Учебное пособие по интерфейсам систем промышленной автоматизации, страница 11

Если ток через светодиод непротекает (ключ разомкнут), то транзистор закрывается и на коллекторе устанавливается напряжение +5В (логический нуль). Текущие значения дискретных входов (логические нули и единицы) сохраняются в регистре данных (локальная память модуля), откуда в любой момент могут быть переданы по системной шинеПЛК по запросу модуля центрального процессора.+5ВД0оптопараDI0Д1ИнтерфейсшиныконтроллераРегистрданныхDI1Д7+5ВDI7DI8=24 В+ −ИсточникпитанияDI общ13.Рис. 2.13.

Электрическая схема модуля дискретного вводаВозможен вариант, при котором питание датчиков осуществляется переменным напряжением, электрическая схема подключения датчиков к модулю дискретного ввода выглядит следующим образом (рис. 2.14). Два противоположновключенных параллельных светодиода оптопары обеспечивают открытие транзисторного ключа на каждом полупериоде сигнала.В обеих схемах (рис. 2.13, 2.14) оптопары обеспечивают гальваническую развязку входов модуля с внутренними цепями.К основным характеристикам модуля дискретного ввода относятся следующие:• количество входов (каналов) и способ подключения сигнальных линий.Количество каналов обычно кратно восьми. По способу подключения модули мо53гут быть с дифференциальными входами (каждый вход − отдельная пара проводов) и с общей точкой (передача сигнала относительно общего провода − земли,см.

рис. 2.13);+5ВД0~14.Данныена входрегистраданныхDI0Рис. 2.14. Электрическая схема преобразования входного сигналамодуля дискретного ввода переменного тока• количество входов в группах. Если подключение сигнальных линий осуществляется с общей точкой, то несколько входов объединяются в одну группу собщей землей;• тип сигнала (постоянное/переменное напряжение). Для переменного напряжения дополнительно указывается допустимый диапазон частот сигнала, [Гц];• уровень логического нуля, [В];• уровень логической единицы, [В];• входное сопротивление, [кОм];• максимальная частота переключения входного сигнала, [Гц] или задержкараспространения входного сигнала, [с];• наличие гальванической развязки (гальваническая изоляция, UПРОБОЯ).

Отсутствие изоляции снижает стоимость модуля, но повышает риск выхода контроллера из строя при попадании на сигнальные линии датчика силового напряжения.Модуль дискретного выводаПринципиальная электрическая схема модуля дискретного вывода представлена на рис. 2.15. Программа ПЛК сохраняет нужное состояние дискретных выходов контроллера в области памяти дискретных выходов, которая затем, во время установки выходов записывается в регистр данных (локальную память модулядискретного вывода). Модуль дискретного вывода устанавливает на своих выходах соответствующие значения. Логическая единица на любом из выходов регистра данных приводит к появлению разности потенциалов между выходами светодиода оптопары и, как следствие, протеканию тока через светодиод, что, в своюочередь, приводит открытию транзисторного ключа и подачи напряжения на со54ответствующий исполнительный механизм (ИМ, рис.

2.15). На рис. 2.15 приведена схема модуля дискретного вывода с транзисторными ключами с восемью выходами, объединёнными в одну группу с общей точкой (DO общ) и внешним источником питания постоянного тока. Для защиты транзисторных ключей от сгорания параллельно им подключены стабилитроны, которые ограничивают максимальный ток через транзисторный ключ.=24 В+ −+5ВDO питИМ0DO0ИМ1ИнтерфейсшиныконтроллераРегистрданныхDO1ИМ7DO7Источникпитания+5ВDO общ15.Рис.

2.15. Электрическая схема модуля дискретного выводас транзисторными ключамиИспользование транзисторного ключа для управления дискретным выходомобеспечивает высокое быстродействие выходов; отсутствие механических контактов – высокую износостойкость. Однако транзисторный ключ не позволяеткоммутировать большие токи, а также требует учитывать полярность коммутируемого напряжения, а значит, может работать только с постоянным напряжением.Перечисленных недостатков лишены модули дискретного вывода с релейным выходом (рис.

2.16). Вход «Упр.» подключается к одному из выходов регистра данных. При появлении на входе «Упр.» логической единицы, т.е. потенциална эмиттере становится равен нулю, транзистор открывается и через катушку релепротекает ток, что приводит к срабатыванию реле и замыканию контакта реле.Контакты реле могут коммутировать напряжение любого вида (постоянное, переменное, любое другое). При появлении на входе «Упр.» логического нуля (потенциал +5 В) ток по цепи «база–эмиттер» не протекает и транзистор переходит в не55проводящее состояние. Катушка реле обесточивается, реле отключается, и электрическая цепь исполнительного механизма разрывается.

