Схема подключения сигнала: Схема Подключения Сигнала Через Реле

Схема Подключения Сигнала Через Реле

В связи с тем, что Волговские сигналы потребляют больший ток 14 А , чем штатный 5 А , этот предохранитель сгорит при одновременной работе вентилятора и волговского сигнала, а также могут пострадать соответствующие дорожки на печатной плате в блоке предохранителей. Выковыривал разьемы со старой проводки от жигулей и зажимал на новый акустический кабель. Купить реле Finder можно в компании «Автоматизация Технических Систем».


Подключите один контакт мультиметра к минусу цепи, а вторым подключитесь к массе.

Благо выбор огромен, от простых недорогих двутональных с неплохим звучанием до компрессорных сигналов.
Реле четырех контактное, подключение.

Вот тут-то многие автовладельцы и задумываются про замену штатного звукового сигнала на альтернативный.

А так же сделает срабатывание сигналов четким. Правильно, для снятия нагрузки с проводки авто которая с руля идёт.

Ведь громкость и звучание штатных сигналов как на большинстве отечественных автомобилей, так и на многих иномарках оставляют желать лучшего. Если мы хотим добавить нашему сигналу убедительности, его просто необходимо заменить на что то более серьезное.

При такой проблеме работу клаксона можно будет восстановить, поскольку она не нарушена. Купил такие сигналы производства ЛЭТЗ без кронштейнов: Ставить решил за решетку радиатора, так как под капотом звук получился бы все же немного приглушенным.

Для этого надо использовать й контакт. Рассмотрим подключение противотуманок.

Установка сигнала (клаксона) через реле на Toyota CROWN S171

FakeHeader

Все, механическая часть закончилась, приступаем к электрической. Как правило, устройство клаксона располагается за решеткой радиатора двигателя, непосредственно перед основным радиаторным устройством. Как показывает практика, часто причина поломки кроется в их окислении, поэтому есть смысл зачистить контакты. Уже обжатые проводки с клеммами продаются в магазинах.

Используя данную схему можно подключить практически любое мощное устройство и управлять им небольшой красивой клавишей. Планировал спереди, взамен штатного, но болты крепления решетки открутить не удалось.

Подключение воздушного сигнала Если нужно подключить не электрический, а воздушный звуковой сигнал, порядок подключения будет практически такой же, как и описано выше.

Для этого потребуется демонтировать реле и выставить на мультиметре режим замера сопротивления. Отличие состоит в том, что провод от реле идет не на сам звуковой сигнал, а на компрессор двигатель, который подает воздух в сигнал.

Уголок размечаем по месту установки, отпиливаем, сверлим отверстия для крепления сигналов от Волги.

Этот лепесток может со временем лопнуть, иногда причину следует искать в заедании стойки нажима. Вот мы и предлагаем вашему вниманию схему подключения звукового сигнала через реле Она универсальная для большинства автомобилей, за исключением тех случаев, когда используются звуковые сигналы, которые массу получают через корпус, например волговские, для них схема несколько отличается.

Все, механическая часть закончилась, приступаем к электрической.
(легко и быстро) Волговские Сигналы на ВАЗ 2107

Как подключить через реле. Схемы

Дома предварительно подготовим крепление сигналов от Волги на основе купленного в любом магазине стройматериалов стального уголка. Вот, например, недавно отдал человеку сделанный автомобиль, и со временем у него перестал работать сигнал.

Питание подключил в цепь штатного сигнала, там стоит предохранитель на 16А, кроме сигнала от этого предохранителя питаются задние стоп-сигналы и плафоны освещения салона все это у меня на светодиодах. Ну как-то не солидно.

Бери и подключай!!! Все получилось идеально.

При этом контакты смыкаются, что опять приводит к прохождению тока через обмотку. Провода на противотуманные фары идут от блока предохранителей, но по пути они проходят через реле. Сигнал работал так, что мои уши еще долго вспоминали этот звук… Вот и все.

Все мощные потребители электричества в автомобиле например, лампы фар, стартер, бензонасос, подогрев заднего стекла, электроусилитель руля подключены через реле. С этим якорем начинает перемещаться и стержень, прогибающий мембрану, а благодаря гайке происходит размыкание контактов, что способствует прерыванию электроцепи.

Перегорела обмотка гудка. Рассмотрим установку реле на примере бензонасоса. Питание подключил в цепь штатного сигнала, там стоит предохранитель на 16А, кроме сигнала от этого предохранителя питаются задние стоп-сигналы и плафоны освещения салона все это у меня на светодиодах. Я использовал пластины, которыми крепился старый штатный сигнал.

