τύπος για την εκτίμηση της απαιτούμενης χωρητικότητας μνήμης. ενώ στη βιβλιογραφία εμφανίζονται διάφοροι τύποι, γενικά ακολουθούν μια κοινή προσέγγιση: υπολογίστε 10 έως 15 φορές τον αριθμό των ψηφιακών σημείων I/O, προσθέστε 100 φορές τον αριθμό των αναλογικών σημείων I/O και χρησιμοποιήστε αυτό το άθροισμα ως συνολικό αριθμό λέξεων (όπου μια λέξη ισούται με 16 bit) για τη μνήμη. Επιπλέον, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ένα περιθώριο ασφαλείας που ισοδυναμεί με το 25% αυτής της υπολογιζόμενης τιμής.
Επιλογή Λειτουργιών Ελέγχου
Αυτή η διαδικασία επιλογής περιλαμβάνει την επιλογή συγκεκριμένων χαρακτηριστικών όπως αριθμητικές συναρτήσεις, συναρτήσεις ελέγχου, δυνατότητες επικοινωνίας, χαρακτηριστικά προγραμματισμού, διαγνωστικά εργαλεία και ταχύτητα επεξεργασίας.
1. Αριθμητικές συναρτήσεις
Οι αριθμητικές συναρτήσεις των απλών προγραμματιζόμενων λογικών ελεγκτών (PLC) συνήθως περιλαμβάνουν βασικές λογικές πράξεις, χρονισμό και συναρτήσεις μέτρησης. Τα τυπικά PLC επεκτείνονται σε αυτό για να περιλαμβάνουν λειτουργίες όπως η μετατόπιση δεδομένων και η σύγκριση. Πιο πολύπλοκες αριθμητικές δυνατότητες περιλαμβάνουν αλγεβρικές πράξεις και συναρτήσεις μεταφοράς δεδομένων. Τα PLC μεγάλης κλίμακας-ενσωματώνουν περαιτέρω αναλογικούς αλγόριθμους ελέγχου PID και άλλες προηγμένες μαθηματικές συναρτήσεις. Με την έλευση των ανοιχτών συστημάτων, τα σύγχρονα PLC είναι παγκοσμίως εξοπλισμένα με δυνατότητες επικοινωνίας. συγκεκριμένα προϊόντα μπορεί να προσφέρουν επικοινωνία με-συσκευές χαμηλότερου επιπέδου, ομότιμη-επικοινωνία με-ομότιμη επικοινωνία με άλλα PLC, επικοινωνία με συστήματα κεντρικού υπολογιστή υψηλότερου-επιπέδου ή δυνατότητες ανταλλαγής δεδομένων με δίκτυα-εγκαταστάσεων ή επιχειρήσεων. Κατά την επιλογή ενός μοντέλου κατά τη φάση σχεδιασμού, θα πρέπει να βασιστεί η επιλογή στις συγκεκριμένες απαιτήσεις της πραγματικής εφαρμογής, επιλέγοντας μόνο εκείνες τις αριθμητικές συναρτήσεις που είναι πραγματικά απαραίτητες. Στα περισσότερα σενάρια εφαρμογών, αρκούν οι βασικές λογικές πράξεις, ο χρονισμός και οι συναρτήσεις μέτρησης. ορισμένες εφαρμογές ενδέχεται να απαιτούν δυνατότητες μεταφοράς και σύγκρισης δεδομένων. ενώ οι αλγεβρικές πράξεις, οι αριθμητικές μετατροπές και οι αλγόριθμοι ελέγχου PID δεσμεύονται συνήθως για εφαρμογές που περιλαμβάνουν ανίχνευση και έλεγχο αναλογικού σήματος. Λειτουργίες όπως η αποκωδικοποίηση και η κωδικοποίηση απαιτούνται όταν απαιτούνται δυνατότητες εμφάνισης δεδομένων.
