Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы

ПЛК: дискретные входы/ выходы

Программируемые логические контроллеры – основа для создания автоматизированной среды управления технологическими процессами. Применение ПЛК значительно упрощает процесс разработки проектов и решений, а также дает возможность значительно увеличивать жизненный цикл базовых производств и технологий, основываясь на международном стандарте IEC 61131. Во второй статье цикла рассматриваем решения Texas Instruments для организации дискретных входов и выходов ПЛК.

Под ПЛК – программируемым логическим контроллером (Programmable logic controllers, PLC), – как правило, понимается блочно-модульная система универсального назначения, построенная на основе микропроцессора. Данная система применяется для создания автоматизированной среды и управления последовательными процессами в разных областях промышленности, техники и других сферах инженерной деятельности.

Программируемый логический контроллер доступен пользователю в виде единого модуля, включающего в себя центральный процессор, преобразователь напряжения, периферию, задающую возможность работы с коммуникационными и беспроводными интерфейсами, а также входы и выходы для взаимодействия с внешними устройствами. Обобщенная структурная схема ПЛК показана на рисунке 1.

Рис. 1. Обобщенная структурная схема ПЛК

Количество входов ПЛК колеблется от 6 (контроллеры нижнего уровня) до 128 и более (контроллеры верхнего уровня). Все имеющиеся на борту контроллера входы и выходы можно разделить на три класса:

  • аналоговые;
  • дискретные;
  • специальные.

Аналоговые входы необходимы для ввода непрерывного сигнала с датчиков и других внешних устройств. Аналоговые сигналы делятся на два типа: сигналы по току (4…20 мА) и сигналы по напряжению (0…10 В). К примеру, в случае подключения к аналоговому входу внешнего датчика температуры с диапазоном измерения 0…85°С на выходе датчика величина тока в 4 мА будет соответствовать 0°С, а 20 мА – 85°С.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы

Аналоговые выходы ПЛК служат для плавного управления устройствами. Разделение у аналоговых выходов такое же, как и у входов (по току и по напряжению). В качестве примера использования можно привести регулировку угла поворота вентиля, подключенного к выходу (0…180°). Ток величиной в 4 мА, поданный на выход ПЛК, повернет вентиль в положение 0°, ток в 20 мА, соответственно, в положение 180°.

Дискретные входы программируемого логического контроллера служат для получения сигналов от дискретных датчиков, таких как датчики давления, термостаты, датчики обнаружения, концевые датчики и так далее. Величина напряжения сигнала для этих датчиков составляет 24 В, что на программном уровне соответствует логической единице.

Дискретные выходы ПЛК необходимы для управления подключенными устройствами, например, разного рода магнитными пускателями, лампочками, клапанами и прочим, посредством коммутации высокого или низкого сигналов. Дискретный выход представляет собой контакт, способный выдавать сигнал, являющийся с точки зрения программы логическим нулем или единицей. Такой сигнал способен замкнуть или разомкнуть управляющую или питающую цепь подключенного устройства, тем самым выполнив необходимы алгоритм работы.

Специализированные входы/выходы – отдельный класс входов/выходов, который используется для взаимодействия с датчиками и устройствами, обладающими нестандартными параметрами — нестандартным уровнем сигнала, специфическими параметрами питания и программной обработкой.

Наибольшее распространение в промышленном оборудовании получили функциональные звенья на основе дискретных (цифровых) входов/выходов (рисунок 2). В некоторых случаях для сложных типов станков число дискретных каналов может достигать десятков и сотен.

Рис. 2. Применение дискретных входов и выходов ПЛК

Дискретные входы

Дискретные (цифровые) входы программируемого логического контроллера применяются для выполнения самых разных задач автоматизации технологического процесса, начиная от мониторинга состояния различных датчиков, таких как всевозможные кнопки, тумблеры, концевые выключатели, термостаты и прочее, до использования их при создании промышленных панелей управления – ПСП-панелей, клавиатур, аварийных выключателей, а также при приеме информации от исполнительных механизмов – актуаторов, катушек мощных контакторов и реле.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы По сути, к дискретному входу ПЛК можно подключить любое устройство с выходом типа «реле» или «открытый коллектор».

Дискретный вход программируемого логического контроллера может работать только с низким или высоким уровнем сигнала. Однако некоторые устройства и приборы имеют более двух состояний, соответствующих логическим нулю и единице. Для подключения таких устройств используют сразу несколько дискретных входов. Например, автоматические электронные весы, которые могут контролировать пороги допуска, имеют 2 выхода, соответствующих значениям «меньше нормы» и «больше нормы». Вес объекта таким образом определяется двумя битами информации: 01 – «меньше», 00 – «норма», 10 –«больше», 11 – «неисправность прибора».

Дискретный вход ПЛК, как правило, включает в себя индикатор состояния (светодиод), гальваническую развязку и защиту от неверного подключения. У некоторых контроллеров диоды индикации расположены до гальванической развязки, что дает возможность пользователю проводить диагностику работы внешних цепей до включения контроллера. Помимо этого, каждый дискретный вход оснащен аналоговым фильтром, подавляющим высокочастотные помехи и верхние гармоники спектра входного сигнала. Частота среза фильтра согласована с программным быстродействием, определяющимся типовым временем рабочего цикла ПЛК. Длительность импульса, который можно надежно зафиксировать дискретным входом общего назначения, составляет 2…3 мс. Обобщенная структурная схема дискретного входа ПЛК приведена на рисунке 3.

Рис. 3. Обобщенная структурная схема дискретного входа ПЛК

Несмотря на то что функционал и алгоритм работы дискретного входа достаточно просты, его схемотехническая реализация оказывается не столь тривиальной задачей, особенно если учесть, что в современных решениях одновременно требуются компактные размеры, приемлемая цена, высокая надежность, а также минимальные значения потребления.

Реализация дискретных входов

Сигналы, поступающие на дискретные входы ПЛК, могут существенно отличаться друг от друга по различным параметрам, таким как продолжительность фронта и среза, наличие/отсутствие дребезга, сопротивление источника питания, амплитуда и так далее.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы К примеру, сигнал, который был сформирован замыкающимися контактами реле, обладает типовой величиной продолжительности фронта в 4 мс и продолжительностью среза в 2 мс, при этом допустимо возникновение дребезга. В то же время быстродействующие сигналы от полупроводниковых ключей могут иметь частоту в десятки и сотни кГц, причем дребезг у них отсутствует как таковой. В то же время, если рассмотреть этот вопрос с точки зрения схемотехники, более существенным оказывается правильный подбор характеристик тока и напряжения. Итогом является то, что все дискретные входы ПЛК можно разделить по двум параметрам: типу опрашиваемых датчиков и интервалу напряжений и токов для заданных логических состояний нуля и единицы.

В соответствии с ГОСТ IEC 61131–2-2012, дискретные (цифровые) входы делятся на три типа:

  • Цифровой вход типа 1 (type 1 digital input) – устройство для измерительных сигналов, получаемых от механических контактов устройств переключения, например, реле, кнопок, выключателей и тому подобного. Преобразует фактический сигнал с двумя состояниями в однобитовое двоичное число.
  • Цифровой вход типа 2 (type 2 digital input) – устройство для измерительных сигналов от полупроводниковых устройств переключения, например, двухпроводных бесконтактных переключателей. Преобразует фактический сигнал с двумя состояниями в однобитовое двоичное число. Данный класс цифрового входа может использоваться вместо классов 1 и 3.
  • Цифровой вход типа 3 (type 3 digital input) по определению аналогичен входам типа 2, но отличается величиной входных токов. Он также используется для приема сигналов, получаемых от полупроводниковых устройств переключения, например, двухпроводных бесконтактных переключателей. Данный класс цифрового входа может использоваться вместо класса 1. Цифровые входы типа 3 имеют более низкие электрические характеристики по сравнению с цифровыми входами типа 2. Благодаря меньшей допустимой токовой нагрузке удается на одном модуле разместить большее число входов типа 3.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Отличие типа 3 от типа 2 заключается в том, что первый совместим с устройствами, которые, согласно IEC 60947-5-2, в состоянии «выключено» работают на низком токе.

В соответствии с ГОСТ, рабочий диапазон входа состоит из области «ВКЛ», области перехода и области «ВЫКЛ». Для входа в область «ВКЛ» необходимо, чтобы были одновременно превышены минимальные значения тока и напряжения. Для постоянного напряжения питания 24 В вход типа 1 должен переходить в состояние «ВКЛ» при напряжениях 15…30 В при токе 2…15 мА. Для входа типа 2 напряжение включения составляет 11…30 В при токе 6…30 мА. Для входа типа 3 диапазон напряжений включения составляет 11…30 В при токе 2…15 мА. Значения токов и напряжений определяют мощность, рассеиваемую на входе, которая является еще одним важным параметром, так как способна в конечном итоге оказывать влияние на габариты создаваемого решения.

Одной из основных проблем построения дискретных входов является изоляция цепей датчика и контроллера. Изоляция цепей датчика строится на основе гальванической развязки. Сама по себе гальваническая развязка цепей может осуществляться на основе различных принципов:

  • электромагнитная – на основе принципа взаимной индуктивности, например, трансформаторы;
  • оптическая – оптроны, оптореле;
  • емкостная – цифровые емкостные барьеры;
  • электромеханическая – электромеханические реле.

Гальваническая развязка на основе оптронов является традиционным решением, применяемым при построении дискретных входов ПЛК (рисунки 4 и 5). Скорости работы данного типа развязки достаточно для передачи цифровых сигналов, однако с развитием полупроводниковой промышленности стали доступны микросхемы, позволяющие создать изоляционный барьер за счет других, более современных технологий, позволивших уменьшить тем самым габариты и стоимость конечного решения, а также получить ряд других преимуществ.

Рис. 4. Реализация дискретного входа на основе оптрона с ограничением тока резистивным делителем

Одним из вариантов замены оптической развязки являются микросхемы, где изоляционный барьер реализуется на емкостях.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Применение емкостей дает возможность исключить связь по постоянному току между приемником и передатчиком, что в сигнальных цепях, по своей сути, является гальванической развязкой.

Рис. 5. Реализация дискретного входа на основе оптрона с ограничением тока резистивным делителем и стабилизатором тока

Преимущества развязки, организованной при помощи конденсаторов, заключаются в достаточно высокой энергетической эффективности, малых габаритах и устойчивости к внешним магнитным полям. Все это дает возможность производить недорогие интегральные изоляторы с высокими показателями надежности. На данный момент такие типы изоляторов находятся в производстве у компаний: Texas Instruments, Silicon Labs и Maxim Integrated.

Эти компании применяют разные подходы при создании канала, тем не менее, все три компании используют диоксид кремния (SiO2) в качестве диэлектрика. Данный материал обладает высокой электрической прочностью и уже несколько десятилетий применяется в производстве микросхем. Диоксид кремния легко интегрируется в кристалл, причем для того чтобы обеспечить напряжение изоляции величиной в несколько киловольт, достаточно слоя диэлектрика толщиной всего в несколько микрометров (рисунок 6).

Рис. 6. Интеграция диоксида кремния в кристалл

По технологии, которую использует Texas Instruments, на кристалле, расположенном в корпусе микросхемы, располагаются площадки-конденсаторы, кристаллы соединяются через эти площадки, тем самым позволяя информационному сигналу проходить от приемника к передатчику через изоляционный барьер (рисунок 7). Устройства, построенные по данному принципу, получили название цифровых изоляторов. Такие изоляторы содержат в себе несколько изолированных каналов, каждый из которых превосходит традиционный оптрон по быстродействию и точности передачи сигнала, по уровню устойчивости к помехам и, как правило, по стоимости в пересчете на канал.

Рис. 7. Внешний вид внутренних соединений между двумя подложками цифрового изолятора Texas Instruments

Компания Texas Instruments выпустила несколько серий цифровых изоляторов, среди которых серии микросхем ISO71xx, ISO72xx, самыми передовыми из которых являются семейства ISO77xx и ISOW78xx, а также микросхемыISO1211/12.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Последние заслуживают отдельного внимания, так как именно они наиболее часто применяются при реализации дискретных входов.

Микросхемы ISO1211/12

ISO1211/12 – специализированная интегральная схема для реализации дискретных входов с индивидуальной гальванической развязкой. Посредством микросхем семейства ISO121x можно построить дискретные входы, соответствующие стандарту IEC 61131-2 и типам 1, 2 и 3, описанным ранее. К таким входам возможно подключение внешних датчиков с максимальным рабочим напряжением до 24 B (рисунок 8).

Рис. 8. Реализация дискретного входа на основе цифрового изолятора ISO1211

Изоляторы ISO121x представляют собой простое решение с малым энергопотреблением и точным ограничением тока. Эти изоляторы не требуют источника питания с первичной стороны и работают в широком диапазоне напряжений питания 2,25…5,5 В. ISO121x имеют в своем составе входы, толерантные к напряжению ±60 В и имеющие защиту от обратной полярности, что немаловажно при отказах со значительными обратными напряжениями и токами. Цифровые изоляторы этого семейства поддерживают скорости обмена данными до 4 Мбит/с с гарантией пропускания импульса длительностью 150 нс. ISO1211 подходят для разделения каналов в многоканальных системах, а ISO1212 – в решениях с ограниченным пространством размещения. Структурная схема одного канала показана на рисунке 9.

Рис. 9. Структурная схема канала ISO1211/12

Изоляторы принимают на вход дискретные сигналы уровня 24 В и обеспечивают изолированный дискретный выход. Внешний резистор Rизм задает значение ограничения втекающего тока. Порог напряжения, при котором происходит переключение между уровнями, задается резистором Rпор. Для передачи дискретных сигналов через изоляционный барьер микросхемы семейства ISO121x используют амплитудную манипуляцию ON-OFF keying (OOK). Для оценки возможностей цифровых изоляторов доступны оценочный комплект ISO1211EVM (рисунок 10) и плата 8-канального изолированного дискретного входа ISO1212EVM (рисунок 11) производства компании Texas Instruments.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы

Рис.10. Оценочный комплект ISO1211EVM

Рис. 11. Оценочный модуль 8-канального приемника цифровых сигналов ISO1212EVM

Основные параметры цифровых изоляторов ISO1211 и ISO1212 приведены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры цифровых изоляторов ISO1211/12
















НаименованиеISO1211ISO1212
Диапазон токов ограничения, мА2,2…7,3
Встроенный изолирующий преобразователь питанияНет
Количество каналов12
Количество прямых/обратных каналов1/02/0
Напряжение изоляции, В2500
Пиковое напряжение изоляции в течение 1 с, В3600
Максимальное импульсное напряжение изоляции при импульсе формы 1,2/50 мкс, В4000
Скорость передачи данных, Мбит/с4
Задержка прохождения сигнала, тип., нс140
Максимальная частота работы, МГц2
Состояние по умолчаниюНет
Диапазон питающих напряжений, В2,25…5,5
Рабочий температурный диапазон, °С-40…125
Корпус8SOIC16SSOP

Цифровые изоляторы семейства ISO121x обладают более высокой скоростью работы и меньшим временем отклика по сравнению с традиционными решениями на оптронах (стандартные оптроны имеют время срабатывания в десятки микросекунд), а также обладают меньшими габаритными размерами и малыми потерями мощности (рисунок 12).Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Кроме того, при реализации дискретных выходов на основе ISO121x нет необходимости в дополнительном буфере с триггером Шмитта, что упрощает проектирование системы. В конечном итоге можно сказать, что микросхемы ISO1211/12 являются более предпочтительным решением для реализации развязки в дискретных входах, чем традиционные оптроны.

Рис. 12. Сравнение рабочих температур: традиционное решение +84,1, ISO1212 +44,9

Дискретные входы с определением обрыва

Компания Texas Instruments создала на базе микросхем семейства ISO121x решение, позволяющее определять обрыв на том или ином дискретном входе. Решение получило название TIDA-01509 (рисунок 13). Оно представляет собой компактную реализацию гальванической развязки для 16 дискретных входов. Входы TIDA-01509 поддерживают работу с сигналами с частотой до 100 кГц на канал и разделены на две группы, по 8 в каждой. Каждая группа состоит из трех двухканальных ISO1212 и двух одноканальных ISO 1211. Для работы ISO1211 и ISO1212 не требуется использовать гальванически развязанный DC/DC-преобразователь, что дает преимущество перед традиционными решениями дискретных входов.

Рис. 13. Внешний вид TIDA-01509

Обнаружение обрыва на входе выполнено при помощи только одного дополнительного оптического переключателя для каждого канала или двух оптических переключателей и одного дополнительного конденсатора для каждой группы.

Особенности TIDA-01509:

  • 16 цифровых входов с допуском входного напряжения до ±60 В;
  • обнаружение обрыва для одного канала с одним дополнительным компонентом;
  • время, необходимое для обнаружения обрыва одного канала – 3 мс;
  • обнаружение обрыва для масштабируемой конфигурации групповых каналов с тремя дополнительными компонентами;
  • время, необходимое для обнаружения обрыва группы (8 каналов) – 24 мс;
  • отсутствие необходимости использования дополнительного изолированного источника питания;
  • наличие совместимых отладочных плат для быстрой и легкой оценки возможностей решения.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы

Решение состоит из микросхем ISO121x, 8-битного сдвигового регистра SN74LV165A, одиночного инвертора SN74LVC1GU04 и интегрального однонаправленного супрессора TVS3300 (рисунок 14).

Рис. 14. Структурная схема TIDA-01509

Работа решения основана на том, что оптический переключатель отключает землю от ISO121x на короткий промежуток времени и соединяет ее потом снова, в результате чего импульс на выходе ISO121x показывает, существует ли обрыв на входе.

Если рассматривать алгоритм более подробно, в качестве примера взяв обрыв провода для однотактной конфигурации, когда используется только один канал устройства ISO121x, то есть необходим только один дополнительный оптический переключатель, то алгоритм срабатывания будет выглядеть следующим образом:

  • в нормальном режиме работы контакт FGND присоединен к фактической земле через оптический ключ: оптический ключ открыт, на линии контроля низкий сигнал;
  • для закрытия оптического ключа подается высокий сигнал на линию контроля;
  • считывается выходное состояние канала ISO121x. Если обрыва нет, то выходное состояние канала будет равно единице. Однако если в цепи присутствует обрыв — положение выхода соответствующего канала будет равно нулю.

Для оценки способностей решения TIDA-01509 возможно его подключение к отладочной плате MSP430FR5969 (рисунок 15) или любой другой плате производства Texas Instruments с таким же подключением SPI. Питание TIDA-01509, составляющее 3,3 В, в данном случае будет происходить непосредственно от отладочной платы.

Рис. 15. Внешний вид отладочной платы MSP430FR5969

Дискретные выходы

Простейший дискретный выход программируемого логического контроллера представляет собой контакты реле и способен выдавать сигнал, принимающий значения логических нуля или единицы. Такой выход относительно прост в реализации и применении, но имеет характерные для реле недостатки: ограниченный ресурс работы, достаточно невысокое быстродействие и так далее.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Решением, которое могло бы заменить такой подход, является использование электронного силового элемента, который выполняется по бесконтактной схеме (транзистор – для нагрузки постоянного тока, симистор – для нагрузки переменного тока).