Используя данную схему можно подключить практически любое мощное устройство и управлять им небольшой красивой клавишей. Можно подстроить звук сигналов от Волги путем вращения спец. Дополнительное реле включения сигналов Массовый провод реле контакт 86 закрепляем под фланец крепления реле к кузову автомобиля через корончатую шайбу для обеспечения электрического контакта, предварительно установив на провод наконечник с ушком крепления. Для всех остальных схема ниже.

В результате на дисплее должны появиться числовые значения. Чтобы сигналы влезли, нужно немного подпилить «дудки» на наждаке. В некоторых случаях реле может стать спасением от заводских недоработок. Верхняя накладка на решетку радиатора ставиться без проблем.
Как установить клаксон на ваз 21102 через реле

Для публикации сообщений создайте учётную запись или авторизуйтесь

В большинстве случаев они однотональные и очень тихие, и их звучанием можно спугнуть разве что воробья, а не привлечь внимание других участников дорожного движения.

Все надежно изолируем. Даже есть готовые колодки под реле с проводами!!! Поэтому все же решил поставить сигнал от ГАЗ.

В большинстве случаев они однотональные и очень тихие, и их звучанием можно спугнуть разве что воробья, а не привлечь внимание других участников дорожного движения. Если вам это принципиально то можно поставить у аккумулятора ещё одно реле которое будет включать питание при включении зажигания или устанавливать реле управления сигналами радом с аккумулятором и питающий провод будет максимально коротким.

Поломка самого клаксона. Бери и подключай!!!

В итоге на экране тестера должны быть продемонстрированы числа — при их наличии проводка целая. Вот, например, недавно отдал человеку сделанный автомобиль, и со временем у него перестал работать сигнал.

Если у вас появились подозрения касательно исправности электроцепи, нужно произвести проверку заземления контура, а также величину напряжения и тока. Если с кнопки идёт «минус» то можно смело контакты 30 и 86 запитывать вместе от аккумулятора, но не забывая что на контакты 30 и 87 провода должны быть соответствующего сечения для питания сигналов, а на управление реле можно даже «лапшу» зацепить.

Теперь издаваемый звук похож на рев носорога во время «гона». При такой проблеме работу клаксона можно будет восстановить, поскольку она не нарушена. Лишнее реле, появившееся в машине. Перегорела обмотка гудка. Все элементы, в частности, диск, стержень, якорь и прочие, посредством пружины и мембраны возвращаются в начальное положение.

Он самый Установил все к заводской проводке, поездил пару дней и понял, что так не пойдет. Поэтому, через кнопку салона подключаем управляющие провода на реле, а прямой плюс к потребителю, в нашем случае сигналу. Питание подключил в цепь штатного сигнала, там стоит предохранитель на 16А, кроме сигнала от этого предохранителя питаются задние стоп-сигналы и плафоны освещения салона все это у меня на светодиодах. Что получаем после все этого?

как подключить сигнал через реле

ремонт, устройство и схема подключения звукового гудка автомобиля, почему не работает

Звуковой сигнал или клаксон — это элемент безопасности, который должен быть рабочим в любом автомобиле. Благодаря этому устройству можно предотвратить ДТП, именно поэтому его работоспособность очень важна. Как быть, если не работает клаксон, и как подключить сигнал после ремонта? Ответы на эти вопросы вы найдете ниже.

Содержание

[ Раскрыть]

[ Скрыть]

Как устроен клаксон автомобиля?

Рассмотрим универсальную схему устройства звукового сигнала автомобиля:

1. Так называемый якорь.
2. Стержень устройства.
3. Гайка для регулировки.
4. Контргайка.
5. Первый вольфрамовый контакт клаксона.
6. Еще один контакт из вольфрама.
7. Конденсаторный элемент.
8. Сердечник.
9. Корпус, в котором заключены все компоненты.
10. Кнопка активации, расположенная на руле.
11. Резонаторный диск.
12. Мембрана.
13. Обмотка.
14. Это контакт реле.
15. Еще один якорь.
16. Обмотка реле.
17. Сигналы.

В соответствии со схемой подключения, когда водитель жмет на кнопку управления, через обмотку начинает проходить ток, который в итоге намагничивает сердечник, в свою очередь притягивающий якорь. С этим якорем начинает перемещаться и стержень, прогибающий мембрану, а благодаря гайке происходит размыкание контактов, что способствует прерыванию электроцепи. Все элементы, в частности, диск, стержень, якорь и прочие, посредством пружины и мембраны возвращаются в начальное положение. При этом контакты смыкаются, что опять приводит к прохождению тока через обмотку. Процесс размыкания контактов осуществляется при нажатии на клавишу клаксона на руле (автор видео — канал pribambas sender).

