Модули ввода/вывода аналоговых и дискретных сигналов

Рассмотрим модули серии NL (производства фирмы г. Тогонрок), которые являются полным аналогом, производимым под серией ADAM ICP и NuDAM.

Отличаются только количеством защит, диапазоном рабочих температур и низким потреблением тока.

Данные модули выполняют функции:

ü дискретного и аналогового ввода,

ü управление дискретной и аналоговой нагрузкой,

ü реализовать алгоритмы локального релейного или ПИД-регулирования в качестве локальных технологических контроллеров.

Оснащены модули полными функциональными и равноценными ходами (каналами), которые могут быть масштабированы, подвергнуты коррекции (т.е. фильтровой фильтрации) или настроены как дискретные входы.

Модули совместимы с большинством OPC серверов, позволяющих распознавать аппаратные модули и настраивать для разных каналов различные коллебровочные коэффициенты.

Модули позволяют подключать к модулям различные типы датчиков без дополнительных цепей согласования.

OPC-сервер

OPC-серверы помимо подключения аппаратных модулей со SCADA-пакетами, имеют возможность:

ü архивации,

ü привязки к реальному масштабу времени,

ü наличие alarm,

ü наличие фильтров и цифровой коррекции входных сигналов,

ü простейшие графические реализации.

Как правило, OPC-сервер позволяет управлять всеми модулями от всех SCADA-программ.

Пример. Genesis 32, Trace Mode, Lab View, Excel и другие.

Кроме этого имеется широкая библиотека и COM объект, позволяющие создавать самостоятельные программы на различных языках программирования, совместимых с Microsoft COM технологий.

(Например Visual C++.)

Примеры модулей

NL-8TI

Модуль ввода аналоговых сигналов. Содержит 8 каналов оцифровки. Дискретность – 12 разрядов у АЦП.

NL-16 DO

Содержит 16 каналов дискретного вывода.

NL-16 DI

Содержит 16 каналов дискретного ввода.

NL-2C

Модуль содержит 2 канала счётчика или частотометра и 4 канала дискретного вывода.

NL-232c

Преобразователь интерфейса 232 в 435.

Бывают модули преобразования CAN интерфейса 232 в оптический канал связи, 232 в модемную связь.

CAN интерфейс – продвинутая версия RS485.

Примечание.

Модули выполняются на напряжении питания от 10 до 30 В.

Модули имеют изоляцию входов и выходов с напряжением не менее 4 кВ.

4000 В – в импульсах.

6000 В – постоянно действующее напряжение, которое выдерживает изоляция относительно общего корпуса.

Скорость обмена информацией по RS 485 – от 1200 до 115200 бит/секунду. Выбирается программой.

Каждый модуль содержит встроенную флеш память для хранения программы (алгоритма функционирования).

Структурная схема модуля ввода дискретного сигнала

Рис.

ВИП – встроенный источник питания.

ИПН – изолирующий преобразователь напряжения.

СТ – сторожевой таймер (монитор питания).

Din0-Din15 – входы, подключённые к входному буферу, который содержит регистры.

МК – микроконтроллер.

БУ – блок управления.

Дискретный сигнал поступает на входные буферы и записываются во входных регистрах памяти. Далее МК согласно программе работы периодически опрашивает состояние ресурсов и записывает в свои ячейки ОП.

Задача контроллера состоит в формировании последовательного канала передачи данных и преобразования данных с регистров в последовательный код. После преобразования информация переходит в интерфейс RS 485.

Наличие контактов «In» позволяет записать или изменить параметры работы контроллера.

IDC-разъём.

1. Данный разъём используется для прошивки контроллера.

2. Внешняя индикация и кнопки на данном модуле.

Если INT-контакта у модуля нет, то доступ к контроллеру для программирования осуществляется с помощью дополнительного канала связи и пароля.

БУ

Назначение – формирование управляющих сигналов для MOSFET транзисторов и хранение текущей информации в регистре.

ВИП

Стабилизирует входное напряжение (10-30 В) с получением на выходе напряжение 5-9 В.

Изолирующий источник питания – полный аналог импульсного источника питания (ИИП).

Аналог ИИП содержит гальваническую развязку на основе ПИК-трансформатора и предназначен для защиты от аварийных режимов работы входных каналов и RS 485 интерфейса.

Сторожевой таймер

Проверяет работоспособности контроллера и наличие электропитания, подключённого к модулю.

Принцип работы.

Имеет в наличии собственный независимый генератор и счётчик, программируемый для изменения коэффициента деления.

Обязательно у счётчика есть канал сброса (обнуления).

Контроллер имеет в своей программе команды по периодическому сбросу счётчика СТ.

Если сигнал сброса счётчика пришёл – контроллер выполняет программу нормально (в рабочем режиме).

Если сигнал сброса не приходит – то происходит перезаполнение регистров счётчика с формированием сигнала на перезапуск контроллера.

Дополнительно СТ имеет компаратор для контроля напряжения детали.

В тех случаях, когда напряжение питания меньше положенного, происходит остановка работы контроллера – блокируются сигналы с генератора импульсов.

