Модули дискретного ввода-вывода

Дискретные модули применяются как в локальных системах, где ПЛК и оборудование находятся в одном шкафу управления, так и в распределённых системах ввода-вывода. Во втором случае станцию устанавливают ближе к датчикам и исполнительным механизмам, а обмен с основным контроллером выполняется по промышленной сети. Такое построение сокращает длину сигнальных кабелей и упрощает подключение оборудования, расположенного в разных частях объекта. В зависимости от исполнения модуль дискретных сигналов может иметь только входные каналы, только выходные каналы, фиксированное сочетание входов и выходов или универсальные каналы с настраиваемым направлением. Модули CREVIS выпускаются с разным количеством каналов, схемами подключения, типами выходов и допустимыми напряжениями.

Как работают модули дискретного ввода и вывода

В упрощённом виде обработка дискретных сигналов происходит следующим образом:

Например, концевой выключатель сообщает контроллеру, что механизм достиг крайнего положения. ПЛК обрабатывает этот сигнал и через выходной модуль отключает привод или включает следующий этап технологического процесса.

Дискретный сигнал может находиться в одном из двух состояний, которые в программе ПЛК обозначаются как 0 и 1. В зависимости от назначения оборудования эти состояния могут означать: кнопка нажата или отпущена; контакт замкнут или разомкнут; датчик сработал или не сработал; механизм находится в заданном положении или не достиг его; клапан открыт или закрыт и др.

В отличие от аналогового сигнала, дискретный сигнал не передаёт непрерывное числовое значение температуры, давления, уровня или другой величины. Его задача состоит в передаче состояния или команды.

Модули дискретного ввода

Модули дискретного ввода принимают сигналы от оборудования и преобразуют их в логические значения, доступные программе контроллера. Чаще всего используются входы на 24 В DC, поскольку это напряжение широко применяется в промышленных системах автоматизации.

К дискретным входам подключают: кнопки и переключатели; концевые и путевые выключатели; контакты промежуточных реле; индуктивные, ёмкостные и оптические датчики; датчики положения и приближения; поплавковые и другие дискретные сигнализаторы уровня; аварийные и технологические контакты оборудования.

Для распространённых цепей 24 В DC в серии G предусмотрены модули с 8, 16 и 32 каналами. Например, GT-1238 имеет восемь универсальных входов Sink/Source, GT-12DF оснащён шестнадцатью входами, а GT-12FA позволяет подключить до 32 сигналов через разъём IDC 40.

Линейка CREVIS не ограничивается стандартными входами 24 В. В ней представлены модели для сигналов постоянного и переменного тока, датчиков NAMUR и специальных измерительных задач:

GT-1258 предназначен для подключения восьми датчиков приближения 24 В DC и поддерживает контроль линии;
GT-1658 имеет восемь входов NAMUR и обеспечивает питание датчиков напряжением 8,2 В;
GT-1318 имеет быстродействующие входы, которые можно использовать для подсчёта импульсов, подключения энкодера и измерения периода; для цепей переменного тока предусмотрены модули на 120 и 240 В AC.

Обычный входной канал подходит для регистрации относительно продолжительных состояний. Если требуется фиксировать короткие импульсы или считать сигналы с высокой частотой, необходимо выбирать модуль с быстродействующими входами. Предельная частота и поддерживаемые режимы указываются в характеристиках конкретной модели.

Модули дискретного вывода

Модули дискретного вывода получают команды от контроллера и переключают электрические цепи исполнительных устройств. Они применяются для включения сигнальных ламп, зуммеров, промежуточных реле, контакторов, соленоидов, электромагнитных клапанов и других нагрузок.

Нагрузку можно подключить непосредственно к выходному каналу, если её напряжение и потребляемый ток находятся в допустимых пределах. Электродвигатели, нагреватели и другие мощные потребители подключают через промежуточное реле, контактор или пускатель.

Транзисторные выходы

Транзисторные выходы применяются преимущественно в цепях 24 В DC. Они быстро переключаются, не имеют механических контактов и рассчитаны на большое количество циклов включения. Такие модули выпускаются в исполнениях Sink и Source.

Например, GT-2348 имеет восемь выходов Source, а GT-228F оснащён шестнадцатью выходными каналами. Для нагрузок с током до 2 А на канал можно использовать GT-2628.

Электромеханические релейные выходы

Релейный выход представляет собой переключаемый контакт. Он позволяет коммутировать цепи постоянного или переменного тока в пределах характеристик модуля. Релейные выходы удобны, когда требуется потенциально свободный контакт или необходимо управлять нагрузками с напряжением, отличным от напряжения питания станции.