Возможные неисправности: признаки и причины

По каким признакам можно определить, что автомобильный клаксон нуждается в ремонте:

1. Рулевой гудок не работает. Когда автомобилист жмет на кнопку руля, звуковое устройство не срабатывает.
2. Устройство то работает, то нет. При нажатии на кнопку на руле клаксон сначала срабатывает, а затем исчезает.

Что касается причин, из-за которых устройство может выйти из строя, то их множество:

1. Перегорание предохранителя, расположенного в предохранительном блоке под капотом или в салоне автомобиля. При такой проблеме работу клаксона можно будет восстановить, поскольку она не нарушена. Автомобиль также может дополнительно, кроме предохранителя, иметь реле.
2. Поломка самого клаксона. Если вы заменили предохранительный элемент, но это не помогло решить проблему, то нужно проверять непосредственно сам гудок. Для этого устройство потребуется снять, а его контакты надо будет подключить напрямую к аккумулятору. При прямом подключении работоспособный клаксон сработает.
3. В некоторых случаях причина кроется в появлении короткого замыкания в электрической сети автомобиля. Замыкание может коснуться цепь подключения, поэтому сначала нужно проверить работоспособность гнезда предохранителя. Иногда гудок может некорректной работать из-за повреждения цепи и утечке тока.
4. Также причина неисправности иногда кроется в изношенных прижимных контактах, расположенных на рулевой колонке. Неисправность такого плана более характерна для отечественных автомобилей. В результате длительной эксплуатации пружины со временем начинают стираться, что приводит к тому, что импульс по ним не сможет передаваться от кнопки на сам гудок.
5. Бывает и такое, что изнашивается контактное кольцо прямо на руле.
6. Если контакты не изношены, то они могли просто окислиться. Долгое использование, а также отсутствие технического обслуживания приводят к тому, что со временем на контактах образовываются отложения. Как сказано выше, такая проблема может стать причиной затрудненной передачи сигнала для активации гудка.
7. Под ступицей руля располагаются лепестки контактов. Этот лепесток может со временем лопнуть, иногда причину следует искать в заедании стойки нажима.
8. Перегорела обмотка гудка.
9. Иногда неисправность гудка связана с повреждением электрического соединения или случайном отключении клеммы непосредственно на самом сигнале.
10. Иногда причиной неработающего сигнала может быть обрыв шлейфа на руле на авто, оборудованных подушкой безопасности (видео опубликовано каналом Учимся водить машину. Все секреты начинающим).

Диагностика и ремонт сигнала своими руками

Как проверить и произвести ремонт гудка своими руками? Для диагностики вам понадобится тестер (желательно, чтобы это был цифровой мультиметр, но при отсутствии можно использовать и обычный), обжимные щипцы, пассатижи, канцелярский нож. Приготовьте запасную проводку и сервисный мануал к машине.

Проверка с ремонтом выполняются так:

