Представьте себе, что мозг автоматизированной системы — это программируемый логический контроллер, также известный как ПЛК. «Органы чувств» и «руки» контроллера выполняют функции, необходимые для управления реальным миром.
Без этой двусторонней связи «мозг» был бы беспомощным и слепым. Входы ПЛК принимают информацию от датчиков и кнопок, например, когда датчики сообщают, что дверь закрыта или кнопка нажата, а выходы дают команды контроллеру внешним устройствам, таким как включить лампу, запустить мотор или открыть клапан.
Сигналы обычно делятся на два основных типа: дискретные и аналоговые. Дискретные сигналы похожи на выключатели, потому что они имеют только два состояния: «включено» или «выключено», «есть напряжение» или «нет». Они идеально подходят для сигнальных ламп, концевых выключателей и кнопок.
Аналоговые сигналы дают контроллеру гораздо более подробное представление о том, что происходит в системе, потому что они передают не факт, а величину, такую как температура, давление, уровень жидкости или скорость. Они похожи на регулятор громкости, который можно покрутить, а не просто щелкнуть.
Понимание различий между этими сигналами имеет решающее значение для правильной настройки автоматики. Это позволяет подключать датчики и исполнительные устройства правильно, чтобы вся система работала правильно и делала то, что от нее требуется.
Входы контроллера
Вход используется для подключения любого источника сигнала, который может передавать информацию в контроллер. Какие источники сигнала могут быть подключены к входу?
Сигнал может быть либо «нажато», либо «не нажато», то есть либо логический ноль, либо логическая единица, когда он исходит из выключателя.
Теперь мы понимаем, что вход и выход могут быть дискретными (бинарными, цифровыми или аналоговыми) или дискретными. Дискретный вход воспринимает либо единицу, либо ноль, и выключатель подключается к дискретному входу, потому что у него нет других вариантов.
Диспетентный вход может ожидать напряжения или замыкания входа на землю. Например, контроллер ОВЕН ПЛК воспринимает появление напряжения от +15 до +30 вольт на входе. Кроме того, контроллер WirenBoard ожидает, что земля (GND) появится на входе. В первом сценарии на выключатель должно быть подано +24В, чтобы при нажатии кнопки на вход контроллера поступало +24В. Во втором сценарии на выключатель должно быть подано общее минусовое напряжение, или землю, с того же модуля входов, и при нажатии кнопки это напряжение поступит на контроллер.
Кроме того, датчик движения подключается к отдельному входу контроллера. Датчик может подавать сигнал о наличии или отсутствии движения. Датчик Colt XS можно подключить следующим образом:
Два левых контакта обеспечивают +12 вольт питания датчика, а два средних контакта являются тревожным контактом. В этом случае, если нет движения, то N и С замкнуты, а если есть движение, то N и С разомкнуты. Это сделано для того, чтобы если кто-то повредит провод или повредит датчик, цепь разорвётся, что приведет к сработке сигнализации. Если на датчик не подано питание, то N
В случае с контроллерами Oven, Beckhoff и большинством других, мы должны подключить один из контактов датчика к входу контроллера, а другой контакт к входу контроллера. Если на входе контроллера есть логическая единица +24В, то все хорошо, и нет движения. Когда нет сигнала, датчик работает. Если контроллер детектирует землю, а не напряжение, как на Wirenboard, мы подключаем N к общему минусу контроллера, а С также к его входу.
Контакты T датчика — это датчики вскрытия корпуса, которые также нормально замкнуты и размыкаются при вскрытии корпуса датчика. Для датчиков охранной сигнализации тампер можно подключать последовательно клеммам сработки, а для датчиков на включение света тампер можно вообще не подключать.
Кроме того, датчик протечки воды подключается к отдельному входу. Его принцип тот же: если ничего не протекает, с датчика приходит сигнал, что означает, что он замкнут или разомкнут.
Аналоговый вход контроллера видит не только наличие или отсутствие сигнала, но и величину сигнала. Универсальный аналоговый сигнал варьируется от 0 до 10 вольт постоянного тока или от 1 до 10 вольт, а также токовый сигнал от 4 до 20 миллиампер. Почему не от ноля, а от 1 до 4 миллиампер? Чтобы определить, работает ли источник сигнала вообще. Если датчик выдаёт сигнал от 1 до 10 вольт, это означает, что он соответсвует
Датчики температуры могут выдавать от 0 до 10 вольт. Согласно паспорту датчика, если он измеряет температуру в диапазоне от 0 до 50 градусов, то 0 вольт означает 0 градусов, 5 вольт означает +25 градусов, а 10 вольт означает 50 градусов. Если датчик измеряет температуру в диапазоне от -50 до +50 градусов, то 5 вольт означает 0 градусов, а 8 вольт означают +30 градусов.
Это похоже на то, что происходит с датчиком влажности или освещённости. Мы можем увидеть диапазон измерения параметра, а затем посмотреть на выходной сигнал и определить точную величину.
