Модули ввода/вывода

Что такое модуль ввода-вывода

Модуль ввода-вывода представляет собой промежуточное устройство между системой управления и полевым оборудованием. К входным каналам подключаются датчики, кнопки, контакты реле и измерительные преобразователи. Выходные каналы управляют реле, контакторами, электромагнитными клапанами, приводами, световой сигнализацией и другими исполнительными устройствами.

Модули входа преобразуют электрические сигналы в цифровые значения, доступные контроллеру. Модули выхода выполняют обратную функцию: получают команду по внутренней шине и формируют требуемый дискретный или аналоговый сигнал.

По функции такие устройства также называют модулями расширения ПЛК. Они позволяют увеличить количество входов и выходов, добавить новые типы сигналов или подключить специализированное оборудование без замены самого контроллера.

Модули ввода-вывода ПЛК также называют модулями расширения ввода-вывода. Они позволяют увеличить количество входных и выходных каналов контроллера, подключить дополнительные типы сигналов или добавить специализированные функции без замены самого ПЛК.

Каждый модуль расширения ввода-вывода подключается к совместимому промышленному контроллеру или сетевому адаптеру по внутренней шине. При выборе необходимо учитывать серию оборудования, тип сигнала, количество каналов, электрические характеристики и совместимость с головным устройством станции.

Модули удалённого ввода-вывода и модули распределённого ввода-вывода

Модули удалённого ввода-вывода устанавливаются не в шкафу центрального ПЛК, а непосредственно рядом с датчиками и исполнительными механизмами. Модули объединяются в отдельную станцию и подключаются по внутренней шине к сетевому адаптеру. Адаптер передаёт входные данные и выходные команды между станцией и промышленным контроллером по выбранному сетевому протоколу. Основная программа управления при такой архитектуре обычно выполняется в центральном ПЛК.

Модули распределённого ввода-вывода размещаются в нескольких станциях, установленных на разных участках технологического объекта. Каждая станция обслуживает свою группу датчиков и исполнительных устройств. Головным устройством станции может быть сетевой адаптер или локальный ПЛК, если на участке требуется самостоятельная обработка сигналов и выполнение алгоритмов управления.

Таким образом, удалённый ввод-вывод характеризует расположение отдельной станции относительно центрального контроллера, а распределённый ввод-вывод описывает архитектуру всей системы, состоящей из нескольких узлов I/O. Одна или несколько удалённых станций могут входить в состав распределённой системы ввода-вывода.

Размещение модулей рядом с оборудованием сокращает длину сигнальных кабелей, упрощает расширение системы и позволяет разделить ввод-вывод по отдельным установкам, производственным линиям или технологическим участкам.

Место модулей в системе CREVIS

Головное системы ввода-вывода это программируемый контроллер, также к нему может быть подключен сетевой адаптер. Контроллер выполняет пользовательскую программу и самостоятельно управляет оборудованием. Сетевой адаптер передаёт данные модулей внешнему ПЛК по выбранному промышленному протоколу.

Подключённые устройства обмениваются данными по внутренней шине. В серии G используется G-Bus, в серии M используется M-Bus. По внутренней шине передаются входные значения, выходные команды, диагностическая информация и данные о состоянии модулей.

Внешняя промышленная сеть и внутренняя шина выполняют разные задачи. Модуль дискретного или аналогового ввода не подключается напрямую к Modbus, EtherCAT или PROFINET. Поддерживаемый сетевой протокол определяется контроллером или сетевым адаптером, установленным в начале станции.

Какие модули ввода-вывода представлены в CREVIS

Модули питания не принимают измерительные сигналы и не формируют команды управления, но входят в состав модульной станции. Они используются, когда мощности встроенного источника головного устройства недостаточно или требуется разделить полевые цепи на отдельные группы.

Как выполняется обработка входных и выходных сигналов

При работе станции данные последовательно проходят несколько этапов:

1. Датчик или измерительный преобразователь формирует электрический сигнал;
2. Модуль ввода принимает сигнал и преобразует его в цифровое значение;
3. Данные передаются по внутренней шине контроллеру или сетевому адаптеру;
4. ПЛК обрабатывает полученное значение по пользовательской программе;
5. Рассчитанная команда передаётся модулю вывода;
6. Выходной канал формирует сигнал для исполнительного устройства.

Если головным устройством является сетевой адаптер, программа управления выполняется во внешнем ПЛК. Адаптер получает данные от модулей и передаёт их ведущему контроллеру по промышленной сети, а затем возвращает в станцию рассчитанные выходные значения.

Дискретные и аналоговые сигналы

При подборе недостаточно определить только направление сигнала. Необходимо проверить номинальное напряжение или диапазон измерения, схему Sink/Source, количество проводов, допустимый ток, разрешение преобразователя и электрическую совместимость с полевым устройством.

Серии модулей CREVIS

Модули серий G, M и S различаются конструкцией, разъёмами и внутренней шиной. Их нельзя устанавливать в одну станцию или напрямую заменять модулем другой серии. При модернизации необходимо подбирать совместимую функциональную замену и проверять всю конфигурацию узла.

Системное и полевое питание

В модульной станции используются системное и полевое питание. Системное питание обеспечивает работу электроники головного устройства и подключённых модулей. Полевое питание используется в цепях датчиков и исполнительных устройств.

При расчёте станции проверяют потребление каждого модуля от внутренней шины и нагрузку полевых цепей. Если суммарное потребление превышает возможности встроенного источника, станцию разделяют на группы и устанавливают модуль расширения питания. Отдельное питание также применяют для разделения цепей с разными напряжениями и снижения влияния помех.

Горячая замена модулей

Горячая замена модулей ввода-вывода реализована в серии M. Она позволяет извлечь неисправный модуль и установить новый без полного отключения системного питания и остановки остальных устройств станции.

Горячая замена не означает, что любые работы с полевыми проводами допускается выполнять под напряжением. Порядок обслуживания зависит от типа модуля, подключённой нагрузки и требований электробезопасности. Для модулей серии G перед установкой или снятием требуется отключение питания в соответствии с документацией.

ООО «КРЕВИС» является официальным представителем CREVIS в России и странах СНГ. Специалисты компании помогут подобрать совместимые модули, проверить состав станции и рассчитать питание для новой системы или модернизации установленного оборудования.