Дискретные входы и Дискретные выходы (digital input output)

Дискретные входы и выходы (digital input output) основа любой автоматизации. В автоматизированных системах управления (АСУ ТП) они необходимы для передачи сигналов состояния от какого либо объекта в контроллер, и передачи сигналов управления от контроллера к исполнительному устройству. Такие задачи обычно решаются с помощью разнообразных согласующих каскадов, цепей.

Любой микроконтроллер, процессор, логическая микросхема очень хорошо дружат с дискретными сигналами, но правда в большинстве своем на уровне TTL 5 или 3.3 В. Промышленная механика и датчики как правило имеют несколько другие «логические уровни» для управления и сигнализации, вот наиболее распространенные: 12VDC, 24VDC, 220VDC, 220VAC. Используются и множество других, нестандартных, уровней напряжений и токов. Поэтому наиболее важная задача согласующей цепи – преобразование внешних сигнальных уровней (полевых устройств) в сигнальные уровни внутренней логики управляющего контроллера и наоборот.

Еще одна важная задача – защита. Самое главное, что нужно защищать – микроконтроллер. Никакие помехи или перенапряжения не должны попадать в мозг автоматизированной системы. Далее я расскажу о способах реализации таких цепей согласования все что знаю.

 

diginp1

Рисунок 1

На рисунке 1 приведена схема самой простой реализации дискретного входа с гальванической развязкой. Данная схема рассчитана на номинальное входное напряжение 24 В и постоянный ток, то есть 24VDC. Когда на входе (digitalinput) нет, потенциал на входе микроконтроллера (PortB-0) будет V=Vcc, то есть логическая единица, т.к. транзистор оптопары VU1.1 закрыт. Если на вход digitalinput подать напряжение 24 В, то через светодиод оптрона (VU1.2) потечет ток примерно равный 24/10к = 2.4мА. Соответственно транзистор оптрона откроется и на PortB-0 потенциал изменится до примерно Vss, то есть 0. Как видите работает схема очень просто и очень эффективно. Но есть недостатки, к примеру чувствительность к полярности приложенного напряжения.

diginp

Рисунок 2

На следующем рисунке схема немного доработана. Добавлен диодный мост. Благодаря этому этот дискретный вход сможет регистрировать постоянное напряжения любой полярности, ну и конечно переменное напряжение тоже.

Естественно как и везде в электронике, все элементы схемы должны быть рассчитаны и подобранны, так что бы во первых схема надежно работала, и во вторых что бы эффективно выполняла свои функции. Главные исходные данные для расчета внешней части (внутреннюю часть вообще затрагивать не будем) являются:

  1. Напряжение, на которое рассчитывается дискретный вход. (UDI)
  2. Номинальный ток светодиода выбранной транзисторной оптопары (оптрон).

Диодный мост подбирается исходя из максимального обратного напряжения диодов моста. Оно должно быть выше UDI, и чем выше тем лучше (надежней). Для диодных мостов типичные значения 600 или 1000 вольт, то есть с достаточным запасом перекрываются практический все номиналы UDI.

Резистор R2 подбирается исходя из номинального тока светодиодна оптрона

R2 = (UDI– UVD1-пр. – UVU1.2 обр.)/ IVU1.2 ном.

IVU1.2 ном. – Номинальный ток светодиода.

UVD1-пр. – Падение напряжения на диодах моста в прямом смещении (как правило ~1В).

UVU1.2 обр. – Падение напряжения на светодиоде в обратном смещении (как правило ~1.5В).

Продолжение следует …

 

Оставьте первый комментарий к статье «Дискретные входы и Дискретные выходы (digital input output)»

Добавить комментарий