8.2.3. Модуль дискретного вводу/виводу.

Для прикладу розглянемо модуль ADAM4050 (рис. 8.9).

Містить 7 каналів дискретного введення й 8 каналів дискретного виводу.

Даний модуль не має гальванічної розв'язки, тому призначений для використання разом з дискретними модулями ПЗО, твердотільне реле й іншими підсилювальними пристроями, що мають гальванічний поділ. Логічні Ttl-Сигнали й датчики типу «сухий контакт» можуть бути підключені без гальванічного поділу.

Рис. 8.9. Конвертор перетворить напруга +10÷ +30У в +5В (DC/ Dc-Конвертор).

Груповий модуль сигналів дискретний (МСД, рис. 8.10) виконує функції: ДЦП - перетворення дискретних сигналів у цифровий двійковий код; ЦДП – навпаки. У МСД передбачена групова гальванічна розв'язка.

Рис. 8.10. Груповий модуль вводу/виводу сигналів дискретний

Дискретне введення. У режимі читання інформація з дискретних входів надходить на шину даних D0, D1. З початкового входу через оптопари V1 … (молодший байт). Усі канали зв'язані між собою гальванічно.

Дискретний вивід. У режимі установки стану вихідних дискретних каналів, спочатку відбувається запис інформації із шини даних у регістр D9, що забезпечує роботи першим восьми каналів ЦДП, потім відбувається запис у регістр D10, що забезпечує роботу другої половини виходів ЦДП.

Оптопара забезпечує гальванічний поділ, а транзистор VT2 – посилення вихідного сигналу. Для забезпечення працездатності схеми необхідно підключити зовнішнє джерело напруги й опір навантаження.

Якщо струм у вихідному ланцюзі стане більше, чим максимально припустимий, то спадання напруги на резисторі 1,5Ом відкриє VT3, а той включить оптопару захисту, який передає сигнал про перевантаження в процесорі.

8.2.4. Модулі комунікаційного зв'язку.

Застосовуються для перетворення сигналів інтерфейсу RS232 в RS485.

Ці модулі можуть містити або не містити пристрою гальванічного поділу. Вони можуть бути прозорими з погляду протоколу RS232. Це значить, що такі модулі не контролюються й не обмінюються своїми параметрами через інтерфейс RS485, а тільки лише перетворять рівні сигналу й розпізнають напрямок передачі.

Також можуть бути непрозорим, тобто мати адреса й параметри конфігурації.

Для того, щоб підвищити перешкодозахищеність дані передають, як правило, у вигляді символів американського стандартного коду.

Якщо прийняте число, яке становить символ, не призначений для використання в даному полі пакета інформації, то пакет уважається збійним.

8.3. Електромагнітні реле

У системах автоматики й телемеханіки одним з найпоширеніших елементів є реле. Реле - це пристрій, який автоматично здійснює стрибкоподібна зміна (перемикання) вихідного сигналу під впливом керуючого сигналу, що змінюється безупинно в певних межах.

Реле керування електроприводами включаються безпосередньо в ланцюзі вхідних величин і мають пряма й непряма дія на об'єкт. Вхідні й вихідні ланцюги реле розраховані, як правило, на значні струми.

Реле автоматики й зв'язки включаються в ланцюзі вхідних величин як безпосередньо, так і через перетворювачі; мають, в основному, пряму дію на керований об'єкт; їхні вхідні й вихідні ланцюги розраховуються на невеликі струми.

У схемах керування електроприводами застосовуються реле постійного струму РЭВ-300, виконувані і як реле напруги, і як реле струму. Реле має високий коефіцієнт повернення, тому що має досить великий кінцевий зазор і невеликий хід якоря. РЭВ призначені для роботи в схемах електропривода змінного струму. Ці реле використовуються для захисту від струмів к.з., від перевантажень (у сукупності з реле часу). Коефіцієнт повернення реле напруги 0,2-0,4, так що реле напруги захищають, фактично, від втрати напруги. Час спрацьовування реле серії РЭВ 0,06 з, а час повернення – 0,07 с.

Поряд із зазначеними в схемах керування й автоматики застосовуються електромагнітні реле часу з електромагнітною затримкою за допомогою короткозамкненого кільця, проміжні реле й ін.

Електричне реле є проміжним елементом, який пускає в хід одну або кілька керованих електричних кіл при впливі на нього певних електричних сигналів керуючого ланцюга (рис.8.11).

Основні параметри реле:

• потужність спрацьовування Р_ср - мінімальна електрична потужність, яка повинна бути підведена до реле від керуючого ланцюга для його надійного спрацьовування, тобто приведення в дію керованого ланцюга. Ця потужність визначається загальними електричними й конструктивними параметрами реле;

• потужність керування Р_у - максимальна електрична потужність у керованому ланцюзі, при якому контакти реле ще працюють надійно. Потужність керування визначається параметрами контактів реле, що перемикають керований ланцюг. Вибір відповідного типу реле проводиться на підставі значень Р_ср і Р_у, тому що ці параметри постійні для окремих конструкцій реле;

• припустима розривна потужність Р_р - потужність у ланцюзі, що розривається контактами при певному струмі або напрузі без утвору стійкої електричної дуги при даній напрузі;

Рис. 8.11. структурна схема включення реле а АСК: х – контрольована величина; Д – давач; Р – реле; ИУ – виконавчий пристрій; К – контакт реле.

