Ottenere i dati di processo corretti dai segnali a impulsi
I segnali a impulsi e in frequenza sono utilizzati in un’ampia gamma di applicazioni industriali, ma trasformarli in dati di processo significativi non è sempre semplice.
I segnali a impulsi e in frequenza si trovano in applicazioni che spaziano dai miscelatori rotanti e dai sistemi di trasporto ai misuratori di portata, alle apparecchiature di dosaggio e alle macchine per l’imballaggio.
Sebbene i processi fisici possano differire, spesso si basano sullo stesso principio fondamentale: un sensore genera impulsi proporzionali al movimento, alla rotazione o al flusso.
La difficoltà sta nel fatto che i segnali a impulsi non rappresentano direttamente un valore di processo. Lo stesso treno di impulsi, infatti, può essere interpretato in modi diversi in base all'esigenza e allo scopo della misura.
Velocità in rapporto alla distanza
Si consideri un sensore di prossimità induttivo che rileva i segnali provenienti dai rulli di un nastro trasportatore. 
La frequenza degli impulsi può essere utilizzata per calcolare:
velocità del nastro trasportatore (metri / min.)
portata del materiale
sincronizzazione della macchina
Tuttavia, se gli impulsi vengono accumulati nel tempo, lo stesso encoder può anche determinare:
distanza percorsa
lunghezza del cavo prodotto
posizione del prodotto
Questa distinzione è importante: La velocità descrive quanto velocemente qualcosa si sta muovendo istante per istante. La distanza descrive di quanto si è spostato nell’arco di tempo considerato.
Entrambi i valori provengono dallo stesso sensore, ma richiedono differenti prospettive di elaborazione del segnale.
Portata istantanea rispetto al volume
Lo stesso principio si applica alle applicazioni di misura di portata.
Un misuratore di portata con uscita a impulsi genera impulsi proporzionali al movimento del liquido attraverso un tubo. 
La frequenza degli impulsi può essere utilizzata per determinare:
portata (litri / min.)
portata (m³ / h)
portata (galloni / min.)
Se invece gli impulsi vengono accumulati, possono essere utilizzati per determinare:
consumo totale di acqua
volume del batch
volume di riempimento di un serbatoio
In questo caso: Il flusso descrive la velocità di movimento istante per istante. Il volume descrive la quantità totale che è passata attraverso il sistema.
Sebbene entrambi i valori provengano dallo stesso misuratore di portata, si tratta di misurazioni fondamentalmente diverse.
Perché la distinzione è importante
Comprendere la differenza tra misurazioni basate sulla portata istantanea e misurazioni accumulate è fondamentale nella scelta del tipo di strumentazione.
Applicazioni che richiedono:
"Qual è l’RPM attuale?"
"Qual è la velocità attuale del nastro trasportatore?"
"Qual è la portata attuale?"
richiedono una misurazione continua della frequenza.
Applicazioni che richiedono:
"Quanti metri sono stati prodotti?"
"Quanta acqua è stata consumata?"
“Quanti impulsi si sono verificati dal ripristino?"
richiedono l’accumulo e la totalizzazione degli impulsi.
La scelta di un principio di misura errato può tradursi in un sistema che fornisce il valore istantaneo corretto, ma non è in grado di fornire il valore cumulativo richiesto dal processo.
Quando è richiesta una totalizzazione accurata, affidarsi a un sistema PLC o SCADA per integrare i segnali di portata campionati può portare a errori di misurazione. Ad esempio, stimare il volume tramite campionamento periodico di un segnale di flusso è spesso meno preciso rispetto all’utilizzo di funzionalità di totalizzazione dedicate.
Esempio di applicazione: Monitoraggio della velocità dell’agitatore nella produzione farmaceutica
La velocità di rotazione è un parametro di processo critico nella produzione farmaceutica.
