Производственная и пожарная автоматика / Shishov - Tekhnologii promishlennoy avtomatizatsii 2007

рактеристики для входных дискретных моделей, а в таблице 2.5 – для выходных модулей

Т а б л и ц а 2.4.

Номенклатура и характеристики входных дискретных моделей Grayhill

	Входное		Входное	Выходной	Выходной	Напряжение	Макс.
Тип модуля	напряже-		сопротивле-	логический	ток,	изоляции,кВ	время
G5	ние,		ние,	уровень, В	мА		вкл\выкл.,
	В		кОм				мс
		Модули дискретного ввода (переменный ток)
706-1 АС 5	90-140		22	4, 5,., 6	10	4	20\20
70G-IAC5A	180-280		60	4,5...,6	10	4	20\20
70G-IAC15	90-140		22	10...18	10	4	20\20
70G-IAC15A	180-280		60	10…18	10	4	20\20
70G-IAC24	90-140		22	17…30	10	4	20\20
70G-IAC24A	180-280		60	17…30	10	4	20\20
	Модули дискретного ввода (постоянный ток)
70G-IDC5	2…32		1,8	4,5...6	10	4	0,2\0,4
70G-IDC5B	3..32		1,8	4,5...6	18	4	0,05\0,075
70G-IDC5D	2,5…28		1,2	4,5…6	10	4	0,05\0,075
70G-IDC15	3…32		1,8	10…18	10	4	0,2\0,4
70G-IDC24	3…32		1,8	17…30	10	4	0,2\0,4
70G-IDC5G	35...60		10	3…6	10	4	10\10
70G-IDC5NP	15…32		1,,8	3…6	10	4	5\5
70G-IDC15NP	15…32		1,8	10…18	10	4	5\5
70G-IDC24NP	15…32		1,8	15…30	10	4	5\5
	Дискретные модули ввода для работы с сухим коhtaktоm
706-IDC5S	-		-	4,5...6	41	2,5	3\3
7QG-IDC24S	-		-	15…30	41	2,5	3\3

Т а б л и ц а. 2.5.

Номенклатура и характеристики выходных дискретных моделей Grayhill

	Коммутиру-	Коммути-	Входной	Входной		Напряже-	Макс. время
Тип модуля G5	емое напря-	руемый	логический	ток, мА		ние изо-	вкл\выкл.,
	жение,	ток,	уровень,			ляции, кВ	мс
	В	А	В
	Модули дискретного вывода(переменный ток)
7 OG-ОAC 5	24-140	3,5	2,5…10	20		4	10 (50 Гц)
7QG-GAC5A	24-280	3,5	2,5...10	20		4	10 (50 Гц)
70G-OAC15	24-140	3,5	10…18	12		4	10 (50 Гц)
70G-OAC24A	24-280	3,5	10…18	12		4	10 (50 Гц)
70G-OAC24	24-140	3,5	15…30	8		4	10 (50 Гц)
7 QG-OAC24А	24-280	3,5	15…30	8		4	10 (50 Гц)

Модули дискретного вывода (постоянный ток)

64

70G-ODC5	3...60	3,5	4…10	13	4	0,02\0,05
70G-ODC5A.	4…200	3,5	4…10	13	4	0,075\0,75
70G-ODC5B	3…60	3,5	4…10	13	4	0,075\0,5
70G-ODC15	3…60	3,5	10…20	9	4	0,02\0,05
70G-ODC15B	3…60	3,5	10…20	9	4	0 075\0,5
70G-ODC24	3…60	3,5	18…32	9	4	0 02\0,05
70G-ODC24B	3….60	3,5	18…32	9	4	0,075\0,5

8.3 Аналого-цифровые УСО

На рынке распределенных систем управления существует довольно сильная конкуренция, стимулируемая общими тенденциями построения современных децентрализованных систем управления. Заметно стремление известных производителей наделить УСО возможностью «сотрудничать» с цифровыми модулями контроллера для приема/передачи ими сигналов в импульсной (цифровой) форме.

Максимального выигрыша при этом добиваются, когда входным или выходным сигналом УСО является аналоговый сигнал. Общая идея заключается в вынесении АЦП, ЦАП непосредственно к объекту управления, при этом каждый аналоговый входной модуль или модуль вывода фактически является адресуемым аналоговым процессором, выполняющим определенный достаточно гибкий набор команд. В целом применение идеи исходит из того что:

•проще и дешевле гальванически «развязать» дискретный последовательный сигнал;

•цифровой последовательный код более помехоустойчив, соответственно вероятность искажений при передаче данных по каналу связи с контроллером существенно меньше;

•при сравнимом качестве цена канала ввода оказывается ниже, чем при традиционном применении быстродействующего АЦП с мультиплексором на системной шине (тоже можно сказать и о канале с ЦАП).

