Модули вывода дискретных и ввода аналоговых сигналов

Вывод дискретных сигналов

Вывод дискретных сигналов предназначен для управления состоянием выключенного/включенного исполнительного устройства. Современные устройства и модули вывода дискретных сигналов характеризуются большим разнообразием. Знание их структуры необходимо для правильного их использования.

Выходные каскады модулей вывода дискретных сигналов со стандартными транзисторно-тиристорной или комплементарной металл-оксид логиками в современной промышленности практически не используются, потому что нагрузкой дискретных выходов являются не логические входы электронных устройств, а такие устройства, как:

1. Пускатели.
2. Шаговые двигатели.
3. Электромеханические реле.

Дискретные выходы модулей вывода сигналов строятся на основе мощных биполярных транзисторов с открытыми коллекторами, либо полевых транзисторов с открытым стоком. Пример структурной схемы данных устройств изображен на рисунке ниже.

Рисунок 1. Структурная схема. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Данные выходные каскады способны обеспечивать высокую гибкость, что способствует получению необходимых для нагрузки напряжения или электрического тока при помощи внешнего источника питания. Самым оптимальным вариантом для построения дискретных выходов модулей являются микросхемы интеллектуальных ключей, в состав которых входит не только мощный транзистор с открытым коллектором или стоком, но и защитные цепи от перегрузки по напряжению, току переполюсовки, перегрева, короткого замыкания и электростатических разрядов. В случае перегрева выходного каскада или превышения нагрузки ключ отключается. Самыми распространенными выходными каскадами на основе полевых и биполярных транзисторов являются следующие типы: для вытекающего и втекающего тока. Различие между ними заключается в том, как вывод является общим для нескольких видов нагрузок: соединенный с шиной питания и заземленный. Удобство модулей вывода дискретных сигналов состоит в том, что они позволяют использовать внешний источник питания, у которого напряжение отличается от напряжения питания модулей вывода, а также в том, что вместо источника питания можно использовать источник питания модулей вывода.

Ввод аналоговых сигналов

Типовая структура модуля ввода аналоговых сигналов изображена на рисунке ниже.

Рисунок 2. Типовая структура модуля ввода аналоговых сигналов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Основная часть модуля ввода аналогового сигнала - аналого-цифровой преобразователь. Как правило, использует один преобразователь для ввода нескольких сигналов (от 8 до 16). Чтобы подключить источник сигнала к преобразователю используется коммутатор на основе транзистора “Металл-оксид-полупроводник”. Ввод нескольких аналоговых сигналов осуществляется последовательно во времени. Если необходим ввод нескольких сигналов одновременно, используются модули, в состав которых входят несколько аналого-цифровых преобразователей. В модулях ввода аналоговых сигналов используют дифференциальные входы, позволяющие выполнять максимально помехозащищенный канал передачи относительно одиночных входов (не дифференциальных). В некоторых модулях предусмотрена возможность задания конфигурации входов - одиночные или дифференциальные.

В модулях ввода аналоговых сигналов входные цепи защищают от повышенного напряжения, статического электричества и изменения полярности. Для этого предназначены специальные защитные микросхемы, где активный элемент - транзисторный “Металл-оксид-полупроводник” ключ. При увеличении напряжения до значения выше, чем допустимое ключ запирается, тем самым предохраняя входы. Измерительные цепи строятся таким образом, чтобы сопротивление открытого ключа не было причиной погрешности.

Для коммутации входных ключей модуля ввода предназначена специальная программа, исполняемая микроконтроллером. Данная процедура проста и для ее выполнения могут использоваться микроконтроллеры, входящие в состав аналого-цифрового преобразователя. Это позволяет снизить число каналов гальванической развязки между портом и аналоговыми входами. Микропроцессор модуля ввода аналоговых сигналов выполняют следующие функции:

1. Выполнение цифровой фильтрации входного сигнала.
2. Установление скорости обмена с программируемым логическом контроллером.
3. Исполнение команды которые посылаются программируемым логическим контроллером в модуль.
4. Реализация протокола обмена с программируемым логическом контроллером.
5. Преобразование формата вводимых данных.

В постоянной памяти модуля ввода аналоговых сигналов хранятся калибровочные коэффициенты, программа, таблицы линеаризации, адрес модуля и т.п.