Согласно ГОСТ IEC 61131-2-2012, к которому мы уже обращались ранее, «цифровой выход (digital output) – это устройство, которое преобразует однобитовое двоичное число в сигнал с двумя состояниями».

Основными характеристиками цифровых выходов являются:

  • номинальная токовая нагрузка 0,1/0,25/0,5/1/2 А, при этом максимальный ток составляет 0,12/0,3/0,6/1,2/2,4 А;
  • тип выхода – незащищенный или устойчивый к состоянию короткого замыкания.

Стандартная схема реализации дискретного выхода показана на рисунке 16.

Рис. 16. Стандартная схема реализации дискретного выхода

Датчики тока, последовательно соединенные с нагрузкой, непрерывно контролируют ток, поступающий на нагрузку, и сообщают о наличии избыточных токов контроллеру.

Величина протекающего в цепи тока является одним из ключевых параметров безопасности. Дискретные выходы сконструированы с использованием NPN-транзисторов со встроенными диодами для защиты от перенапряжения. Система гарантирует, что при включении цифровых выходов ПЛК ток от источника питания всегда находится в пределах заданного рабочего диапазона контроллера. Токочувствительный усилитель может защитить цифровые выходы от перегрузки по току, обеспечить диагностику, чтобы устранить неисправные условия нагрузки и предупредить о сбое системы.

Однако цифровые выходы ПЛК могут быть напрямую привязаны к устройствам, работающим с большими токами, превышающими допустимый ток выхода ПЛК, такими как стартеры, лампы и прочее. В таком случае необходимо использование дополнительного полевого транзистора для управления потоком тока от источника 24 В до нагрузки. На рисунке 17 показано подключение дискретного выхода ПЛК ко внешнему низковольтному полевому транзистору.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы

Рис. 17. Схема реализации дискретного выхода с применением дополнительного полевого транзистора

Одним из недостатков такого подхода является использование внешнего дискретного компонента (полевого транзистора), что увеличивает габариты конечного решения и его стоимость. Исключением полевого транзистора из схемы может послужить применение токочувствительного усилителя INA240, разработанного компанией Texas Instruments.

INA240 – это высокоточный двунаправленный усилитель тока с малым входным смещением и дрейфом усиления по температурному диапазону, что делает его идеальным устройством для измерения токов на дискретных цифровых выходах ПЛК. Микросхема INA240 способна работать с сигналами до 400 кГц, имеет ток потребления 2,6 мА, напряжение питания 2,7…5,5 В и способна работать при температуре -40…125°C. Кроме того, INA240 обладает лучшим в отрасли сочетанием малого смещения (5 мкВ), дрейфа смещения (50 нВ/°C), ошибки и дрейфа усиления (0,05% и 0,5 ppm/°C соответственно). Также данное решение обеспечивает подавление синфазных сигналов переменного тока – 93 дБ на частоте 50 кГц.

INA240 выпускается в 8-выводных корпусах TSSOP и SO, а для оценки ее возможностей доступны модули TIDA-00909 иTIDA-00913 (рисунок 18).

Рис. 18. Внешний вид модуля TIDA-00909/00913

Другие решения Texas Instruments, используемые для реализации дискретных входов и выходов

Компания Texas Instruments не ограничивается выпуском модулей гальванической развязки и токочувствительных усилителей и предоставляет полный перечень компонентов, необходимых для реализации дискретного входа и выхода (таблица 2).

Таблица 2. Решения от Texas Instruments для реализации дискретных входов и выходов

















НаименованиеОписание
TIDA-000178-канальный модуль дискретных входов для программируемого логического контроллера. Разработан в соответствии со стандартом IEC61000-4 EMC и включает в себя 8 цифровых входов до 34 В каждый, подключаемых к ПЛК через последовательный интерфейс.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Модуль обладает защитой от превышения значений по току, имеет изолированный блок питания.
TIDA-00179Универсальный цифровой интерфейс для подключения к энкодерам абсолютного положения, таким как EnDat 2.2, BiSS, SSI или HIPERFACE DSL. Решение способно работать со входными сигналами широкого диапазона напряжения 15…60 В. Разъем I/O логических сигналов с напряжением 3,3 В служит для организации прямой связи с головным процессором, например, Sitara AM437x или Delfino F28379.
TIDEP0049Решение для системы связи по интегрированному промышленному протоколу Ethernet. Модуль базируется на процессоре семейства Sitara и отвечает требованиям промышленного Ethernet по скорости запуска после включения питания устройства.
PMP9409Изолированный понижающий источник питания с 4 выходами для ПЛК-систем. Источник поддерживает номинальное входное напряжение 24 В и генерирует 4 изолированных напряжения смещения +15 В. Каждая из шин напряжения имеет ток нагрузки 30 мА.
TIDA-00129Компактный источник на 1 Вт с двумя изолированными выходами для программируемых логических контроллеров. TIDA-00129 создавался специально для питания модулей, работающих с ПЛК, и автоматизации производства. Имеет изолированные выходы 24 и 3,3 В. Данный проект соответствует требованиям IEC 61010-1.
TIDEP0079Проект EtherCAT на базе Sitara AM57x и PRU-ICSS с передачей в определенных временных интервалах. Решение может быть использовано в системах ПЛК, построенных на базе EtherCAT, или в системах управления движением.
TIDM-HAHSCPTOПроект высокоскоростного счетчика (HSC) и выхода с прямоугольными импульсами имеет высокую степень эксплуатационной готовности. В данном проекте TI приводится базовое решение (программное обеспечение и тестовая платформа) для двух разных индустриальных IO-функций, которые относятся к управлению движением: высокоскоростного счетчика (HSC) и выхода с прямоугольными импульсами (PTO).Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Данный проект базируется на платформе с микроконтроллером, которая подходит для использования в промышленных приложениях, где высокая степень эксплуатационной готовности и/или функциональная безопасность являются важными характеристиками.
TIDEP0057Многопротокольный цифровой интерфейс ведущего устройства для датчика углового положения с использованием AM437xс PRU-ICSS. Решение построено на базе процессора Sitara с подсистемой программируемого модуля реального времени и промышленных коммуникаций (PRU-ICSS).
TIDEP0003Платформа для создания и разработки ETHERNET/IP-коммуникаций. Дает возможность пользователям реализовывать стандарты связи Ethernet и IP для широкого диапазона устройств, используемых в промышленной автоматизации.
TIDA-00012Изолированный интерфейс CAN-Profibus. Разработан для применения в промышленных системах, требующих подачи изолированного питания на приемопередатчики CAN и/или Profibus.
TIDA-00230Интерфейс для настройки и логирования NFC (два порта FRAM: NFC ⇔ FRAM ⇔ Serial)
TIDA-00560Проект 16-канального статусного LED-драйвера PLC-модулей для индикации статуса нескольких аналоговых и цифровых входных и выходных каналов.
TIDA-00320Восьмиканальный модуль цифрового выхода для программируемых логических контроллеров. Предоставляет 0,5 А на всех 8 каналах при относительно небольших габаритах.
TIDA-00319Высокоскоростной цифровой модуль вывода для программируемых логических контроллеров (ПЛК).
TIDA-00766Дифференциальный высокоскоростной цифровой модуль вывода, оснащенный интерфейсом RS-485. Основная ниша применения — управление шаговыми двигателями.

Заключение

В создании автоматизированных систем на базе ПЛК правильное построение дискретных входов и выходов является одной из главных задач: от разработчика требуется следование ГОСТ IEC 61131-2-2012, точное выполнение приведенных спецификаций токов и напряжений, а также обеспечение необходимого уровня защиты с соблюдением стоимостных и габаритных характеристик конечного продукта.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы

Решение задачи построения дискретных входов ПЛК можно значительно упростить, если строить схемы входов и выходов не на дискретных компонентах, а с привлечением интегральных систем. Цифровые изоляторы и высокоточные двунаправленные усилители производства компании Texas Instruments позволяют при минимальных затратах времени получить надежное и защищенное решение, не только отвечающее всем необходимым требованиям, но и превосходящее стандартные решения для данного класса устройств.

Подписаться на получение уведомлений о публикации новых статей на тему ПЛК

Что такое DO (дискретный выход) в ПЛК. Для чего он нужен?

Дискретный выход (DO, digital output, DQ) в ПЛК применяется для включения подсоединенных к нему устройств: клапанов, магнитных пускателей промежуточных реле. Фактически дискретный выход — это переключатель, который замыкается по команде программируемого логического контроллера. Дискретный выход может иметь два состояния: разомкнутое (FALSE) и замкнутое (TRUE). При замкнутом состоянии подсоединенное устройство будет включено, при разомкнутом — отключено.

Рис. 1 — Принцип работы дискретных выходов

Дискретные выходы бывают транзисторные и релейные.

Транзисторные DQ коммутируют только низковольтные сигналы до 24…30 В постоянного тока (VDC). С их помощью включают низковольтное оборудование, например лампы индикации. У транзисторных выходов большая скорость переключения, поэтому их также используют для широтно-импульсной модуляции (ШИМ, PWM), PID-регулирования и т. д. Недостаток транзисторных выходов — малая нагрузка, например, транзисторные выходы «ОВЕН ПЛК110» рассчитаны до 24 VDC / 0,4 A.

Если ПЛК имеет только транзисторные выходы и нужно коммутировать переменный ток, то устанавливается промежуточное реле.

Рис. 2 — Промежуточное реле к дискретным выходам для коммутации переменного тока

Релейные выходы коммутируют не только постоянный, но и переменный ток.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Максимальная допустимая нагрузка релейных DO зависит от модели ПЛК. Например, 250 VAC / 4 A для «ОВЕН ПЛК63», 250 VAC / 1,5 A для Delta DVP-SS и т. д. Недостаток релейных выходов — низкая скорость переключения, что не позволяет их использовать для ШИМ и PID. Реле имеют механический ресурс на количество переключений. Обычно он равен 100 000…300 000 переключений.

Помогла ли Вам эта информация (FAQ)?

Входные/выходные дискретные сигналы в электроэнергетике: принципы, модули и микросхемы

23 апреля 2019

Микропроцессорные устройства релейной защиты, автоматики или АСУ ТП электрических станций невозможно реализовать без модулей дискретных входов и выходов, от которых напрямую зависит взаимодействие оборудования и надежность всей системы в целом. Интегральные решения для этой цели предлагают Infineon, Maxim Integrated и Texas Instruments.

Подписаться на получение уведомлений о публикации новых статей на тему ПЛК

Область применения дискретных входов и выходов

Микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики давно не являются экзотикой и активно внедряются при строительстве или реконструкции объектов энергетики. Архитектура таких устройств в точности повторяет архитектуру программируемых логических контроллеров (ПЛК), коими они, по сути, и являются.

Ни один микропроцессорный терминал не может выполнять возложенные на него функции без развитой системы ввода и вывода данных. Сегодня речь пойдет о входных и выходных дискретных сигналах.

На физическом уровне ввод/вывод дискретных сигналов осуществляется с помощью одного (digital I/O) или двух (digital input, digital output) независимых модулей, каждый из которых объединяет некоторое количество входных или выходных ячеек.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Одна ячейка – это один дискретный сигнал, то есть сигнал, который может принимать только одно из нескольких определенных заранее значений. Для организации системы релейной защиты и автоматики электрической станции или подстанции используются только дискретные логические сигналы. Они могут иметь лишь два значения: логический ноль или логическую единицу. Значение входного дискретного сигнала определяется уровнем напряжения на клеммах ячейки, а выходного – состоянием реле или ключа.

Давайте разберемся, какие данные передаются с помощью дискретных сигналов. Условно эти данные можно разделить на три группы:

  • входы для получения информации о состоянии силового электрического оборудования и выходные реле для управления первичными коммутационными аппаратами;
  • входы/выходы для организации взаимодействия между различными микропроцессорными устройствами релейной защиты и автоматики;
  • входы устройств АСУ ТП электрических станций и подстанций для сбора информации о текущем режиме работы электроустановок и входы устройств АСУ ТП для передачи команд терминалом релейной защиты и автоматики.

Силовая, или технологическая, сторона энергетики объединяет оборудование, участвующее в производстве электричества и его транспортировке в места потребления. Сюда относятся генераторы, трансформаторы, распределительные устройства, линии электропередач и многое другое. Любой из элементов этой энергосистемы должен быть защищен от повреждения. Необходимо, чтобы аварийное оборудование отключалось как можно скорее. Идентификация повреждения может осуществляться по электрическим параметрам – значениям тока и напряжения в различных точках системы. Но существуют и другие детекторы аварий – различные технологические защиты. Это неэлектрические реле, срабатывающие под действием каких-либо иных физических факторов. Например, газовая защита трансформатора замыкает контакты тогда, когда в баке трансформатора начинается бурное образование газов, которое свидетельствует о наличии короткого замыкания внутри него; дуговая защита замыкает свои контакты под действием ярких вспышек света, характерных для искровых или дуговых разрядов на сборных шинах; реле минимального давления элегаза (гексафторид серы – SF6) изменяет свое состояние при утечке элегаза и, как следствие, снижении качества изоляции оборудования.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Существует огромное количество технологических защит, каждая из которых, срабатывая, замыкает свои контакты и тем самым посылает терминалам релейной защиты сигнал об аварийном или опасном режиме работы того или иного оборудования.

Для того чтобы создать надежную и эффективную электрическую сеть, приходится круглосуточно следить за режимом работы всех ее компонентов и, при необходимости, отключать ненужные участки или подключать дополнительные. Все эти переключения выполняются с помощью так называемых коммутационных аппаратов: силовых выключателей и разъединителей. Выключатель отличается от разъединителя тем, что первый может отключать участок, по которому протекает электрический ток, а второй – нет. Выключатели используются, в том числе, и для отключения огромных сверхтоков во время аварийных коротких замыканий. Для того чтобы включить или отключить выключатель, необходимо подать напряжение на его электромагнит включения или отключения. Через электромагнит потечет ток и создаст магнитный поток, под действием которого разблокируется механизм пружинного привода и произойдет резкое включение или отключение.

Микропроцессорные устройства, выполняющие функцию управления силовыми выключателями, воздействуют на электромагниты включения и отключения, которые представляют собой довольно большую индуктивную нагрузку. Выходные реле таких устройств могут воздействовать на электромагниты выключателей напрямую или через установленные отдельно промежуточные реле. В первом случае выходные реле должны иметь соответствующие коммутационные характеристики, которые зависят от типа коммутационного аппарата и марки его привода. Ориентировочно такие контакты должны иметь возможность пропускать ток до 30 А в течении 0,2 с, а также должны быть способны разорвать индуктивную нагрузку мощностью до 25 Вт с постоянной времени затухания 0,04 с.

Важно обладать информацией о том, включен или отключен тот или иной выключатель или разъединитель в данный момент. Конструкцией любого современного коммутационного аппарата предусмотрено наличие так называемых блок-контактов.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Это контакты, предназначенные для использования в системах релейной защиты и автоматики, которые дублируют положение главных контактов. Другими словами, они замкнуты, когда выключатель или разъединитель включен, и разомкнуты в ином случае.

Система АСУ ТП электрической станции или подстанции объединяет мощные промышленные компьютеры для обработки большого количества входящей информации, средства визуализации (экраны, мониторы, мнемосхемы), а также оборудование для сбора данных, неотъемлемой частью которого являются модули дискретных входов и выходов.

Обмен информацией между различными устройствами релейной защиты и автоматики, а также передача данных в устройства АСУ ТП с помощью дискретных входов/выходов включает в себя данные о состоянии самих микропроцессорных устройств, данные о состоянии защищаемых электроустановок, а также различные управляющие логические сигналы, такие как блокировка работы, запуск защиты, запуск записи осциллограммы аварийного процесса, команда на управление коммутационными аппаратами и так далее. Источниками сигналов в данном случае выступают дискретные выходы одних микропроцессорных терминалов, а приемником сигналов – дискретные входы других микропроцессорных терминалов или устройств АСУ ТП. Передача команд от устройств АСУ ТП к терминалам релейной защиты осуществляется через дополнительные промежуточные реле.

Питание ячеек дискретных входов/выходов

Во всех описанных выше случаях контакты технологических реле, блок-контакты коммутационных аппаратов, дискретные выходы терминалов релейной защиты и автоматики и контакты промежуточных реле работают в режиме сухого контакта, а в качестве источника питания используют аккумуляторные батареи и выпрямительные блоки питания цепей АСУ ТП.

Аккумуляторные батареи совместно с выпрямительным зарядно-подзарядным устройством являются источником постоянного оперативного тока напряжением, как правило, 220 В. Такой уровень напряжения обусловлен необходимостью передачи сигналов на относительно большое расстояние для связи с силовым оборудованием, а также тяжелыми, с точки зрения электромагнитных помех, условиями работы передающих кабелей.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Переменный или выпрямленный оперативный ток сегодня используется редко, ввиду того что его параметры тесно связаны с режимом основного тока электроустановки и могут серьезно ухудшаться в наиболее ответственных – аварийных – ситуациях.

Блоки питания цепей АСУ ТП представляют собой отдельностоящие выпрямители в шкафах АСУ ТП. Такие блоки питания выдают выпрямленное напряжение 24 В, позволяющее сделать модули дискретных входов/выходов более компактными и разместить на них большее количество ячеек (рисунок 1). Источники сигналов – устройства релейной защиты и автоматики – располагаются достаточно близко к оборудованию АСУ ТП, как правило – в одном помещении, поэтому отпадает необходимость использовать высокие уровни напряжения источника питания.

Рис. 1. Использование дискретных входов и выходов в электроэнергетике

Таким образом, на объектах электроэнергетики актуальными являются логические дискретные входы и выходы двух уровней напряжения постоянного тока: 220 и 24 В. Основная характеристика логических дискретных входов – это уровни логического нуля и логической единицы. Для напряжения 220 В они, как правило, составляют 0…50 В и 132…275 В, соответственно, а для напряжения 24 В – 0…5 В и 13…30 В. Наличие достаточно широкого интервала между уровнями нуля и единицы, – так называемого гистерезиса, – является неотъемлемым условием корректной работы логического входа. Гистерезис необходим для предотвращения влияния дребезга контактов – многократного появления и пропадания сигнала в течение некоторого времени после изменения состояния, а также различных кондуктивных помех и повреждений передающих кабелей.

Требования к дискретным входам и выходам

Сегодня предприятия России производят огромное количество микропроцессорных устройств для энергетики, еще большее количество оборудования поставляется из-за рубежа. Производители используют разные технологии, компоненты и схемные решения для создания модулей дискретных входов/выходов. Однако существуют общие требования, выполнение которых обязательно для обеспечения надежной работы оборудования в условиях электроэнергетических систем.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Нормативно эти требования оформлены в руководящем документе РД 34.35.310-97 «Общие технические требования к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энергосистем», разработанном РАО «ЕЭС России» в далеком 1997 году и действующем по сей день. Конечно, этот документ давно требует актуализации с учетом более глубоких знаний и накопившегося практического опыта эксплуатации микропроцессоров в энергетике. К тому же, большинство нормативных ссылок, которые используются в документе, уже давно устарело. Однако РД 34.35.310-97 позволяет понять, на что обязательно следует обращать внимание производителям и поставщикам устройств при выборе компонентов и схем для реализации модулей микропроцессорных устройств.