Рассмотрим отражение этих тенденций на примерах конкретной продукции.

Фирмой Grayhill выпускаются серии аналоговых модулей, которые содержат встроенные ЦАП или АЦП и взаимодействуют непосредственно с дискретными устройствами обработки информации. Точность преобразования не хуже 0,1% для входных модулей и 0,3% для выходных. Напряжение изоляции составляет 2500 В. Габаритные размеры модулей серии G5 48,3×55,9×11,7 мм (рис. 2.27). Модули являются одноканальными и легко монтируются на специализированные монтажные панели.

65

Р и с. 2.27. Аналоговые модули фирмы Grayhill серии G5

Входные аналоговые модули серии G5 фирмы Grayhill позволяют работать со следующими входными сигналами: напряжением, током, сигналами от термопар и платинового терморезистора.

Входной сигнал модуля поступает на нормирующий усилитель с фильтром на входе и далее на преобразователь напряжения в частоту (ПНЧ). С выхода ПНЧ частота, пропорциональная входному сигналу, через опторазвязку подается на выходные контакты модуля. Выходной сигнал имеет вид прямоугольных импульсов амплитудой около 5 В и скважностью 0,4... 0,6. Частота выходного сигнала линейно зависит от значения входного сигнала и меняется в диапазоне от 14,4 кГц до 72 кГц. Таким образом, цифровое значение входного сигнала можно получить, измеряя частоту с выхода модуля через дискретный порт ввода/вывода программным способом либо используя специализированные платы преобразования частоты в код. Стоимость таких специализированных плат ниже, чем для традиционной платы АЦП, поскольку она работает с частотным, то есть дискретным сигналом, а значит, не содержит дорогих аналоговых цепей.

Номенклатура входных аналоговых модулей фирмы Grayhill серии G5 представлена в таблице 2.6.

Т а б л и ц а 2.6.

Номенклатура входных аналоговых модулей фирмы Grayhill серии G5

Входной сигнал	Диапазон	Разрешение		Тип модуля
Напряжение	0…50 мB dc*	12,.2 мкВ		736-IV50M
Напряжение	0…100 мB dc	24,4	мкВ	736-IV100M
Напряжение	0…1 B dc	244,1 мкВ		73G-IV1
Напряжение	0…5 B dc	1,22 мВ		73G-IV5
Напряжение	0…10 B dc	2,44	мВ	73G-1V10
Напряжение	-5…5 В dc	2,44	мВ	73G-IV5B

66

Напряжение	-10…10 B dc	4,88	мВ	73G-IV10B
Напряжение	28…140 В ас	27,34 мВ		73G-IVAC120
Напряжение	28…280 В ас	65,32 мВ		73G-IVAC240
Ток	4…20 мА	3,91	мкА	73G-II420
Ток	0…5 А	1,22 мА		73G-II5000
J Термопара	0…700°С	0,18	°С	73G-ITCJ
К Термопара	-100…924°С	0,25	°С	73G-ITCK
R Термопара	0…960 °С	0,23 °С		73G-ITCR
Т Термопара	-200…224 °С	0,10 °С		73G-ITCT
Пробник AD590	-188…150 °С	0,08 °С		73G-ITP590
Термосопротивление	-50…350 °С	0,10 °С		73G-ITR10G

* dc - напряжение постоянного тока, ас – напряжение переменного тока

Рассмотрим подходы к построению выходных аналоговых модулей G5 фирмы Grayhill. Входной сигнал поступает на входные контакты модуля в двоичном последовательном коде и через опторазвязку записывается в буфер. Встроенный ЦАП формирует выходной сигнал в соответствии с информацией в буфере и сохраняет его до изменения содержимого этого буфера. При включении питания модуль формирует сигнал минимальной величины, что соответствует нулевому содержимому буфера. При этом вход модуля должен находиться в состоянии логической 1 на протяжении 25 мкс. После этого разрешается запись в модуль входного сигнала. Сигнальный протокол записи продемонстрирован на рис. 2.28.

Р и с. 2.28. Протокол записи входного сигнала (кода) в выходной модуль.

Номенклатура выходных аналоговых модулей фирмы Grayhill серии G5 представлена в таблице. 2.7.

Т а б л и ц а 2.7.

