Устройства связи с объектом
Устройства связи с объектом выполняют следующие функции:
· ввод и преобразование в двоичный код постоянного тока;
· ввод и преобразование в двоичный код напряжений постоянного тока;
· ввод и преобразование в двоичный код сигналов термоэлектрических преобразователей (ТЭП);
· ввод и преобразование в двоичный код сигналов термометров сопротивлений;
· подавление помех общего и нормального вида в измерительном тракте ввода аналоговых сигналов;
· ввод дискретных сигналов;
· вывод дискретных сигналов;
· число - импульсный ввод;
· обмен информацией с СМ 1820М по интерфейсу ISA.
Рассмотрим некоторые из модулей УСО СМ1820М.ПК{29,30].
Модули ввода аналоговых сигналов (МАВ)
Модули аналогового ввода предназначены для ввода и преобразования входных аналоговых сигналов в двоичный код. Эти модули обеспечивают коммутацию входных аналоговых сигналов, аналого-цифровое преобразование по каждому из входных каналов и вывод результатов преобразования на интерфейс ISA.
Технические характеристики МАВ
| Количество каналов ввода и преобразования аналоговых сигналов | |
| в различных исполнениях МАВ……………………………... | от 8 до 48 |
| Параметры входных сигналов: | |
| диапазон входных сигналов | |
| постоянного тока……………………………………………... | 0-5 мА; 0-20 мА;4-20 мА; ±5 мА; ±20 мА |
| диапазон напряжений достоянного тока:…………………… | от 0-10 мВ, 0-100 мВ до 0-1,28 В, от ±10 мВ, ±100 мВ до ±1,28 В |
| диапазон сигналов с выхода термоэлектрических преобразователей (ТЭП) —стандартных градуировок по ГОСТР50451-92 …………………………………………… | от±10мВдо±80мВ |
| диапазон сигналов с выхода термометров сопротивления с зависимостью отношения сопротивлений от температуры по ГОСТ 6651-94„................................................................. | от 0-25 Ом до 0-3,2 кОм |
| Способ подключения термометров сопротивления………... | 2-, 3- и 4-проводной |
| Разрядность цифрового кода АЦП………………………….. | 12-16 двоичных разрядов |
| Основная приведенная погрешность преобразования: | |
| на диапазонах ввода постоянного тока……………………… | не более ±0,1 % |
| на диапазонах ввода напряжений постоянного тока 0-Н)мВ(± 10 мВ)……………………………………………... | не более ±0,2 % |
| на остальных диапазонах ввода напряжений постоянного тока. | не более ±0,196 |
| Скорость измерения по одному каналу……………………… | 50-6000 изм/с |
| Входное сопротивление: | |
| на диапазонах ввода токовых сигналов………………………. | не менее 200 Ом |
| на диапазонах ввода сигналов по напряжению……………… | не менее 200 МОм |
| Коэффициент подавления помехи общего вида на частотах от 0 до 50 Гц:…………………………………………………… | не менее 120 дБ |
| Максимальная амплитуда помехи общего вида…………….. | 1 кВ |
| Коэффициент подавления помехи нормального вида на частоте (50± I) Гц …………………………………….. | не менее 80 дБ |
| Гальваническая развязка с электрической прочностью 1500 В | |
| Габаритные размеры модулей………………………………… | 124,5x114,3x18 мм |
| Ток потребления модулей от системного | |
| источника питания 5 В………………………………………... | не более 0,5 А |
| Масса модулей…………………………………………………. | не более 2(00 г |
| Интерфейс модулей…………………………………………… | ISA |
Устройство и работа МАВ
Типовой модуль МАВ (рис. 4.) состоит из двух основных частей: аналоговой
и цифровой.