Давайте остановимся на некоторых из них и попытаемся привести более современные данные из актуальных источников.

Гальваническая развязка

Главной и первостепенной задачей дискретных входов/выходов является создание гальванической развязки между цепями ввода/вывода сигналов и электронной начинкой устройства. Модули ввода/вывода должны надежно отделять чувствительные блоки обработки информации от агрессивной промышленной среды электрических станций и подстанций, заполненной помехами, возмущениями, скачками и провалами токов и напряжений. Любая, даже самая агрессивная, атака не должна преодолевать барьеры модулей дискретных входов/выходов и повреждать именно эти модули, а не более сложные и дорогостоящие ЦАП, процессоры, модули памяти и прочее. Кроме того, вычислительные электронные компоненты микропроцессорных терминалов работают со своими уровнями напряжения, а напряжение модулей дискретных входов/выходов должно быть согласовано с параметрами оперативного тока, используемого на конкретном объекте.

Требования к электрической прочности изоляции

Показатели качества изоляции позволяют оценить надежность работы модулей, связанную с правильным взаимным расположением независимых ячеек входных или выходных сигналов, а также с соблюдением расстояния между ними.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Качество изоляции оценивают по трем критериям:

  • измеренное значение сопротивления изоляции;
  • устойчивость к испытанию повышенным напряжением промышленной частоты;
  • устойчивость к испытанию повышенным импульсным напряжением.

Сопротивление изоляции измеряется для каждой независимой цепи по отношению к корпусу терминала и присоединенным к нему всем остальным независимым цепям, а также между разомкнутыми контактами механических выходных реле. Здесь независимой цепью считают каждую цепь, электрически не связанную с остальными, то есть, в общем случае, каждую ячейку дискретных входов/выходов для одиночных элементов или группу дискретных входов/выходов, имеющих общий контакт, для групповых элементов. Измерения производятся мегаомметром на напряжении 500 В. Измеренное значение не должно быть менее 100 МОм.

По таким же схемам выполняется испытание изоляции повышенным напряжением. Между каждой независимой цепью, работающей с оперативным напряжением более 60 В, и корпусом с присоединенными остальными независимыми цепями прикладывается напряжение 2 кВ частотой 50 Гц в течение 1 минуты; между каждой независимой цепью, работающей с оперативным напряжением менее 60 В, и корпусом с присоединенными остальными независимыми цепями – 0,5 кВ частотой 50 Гц в течение 1 минуты; между разомкнутыми контактами механических выходных реле – 1 кВ частотой 50 Гц в течение 1 минуты. При испытании полупроводниковых выходных реле со встроенными элементами защиты от перенапряжений испытательное напряжение прикладывается к контактам реле в запертом состоянии. Величина испытательного напряжения для полупроводниковых реле не должна превышать 1,5 номинального напряжения выхода.

При проведении испытаний импульсным напряжением изоляция каждой независимой цепи должна выдерживать по три положительных и три отрицательных импульса напряжения с амплитудой 5 кВ для цепей на номинальное напряжение выше 60 В и 1 кВ для цепей на номинальное напряжение ниже 60 В.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Форма испытательного импульса – 1,2/50 мкс.

Требования к помехозащищенности

Модули входов/выходов – это первый и главный барьер на пути помех, распространяющихся по электрическим цепям электрических станций и подстанций. Грамотно выполненная защита от помех с использованием соответствующих защитных схем и компонентов нивелирует деятельность помех и делает ее незаметной для персонала, эксплуатирующего терминалы релейной защиты и автоматики. Общий алгоритм испытаний на помехоустойчивость заключается в том, что с помощью специального генератора создается помеха, которая вводится в определенную точку терминала, далее фиксируется реакция подвергаемого проверке оборудования, на помеху. По результатам наблюдений оборудованию присваивается класс помехоустойчивости. Оборудование релейной защиты, автоматики и АСУ ТП электрических станций и подстанций выполняет крайне ответственные функции, поскольку как защищает отдельное дорогостоящее силовое оборудование, так и отвечает за устойчивую работу всей энергетической системы. Ввиду этого микропроцессорные терминалы, используемые в энергетике, должны соответствовать классу А помехоустойчивости. Это значит, что воздействие помех не должно вызывать заметное ухудшение качества функционирования оборудования, то есть ложные срабатывания, несрабатывания, снижение точности измерений, потерю данных, нарушение индикации, обрывы связи и так далее.

При проверке помехоустойчивости порты дискретных входов/выходов подвергаются следующему виду воздействий:

  • затухающие колебательные помехи частотой 0,1…1,0 МГц с амплитудой 2,5 кВ при подключении генератора между каждой независимой цепью и корпусом терминала с подключенными к нему остальными независимыми цепями и с амплитудой 1 кВ при подключении генератора между вводами одной и той же цепи;
  • микросекундные импульсные помехи с формой импульса 1,2/50 и амплитудой 2 кВ при подключении генератора между каждой независимой цепью и корпусом терминала с подключенными к нему остальными независимыми цепями и с амплитудой 1 кВ при подключении генератора между вводами одной и той же цепи;
  • наносекундные импульсные помехи с амплитудой 4 кВ и частотой 5 кГц в пачках продолжительностью 15 мс с периодом следования пачек 300 мс и общей продолжительностью испытаний 1 мин для импульсов каждой полярности; генератор подключается между каждой независимой цепью и корпусом терминала с подключенными к нему остальными независимыми цепями;
  • электростатические разряды величиной 8 кВ положительной и отрицательной полярности на каждый порт входа/выхода через воздушный промежуток.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы

Требования к скорости срабатывания выходных реле

Допустимое время срабатывания выходных реле определяется назначением этих выходных реле. Так контакты, передающие в устройства АСУ ТП данные о состоянии своего микропроцессорного терминала, могут работать с задержкой до 1 с. Дискретные выходы, формирующие информацию о состоянии защищаемого объекта, должны срабатывать не позднее чем через 0,25 с. В аварийном режиме некоторые контакты передают на верхний уровень информацию, важную для работы регистраторов аварийных событий, они должны работать не медленнее чем 0,1 с. Контакты, которые фиксируют срабатывание защит или запускают регистраторы аварийных событий на других микропроцессорных устройствах, должны срабатывать в течение 3 мс.

Отдельное внимание уделяется быстродействию контактов, выполняющих включение и отключение силовых выключателей. Выбор оптимального значения времени срабатывания релейной защиты лежит на стыке быстродействия и селективности: необходимо отключить поврежденный участок как можно скорее и, при этом, не отключить ничего лишнего.

Почему же скорость отключения выключателей так важна? Во-первых, микропроцессорные терминалы релейной защиты, как правило, выдают сигнал на отключение для того чтобы прервать аварийный режим. В таком режиме через силовое оборудование электрических станций и подстанций протекают сверхтоки короткого замыкания, которые оказывают тепловое и динамическое механическое воздействие на оборудование и могут привести к серьезным поломкам. Во-вторых, аварийные режимы сопровождаются серьезной просадкой напряжения в узлах, близких к месту короткого замыкания. На предотвращение такой просадки напряжения в короткий срок может привести к выходу электрической системы из состояния устойчивости с последующим отключением генераторов электрических станций и нарушением электроснабжения большого количества потребителей.

Почему же важно быстро включать выключатели? Значительная часть повреждений в электрических сетях имеет неустойчивый характер и способна самоустраниться через некоторое время после отключения, например, повреждение из-за падения ветки дерева на линию электропередач.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Системой автоматики электрических станций и подстанций может быть предусмотрена функция автоматического повторного включения (АПВ) отключенного ранее участка электрической сети. Успешное выполнение этой функции в кратчайшие сроки позволяет избежать ухудшения показателей надежности и устойчивости всей электрической системы. Кроме того, наличие АПВ позволяет сделать отключения более быстрыми, а селективность работы защиты обеспечить повторным включением неповрежденных элементов.

На основании изложенных выше тезисов производители микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики пришли к выводу, что необходимо разрабатывать модули выходных реле с минимальным временем срабатывания, которые можно замедлить для обеспечения селективности работы защиты с помощью дополнительных таймеров, создающих выдержку времени. Некоторые режимы работы электрических сетей могут потребовать гарантированного отключения поврежденного участка в течение 0,4 с. Этот промежуток должен включать в себя время работы выключателя (как правило, не более 0,05 с). Получается, что выходной контакт должен замкнуться не позднее, чем через 0,35 с после возникновения аварийного режима. На сегодняшний день выпускаются микропроцессорные терминалы релейной защиты, способные выдать сигнал на отключение или включение в течение 0,2 с.

Требования к износостойкости выходных реле

Выходные реле должны гарантированно выдерживать до 1000 коммутаций под нагрузкой – для контактов, выполняющих управление силовыми коммутационными аппаратами, до 10 000 коммутации под нагрузкой – для контактов, действующих на дискретные входы других микропроцессорных устройств или 100 000 операций без нагрузки – для всех типов контактов.

Конструктивные решения

Как отмечалось выше, дискретные входы/выходы располагаются на электронных модулях, каждый из которых включает в себя одну или несколько групп абсолютно идентичных каскадов – входных и выходных ячеек. Количество ячеек зависит от выполняемых терминалом функций, а их конструкция и характеристики элементов зависят от условия работы конкретных входов и выходов.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Каждая ячейка дискретного входа или выхода либо может быть полностью изолирована от других, либо иметь с некоторыми из них общий вход отрицательной полярности.

Дискретные входы

Гальваническая развязка

Основной элемент большинства ячеек дискретных входов – оптрон. Оптрон создает гальваническую развязку и надежно отделяет вычислительную схему микропроцессорного реле от внешней среды. Как правило, ячейки дискретных входов построены с использованием оптронов с транзисторным выходом. Известны примеры применения оптронов TCLT1002, IL252, SFH601 и других. Номинальный прямой ток светодиодов таких оптронов составляет порядка 10 мА. Для согласования номиналов оптрона с рабочими параметрами оперативного напряжения используют токоограничивающие резисторы, которые «гасят» большую часть подводимого напряжения или резисторные делители напряжения. Пример использования резисторного делителя напряжения показан на рисунке 2.

Рис. 2. Схема входной ячейки с делителем напряжения

Номинальные сопротивления и мощности резисторов выбирают с учетом величины напряжения источника питания. Напряжение активации дискретного входа определяется выбранным сопротивлением токоограничивающего резистора, а также может регулироваться при использовании оптронов, имеющих вывод базы транзистора, таких как IL252 (рисунок 3). В первом случае напряжение зажигания определяется током, протекающим через светодиод, а во втором – предварительным потенциалом базы транзистора.

Рис. 3. Монтажная схема оптрона IL252

В последнее время для создания гальванической развязки в цепях 24 В на смену оптронам приходят цифровые изоляторы. Это интегральные микросхемы, в которых разделение полевой и вычислительной систем происходит с помощью индуктивной (на базе импульсных трансформаторов) или емкостной (на базе конденсаторов) связи.

Ввод напряжения и защита от помех

На электрических станциях и подстанциях дискретные входы активируются постоянным напряжением 24 или 220 В.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Для того чтобы устранить зависимость работоспособности ячейки дискретного входа от полярности подводимого напряжения (читай – от ошибки в процессе монтажа) некоторые производители используют диодные мосты на входе, а также оптроны с двумя светодиодами, включенными встречно-параллельно. Рациональность таких решений вызывает обоснованные сомнения. Во-первых, увеличивается энергия, рассеиваемая внутри микропроцессорного устройства. Во-вторых, наносится удар по помехозащищенности модуля. Схема входной ячейки с диодным мостом показана на рисунке 4.

Рис. 4. Схема дискретного входа с диодным мостом

Дело в том, что агрессивная электромагнитная среда электроустановок богата всплесками напряжений различной величины как положительной, так и отрицательной полярности. «Минусовые» скачки напряжения, например, могут сопровождать популярные в электроэнергетике коммутации индуктивных нагрузок. Ввиду этого надежнее было бы не расширить область работы дискретного входа в сторону отрицательных напряжений, а наоборот, принять дополнительные меры для ее предотвращения в этом диапазоне. С этой целью в схему вводят дополнительные диоды, включенные параллельно входу в обратном направлении и/или последовательно входу в прямом направлении. Схема с использованием таких диодов представлена на рисунке 5.

Рис. 5. Схема дискретного входа с защитой от напряжения обратной полярности

Для поглощения энергии импульсов помех используют конденсаторы на номинальное напряжение, несколько большее, чем входное напряжение ячейки. При выборе емкости конденсатора необходимо соблюдать баланс между помехозащищенностью и быстродействием.

Защита входов от перенапряжений и электростатических разрядов выполняется с помощью TVS-диодов или варисторов. Как правило, первые применяются для защиты ячеек на напряжение 24 В, а вторые – на напряжение 220 В. Использование варистора и помехопоглощающего конденсатора показано на рисунке 6.

Рис. 6. Схема дискретного входа с защитой от помех

Гистерезис

Гистерезис дискретного входа – это особенность реагирования ячейки на подводимое напряжение, которая заключается в наличии некоторого диапазона между напряжениями логического нуля и логической единицы.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы При подаче на вход ячейки напряжения из этого диапазона состояние ячейки не изменяется. Наличие гистерезиса необходимо для решения вопросов отстройки от помех, от дребезга контактов механических реле, а также для предотвращения ложного срабатывания ячейки при повреждении сигнального кабеля.

Источник оперативного напряжения на объектах электроэнергетики представляет собой аккумуляторную батарею с заземленной средней точкой. Из этого следует, что при коротком замыкании одной из жил сигнального кабеля на землю на входе ячейки может оказаться половина напряжения источника питания как при замкнутых, так и при разомкнутых контактах реле – источника сигнала (рисунок 7). Реакция ячейки на такое изменение напряжения является ложным срабатыванием и не должна иметь места в надежных устройствах.

Рис. 7. Напряжение на дискретном входе при повреждении сигнального кабеля

Гистерезис создается включением в схему компаратора с положительной обратной связью, триггера Шмитта, который управляет током, проходящим через входной светодиод оптрона (рисунок 8а) и подключен к его транзисторному выходу (рисунок 8б).

Рис. 8. Создание гистерезиса с помощью триггера Шмитта

При необходимости может быть организован контроль целостности сигнальных проводов. Для этого выполняют сдвоенные входные ячейки с разными порогами активации: рабочей (на номинальное напряжение источника питания) и контрольной (на половину напряжения источника питания). Пример контроля целостности кабеля для оперативного напряжения 220 В представлен на рисунке 9.

Рис. 9. Дискретный вход с контролем целостности сигнального кабеля

Очистка контактов вводных клемм

Для дискретных входов с небольшим номинальным напряжением, в нашем случае это 24 В, и малым потребляемым током может быть актуальна проблема образования оксидной пленки на поверхности контактов входных клемм, которая делает ячейку нечувствительной к подводимому напряжению. Наиболее простым способом решения данной проблемы стало подключение внешней резистивной нагрузки, которая увеличивает ток, протекающий через контакт, тем самым очищая его, и при этом рассеивает энергию вне корпуса терминала.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы

Еще один способ борьбы с оксидной пленкой заключается в использовании нелинейных электронных компонентов, сопротивление которых значительно возрастает под действием приложенного напряжения, например, позисторов. Такие элементы увеличивают токовое потребление ячейки в первый момент после подачи входного напряжения, разрушая тем самым окислы. Под действием этого тока позистор нагревается и его сопротивление значительно возрастает, снижая общее потребление ячейки.

Для более высоких напряжений такая проблема теряет актуальность, потому что оксидная пленка не создает препятствий для напряжения 220 В.

Дискретные выходы

Коммутационный элемент

Конструкция ячеек дискретных выходов во многом определяется требованиями к их коммутационным характеристикам. Сегодня широко используются выходы с электромеханическими и твердотельными релейными элементами, а также встречаются комбинированные варианты.

Электромеханические реле способны пропускать большие токи и хорошо подходят для коммутации мощных индуктивных нагрузок, таких как соленоиды управления выключателями и катушки промежуточных реле. К недостаткам таких реле можно отнести механический износ и износ под воздействием электрической дуги, зажигание которой имеет место при каждой коммутации элемента. Качество работы электромеханических реле можно повысить, используя в схеме элементы с двойным разрывом или два включенных параллельно электромеханических реле с контактами разного типа. Одна пара контактов отличается увеличенным воздушным зазором и выполняется из более устойчивого к дуге материала, например, вольфрама. Вторая, серебряная, пара контактов обладает лучшими проводящими свойствами. В момент коммутации первыми замыкаются или последними размыкаются дугогасительные вольфрамовые контакты, однако большая часть тока нагрузки протекает через основные, серебряные, с наименьшим рассеянием мощности. Известно использование в терминалах релейной защиты и автоматики электромеханических реле типа ST, DS-P, JS, G6RN, V23061 и другие.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы

Полупроводниковые реле представляют собой ключи на базе MOSFET- или IGBT-транзисторов. Они не вызывают зажигание дуги во время коммутаций, но не способны длительное время пропускать большие токи без использования дополнительных радиаторов для охлаждения. Область применения таких реле, как правило, ограничивается активацией дискретных входов других устройств, однако развитие силовой электроники позволяет возлагать большие надежды на такие ключи. Так, некоторые из них уже сегодня используются для управления маломощными промежуточными реле. В качестве примеров используемых транзисторов можно привести 40E120 или IXYS05N100.

Интересным вариантом является совмещение преимуществ обоих типов реле в одной выходной ячейке. Так, полупроводниковые реле выполняют бездуговую коммутацию, а электромеханические – берут на себя основную токовую нагрузку. Схема выходной ячейки, представляющей собой комбинацию электромеханического и полупроводникового реле, показана на рисунке 10.

Рис. 10. Схема ячейки дискретного выхода комбинированного типа

Драйверы

Управление как электромеханическими, так и полупроводниковыми реле осуществляется с использованием оптронов транзисторного типа. Выходное напряжение оптронов должно быть достаточным для срабатывания реле. Как правило, оно соответствует удобному для работы вычислительной системы напряжению величиной 5 В. Оптрон создает надежную гальваническую развязку, отделяя элементы ячейки дискретного выхода от начинки микропроцессорного терминала.

Защитные элементы

Защита от перенапряжений выполняется с помощью варисторов или TVS-диодов. Такая защита необходима для предотвращения перекрытия изоляционного промежутка между контактами электромеханических реле или пробоя полупроводниковых реле, которые могут не только повредить сам релейный выход, но и стать ложным сигналом перехода дискретного выхода в замкнутое состояние. Кроме того, срезание импульсов перенапряжений сокращает время гашения дуги во время коммутаций электромеханических реле.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы

Защита от подачи напряжения обратной полярности необходима в большей степени входам с использованием полупроводниковых ключей. Предпочтительным в данном случае является использование диодов, включенных последовательно, а не параллельно. Это объясняется тем, что диод, включенный в параллель, при подаче напряжения обратной полярности или под действием довольно мощной помехи обратной полярности ведет себя как ключ, который всегда открыт.

Пример использования варистора и включенного встречно-последовательно диода для защиты ячейки дискретного выходного сигнала показан на рисунке 11.