1. Проверяется работоспособность предохранителя и реле, надо найти монтажный блок. Более точная схема указана в технической документации, но обычно предохранительное устройство располагается в БП, возможна его установка в приборную панель. Найдя блок, изучите схему, нанесенную на обратную сторону его крышки, чтобы найти предохранитель. Демонтируйте устройство, которое отвечает за работу клаксона и внимательно осмотрите его — если есть разрыв цепи, это говорит о неработоспособности предохранителя.
2. Но если устройство целое, это еще не значит, что оно работоспособное. Нужно произвести его диагностику при помощи тестера. Настройте на мультиметре режим измерения сопротивления со звуком (если речь идет о цифровом тестере и в нем есть такая функция). Если же у вас аналоговый мультиметр, перед диагностикой вам надо будет произвести калибровку тестера, для этого замкните его щупы друг с другом и регулятором отведите стрелку к нулю.
   Затем прижмите щупы тестера к контактам предохранительного устройства. Если деталь рабочая, то мультиметр покажет 0 Ом, если же нет, то при отсутствии изменения на дисплее можно сделать вывод, что сопротивление слишком повышенное. Это говорит о поломке предохранителя, устройство надо заменить.
3. После этого, если предохранитель рабочий, вам надо найти блок реле, которое находится либо в моторном отсеке, либо в салоне авто — воспользуйтесь сервисной книжкой для поиска. Обычно реле располагаются в том же блоке с предохранителями. Наиболее простой вариант проверить работу реле — это поменять устройства местами с другими аналогичными деталями. В большинстве случаев реле являются взаимозаменяемыми, так что если после замены устройства гудок заработал, то можно понять, что причина заключалась в реле.
4. Также следует проверить выключатель рулевого гудка, для этого также используется тестер. Если на него не поступает питание, то разумеется, кнопка не сможет реагировать на нажатие.
5. Затем произведите диагностику работоспособности релейного переключателя. Для этого потребуется демонтировать реле и выставить на мультиметре режим замера сопротивления. Один контакт от тестера следует поднести к разъему переключателя реле, а второй подключается к минусовой клемме аккумуляторной батареи. При таком подключении помощник должен нажать на кнопку гудка. В результате на дисплее должны появиться числовые значения. Если же на экране появилась надпись Out of Limits, это свидетельствует о не рабочем состоянии выключателя, соответственно, его надо менять.
6. Не лишним будет произвести проверку непосредственно клаксона. Как правило, устройство клаксона располагается за решеткой радиатора двигателя, непосредственно перед основным радиаторным устройством. Найдя механизм, нужно определить, какой из выводов положительный, а какой — отрицательный. Чтобы точно это определить, воспользуйтесь техническим руководством. Когда вы узнаете это, подключите клаксон напрямую к аккумулятору автомобиля, это позволит проверить его работу.
   Положительный контакт подключается к плюсу, отрицательный, соответственно — к минусу. При подключении отрицательного контакта клаксон должен начать работать, если же подключение не дало результатов, то устройство не исправное.
7. Следующим этапом будет диагностика цепи. Если у вас появились подозрения касательно исправности электроцепи, нужно произвести проверку заземления контура, а также величину напряжения и тока. Определите массу, чтобы точно выявить заземление, для диагностики настройте тестер на замер сопротивления в Омах. Подключите один контакт мультиметра к минусу цепи, а вторым подключитесь к массе.
   В итоге на экране тестера должны быть продемонстрированы числа — при их наличии проводка целая. На этом этапе надо проверить и состояние контактов. Как показывает практика, часто причина поломки кроется в их окислении, поэтому есть смысл зачистить контакты.

Фотогалерея «Диагностика и ремонт»

 Загрузка …

Видео «Установка гудка через реле»

Если у вас возникла необходимость установить клаксон самостоятельно через реле, то подробная инструкция по выполнению задачи — в ролике ниже (видео снял и опубликовал пользователь pavel fender).

Была ли эта статья полезна?

Спасибо за Ваше мнение!

Статья была полезнаПожалуйста, поделитесь информацией с друзьями

Да (50.00%)

Нет (50.00%)

Прибор приемно-контрольный и управления охранно-пожарный Сигнал-20М

НАИМЕНОВАНИЕ ПАРАМЕТРА		ЗНАЧЕНИЕ ПАРАМЕТРА
Напряжение питания постоянного тока, В		10,2 … 28,0
Ток потребления, mА, не более** — без учета тока потребления оповещателей	в дежурном режиме	400
	в режиме «Пожар»	650
Количество входов питания		2
Время технической готовности прибора к работе, c		5
Количество входов подключения шлейфов сигнализации		20
Напряжение на клеммах ненагруженного входа, В		26,5 … 27,5
Ограничение тока короткого замыкания ШС, не более, mА		26,5
Сопротивление оконечного резистора шлейфа, кОм		4,7±5 %
Макс. ток потребления всех извещателей в дежурном режиме, mА	для входов типа 1 (Пожарный дымовой)	3,0
	для входов типа 2 (Пожарный комбинированный)	1,2
Максимальное допустимое сопротивление чувствительного элемента линейного теплового извещателя (термокабеля), кОм		1,5
Характеристики линии ШС:	макс. сопротивление проводов (без учета оконеч. резистора), Ом	100
	сопротивление изоляции проводов, не менее, MОм	50
Время сброса напряжения питания ШС, с		3,0
Количество выходов:	без контроля, «сухой контакт» (130 В перем. / 170В пост., 0,1 А)	3
	с контролем (10,2 … 28,0 В, 2,5 А)	4
Номинальный ток нагрузки контролируемого выхода, mА		5 … 2500
Сопротивление оконечного резистора выхода, кОм		4,7±5 %
Напряжение (отрицательное) на выключенном выходе, при подключенном оконечном резисторе, mВ		-1100 … — 2200
Ток контроля исправности линий выхода (обратный), не более, mА		-1,5
Степень защиты оболочки по ГОСТ 14254-2015		IP40
Устойчивость к механическим воздействиям по ОСТ 25 1099-83		категория размещения 3
Вибрационные нагрузки:	диапазон частот, Гц	1 … 35
	максимальное ускорение, g	0,5
Климатическое исполнение по ОСТ 25 1099-83		О3
Диапазон рабочих температур, °С		–30 … +55
Относительная влажность воздуха, % (при + 25 °С)		98
Масса прибора, кг		0,5
Габаритные размеры прибора, мм		332х177х42
Средняя наработка прибора на отказ в дежурном режиме работы, ч		не менее 80000
Вероятность безотказной работы		0,98758
Средний срок службы прибора, лет		10