Номенклатура выходных аналоговых модулей фирмы Grayhill серии G5

Выходной сигнал	Диапазон	Разрешение на один бит	Тип модуля
Напряжение	0…5 В dc	1,22 мВ	73G-OV5
Напряжение	-5…5 В dc	2,44 мВ	73G-OV5B
Напряжение	0…10 B dc	2,44 мВ	73G-OV10

67

Напряжение	-10…10 В dc	4,88 мВ	73G-OV10B
Ток	4…50 мкА	3,9 мкА	73G-OI420
Ток	0…20 мкА	4,9 мкА	73G-OI020

8.4 Устройства удаленного сбора данных и управления

Развитие аналого-цифровых УСО привело к созданию устройства удаленного сбора данных и управления. Главная отличительная особенность, определившая эти элементы, состоит в том, что они «общаются» с управляющими узлами более высокого уровня (контроллерами, РС, рабочими станциями) по цифровой сети. Это позволяет размещать их в непосредственной близости от источника сигнала или от объекта управления и в конечном итоге упрощает решение многих вопросов: сводит к минимуму длину аналоговых и силовых дискретных линий, упрощает монтаж системы, т.к. используется унифицированный интерфейс и т.д.

Модули удаленного сбора данных и управления предназначены для организации взаимодействия между вычислительной системой и датчиками непрерывных и дискретных параметров, а также для выдачи управляющих воздействий на исполнительные механизмы.

Примерами конкурирующих серий модулей УСО такого типа могут являться устройства серии OpenLine (фирма Grayhill) и серии SNAP (фирма Opto22). Отличительными особенностями указанных серий является форма решения вопросов объединения нескольких модулей в общие базы, которые передают и принимают данные с удаленного контроллера по цифровой сети.

Основные параметры дискретных модулей обеих фирм представлены в табл. 2.8 и 2.9.

Сравнение таблиц позволяет сделать вывод, что при приблизительном равенстве по количеству перекрываемых диапазонов выходные модули OpenLine мощнее (2 А против 3/4 А на канал). Следует также учитывать, что проходная изоляция SNAP составляет 4000 В, a Open Line – 2500 В и что диапазон рабочих температур у SNAP от 0 до +70°С, а у модулей OpenLine – расширенный от

–40 до +85°С.

Т а б л и ц а 2.8.

Дискретные модули серии OpenLine

			Входное		Номиналь-	Макси-
		Входной		Коммутируемое	ный ток в	мальное
	Модуль		сопро-
		сигнал		напряжение	нагрузке/	время сра-
			тивление
					канал*	батывания
	70L-OAC			24-140 В
				перем. тока	0,02-2 А	1/2 периода
	70L-OACA			24-280 В
				перем. тока	0,02-2 А	1/2 периода
	70L-ODC			3-36 В	0,02-2 А	50 мкс
				пост. тока
	70L-ODCA			4-200 В	0,02-1 А	750 мкс

68

			пост. тока
70L-ODCB			3-60 В	0,02-2 А	500 мкс
			пост. тока
70L-IAC	0-140 В	22 кОм			20 мс
	перем. тока
70L-IACA	0-280 В	60 кОм			20 мс
	пост. тока
70L-IDC	0-32 В	1,8 кОм			0,4 мс
	пост. тока
70L-IDCB	0-32 В	9000м			0,075 мс
	пост. тока
70L-IDCG*	35-60 В	10,6 кОм			10 мс
	пост. тока
70L-IDCNP*	15-32 В	1,9 кОм			5 мс
	пост. тока

*Неполяризованные.

**Модули OpenLine имеют нагрузочную способность 4 А на модуль (два канала).

Т а б л и ц а 2.9.

Дискретные модули серии SNAP

			Входное	Коммутируе-	Номиналь-
		Входной			ный ток в	Время сра-
	Модуль		сопро-	мое напряже-
		сигнал			нагрузке/	батывания
			тивление	ние
					канал*
	SNAP-OAC5			12 - 250 В	3/4 А	1/2 периода
				перем. тока
	ODC5SRC			5 - 60 В	0,02 - 3/4 А	100 мкс
				пост. тока
	ODC5SNK			5 - 60 В	0,02 - 3/4 А	100 мкс
				пост. тока
	ODC5R			«Сухой»	0 - 0,5 А	500 мкс
				контакт
	IAC5	90 - 140 В	169 кОм			30 мс
		перем. тока
	IAC5A	180 - 280 В	305 кОм			30 мс
		перем. тока
	IDC5	10 - 32 В	15 кОм			15 мс
		пост, тока
	IDC5D	2,5 - 28 В	3 кОм			1 мс
		пост, тока
	IDC5-Fast	2,5 - 16 В	4400м			0,025 мс
		пост, тока
	IDC5-Fast A	18 - 32 В	8кОм			0,025 мс
		пост, тока

* Модули SNAP имеют нагрузочную способность 3 А на модуль (4 канала).

Номенклатуру аналоговых модулей рассматриваемых серий и их основные параметры отражают табл.2.10 и 2.11.

69

Разница подходов двух фирм в данном случае состоит в том, что SNAP при меньшем количестве типов модулей делает их многодиапазонными. Может быть, такая избыточность функций на один модуль иногда оправданна, но при поканальном конфигурировании системы это не имеет значения.

Т а б л и ц а 2.10.

