На технологическом предприятии управление включением/выключением осуществляется через ПЛК или РСУ.
На рисунке ниже представлен обзор одной дискретной/цифровой (вкл./выкл.) схемы, показывающий весь процесс от источника питания через датчик до ПЛК.
Методы подключения цифровых сигналов ПЛК
На рисунке выше реле уровня установлено на резервуаре. Переключатель контролируется модулем цифрового ввода ПЛК. Питание цепи осуществляется через автоматический выключатель (CB2) на панели питания прибора.
Основное питание подается на распределительную панель, где питание разделяется на несколько цепей с предохранителями. Предохранитель 03FU является главным размыкающим предохранителем, а остальные предохранители являются распределительными. Предохранитель 06FU питает нашу цепь.
Горячий (электрически находящийся) провод 06A подается в распределительную коробку (FJB) как один провод в многожильном кабеле. Этот кабель, иногда называемый хоумраном или основным кабелем, разводится в полевой распределительной коробке (FJB), где, в этом примере, два неэкранированных кабеля витой пары подводятся к конечному устройству LSH-47.
В результате остается один запасной проводник. Горячий провод 06A попадает на клемму + контакта формы A и перемыкается на клемму H для подачи питания на электронику реле уровня.
Номер провода на контакте реле изменится на 06B. Этот провод передает сигнал обратно на FJB, откуда сигнал передается обратно в оконечный шкаф через многожильный кабель.
Там сигнал и нейтраль соединяются и передаются в модуль ПЛК. Обратите внимание, что обратный нейтральный провод, обозначенный 02N (поскольку это обратный провод для CB2), подведен к ПЛК и реле уровня.
ПРИМЕЧАНИЕ. При подключении к системе ПЛК всегда рекомендуется использовать витую пару. Кабели витой пары обладают превосходной помехозащищенностью, что особенно полезно при подключении к нагрузкам с высоким импедансом, например, в модулях ввода-вывода ПЛК/РСУ.
Нагрузка с высоким импедансом может быть особенно чувствительна к шуму, поскольку сопутствующий ток очень мал, а объем фактической работы минимален.
Вот и все, в двух словах. Ниже приводится комментарий по вопросам подключения, связанным с проводкой сигналов ПЛК/РСУ.
а. Поглощение и поиск
Термины сток и источник используются для описания того, как конкретный компонент схемы связан с потоком мощности. Эти термины на самом деле пришли из времен транзисторной логики.
В этом обсуждении транзистор можно рассматривать как простой переключатель (рисунок ниже).
DC (+) — положительная клемма постоянного тока, DCC — общая клемма постоянного тока.
Транзистору этого типа требуется небольшое сопротивление на коллекторе (верхняя сторона) для ограничения тока.
В примере случая 1:
резистор на месте, нагрузка включена последовательно с эмиттером транзистора. Когда транзистор проводит ток, ток течет через резистор, транзистор, а затем через нагрузку.
Эта схема не использовалась очень часто, поскольку ток распределяется по внутренней схеме, в результате чего остается меньше мощности для управления нагрузкой и повышения температуры в модуле ввода-вывода.
Случай 2
Это обеспечивает более типичную схему источника, в которой выход ПЛК при отключении переключает ток полной нагрузки для управления нагрузкой. Когда выход включается, транзистор проводит ток, вызывая шунтирование большей части тока через него, вызывая голодание нагрузки и тем самым обесточивая ее.
Недостатком этой конфигурации является то, что небольшой ток утечки будет продолжать присутствовать в нагрузке, поскольку определенная величина тока будет продолжать направляться через нагрузку, хотя обычно этого недостаточно, чтобы заставить нагрузку оставаться под напряжением. Однако при поиске неисправностей на обесточенной нагрузке будет обнаружено небольшое напряжение.
В примере случая 3:
Нагрузка — коллекторный резистор. Когда транзистор проводит ток, на нагрузку подается напряжение. С точки зрения электроники платы это лучшая конфигурация, поскольку большая часть тепла рассеивается нагрузкой.
Недостатком этой конфигурации является то, что «переключение нейтрали» противоречит здравому смыслу и может быть небезопасным, поскольку полное напряжение присутствует как на положительной, так и на отрицательной клемме нагрузки, когда она обесточена.
По этим причинам вариант 2 превратился в наиболее распространенную конфигурацию вывода. Эту концепцию стока/источника можно распространить на любую схему.
б. Защита цепи (предохранители)
Большинство модулей ввода/вывода имеют внутренние предохранители. Однако для пользователя это не так уж много значит. Хотя внутренний предохранитель ограничивает повреждение самого модуля, в большинстве случаев модуль все равно необходимо отправить на завод для ремонта. Таким образом, конечный результат для пользователя один и тот же — сломанный модуль.
В результате рекомендуется добавлять к каждой точке ввода-вывода внешние предохранители с номиналом чуть ниже номинала предохранителя на печатной плате модуля. Хотя это ограничивает размер нагрузки, которая может управляться непосредственно модулем, внутренний предохранитель и модуль защищены.