Полезная информация



Полезная информация Главная | Вход для партнеров | Регистрация МЕЖДУНАРОДНЫЙ САЙТ

• О Kramer
  • Философия
  • История
  • Награды
• Решения
• Продукция
  • Каталог
  • Новинки
  • Снятые с производства
• Новости
  • Новости
  • Новости продукции
  • Видеообзор
  • Публикации
  • События
• Обучение
  • Семинары и вебинары
  • Глоссарий
  • Kramer Control
  • Запись вебинаров Kramer
• Поддержка
  • Гарантия
  • Часто задаваемые вопросы
  • Инструкции по эксплуатации
  • Программное обеспечение
  • Литература Kramer
  • Справочная информация
• Связаться с нами

ПоддержкаГарантияЧасто задаваемые вопросыИнструкции по эксплуатацииПрограммное обеспечениеЛитература KramerСправочная информация  
X

Логин:

Пароль:

Забыли пароль? Контакты | ISO | Гарантия | Обработка персональных данных Copyright © Kramer Electronics LTD. 1981—2021.

Схемы подключения пневматического сигнала

На этой страничке можно ознакомиться со схемой подключения пневматических сигналов

 

Схема установки комплекта KIT 961 Hadley

 

Схема установки комплекта KIT 964 Hadley

 

Схема установки комплектов KIT 977, 984 и 2009 Hadley

 

Профилактика соленоида в холодное время года

 

Рекомендации по установке

1). При установке звукового рожка на автомобиль, рекомендуется, размещение рожка под небольшим углом вниз для меньшего скопления влаги.

2). При установке ресивера – укрепить его таким образом, чтобы была возможность следить за показаниями манометра и сливать конденсат раз в год перед заморозками.

3). Для дальнейшего обслуживания соленоида, рекомендуется разместить его в доступном месте.

4). Рекомендуется установка компрессора в обдуваемых потоком воздуха местах для более быстрого его охлаждения после работы.

5). При монтаже системы питание на компрессор подается обязательно после замка зажигания не от +12В (от IGN2 для дилерских станций Mitsubishi). Данная схема подключения снижает возможность разряда АКБ.

Обратите внимание!

1) Компрессор включается автоматически при давлении ниже 110 psi по манометру.

2) Если компрессор работает более 6 минут, (необходимо для полного заполнения системы) убедитесь в отсутствии утечек воздуха в магистрали.

3) Использование звукового сигнала в интенсивном режиме, может привести к перегреву компрессора и выходу и строя воздушной магистрали, рекомендовано дать время на охлаждение штатного компрессора до 20-30 минут! 

Данную информацию необходимо довести до клиента:

4) Позиция №8 Гайка трубная (h25522) может быть использована всего один раз! После затяжки резьбового соединения гайка развальцовывается и при повторном использовании невозможно обеспечить герметичность системы!!! Если Вам необходимы дополнительные гайки, закажите их у Вашего поставщика.

5) Рекомендуется неменее раза в год обслуживать систему:

 

1. сливать жидкость с ресивера

2. визуальный осмотр соленоида и при необходимости его смазка

 

 

Если у Вас остались вопросы по подключению задайте вопрос специалисту по номеру:

 

                                                   +7 (495) 509-53-08

Звуковой сигнал от «Волги»

Звуковой сигнал от «Волги»

Звуковой сигнал от «Волги»  Автор Black Spider

Цитата: «На автомобилях устанавливается звуковой сигнал типа С-308 или С-309. Он находится в моторном отсеке  и крепится на кронштейне к панели рамки радиатора». В результате такого «новаторского» решения завода «всю нашу соленую слякотную зиму идет электролиз — подходящие медные провода и сама обмотка звукового сигнала просто растворяются. Это и есть причина скорой (одна, максимум — две зимы) его смерти» (С) ALER. Но у меня все произошло гораздо интереснее. Началось все с того, что в подрулевом переключателе !!!ПЕРЕТЕРСЯ!!! провод который идет на звуковой сигнал и в процессе «ремонта» бибикалка была просто убита. И решено было купить «Волговский». Купил, стал подключать, а у него вместо двух контактов, как на «классическом» — один, а второй — корпус!. По этому решено было несколько модифицировать известное решение и за одно включить сигнал через реле. Сигнал был помещен на диэлектрическую пластину из стеклотекстолита и смонтирован под запаску. Реле помещено на крепление бачка тормозной жидкости. Этим было убито сразу два зайца: во первых сведено к минимуму влияние влаги и других погодных факторов, во вторых сделана более правильное подключение. т. к. в стандартной схеме коммутировалась земля, а плюс постоянно был подан на звуковой сигнал. В принципе, если использовать более широкую диэлектрическую пластину, можно подключить и второй сигнал (ведь «Волговские» продаются комплектом: высокий и низкий тон).