Аналоговые модули серии SNAP

	Модуль	Тип входного сигнала		Тип выходного					Разрешающая
					сигнала				способность
SNAP-AIARMS			0-10 A rms						400 мкА
	AICTD	Проба ICTD -40...100°С							0,8° С
	АША		-20. ..+20 мА						0,8 мкА
	AIRATE		0-25000 Гц						1Гц
	AITM	Е, J, К - термопары:							6 мкВ (диапазон
			- 210... 13724 °С					от -150 до 150 мВ)
	AITM-2	В, С, D, G, N, Т, R, S -							2 мкВ (диапазон
			термопары						от -50 до 50 мВ)
	AIRTD		ТС 100 Ом					0,042°С (0,016 Ом)
	AIARMS		0-250 В rms						10 мВ
	AIV	-10. ..+10 В или -5. ..+5 В						0,4 мВ или 0,2 мВ
	АОА-3				4-20 мА				3,9 мкА
					(один канал)
	AOV-5				0-10 В				2,44 мВ
	AOV-7				-10. ..+10 В				4,88м В
	АОА-23				4-20 мА				3,9 мкА
					(два канала)
	AOV-25				0-10 В				2,44 мВ
	AOV-27				-10. ..+10 В				4,88 мВ
			Т а б л и ц а 2.11.
			Аналоговые модули серии OpenLine
	Модуль		Тип входного сигнала			Тип выход-			Разрешающая
						ного сигнала			способность
	73L-II020		0 - 20 мА						4,88 мкА
	73L-II420		4 - 20 мА						3,91 мкА
	73L-ITCJ		J-термопара: 200...+1200°С						0,34° С
	73L-ITCK		К-термопара: 100..1372°С						0,36°С
	73L-ITCT		Т-термопара: -240...400°С						0,16°С
	73L-IV1		0 - 1 В						244 мкВ
	73L-IV10		0 - 10 В						2,44 мВ
	73L-IV100M		0 - 100 мВ						24,4 мкВ
	73L-IV10B		-10. ..+10 В						4,88 мВ
	73L-IV5		0 - 5 В						1,22 мВ
	73L-IV50M		0 - 50 мВ						12,2 мкВ
	73L-IV5B		-5. ..+5 В						2,44 мВ
	73L-OI020					0 - 20 мА			4,88 мкА

70

73L-OI024		0 - 24 мА	5,88 мкА
73L-OI420		4 - 20 мА	3,91 мкА
73L-OV10		0 - 10 В	2,44м В
73L-OV10B		-10. ..+10 В	4,88 мВ
73L-OV5		0 - 5 В	1,22 мВ
73L-OV5B		-5. ..+5 В	2,44 мВ

Модули OpenLine имеют расширенный температурный диапазон, поэтому для систем, работающих при отрицательных температурах, выбор модулей OpenLine является безальтернативным решением. Погрешность преобразования (16 разрядов) меньше у модулей SNAP, что, однако, не отражается на общей точности (возможно, из-за универсальности входа). Максимально допустимая скорость опроса, больше у OpenLine, да и время выхода на режим тоже.

Габаритные размеры модулей рассматриваемых серий и их интерфейсные сигналы показаны на рис. 2.29 и рис. 2.30.

Р и с. 2.29 Габаритные размеры модулей серии SNAP и их интерфейсные сигналы

71

Р и с. 2.30 Габаритные размеры модулей серии OpenLine и их интерфейсные сигналы

Выпуск унифицированных модулей УСО потребовал разработки и унифицированных средств, интегрирующих их в единую систему. Рассмотрим построение систем связи с объектами управления для этих серий.

На рис. 2.31 а представлена архитектура распределенной системы, использующей удаленные УСО (модули SNAP), соединенные с ведущим контроллером или управляющим PC посредством одного из известных промышленных сетевых интерфейсов.

Процесс ввода/вывода и контроль промышленной сети осуществляются контроллером удаленной базы. Тип контроллера базы определяет тип применяемой сети. Каждый контроллер может поддерживать базы, несущие от 8 до 16 многоканальных модулей. Цифровые и аналоговые модули достаточно произвольно комбинируются в пределах базы (как правило, с некоторым ограничением числа аналоговых модулей). Один дискретный модуль поддерживает четыре канала ввода или вывода, один аналоговый модуль – два. На рис. 2.31 б. показан общий вид базы с панелью на 12 модулей.

В пределах одной базовой панели могут произвольно объединяться дискретные и аналоговые модули, несмотря на то, что они имеют различное количество интерфейсных линий подключения.

72

Р и с. 2.31. Архитектура распределенной системы фирмы Opto-22.

Архитектура системы, предлагаемой фирмой Grayhill, качественно отличается от описанной. OpenLine – это разумный компромисс между распределенными и централизованными системами (рис. 2.32 ).

73