Аналоговая часть модуля содержит: узел нормализации входных сигналов, содержащий согласующие резисторы для преобразования входных токов с выхода измерительных преобразователей, располагаемых на объекте, в эквивалентные напряжения; 16-канальный аналоговый мультиплексор AD439F; аналого-цифровой сигма-дельта-преобразователь AD773I,
                 |
рассчитанный на подключение трех дифференциальных сигналов (один используется как тестовый) и использующий внешние источники опорного и испытательного напряжения, а также кварцевый резонатор; дешифратор номера канала аналогового мультиплексора; источники специализированного электропитания, имеющие гальваническую развязку, с выходными напряжениями +5 В (аналоговое), +5 В (цифровое) и ±15 В.
Цифровая часть модуля содержит:
§ интерфейсный узел на базе программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) Altera ЕРМ7064, обеспечивающей управление со стороны шины ISA (выполнение операций чтения и записи данных, выбор номера канала мультиплексора, обеспечение сброса модуля, чтения байта состояния модуля);
§ формирователь шины данных интерфейса ISA;
§ наборное поле для выбора базового адреса модуля (НПБА);
§ наборное поле для выбора уровня прерывания (НПП).
Между аналоговой и цифровой частями модуля имеется узел гальванической развязки на основе оптрона HCPL 4661.
По отношению к процессору модули представлены массивом 8-разрядных адресуемых регистров (портов), которые размещаются в поле адресов внешних устройств. Массив состоит из трех портов ввода и трех портов вывода. Опрос портов модулей осуществляется как по инициативе процессора (по опросу готовности), так и по инициативе модулей (по запросу прерывания). Адрес порта ввода-вывода определяется как сумма базового адреса (N), являющегося общим для всех портов, и смещения, закрепленного за каждым портом. Базовый адрес и уровень прерывания задаются набором перемычек на наборных полях.
Возможны пять режимов работы цифровой части преобразователя: запись 8 бит данных в АЦП, чтение 8 бит данных из АЦП, проверка флагов состояния, запись данных в регистр выбора канала преобразования и сброс. Для включения любого из режимов нужно, чтобы адрес, выставляемый на шине ISA, соответствовал адресу этого режима.
На (рис. 5) приведены упрощенные временные диаграммы, которые используются в работе МАВ (CLK — синхросигнал с периодом Т, интервалы в наносекундах). Циклы начинаются с выставления процессором1 адреса на линиях ADR[9::0]. Далее производится собственно передача данных.
Микросхема ПЛИС в режиме чтения (по сигналу готовности RDY# из АЦП) принимает последовательно поступающие данные DIN и преобразует их в параллельную форму. После успешного приема вырабатывается прерывание и
 |
формируется флаг по чтению, который может быть передан при соответствующем запросе. При поступлении с шины ISA сигнала чтения данных IORC# данные передаются на линии D[7::0]. Эти данные МАВ снимает после окончания сигнала IORC#.
В режиме записи процессор выставляет данные О[7::0]и сопровождает их сигналом записи информации IOWC#.
Данные, поступающие параллельно, преобразуются ПЛИС в последовательную форму DOUT и в сопровождении сигнала CLK передаются на вход АЦП. После выполнения передачи данных в АЦП вырабатывается сигнал прерывания и формируется флаг по записи, который может быть передан при соответствующем запросе.
При поступлении команды считывания флагов состояния ПЛИС передает их значения, находящиеся в ее регистре, через буфер на шину ISA.
При поступлении команды записи данных в регистр номера каналов преобразования ПЛИС считывает данные, находящиеся на шине ISA, и сохраняет их в своем внутреннем регистре. Эти данные остаются неизменными до следующей записи и передаются в аналоговую часть так же, как и управляющие данные, через гальваническую развязку.
Работа МАВ возможна в режиме последовательного опроса всех каналов, многократного опроса одного из каналов и последовательного опроса нескольких предварительно заданных каналов в заданной последовательности.
В (табл. 1) представлены основные характеристики МАВ и модулей аналогового ввода фирм Advantech и Octagon — мировых лидеров на рынке УСО. Сравнение показывает в основном сходные характеристики МАВ и его аналогов.