Рис.1. Электрическая схема.

Рис. 2. Крепление реле.

Рис. 3. Расположение звукового сигнала.

Black Spider, 31.10.01.

* * *

Дополнение от 22.09.09, автор Русич.

Внесу и свою лепту в установку новых звуковых сигналов. По соотношению цена-громкость были куплены два разнотоновых волговских сигнала, у коих, как известно, центральный контакт-шпилька — масса, а плюс отдельно.

Все, кто ранее писал в ФАК, ставили сигналы под капот — но, господа, громкость же теряется! Я тоже долго примерялся, как из поставить на штатное место, и в итоге использовал пластиковый цилиндр для доп. вентилятора. К его стенке один над другим замечательно встали оба сигнала. А на шпильку от старого прикрутил реле — как раз чтобы не возиться с проводами старого сигнала и просто кинуть их на две ноги обмотки реле.

Красный провод одновременно соединяется с контактной группой, а второй контакт дает нам искомую напругу для сигналов.

Массу для надежности провел отдельным проводом, все зачистив и смазав УПСом (универсальная проникающая смазка (аналог WD-40), в том числе и сигналы, бо детали там из картона.

Час работы — вуаля — посередине решетки раструбами наружу гудят волговские сигналы 😉

* * *

Дополнение от 19.09.15, автор SKArt 4X4.

Установка волговских сигналов для ленивых.

Купил волговские сигналы, т. к. заводская «пищалка» удручает:

Размеры и масса сигналов поставили в тупик: сварочным ремеслом не владею, рассматривал только механо-сборочные работы. После обдумывания и прикидывания установил, как показано на фото, с использованием «П»-образного кронштейна от противотуманной фары. Подача напряжения осуществляется через обычное 4-х контактное реле.

P. S. Первая попытка установить каждую «дудку» на 2 пластины привела к слому пластин через 16 месяцев. Сейчас установил по на 4 пластины каждый сигнал.

Входные/выходные дискретные сигналы в электроэнергетике: принципы, модули и микросхемы

23 апреля 2019

Микропроцессорные устройства релейной защиты, автоматики или АСУ ТП электрических станций невозможно реализовать без модулей дискретных входов и выходов, от которых напрямую зависит взаимодействие оборудования и надежность всей системы в целом. Интегральные решения для этой цели предлагают Infineon, Maxim Integrated и Texas Instruments.

Подписаться на получение уведомлений о публикации новых статей на тему ПЛК

Область применения дискретных входов и выходов

Микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики давно не являются экзотикой и активно внедряются при строительстве или реконструкции объектов энергетики. Архитектура таких устройств в точности повторяет архитектуру программируемых логических контроллеров (ПЛК), коими они, по сути, и являются.

Ни один микропроцессорный терминал не может выполнять возложенные на него функции без развитой системы ввода и вывода данных. Сегодня речь пойдет о входных и выходных дискретных сигналах.

На физическом уровне ввод/вывод дискретных сигналов осуществляется с помощью одного (digital I/O) или двух (digital input, digital output) независимых модулей, каждый из которых объединяет некоторое количество входных или выходных ячеек. Одна ячейка – это один дискретный сигнал, то есть сигнал, который может принимать только одно из нескольких определенных заранее значений. Для организации системы релейной защиты и автоматики электрической станции или подстанции используются только дискретные логические сигналы. Они могут иметь лишь два значения: логический ноль или логическую единицу. Значение входного дискретного сигнала определяется уровнем напряжения на клеммах ячейки, а выходного – состоянием реле или ключа.

Давайте разберемся, какие данные передаются с помощью дискретных сигналов. Условно эти данные можно разделить на три группы:

• входы для получения информации о состоянии силового электрического оборудования и выходные реле для управления первичными коммутационными аппаратами;
• входы/выходы для организации взаимодействия между различными микропроцессорными устройствами релейной защиты и автоматики;
• входы устройств АСУ ТП электрических станций и подстанций для сбора информации о текущем режиме работы электроустановок и входы устройств АСУ ТП для передачи команд терминалом релейной защиты и автоматики.