К этой группе относятся GT-2744 серии G и M2774 серии M. При подборе релейного модуля учитывают номинальный и пусковой ток нагрузки, частоту переключений и электрический ресурс контактов.

Выходы на MOS-реле

MOS-реле выполняет бесконтактную коммутацию цепей AC и DC. В нём отсутствуют механические контакты, поэтому такой выход подходит для более частых переключений по сравнению с электромеханическим реле.

Модули GT-2768 и M2768 имеют по восемь выходов на MOS-реле и рассчитаны на коммутацию нагрузок 24 В AC/DC. При выборе необходимо учитывать падение напряжения на открытом канале, ток утечки в выключенном состоянии и допустимый пусковой ток.

Тип выхода	Типовые цепи	Преимущества	Что учитывать при подборе
Транзисторный	Постоянный ток, обычно 24 В DC	Высокая скорость, отсутствие механического износа, большое число переключений	Схему Sink/Source, ток канала, общий ток модуля, тип нагрузки
Электромеханическое реле	Цепи постоянного и переменного тока	Потенциально свободный контакт, возможность коммутации разных напряжений	Ресурс контактов, пусковой ток, частоту переключений
MOS-реле	Цепи AC и DC	Бесконтактная коммутация, возможность частых переключений	Ток утечки, падение напряжения, нагрев и пусковой ток

Обозначения Sink и Source показывают направление протекания тока в цепи. Для правильной работы вход или выход модуля должен быть согласован со схемой подключённого устройства.

Source подаёт на нагрузку положительный потенциал. Транзисторные выходы Source обычно соответствуют схеме PNP. Sink замыкает цепь нагрузки на общий минус. Транзисторные выходы Sink обычно соответствуют схеме NPN.

Комбинированные и универсальные модули ввода-вывода

Если в одной точке станции требуются и входные, и выходные сигналы, можно использовать комбинированный модуль дискретного ввода-вывода. Он занимает одно место в сборке и сокращает количество отдельных модулей.

GT-1428 имеет фиксированную конфигурацию из восьми входов Sink и восьми выходов Source на 24 В DC. Такой модуль подходит для локального узла, в котором заранее известно количество датчиков и исполнительных устройств.

Универсальные модули GT-1B7F и GT-1B8F имеют по 16 настраиваемых каналов. Каждый канал может использоваться как вход или как выход. Это удобно, если соотношение входных и выходных сигналов может измениться при модернизации оборудования.

Модули дискретного ввода-вывода CREVIS

Исполнение	Каналы	Примеры моделей CREVIS	Когда применяется
Стандартный дискретный ввод 24 В DC	8, 16 или 32 DI	GT-1238, GT-12DF, GT-12FA, M12DF	Кнопки, контакты реле, концевые выключатели и промышленные датчики
Специализированный дискретный ввод	Датчики NAMUR, контроль линии, быстродействующий счёт	GT-1258, GT-1318, GT-1658	Контроль исправности цепей, работа с NAMUR, подсчёт импульсов
Транзисторный дискретный вывод	Sink или Source, 24 В DC	GT-2348, GT-228F, GT-2628, M225F, M226F	Управление реле, клапанами и другими нагрузками постоянного тока
Релейный дискретный вывод	Коммутация цепей AC и DC	GT-2744, M2774	Получение потенциально свободного контакта и коммутация разных напряжений
Вывод на MOS-реле	Бесконтактные выходы AC/DC	GT-2768, M2768	Частое переключение нагрузок без механического износа контактов
Комбинированный или универсальный модуль	Фиксированные или настраиваемые DI/DO	GT-1428, GT-1B7F, GT-1B8F	Приём и передача дискретных сигналов через один модуль

Дискретный модуль устанавливается в составе станции ввода-вывода и обменивается данными с головным устройством по внутренней шине. В серии G обмен между модулями выполняется по внутренней шине G-Bus. В зависимости от выбранного ПЛК или сетевого адаптера к одной станции можно подключить до 63 модулей. Фактическое количество модулей также зависит от ограничений головного устройства, доступного питания и состава станции.

Серия G подходит для большинства локальных и распределённых систем автоматизации. Она отличается большим выбором модулей, типов сигналов и вариантов подключения.
Серия M применяется в проектах, где важны горячая замена, удобство обслуживания и возможность восстановления станции без полного отключения оборудования.
Серия S снята с производства. Для новых проектов следует выбирать оборудование серий G или M.