1. Входные электрические цепи

Главным образом:

• дискретные электрические входные цепи,

• аналоговые электрические входные цепи,

• входные цепи каналов связи,

• цепи питания.

Рис. Модуль с входными каналами

Входные сигналы формируются кнопкой SB1 с замыкающим контактом, которая подаёт сигнал на входной канал Din2.

Кнопка SB2 с размыкающимся контактом подаёт сигнал на входной канал Din3.

Кроме того к каналам Din2, Din3 подключены цепочки фильтрации C₁R₁ и C₂R₂. Фильтрующие цепочки позволяют избавиться от вредного проявления дребезга контактов.

Дребезг контактов – это многократная коммутация контактных пластин при однократном нажатии на кнопку.

Параметры цепочки фильтрации подбираются из методики расчёта аналоговых фильтров. Конденсатор для любой импульсной помехи – проводник. Любая импульсная помеха подключается через конденсатор. Сопротивление подключается для разрядки конденсатора.

Входной аналоговый сигнал может быть сформирован из цепочки сопротивления: R₃, R₄, R₅, образующих собой делитель напряжения. Величины R₃, R₄ выбираются исходя из требуемого диапазона регулирования.

Аналоговый входной сигнал может быть образован датчиком (см. справочную информацию).

Особенности.

Существуют разные схемы подключения: двухточечные, трёхточечные. И может быть дополнительно установлен аналоговый фильтр первого и второго порядка (срезают с наклоном ЛАЧХ 20 дБ, срезают с наклоном ЛАЧХ 40 дБ соответственно).

В качестве входного дискретного сигнала может служить выход подобного модуля.

Конденсаторы С₃, С₄ в цепи электропитания служат для фильтрации помех, образованных самим модулем. Используется два модуля, т.к. один керамический С₃ (для фильтрации высокой частоты, 0.1 мкФ), С₄ – электролитический (номинал – свыше 100 мкФ, для низкой частоты).

Примечание 1.

Данный фильтр предназначен для полного исключения помех.

Примечание 2.

Выбор фильтрующих конденсаторов, особенно электролитов, необходимо согласовывать с аппаратами защиты. Т.е. предохранитель-автомат.

Интерфейсные сигналы каналов связи

(На схеме эти каналы обозначается как Data⁺, Data^-.)

На примере RS 485 провода Data⁺, Data^- подключаются все параллельно.

Желательно внутри установки образовать витую пару.

Интерфейс RS 485 должен содержать нагрузочное R₆.

R₆ устанавливается для формирования нагрузочного тока и уменьшения помех.

Сухие и мокрые контакты

«Сухими контактами» называют механические выключатели, не имеющие источников энергии внутри (реле, концевые выключатели, кнопки).

Примеры их подключения к модулям приведены на Рис. .

(а) (б)

Рис. . Подсоединение "сухих контактов" к модулю с входным каскадом

типа InD (a) и с входным каскадом типа InR и InТ (б)

«Мокрый контакт» - контакт, содержащий в своём корпусе источник питания.

Подключение внешних силовых устройств

Рис. . Применение модуля для управления мощным тиристором

Контур управления тиристором замыкается через модуль вывода дискретных сигналов, содержит источник питания и добавочное сопротивление R. Назначение R – токоограничение. Параметры сопротивления определяются согласно закону Ома для участка цепи. Источник – напряжение 24 В.

Ток равен току открытия тиристора (0,02 А).

R = 1200 Ом.

Рис. . Схема подключения электромагнитного реле к модулю вывода дискретного сигнала

Во время коммутации реле, в катушке реле образуется высокое значение ЭДС, достигающее нескольких кВ.

Может возникать искра при размыкании цепи питания реле, которая выведет из строя канал модуля вывода дискретных сигналов.

Вторая функция диода – обеспечение безопасной работы во взрывоопасных помещениях.

Примечание.

Если требуется сформировать выходной сигнал с модуля вывода дискретных значений, можно воспользоваться последней схемой, но вместо реле воспользоваться нагрузочным сопротивлением.

Модуль ввода аналоговых сигналов

Модули серии NL являются интеллектуальными (микропроцессорными) компонентами распределенной системы сбора данных и управления. Они обеспечивают аналого-цифровое, цифро-аналоговое преобразование информации и ввод-вывод дискретных сигналов, счет импульсов, измерение частоты, преобразование интерфейсов и другие функции, необходимые для построения эффективных систем управления производственными процессами в жестких условиях эксплуатации.