Сравнительные характеристики МАВ
Таблица 1.
| Параметр | Advantech 5017 | Advantech 5018 | Octagon 5700 | Octagon 5710 | Octagon 5710 | МАВ |
| Количество входных каналов | 8 дифференциальных | 7 дифференциальных | однополярных | однополярных, 8 дифференциальных | 8 однополярных | 16 дифференциальных |
| Диапазон входных напряжений | ±150 мВ, ±500 мВ, ±1 В, ±5 В, ±10 В | ±15 мВ, ±50 мВ, ±100мВ, ±500 мВ, ± 1В, ±2,5 В | ±15 В | ±15 В | 0-5В | 0 - 20 (0 - 10) мВ, 0-1,28 (0 - 0,64) В, ±20(±10)мВ, ±1,28 (±0,64) В |
| Диапазон входных токов | ±20 мА | ±20 мА | 0-5мА, 0 - 20 мА, ±5 мА, ±20 мА | |||
| Разрядность АЦП | 12-16 | |||||
| Частота выдачи данных из МАВ | 10 Гц | 10 Гц | 50 кГц | 40 - 100 кГц | 90 кГц | 50 - 6000 Гц |
| Коэффициент подавления помехи общего вида на частоте 50 Гц | Не менее 92 дБ | Не менее 92 дБ | 120 дБ | |||
| Основная погрешность преобразования, % | ±0,1 | ±0,1 | ±0,1 |
Модуль дискретного ввода (МДВ)
Модуль МДВ предназначен для приема дискретных сигналов от датчиков типа «сухой контакт», гальванической развязки датчиков и ПК и передачи принятой информации на шину ISA.
Технические характеристики МДВ
Количество входных двухпроводных каналов…………………………10 - 32
Параметры входных двухпозиционных
сигналов типа «сухой контакт»:
в состоянии «замкнуто»…………………………………………………не более 150 Ом
в состоянии «разомкнуто»……………………………………………....не менее 50 кОм
Гальваническая развязка с электрической прочностью 1500 В
Габаритные размеры модуля....................... ……………………….124,5x114,3x15 мм
Максимальное сопротивление линии связи с датчиком………………не более 500 Ом
Ток потребления модуля от системного
источника питания 5 В .................................... ……………………не более 0,5 А
Масса модуля ..................................................... ……………………не более 200 г
Интерфейс модуля........................................................... …………..ISA
Рассмотрим устройство и работу МДВ (рис.6.). Модуль содержит: дешифратор адреса (ДА); наборное поле выбора базового адреса (НПБА);
формирователь шины данных (ФШД); формирователи данных (ФД) портов ввода с адресами N+0 и N+1; оптроны; входные RC-цепи; гальванически раз вязанный источник питания (ИП) датчиков.
           |
По отношению к процессору модуль представляет собой два 8-разрядных адресуемых регистра (порта), которые размещаются в поле адресов портов ввода. Опрос портов модуля осуществляется по инициативе процессора без предварительного опроса готовности.
Датчики типа «сухой контакт» могут быть подключены к любым Каналам модуля через кроссовую колодку XSI. Кроссовая колодка XS1 соединяется с вилкой ХР1. Входные RC-фильтры служат для подавления помех и нормализации величины тока через светоизлучающий диод.
При опросе состояния датчиков процессор исполняет команду чтения IN (сигнал IORC#), адресуя один из портов ввода, принадлежащих модулю. Адресные сигналы А1Ж поступают на дешифратор адреса, который формирует соответствующий сигнал выборки порта N+Q или N+1. Этот сигнал активизирует соответствующий формирователь данных порта, который выводится из третьего состояния, передавая на формирователь шины данных значения входных сигналов D, имеющих место на выводах оптронов. Формирователь шины данных активизируется дешифратором адреса при распознавании обращения процессора к модулю.
Датчик типа «сухой контакт» может находиться в положении «разомкнуто» или в положении «замкнуто». Если датчик типа «сухой контакт» находится в положении «разомкнуто», то во входной цепи оптрона тока нет. На выходе оптрона будет существовать сигнал высокого уровня, который будет восприниматься процессором как «1».
Если датчик типа «сухой контакт» замкнут, то напряжение с выхода гальванически развязанного источника питания будет подано на вход оптрона, через входную цепь оптрона потечет ток и на выходе оптрона установится сигнал низкого уровня, который будет восприниматься процессором как «О».