Особенно это требуется для оцифровки аналогового сигнала для исключения погрешности измерения.

При включении модуля для исключения сбоев в момент коммутации, запуск контроллера происходит при достижении уровня напряжения требуемого значения.

Примечание 1.

В модуле имеется контроллер

Примечание 2.

Ряд модулей, подключённых к последовательному интерфейсу с адресацией, необходимо настраивать каждый в отдельности.

Примечание 3.

Модули, как правило, устанавливаются на DIN-рейку и имеют разъём с болтовым соединением.

Обязательно необходимо заземление цепей питания средств автоматизации.

Рис.

Некоторые модули могут содержать релейный выход, который имеет нормально замкнутые и нормально разомкнутые контакты (при отсутствии питания замкнут, при подключении питания размыкается).

Имеется защитный диод, предотвращающий всплеск напряжения обмоткой реле.

Примечание 4.

Модули управления или вывода дискретных данных построены аналогично рассмотренному и отличается тем, что входов у него максимально 3 и порядка 15 выходных каналов.

Это относится ко всем модулям всех фирм.

Подключение внешних устройств

(электрических цепей)

1. Входные электрические цепи

Главным образом:

ü дискретные электрические входные цепи,

ü аналоговые электрические входные цепи,

ü входные цепи каналов связи,

ü цепи питания.

Рис. Модуль с входными каналами

Входные сигналы формируются кнопкой SB1 с замыкающим контактом, которая подаёт сигнал на входной канал Din2.

Кнопка SB2 с размыкающимся контактом подаёт сигнал на входной канал Din3.

Кроме того к каналам Din2, Din3 подключены цепочки фильтрации C₁R₁ и C₂R₂. Фильтрующие цепочки позволяют избавиться от вредного проявления дребезга контактов.

Дребезг контактов – это многократная коммутация контактных пластин при однократном нажатии на кнопку.

Параметры цепочки фильтрации подбираются из методики расчёта аналоговых фильтров. Конденсатор для любой импульсной помехи – проводник. Любая импульсная помеха подключается через конденсатор. Сопротивление подключается для разрядки конденсатора.

Входной аналоговый сигнал может быть сформирован из цепочки сопротивления: R₃, R₄, R₅, образующих собой делитель напряжения. Величины R₃, R₄ выбираются исходя из требуемого диапазона регулирования.

Аналоговый входной сигнал может быть образован датчиком (см. справочную информацию).

Особенности.

Существуют разные схемы подключения: двухточечные, трёхточечные. И может быть дополнительно установлен аналоговый фильтр первого и второго порядка (срезают с наклоном ЛАЧХ 20 дБ, срезают с наклоном ЛАЧХ 40 дБ соответственно).

В качестве входного дискретного сигнала может служить выход подобного модуля.

Конденсаторы С₃, С₄ в цепи электропитания служат для фильтрации помех, образованных самим модулем. Используется два модуля, т.к. один керамический С₃ (для фильтрации высокой частоты, 0.1 мкФ), С₄ – электролитический (номинал – свыше 100 мкФ, для низкой частоты).

Примечание 1.

Данный фильтр предназначен для полного исключения помех.

Примечание 2.

Выбор фильтрующих конденсаторов, особенно электролитов, необходимо согласовывать с аппаратами защиты. Т.е. предохранитель-автомат.

Интерфейсные сигналы каналов связи

(На схеме эти каналы обозначается как Data⁺, Data^-.)

На примере RS 485 провода Data⁺, Data^- подключаются все параллельно.

Желательно внутри установки образовать витую пару.

Интерфейс RS 485 должен содержать нагрузочное R₆.

R₆ устанавливается для формирования нагрузочного тока и уменьшения помех.

Сухие и мокрые контакты

«Сухими контактами» называют механические выключатели, не имеющие источников энергии внутри (реле, концевые выключатели, кнопки).

Примеры их подключения к модулям приведены на Рис..

(а) (б)

Рис.. Подсоединение "сухих контактов" к модулю с входным каскадом

типа InD (a) и с входным каскадом типа InR и InТ (б)

«Мокрый контакт» - контакт, содержащий в своём корпусе источник питания.

Подключение внешних силовых устройств

Рис.. Применение модуля для управления мощным тиристором

Контур управления тиристором замыкается через модуль вывода дискретных сигналов, содержит источник питания и добавочное сопротивление R. Назначение R – токоограничение. Параметры сопротивления определяются согласно закону Ома для участка цепи. Источник – напряжение 24 В.

Ток равен току открытия тиристора (0,02 А).

R = 1200 Ом.

Рис.. Схема подключения электромагнитного реле к модулю вывода дискретного сигнала

Во время коммутации реле, в катушке реле образуется высокое значение ЭДС, достигающее нескольких кВ.

Может возникать искра при размыкании цепи питания реле, которая выведет из строя канал модуля вывода дискретных сигналов.

Вторая функция диода – обеспечение безопасной работы во взрывоопасных помещениях.

Примечание.

Если требуется сформировать выходной сигнал с модуля вывода дискретных значений, можно воспользоваться последней схемой, но вместо реле воспользоваться нагрузочным сопротивлением.

Поиск по сайту: