50. Номенклатура устройств ввода-вывода микропроцессорных систем управления.

Устройства (модули) ввода-вывода являются интерфейсом между процессором ПЛК и реальным миром. Поскольку количество каналов ввода-вывода в некоторых системах может достигать тысяч, а измерительные каналы всегда имеют ограниченную пропускную способность, измеренные значения поступают в процессор в дискретные моменты времени.

В зависимости от информации различают:

1. Модули ввода/вывода аналоговых сигналов.

2. Модули ввода/вывода дискретных сигналов.

3 Модули ввода/вывода частотных сигналов. (частота сигнала, частота периода). Это все подается на вход модуля. Существует несколько уровней и способов опроса множества каналов ввода. Современный модуль ввода имеет свой собственный микроконтроллер, который выполняет циклический опрос всех своих каналов и помещает полученные данные в буфер. При поступлении в модуль команды считывания значений со входов собранные данные передаются из буфера модуля в ПЛК, где помещаются в буфер ОРС сервера или в определенную область ОЗУ. Опрос модулей может выполняться циклически с одинаковой частотой для всех модулей или с разной частотой. Второй вариант позволяет уменьшить загруженность шины, по которой выполняется обмен данными между модулями ввода и процессорным модулем. Иногда требуется выполнить одновременный опрос входов всех модулей ввода или вывести данные одновременно в каналы всех модулей вывода. для решения этой проблемы используют широковещательные команды, которые воспринимаются всеми модулями одновременно и они выполняют ввод или вывод данных в свои буферные регистры в одно и то же время. После этого обычным циклическим опросом данные по очереди вводятся в процессорный модуль. Модули ввода соединяются с процессором последовательной или параллельной шиной. Преимуществом параллельной ШИНЫ является высокая пропускная способность, позволяющая выполнять сканирование модулей ввода с высокой частотой и использовать модули аналогового ввода с тактовой частотой АЦП до 100 кГц. Большинство параллельных и последовательных шин контроллеров являются одномастерными, поскольку многомастерные шины существенно сложнее и дороже.

51. Модули ввода аналоговых сигналов в микропроцессорных системах управления.

Аналоговый сигнал – физ величины U и I. Используются следующие стандартные диапазоны аналоговых сигналов: 0... 10 В, 0...10 В, 1...5 В и 4...20 мА, 0...20 мА. не рекомендует применять диапазон О...20 мА в новых разработках. Входное сопротивление потенциальных входов должно быть не менее 10 ком для диапазона 0... 10 В и 0... 10 В, не менее 5 кОм для диапазона 1.. .5 В и не более 300 ом для диапазона 4...20 мА. Применение стандарта позволяет изготовить всего один тип универсального устройства ввода со стандартными диапазонами для всех типов датчиков со стандартными выходными сигналами.

Структура модулей ввода: Основной частью модуля ввода является аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Обычно используют один АЦП для ввода нескольких (обычно 8 или 16) аналоговых сигналов. для подключения источников сигнала к АЦП используется аналоговый коммутатор на Моп-транзистор. Ввод нескольких сигналов выполняется последовательно во времени. В случаях, когда необходим одновременный ввод, используют модули, в которых каждый канал имеет свой АЦП.

Микропроцессор типового модуля ввода выполняет следующие функции: 1.реализует протокол обмена с ПЛК; 2.исполняет команды, посылаемые ПЛК в модуль; 3.реализует выполнение функций автоматической калибровки, диагностики обрыва или к.з. в цепи датчика; 4.преобразует форматы вводимых данных (инженерный формат — в единицах измеряемой величины, шестнадцатеричный формат, проценты от диапазона измерений);

5.устанавливает скорость обмена с ПЛК (для ПЛК с распределенными модулями ввода-вывода); 6.выполняет цифровую фильтрацию входного сигнала (в модулях Кеа1iаЬ! эта операция выполняется контроллером, встроенным в АIЩ). В постоянной памяти ЭППЗУ модуля хранятся калибровочные коэффициенты, адрес модуля, программа, таблицы линеаризации нелинейных характеристик термопар и термопреобразователей сопротивления. Сторожевой таймер выполняет перезагрузку (сброс) микроконтроллера в случае его зависания. В модуле ввода имеются каналы вывода дискретных сигналов. Это позволяет реализовать на одном модуле ПИД-регулятор с широтноимпульсным (ШИМ) управлением исполнительным устройством.

Модули ввода тока и напряжения Потенциальный вход. Потенциальные входы модулей ввода используются для измерения напряжений.

Полное входное сопротивление модуля ввода вносит методическую мультипликативную погрешность в результат измерения. Типовыми значениями входных параметров являются Rk1=200 Ом, Rk1=20 МОм, С1=1 нФ, поэтому для обеспечения методической погрешности величиной 0,01 % сопротивление источника сигнала должно быть не более 2 кОм. Однако, поскольку указанная погрешность не зависит от напряжения источника сигнала, ее можно скомпенсировать в контролере или модуле ввода. Токовый вход. (отличие в том, что меняется расположение Rс)Токовые входы модулей ввода используются для ввода величины тока, например стандартного сигнала 4...20 мА. Преобразование тока в напряжение выполняется с помощью резистора 125, 250 или 500 Ом, максимальное падение напряжения на котором составляет 2,5; 5 или 10 В соответственно. Для ввода в контроллер полученного напряжения используется модуль с дифференциальным или одиночным входом (рис. 6.6). Измерительные резисторы могут быть установлены снаружи модуля ввода или внутри.