Модули соединяются между собой, а также с управляющим компьютером или контроллером с помощью промышленной сети на основе интерфейса RS-485. Управление модулями осуществляется через порт RS-485 с помощью набора команд в ASCII кодах. Все модули имеют режим программной калибровки и могут быть использованы в качестве

средств измерений.

Модули не содержат механических переключателей. Все настройки модулей выполняются программно из управляющего компьютера (контроллера). Программно устанавливаются: диапазон измерения, формат данных, адрес модуля, скорость обмена, наличие бита контрольной суммы, параметры калибровки. Настроечные параметры запоминаются в ЭППЗУ и сохраняются при выключении питания.

Некоторые модули имеют светодиодный дисплей, что позволяет

контролировать технологический параметр непосредственно в месте установки модуля, а не на управляющем компьютере.

Все модули имеют два сторожевых таймера, один из которых перезапускает модуль в случае его "зависания" или провалов напряжения питания, второй переводит выходы модуля в безопасные состояния при "зависании" управляющего компьютера.

Набор команд каждого модуля состоит из примерно 20...50 различных команд. Команды передаются в стандартных ASCII кодах, что позволяет программировать модули с помощью практически любого языка программирования высокого уровня. Модули с буквой "М" в маркировке имеют протокол обмена Modbus RTU, см. документ "Протокол Modbus

Модули характеризуются следующими основными свойствами:

• модули NL-8AI и NL-8TI позволяют устанавливать для каждого ка-

нала свой диапазон измерений или тип датчиков (в режиме ASCII);

• температурным диапазоном работоспособности от -40 до +70 °С;

• имеют 11 видов защит от:

- неправильного подключения полярности источника питания;

- превышения напряжения питания;

- перенапряжения по входу;

- короткого замыкания по выходу;

- перегрузки по току нагрузки;

- перенапряжения по выходу;

- перегрева выходных каскадов;

- электростатических разрядов по выходу, входу и порту RS-485;

- выбросов напряжения при индуктивной нагрузке;

- перегрева выходных каскадов порта RS-485;

- короткого замыкания клемм порта RS-485;

• аппаратная диагностика к.з. и обрыва датчиков;

• имеют возможность "горячей замены", т. е. без предварительного отключения питания;

• двойной сторожевой таймер выполняет рестарт устройства в случае

его "зависания" и провалов питания, а также переводит выходы в без-

опасные состояния при "зависании" управляющего компьютера;

• имеют групповую изоляцию входов и групповую изоляцию выходов

с тестовым напряжением изоляции 2500 В. Постоянно действующее

напряжение, приложенное к изоляции, не может быть более 300В

(среднеквадратическое значение, см. п. 3.5.);

• входы имеют общую гальваническую изоляцию от части модуля, со-

единенной с источником питания и портом RS-485 (см. Рис. 5.1 - Рис.

5.3). Изоляция обеспечивает защиту модуля и соединенного с ним

оборудования от высокого синфазного напряжения, которое допусти-

мо на входных клеммах. Изоляция защищает также модуль от разно-

сти потенциалов между "землей" источника сигнала и приемника, ко-

торая может возникнуть при наличии недалеко расположенного мощ-

ного оборудования;

• используют любое напряжение питания в диапазоне от 10 до 30 В;

• разрешающая способность 16 бит;

• программно переключаемые диапазоны входных сигналов: ±15 мВ,

±50 мВ, ±100 мВ, ±500 мВ, ±1 В, ±2,5 В, ±20 мА (для NL-8TI) и

±150 мВ, ±500 мВ, ±1 В, ±5 В, ±10 В, ±20 мА (для NL-8AI).

• три типа формата данных: инженерный, шестнадцатеричный, про-

центы от шкалы. Тип формата выбирается программно;

• скорость обмена через порт RS-485, бит/с: 1200 и менее; 2400, 4800,

9600, 19200, 38400, 57600, 115200. Выбирается программно;

• модули имеют встроенный контроллер и благодаря наличию каналов

дискретного вывода могут выполнять функцию автономного локаль-

ного релейного или ПИД регулирования;

• встроенное ЭППЗУ позволяет хранить настройки модуля при выклю-

ченном питании;

• программное обеспечение: ОРС сервер;

• степень защиты от воздействий окружающей среды - IP20.