2. Λειτουργίες ελέγχου
Οι συναρτήσεις ελέγχου περιλαμβάνουν αλγόριθμους όπως έλεγχος PID, τροφοδοσία-προώθησης αντιστάθμισης και έλεγχος αναλογίας. οι συγκεκριμένες λειτουργίες που επιλέγονται θα πρέπει να καθορίζονται με βάση τις ακριβείς απαιτήσεις ελέγχου της εφαρμογής. Δεδομένου ότι τα PLC έχουν σχεδιαστεί κυρίως για διαδοχικό λογικό έλεγχο, οι εργασίες αναλογικού ελέγχου στα περισσότερα σενάρια συνήθως αντιμετωπίζονται με χρήση αποκλειστικών ελεγκτών ενός-βρόχου ή πολλαπλών-βρόχων. Εναλλακτικά, μερικές φορές χρησιμοποιούνται εξειδικευμένες έξυπνες μονάδες I/O για την εκτέλεση συγκεκριμένων λειτουργιών ελέγχου-μια στρατηγική που χρησιμεύει στη βελτίωση της συνολικής ταχύτητας επεξεργασίας του PLC και στη διατήρηση της χωρητικότητας της εσωτερικής μνήμης. Παραδείγματα τέτοιων εξειδικευμένων μονάδων περιλαμβάνουν μονάδες ελέγχου PID, μετρητές υψηλής-ταχύτητας, αναλογικές μονάδες εισόδου με αντιστάθμιση ταχύτητας και μονάδες μετατροπής ASCII.
3. Λειτουργίες Επικοινωνίας
Τα συστήματα PLC μεσαίας-προς-μεγάλης-κλίμακας θα πρέπει να υποστηρίζουν μια ποικιλία διαύλων πεδίου και τυπικά πρωτόκολλα επικοινωνίας (όπως TCP/IP). Επιπλέον, όταν απαιτείται από την εφαρμογή, αυτά τα συστήματα θα πρέπει να μπορούν να δημιουργούν συνδέσεις με το δίκτυο διαχείρισης της εγκατάστασης (μέσω TCP/IP). Τα πρωτόκολλα επικοινωνίας πρέπει να συμμορφώνονται με τα πρότυπα επικοινωνίας ISO/IEEE και να αποτελούν ανοικτό δίκτυο επικοινωνίας.
Οι διεπαφές επικοινωνίας του συστήματος Προγραμματιζόμενου Λογικού Ελεγκτή (PLC) περιλαμβάνουν σειριακές και παράλληλες διεπαφές επικοινωνίας, θύρες επικοινωνίας RIO, κοινές διεπαφές DCS και παρόμοια. Για συστήματα PLC μεσαίας-προς-μεγάλης-κλίμακας, οι δίαυλοι επικοινωνίας (συμπεριλαμβανομένων των συσκευών διασύνδεσης και των καλωδίων) θα διαμορφώνονται με πλεονασμό 1:1. Αυτά τα λεωφορεία επικοινωνίας πρέπει να συμμορφώνονται με τα διεθνή πρότυπα και η εμβέλεια επικοινωνίας τους πρέπει να πληροί τις πραγματικές απαιτήσεις της συγκεκριμένης εγκατάστασης.
Εντός του δικτύου επικοινωνίας του συστήματος PLC, ο ρυθμός επικοινωνίας του δικτύου ανώτερου-επιπέδου θα υπερβαίνει το 1 Mbps και το φορτίο επικοινωνίας δεν θα υπερβαίνει το 60%. Οι κύριες μορφές δικτύων επικοινωνίας για συστήματα PLC είναι οι εξής:
1) Ένας υπολογιστής λειτουργεί ως κύριος σταθμός, ενώ πολλαπλά PLC του ίδιου μοντέλου λειτουργούν ως εξαρτημένοι σταθμοί, σχηματίζοντας ένα απλό δίκτυο PLC.
2) Ένα μεμονωμένο PLC ενεργεί ως κύριος σταθμός, ενώ άλλα PLC του ίδιου μοντέλου ενεργούν ως εξαρτημένοι σταθμοί, σχηματίζοντας ένα κύριο-δίκτυο υποτελών PLC.
3) Το δίκτυο PLC συνδέεται με ένα DCS μεγάλης-κλίμακας μέσω μιας συγκεκριμένης διεπαφής δικτύου, που λειτουργεί ως υποδίκτυο του DCS.
4) Ένα ιδιόκτητο δίκτυο PLC (ένα δίκτυο επικοινωνίας ειδικό για τα προϊόντα PLC ενός συγκεκριμένου κατασκευαστή).