La velocità di miscelazione influisce direttamente su:
qualità del prodotto
omogeneità del lotto
velocità di dissoluzione
ripetibilità del processo
Molti miscelatori utilizzano sensori induttivi, sensori a effetto Hall o encoder che generano segnali a impulsi proporzionali alla rotazione dell’albero.
La difficoltà sta nel fatto che i sistemi di controllo in genere richiedono segnali di processo standard anziché informazioni grezze sulla frequenza.
Convertendo la frequenza in unità ingegneristiche, come i giri al minuto (RPM), e generando un segnale di uscita standard, ad esempio 4-20 mA, gli operatori ottengono una visibilità continua sul processo, mantenendo al contempo la compatibilità con i sistemi di controllo esistenti. 
Esempio di applicazione: Integrazione di misuratori di portata a impulsi
Molti misuratori di portata forniscono uscite a impulsi anziché segnali di processo analogici.
Alcuni esempi:
misuratori di portata a turbina
contatori d’acqua
misuratori di portata a ruota a pale
sistemi di dosaggio
La frequenza degli impulsi è proporzionale alla portata. All’aumentare della portata, aumenta anche la frequenza degli impulsi.
Per i costruttori di macchine e gli OEM, ciò rappresenta una sfida, poiché i clienti possono scegliere diverse tecnologie di misuratori di portata.
Un'installazione può utilizzare un sensore di flusso digitale con uscita di livello. Un’altra può utilizzare un contatore d’acqua con contatto reed. Una terza può utilizzare un’uscita a impulsi PNP.
In secondo luogo, ogni impulso rappresenta un volume arbitrario, specifico per marca e prodotto; è quindi utile poter regolare facilmente il rapporto "impulso = volume X". In questi casi, risultano particolarmente vantaggiosi i dispositivi di condizionamento dei segnali dotati di funzione di divisione degli impulsi.
In questi esempi applicativi, il condizionamento flessibile dei segnali consente di convertire questi diversi segnali in un segnale di processo coerente senza dover riprogettare il sistema di controllo.
Cosa sono i convertitori frequenza/corrente e a cosa servono?Vuoi scoprire come integrare segnali a impulsi e in frequenza nei sistemi di controllo industriale? Questo articolo esplora le capacità dei convertitori di frequenza multifunzionali di PR electronics, illustrando i tipi di segnale supportati, i principi di conversione e le opzioni di uscita analogiche, digitali e a relè disponibili per un monitoraggio e un controllo di processo affidabili. |
Perché un condizionamento dei segnali di qualità è fondamentale per ottenere dati di processo accurati
La precisione delle misurazioni di impulsi e frequenze dipende da fattori che vanno ben oltre il semplice sensore.
Negli ambienti industriali reali, la qualità del segnale può essere influenzata dal rumore elettrico, da lunghe tratte di cavo, da azionamenti a frequenza variabile (VFD), avviatori motore e alimentatori switching.
Senza un adeguato condizionamento dei segnali, i disturbi possono causare falsi rilevamenti di impulsi, misurazioni instabili o calcoli errati di velocità, portata, distanza o volume.
L’isolamento galvanico contribuisce a eliminare i loop di massa e le differenze di potenziale tra i dispositivi di campo e il sistema di controllo. Ciò migliora la stabilità della misurazione e al contempo protegge le apparecchiature collegate da disturbi elettrici.
Le buone prestazioni EMC sono altrettanto importanti. I segnali a impulsi si basano sul rilevamento accurato di ogni passaggio.
L’interferenza elettromagnetica può introdurre impulsi indesiderati o mascherare quelli validi, causando valori di processo imprecisi e falsi allarmi.
Il filtraggio del segnale fornisce un ulteriore livello di protezione, in particolare quando si lavora con contatti meccanici o sensori basati su interruttori reed. Filtrando il rimbalzo dei contatti e il rumore transitorio, la misurazione rimane stabile senza compromettere il tempo di risposta.