Применение новейших микроэлектронных гальванических изоляторов

с магнитной связью вместо традиционных изоляторов на оптронах поз-

волило снизить потребляемую модулем мощность и стоимость модуля.

Применение АЦП, специально спроектированных для работы с термо-

парами и резистивными преобразователями, позволило реализовать

процедуру автоматического тестирования обрыва датчика без примене-

ния дополнительных микросхем.

Выбор интеллектуальных транзисторных МОП ключей позволил реали-

зовать все возможные варианты защиты выходов без увеличения коли-

чества корпусов ИС.

Перечисленные особенности элементной базы позволили уменьшить

общее количество корпусов ИС и таким образом повысить надежность

модуля.

Модули имеют дифференциальные входы (за исключением NL-8AI, ко-

торый позволяет программно выбирать дифференциальный тип входов

или с общим проводом), к которым могут подключаться любые источ-

ники аналоговых сигналов напряжения и источники токовых сигналов в

диапазоне 0-20 и 4-20 мА. Сигналы с входа модуля подаются на вход

АЦП через аналоговый коммутатор (мультиплексор) и преобразуются в

цифровой 24-разрядный код. АЦП имеет встроенный цифровой фильтр

и усилитель с цифроуправляемым коэффициентом усиления. Это позво-

ляет программно изменять полосу пропускания модуля и диапазон

входных напряжений. Число разрядов АЦП уменьшается при увеличе-

нии усиления. Поэтому для работы с термопарами число разрядов было

уменьшено до 16, что позволило получить максимальное усиление.

Цифровой сигнал с выхода АЦП поступает в микроконтроллер через

изолирующий повторитель с магнитной связью. Изолированная часть

модуля, содержащая АЦП, питается через развязывающий преобразова-

тель постоянного напряжения, чем обеспечивается полная гальваниче-

ская изоляция входов от блока питания и интерфейсной части (Рис. 5.1 -

Рис. 5.3).

Микроконтроллер модуля выполняет следующие функции:

• исполняет команды, посылаемые из управляющего компьютера;

• компенсирует нелинейности термопар и резистивных термопреоб-

разователей с помощью записанной в ЭППЗУ калибровочной табли-

цы;

• выполняет калибровку модулей;

• реализует протокол обмена через интерфейс RS-485.

В состав модуля входит сторожевой таймер, вырабатывающий сигнал

сброса, если микроконтроллер перестает вырабатывать сигнал "ОК"

(это периодический сигнал, подтверждающий, что микроконтроллер не

"завис"). Второй сторожевой таймер внутри микроконтроллера перево-

дит выходы модуля в безопасные состояния ("Safe Value"), если из

управляющего компьютера перестает приходить сигнал "Host ОК".

Обычно безопасными состояниями считаются те, которые получаются

на выходах модуля при отключении питания. В описываемых модулях

это высокоомные состояния. Однако выходам модуля можно назначить

любые состояния, которые в конкретных условиях применения счита-

ются безопасными.

Схема питания модулей содержит вторичный импульсный источник

питания, позволяющий с высоким к.п.д. преобразовывать напряжение

питания в диапазоне от +10 до +30 В в напряжение +5 В. Модули со-

держат также изолирующий преобразователь напряжения из +5В в

±15В для питания аналоговой части и второй изолирующий преобразо-

ватель для питания выходных каскадов модуля. Для питания АЦП ис-

пользуется линейный стабилизатор напряжения, преобразующий +15 В

в +5 В.

Для получения дискретных выходов с высокой степенью защиты ис-

пользованы интеллектуальные МОП ключи фирмы International

Rectifier, имеющие защиту от перегрузки по току, от перегрева выход-

ных каскадов, от перенапряжения и от статического электричества.

Интерфейс RS-485 выполнен на стандартных микросхемах фирмы

Analog Devices, удовлетворяющих стандартам EIA для интерфейсов

RS-485 и RS-422 и имеющих защиту от электростатических зарядов, от

выбросов на линии связи, от короткого замыкания и от перенапряже-

ния. Дополнительно в модуле использована позисторная защита от

перенапряжения на клеммах порта RS-485. Аналогичная защита ис-

пользована для входа источника питания.

Внешние управляющие команды посылаются в модуль через порт RS-

485.

В правом нижнем углу модуля предусмотрен разъем типа IDC для под-

ключения к модулю внешних плат расширения, который устанавлива-

ется по специальному заказу.