Силовая, или технологическая, сторона энергетики объединяет оборудование, участвующее в производстве электричества и его транспортировке в места потребления. Сюда относятся генераторы, трансформаторы, распределительные устройства, линии электропередач и многое другое. Любой из элементов этой энергосистемы должен быть защищен от повреждения. Необходимо, чтобы аварийное оборудование отключалось как можно скорее. Идентификация повреждения может осуществляться по электрическим параметрам – значениям тока и напряжения в различных точках системы. Но существуют и другие детекторы аварий – различные технологические защиты. Это неэлектрические реле, срабатывающие под действием каких-либо иных физических факторов. Например, газовая защита трансформатора замыкает контакты тогда, когда в баке трансформатора начинается бурное образование газов, которое свидетельствует о наличии короткого замыкания внутри него; дуговая защита замыкает свои контакты под действием ярких вспышек света, характерных для искровых или дуговых разрядов на сборных шинах; реле минимального давления элегаза (гексафторид серы – SF₆) изменяет свое состояние при утечке элегаза и, как следствие, снижении качества изоляции оборудования. Существует огромное количество технологических защит, каждая из которых, срабатывая, замыкает свои контакты и тем самым посылает терминалам релейной защиты сигнал об аварийном или опасном режиме работы того или иного оборудования.

Для того чтобы создать надежную и эффективную электрическую сеть, приходится круглосуточно следить за режимом работы всех ее компонентов и, при необходимости, отключать ненужные участки или подключать дополнительные. Все эти переключения выполняются с помощью так называемых коммутационных аппаратов: силовых выключателей и разъединителей. Выключатель отличается от разъединителя тем, что первый может отключать участок, по которому протекает электрический ток, а второй – нет. Выключатели используются, в том числе, и для отключения огромных сверхтоков во время аварийных коротких замыканий. Для того чтобы включить или отключить выключатель, необходимо подать напряжение на его электромагнит включения или отключения. Через электромагнит потечет ток и создаст магнитный поток, под действием которого разблокируется механизм пружинного привода и произойдет резкое включение или отключение.

Микропроцессорные устройства, выполняющие функцию управления силовыми выключателями, воздействуют на электромагниты включения и отключения, которые представляют собой довольно большую индуктивную нагрузку. Выходные реле таких устройств могут воздействовать на электромагниты выключателей напрямую или через установленные отдельно промежуточные реле. В первом случае выходные реле должны иметь соответствующие коммутационные характеристики, которые зависят от типа коммутационного аппарата и марки его привода. Ориентировочно такие контакты должны иметь возможность пропускать ток до 30 А в течении 0,2 с, а также должны быть способны разорвать индуктивную нагрузку мощностью до 25 Вт с постоянной времени затухания 0,04 с.

Важно обладать информацией о том, включен или отключен тот или иной выключатель или разъединитель в данный момент. Конструкцией любого современного коммутационного аппарата предусмотрено наличие так называемых блок-контактов. Это контакты, предназначенные для использования в системах релейной защиты и автоматики, которые дублируют положение главных контактов. Другими словами, они замкнуты, когда выключатель или разъединитель включен, и разомкнуты в ином случае.

Система АСУ ТП электрической станции или подстанции объединяет мощные промышленные компьютеры для обработки большого количества входящей информации, средства визуализации (экраны, мониторы, мнемосхемы), а также оборудование для сбора данных, неотъемлемой частью которого являются модули дискретных входов и выходов.

Обмен информацией между различными устройствами релейной защиты и автоматики, а также передача данных в устройства АСУ ТП с помощью дискретных входов/выходов включает в себя данные о состоянии самих микропроцессорных устройств, данные о состоянии защищаемых электроустановок, а также различные управляющие логические сигналы, такие как блокировка работы, запуск защиты, запуск записи осциллограммы аварийного процесса, команда на управление коммутационными аппаратами и так далее. Источниками сигналов в данном случае выступают дискретные выходы одних микропроцессорных терминалов, а приемником сигналов – дискретные входы других микропроцессорных терминалов или устройств АСУ ТП. Передача команд от устройств АСУ ТП к терминалам релейной защиты осуществляется через дополнительные промежуточные реле.

Питание ячеек дискретных входов/выходов

Во всех описанных выше случаях контакты технологических реле, блок-контакты коммутационных аппаратов, дискретные выходы терминалов релейной защиты и автоматики и контакты промежуточных реле работают в режиме сухого контакта, а в качестве источника питания используют аккумуляторные батареи и выпрямительные блоки питания цепей АСУ ТП.