Рис. 11. Защита ячейки дискретного выхода

Дискретные входы/выходы от Infineon

Компания Infineon предлагает семейство интегральных схем ISOFACE. В линейке представлены 8-канальные модули дискретных входов, такие как ISO1I811T и ISO1I813T, а также выходов: ISO1H801G, ISO1H811G, ISO1H812G, ISO1H815G, ISO1H816G, ISO1H801G, ISO2H823V2.5.

Все модули входов и выходов ISOFACE обеспечивают надежную гальваническую развязку между вычислительными цепями микроконтроллера 2,5 В или 3,3/5 В и рабочим напряжением входных ячеек 24 В. Развязку создают цифровые изоляторы на базе импульсных трансформаторов. Такое решение, по сравнению с оптронами, позволяет:

  • снизить мощность рассеяния модуля в 2,5 раза;
  • увеличить частоту дискретизации до 500 кГц на канал;
  • уменьшить габариты модуля в 4 раза.

Микроконтроллер подключается к модулям с помощью последовательного SPI-интерфейса или параллельного 8-битного интерфейса. ISO1I813T, ISO1H812G, ISO1H816G поддерживают проверку SPI-интерфейса циклическим избыточным кодом.

Модули входов ISO1I81XT

Компоненты модулей дискретных входов имеют малый температурный дрифт и способны выполнять свои функции при температуре до 135°С.

Для защиты входов от электромагнитных помех используют регулируемые помехоподавляющие фильтры. Схемой ISO1I811T предусмотрено наличие джампера для выбора одного из четырех возможных вариантов фильтра.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы В ISO1I813T есть возможность программно настроить фильтр для каждого входного канала.

Модуль ISO1I813T позволяет настраивать синхронный захват сигналов нескольких его входов. Эта функция может быть полезной для организации защит или блокировок, для которых необходимо одновременно контролировать состояние нескольких входных дискретных параметров.

Производителями предусмотрена возможность диагностики обрыва проводов, подключенных ко входам модуля, а также контроль наличия напряжения питания. При диагностировании снижения напряжения питания ниже допустимого уровня значения входных сигналов считаются недействительными, и система переходит в аварийный режим работы или отключается.

Характеристики модулей дискретных входов семейства приведены в таблице 1. Блок-схема и типовой вариант подключения интегральной схемы ISO1I813T показаны на рисунке 12, а печатная плата с использованием ISO1I813T показана на рисунке 13.

Таблица 1. Характеристики модулей входных сигналов ISO1I81хT

ПараметрISO1I811TISO1I813T
Входное напряжение, В2424
Напряжение микроконтроллера, В3,3/53,3/5
Интерфейсы подключения микроконтроллераПоследовательный, параллельныйПоследовательный, параллельный
Максимальная частота дискретизации, кГц125500
Настройка фильтра помехМеханическаяПрограммная
Допустимое напряжение гальванической развязки, В50005000
Поддержка внешнего источника питания+
Контроль наличия напряжения питания+
Диагностика обрыва сигнального проводаПоканальнаяПоканальная
Размеры модуля, мм8×12,58×12,5

Рис. 12. Блок-схема и типовой вариант подключения ISO1I813T

Рис.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы 13. Печатная плата с двумя ISO1I813T

Модули выходов ISO1H8ххG и ISO2H823V2.5

Переключение выполняют ключи на базе MOSFET-транзисторов. В зависимости от типа модуля, его выходные ячейки способны выдерживать токовую нагрузку до 1,2 А.

Выходы модулей надежно защищены от короткого замыкания в сигнальных кабелях. При диагностировании перегрузки или перегрева переключающего транзистора происходит отключение аварийного выхода до его разрушения. Одновременно происходит контроль напряжения источника питания. При его снижении до уровня менее допустимого все выходы блокируются, и система переходит в аварийный режим работы или отключается.

Для защиты транзисторов от коммутационных перенапряжений используют TVS-диоды.

Характеристики модулей дискретных выходов семейства приведены в таблице 2. Блок-схема и типовой вариант подключения интегральной схемы ISO18ххG показаны на рисунке 14.

Таблица 2. Характеристики модулей выходных сигналов ISO18ххG

ПараметрISO1801GISO1811GISO1812GISO1815GISO1816G
Напряжение переключения, В11…3511…3511…3511…3511…35
Допустимый ток, А0,60,60,61,21,2
Напряжение микроконтроллера, В53,3/53,3/53,3/53,3/5
Интерфейс подключения микроконтроллераПараллельныйПараллельныйПоследовательныйПараллельныйПоследовательный
Допустимое напряжение гальванической развязки, В50005000500050005000
Контроль наличия напряжения питания++++
Контроль перегрева транзистора++++
Размеры модуля, мм16×1416×1416×1416×1416×14

Рис.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы 14. Блок-схема и типовой вариант подключения ISO18ххT

Промышленные цифровые входы и выходы от Maxim Integrated

Компания Maxim Integrated предлагает интегральные схемы для организации дискретных входов и выходов без гальванической развязки. Сюда относятся модули входов MAX22190, MAX22191, выходов MAX14912 и универсальный модуль MAX14914. Такие схемы используются совместно с цифровыми изоляторами (например, MAX14483) или другими компонентами, обеспечивающими развязку полевой и вычислительной систем.

Все схемы обладают высокой помехозащищенностью. Защита от перенапряжений построена на TVS-диодах и надежно работает в диапазоне напряжений -60…+60 В (при рабочем напряжении 24 В).

Одноканальный цифровой вход MAX22191

MAX22191 преобразует входное напряжение 24 В в ток 2,4 мА, подходящий для управления некоторыми типами оптронов. Мощность, потребляемая оптроном, отбирается из входного сигнала. Скорость срабатывания входа не превышает 250 нс. Схема подключения MAX22191 показана на рисунке 15.

Рис. 15. Схема подключения MAX22191

8-канальный цифровой вход MAX22190

Модуль MAX22190 служит для передачи сигналов 24 В в логику ПЛК 3,3/5 В по последовательной SPI-связи. MAX22190 предназначен для подключения к ПЛК с гальванической развязкой на входе. В противном случае необходимо использовать дополнительные цифровые изоляторы или модуль MAX22192. Этот модуль имеет аналогичную с MAX22190 схему и дополнен емкостными изоляторами на выходах для SPI-подключения.

Для защиты от помех схема оборудована программируемыми фильтрами. Параметры фильтров выбираются индивидуально для каждого канала. Скорость срабатывания входа зависит от установленных параметров фильтра.

Возможности системы диагностики включают в себя локализацию обрыва питающих проводов, контроль наличия напряжения питания, проверку циклическим избыточным кодом и многое другое. Схема подключения MAX22190 показана на рисунке 16.

Рис. 16. Схема MAX22190

8-канальные цифровые выходы MAX14912 и MAX14913

Интегральные схемы MAX14912 и MAX14913 представляют собой комплект MOSFET-транзисторов, которые работают в режиме ключей высокого уровня, а также могут быть настроены на работу в двухтактном режиме.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Сопротивление каждого транзистора в открытом состоянии при токе нагрузки 0,5 А и температуре 125°С не превышает 230 мОм. Время переключения при работе в режиме ключа высокого уровня не превышает 0,1 мкс.

Для подключения ПЛК к MAX14912 используется параллельный или последовательный PSI-интерфейс. MAX14913 работает только с последовательным. Для подключения к микроконтроллерам необходимо использовать цифровые изоляторы.

Схемы MAX14912 и MAX14913 снабжены системами распознавания обрыва проводов нагрузки, детектирования слишком высокого или слишком малого напряжения на выходе, а также контролируют ток и температуру компонентов. Активные демпферы без потерь ускоряют отключение больших индуктивных нагрузок. Схема MAX14912 показана на рисунке 17.

Рис. 17. Схема MAX14912

Универсальный модуль MAX14914

MAX14914 – это одноканальная интегральная схема на базе MOSFET-транзисторов. MAX14914 может выполнять функцию как дискретного входа, так и дискретного выхода в режиме ключа высокого уровня или в двухтактном режиме. Модуль пригоден для работы с напряжением до 40 В. Максимальный допустимый сквозной ток транзисторов в режиме ключа высоко уровня – 1,3 А. Сопротивление в открытом состоянии не превышает 240 мОм при температуре 125°С. Схема MAX14914 показана на рисунке 18.

Рис. 18. Схема MAX14914

Интеллектуальные дискретные входы MAX14001 и MAX14002

Еще одно решение от Maxim Integrated для организации дискретных входов – это изолированные одноканальные АЦП MAX14001 и MAX14002. Эти АЦП непрерывно оцифровывают значения напряжения на входе модуля и передают их в вычислительную систему устройства. Далее полученные величины сравнивают с запрограммированными заранее пороговыми значениями и делают вывод о состоянии дискретного входа. Таким образом можно создать дискретный вход с напряжением питания до 500 В.

Гальваническая развязка, способная выдерживать напряжение до 3,75 кВ, организована на выходе компаратора, а также на встроенном DC/DC-преобразователе.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Встроенный DC/DC-преобразователь может питать все схемы полевого уровня, что позволяет проводить их диагностику даже в момент отсутствия входного сигнала.

Конфигурирование и считывание оцифрованных значений осуществляется через последовательный SPI-интерфейс.

Схемы MAX14001 и MAX14002 имеют встроенный пусковой компаратор. Он управляет током через внешний транзистор и создает пусковой импульс для очистки контактов и ослабления кондуктивных помех. Значение и длительность пускового тока настраиваются в MAX14001 и являются фиксированными значениями в MAX14002.

Схема подключения MAX14001 и MAX14002 показана на рисунке 19.

Рис. 19. Схема подключения MAX14001 и MAX14002

Дискретные входы ISO1211 и ISO1212 от Texas Instruments

Одноканальные (ISO1211) и двухканальные (ISO1212) микросхемы предназначены для использования в качестве дискретных входов с напряжением питания 24 В. При использовании дополнительных внешних токоограничивающих резисторов диапазон входных напряжений может быть увеличен до 300 В. Изоляция вычислительного уровня от полевого происходит за счет емкостных цифровых изоляторов. Микросхемы включают в свой состав встроенные ограничители тока для уменьшения мощности рассеяния. ISO1211 и ISO1212 предназначены для работы с микроконтроллерами с 2,5/3,3/5-вольтовой логикой. Использование TVS-диодов на входе защищает компоненты от скачков напряжения ±60 В. Схема подключения ISO1211 показана на рисунке 20.

Рис. 20. Схема подключения ISO1211

Заключение

Модули дискретных сигналов – важный элемент любого микропроцессорного устройства релейной защиты, автоматики или АСУ ТП электрических станций и подстанций. Условия, в которых приходится работать дискретным входам и выходам, предъявляют ряд специфических требований к набору, типам и параметрам применяемых компонентов. Производителям оборудования следует уделять пристальное внимание качеству своих входных и выходных каскадов, ведь именно они определяют, насколько надежно оборудование будет взаимодействовать между собой.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Надежность работы каждого модуля определяет надежность работы всей системы релейной защиты и автоматики электроустановок.

Литература

  1. РД 34.35.310-97. Общие технические требования к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энергосистем. М., ОРГРЭС, 1997, 36 с.
  2. В. И. Гуревич. Уязвимости микропроцессорных реле защиты: проблемы и решения. Инфра-Инженерия, М., 2014
  3. В. И. Гуревич. Микропроцессорные реле защиты. Устройство, проблемы, перспективы. Инфра-Инженерия, М., 2011
  4. В. И. Гуревич. Прогресс в области конструирования микропроцессорных устройств релейной защиты. Электроматика Инфо.
  5. М. Арсеньев. Дискретные входы цифровых устройств центральной сигнализации.

•••

Наши информационные каналы

Дискретные выходы ПЛК | LAZY SMART



Современные интеллектуальные устройства (контроллеры, регуляторы, датчики) имеют дискретные выходы для передачи другим устройствам сигналов о возникающих событиях, а так же для управления исполнительными устройствами. Эти входы могут быть всего нескольких типов.

Промышленные контроллеры, как правило, используют только релейные и транзисторные выходы. В регуляторах иногда встречаются другие разновидности. Далее мы разберём каждый из типов и определим их  принцип работы, достоинства и недостатки.

Релейный выход

Такой выход представляет собой обычное электромагнитное реле, управляемое внутренней логикой контроллера. С помощью такого выхода можно скоммутировать любую внешнюю силовую нагрузку: электрическую печь, клапан, насос, привод и т.д. При этом необходимо учитывать мощность коммутируемого устройства (чтобы максимально возможный ток, протекающий в цепи не превышал предельный ток указанный для этого выхода). В технических характеристиках обязательно указывают нагрузочную способность выхода. Может быть 1, 2…10А — это и есть основная характеристика релейного выхода.

Ещё релейные выходы различают по количеству контактов.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Как у обычного реле, у релейного выхода могут быть нормально-открытый (НО) и нормально-закрытый (НЗ) контакты. Чаще всего на корпус устройства выводят только НО контакт, как наиболее часто применяемый, для экономии места.

Однако встречаются ПЛК и модули дискретного вывода, где релейный выход имеет перекидной ключ с одним общим контактом — такой ключ называют перекидным.

Схема подключения ОВЕН ПЛК150

Как видно на схеме, дискретные выходы DO1 и DO2 имеют перекидной контакт (3 вывода), а DO3 и DO4 только НО контакт.

Теперь рассмотрим преимущества и недостатки релейного выхода.

Преимущества:

  • выход уже готов к коммутации силовой (или слаботочной) нагрузки — нет необходимости в использовании внешних реле
  • не нужно устанавливать внешний источник пропитки выходов
  • релейные выходы независимы друг от друга и могут коммутировать разные по характеристикам цепи (например, один выход может включать лампу на 220В, а другой  — капан на 12 В)
  • не греются

Недостатки:

  • искрение контактов при коммутации индуктивной нагрузки
  • меньший ресурс (по сравнению с выходом типа «транзисторный ключ»)
  • возможно залипание контактов реле при перегрузке
  • задержка при срабатывании относительно большая (опять же по сравнению с выходом типа «транзисторный ключ»)

Транзисторный выход (транзисторная оптопара)

Дискретный выход типа «транзисторный ключ»  — это электронный ключ реализованный на полевом или биполярном транзисторе. Транзистор пропускает электрический ток, когда на его базу приходит управляющее напряжение.

Такое включение транзистора называют схемой с открытым коллектором.

Транзисторный ключ может коммутировать только цепи постоянного тока. В промышленном оборудовании как стандарт де-факто для дискретных сигналов (как и аналоговых) используется напряжение 24 В. Но  ничего не мешает такому выводу коммутировать цепь с напряжением, например, 12 В.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы

Транзисторные выходы обычно объединяют в каскады.

Существует две разновидности транзисторных выходных каскадов: для втекающего и вытекающего тока.

Выходные каскады для втекающих (слева) и вытекающих (справа) токов. (рисунок с сайта www.bookasutp.ru)

Эти схемы отличаются только общим выводом для каскада. В схеме со втекающим током общим общим выводом является земля, а в противоположном случае общий вывод — питание.

Рассмотрим преимущества и недостатки выхода типа «транзисторный ключ».

Преимущества:

  • отсутствует искрение контактов и их залипание
  • существенно больший ресурс работы
  • малая задержка срабатывания
  • возможна высокая частота коммутации

Недостатки:

  • для коммутации силовой нагрузки нужно использовать внешнее реле
  • необходимо отдельно пропитывать выходной контакт. Часто для этого требуется отдельный внешний блок питания
  • чаще всего выходы связаны в один каскад, поэтому могут коммутировать только устройства, находящиеся в одной цепи
  • могут коммутировать только цепи постоянного тока

Симисторный выход (симисторая оптопара)

Этот тип выхода по принципу работы, подключению, достоинствам и недостаткам аналогичен транзисторному входу. Однако, симисторный выход может коммутировать цепи переменного тока.

Такой выход редко встречается в ПЛК. Чаще всего его имеют регуляторы. Например, ПИД-регулятор температуры, который управляет индуктивной нагрузкой (электрическая печь). В этом случае симисторный выход удобен тем, что он как и релейный может коммутировать силовую нагрузку, но исключает искрение контактов.

Симисторный выход ПИД-регулятора ОВЕН ТРМ10





Входы и выходы прибора


Текущее состояние входов и выходов прибора представлено в окне Контроль входов/выходов.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы В этом же окне можно осуществлять управление выходами прибора.


Чтобы открыть это окно, нажмите на панели инструментов кнопку (Панель управления).


Окно разделено на 4 части, где отображаются состояния всех аналоговых и цифровых входов и выходов подключенного прибора.


Примечание:

Выходы приборов могут быть защищены паролем администратора. Если данный пароль в настройке подключения был задан неверно, то ручное управление выходами невозможно.


  • Цифровые выходы


    Состояние каждого дискретного выхода характеризуется изменением цвета двух виртуальных индикаторов: зеленый цвет означает включено, темный — выключено.
    Маленький индикатор характеризует состояние выхода в автоматическом режиме управления. Может использоваться для тестирования включения и выключения выхода алгоритмом, когда сам выход находится в ручном режиме управления. Большой индикатор характеризует фактическое состояние выхода.


    Каждый дискретный выход снабжен кнопками Ручн.
    (Включить ручное управление) и Вкл. (Включение выхода при ручном управлении).


    Чтобы перевести любой дискретный выход в ручной или в автоматический режим, нажмите кнопку Ручн., нажатое состояние соответствует ручному управлению.


    Если выбрано ручное управление дискретным выходом, то, нажав на кнопку Вкл., можно включить его, повторным воздействием на ту же кнопку — выключить.


    Если функциональным алгоритмом предусмотрено объединение какой-либо пары дискретных выходов в один импульсный выход (больше-меньше), то эта пара имеет одну общую кнопку Ручн. и две кнопки Вкл.

  • Аналоговые выходы


    Величины аналоговых выходов отображаются численным значением в процентах. Используемый для каждого из выходов вид выходного аналогового сигнала (0-10В или 0-20мА) отмечается в соответствующем переключателе.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы


    Чтобы перевести любой аналоговый выход в ручной или в автоматический режим, нажмите кнопку , нажатое состояние соответствует ручному управлению.


    При работе с аналоговым выходом задайте пределы изменения: Нижний предел и Верхний предел, в процентах.


    Для ручного управления выходом предусмотрен ползунок, воздействуя на который можно менять величину сигнала в указанных пределах. При активном ползунке можно использовать вместо мышки клавиши клавиатуры – влево и вправо для уменьшения и увеличения значения выхода, соответственно.


    Кроме того, нужное значение сигнала можно задать и с помощью ввода нового значения в процентах.



Чтобы сразу перевести все аналоговые и дискретные выходы у подключенного прибора в ручной или автоматический режим работы, нажмите кнопки Отключить все выходы в ручном режиме и Все выходы в автоматический режим, соответственно.


Чтобы сразу перевести все дискретные и аналоговые выходы всех контроллеров сети в автоматический режим работы, нажмите на панели инструментов кнопку
(Все выходы — в автоматический режим).


Если хоть один дискретный или аналоговый выход работает в ручном режиме, то в верхнем правом углу главного окна программы мигает символ . В выпадающем списке Контроллер такой прибор отмечен знаком *.

  • Цифровые входы


    Если у цифрового входа установлен флажок, то это говорит о том, что данный вход замкнут, в противном случае — разомкнут.

