 |
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.
|
|
|