• коефіцієнт керування K_у - величина, що характеризує відношення керованої потужності до потужності спрацьовування реле: K_у= Р_у/Р_ср ≥ 1;

• час спрацьовування t_cp - інтервал часу від моменту вступу сигналу з керуючого ланцюга до моменту початку впливу реле на керований ланцюг. Припустиме значення tcp визначається необхідною швидкістю передачі сигналу в керований ланцюг.

Існуючі типи реле можна класифікувати по наступних основних ознаках:

• призначенню - керування, захисту й сигналізації;

• принципу дії - електромеханічні (електромагнітні, нейтральні, електромагнітні поляризовані, магнітоелектричні, електродинамічні, індукційні, електротермічні), магнітні безконтактні, електронні, тригерні ( безконтактно-електронні), фотоелектронні, іонні;

• вимірюваній величині - електричні (струму, напруги, потужності, опору, частоти, коефіцієнта потужності), механічні (сили, тиску, швидкості, переміщення, рівня, обсягу й ін.), теплові (температури, кількості теплоти), оптичні, сили звуку й інших фізичних величин (часу, в'язкості й ін.);

• потужності керування - малопотужні з потужністю керування Р_у ≤ 1 Вт, середньої потужності з Р_у = 1...10 Вт, потужні з Р_у > 10 Вт;

• часу спрацьовування - безінерційні (t_ср ≤ 0,001 с), швидкодіючі (tcp = 0,001...0,050 с), уповільнені (t_ср = 0,15...1,00 с), реле часу (t_cp > 1 с).

Найпоширеніші електромеханічні реле, у яких зміна вхідної електричної величини викликає механічне переміщення рухливої частини - якоря, що приводить до замикання або розмикання контактів.

Для виконання автоматичного керування якими-небудь об'єктами використовується релейне керування, при якому зміна керуючого параметра (вхідний сигнал) приводить до стрибкоподібної зміни керованого параметра (вихідний сигнал).

Електричний апарат, що реалізує релейний закон керування, називається реле. У реле при плавній зміні керуючого (вхідного) параметра до певного заданого значення керований (вихідний) параметр змінюється стрибкоподібно. При цьому хоча б один із цих параметрів повинен бути електричним.

Основними функціональними органами реле є: сприймаючий (вимірювальний), проміжний і виконавчий. Сприймаючий орган реагує на керуючу величину X і перетворить її у фізичну величину, необхідну для роботи реле. Проміжний орган порівнює перетворену фізичну величину з певним, наперед заданим значенням. При досягненні перетвореною величиною заданого значення проміжний орган передає вплив виконавчому органу. Виконавчий орган, забезпечуючи стрибкоподібну зміну вихідного керованого параметра, впливає на керований ланцюг.

В електромагнітні реле переміщення елементів сприймаючого органа обумовлене взаємодією електромагнітного поля чутливого елемента з якорем. У якості сприймаючого органа використовуються електромагнітні механізми. Вони мають порівняно більші тягові зусилля при відносно малих габаритах, що й обумовлює їхнє широке застосування в реле. На електромагнітному принципі здійснюється робота реле струму (максимального й мінімального), реле напруги (максимальної, мінімальної напруги) сигнальні, проміжні й інші, реле часу, реле частоти й інші типи реле, застосовувані в схемах захисти, керування електроприводами, автоматики.

Проміжний орган реле – пружина, виконавчий орган – контактна система.

Залежно від ходу якоря розрізняють наступні типи реле: клапанного типу (якір притягається із зовнішньої сторони магнітопроводу), соленоїдного типу (якір втягується усередину), поворотного типу (якір має зовнішній поперечний рух щодо силових ліній магнітного поля).

Магнітна енергія й зусилля на якорі електромагнітного реле визначаються на основі розрахункових формул для електромагнітних механізмів.

Дія функціональних органів електромагнітного реле можна простежити за схемою рис. 8.12. Сприймаючий орган А перетворить вхідну величину (напруга) U_вх, що надходить на обмотку 2 магнітопроводу 1, у проміжну величину, тобто в механічну силу якоря 3. Механічна сила якоря F_я діє на контактну систему виконавчого органа В. Проміжна величина – сила якоря F_я, – пропорційна вхідній величині U_вх, порівнюється із заданим значенням сили F_пр, яка розвивається пружиною 9 проміжного органа Б.

Рис. 8.12. Схема роботи електромагнітного реле.

При U_вх< U_ср, F_я<F_пр тримач 4 рухливих контактів 13 не пересувається (U_ср – напруга спрацьовування).

При U_вх ³ U_ср, F_я ³F_пр рухливі контакти 13 виконавчого органа В починають рухатися. Забезпечується замикання замикаючих 4-5, 13-6 контактів і розмикання розмикальних контактів 10. При цьому вихідний параметр змінюється стрибкоподібно. Опір між крапками керованих ланцюгів: між клемами 12-7 опір стрибкоподібний міняється від  до 0; між клемами 11-8 – від 0 до .