  • АЦП (аналоговые входы)


    Здесь отображаются аналоговые входные сигналы на входах аналого-цифрового преобразователя. Величины сигналов приведены в милливольтах.

Промышленные дискретные входы — это не просто 0 или 1

Насколько сложно отслеживать бинарную электронную систему? Она может находиться только в одном из двух состояний: включено или выключено, открыто или закрыто, 0 или 1.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Хотя это может быть правильным, но давайте предположим, что нет строгого определения того, какие уровни напряжения составляют «0» или «1». Давайте теперь также предположим, что уровни напряжения для 0 или 1 могут изменяться во время передачи. Это может быть по нескольким причинам — электромагнитный шум, сопротивление линии, электростатический разряд (ESD), скачки напряжения или даже их комбинация.

Как вы можете быть уверены, что то, что ранее было обозначено как 0, по-прежнему равно 0, а то, что было обозначено как 1, по-прежнему равно 1? Представьте также, что вы пытаетесь отслеживать десятки этих сигналов одновременно и быстро. То, что первоначально могло показаться относительно тривиальной задачей, поднялось на совершенно новый уровень сложности. Добро пожаловать в мир цифрового или дискретного входа (DI), подмножества модулей ввода / вывода, которые расположены между промышленными датчиками и программируемым логическим контроллером (ПЛК).

В этом конструктивном решении мы рассмотрим множество (иногда противоречивых) требований для успешной схемы цифрового входа и предложим решение, которое решает проблему успешной работы в современной промышленной среде.

Что такое цифровой вход?

Задачей схемы дискретного входа (DI) является получение двоичного сигнала, передаваемого промышленным датчиком в заводском цехе, и его «кондиционирование». Это сделано для того, чтобы ПЛК мог безопасно и надежно интерпретировать его, контролируя состояние этого датчика. Примеры таких двоичных сигналов включают в себя кнопочные переключатели, которые определяют, был ли элемент оборудования включен или выключен, и датчики, которые определяют, превышен ли порог давления или температуры. В этом и заключается ключ к первому вызову для схемы DI: нет единого определения того, как должен выглядеть сигнал, поступающий от промышленного датчика / преобразователя.

Гибкость и конфигурируемость

В настоящее время в промышленном стандарте IEC61131-2 существует три различных типа промышленных датчиков с понижающим напряжением 24 В постоянного тока.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы

Тип 1: Электромеханический

Тип 2: Дискретный мощный полупроводник

Тип 3: Полупроводника с малой потребляемой мощностью (ток ≤ 2 мА)

Различия в основном связаны с напряжением и токами, с которыми они работают. Ультрасовременный датчик на интегральной микросхеме (ИС) относится к типу 3, хотя существует много устаревших датчиков типа 1 и типа 2, успешно работающих на производственных площадках. Однако датчики типа 1 и типа 2 должны потреблять гораздо больший ток, чем датчики типа 3. Следовательно, даже если ток, производимый датчиком типа 3, намного ниже (определенный в стандарте IEC как можно ближе к 2 мА, насколько это возможно), гибкая схема цифрового входа должна быть конфигурируемой, чтобы она могла поглощать уровни тока от датчиков типа 1 и типа 2, если потребуется. Это означает, что схема дискретных входов должна обрабатывать широкий диапазон различных входных напряжений (от -3 В до +30 В) и токов (от 2 мА до 30 мА), как показано в таблице.

Ранние схемы цифровых входов были построены с использованием дискретных компонентов (рисунок ниже). Даже с пользовательской схемой ограничения тока этот тип схемы дискретного входа потребляет ток более 5 мА. Очевидно, что это сделало его непригодным для использования в качестве цифрового входа типа 3 (потребляя более чем вдвое больше требуемого тока)

Интеграция и масштабируемость

С ростом децентрализации и миниатюризации технологии управления производственными процессами стало необходимым «упаковать» как можно больше каналов в модули ввода-вывода, чтобы сэкономить место в шкафах управления. Это стремление к минимизации также повлияло на цифровые входы.

Сегодня обычные модули ввода / вывода содержат комбинации из 8, 16, 32 или даже 64 отдельных входных и выходных каналов в одном корпусе. Чтобы облегчить уровень интеграции, необходимо было уменьшить как физические размеры, так и потребление тока (и связанное с этим рассеяние тепла) цепей цифровых входов. Это требовало отхода от больших энергозатратных дискретных цепей.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Современные многоканальные схемы цифрового входа построены с использованием технологии интегральных микросхем (IC), что позволяет достичь более низкого потребления тока, необходимого для дискретного входа типа 3, в гораздо меньшем форм-факторе.

Примером этого является восьмеричная интегральная схема цифрового входа (показанная ниже), которая работает как цифровой вход типа 1, типа 2 или типа 3. При использовании в качестве DI типа 3 он имеет программируемый ток от 0,5 мА до 3,4 мА на канал.

Чтобы уменьшить количество каналов, необходимых для взаимодействия с ПЛК, это устройство преобразует восемь токовых каналов цифрового входа 24 В в выход, совместимый с логическим последовательным периферийным интерфейсом (SPI) от 3,3 В до 5 В. Для систем с более чем восемью входами несколько устройств могут быть соединены последовательно, чтобы обеспечить доступ ко всем входам данных через один последовательный порт, обеспечивая еще более высокий уровень интеграции.

Надежность и целостность

Многоканальная интегральная микросхема цифрового входа должна быть достаточно надежной, чтобы работать в промышленных условиях — с высоким напряжением, электромагнитными шумом и импульсными наводками— чтобы измеренный сигнал датчика мог передаваться в ПЛК с высокой степенью надежности. Это требует определенной степени отказоустойчивости как на входах (на стороне поля), так и на выходах микросхемы.

В требовательных заводских условиях часто возникают переходные процессы напряжения, например, когда мощные системы электроприводов включаются и выключаются. Это может повлиять на показания датчика. Чтобы предотвратить это, каждый канал DI должен иметь фильтр подавления электромагнитных помех (ЭМП) с программируемой задержкой, который может удалять переходные пониженные / повышенные напряжения из сигнала датчика. Аналогично, другие средства диагностики на стороне входного поля включают в себя возможность обнаружения обрыва провода от датчика, состояния перегрева или сбоя в
подаче напряжения на сам датчик.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы

На стороне выхода, когда несколько входных каналов передаются по одному последовательному интерфейсу (SPI), возможность проверки ошибок (например, проверка циклическим избыточным кодом) последовательного битового потока гарантирует, что все показания датчика являются достоверными при передаче на ПЛК. Эта диагностика присутствует на ранее упомянутой восьмеричной интегральной схеме, которая работает непосредственно от напряжений на стороне входного поля (до 65 В) и включает надежную защиту от перенапряжений до 1 кВ.

Безопасность и надежность

Напряжения на стороне датчика, которые могут доходить до 65 В, намного выше, чем напряжения логического уровня, используемые ПЛК (обычно от 3,3 В до 5) В. Таким образом, если ПЛК случайно столкнется с более высокими напряжениями на стороне датчика, он может быть поврежден или выйдет из строя. Хуже того, такой сценарий может создать угрозу безопасности для пользователя оборудования. Чтобы этого не происходило, необходимо ввести гальваническую развязку между стороной входа сигнала (от датчика) и логической стороной. Выбранный изолятор должен работать со скоростью передачи интерфейса SPI цифровой входной ИС (в данном случае 10 Мбит / с).

Композитное решение цифрового входа с использованием изолятора, показанное на рисунке ниже, выдерживает напряжение электростатического разряда до 3,75 кВ среднеквадратичного значения. Это устройство не значительно увеличивает общее потребление тока, поскольку оно потребляет всего 3,4 мА (при 500 кГц).

Выводы

В данной статье мы рассмотрели ключевые проектные требования для компонента цифрового входа промышленного модуля ввода-вывода. Рассмотрев ограничения более старых реализаций дискретного входа, мы можем сделать вывод, что комбинированное решение, использующее многоканальный цифровой вход и изолированную интегральную схему, предлагает лучшую гарантию интеграции, масштабируемости, надежности, целостности, безопасности и надежности, необходимую для обнаружения сигналов датчиков в современной промышленной среде.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Помимо промышленной автоматизации и управления электроприводами, представленные здесь примеры решений также подходят для автоматизации зданий и робототехники.

Аналоговый ввод/вывод ПЛК — Control Engineering Russia

Обычно понятие «программируемый логический контроллер» (ПЛК, Programmable logic controllers, PLC) подразумевает блочно-модульную систему универсального назначения, построенную на основе микропроцессора. Как правило, ПЛК содержит центральный процессор, преобразователь напряжения, различную периферию для работы с коммуникационными и беспроводными интерфейсами, а также входы и выходы для взаимодействия с внешними устройствами. Обобщенная структурная схема ПЛК показана на рис. 1.

Рис. 1. Обобщенная структурная схема ПЛК (PLC)

Все имеющиеся на борту контроллера входы и выходы можно разделить на три класса: аналоговые, дискретные и специальные. Аналоговые входы ПЛК служат для ввода непрерывного сигнала с датчиков и других внешних устройств. Аналоговые сигналы делятся на два типа: сигналы по току (4–20 мА) и сигналы по напряжению (от 0–10 В). Аналоговые выходы ПЛК, в свою очередь, служат для плавного управления устройствами. Разделение у аналоговых выходов такое же, как и у входов (по току и по напряжению). Примеры использования аналоговых входов/выходов приведены на рис. 2.

Рис. 2. Применение аналоговых входов и выходов ПЛК

Аналоговые входы

Согласно ГОСТ IEC 61131-2-2012, аналоговый вход (analogue input) — это устройство, преобразующее непрерывный сигнал в дискретное мультибитовое двоичное число для работы в системе программируемых контроллеров.

Для аналоговых входов самыми распространенными являются стандартные диапазоны постоянного напряжения: –10…+10 и 0…+10 В. Для токовых входов диапазоны составляют 0–20 и 4–20 мА (табл. 1).

Таблица 1. Номинальные значения и пределы импеданса для аналоговых входов

Диапазон сигнала

Пределы для импеданса входов

±10 В

 10 кОм

0–10 В

 10 кОм

1–5 В

 5 кОм

4–20 мА

 300 Ом

0–20 мА

 300 Ом

В общем случае измерительный тракт системы обработки аналоговых сигналов состоит из нескольких звеньев (рис.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы 3): входной сигнал, получаемый с датчика (или датчиков), поступает на усилитель через мультиплексор или напрямую. Главная задача усилителя в данной схеме — нормирование/усиление сигнала до оптимального для АЦП уровня. В свою очередь, АЦП производит оцифровку сигнала в соответствии с уровнем напряжения источника опорного напряжения (ИОН), затем сигнал поступает на центральный процессор, где проходит цифровую обработку.

Рис. 3. Обобщенная структурная схема аналогового входа ПЛК

Однако в зависимости от конкретных задач возможны различные варианты реализации измерительного тракта:

  • с независимыми предварительными усилителями и АЦП, одновременно конвертирующими входные сигналы в цифровое представление;
  • с мультиплексором в качестве первой ступени, за которым в тракте перед АЦП стоит общий усилитель;
  • с отдельными каналами, в каждом из которых стоит усилитель, а перед АЦП включен мультиплексор.

Мультиплексоры в тракте служат для выборки одного из нескольких входных каналов. Мультиплексор, соответствующий требованиям по защите от высоковольтных электростатических разрядов (вплоть до ±35 кВ) или защищенный от скачков напряжения на входах, способен устранить необходимость использования внешних схем, таких как делители напряжения и оптоэлектронные реле. При этом важно иметь низкие согласованные сопротивления открытого канала (RON), поскольку они позволяют обеспечить малые искажения сигналов, улучшив тем самым надежность системы, а также низкие токи утечки, критичные для минимизации ошибок измерения напряжений. К мультиплексорам, применимым в подобных трактах, можно отнести MUX508, MUX36D04, MUX36D08 и MUX36S08 производства Texas Instruments. Данные устройства способны работать с напряжениями 10–36 В (рис. 4).

Рис. 4. Пример подключения мультиплексора к АЦП

Уровень выходного сигнала с датчика может быть очень низким или очень высоким, что для максимизации динамического входного диапазона АЦП требует добавления усилителей или аттенюаторов соответственно.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Эти предварительные каскады обычно реализуют на усилителях с программируемым коэффициентом усиления или на дискретных операционных усилителях и прецизионных резистивных делителях. АЦП и усилитель работают в тандеме, чтобы обеспечить наилучшее отношение сигнал/шум (SNR) при заданных ограничениях по стоимости, размерам и потребляемой мощности. Компания Texas Instruments предлагает широкий спектр усилителей с программируемым коэффициентом усиления (PGA281, PGA112), инструментальных усилителей (INA188, INA826), а также операционных усилителей семейства OPA (OPA320, OPA2196, OPA2320, OPA196, OPA191). Пример подключения PGA281 приведен на рис. 5.

Рис. 5. Пример подключения усилителя PGA281 к АЦП

Реализация аналоговых входов по описанным выше схемам достаточно сложна с практической точки зрения, а необходимость использования множества компонентов увеличивает габариты конечного решения. Альтернативой в этом случае может послужить АЦП с интегрированными каскадами предварительной обработки.

Ведущие производители АЦП выпускают специализированные преобразователи для применения в аналоговых модулях ПЛК. Такие преобразователи, как правило, представляют собой многоканальные системы сбора данных на кристалле и содержат множество функциональных модулей: источники тока, программируемые усилители, входы/выходы общего назначения, источники опорного напряжения, блоки достоверности данных и т. д. Примером таких преобразователей являются ADS124S06 и ADS124S08, не так давно выпущенные компанией Texas instruments.

ADS124S06 и ADS124S08 — это высокоточные сигма-дельта АЦП с разрядностью 24 бит и низким энергопотреблением (рис. 6).

Рис. 6. Структурная схема ADS124S08

Данные АЦП имеют в своем составе шесть (ADS124S06) и двенадцать (ADS124S08) мультиплексированных каналов, устройства выборки и хранения, программируемые усилители, цифровые фильтры, а также устройства мониторинга различных системных параметров, в том числе и температурный датчик.

Благодаря встроенным усилителям PGA, ADS124S06 и ADS124S08 не нуждаются во внешних схемах усиления.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Усилитель PGA позволяет выбирать усиление в пределах 1–128.

На кристалле данных АЦП расположен ИОН — прецизионный блок с низким дрейфом, откалиброванный производителем до 2,5 В. На соответствующем контакте Vref внутренний ИОН может быть подавлен внешним (внешний ИОН может быть в диапазоне 2,3 В — Vref). Кроме того, ADS124S06 и ADS124S08 оснащены настраиваемыми цифровыми фильтрами с низкой задержкой преобразования и частотой 50 или 60 Гц для работы в промышленных средах с высоким уровнем шума, что в совокупности с ранее описанными особенностями делает их прекрасным решением для применения в ПЛК. Обобщенные характеристики этих АЦП приведены в таблице 2.

Таблица 2. Характеристики ADS124S06 и ADS124S08

Характеристика

ADS124S06

ADS124S08

Разрядность АЦП

24 бит

24 бит

Количество измерительных каналов

6

12

Частота захвата сигнала

4 кГц

4 кГц

Тип аналого-цифрового преобразователя

сигма-дельта

сигма-дельта

Цифровой интерфейс

SPI

SPI

Потребляемая мощность

1,75 мВт

1,75 мВт

Конфигурация источника опорного напряжения

внешний, встроенный

внешний, встроенный

Диапазон питающих напряжений цифровой части

2,7–3,6 В

2,7–3,6 В

Диапазон рабочих температур

–50…+125 °C

–50…+125 °C

Для примера реализации аналоговых входов на базе ADS124S08 компания Texas Instruments выпустила опорный дизайн TIDA-01434.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы

TIDA-01434

TIDA-01434 — это полнофункциональный законченный модуль аналоговых входов ПЛК (рис. 7), который удовлетворяет современным требованиям эффективности и плотности каналов при небольших габаритах печатной платы, а также обладает низким энергопотреблением и широким диапазоном рабочих температур. Конструкция данного модуля использует конвертер DC/DC в режиме Charge Pump, а переход из одноканального режима в многоканальный легко осуществляется без изменения параметров питания.

Рис. 7. Внешний вид модуля TIDA-01434

Особенности модуля:

  • Наличие изолированного источника питания и высокоточного сигма-дельта аналого-цифрового преобразователя;
  • наличие биполярного аналогового источника питания с Inverting Charge Pump;
  • отсутствие необходимости подключения дополнительных цепей обвязки;
  • отсутствие катушек индуктивности на борту, благодаря чему высота модуля составляет всего 3,5 мм;
  • возможность внешнего подключения.

Обобщенные характеристики модуля отображены в таблице 3.

Таблица 3. Характеристики модуля TIDA-01434

Параметр

Величина

Источник питания входного сигнала

Общая шина питания

Напряжение питания

3–5,5 В

Ток потребления

17 мА

Выходное напряжение

3,3 В; –2,5 В; 2,5 В

КПД

≈ 12%

Рабочая температура

–40…+124 °C

Размеры

35×35×3,65 мм

В конструкции современных модулей управления аналоговыми сигналами к АЦП, как правило, для повышения производительности добавляется LDO-регулятор. На модуле TIDA-01434 для этих целей предусмотрен специально выделенный LDO-регулятор LM27762 с высоким коэффициентом подавления нестабильности питания (PSRR).Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы Также LM27762 осуществляет функцию формирования биполярного сигнала на АЦП.

При работе с модулем TIDA-01434 нет необходимости включения в цепь дополнительных компонентов, в частности не нужно добавлять фильтры типа RC или LC для фильтрации импульсов с источника питания; это стало возможным благодаря применению в схеме цифрового изолятора ISOW7841.

TIDA-01434 предназначен для работы в качестве одно- или много­канального аналогового входа с биполярными входными сигналами и применяется в большинстве случаев для построения решений на базе ПЛК, но не ограничивается только этим. Модуль подходит как для систем типа «канал-канал» (channel-to-channel), так и для входов с групповой изоляцией. В системе channel-to-channel каждый канал входного сигнала имеет собственную «землю» — такая топология позволяет работать с входными сигналами с большей разницей потенциалов. При использовании топологии групповой изоляции величины допустимых напряжений ограничены. В данном случае предпочтительно использовать топологию типа channel-to-channel.

Модуль TIDA-01434, помимо упомянутых ранее АЦП ADS124S08 и преобразователя LM27762 типа Charge Pump, имеет на борту линейный регулятор TPS7A87, источник опорного напряжения и тока REF6225, цифровой изолятор ISOW7841 и ISO7741, а также неинвертирующие буферы SN74AHC1G04 и SN74AHC1G125 (рис. 8).

Рис. 8. Блок-схема TIDA-01434

Для удобства отладки и оценки возможностей модуля можно использовать отладочную плату на базе контроллера MSP430FR5969 (рис. 9).

Рис. 9. Внешний вид отладочной платы MSPEXP430FR5969

Аналоговые выходы

В соответствии с ГОСТ IEC 61131–2-2012 аналоговый выход (analogue output) — это устройство, которое преобразовывает мультибитовое двоичное число из системы программируемых контроллеров в непрерывный сигнал. Номинальные значения и пределы импеданса для аналоговых выходов отображены в таблице 4.