Για να μετριαστεί ο φόρτος εργασίας επικοινωνίας στη CPU-και βάσει των πραγματικών απαιτήσεων της διαμόρφωσης δικτύου-θα πρέπει να επιλεγούν επεξεργαστές επικοινωνίας εξοπλισμένοι με διάφορες δυνατότητες επικοινωνίας (π.χ. από σημείο-προς-σημείο, fieldbus).
4. Λειτουργίες Προγραμματισμού
Λειτουργία προγραμματισμού εκτός σύνδεσης: Σε αυτήν τη λειτουργία, το PLC και η συσκευή προγραμματισμού μοιράζονται μια ενιαία CPU. Όταν η συσκευή προγραμματισμού βρίσκεται σε "λειτουργία προγραμματισμού", η CPU αφιερώνει τις υπηρεσίες της αποκλειστικά στη συσκευή προγραμματισμού και δεν ελέγχει τις συσκευές πεδίου. Μόλις ολοκληρωθεί ο προγραμματισμός, η συσκευή προγραμματισμού μεταβαίνει σε "λειτουργία εκτέλεσης", οπότε η CPU επαναλαμβάνει τον έλεγχο των συσκευών πεδίου και οι λειτουργίες προγραμματισμού δεν μπορούν να εκτελεστούν. Η λειτουργία προγραμματισμού εκτός σύνδεσης μπορεί να μειώσει το κόστος του συστήματος, αν και μπορεί να είναι λιγότερο βολικό για χρήση και εντοπισμό σφαλμάτων. Λειτουργία διαδικτυακού προγραμματισμού: Σε αυτήν τη λειτουργία, η CPU και η συσκευή προγραμματισμού διαθέτουν το καθένα τις δικές τους αποκλειστικές CPU. Η κεντρική CPU είναι υπεύθυνη για τις λειτουργίες ελέγχου πεδίου και ανταλλάσσει δεδομένα με τη συσκευή προγραμματισμού εντός ενός μόνο κύκλου σάρωσης. η συσκευή προγραμματισμού μεταδίδει τα πρόσφατα δημιουργημένα ή τροποποιημένα δεδομένα προγράμματος στην κεντρική CPU και στον επόμενο κύκλο σάρωσης, η κεντρική μονάδα CPU εκτελεί τη λογική του συστήματος με βάση το πρόγραμμα που μόλις ελήφθη. Αν και αυτή η λειτουργία συνεπάγεται υψηλότερο κόστος, προσφέρει μεγαλύτερη ευκολία για τον εντοπισμό σφαλμάτων και τη λειτουργία του συστήματος και υιοθετείται συχνά σε συστήματα PLC μεσαίας έως-μεγάλης- κλίμακας. Υπάρχουν πέντε τυποποιημένες γλώσσες προγραμματισμού: τρεις γλώσσες γραφικών{10}}Διαγράμματα διαδοχικών συναρτήσεων (SFC), διαγράμματα κλίμακας (LD) και διαγράμματα μπλοκ συναρτήσεων (FBD)-και δύο γλώσσες{12}}που βασίζονται σε κείμενο{13}}Λίστες οδηγιών (IL) και Struc. Η επιλεγμένη γλώσσα προγραμματισμού θα πρέπει να συμμορφώνεται με το σχετικό πρότυπο (IEC 61131-3). Επιπλέον, θα πρέπει να υποστηρίζει διάφορες εναλλακτικές μορφές προγραμματισμού -όπως C, Basic, κ.λπ.- για την κάλυψη των ειδικών απαιτήσεων ελέγχου εξειδικευμένων εφαρμογών.
5. Διαγνωστικές Λειτουργίες
Οι διαγνωστικές δυνατότητες ενός προγραμματιζόμενου λογικού ελεγκτή (PLC) περιλαμβάνουν διαγνωστικά στοιχεία υλικού και λογισμικού. Τα διαγνωστικά υλικού χρησιμοποιούν λογική βασισμένη στο υλικό-για να εντοπίσουν τη θέση των σφαλμάτων υλικού, ενώ τα διαγνωστικά λογισμικού κατηγοριοποιούνται σε εσωτερικά και εξωτερικά διαγνωστικά. Τα εσωτερικά διαγνωστικά περιλαμβάνουν τη χρήση λογισμικού για την αξιολόγηση της εσωτερικής απόδοσης και λειτουργικότητας του PLC. Τα εξωτερικά διαγνωστικά περιλαμβάνουν τη χρήση λογισμικού για την αξιολόγηση των δυνατοτήτων ανταλλαγής δεδομένων μεταξύ της CPU του PLC και των εξωτερικών στοιχείων, όπως οι μονάδες εισόδου/εξόδου (I/O).
