5.2. Характеристика основных модулей модульных плк

5.2.1. Процессорный модуль (центральный процессор).

Процессорный модуль определяет основное функциональное назначение и технические характеристики ПЛК. К техническим характеристикам относятся:

- способ выполнения программы;

- тактовая частота микропроцессора;

- объем памяти программ и памяти данных;

- скорость выполнения логической операции (команды);

- встроенные функции (счетчики, ШИМ, ПИД, позиционирование);

- число встроенных каналов аналогового и дискретного входа/выхода;

- энергонезависимые часы/календарь;

- тип и число последовательных портов (COM, Rs-432/485 и др.);

- интерфейсы промышленных сетей (Profibus, Canbus, и др.);

- основные размеры и габариты.

При выборе процессорного модуля для контроллера руководствуются следующими соображениями:

- оценивается информационная ёмкость процесса автоматизации (под информационной

ёмкостью понимают число дискретных и аналоговых сигналов, необходимых для контроля и управления);

- определяется объем требуемой памяти; объем может складываться из следующих элементов памяти:

- для решения задач ПЛК (связь модулей, конфигурация, алгоритмы);

- для обработки дискретных точек ввода/вывода;

- для обработки аналоговых точек ввода/вывода;

- для организации сетевого обмена;

- рассматривается необходимость решения задач управления:

- ПИД-регулирование,

- адаптивное управление,

- нечеткая логика,

- нейросетевые алгоритмы;

- предусматриваются возможности расширения функций процессорного модуля:

- расширение памяти, добавление блоков связи с промышленными сетями,

- повышение ремонтноспособности (замена «горячих блоков»).

5.2.2. Модули ввода/вывода дискретных сигналов.

Напряжение питания блоков: 12, 24, 36, 48, 125, 250В. Токи дискретного вывода: 100, 200 мА.

Основные характеристики каналов дискретного ввода/вывода:

- число каналов в модуле;

- характеристика канала:- релейный, -сухой контакт (СК) (рис.5.2.2), -транзисторный коллектор» (ОК)-вывод (рис.5.2.1);

- уровень сигнала;

- напряжение гальванической развязки;

- напряжение канала дискретного вывода;

- индикация состояния канала.

Рис. 5.2.1

Дискретные входы могут быть следующих типов:

- нормальные дискретные входы;

- запирающиеся входы;

- входы прямого, обратного или реверсивного счетчиков;

- вход RUN/STOP (запуск/останов);

- управляющий вход для передачи данных из оперативной памяти (Rundom Access Memory)-(RAM) во флэш-память.

Запирающиеся входы должны обеспечить принятие коротких импульсов, длительность которых меньше, чем время рабочего цикла ПЛК. Функция «защелка» воспринимает импульс так, чтобы он мог быть обработан в течение следующего цикла без прерывания работы ПЛК.

Подсчет импульсов на дискретных входах позволяет их использовать для организации счетчика трех типов: прямого, обратного, реверсивного. Максимальная частота обычно ограничена 500 Гц для входов 24 В постоянного тока. Для выполнения счетных функций возможно использование и входов 110/120 В переменного тока, но частота обычно при этом ограничена 20 Гц. Для подсчета для подсчета импульсов более высокой частоты обычно используют специальные счетные модули.

Функция RUN/STOP используется для того, чтобы запустить или остановить выполнение прикладной программы при помощи специального дискретного входа. Сигнал, поступающий с данного входа, имеет приоритет над сигналами, поступающими с программируемого терминала или из сети.

Функция передачи данных из оперативной памяти (ОЗУ) во флэш-память обеспечивает пересылку прикладной программы из внутренней оперативной памяти во внутреннюю флэш-память.

На уровне выходов реализуются также следующие функции:

- текущий контроль напряжения питания исполнительных устройств;

- защита от коротких замыканий и перегрузок;

- защита от изменения полярности;

- защита от скачков напряжений;

- защита контактов выходных реле;

- переход на аварийный режим.

В случае сбоя прикладной программы или перехода ПЛК в состояние остановки выходы могут быть зафиксированы в состоянии, которое не вредит объекту управления.

5.2.3 Модули ввода/вывода аналоговых сигналов.

Они выполняют следующие функции:

- аналогово-цифровое преобразование (АЦП) сигнала и выдача результата на внутреннюю шину контроллера;

- цифро-аналоговое преобразование (ЦАП) сигнала, полученного от процессорного модуля по внутренней шине;

- фильтрацию масштабирование, линеаризацию входных сигналов;

- сигнализацию о выходе значений измеряемого сигнала за допустимые пределы;

- самодиагностику и др.

Основными характеристиками модуля ввода/вывода аналоговых сигналов являются:

- разрядность;

- количество каналов;

- диапазон входных и выходных сигналов;

- быстродействие;

- точность преобразования;

- обнаружение обрыва датчика;

- гальваническая развязка сигналов;

- подавление помех на входе;

- напряжение питания;

- потребляемая мощность;

- габариты.

Количество каналов ввода/вывода: 2-32 в зависимости от класса ПЛК:

- младший класс:2-4; - средний класс; 4,8,16; - старший класс: 16,32.

Физически входной сигнал представляет собой электрические напряжение или ток, пропорциональные измеряемому параметру, Стандартные значения сигналов: 0…5, 0…10, 1…5,

В; 0…5, 0…20. 4…20мА.

Для ввода в ПЛК сигналов от датчиков, имеющих нестандартный выход (термопар и

термосопротивлений), предусмотрены специальные модули.

Выходные сигналы обычно также представляют собой напряжение или ток: 0…5. 0…20,

4…20мА; 0…10, В.

Основным компонентом модуля аналогового ввода/вывода является АЦП следующих типов:

- последовательный АЦП со ступенчатым пилообразным напряжением, состоящий из

компаратора, счетчика и ЦАП;

- АЦП с двоично-взвешенным приближением;

- параллельные АЦП, в которых происходит одновременное квантование сигнала с помощью набора компараторов, включаемых параллельно источнику сигнала;

- последовательно-паралелльные АЦП.

В настоящее время широко используются интегральные функционально-законченные АЦП,

в одном корпусе которых находятся все необходимые для работы компоненты (за исключением источника питания).

Гальваническая развязка сигналов осуществляется за счет передачи сигнала по оптопаре от

светодиода к фотодиоду. Так как так можно передать только цифровой сигнал, то развязка ставится после АЦП. Стоимость модулей с гальванической развязкой выше, чем без таковой. Но увеличение

точности часто оправдывает расходы.

Точность АЦП зависит, прежде всего, от его разрядности. Обычно разрядность рана 8-16 бит.

Повышение помехоустойчивости достигается принятием следующих мер:

- подавление на входе помех от силовых линий =50, 60 Гц;

- подключение сигналов на дифференциальные входы для исключения поперечной помехи;

- заземление приемника и экранирование соединительных проводов для исключения продольной помехи;

- использование экранированных витых пар;

- группирование однотипных сигналов в мультипарных кабелях;

- сигнальные кабели отделяются от силовых кабелей.

Модули аналогового ввода/вывода обычно питаются от модуля питания. Постоянное напряжение питания составляет 12 или 24В. Переменное напряжение равно 110/220В.

Потребляемая мощность модулем аналогового ввода/вывода составляет около 2Вт.