Таблица 4. Номинальные значения и пределы импеданса для аналоговых выходов

Диапазон сигнала

Пределы для импеданса вводов

±10 В

1000 Ом

0–10 В

1000 Ом

1–5 В

500 Ом

4–20 мА

600 Ом

0–20 мА

600 Ом

В общем случае тракт генерации выходных аналоговых сигналов включает ряд звеньев (рис.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы 10): цифровые данные, поступающие от центрального процессора, могут быть преобразованы в аналоговое напряжение или ток, например, с помощью ЦАП и схем последующей обработки выходного сигнала. Дальнейшая обработка обеспечивает необходимую подстройку выходного сигнала, в том числе калибровку смещения, опорного напряжения и усиления.

Рис. 10. Обобщенная структурная схема аналогового выхода ПЛК

ЦАП, применяемые в программируемых логических контроллерах, должны соответствовать строгим электротехническим требованиям как по точности (погрешность на выходе не более 0,1%), так и по защитным характеристикам (4-й уровень защиты согласно ГОСТ 30804.4.2-2013), а также удовлетворять параметрам подачи аналоговых сигналов (коммутировать 4–20 мА и 0–10 В), работать со стандартным в этой сфере диапазоном напряжений (12–32 В) и иметь рассеиваемую мощность не более 1 Вт.

Одним из таких ЦАПов является DAC8775 от компании Texas Instruments (рис. 11).

Рис. 11. Структурная схема DAC8775

DAC8775 — это первый в отрасли ЦАП с выходом 4–20 мА и интегрированным преобразователем напряжения, имеет полную нескорректированную ошибку в 0,1% и способен работать в расширенном промышленном диапазоне температур –40…+125 °C. При работе с напряжением 12 В DAC8775 имеет потребляемую мощность всего 780 мВт. Кроме того, данный ЦАП динамически регулирует величину напряжения питания в соответствии с током нагрузки, подключенной к выходу 4–20 мА. В результате система имеет хорошо управляемые тепловые характеристики, позволяющие разместить большее количество каналов в меньшем форм-факторе. Более подробные характеристики DAC8775 приведены в таблице 5.

Таблица 5. Характеристики DAC8775

Параметр

Величина

Разрешение преобразователя

16

Количество каналов

4

Время стабилизации

10 мкс

Скорость преобразования

33 кГц

Интерфейс обмена данными

SPI

Тип выхода

Выходной усилитель тока, выходной усилитель напряжения

Отклонение коэффициента усиления от идеального значения

±0,1%

Опорное напряжение

5 В

Конфигурация источника опорного напряжения

Внешний, встроенный

Напряжение питания

12–36 В

Потребляемая мощность

780 мВт

Рабочая температура

–40…+125 °C

Корпус

QFN-72, VQFN-72

На базе данного цифро-аналогового преобразователя компанией Texas Instruments был выпущен модуль TIPD215.Дискретный выход это: ПЛК: дискретные входы/ выходы

TIPD215

TIPD215 представляет собой аналоговый 4-канальный модуль (рис. 12) на базе DAC8775 с интегрированным преобразователем LM5166, благодаря которому общая рассеиваемая мощность (при задействовании всех четырех каналов, по 20мА на канал) составляет менее 1 Вт.

Рис. 12. Внешний вид модуля TIPD215

Модуль TIPD215 работает с входным напряжением в диапазоне 12,5–40 В и генерирует на выходе четыре независимых источника, которые можно использовать для контроля за подключенной периферией (рис. 13).

Рис. 13. Схема включения модуля TIPD215

К особенностям модуля TIPD215 стоит отнести:

  • четыре канала для управления аналоговыми выходами;
  • коммутируемый ток: 4–20 мА на канал;
  • выходное напряжение: ±10 В;
  • диапазон входных напряжений: 12,5–40 В;
  • менее 1 Вт рассеиваемой мощности;
  • адаптивное управление питанием токовых выходов.

Построенный на базе DAC8775 модуль обладает высокими параметрами надежности: встроенные в DAC8775 средства диагностики способны находить обрывы и короткие замыкания нагрузки, вести мониторинг температуры кристалла, вычислять циклические суммы, с помощью сторожевого таймера контролировать зависание шины SPI и проверять соответствие границ напряжения питания заданным значениям. Кроме того, разработчикам предоставляется возможность программировать способы реакции устройства на аварийные ситуации, что, в свою очередь, значительно упрощает процесс выявления неполадок системы на ранних стадиях и помогает обеспечить высокую надежность ее функционирования.

Также модуль TIPD215 обладает высоким КПД и малым временем отклика. В устройство заложены инновационные возможности самообучения, позволяющие вычислять импеданс нагрузки токовой петли 4–20 мА и динамически снижать напряжение источника питания, благодаря чему уменьшается время установления и достигается эффективный баланс между КПД и скоростью отклика.

Для обеспечения генерации биполярного напряжения в цепь DAC8775 включена индуктивность величиной 100 мкГн. Данная индуктивность рассчитана на коммутацию максимально возможного значения тока 500 мA и может быть уменьшена до 80 мкГн, однако в таком случае это снизит эффективность конвертера и увеличит пульсации на выходе.

Другие решения Texas Instruments, используемые для реализации аналоговых входов и выходов

Компания Texas Instruments предоставляет разработчикам широкий перечень всевозможных решений для упрощения процесса реализации аналоговых входов и выходов (табл. 6).

Таблица 6. Решения от Texas Instruments для реализации аналоговых входов и выходов

Наименование

Описание

TIPD216

4-канальный драйвер выхода на базе цифро-аналогового преобразователя DAC8775

TIDA-03031

Оценочная плата на базе электронного предохранителя TPS2660 и 25-Вт резервного источника питания

TIDA-00233

Решение для защиты входов ПЛК (10 А, 24 В)

TIDA-00401

10-Вт изолированный источник питания с широким диапазоном входных напряжений (15–36 В)

TIDA-00118

Тестовая плата для 16-разрядного модуля аналогового выхода ПЛК

PMP10189

Преобразователь напряжения на базе микросхем LM5017, TPS62160, TLV62080 и TPS62160

TIDA-01438

Модуль защиты от электростатических импульсов, построенный на базе TVS-диодов

TIDA-00689

Низкопрофильный и малогабаритный изолированный источник питания

TIDA-00688

Изолированный источник питания. Имеет изолированные выходы ±15 В и 5 В в форм-факторе с высотой 2,2 мм

TIDA-00237

Изолированный источник питания мощностью 1 Вт с диапазоном входного напряжения 12–36 В

TIDA-00400

Изолированный источник питания с 3 выходами: ±15 В/30 мА и +5 В/40 мА

PMP8871

Обратноходовой преобразователь с выходным напряжением 5 В, 1 А

TIDEP-0086

Оценочный модуль для работы с Ethernet-интерфейсом

TIDEP0033

Оценочный модуль для работы с SPI-интерфейсом

TIDA-00204

Оценочный модуль для работы с гигабитным Ethernet

TIDA-00230

Модуль для настройки и логирования NFC (два порта FRAM: NFC<->FRAM<->Serial)

TIDA-00560

Проект 16-канального статусного LED-драйвера, предназначенный для индикации статуса нескольких аналоговых и цифровых входных и выходных каналов

TIDA-01333

8-канальный модуль аналогового ввода на базе АЦП ADS8681

TIDA-00550

Проект модуля с двумя изолированными универсальными аналоговыми входными каналами на базе АЦП ADS1262

TIDA-00164

8-канальный модуль аналогового ввода на базе 16-битного АЦП ADS8688

TIDA-00764

8-канальный модуль аналогового ввода на базе 16-битного АЦП ADS8681

TIPD195

Референс-дизайн 3-контактного ПЛК

TIPD169

16-битная система сбора данных (DAQ) с частотой выборки 1 MSPS и несбалансированным мультиплексированным входом

TIPD166

8-канальный модуль аналогового ввода на базе 16-битного АЦП ADS8688

TIPD164

Модуль аналогового ввода для промышленного оборудования и температурных датчиков

TIPD151

Базовый проект 16-битной 4-канальной мультиплексированной системы сбора данных с частотой выборок 400 KSPS, высоковольтными входами и низким уровнем искажений

TIDEP0032

Мулитипротокольный промышленный Ethernet-детектор W/PRU-ICSS

TIDEP0028

Платформа разработчика Ethernet PowerLink

TMDSICE3359

Отладочная платформа для индустриальных систем на базе процессора Sitara AM335x и с возможностью работы с PROFIBUS

TIDEP0029

Сертифицированное устройство для работы с Profinet IRT V2.3 с 1-ГГц процессором

TIDEP0010

Платформа разработки связи по Sercos III на базе AM335x

TIDEP0003

Решение является платформой для создания и разработки ETHERNET/IP-коммуникаций

TIDEP0079

Проект EtherCAT на базе Sitara AM57x и PRU-ICSS с передачей в определенных временных интервалах

TIDA-00231

Адаптивный источник питания для ПЛК с аналоговым защищенным выходом на базе DAC8760 и LM5017

TIPD155

2-канальный модуль с аналоговыми выходами по напряжению и току на базе АЦП DAC8563 и драйвера XTR300

Заключение

В создании автоматизированных систем на базе ПЛК правильное построение аналоговых входов и выходов является одной из главных задач: от разработчика требуется следование ГОСТ IEC 61131-2-2012, точное выполнение приведенных спецификаций токов и напряжений, а также обеспечение необходимого уровня защиты с соблюдением стоимостных и габаритных характеристик конечного продукта. Компания Texas Instruments предоставляет специалистам весь необходимый перечень компонентов и модулей для простого и быстрого выполнения данной задачи.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

Литература

  1. ГОСТ IEC 61131-2-2012 «Контроллеры программируемые. Часть 2. Требования к оборудованию и испытания».
  2. Isolated, Transformerless, Bipolar Supply for 24-Bit ADCs Reference Design. www.ti.com/tool/TIDA-01434
  3. Less Than 1-W, Quad-Channel, Analog Output Module With Adaptive Power Management Reference Design. www.ti.com/tool/TIPD215
  4. Лившиц Ю. Е., Лакин В. И., Монич Ю. И. Программируемые логические контроллеры для управления технологическими процессами. Минск, БНТУ, 2014.

Дискретный и аналоговый ввод / вывод для ПЛК

Так что ты думаешь, этот стакан наполовину полон или наполовину пуст? Для меня это может быть немного сложно ответить и может варьироваться в зависимости от дня, который у меня есть, но если мы спрашиваем об уровне, почему бы не позволить ПЛК ответить? На самом деле, почему бы ПЛК не сообщать нам уровень, температуру воды, скорость потока, с которой она была заполнена, доступную емкость стакана и давление, оказываемое на дно? Хорошо, обычно вы не будете использовать ПЛК для такого небольшого приложения, но в более крупном масштабе, например, резервуар, ПЛК может ответить на все эти вопросы.Но как заставить ПЛК «видеть» этот резервуар, не говоря уже о том, насколько он полон? Что ж, я рад, что ты спросил, или я спросил, или что-то в этом роде. Нам нужно устройство, которое позволяет ПЛК получать информацию из своего окружения и обрабатывать ее. Нам также нужно устройство, которое позволит ПЛК влиять на свое окружение по мере необходимости. Нам нужен ввод-вывод, а под вводом-выводом я подразумеваю вводы и выводы. В этом обсуждении мы сосредоточимся на двух основных типах ввода-вывода: аналоговом и дискретном.

Дискретный ввод / вывод

Давайте сначала возьмем самое простое, дискретное.Дискретные сигналы — это сигналы, которые либо включены, либо выключены, истинны или ложны. Подумайте о выключателе в вашем доме. Выключатель либо включает свет, либо выключает его, если это не люминесцентная лампа — тогда он, вероятно, все еще мигает. Поскольку дискретные сигналы существуют в одном из этих двух состояний, они представлены прямоугольной волной, как показано ниже. В мире ПЛК существует множество применений дискретного ввода-вывода. Некоторые из устройств, которые подают сигналы включения / выключения, — это кнопки, фотоэлементы, концевые выключатели, поплавковые выключатели и бесконтактные выключатели.В дни стартапа я много работал с определенной службой доставки посылок. Они используют множество датчиков включения / выключения и контроля, чтобы отслеживать посылки и доставлять их в нужное место назначения или на грузовик. Фотоэлементы, которые представляют собой устройства, которые излучают инфракрасный световой луч и могут определять, когда этот луч был прерван, широко используются для обнаружения и отслеживания пакетов в процессе их сортировки. Применение вашей системы управления определит типы дискретных устройств, которые вы выберете. Существует множество дискретных оконечных устройств и модулей, которые можно использовать в системе ПЛК для отправки и приема сигналов включения / выключения.Эти устройства могут быть переменного или постоянного тока и доступны в различных диапазонах напряжения. 0–24 В постоянного тока и 0–230 В переменного тока — это два доступных диапазона напряжения, где 0 — сигнал ВЫКЛ, а 24 В постоянного тока или 230 В переменного тока — сигнал ВКЛ. Обычно существует порог обнаружения, при котором модуль 0-24 В постоянного тока обнаруживает все, что выше 22 В постоянного тока, как сигнал ВКЛ, и все, что ниже 2 В постоянного тока, как ВЫКЛ. Теперь давайте посмотрим на аналог.

Аналоговый ввод / вывод

Аналоговые сигналы — это сигналы, которые могут изменяться или изменяться. Мы живем в аналоговом мире, и наши чувства — аналоговые приемники.«Почувствуй, как жарко!», «Ты можешь говорить?» и «Посмотрите на все цвета!» это утверждения, которые показывают, как вариации аналоговых сигналов, таких как температура, звук и свет, могут влиять на наши чувства. Вернемся к примеру с выключателем света; Давайте теперь установим в нашем доме небольшую декоративную подсветку. Вместо штатного выключателя мы будем использовать диммер. Переключатель диммера будет изменять сопротивление в линии, заставляя свет тускнеть или становиться ярче по нашему выбору. Новые диммерные переключатели усовершенствованы, чтобы быть более эффективными, но в этом примере мы придерживаемся старой школы.Напряжение, подаваемое на светильник, не будет постоянным уровнем, а будет изменяться между верхним и нижним пределами. Обычно это синусоида.

Использование датчиков

Положение, уровень, температура, давление, расход и скорость — это лишь некоторые из измерений, которые аналоговые устройства могут предоставить системе управления. Вы, вероятно, спрашиваете себя: «Как давление, являющееся физической величиной, становится электрическим сигналом?» Это отличный вопрос! Преобразование выполняется с помощью преобразователей.Преобразователь принимает физическую величину, например давление, и преобразует ее в электрический сигнал. Многие преобразователи используют физическую величину для управления сопротивлением в электрической цепи. Например, RTD (датчик температуры сопротивления) будет изменять значение сопротивления в зависимости от нагрева. По мере увеличения тепла увеличивается и сопротивление в цепи, изменяя подаваемое напряжение или ток. То же самое верно и для датчиков давления, в которых используются тензодатчики. При приложении давления к тензодатчику сопротивление в цепи увеличивается, а уровень напряжения или тока изменяется.Некоторые детекторы потока будут использовать поток жидкости для толкания ребра, соединенного с поворотным потенциометром. Более быстрый поток означает большее изменение сопротивления. Одним из самых крутых датчиков, с которыми я столкнулся в дни работы в морской нефтяной промышленности, был детектор песка. Этот преобразователь был акустическим и крепился к трубам, по которым нефть выводилась со дна моря. Он действительно слышал, как песок трется о внутреннюю часть трубы. Уровень звука был преобразован в аналоговый сигнал, используемый для предупреждения персонала, если при бурении извлекается слишком много песка, что может привести к обрушению скважины.Электрические сигналы, которые выдают преобразователи, могут быть основаны на напряжении или токе. От 4 до 20 мА, от 0 до 20 мА, от 0 до 10 В постоянного тока и от -10 до +10 В постоянного тока — вот лишь некоторые из доступных диапазонов, производимых датчиками. ПЛК подает напряжение или ток, а датчик возвращает значение в заданном диапазоне. Это значение будет пропорционально имеющемуся давлению, расходу и т. Д. Теперь мы подошли к двум важным частям этого обсуждения: масштабированию и разрешению.

Масштабирование

Масштабирование — это когда мы берем необработанное возвращаемое значение напряжения или тока и преобразуем его в значимое измерение.Допустим, у меня есть расходомер 4–20 мА, который возвращает сигнал 8 мА на ПЛК. Это будет означать, что в это время течет 8 мА жидкости, верно? Конечно, нет. Нам нужно взять необработанное значение и масштабировать его до чего-то значимого, скажем, галлонов в минуту. Мы знаем от производителя, что расходомер откалиброван для считывания расхода от 0 до 200 галлонов в минуту. Следовательно, мы можем масштабировать исходное значение 4-20 мА до 0-200 галлонов в минуту в нашей системе. Обычно это можно сделать с помощью программного обеспечения для программирования, как показано ниже, и после масштабирования нашего значения 8 мА мы видим, что в настоящее время поток составляет 50 галлонов в минуту.

Разрешение

Теперь посмотрим на разрешение. Разрешение и точность идут рука об руку; Чем больше у вас разрешение, тем точнее будут ваши измерения. Аналоговые модули имеют разрешение, которое они обеспечивают. Доступны 12-битные, 13-битные и 16-битные разрешения. Так что же значит иметь модуль 4-20 мА с 12-битным разрешением? 12-битное двоичное слово может иметь 4096 различных комбинаций. Следовательно, наш модуль с разрешением 12 бит может иметь 4096 (4095 со знаком) различных измерений в диапазоне 4-20 мА.Другими словами, диапазон 4-20 можно разбить на 4096 различных частей. Чем больше штук, тем точнее. Насколько точно? Что ж, наш общий диапазон составляет 16 мА (20 минус 4), и если мы разделим наш общий диапазон на 4096 частей, мы увидим, что наш модуль может обнаруживать каждые 0,00390625 мА изменения.

Шум

И последнее: при использовании аналоговых сигналов важно помнить, что они очень чувствительны к шуму. Шум может вызвать неправильные показания и неустойчивое поведение системы управления. Взгляните на схему ниже.Моя система откроет предохранительный клапан на резервуаре, когда необработанный сигнал давления изнутри резервуара достигнет 5,9 В постоянного тока. С ответным сигналом слева это не проблема. Удачи с наведенным справа шумом! Если вам нужна дополнительная информация об автоматизации или процессе автоматизации, загрузите нашу электронную книгу «Автоматизация 101: отраслевое руководство по проектированию систем управления».

Дискретный Vs. Аналоговый ввод / вывод

27 мая, 2020

Тема этого месяца — Дискретный ввод / вывод против аналогового ввода / вывода.

Если вы хоть раз разбирались в ПЛК, то должны знать, что такое входы / выходы (В / В) ПЛК. Но вот небольшое напоминание …

Ввод / вывод ПЛК — это часть ПЛК, которая соединяет мозг ПЛК (ЦП) с внешним миром, машинами, переключателями, кнопками и т. Д. В системе ПЛК обычно есть выделенные модули для входов и выделенные модули для выходов.

