21.2. Введення дискретних сигналів
У системах автоматизації дуже поширені двійкові сигнали, які поступають від кінцевих вимикачів, датчиків охоронної або пожежної сигналізації, датчиків заповнення ємкостей, датчиків зрушення стрічки на конвеєрі, датчиків наближення і тому подібних. Такі сигнали не зовсім правильно називати дискретними, але цей термін міцно увійшов до практичного вжитку.
Модулі введення дискретних сигналів в промисловій автоматизації мають декілька різних типів входів:
вхід типу «сухий контакт»;
дискретний вхід для логічних сигналів у формі напруги;
вхід дискретних сигналів 110...220В.
«Сухим» контактом в системах автоматизації називають джерело інформації, що не має вбудованого джерела енергії, наприклад контакти реле або дискретні виходи типу «відкритий колектор». Для передачі інформації про стан такого контакту необхідне зовнішнє джерело струму або напруги.
Структура модуля введення дискретних сигналів представлена на рис. 21.3. Мікроконтролер модуля введення виконує періодичне сканування входів або за запитом ПЛК. Мікроконтролер виконує також усунення ефекту «брязкоту» «сухих» контактів. Команди опиту входів, встановлення адреси, швидкості обміну, формату даних і ін. посилаються в модуль через послідовний інтерфейс, зазвичай RS-485.
Рис. 21.3. Структурна схема модуля введення дискретних сигналів. ВІП – вторинне джерело живлення.
Для правильного застосування модулів дискретного введення необхідно знати структуру і характеристики вхідних каскадів (рис. 13.4, 13.5).
Рис. 21.4. Структурна схема вхідних каскадів каналів дискретного введення.
Рис. 21.5. Структурна схема вхідних каскадів для джерел сигналу типу «сухий контакт».
Дискретні входи гальванічно розв'язані від решти модуля введення. Розв'язка виконується, як правило, за допомогою оптронів з двома випромінюючими діодами, включеними зустрічно-паралельно. Це забезпечує можливість підключення до входів дискретних сигналів будь-якої полярності. Гальванічна ізоляція може бути поканальною або груповою. Частіше використовується групова ізоляція, оскільки при цьому майже удвічі зменшується кількість вхідних клем модуля.
Конденсатор використовується у вхідних каскадах модулів (рис. 21.4, 21.5) для фільтрації високочастотних перешкод. Значення граничнох частот вибирається в результаті компромісу між швидкодією модуля і можливістю помилкового спрацьовування при дії високочастотних перешкод. Типове значення граничної частоти і швидкості опитування входів лежить в районі 1кГц. Для збільшення перешкодостійкості використовують також тригери Шмідта на виході сигналів оптронів.
Рівень логічної одиниці дискретних сигналів складає зазвичай від 3 до 30В, рівень логічного нуля — від 0 до 2В. Для введення сигналів від джерел типу «сухий контакт» використовують джерело напруги Еск, як показано на рис. 21.5. Аналогічно підключають дискретні виходи типу «відкритий колектор». Джерело може бути як вбудованим в модуль дискретного введення, так і зовнішнім.
Введення високої постійної напруги виконується за схемою рис. 21.4, проте для зниження потужності, що розсіюється на токозадаючому резисторі, використовують оптрони з малим керуючим струмом, і резистор з великим опором і великою пробивною напругою.
Введення дискретних сигналів високої змінної напруги. Введення сигналів високої (220В) змінної напруги здійснюється аналогічно розглянутому вище (рис. 21.6), проте замість токозадаючого резистора для включення оптрона використовують конденсатор, щоб понизити активну розсіювану потужність. Резистор опором 750кОм на рис. 13.6 служить для розряду конденсатора при відключених входах, що є стандартною вимогою електробезпеки. Резистор опором 1кОм обмежує кидок струму у момент комутації входу, призначення інших елементів таке ж, як і в колі на рис. 21.4, 21.5.
Рис. 21.6. Структурна схема вхідних каскадів для введення дискретних сигналів високої змінної напруги.
Каскади для введення високої напруги можуть бути із загальним дротом або незалежні.
Для відображення стану дискретних входів (ввімкнено/вимкнено) використовують світлодіоди, які включають або до оптрона, або після нього.