Учебное пособие по интерфейсам систем промышленной автоматизации, страница 12

Импульсы, которые нужно считать приходят на вход Pulse (импульс).Вход Gate (ворота) используется для аппаратного разрешения/запрещения счётаимпульсов. Иногда в модуле присутствует вход Direction (направление). В этомслучае, в зависимости от состояния входа Direction происходит увеличение илиуменьшение переменной «Значение счётчика». При достижении заданных пороговых значений переменная «Порог достигнут» принимает значение логическойединицы, а счёт импульсов прекращается. Значение переменной «Порог достигнут» проверяется программой ПЛК, и, после обработки, по специальной командев переменную «Значение счётчика» пересылается «Начальное значение».

Послечего счёт импульсов возобновляется.Диаграмма работы модуля счёта импульсов представлена на рис. 2.19. Логическая единица на входе Gate запрещает счёт импульсов, логический нуль на входе Direction соответствует увеличению счётчика, а логическая единица – уменьшению.58+5ВВстроенный микроконтроллерПервичная обработкаимпульсаPulseDirectionНачальноезначениеПороговыезначенияЗначениесчетчикаБлоксравненияПорогдостигнутGate+5В18.ИнтерфейсшиныконтроллераИсточникпитанияРис.

2.18. Функциональная схема модуля быстрого счётаPulseGateDirectionЗначениесчётчикаВерхнийпорогНачальноезначениеНижнийпорогПорогдостигнутСброссчётчика19.Рис. 2.19. Диаграмма работы модуля счёта импульсовПоскольку алгоритм обработки импульсов реализуется на встроенном контроллере модуля быстрого счёта, то обычно модуль быстрого счёта может выступать и в роли модуля измерения частоты. Фактически, модуль измерения частоты59– это тот же модуль быстрого счёта, но с другим алгоритмом обработки сигнала.Частота определяется как количество импульсов в единицу времени. Результатработы модуля − формирование логической единицы в случае выхода измеряемойчастоты за границы заданного диапазона.Функциональная схема модуля измерения частоты представлена на рис.

2.20.Переменная «Значение счётчика» инкрементируется всякий раз, когда приходиточередной импульс. Частота поступления импульсов рассчитывается как отношение количества импульсов, пришедших за период усреднения, к величине периодаусреднения. Если рассчитанное значение частоты выходит за пределы пороговыхзначений, то переменной «Порог достигнут» присваивается значение логическойединицы. Которая удерживается до тех пор, пока не будет сброшена специальнойкомандой из программы ПЛК.+5ВВстроенный микроконтроллерПервичная обработкаимпульсаPulseDirection(не используется)ПериодусредненияЗначениесчетчикаПороговыезначенияGate+5В20.РасчётчастотыБлоксравненияПорогдостигнутИсточникпитанияИнтерфейсшиныконтроллераРис.

2.20. Функциональная схема модуля измерения частотыЧаще всего модуль измерения частоты объединяется с модулем быстрогосчёта, а режим работы модуля задаётся во время конфигурации модуля.Модуль аналогового вводаОбработка аналоговых сигналов начинается с фильтрации всех высокочастотных помех, наводимых в сигнальных проводах при передаче сигнала, с помощью фильтра низких частот (ФНЧ, рис. 2.21). Отфильтрованные измерительные60сигналы собираются в мультиплексоре.

Это устройство, которое имеет адресныевходы, несколько информационных входов и один выход. В зависимости от адреса, один из входов коммутируется на выход. Основное назначение мультиплексора – уменьшить общую стоимость модуля аналогового ввода за счёт применениятолько одного устройства обработки сигналов (в данном случае – аналоговоцифровой преобразователь, АЦП), которое обычно существенно дороже мультиплексора для всех входных сигналов. В АЦП происходит преобразование аналогового сигнала в цифровой. К выходам АЦП подключаются параллельно все регистры данных (РД) буфера данных [1].Шина управленияСистемныйинтерфейсШина адресаШина данныхМодуль AIБуфер данныхЛогикауправленияпереключениямиWR«1»ДешифраторAI021.Логикауправленияобменомпо шинеФНЧФНЧФНЧФНЧФНЧAI7РД #0РД #1РД #2РД #3РД #4РД #5РД #6РД #7ФНЧФНЧФНЧАЦПМультиплексорРис.

2.21. Функциональная схема модуля ввода аналоговых сигналовС помощью мультиплексора входы модуля поочерёдно подключаются ковходу АЦП. Одновременно с переключениями мультиплексора дешифратор буфера данных переключает подачу разрешающего сигнала «запись» (WR) науправляющий вход очередного регистра данных. Таким образом, цифровой сигнал на выходе АЦП, соответствующий i-тому входу запоминается в i-том регистре данных локальной памяти модуля. Управление переключениями мультиплексора и дешифратора осуществляет функциональный узел «Логика управления переключениями», который обычно реализуется микроконтроллером модуля.