Модули дискретного вывода (МДВыв)
Модули предназначены для вывода дискретных сигналов на объект управления. Они обеспечивают коммутацию тока в нагрузке, питаемой от внешнего источника. Модули МДВыв обеспечивают побайтный прием информации с интерфейса ISA.
Технические характеристики МДВыв
Количество выходных каналов,подключаемых по однопроводной схеме.......10 - 32
Коммутируемый ток низкого уровня.............. ………………………………..не более 500 мА
Коммутируемое напряжение................................. …………………………….не более 50 В
Коммутация цепей повышенной мощности (релейный выход):
постоянного тока................................................. ……………………………ЗА, 28 В
переменного тока................................................. …………………………. 5 А, 240 В
Зашита выходов от ЭДС (электродвижущая сила) самоиндукции
при работе на индуктивную нагрузку
Габаритные размеры модуля…………………………………………………....124,5x114,3x15 мм
Ток потребления модуля от системного источника питания 5 В……………. не более 0,5 А
Масса модуля......................................................... ……………………………… не более 200 г
Интерфейс модуля.............................................................. …………………….. ISA
Рассмотрим устройство и работу МДВыв. Структурная схема модуля, коммутирующего ток низкого уровня, приведена на (рис.7). Модуль содержит:
  | |||||
             | |||||
|
дешифратор адреса (ДА); наборное поле выбора базового адреса (НПБА); формирователь шины данных (ФШД); регистры данных (РД) портов вывода с адресами W+0 ... N+2; формирователи данных (ФД) портов ввода с адресами N+Q ... N+2; мощные формирователи выходных сигналов (ФВС); схему сброса (СхС).
В каждом канале нагрузка подключается к кроссовой колодке XS1 OUT1-OUT20. Кроссовая колодка XS1 соединяется с вилкой ХР1.
По отношению к процессору модуль представляет собой четыре 8-разрядных адресуемых регистра (порта), которые размещаются в поле адресов портов вывода, и три 8-разрядных адресуемых регистра (порта), которые размещаются в поле адресов портов ввода.
Запись в порты вывода и чтение из портов ввода модуля осуществляется по инициативе процессора без предварительного опроса готовности. Адрес портов вывода и ввода определяется как сумма базового адреса (N), являющегося общим для всех портов, и смещения, закрепленного за каждым портом/Базовый адрес задается набором перемычек.
При записи состояния каналов процессор исполняет команду записи OUT (сигнал IOWC#), адресуя один из портов вывода, принадлежащие модулю. Адресные сигналы АDR поступают на дешифратор адреса, который формирует сигнал выборки порта N+0, N+1 или N +2. Этот сигнал стробирует запись данных D, поступающих из процессора по шине ISA в соответствующий регистр данных.
Выходы регистров связаны с входами мощных формирователей выходных сигналов. Если в некоторый разряд любого из трех регистров данных записана «1», то выходной транзистор соответствующего мощного формирователя будет открыт и в нагрузке потечет ток. Если в тот же разряд записан «О», то выходной транзистор соответствующего мощного формирователя будет закрыт и ток в нагрузке не будет течь.
При опросе состояния каналов процессор исполняет команду чтения IN (сигнал IORC#), адресуя один из портов ввода, принадлежащих модулю. Адресные сигналы поступают на дешифратор адреса, который формирует на выходе сигнал выборки порта N+Q, N+1 или N+2, Этот сигнал активизирует соответствующий формирователь данных порта, который выводится из третьего состояния, передавая на формирователь шины данных значения выходных сигналов, имеющих место на выходах соответствующих регистров данных. Формирователь шины данных активизирован дешифратором адреса при распознавании обращения процессора к модулю.
Выполнение процессором команды записи в порт с адресом N+3 вызовет обнуление всех регистров данных. Аналогичное действие оказывает сигнал сброса интерфейса ISA – RST, формируемый при включении питания или нажатии кнопки «Reset».
Дата добавления: 2016-02-09; просмотров: 683;