Учебное пособие по интерфейсам систем промышленной автоматизации, страница 13

Здесь уже не используется мультиплексор. Во-первых,стоимость ЦАП не так высока, а во-вторых, и это главное, при использовании64мультиплексора пришлось бы включать в состав модуля функциональное устройство способное хранить значение сигнала не в виде цифрового кода, а в аналоговой форме в виде уровня напряжения, что труднореализуемо.Шина управленияШина адресаСистемныйинтерфейсШина данныхМодуль AOЛогикауправленияобменомпо шине24.БуферданныхРД #0РД #1РД #2РД #3РД #4РД #5РД #6РД #7ГРГРГРГРГРГРГРГРЦАПЦАПЦАПЦАПЦАПЦАПЦАПЦАПФНЧФНЧФНЧФНЧФНЧФНЧФНЧФНЧВКВКВКВКВКВКВКВКAO0AO7Рис. 2.24.

Функциональная схема модуля вывода аналоговых параметровРеализация выходного усилительного каскада может быть выполнена различными способами. Например, компания ICPCon (Тайвань) [29] при реализациимодуля аналогового вывода I-8024 использует следующую схему (рис.

2.25). Аналоговый сигнал может передаваться напряжением, либо током. В случае использования аналогового сигнала напряжения, исполнительное устройство подключается к выходам U и GND. Фактически, на выходе модуля поддерживается заданное напряжение, при этом реальное напряжение на исполнительном механизменикак не контролируется. В случае использования токового сигнала, на клеммувыхода U дополнительно подключается выход I, который используется для организации обратной связи по току.UРДЦАПФНЧIИМRвнутрGND25.Рис. 2.25. Электрическая схема реализации аналогового выводана примере модуля ICPCon I-802465Компания Siemens использует более сложную, но и более точную схему реализации аналогового вывода с обратными связями, как по току, так и по напряжению (рис.

2.26) [30]. В случае передачи аналогового сигнала токовым сигналом,исполнительный механизм подключается к клеммам модуля I+ и GND. Сила токав цепи при этом контролируется встроенным микроконтроллером по падению напряжения на внутреннем шунте Rвнутр с помощью АЦ-преобразования. При передаче аналогового сигнала напряжением, для того, чтобы избежать погрешности,связанной с падением напряжения на соединительных проводах, непосредственнок исполнительному механизму подключаются измерительные провода, которыепозволяют измерить падение напряжения на исполнительном механизме.

С другой стороны эти провода подключаются на клеммы модуля Uизм+ и Uизм– и с помощью АЦ-преобразования оцениваются встроенным микроконтроллером, который корректирует значение на входе ЦАП, чтобы обеспечить заданное напряжение на исполнительном механизме. Благодаря большому входному сопротивлению АЦП, ток в измерительной цепи, а значит и падение напряжения на измерительных проводах очень мало.RвнутрВстроенныймикроконтроллерЦАПU+, I+ФНЧGNDИМАЦПUизм+АЦПUизм–26.Рис.

2.26. Электрическая схема реализации аналогового выводана примере модуля Simatic S7-332Основные характеристики модуля аналогового вывода:• количество и тип выходов (каналов) и способ подключения сигнальныхлиний (с общим проводом, изолированные). Для каналов с общим проводом указывается количество входов в группах;• диапазон изменения выходного сигнала, [В, мА];• разрядность ЦАП, [бит];• скорость нарастания сигнала, [В/с, мА/с]. Из-за конструктивных особенностей ЦАП на его выходе невозможно получить скачкообразное изменение сигнала.

При появлении скачка на входе ЦАП, напряжение на его выходе будет линейно увеличиваться. Скорость этого увеличения и указывается в качестве характеристики модуля;66••••••входное сопротивление нагрузки, [кОм];максимальная ёмкость нагрузки, [мкФ];максимальная индуктивность нагрузки, [Гн];базисная и рабочая погрешности преобразования ЦАП, [%];температурный дрейф нуля, [мкВ/°С, мкА/°С];наличие гальванической развязки.Вопросы для самоконтроля1.

Перечислите основные требования к аппаратной организации управляющих ЭВМ.2. Назовите основные конструктивные элементы ПЛК.3. Какой стандарт конструктивного исполнения модулей используется припостроении ПЛК на базе шин VME и CompactPCI?4. Модули какого размера используются при построении ПЛК на базе шинVME и CompactPCI?5. Какие принципиальные различия в организации обмена данными по шинемежду стандартами VME и CompactPCI?6. Перечислите основные типы памяти ПЛК.7.

Что такое рабочий цикл ПЛК? Из каких фаз он состоит? В чём преимущество организации исполнения программы ПЛК в виде рабочего цикла?8. Чем различаются временные диаграммы циклического и периодическогоисполнения рабочего цикла ПЛК?9. В чём различия между локальным, удалённым и распределённым способами подключения модулей ввода-вывода к ПЛК?10. Перечислите и опишите основные режимы работы ПЛК. Какой тип рестарта обязательно присутствует у любого ПЛК?11.

