В любой современной системе автоматизации — от простого технологического узла до сложного производства — все начинается
с получения информации с оборудования. Датчики фиксируют физические параметры, такие как давление, температура или уровень, после чего данные проходят через цепочку преобразований, фильтраций, защиты и обработки, чтобы в конечном итоге оказаться на экране диспетчера или в отчёте технолога производства.
Эта статья — о том, как выглядит путь сигнала: от момента его возникновения на датчике до отображения на экране оператора.
1. Как сигнал формируется на датчике
Всё начинается с датчика. Это устройство физически измеряет параметр: например, температуру жидкости, уровень в ёмкости или давление в трубе.
Датчик преобразует физическое значение в электрический сигнал. В промышленной автоматике применяются три основных типа сигналов:
- Аналоговый сигнал (4–20 мА) — стандарт в отрасли. Пропорционален измеряемому значению. Например, 4 мА = 0°C, 20 мА = 100°C.
- Дискретный сигнал (0 или 1) — он же цифровой в простом понимании. Используется для передачи состояний: вкл/выкл, открыт/закрыт, авария/норма и т. п. Такой сигнал не измеряет значение, а сообщает факт: произошло — не произошло.
- Цифровой протокол (HART, Modbus, Profibus и др.) — по одной паре проводов можно передавать не только измерения, но и служебные данные: серийные номера, калибровки, диагностику и т. д.
Часто датчик может выдавать одновременно и аналоговый сигнал,
и цифровые данные по протоколу. Это даёт гибкость при построении системы.
2. Передача сигнала через шкафы автоматизации
После выхода из датчика сигнал поступает в шкаф автоматизации. Обычно это кроссовый или системный шкаф, куда сходятся все кабели от оборудования.
Внутри шкафа находятся:
- Клеммы — для подключения кабелей
- Барьеры искробезопасности — если объект взрывоопасный и требуется исключение образования искр и коротких замыканий
- Модули ввода/вывода (I/O-модули) — принимают сигналы: дискретные или аналоговые, преобразуют и передают их на ПЛК
- Контроллер (ПЛК) — мозг системы, обрабатывающий все полученные сигналы
Шкаф автоматизации — это точка, где физические сигналы преобразуются
в цифровую информацию, используемую в дальнейшем для анализа
и управления.
3. Роль коммутаторов и барьеров
На пути сигнала важную роль играют сетевое оборудование и защитные элементы.
- Коммутаторы — обеспечивают связь между устройствами
по промышленной сети (чаще всего Ethernet). С их помощью контроллеры, панели оператора, серверы SCADA и другие элементы объединяются
в единую систему. - Медиаконвертеры — используются для преобразования одного типа сигнала в другой. Например, они могут переводить медный физический сигнал (Ethernet) в оптический (оптоволокно) для передачи данных
на большие расстояния с минимальными потерями и помехами. Также бывают медиаконвертеры, которые трансформируют данные между различными протоколами связи. - Барьеры искробезопасности — применяются в системах, работающих
во взрывоопасных зонах. Их основная задача — предотвратить прохождение опасных скачков напряжения или токов от оборудования низкого класса защиты в зону с повышенной опасностью. В случае короткого замыкания, аварии или другого инцидента они ограничивают энергию сигнала, не допуская искрообразования, которое могло бы вызвать воспламенение.
Также применяются сетевые протоколы передачи данных: Modbus TCP,
OPC UA, Profibus, Ethernet/IP и другие. Они обеспечивают надёжный обмен информацией между устройствами разных производителей.
4. Серверы и базы данных
После обработки сигналов на уровне контроллеров, данные передаются на сервер SCADA-системы. Там они:
- Обрабатываются и архивируются
- Сохраняются в базе данных (часто SQL или специализированные хранилища)
- Преобразуются в удобный формат для отображения
Сервер может быть локальным (на объекте) или вынесен в диспетчерскую.
В более сложных системах он интегрируется с MES и ERP для передачи данных на уровень управления производством и бизнес-процессами.
5. Операторский интерфейс
Диспетчер или оператор получает данные через SCADA-интерфейс, подключённый к серверу. Это может быть:
- HMI-панель — для локального управления на месте
- АРМ оператора — компьютер с полноценным интерфейсом и множеством функций
- Веб-интерфейс — в современных системах возможен удалённый доступ
SCADA отображает:
- Текущие параметры
- Историю измерений (тренды)
- Состояние оборудования
- Предупреждения и аварии
На основе этих данных оператор может принимать решения и управлять процессом в режиме реального времени.
6. Примеры типовых цепочек передачи данных
Пример 1: Контроль давления в трубопроводе
Датчик давления (4–20 мА) → Барьер искробезопасности → I/O модуль
→ ПЛК → Ethernet → SCADA → Оператор
Пример 2: Сигнализация сработки клапана
Концевой выключатель (0/1) → Дискретный вход ПЛК → SCADA
→ Звуковая/визуальная сигнализация
Пример 3: Уровень в резервуаре (HART-датчик)
Уровнемер HART → Модуль ввода с поддержкой HART → ПЛК
→ SCADA → Архив данных
Вывод
Сигнал от датчика до диспетчера проходит цепочку преобразований
и маршрутов, на каждом этапе которой важно качество оборудования
и правильность проектирования.
Без понимания этой структуры невозможно создать надёжную систему автоматизации. И если вы только начинаете разбираться в АСУ ТП, знание пути сигнала — одна из самых полезных базовых тем.