Η ευρωστία των διαγνωστικών λειτουργιών ενός PLC επηρεάζει άμεσα την τεχνική επάρκεια που απαιτείται από το προσωπικό λειτουργίας και συντήρησης, καθώς και τον μέσο χρόνο επισκευής (MTTR).
6. Ταχύτητα επεξεργασίας
Οι προγραμματιζόμενοι ελεγκτές λογικής λειτουργούν χρησιμοποιώντας μηχανισμό-που βασίζεται σε σάρωση. Από την άποψη των απαιτήσεων απόδοσης σε πραγματικό χρόνο, η ταχύτητα επεξεργασίας θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μεγαλύτερη. Εάν η διάρκεια ενός σήματος εισόδου είναι μικρότερη από τον χρόνο σάρωσης του PLC, ο ελεγκτής μπορεί να μην ανιχνεύσει το σήμα, με αποτέλεσμα την απώλεια δεδομένων.
Η ταχύτητα επεξεργασίας επηρεάζεται από παράγοντες όπως η διάρκεια του προγράμματος χρήστη, η επεξεργαστική ισχύς της CPU και η ποιότητα του λογισμικού. Τα PLC διαθέτουν γρήγορους χρόνους απόκρισης επαφής και υψηλές ταχύτητες λειτουργίας, με τον χρόνο εκτέλεσης για κάθε δυαδική εντολή να κυμαίνεται συνήθως από 0,2 έως 0,4 μικροδευτερόλεπτα (μs). Κατά συνέπεια, είναι κατάλληλα-για εφαρμογές που απαιτούν αυστηρό έλεγχο και δυνατότητες ταχείας απόκρισης. Ο κύκλος σάρωσης (χρόνος σάρωσης επεξεργαστή) πρέπει να πληροί τα ακόλουθα κριτήρια: για PLC μικρής-κλίμακας, ο χρόνος σάρωσης δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 0,5 ms ανά 1.000 οδηγίες (0,5 ms/K). για PLC μεσαίας{10}}έως{11}}μεγάλης-κλίμακας, ο χρόνος σάρωσης δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 0,2 ms ανά 1.000 οδηγίες (0,2 ms/K).
Τύποι ελεγκτών
Με βάση τη φυσική τους δομή, τα PLC ταξινομούνται ευρέως σε δύο κατηγορίες: τύπους ολοκληρωμένων (μονομπλόκ) και αρθρωτούς τύπους. Ανάλογα με το περιβάλλον λειτουργίας τους, ταξινομούνται σε δύο κατηγορίες: Μονάδες-τοποθετημένες και μονάδες ελέγχου-δωμάτιο-μονάδες. Επιπλέον, με βάση το μήκος λέξης της CPU, κατηγοριοποιούνται σε συστήματα 1-bit, 4-bit, 8-bit, 16-bit, 32-bit και 64-bit. Από μια{21}}προοπτική προσανατολισμένη στην εφαρμογή, τα PLC επιλέγονται συνήθως με βάση τις συγκεκριμένες λειτουργίες ελέγχου τους ή τον απαιτούμενο αριθμό σημείων εισόδου/εξόδου. Οι ενσωματωμένοι-προγραμματιζόμενοι λογικοί ελεγκτές (PLC) διαθέτουν έναν σταθερό αριθμό σημείων I/O. Κατά συνέπεια, οι χρήστες έχουν περιορισμένη ευελιξία στην επιλογή τους, καθιστώντας τους κατάλληλους για συστήματα ελέγχου μικρής κλίμακας. Τα αρθρωτού τύπου PLC, αντίθετα, προσφέρουν μια μεγάλη ποικιλία καρτών I/O ή plug-in μονάδων, επιτρέποντας στους χρήστες να επιλέγουν και να διαμορφώνουν ορθολογικά τον συγκεκριμένο αριθμό σημείων I/O που απαιτούνται για τα συστήματα ελέγχου τους. Αυτή η αρθρωτότητα διευκολύνει την βολική και ευέλικτη λειτουργική επέκταση, καθιστώντας τα γενικά κατάλληλα για συστήματα ελέγχου μεσαίας έως μεγάλης κλίμακας.
