Как преобразовать токовый сигнал в напряжение

Поводом для написания этой небольшой заметки послужил комментарий одного из читателей блога. Суть проблемы сводилась к тому, что ПЛК Siemens S7 1200 имеет 2 встроенных аналоговых входа, которые настроены на работу с сигналом напряжения  0-10 V, при этом тип сигнала изменить нельзя. А для работы необходим был токовый сигнал  4-20 мА.

Собственно и возникает вопрос, как в этом случае быть, как преобразовать токовый сигнал в напряжение?

Для решения данной задачи есть несколько вариантов. А конкретнее, это использование модулей аналоговых сигналов, преобразователя сигналов или резистора.

С первым вариантом все понятно. В настройках любого модуля ввода-вывода аналоговых сигналов можно выбрать тип сигнала и диапазон измерений — 0…20 мА или 4… 20 мА для токового,  ±10 V, ±5 V, ±2.5 V для напряжения.

Но покупка дополнительного модуля расширения не всегда является целесообразной, так как они достаточно дороги.

Во втором случае необходимо наличие преобразователя сигналов. Например, у того же Siemens есть преобразователи SIRIUS 3RS17.

На вход преобразователя подается сигнал с датчика или другого прибора, имеющего токовый выход 4… 20 мА, с выхода преобразованный в  0-10 V сигнал уже идет непосредственно на контроллер.

Ну, и наконец, третий вариант – это использование резистора, подключаемого параллельного аналоговому входу. Причем, для получения максимально точных результатов измерений, желательно использовать прецизионные резисторы, так как они имеет более высокую точность и стабильность выходных параметров. Хотя, если высокая точность не требуется, подойдет и обычный резистор.

При выборе, естественно, возникает главный вопрос  — как подобрать номинал резистора?

На самом деле, на этот вопрос достаточно просто ответить, если вспомнить закон Ома.

Как известно, R сопротивление = V напряжение/ I ток.

В нашем случае напряжение = 10 V, ток =  0,02 А. Получаем R = 10 /0,02 = 500.

Таким образом, нам необходим резистор номиналом 500 Ом. Подключаем его параллельно к клеммам аналогового входа ПЛК, например, к 2М и 0.

Схематически это будет выглядеть следующим образом:

V = I*R = 0,004*500 = 2 V

V = I*R = 0,020*500 = 10 V

При 4 мА падение напряжения составит 2 V, при 20 мА – 10 V. В дальнейшем мы можем масштабировать эти значения программным способом.

Точно также можно рассчитать номинал резистора и для преобразования других диапазонов, например 0-20 мА в 0-5 V постоянного тока.

R = 5 /0,02 = 250 Ом

V = I*R = 0*250 = 0 V

V = I*R = 0,020*250 = 5 V

Рекомендуемая мощность резистора должна быть не менее, чем 1,16 Вт, желательно 2 Вт.

Также легко можно выполнить и обратное преобразование, в том случае, если устройство может  работать  только с токовым сигналом. Например,  рассчитаем значение резистора для преобразования сигнала 0-10 V в 0-20 мА.

R = 10 /0,02 = 500 Ом

I= V/R = 0/500 = 0 мА

I= V/R = 10/500 = 0,02 А = 20 мА

Только в этом случае, резистор необходимо подключить последовательно.

Вот в принципе и все. Остается только добавить, что использование резисторов вполне допустимо для большинства случаев, ну а если это по каким либо причинам это невозможно, используйте аналоговые модули  расширения, либо преобразователи сигналов.