Час61тота переключений мультиплексора определяется временем АЦ-преобразования,что, в свою очередь, влияет на стоимость АЦП и модуля аналогового ввода в целом: чем меньше время преобразования, тем выше стоимость. От времениАЦ-преобразования зависит и частота обновления значений в регистрах данных.Так, например, для модуля аналогового ввода со временем АЦ-преобразования500 мс и восемью каналами, значение в регистре данных для каждого входа будетобновляться один раз в четыре секунды. Другими словами – частота сканированияили частота выборки в этом случае составляет 0,25 Гц.Таким образом, модуль аналогового ввода представляет собой экстраполяторнулевого порядка с определённым периодом квантования.

Экстраполятор нулевого порядка может рассматриваться как фильтр низких частот (теорема Котельникова-Шеннона, [2]), в связи с этим некоторые производители модулей позволяютнастраивать время АЦ-преобразования. Иногда от настроенного времениАЦ-преобразования зависит точность преобразования.Буфер данных (локальная память модуля) хранит результаты последнего измерения значений сигналов для каждого входа. По запросу центрального процессора эти данные передаются по системной шине для размещения в соответствующей области памяти.Электрическая схема модуля аналогового ввода представлена на рис.

2.22.В составе модуля используются два мультиплексора (АМХ) – по одному на каждый провод измерительной цепи. Использование одного мультиплексора можновстретить в модулях с общей точкой подключения каналов, однако обычно такиемодули редко используются, поскольку такая конструкция приводит к возникновению резистивной связи между измерительными каналами. Иногда два аналоговых мультиплексора конструктивно объединяются в одну микросхему.Обратите внимание, гальваническая развязка расположена после АЦП. ХотяАЦП – дорогое устройство, однако, изготовление гальванической развязки аналогового сигнала с линейной характеристикой ещё более дорогостоящая и трудноосуществимая задача, поэтому гальванически развязывают линии передачи дискретных сигналов после АЦП.При подключении токовых информационных сигналов сила тока оцениваетсяпо падению напряжения на шунтирующем сопротивлении с известным номиналом.

Многие производители встраивают прецизионные шунтирующие сопротивления в модули аналогового ввода, поэтому при измерении токового сигнала достаточно подключить сопротивление параллельно входу модуля аналогового ввода(рис. 2.23).62AI0Д0ФНЧAI1Д1ВстроенныймикроконтроллерAMXФНЧАдресИнтерфейсшиныконтроллераОЗУАЦПАдресAMXAI7Д7АдресФНЧУправлениепереключениямиАдрес22.Рис. 2.22. Электрическая схема модуля аналогового вводаAI0AI0Д0Д0ФНЧФНЧRш внутр23.Rш внутрРис.

2.23. Варианты электрических схем подключения токовых сигналов с использованиемвстроенных шунтирующих резисторовОсновные характеристики модуля аналогового ввода:• количество входов (каналов) и способ подключения сигнальных линий (собщим проводом, изолированные). Для каналов с общим проводом указываетсяколичество входов в группах;• типы подключаемых датчиков (унифицированный вход напряжения илитока, термопара, терморезистор, тензодатчик);• диапазон изменения входного сигнала (в зависимости от типа датчика),[В, мА, тип термопары, тип терморезистор, Ом];• способ передачи аналогового сигнала (дифференциальный, с относительной землёй);• максимально допустимая разность потенциалов между входами модуля.Этот параметр определяется характеристиками мультиплексора. При превышенииустановленного значения мультиплексор может сгореть;• разрешающая способность АЦП, [бит];• полоса пропускания, [Гц];63• частота выборки или сканирования, [Гц], или время АЦ-преобразования,[мс];• для входного сигнала напряжения указывается входное сопротивление,[МОм];• погрешность АЦП, [%];• температурный дрейф нуля, [мкВ/°С];• наличие гальванической развязки.При обработке данных полученных от модуля аналогового ввода, необходимо учитывать, что диапазон измеряемого сигнала обычно немного меньше диапазона изменения значений на выходе АЦП.

Такая организация работы АЦП позволяет предоставить программисту дополнительные возможности по обработкецифровых данных. Например, для модуля аналогового ввода контроллера Quantum 140 AVI 030 00 компании Schneider Electric с шестнадцатиразрядным АЦП,имеет место следующий способ преобразования (табл. 2.2) [28]. Благодаря этому,из программы можно протестировать режим работы датчика и исправность сигнальных линий.2.Таблица 2.2.Диапазон изменения цифрового сигнала на выходе АЦПмодуля аналогового ввода 140 AVI 030 00Разряды АЦПДиапазон измененияМеньше нижнейБольше верхнейвходного сигналаНормаграницы диапазонаграницы диапазона–10… +10 В<768768…64 768>64 768–5…+5 В, –20…20 мА<16 76816 768…48 768>48 7680… +10 В–0…64 000>64 0000… +5 В, 0…20 мА–0…32 000>32 000+1…+5 В, 4…20 мА<6 4006 400…32 000>32 000Модуль аналогового выводаФункциональная схема модуля аналогового вывода представлена нарис.

2.24. Значения из области аналоговых выводов пересылаются в локальнуюпамять модуля. К информационным выходам каждого регистра данных (РД) черезгальваническую развязку (ГР) подключен цифроаналоговый преобразователь(ЦАП), который преобразует цифровой код на входе в уровень напряжения на выходе. Аналоговый сигнал с выхода ЦАП поступает на фильтр низких частот и далее, через выходной усилительный каскад (ВК) – на входы исполнительных устройств и механизмов.