Che si tratti di misurare i giri al minuto, la velocità del nastro trasportatore, la portata o il volume totalizzato, dati di processo affidabili iniziano sempre da un segnale pulito e stabile. Un isolamento efficace, un’elevata immunità alle interferenze elettromagnetiche e un accurato filtraggio del rumore contribuiscono a garantire che i valori presentati agli operatori e ai sistemi di controllo riflettano fedelmente il processo reale.
Scegliere la soluzione di condizionamento dei segnali più adatta
Misurazione della frequenza rispetto alla totalizzazione
Questa distinzione diventa particolarmente importante nella scelta delle apparecchiature di condizionamento dei segnali.
Conversione del segnale da impulsi ad analogico / in frequenza tramite convertitori di frequenza: PR 3225, PR 4225 e PR 5725
I modelli PR 3225, PR 4225 e PR 5725 sono ottimizzati per misurazioni basate sui segnali in frequenza, quali:
velocità di rotazione
velocità del nastro trasportatore
portata
monitoraggio della frequenza
Il loro scopo è convertire una frequenza di impulsi in ingresso in:
4-20 mA
0-10 V
uscite in frequenza
segnali a relè
visualizzazione del valore istantaneo
In altre parole, rispondono alla domanda: "Cosa sta succedendo in questo momento? Qual è lo stato attuale della frequenza del segnale?"
Esempi:
RPM istantanei
velocità istantanea del nastro
portata istantanea
Non sono progettati come totalizzatori di impulsi e non devono essere considerati soluzioni per il conteggio cumulativo di distanza, volume o produzione.
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Conversione da impulso a impulso / frequenza / segnale analogico con convertitori di frequenza: PR 5223 e PR 5225
Alcune applicazioni richiedono qualcosa in più di una semplice misurazione istantanea.
In applicazioni come:
totalizzazione del volume
misura di lunghezza
conteggio dei prodotti
gestione dei batch
accumulo della produzione
il sistema deve contare ed elaborare gli impulsi nel tempo.
Queste applicazioni richiedono totalizzazione ed elaborazione matematica piuttosto che una semplice conversione della frequenza.
È qui che entrano in gioco i dispositivi programmabili come il PR 5223 e il PR 5225.
Possono essere configurati per eseguire calcoli specifici per l’applicazione, accumulo di impulsi e funzioni di scalatura avanzate che supportano sia misurazioni basate sulla frequenza sia misurazioni accumulate.
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Linee guida applicative per il prodotto:
Applicazione | Tipo di misura | Soluzione tipica |
RPM del miscelatore | Velocità | |
Velocità del trasportatore | Velocità | |
Flusso istantaneo | Portata | |
Lunghezza del cavo prodotto | Distanza | |
Conteggio dei prodotti | Totalizzazione | |
Consumo d’acqua | Volume | |
Volume del batch | Volume | |
Visualizzazione della lettura | Portata / velocità |
Dai segnali a impulsi alle preziose informazioni di processo
Che si tratti di un miscelatore, di un sistema di trasporto, di un misuratore di portata, di un encoder o di una linea di produzione, la sfida di fondo rimane la stessa: trasformare le informazioni basate su impulsi in dati di processo significativi.
La chiave sta nel capire se l’applicazione richiede un valore istantaneo, come la velocità o la portata, oppure un valore cumulativo, come la distanza o il volume.
Selezionando la strategia di elaborazione del segnale più appropriata, i progettisti possono semplificare l’integrazione, migliorare la precisione delle misurazioni e creare soluzioni di automazione più flessibili.
Hai bisogno di aiuto per scegliere la soluzione giusta?
Che la tua applicazione riguardi il monitoraggio dei giri al minuto, la velocità dei nastri trasportatori, la misurazione del flusso, il tracciamento della distanza o la totalizzazione, PR electronics può aiutarti a individuare l’approccio di condizionamento dei segnali più adatto alla tua applicazione.
Contatta i nostri specialisti per discutere delle tue esigenze di misura.