Τύποι εισόδου/εξόδου
Διακριτά σήματα (ποσότητες μεταγωγής): Αυτά αναφέρονται κυρίως σε διακριτές εισόδους και διακριτές εξόδους-συγκεκριμένα, στις βοηθητικές επαφές που σχετίζονται με διάφορες συσκευές. Παραδείγματα περιλαμβάνουν τις βοηθητικές επαφές ενός ρελέ μέσα στον ελεγκτή θερμοκρασίας ενός μετασχηματιστή (που αλλάζουν κατάσταση όταν ο μετασχηματιστής υπερθερμαίνεται), οι βοηθητικές επαφές του εκκεντροφόρου διακόπτη μιας βαλβίδας (που αλλάζουν κατάσταση όταν ανοίγει ή κλείνει η βαλβίδα), οι βοηθητικές επαφές ενός επαφέα (που αλλάζουν κατάσταση όταν η επαφή του επαφέα υπερθερμαίνεται). (που αλλάζουν κατάσταση όταν σβήσει το ρελέ). Αυτά τα σήματα συνήθως μεταδίδονται σε ένα PLC ή σε μια ολοκληρωμένη συσκευή προστασίας. Η παροχή ρεύματος για αυτές τις επαφές παρέχεται γενικά από το PLC ή την ίδια τη συσκευή προστασίας. Εφόσον οι επαφές δεν διαθέτουν δική τους εσωτερική πηγή ενέργειας, αναφέρονται ως "παθητικές επαφές" (ή "ξηρές επαφές") και ταξινομούνται ως διακριτές είσοδοι στο πλαίσιο του PLC ή της συσκευής προστασίας.
1. Ψηφιακές Ποσότητες
Τα φυσικά μεγέθη που είναι διακριτά-τόσο από άποψη χρόνου όσο και από άποψη μεγέθους-αναφέρονται ως ψηφιακά μεγέθη. Τα σήματα που αντιπροσωπεύουν αυτές τις ψηφιακές ποσότητες ονομάζονται ψηφιακά σήματα. Τα ηλεκτρονικά κυκλώματα που έχουν σχεδιαστεί να λειτουργούν με χρήση ψηφιακών σημάτων είναι γνωστά ως ψηφιακά κυκλώματα.
Για παράδειγμα: Όταν ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του αριθμού των εξαρτημάτων που εξάγονται από μια αυτοματοποιημένη γραμμή παραγωγής, αποστέλλεται ένα σήμα στο κύκλωμα για κάθε παραδιδόμενο εξάρτημα, προκαλώντας την καταμέτρηση "1". Αντίθετα, όταν δεν παραδίδονται εξαρτήματα, το σήμα που εφαρμόζεται στο κύκλωμα είναι "0". Έτσι, το σήμα που αντιπροσωπεύει τον αριθμό των τμημάτων είναι ασυνεχές-τόσο χρονικά όσο και ποσοτικά-καθιστώντας το ψηφιακό σήμα. Η μικρότερη μονάδα ποσότητας σε αυτό το πλαίσιο είναι μια ενιαία μονάδα (1).
2. Αναλογικές Ποσότητες
Οι φυσικές ποσότητες που είναι συνεχείς-είτε ως προς το χρόνο είτε ως προς το μέγεθος-αναφέρονται ως αναλογικές ποσότητες. Τα σήματα που αντιπροσωπεύουν αυτές τις αναλογικές ποσότητες ονομάζονται αναλογικά σήματα. Τα ηλεκτρονικά κυκλώματα που έχουν σχεδιαστεί να λειτουργούν με χρήση αναλογικών σημάτων είναι γνωστά ως αναλογικά κυκλώματα.