Модуль ввода определяет состояние входных сигналов, таких как кнопки, переключатели, датчики температуры и т. Д.. Модуль вывода управляет (включает / выключает, увеличивает / уменьшает и т. Д.) Такими устройствами, как реле, пускатели двигателей, световые приборы, датчики и т. Д.

Дискретный / цифровой ввод / вывод либо включен, либо выключен (подумайте о том, включен или выключен свет). Аналоговый ввод / вывод может быть включен, выключен или находиться между ними (например, регулятор освещенности).

Входы сообщают ПЛК, что делать с выходами (в зависимости от того, как вы запрограммировали логику).

Все мы знакомы с компьютерным вводом-выводом (вы его сейчас используете). Например, клавиатура, на которой вы печатаете, похожа на большой дискретный модуль ввода для компьютера с кучей отдельных входных каналов, где каждая клавиша является входным каналом.

Экран вашего монитора похож на большой аналоговый выход, который выдает различные изображения и экраны в зависимости от комбинации нажатия клавиш (и щелчков мыши) и встроенного программирования компьютера.

Хорошо, это краткое введение в сравнение дискретного и аналогового ввода-вывода для ПЛК. Но мы собираемся копать еще больше …

Давайте быстро рассмотрим, какие дискретные и аналоговые входы / выходы на заводе или фабрике: дискретные входы — это кнопки и контакты реле, дискретные выходы — это реле запуска двигателя или сигнальные лампы, аналоговые входы — это такие вещи, как датчики уровня в резервуаре и аналоговые выходы могут быть такими же, как регулирующие клапаны.

Хорошо, поэтому давайте перейдем к этому короткому видео, которое я сделал для вас, в котором объясняется, как добавлять и использовать ввод-вывод в Studio 5000.

DISCRETE VS. АНАЛОГОВЫЙ ввод / вывод

Предпочитаете это читать? Вперед…

Привет, ребята, Стивен Гейтс с моего сайта PLC training.com. Сегодня у меня есть еще одно видео, которое поможет вам стать уверенным в себе программистом ПЛК и профессионалом в области автоматизации. В этом видео рассказывается об аналоговом и дискретном вводе-выводе и, в частности, о модулях ввода-вывода и о том, как их использовать в Studio 5000 Logix Designer.

Итак, мы не собираемся вдаваться в подробности о том, как дискретный и аналоговый ввод / вывод работают в этом видео, но я просто хочу дать вам краткое резюме, прежде чем мы начнем. Дискретный или цифровой — другое название для этого. Ввод-вывод либо включен, либо выключен. Так что подумайте о выключателе света, в котором свет либо включен, либо выключен, либо выключен или включен, в зависимости от того, что. И тогда аналоговый ввод / вывод будет больше похож на переключатель яркости, где вы можете регулировать яркость света вверх и вниз.

————————————————- —————

Получите бесплатный бонусный урок

————————————————- —————

Итак, он полностью яркий, а затем вы медленно уменьшаете его, пока он не погаснет.Потому что это было бы чем-то сопоставимым с аналоговым вводом-выводом. Чтобы уточнить, когда я говорю «ввод / вывод», я говорю о входах и выходах.

I для входа O для выхода. Таким образом, дискретные и аналоговые входы будут устройствами, которые являются внешними по отношению к ПЛК, и они подключены к ПЛК, чтобы сообщать ему состояние или положение машины или принимать выбор управления от оператора. Например, когда они нажимают кнопку или поворачивают переключатель, он сообщает ПЛК, что происходит, и выводит, будь то дискретный или аналоговый сигнал. Это устройства и / или машины, которыми управляет ПЛК.

Итак, на заводе или в заводской среде дискретные входы будут такими вещами, как кнопки, как мы сказали ранее, релейные контакты, которые подключены к ПЛК, а дискретные выходы будут такими вещами, как реле пускателя двигателя, где ПЛК сообщает двигатель для включения сигнальных огней или других включенных или выключенных вещей. И они снова контролируются ПЛК.

Аналоговыми входами могут быть такие вещи, как датчик уровня в резервуаре, то есть насколько заполнен резервуар, ммм, которые подключены к ПЛК.А аналоговые выходы могут быть такими, как регулирующие клапаны или частотно-регулируемые приводы, управляемые ПЛК.

Таким образом, регулирующие клапаны представляют собой клапан, в котором ПЛК может открывать его на определенную величину, полностью открывать, полностью закрывать, открывать на 50%, поэтому на частотно-регулируемых приводах вы регулируете скорость мотор через привод. Хорошо, это краткое изложение аналогового и дискретного цифрового ввода-вывода, различий. Итак, сейчас мы перейдем к программному обеспечению.

Итак, мы находимся в дизайнере Studio 5000 Logix, и у меня уже есть проект, созданный с помощью контроллера CompactLogix 5069-L310ER.Итак, первое, что мы собираемся сделать, это добавить в наш проект четыре модуля ввода-вывода.

Итак, мы переходим к настройке ввода-вывода здесь, в органайзере контроллера, находим объединительную панель, щелкаем правой кнопкой мыши, щелкаем новый модуль. И сначала мы собираемся добавить модуль дискретного ввода, и поехали. И поэтому мы можем использовать этот раздел фильтров, чтобы помочь нам найти то, что мы хотим.

Итак, я собираюсь снять это галочку и затем щелкнуть цифровой. Итак, опять же, цифровой и дискретный ввод / вывод — это одно и то же.Теперь у нас есть несколько вариантов. Как видите, есть несколько модулей. Мы собираемся выбрать модуль ввода для начала.

Итак, я просто выберу первый из доступных здесь. Так что номер детали для модуля ввода почти всегда нужно учитывать. Итак, это 16-канальный вход переменного тока 79-264 В. Я просто дважды щелкну по нему, и мне не нужно давать ему имя. Когда появятся эти новые свойства модуля, мы можем просто нажать ОК. Хорошо.

Далее мы хотим добавить модуль дискретного вывода.Поэтому мы оставим фильтр установленным на цифровом, потому что это дискретный или цифровой выход, и мы будем искать модули с буквой O в номере детали или каталожном номере. Итак, у нас здесь несколько. Допустим, нам нужен модуль вывода, который также использует переменное напряжение. Таким образом, наш входной вольт или входной модуль использует переменное напряжение.

Давайте возьмем модуль вывода, который тоже работает. Мы сделаем двойной щелчок по OA16, не нужно называть его, просто нажмите ОК. Хорошо. Далее мы собираемся добавить аналоговый модуль.Итак, для начала мы сделаем модуль аналогового ввода.

Как видите, вариантов аналогового ввода-вывода не так много только потому, что не так много, э-э, спрос на разные типы аналогового ввода-вывода. Итак, мы выберем этот первый, который представляет собой восьмиканальное напряжение или ток в модуле ввода журнала. Итак, двойной щелчок. Хорошо. И, наконец, выберем модуль аналогового вывода.

Click OF4 — это четырехканальный модуль аналогового вывода. Нажмите «ОК». А потом мы закроем это.Хорошо, теперь наша конфигурация ввода-вывода должна выглядеть так. У нас есть контроллер и нулевой слот, модуль дискретного ввода в слоте 1, OA16 в слоте 2, IF8 в слоте 3 и OF4 в слоте 4.

Итак, теперь давайте посмотрим, как мы можем использовать эти точки ввода / вывода в нашей логике. Итак, перейдем к основной программе. Таким образом, это программа по умолчанию в новом проекте, когда вы создаете проект в дизайнере Logix. Итак, откройте основную программу и откройте основную процедуру. И я собираюсь удалить это, потому что мы собираемся создать его с нуля.

Итак, ради экономии времени мы добавим простейшую возможную логику. Итак, на нулевой ступени мы добавим XIC, вот этого парня и OTE. Итак, для XIC мы хотим адресовать это нашему модулю дискретного ввода или модулю цифрового ввода. Итак, если вы дважды щелкните этот вопросительный знак, а затем щелкните раскрывающееся меню.

Здесь вы можете увидеть, какие адреса доступны для наших модулей ввода / вывода. Итак, наш модуль дискретного ввода здесь, он снова в слоте 1. Итак, если мы перейдем к Local: 1: I — для первого слота I для ввода, разверните его.

Здесь есть разные варианты, но мы хотим найти что-то конкретное. Замечу, что синтаксис для модулей ввода-вывода адресов варьируется от модуля к модулю. Поэтому вам, возможно, придется заглянуть в руководство для конкретного модуля, если вы не знаете, как решить его проблемы.

Так что просто поищите в Google тот модуль, с которым вы работаете. Так что обычно номер по каталогу — хорошее место для начала. Так что в данном случае это будет просто 5069-IA16.

Вы также можете указать Allen-Bradley, если хотите, но обычно должно появиться руководство по эксплуатации или руководство пользователя или что-то еще, и вы сможете узнать, какой правильный синтаксис для решения этого вопроса, но в большинстве случаев вы можете просто разберитесь в этом, прокрутив страницу и посмотрев, что доступно.

Итак, как я уже сказал ранее, если это модуль ввода, то где-то в нем будет I, и этот номер соответствует номеру слота модуля в стойке. Итак, я знал синтаксис. И правильный синтаксис для этого модуля — Local: 1: I.Pt00

.

Итак, есть 16 очков. Итак, это наша нулевая точка. Так что если мы просто расширим этого парня, у нас будет еще несколько вариантов. Нам нужна опция данных. Хорошо. Так что почти всегда вы будете ссылаться на член данных тега, для какой бы точки ввода-вывода вы ни обращались.Хорошо, наконец-то мы его получили. Отлично.

Итак, это идет от нашего модуля ввода. И это приведет к выходу. Итак, в случае вывода нашим модулем дискретного вывода является слот 2. Итак, потяните вниз Local: 2: — и мы хотим, O, на этот раз для вывода.

И мы собираемся использовать для этого Pt00. Но мы могли бы использовать Pt01 или Pt02, или что-то еще, но мы собираемся использовать нулевую точку, снова развернуть ее, это будут данные. Как видите, формат для них очень похож. У этого только 1 и I, а у этого 2 и O, хорошо.Так что выглядит хорошо.

Давайте добавим сюда вторую ступеньку. И на эту ступеньку мы поместим инструкцию LES, а это не более чем инструкция. Таким образом, вы используете это, когда хотите сравнить, сравнить значение с другим значением и посмотреть, можете ли вы взять тег и сравнить его с фиксированным значением. Или вы можете сравнить один тег с другим. И просто небольшое примечание, логика, которую я создал, не рекомендуется ни для чего в реальной жизни. Это просто пример, чтобы показать вам, как адресовать модули ввода-вывода непосредственно в вашей логике.

Так что мы поместим туда нашу меньшую инструкцию. А потом справа поместим инструкцию ADD. Ну давай же. Итак, мы идем. Итак, в нашей инструкции LES или «меньше чем» мы собираемся указать адрес одной из наших аналоговых входных точек или каналов, наших аналоговых входных модулей и третьего слота. Итак, если мы потянем это вниз, прокрутите вниз до трех локальных, разверните это. А этот будет выглядеть немного иначе. Так что вместо Pt00 это будет Ch00, очень похоже.

Затем мы расширим этот Ch00 и ищем.Данные — очень хорошие. Так что он похож на тот, за исключением того, что вместо Pt у нас есть Ch для канала. Допустим, мы сравниваем это с числом 10 для этого примера. А теперь мы собираемся контролировать и изменять аналоговый выход на основе этой инструкции LES.

Итак, если мы перейдем к нашей инструкции добавления, мы будем использовать третий канал. Итак, мы собираемся использовать назначение инструкции добавления. И снова я не буду вдаваться в подробности того, как использовать инструкцию добавления.Это для другого видео и в другой раз, но цель — это то, на чем мы сосредоточены.

Это то, что в данном случае будет контролировать вывод. Итак, слот четыре — это наш модуль аналогового вывода, 4 — затем расширьте 4: 0. И в этом случае, вместо того, чтобы использовать нулевой канал, мы будем использовать канал 3, чтобы сделать что-то другое. Так что разверните это, а затем прокрутите вниз до Ch03.Data.

А для инструкции ADD мы скажем, что мы собираемся добавить 5 ко входу. Итак, я собираюсь взять этого парня, скопировать его, поместить сюда, в исходный код a.Итак, мы говорим, что если аналоговый вход меньше 10, мы добавим к нему пять и поместим в аналоговый выход.

Опять же, это ни для чего не рекомендуется, это просто демонстрация того, как вам, как использовать ваши модули ввода-вывода и как решить эту проблему. Хорошо, на этом мы завершаем видео. Надеюсь, вы сочли это полезным и, надеюсь, у вас есть хорошее представление о том, как использовать аналог. И модули дискретного ввода-вывода в Studio 5000 Logix Designer и способы решения этих вопросов в вашей последней логике.

Очевидно, что для вас, вероятно, будет много пробелов, если вы новичок в ПЛК. Возможно, это вызвало больше вопросов, чем ответов, и если вам нужна дополнительная помощь в изучении ПЛК и в том, чтобы стать компетентным программистом ПЛК, посетите myPLCtraining Academy. Это членство, которое мы создали для обучения автоматизации, чтобы помочь электрикам, техническим специалистам и инженерам стать уверенными программистами ПЛК. Надеюсь, это видео будет вам полезно. Если вам нужна дополнительная помощь, загляните в Академию, и увидимся в следующем видео.

————————————————- ————————

Хотите больше бесплатных советов по этой теме? Я создал бесплатный бонусный урок в формате PDF о том, как масштабировать аналоговый ввод / вывод с помощью настроек конфигурации модуля в Logix Designer. Просто нажмите кнопку ниже и введите свои данные, чтобы я мог отправить вам бонусный урок.

Нажмите здесь, чтобы получить бонусный урок

Получите бесплатную шпаргалку по ПЛК

ПЛК

на самом деле не так уж и сложны.Если вы плохо знакомы с ПЛК или просто хотите лучше понять, как они работают, ознакомьтесь с этой бесплатной памяткой, которая называется «Руководством для мотивированных электриков по пониманию ЛЮБОЙ системы ПЛК».

Возьмите шпаргалку

дискретных входов на RTU

Что такое дискретный вход?

Дискретные входы являются одними из наиболее важных частей входной мощности вашего RTU (имеется в виду удаленный терминал / блок телеметрии).Фактически, в прошлые десятилетия дискретные входы иногда были единственными входами.

Так что же такое «дискретный вход»? Это способ для устройства RTU принимать двоичные данные включения / выключения от других устройств или датчиков. Первый из двух контактов подключается к другому устройству / датчику, затем обратный провод подключается ко второму контакту. После этого RTU может определять наличие или отсутствие напряжения на проводе.

В общей конфигурации «сухой контакт» вход RTU должен быть подключен к замыканию сухого контакта (цепь замкнута, но электричество не подается).В этой конфигурации первый («выходной») вывод дискретного входа имеет электрический потенциал (обычно +5 В постоянного тока), который обнаруживается вторым («заземляющим») контактом, когда выход контактного реле замкнут.

Схема дискретного входа замыкания контактов довольно проста (но не беспокойтесь, если вы не можете интерпретировать схемы)

Другие «мокрые» конфигурации требуют, чтобы выходное устройство излучало некоторое количество электрического тока / напряжения.

Какие устройства совместимы?

Устройства с дискретными выходами аварийной сигнализации (для подключения к входам вашего удаленного терминала) включают генераторы, переключатели, выпрямители и практически любое другое промышленное оборудование в вашей сети.У большинства элементов снаряжения будет несколько выходов, представляющих разные состояния. Например, генератор может иметь отдельные выходы для «работы», «низкого уровня топлива» и «отказа». Некоторые электронные устройства сегодня больше ориентированы на SNMP, чем на другой протокол связи, но трудно превзойти простоту и надежность физического дискретного ввода-вывода.

В других случаях у вас не будет устройства, которое выводит аварийные состояния, а будет датчик, синтезирующий дискретный выходной сигнал из условий, которые он измеряет.Магнитный дверной датчик в системе безопасности, термостат и датчик воды в полу — все это примеры датчиков с дискретным выходом. Они не могут сказать вам «сколько» (например, точную температуру), но скажут, есть ли у вас проблемы.

Сколько дискретных входов должно быть у моего удаленного блока телеметрии?

На этот вопрос нет волшебного ответа, поскольку каждый сетевой сайт индивидуален.

Пропускная способность вашего RTU должна удовлетворять следующим трем правилам:

  1. По крайней мере столько, сколько вам нужно
  2. Оставьте немного места для разумного роста в удаленном месте
  3. Не тратьте деньги из бюджета на чрезмерную «избыточную» емкость

Кроме того, не зацикливайтесь на том, чтобы точно соответствовать требованиям каждого сайта.Вашему парку RTU может потребоваться охват десятков, сотен или даже тысяч площадок. Некоторое количество подгонки стоит, но слишком много вызовет головную боль.

Представьте, что у вас есть 100 сайтов, каждый с требованиями к дискретному вводу в диапазоне от минимум 3 до максимум 59 входов на сайт. Выбор стандартизации на 3 RTU (например, с 8, 32 и 64 входами каждый) лучше, чем развертывание десятков различных моделей в попытке достичь абсолютно «идеального» соответствия.

Учитывайте проблемы, связанные с поддержкой, обучением, резервированием и покупкой, которые растут по мере того, как вы добавляете все больше и больше различных моделей RTU в свой парк.Здесь, как и во всем, есть точка убывающей отдачи.

Как завершается проводка?

Не существует окончательного стандарта для подключения клемм дискретных входов, поскольку единственное требование — наличие двух токопроводящих контактов. Тем не менее, есть несколько распространенных методов.

Если у вас всего несколько входов на RTU, разъемы с фиксацией в стиле «пианино» могут быть идеальными. Чтобы использовать эти входы, вам даже не понадобится отвертка. Просто переверните рычаг, вставьте конец зачищенного провода (в довольно широком диапазоне диаметров AWG) и переверните рычаг обратно вниз.

Эти 8 разъемов в стиле рояля используются для оконечной нагрузки 4 дискретных элементов на передней панели удаленного терминала.

Если вы телефонная компания, вы, вероятно, цените оконечную нагрузку проводов, которая прослужит не менее десяти лет, не теряя при этом. «Wire wrap» — это провода, плотно намотанные вокруг отдельных столбов на плотной панели. Штыри расположены так, чтобы зачищенные провода не соприкасались друг с другом.

Панель с обмоткой проводов обеспечивает очень надежное и долгосрочное соединение, хотя процесс подключения может занять много времени.Показанная выше панель представляет собой аксессуар RTU, который крепится к монтажным отверстиям в стойке.

Для первоначального подключения кабельной панели RTU требуются значительные затраты времени (по крайней мере, несколько человеко-часов), но можно доверять, что соединения прослужат очень долго.

Если у вас много работы по намотке проволоки, вам не понадобится много времени, чтобы окупить инструмент для намотки проволоки за 200 долларов. С помощью пистолета для намотки проволоки вы просто вставляете зачищенный провод в дульный срез, нажимаете дуло на столб с проводом и нажимаете на спусковой крючок.Когда вы поднимете пистолет, проволока будет плотно прилегать к столбу.

Другой распространенный тип оконечной нагрузки — это 50-контактный амфеноловый соединитель. Они обычны для RTU с 16-64 дискретными входами. Подключение к амфенольному разъему осуществляется с помощью паяльника или простым сращиванием на оголенные провода, предварительно припаянные к разъему.