Внимание: Если дискретные выходы с внутренними предохранителями встроены в цепи блокировки или если они находятся в цепях, которые зависят от нормально замкнутых контактов для инициирования мер безопасности, то следует использовать другой тип модуля без предохранителей.
Или можно использовать промежуточные реле. Точка ввода-вывода может работать нормально (например, замыкать ее контакты и сообщать программе, что она их закрыла), но при этом не передавать питание из-за перегоревшего внутреннего предохранителя.
в. Цепи цифрового входа (DI)
Модули цифрового ввода (DI) постоянно сканируют свои входные точки на наличие или отсутствие напряжения. Если напряжение присутствует, в ячейку памяти записывается 1. Если напряжение отсутствует, там пишется 0.
Требуемый тип и величина напряжения — два фактора, которые отличают один модуль DI от другого.
Большинство точек цифрового входа имеют высокий импеданс, что сводит к минимуму величину потребляемого тока и поэтому оказывает относительно незначительное влияние на систему распределения электроэнергии.
Каждую точку цифрового входа можно рассматривать как лампочку, которая либо включена, либо выключена. Модули DI могут быть электрически изолированы между точками или сгруппированы посредством внутренней шины ввода-вывода.
Большинство модулей сегодня сгруппированы, поскольку группировка обеспечивает более высокую плотность. Как мы видели, плотность точек до 32 точек на модуль является обычным явлением в сгруппированной конфигурации.
На рисунке ниже показаны два разных модуля DI. Первый модуль обеспечивает внутреннюю шину цепи постоянного тока (+). Затем точка ввода-вывода передает питание на полевое устройство.
Этот тип модуля называется модулем поиска. Эта конфигурация необычна. Переключение общей стороны в поле обычно не производится.
Если модуль подключает внутреннюю шину к общей стороне цепи постоянного тока, то модуль считается принимающим модулем.
Точка ввода-вывода завершает путь к общему разъему постоянного тока. Эта конфигурация используется в подавляющем большинстве случаев, поскольку она позволяет индивидуально защитить каждую точку ввода-вывода рядом с источником питания перед подачей питания на полевое устройство.
В любом случае ток течет в одном и том же направлении через переключатель, монтируемый на месте эксплуатации.
д. Цепи цифрового выхода (DO)
Контакты реле считаются устройствами вывода, поскольку они заставляют другие устройства реагировать при изменении своего состояния. Цифровые выходы ПЛК можно рассматривать как контакты реле.
Во многих случаях это именно то, что они есть. В других случаях переключающий элемент может быть каким-либо полупроводниковым устройством. Даже в этом случае аналогия с реле работает до тех пор, пока проектировщик не забывает учитывать ток утечки.
Модули DO включают и выключают напряжение, чтобы заставить внешнее устройство изменить состояние. Эти модули бывают «изолированными» или «неизолированными». Если модуль неизолирован, то он либо потребляет, либо потребляет.
1. Изолированные цепи дискретного выхода.
Изолированная схема DO — это схема, в которой источник питания может быть изолирован между точками ввода-вывода. Источник не подключен к внутренней шине. Стоимость — два терминала на точку, поэтому это дорого.
Существует три источника влажной энергии: точки 1, 2, 4, 5 и 6 изолированы от точки 3 и точек 7 и 8.
В этом примере переменный ток подается в точку 3, а сигналы постоянного тока подаются в остальные точки. Это демонстрирует возможности. На практике рекомендуется разделять сигналы переменного и постоянного тока, если это вообще возможно.
2. Неизолированные цифровые цепи.
Как и в случае с модулем DI PLC, плотность точек является важной особенностью модулей DO. Как видно из изолированного модуля на рисунке, за изоляцию приходится платить.
Модуль с 16 клеммами имеет плотность точек всего восемь, поскольку на каждую точку требуется две клеммы. За счет внутренней шины можно значительно улучшить плотность точек.
Однако в результате получается неизолированный модуль, налагающий ограничения на разработчика. Источниками питания необходимо управлять. В большинстве случаев это не является проблемой, поскольку возможно расширение мощности ввода-вывода ПЛК на полевое устройство.
Однако если полевое устройство должно подавать собственный сигнал, то в цепь необходимо добавить промежуточное реле для обеспечения изоляции.
На рисунке выше показаны два разных модуля цифрового вывода. Первый обеспечивает внутреннюю шину стороны постоянного тока (+) схемы. Затем точка ввода-вывода обеспечивает путь к питанию, превращая ее в модуль источника.
Если модуль подключается к общей стороне цепи постоянного тока, как показано на рисунке выше, пример 1, то модуль считается принимающим модулем. Точка ввода-вывода завершает путь к общему.
Этот тип модуля сегодня используется редко из-за переключения на общей стороне. Пример 2 гораздо более распространен, поскольку в нем коммутационное действие опережает нагрузку с точки зрения протекания тока.