Για παράδειγμα: Το σήμα τάσης που εξάγεται από ένα θερμοστοιχείο κατά τη λειτουργία είναι ένα αναλογικό σήμα. Δεδομένου ότι η θερμοκρασία που μετράται δεν μπορεί να υποστεί στιγμιαία, απότομα άλματα σε καμία περίπτωση, το σήμα τάσης που προκύπτει είναι συνεχές-τόσο χρονικά όσο και ποσοτικά. Επιπλέον, κάθε συγκεκριμένη τιμή που λαμβάνεται από αυτό το σήμα τάσης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συνεχούς μεταβολής του έχει συγκεκριμένη φυσική σημασία-δηλαδή, αντιστοιχεί σε μια συγκεκριμένη ένδειξη θερμοκρασίας. Αρχές μετατροπής
1. Ένας μετατροπέας ψηφιακού-σε-αναλογικού (DAC) είναι ένα σύστημα που μετατρέπει ψηφιακά σήματα σε αναλογικά σήματα. Αυτό επιτυγχάνεται συνήθως μέσω χαμηλοπερατού-φίλτρου. Το ψηφιακό σήμα υφίσταται πρώτα αποκωδικοποίηση-δηλαδή, οι ψηφιακοί κωδικοί μετατρέπονται σε αντίστοιχα επίπεδα τάσης για να σχηματίσουν μια σκάλα-σαν σήμα-μετά την οποία υποβάλλεται σε χαμηλοπερατό-φιλτράρισμα.
Σύμφωνα με τη θεωρία σήματος και συστήματος, το σήμα της ψηφιακής σκάλας-όπως μπορεί να θεωρηθεί ως η συνέλιξη ενός ιδανικού σήματος παλμού-δειγματοληψίας και ενός ορθογώνιου σήματος παλμού. Συνεπώς, σύμφωνα με το Θεώρημα συνέλιξης, το φάσμα του ψηφιακού σήματος είναι το γινόμενο του φάσματος του παλμικού-σήματος δειγματοληψίας και του φάσματος του ορθογώνιου παλμού (γνωστού ως συνάρτηση Sa). Έτσι, χρησιμοποιώντας το αντίστροφο της συνάρτησης Sa για φασματική αντιστάθμιση, το αρχικό δείγμα του σήματος μπορεί να ανακτηθεί από το ψηφιακό σήμα. Επιπλέον, σύμφωνα με το θεώρημα της δειγματοληψίας, η εφαρμογή ιδανικού χαμηλοπερατού-φίλτρου στο φάσμα του σήματος του δείγματος αποδίδει το φάσμα του αρχικού αναλογικού σήματος.
Σε πρακτικές εφαρμογές, αυτές οι θεωρητικές αρχές δεν εφαρμόζονται άμεσα, καθώς η παραγωγή ευκρινών, ιδανικών σημάτων δειγματοληψίας είναι τεχνικά δύσκολη. Επομένως, αυτά τα δύο στάδια φιλτραρίσματος (η αντιστάθμιση συνάρτησης Sa-και το ιδανικό χαμηλοπερατό-φιλτράρισμα) συνήθως συνδυάζονται (διαδοχικά). Επιπλέον, δεδομένου ότι τα ιδανικά χαρακτηριστικά φιλτραρίσματος που απαιτούνται από αυτό το σύστημα είναι φυσικά μη πραγματοποιήσιμα, τα πραγματικά συστήματα μπορούν να παρέχουν μόνο μια προσέγγιση αυτής της διαδικασίας.
2. Ένας αναλογικός-σε-ψηφιακός μετατροπέας (ADC) είναι ένα σύστημα που μετατρέπει τα αναλογικά σήματα σε ψηφιακά σήματα. αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει φιλτράρισμα, δειγματοληψία και διατήρηση και κωδικοποίηση.
Το αναλογικό σήμα υποβάλλεται πρώτα σε συγκρότημα-περιοριστικό φιλτράρισμα και διέρχεται από ένα κύκλωμα δείγματος{-και-αναμονής, μετατρέποντας έτσι σε σήμα σαν σκάλα-. Στη συνέχεια, αυτό το σήμα περνά μέσα από έναν κωδικοποιητή, ο οποίος μετατρέπει κάθε διακριτό επίπεδο τάσης μέσα στο σήμα της σκάλας σε έναν αντίστοιχο δυαδικό κώδικα.