Перечислите характеристики модулей центральных процессоров, модулей ввода и модулей вывода аналоговых и дискретных сигналов.12. Приведите типовые электрические схемы дискретных и аналоговых модулей ввода и модулей вывода.13. Для чего в состав модулей ввода-вывода включается блок гальваническойразвязки?14. Какими преимуществами и недостатками обладают модули дискретноговывода на базе транзисторных ключей, реле, симисторов?15.

Почему блок гальванической развязки в модуле аналогового ввода устанавливается не до АЦП, а после, на цифровой шине?6716. Обязательно ли вхождение в состав модуля аналогового ввода мультиплексора входных сигналов?17. Какой тип модуля должен использоваться при подключении к ПЛК термопары? порогового датчика уровня? энкодера? лампочки-индикатора?18. Как подобрать величину шунтирующего сопротивления для подключениядатчика с токовым выходом 4...20 мА к модулю аналогового входа, предназначенному для измерения напряжения в диапазоне 1...5 В?683. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯПРОМЫШЛЕННЫХ СЕТЕЙ3.1.

ПРЕДПОСЫЛКИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ СЕТЕЙДо сих пор мы явно не говорили об аппаратной структуре системы управления, для удобства полагая, что в системе присутствует одна управляющая ЭВМ, ккоторой через модули ввода-вывода подключаются датчики и исполнительныемеханизмы. Такая структура автоматизированных систем управления действительно применялась на заре появления ЭВМ. Однако, при построении системыавтоматизированного управления оборудованием, рассредоточенным на большойплощади, с большим количеством контролируемых параметров приходится выполнять дорогостоящие монтажные работы для сбора всех сигнальных линий водну точку – место установки контроллера.

И если раньше такое построение системы оправдывалось высокой стоимостью цифровой техники, то в настоящеевремя в большинстве случаев становится экономически целесообразной установкана площади цеха или участка нескольких локальных контроллеров или интеллектуальных устройств связи с объектом, объединённых в единую сеть [31].В целом идея выглядит так: необходимо вынести часть модулей вводавывода поближе к местам установки датчиков и исполнительных механизмов(рис. 3.1).

К сожалению, этого нельзя сделать, просто удлинив системную шинуПЛК (рис. 3.1, б). Системная шина реализуется с помощью группы параллельныхпроводников и, для нормальной работы шины, их физические и геометрическиехарактеристики должны быть одинаковыми, что довольно трудно обеспечить назначительном расстоянии. Кроме того, нельзя забывать о влиянии различных источников помех и о взаимном влиянии проводников друг на друга.

И то и другоевлияние увеличивается с ростом длины системной шины. Выход из этой ситуациисостоит в применении последовательного интерфейса для организации связи ПЛКс распределённым вводом-выводом. При этом в состав ПЛК и каждого узла распределённого ввода-вывода вводится дополнительный модуль – сетевой адаптерили коммуникационный контроллер (рис. 3.1, в), который обеспечивает передачуданных по сети. Сетевой адаптер играет роль своеобразного моста, осуществляющего преобразование данных передающихся по параллельному интерфейсусистемной шины в последовательный интерфейс промышленной сети.

Другимисловами, он позволяет осуществить переход от параллельной передачи данных кпоследовательной и обратно.69В/ВВ/ВВ/ВВ/ВВ/ВВ/ВВ/ВЦПБПВ/ВВ/ВВ/ВВ/ВВ/ВВ/ВВ/ВВ/ВВ/ВСАСАБПЦПБПБПСАВ/ВВ/ВВ/ВЦПБПВ/Вб)а)в)БП – блок питания, ЦП – модуль центрального процессора,В/В – модуль ввода-вывода, СА – сетевой адаптер.1.Рис.

3.1. Этапы «замены» системной шины промышленной сетьюПомимо сокращения суммарной длины сигнальных проводов автоматизированной системы управления, использование промышленных сетей обладают идругими преимуществами. Стоимость работ по установке, тестированию, вводу вэксплуатацию и сопровождению централизованной системы гораздо выше, чем ураспределённой. Использование промышленной сети позволяет легко подключатьдополнительные узлы распределённого ввода-вывода, т.е. обеспечивает масштабируемость АСУ ТП. Кроме того, применение промышленных сетей позволяетвключать в состав АСУ ТП интеллектуальные датчики и исполнительные механизмы, реализующие локальные САУ и «разгружающие» управляющую ЭВМ.3.2. СТАНДАРТИЗАЦИЯ В ПРОМЫШЛЕННОСТИПрименение распределённого ввода-вывода поставило перед разработчикамипроблему разработки общих принципов подключения устройств распределённоговвода-вывода.