Этот 50-контактный амфенол используется для нескольких целей, включая оконечные нагрузки некоторых дискретных входов, некоторых аналоговых входов и некоторых управляющих реле.

Наконец, некоторые компании предпочитают съемную панель для отключения сигнализации.Это похоже на наматывание проводов, но начальное время монтажа значительно короче.

Эта съемная панель требует простого привинчивания провода к черному разъему. Затем вы можете просто подключить проводной разъем к разъему на панели. Подключение передается к RTU через короткий амфенольный кабель, поэтому пульт дистанционного управления сигнализацией можно быстро заменить, если когда-либо потребуется замена.


Еще статьи:

5 преимуществ удаленного мониторинга для вашей организации

Как работают системы SCADA

Почему правильная мастер-станция для вашей системы SCADA критична для вашей нижней линии

Устройства дискретного ввода и вывода ПЛК

Привет, ребята, надеюсь, с вами все в порядке.Как вы уже знаете, мы начали серию руководств по ПЛК. В прошлой лекции мы обсудили подробную статью о входах и выходах ПЛК, которые уже спроектированы на модуле ПЛК. В сегодняшнем уроке я собираюсь объяснить вам подробную статью о дискретных устройствах ввода-вывода на ПЛК. В предыдущей статье подробно обсуждались фиксированные входы и выходы ПЛК.

Plc прост в использовании, он предоставляет пользователям множество функций, таких как исправление входов и выходов, а также возможность дискретного входа и выхода.Это делает его очень полезным, потому что мы можем подключать к нему любые инструменты или компоненты в соответствии с нашими потребностями и требованиями к схемам. Но главное, за чем мы также должны следить, — это конструкция подключения производителей ПЛК. Итак, давайте начнем с устройств дискретного ввода и вывода ПЛК.

Устройства дискретного ввода и вывода ПЛК
  • В ПЛК очень распространенной категорией модуля сопряжения ввода и вывода является дискретный.
  • Эта категория сопряжения связывает полевые инструменты ввода с ландшафтом ВКЛ или ВЫКЛ, такие как селекторный переключатель, кнопки и ограничительный переключатель.
  • Аналогичным образом, выходной контроллер ограничен такими компонентами, как свет, электрические реле, соленоиды и выключатель стартера, которым требуется просто сигнал ВКЛ или ВЫКЛ.
  • Расположение отдельных входов и выходов работает на битовых адаптируемых входах и выходах.
  • В этом виде ввода и вывода каждый бит обозначает целую информацию в себе и обеспечивает ранг некоторого внешнего соединения или управляет присутствием или отсутствием мощности в схеме процедуры.
Источник питания устройств дискретного ввода и вывода ПЛК
  • Каждое устройство дискретного ввода и вывода получает питание от отдельных систем питания.
  • Поскольку эти напряжения могут быть разных номиналов или категорий, элементы ввода и вывода могут работать с разными уровнями напряжения переменного и постоянного тока.
  • Сами компоненты получают свое напряжение и ток для соответствующего процесса от объединительной платы корпуса, в который они вставлены, как поясняется на данной схеме.
  • Ток и напряжение объединительной платы поступают от источника питания блока ПЛК и используются для обеспечения питания электронных схем, имеющихся на монтажной панели блока ввода и вывода.
  • Такие устройства вывода, которые потребляют более высокую мощность, полученную от источника питания, предоставленного пользователем.
Модуль дискретного ввода переменного тока ПЛК
  • На данной диаграмме мы видим, что есть один вход отдельного (AC) блока дискретного ввода.
  • Эта входная схема состоит из двух основных частей, первая из которых является силовой, а другая — логической.
  • Оптический разделитель используется для обеспечения электрического разделения между полевыми кабелями и внутренней электрической структурой (цепями) объединительной платы ПЛК.
  • Мигание входного светодиода показывает состояние входных компонентов.
  • Логическая схема обрабатывает цифровой сигнал, поступающий в ЦП.
  • Внутренняя схема контроллера ПЛК обычно работает от 5 В постоянного тока или меньшего напряжения.
ПЛК с одним входом дискретного модуля ввода переменного тока
  • На данной схеме показана принципиальная схема одного входа отдельного блока ввода переменного тока.
  • Работа этой схемы поясняется ниже с подробным описанием.
    • Фильтр помех на входе состоит из конденсатора © и двух резисторов (R1), (R2), которые устраняют неправильный сигнал, вызванный дребезгом контакта и электрическими искажениями.
    • Когда мы закрываем кнопку, на схему выпрямления моста подается 120 В переменного тока.
    • Эта схема преобразует 120 В переменного тока в постоянное напряжение меньшего уровня, которое подается на светодиод оптического разделителя. Напряжение стабилитрона установлено на таком уровне, который легко обнаруживается.
    • Когда свет светодиода (светодиода) сталкивается с фототранзистором, он начинает работать, и положение кнопки передается в логической форме в CPU.
    • Оптический разделитель не только изолирует комплексное входное напряжение переменного тока (AC) от логической схемы, но также предотвращает повреждение ЦП из-за переходов в линейном напряжении. Это разделение также снижает электрические помехи, которые могут стать источником нерегулярных процессов в ЦП.
    • Для анализа ошибок при нажатии кнопки входа загорается светодиод на входе.Этот дисплей можно подключить к оптическому разделителю с любой стороны.
    • Категория входов переменного или постоянного тока используется как для входов переменного, так и постоянного тока, поскольку полярность входа не влияет.
    • Блок ввода ПЛК способен изолировать все входы и иметь общие соединения для этих входов

Задачи модулей дискретного ввода ПЛК

  • Блоки дискретного ввода ПЛК выполняют четыре важные функции, описанные ниже.
    • Обнаружение сигнала при его получении полевыми приборами.
    • После обнаружения сигнала Преобразует сигнал в точный уровень напряжения для конкретного ПЛК.
    • Он также отделяет ПЛК от изменений напряжения и тока входного сигнала.
    • После всех этих процессов он направляет сигнал в ЦП, представляющий, какой датчик создал сигнал.
Модуль дискретного вывода переменного тока ПЛК
  • Данная схема поясняет схему для одного выхода отличительного отдельного блока вывода.
  • Подобно блоку ввода, он также состоит из двух основных частей, первая из которых является блоком питания, а вторая — логическим блоком, они соединены друг с другом схемой разделения.
  • Выходной интерфейс можно рассматривать как электрический переключатель, который управляет выходными приборами, изменяя их состояние с «включено» на «выключено» или «выключено» на «включено».
  • Логическая схема регулирует выходное положение. Выходной светодиод показывает положение выходного знака
ПЛК с одним входом дискретного модуля вывода переменного тока
  • Базовый рисунок для одного выхода отдельного блока вывода переменного тока показан ниже.
  • Здесь описан процесс создания схемы.
    • Цифровая логическая схема ЦП выдает выходы в соответствии с программой подачи.
    • Когда ЦП отправляет команды на включение нагрузки, на светоизлучающий диод оптического изолятора подается напряжение.
    • Затем светодиоды начинают светиться, и этим светом начинает свою работу фотодиод.
    • Затем этот фотодиод активирует переменный полупроводниковый переключатель симистора, и ток начинает течь на выход.
    • Поскольку симистор работает любым способом, выход на нагрузку — переменный ток.
    • Симистор вместо положения ВКЛ и ВЫКЛ в действительности имеет НИЗКОЕ и ВЫСОКОЕ сопротивления соответственно.
    • В состоянии ВЫКЛЮЧЕНО меньшее значение тока утечки в несколько миллиампер все еще проходит через схему симистора.
    • Как и в случае с входной схемой, выходной интерфейс обычно подключается к светоизлучающему диоду, который указывает ранг каждого выхода.
    • Предохранители обычно необходимы для выходного блока, и они подключаются для каждой схемы, они обеспечивают защиту каждой схемы и работают отдельно.
    • Некоторые устройства также снабжены графическими дисплеями для индикации положения предохранителей.
    • Цепь симистора не может использоваться для включения нагрузки постоянного тока. Для анализа ошибок выходной светодиодный индикатор горит, когда контроллер ПЛК отправляет команды для включения нагрузки.
Промежуточное реле
  • Выходы одиночного переменного тока обычно ограничиваются размером симистора до одного или двух ампер. Также определяется предельная токовая нагрузка для одного блока.
  • Для защиты схемы выходного блока значение тока должно быть в пределах номинального тока.
  • Для контроля более высоких нагрузок, таких как двигатели большой мощности, к выходному блоку подключено обычное переключающее реле.
  • Перемычки реле могут использоваться для переключения более высокой нагрузки, которая показана на схеме.
  • Управляющее реле, используемое для этой схемы, которое также показано на данной схеме, известно как промежуточное реле.

Я также загрузил несколько статей по теме в Plc, которые вы читаете для дальнейшего изучения.

Это подробное руководство по устройствам дискретного ввода и вывода ПЛК, если у вас есть какие-либо вопросы по этому поводу, задавайте их в комментариях. Увидимся в следующем учебном пособии «Аналоговые устройства ввода и вывода ПЛК».

Автор: Генри

http://www.theengineeringknowledge.com

Я профессиональный инженер и закончил известный инженерный университет, а также имею опыт работы инженером в различных известных отраслях. Я также пишу технический контент, мое хобби — изучать новые вещи и делиться ими с миром.Через эту платформу я также делюсь своими профессиональными и техническими знаниями со студентами инженерных специальностей.

Сообщение навигации

Дискретное программирование ПЛК — Союзная электроника и автоматизация

Хотя современные ПЛК могут делать гораздо больше, они по-прежнему превосходны в своей первоначальной цели выполнения дискретной логики включения / выключения.

Появление программируемых логических контроллеров (ПЛК) в 1970-х годах стало огромным шагом вперед для всех, кто занимается проектами промышленной автоматизации.В лучшем случае предыдущие усилия полагались на сложную электрическую схему и проводку с использованием переключателей, реле, таймеров и других более экзотических устройств, таких как барабанные секвенсоры. В худшем случае все еще использовались другие сложные методы, включая пневматические, гидравлические и механические узлы, такие как приводные валы на машинах.

ПЛК

позволяли определять логику управления программно, а не аппаратно. ПЛК были не только очень компактными по сравнению с тысячами реле, которые они могли заменить, но и программная логика была относительно проста в устранении неисправностей и намного проще в изменении, чем проводные системы.Проводка к полевым устройствам все еще оставалась, но она входила в ПЛК и выходила из него.

Но то, что ПЛК гораздо более гибкие, чем другие варианты аппаратного управления, не означает, что их легко программировать. Стать программистом ПЛК или программистом любого типа — это особый технический навык, который обычно требует обучения или повышения квалификации. Этот пост призван помочь новым пользователям понять некоторые основные концепции дискретного программирования ПЛК, но он не может заменить формальное обучение и образование, необходимые для того, чтобы стать квалифицированным программистом ПЛК.

Что именно означает «дискретный»?

В контексте ПЛК и промышленного программирования термин «дискретный» означает сигнал или логику, которые только «включены» или «выключены». Дискретные сигналы могут иметь альтернативные представления, такие как 0 = выкл. = Ложь = низкий уровень и 1 = вкл. = Истина = высокий.

Для сравнения, аналоговый означает сигнал или логику, представленную постоянно изменяемым числом, например температурой. Любое аналоговое значение должно иметь определенное инженерное минимальное и максимальное значение, чтобы пользователь и ПЛК могли понять допустимый рабочий диапазон.Аналоговые сигналы будут обсуждаться в одном из следующих постов.

Входы и выходы ПЛК

ПЛК

взаимодействуют с реальным миром через входы и выходы (I / O), которые бывают дискретными и аналоговыми. Дискретные входы поступают по проводке от двухпозиционных устройств, таких как селекторные переключатели, концевые выключатели, датчики приближения и другие источники. Дискретные выходы подключены к фарам, соленоидам, реле и другим устройствам, чтобы вызвать действие в полевых условиях, например, запуск двигателя. Конечно, существует бесчисленное множество типов устройств ввода и вывода, это лишь некоторые из наиболее распространенных из них, которые часто используются в промышленной автоматизации.

Типы данных

В ПЛК вся информация хранится в виде переменных данных. Некоторые ПЛК имеют строгие правила для адресации ввода / вывода и тегирования переменных. Новые ПЛК позволяют более гибкую маркировку и множество типов данных.

Существует много атомарных или базовых типов данных ПЛК, но наиболее важным для обработки дискретных сигналов является тип данных Boolean (BOOL), иногда называемый битом. Многие BOOL могут быть упакованы вместе в более крупные структуры данных, такие как 16-битное WORD или целое число (INT), но пока мы будем рассматривать только отдельные BOOL.

Языки программирования ПЛК

Поскольку исходные ПЛК обычно заменяли электрическую проводку, многие языки программирования ПЛК были созданы так, чтобы они выглядели как схемы электрических цепей управления, с которыми все уже были знакомы для выполнения управления включением / выключением. Поэтому очень популярный стиль или язык программирования ПЛК, по крайней мере в Северной Америке, стал известен как графическое программирование с релейной диаграммой (LD).

В последние годы стал доступен стандарт программирования IEC 61131-3 для лучшего определения LD и других языков независимо от производителя:

  • Лестничная диаграмма (LD), графическая
  • Функциональная блок-схема (FBD), графическая
  • Структурированный текст (ST), текстовый
  • Последовательная функциональная схема (SFC), для последовательной и параллельной обработки управления, графическая

К сожалению, большинство производителей ПЛК использовали свои собственные специфические адреса ввода-вывода, именование переменных и стили графического программирования.Это означает, что программы нелегко переносить между брендами, а иногда и между линейками продуктов одного поставщика.

Из-за этих проблем в мире промышленной автоматизации появилось еще одно усовершенствование, названное CODESYS. Это среда программирования IEC 61131-3, позволяющая пользователям в некоторой степени выполнять разработку ПЛК независимо от производителя, но не без дополнительных усилий для обеспечения совместимости.

Все эти языки можно использовать для дискретного программирования, но мы остановимся только на LD.Логика LD сканируется сверху вниз, слева направо. Логика ПЛК сканирует снова и снова, очень быстро и надежно, и имеет специальную функцию, называемую сторожевым таймером, которая срабатывает при обнаружении неисправности

Левую вертикальную шину можно рассматривать как источник питания в проводной цепи. Каждая горизонтальная ступенька содержит контакты, которые могут размыкаться или замыкаться для остановки или передачи питания на выходные катушки справа.

На этой базовой схеме предположим, что Input01 подключен к селекторному переключателю, а Output01 подключен к источнику света.Во время выполнения логики выполнения ПЛК, если переключатель включен в поле, то контакт Input01 замыкается и активирует Output01, который затем включает полевую лампу.

Строительные блоки программы ПЛК

Предыдущий пример упрощен, но представляет собой строительный блок, показывающий, как дискретное программирование ПЛК может контролировать входы, выполнять логические и командные выходы. На основе этого принципа можно автоматизировать сложные системы. Пользователям, обладающим электрическими знаниями, может быть легче изучить LD, но общие навыки программирования также важны.После освоения LD его можно применять ко многим типам ПЛК. Продавцы предлагают платные классы и бесплатное онлайн-обучение, а многие также предоставляют видео и другие учебные пособия.

Как работают выходы ПЛК — дискретные и аналоговые

Этот пост является продолжением моей оригинальной статьи «Вот быстрый способ понять входы и выходы ПЛК». Существует два основных типа выходов ПЛК: дискретные и аналоговые. Дискретные выходы либо «ВКЛ», либо «ВЫКЛ»; 1 или 0. Вы можете думать о них как об одной лампочке.У аналоговых выходов есть диапазон. Это выходы, которые обычно управляют пропорциональными клапанами, скоростями привода и т. Д. Они обычно имеют один из следующих сигналов, которые выводятся с ПЛК: 4-20 мА, 0-10 В постоянного тока, 1-5 В постоянного тока.

Дискретные выходы ПЛК — Вкл. / Выкл.

На приведенной выше схеме есть три выхода. Катушка, свет и мотор. Выходы лестничной диаграммы Y0, Y1 и Y2 соответственно управляют выходами. Вы заметите, что когда включается выход лестничной диаграммы, загорается соответствующий индикатор разряда карты выхода.Затем это активирует выход, подключенный к устройству.

Выходы включаются или выключаются в конце каждого сканирования ПЛК. Логика ПЛК решается слева направо, сверху вниз в большинстве ПЛК. Физические выходы не устанавливаются / не сбрасываются до тех пор, пока не будет выполнено обновление ввода / вывода в конце каждого сканирования. Это означает, что если у меня сканирование 1 мс, то максимальное время, необходимое для включения / выключения выхода, составляет 1 мс.

ПЛК

иногда могут обновлять данные ввода / вывода в середине сканирования.Пожалуйста, обратитесь к руководству производителя вашего ПЛК за этой инструкцией. Это можно использовать для быстрого обновления входов / выходов или управления шаговыми приводами двигателей, выдавая им выходную последовательность импульсов с дискретного выхода ПЛК. Последовательность импульсов — это просто последовательность включенных / выключенных состояний выхода.

Аналоговые выходы ПЛК — диапазон выходных сигналов

Аналоговый выход преобразует цифровое значение в уровень напряжения или тока, который можно использовать для управления (изменения) физических выходов. В приведенном выше примере мы контролируем скорость двигателя.Слова в ПЛК будут управлять аналоговым значением.
Пример:
Токовый выход 4-20 мА — 8-битное разрешение
4 мА = 00000000 base 2 = 00 base 16
20 mA = 11111111 base 2 = FF base 16
Для обзора систем нумерации перейдите по ссылке ниже:
Что следует знать о системах нумерации ПЛК (программируемый логический контроллер)

В промышленной среде шум от частотно-регулируемых приводов, неправильное заземление и т. Д. Могут создавать помехи для аналогового входа.В следующем посте будет показан быстрый способ уменьшить этот шум.
Секрет избавления от шума в аналоговом сигнале

Предыдущий пост:
Как работают входы ПЛК

Посмотрите на YouTube: Как работают выходы ПЛК

Если у вас есть вопросы или вам нужна дополнительная информация, свяжитесь со мной.
Спасибо,
Гарри

Если вы, как и большинство моих читателей, стремитесь изучать технологии. Системы нумерации, используемые в ПЛК, нетрудно изучить и понять.Мы рассмотрим системы нумерации, используемые в ПЛК. Сюда входят биты, десятичные, шестнадцатеричные, ASCII и числа с плавающей запятой.

Чтобы получить эту бесплатную статью, подпишитесь на мою бесплатную рассылку новостей по электронной почте.

Используйте эту информацию, чтобы сообщить другим людям, как работают системы нумерации. Войти Сейчас.

Электронная книга «Надежная регистрация данных бесплатно» также доступна для бесплатной загрузки. Ссылка включена при подписке на ACC Automation.

Все продукты | Schneider Electric

  • Доступ к энергии

  • Автоматизация и управление зданиями

  • Критическая мощность, охлаждение и стойки

  • Промышленная автоматизация и управление

  • Низковольтные изделия и системы

  • Распределение среднего напряжения и автоматизация сетей

  • Рубрики Разное