Поскольку катушка релеявляется индуктивной нагрузкой, то ток через неё моментально измениться неможет (первое правило коммутации) [7]. Поэтому, чтобы защитить транзисторный ключ параллельно катушке реле включается диод. Когда через катушку протекает ток, через диод, включенный встречно, ток не течёт. При закрытии транзистора через диод протекает ток, индуцированный катушкой реле не вызывая увеличения потенциала на коллекторе транзистора.ИМ+5ВИПУпр16.Рис. 2.16. Электрическая схема управления релейным выходомНа рис. 2.16 для управления включением реле используется обычный транзистор, а не оптопара, поскольку само реле выступает в качестве гальваническойразвязки.Можно сказать, что реле является полной противоположностью транзисторного ключа: недостатки одного являются достоинствами другого. Реле позволяеткоммутировать напряжение независимо от полярности.

Реле, встраиваемые в модули дискретного вывода, обеспечивают коммутацию достаточно больших токов– до 8 Ампер. Для сравнения: транзисторные ключи обычно коммутируют токи неболее 0,5 Ампер. Однако реле обладают сравнительно невысоким быстродействием и ограниченным ресурсом из-за искрения и обгорания контактов при размыкании цепи [26].На рис. 2.16 показано реле с нормально разомкнутым (нормально открытым)контактом.

Т.е. при отсутствии питания катушки реле цепь разомкнута. Возможноиспользование в составе модуля дискретного вывода реле с нормально замкнутыми (нормально закрытыми) контактами. Такие реле реализуют инверсную логикуи используются в системах управления в тех случаях, когда по требованиям безопасности при пропадании питания контроллера цепи дискретного выхода должныоставаться замкнутыми. Иногда релейный выход называют выходом типа «сухойконтакт».56Промежуточное положение между транзисторными и релейными дискретными выходами занимают модули с симисторовыми выходами (рис. 2.17).

Симисторы довольно часто называют «твердотельными реле», термин появился как перевод соответствующего английского термина –solid state relay. Они имеют высокое быстродействие, в них отсутствуют механические контакты и одновременноих конструкция не накладывает никаких ограничений на характер питающего напряжения.ИМУпрИП17.Рис.

2.17. Электрическая схема управления выходом на симистореНа рис. 2.17 представлен один из вариантов реализации схемы управлениясимисторовым выходом. С помощью маломощного симистора, входящего в состав оптопары осуществляется управление обычными силовыми симисторами,которые замыкают электрическую цепь, подключая исполнительный механизм кисточнику питания [26, 27].К основным характеристикам модуля дискретного вывода относятся следующие:• количество выходов (каналов) и способ подключения сигнальных линий (собщим проводом, изолированные);• количество выходов в группах;• тип сигнала. Тип сигнала зависит в первую очередь от того, как реализованкоммутирующий элемент.

Соответственно различают модули с транзисторнымиключами, реле и симисторами. Иногда встречаются модули с транзисторнымиключами и внутренним источником напряжения. В этом случае уже говорят не озамыкании или размыкании электрической цепи с помощью дискретного выхода,а о подаче/снятии напряжения на дискретном выходе;• для транзисторных ключей указываются:напряжение логического нуля, [В];напряжение логической единицы, [В];максимальный выходной ток логической единицы, [А];57• для релейных выходов указываются:логика – прямая или инверсная (нормально открытые или нормальнозакрытые контакты реле);номинальное коммутируемое напряжение, [В];коммутационная способность контактов (максимальный коммутируемый ток), [А];количество циклов срабатывания контактов (обычно – до несколькихмиллионов);• для симисторовых выходов указываются:номинальное коммутируемое напряжение, [В];максимальный коммутируемый ток, [А];• частота переключений выходов при разных типах нагрузки (активная, индуктивная, емкостная), [Гц].

При этом указывается предельно допустимая индуктивность [Гн] и ёмкость [мкФ] нагрузки;• наличие гальванической развязки.Модули счёта импульсовДля обработки быстро переключающихся дискретных сигналов, использование простых модулей дискретного ввода может привести к потере информации, втех случаях, когда длительность цикла контроллера дольше, чем длительностьимпульса и/или частота его появления. Для обработки сигналов с датчиков, генерирующих последовательность импульсов, используются модули быстрого счёта.Модуль быстрого счёта в своей основе имеет модуль дискретного ввода(рис. 2.18).