Датчики температуры с выходным напряжением 0-10 вольт
Аналоговый вход измеряет величину сигнала, будь то ток или напряжение. Многие датчики выпускаются с выходами по току или по напряжению. Если нам нужно найти редкий датчик, например, уровень определенного газа в воздухе, то, скорее всего, у него будет выход либо 0-10В, либо 4-20мА. Более продвинутые датчики могут иметь интерфейс RS485, но об этом мы поговорим позже.
Обычно датчики угарного газа, природного газа (метана) и пропана подключаются к дискретному входу контроллера и подают сигнал, когда значение измеряемой концентрации газа становится опасным. Датчики уровня углекислого газа или кислорода дают аналоговое значение уровня газа в воздухе, что позволяет контроллеру сам принимать решение.
Контроллер (или ПЛК) получает сигналы от различных устройств, таких как датчики или кнопки, через свои входы и выходы. Существует два основных типа контроллеров: дискретные и аналоговые. Дискретные передают сигналы, которые показывают, что что-то включено или выключено, например, что дверь открыта или закрыта, а лампочка горит или нет. Аналоговые передают плавные изменения, например, температуру или уровень топлива в баке.
Выходы контроллера
Входы позволяют контроллеру подавать сигнал для управления.
Дискретный выход — это выход, на который контроллер может подать либо логический ноль, либо логическую единицу. Другими словами, он может выполнять функции включения или выключения.
Свет подключается к дискретному выходу без регулировки яркости.
Электрический тёплый пол также включен в отдельный выход.
Дискретные выходы контроллера включают кран перекрывания воды, электрическую розетку, вентилятор вытяжки или привод радиатора.
В зависимости от модуля дискретных выходов выход может быть релейным, что означает, что к нему можно подключить непосредственно, либо транзисторным (открытым коллектором), что требует реле для управления мощным устройством. Важно помнить, что если на выходе указано коммутируемое напряжение и ток 230 вольт 5 ампер резистивной нагрузки, это относится только к лампочке накаливания или светодиодной лампе.
При использовании выхода типа «открытый коллектор» необходимо убедиться, что коммутационные возможности выхода соответствуют току и напряжению катушки реле.
Аналоговый выход — клемма, на которую контроллер может подать сигнал не только включено-выключено, но определённое значение управления. Это те же 0-10 (или 1-10) вольт, либо 4-20 миллиампер. Далее на этот управляющий сигнал мы подключаем либо диммер освещения, либо регулятор скорости вращения вентилятора либо что-то ещё, имеющее соответствующий вход.
Управление освещением — это силовой диммер, который, используя сигнал 0-10 вольт от контроллера, обеспечивает выход от 0 до 230 вольт переменного тока для питания ламп накаливания или светодиодных ламп.
Для светодиодных лент используется ШИМ-диммер (или ШИМ-драйвер или блок питания с диммированием), он по сигналу 0-10 либо 1-10 вольт с контроллера подаёт на ленту широтно-импульсно модулированный сигнал для диммирования. Подробнее про ШИМ у меня написано здесь.
Вентиляторы регулируются тиристорным регулятором, который часто также имеет вход 0-10 вольт.
Интерфейсы контроллера
Все контроллеры имеют собственные интерфейсы связи, которые позволяют им общаться с различными устройствами. Эти интерфейсы обычно двухсторонние, что означает, что контроллер может передавать на них информацию и получать информацию о состоянии.
Интерфейк Ethernet позволяет подключаться к компьютерной сети и Интернету, что позволяет управлять мобильными приложениями или общаться с другими контроллерами. Интерфейс Wi-Fi идентичен.
Самый распространенный способ связи с различными методами — это протокол RS-485 Modbus. Это включает в себя модули расширения, вентиляторы, кондиционеры, различные исполнительные устройства и датчики.
RS-232 имеет короткую длину линии. Обычно это GSM-модемы.
Максимально просто объяснить, что такое Modbus и RS-485.
KNX — это интерфейс для связи с большим количеством различных устройств на шине KNX.
Вот общая картина входов и выходов контроллера:
Понимание входов и выходов контроллера имеет решающее значение для понимания того, как ПЛК работает в реальном мире. Все сводится к простой схеме: входы позволяют датчикам получать информацию, выходы позволяют принять решения по заложенной программе и, наконец, давать команды исполнительным устройствам.
Логично работать с разными типами данных, разделяя дискретные и аналоговые сигналы. Дискретные сигналы похожи на выключатель: либо есть напряжение (включено), либо оно нет (выключено). Аналоговые сигналы — это плавное изменение, как в ручке регулировки громкости, которое позволяет передавать точные температуры, давления или уровня.
Надежная работа любой автоматизированной системы зависит от правильного выбора и настройки этих портов. Именно благодаря им теоретическая логика программы превращается в конкретные физические действия, такие как запуск двигателя, поддержание определенной температуры или остановка конвейера в случае аварии.