Аккумуляторные батареи совместно с выпрямительным зарядно-подзарядным устройством являются источником постоянного оперативного тока напряжением, как правило, 220 В. Такой уровень напряжения обусловлен необходимостью передачи сигналов на относительно большое расстояние для связи с силовым оборудованием, а также тяжелыми, с точки зрения электромагнитных помех, условиями работы передающих кабелей. Переменный или выпрямленный оперативный ток сегодня используется редко, ввиду того что его параметры тесно связаны с режимом основного тока электроустановки и могут серьезно ухудшаться в наиболее ответственных – аварийных – ситуациях.

Блоки питания цепей АСУ ТП представляют собой отдельностоящие выпрямители в шкафах АСУ ТП. Такие блоки питания выдают выпрямленное напряжение 24 В, позволяющее сделать модули дискретных входов/выходов более компактными и разместить на них большее количество ячеек (рисунок 1). Источники сигналов – устройства релейной защиты и автоматики – располагаются достаточно близко к оборудованию АСУ ТП, как правило – в одном помещении, поэтому отпадает необходимость использовать высокие уровни напряжения источника питания.

Рис. 1. Использование дискретных входов и выходов в электроэнергетике

Таким образом, на объектах электроэнергетики актуальными являются логические дискретные входы и выходы двух уровней напряжения постоянного тока: 220 и 24 В. Основная характеристика логических дискретных входов – это уровни логического нуля и логической единицы. Для напряжения 220 В они, как правило, составляют 0…50 В и 132…275 В, соответственно, а для напряжения 24 В – 0…5 В и 13…30 В. Наличие достаточно широкого интервала между уровнями нуля и единицы, – так называемого гистерезиса, – является неотъемлемым условием корректной работы логического входа. Гистерезис необходим для предотвращения влияния дребезга контактов – многократного появления и пропадания сигнала в течение некоторого времени после изменения состояния, а также различных кондуктивных помех и повреждений передающих кабелей. 

Требования к дискретным входам и выходам

Сегодня предприятия России производят огромное количество микропроцессорных устройств для энергетики, еще большее количество оборудования поставляется из-за рубежа. Производители используют разные технологии, компоненты и схемные решения для создания модулей дискретных входов/выходов. Однако существуют общие требования, выполнение которых обязательно для обеспечения надежной работы оборудования в условиях электроэнергетических систем. Нормативно эти требования оформлены в руководящем документе РД 34.35.310-97 «Общие технические требования к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энергосистем», разработанном РАО «ЕЭС России» в далеком 1997 году и действующем по сей день. Конечно, этот документ давно требует актуализации с учетом более глубоких знаний и накопившегося практического опыта эксплуатации микропроцессоров в энергетике. К тому же, большинство нормативных ссылок, которые используются в документе, уже давно устарело. Однако РД 34.35.310-97 позволяет понять, на что обязательно следует обращать внимание производителям и поставщикам устройств при выборе компонентов и схем для реализации модулей микропроцессорных устройств.

Давайте остановимся на некоторых из них и попытаемся привести более современные данные из актуальных источников.

Гальваническая развязка

Главной и первостепенной задачей дискретных входов/выходов является создание гальванической развязки между цепями ввода/вывода сигналов и электронной начинкой устройства. Модули ввода/вывода должны надежно отделять чувствительные блоки обработки информации от агрессивной промышленной среды электрических станций и подстанций, заполненной помехами, возмущениями, скачками и провалами токов и напряжений. Любая, даже самая агрессивная, атака не должна преодолевать барьеры модулей дискретных входов/выходов и повреждать именно эти модули, а не более сложные и дорогостоящие ЦАП, процессоры, модули памяти и прочее. Кроме того, вычислительные электронные компоненты микропроцессорных терминалов работают со своими уровнями напряжения, а напряжение модулей дискретных входов/выходов должно быть согласовано с параметрами оперативного тока, используемого на конкретном объекте.

Требования к электрической прочности изоляции

Показатели качества изоляции позволяют оценить надежность работы модулей, связанную с правильным взаимным расположением независимых ячеек входных или выходных сигналов, а также с соблюдением расстояния между ними. Качество изоляции оценивают по трем критериям:

• измеренное значение сопротивления изоляции;
• устойчивость к испытанию повышенным напряжением промышленной частоты;
• устойчивость к испытанию повышенным импульсным напряжением.

Сопротивление изоляции измеряется для каждой независимой цепи по отношению к корпусу терминала и присоединенным к нему всем остальным независимым цепям, а также между разомкнутыми контактами механических выходных реле. Здесь независимой цепью считают каждую цепь, электрически не связанную с остальными, то есть, в общем случае, каждую ячейку дискретных входов/выходов для одиночных элементов или группу дискретных входов/выходов, имеющих общий контакт, для групповых элементов. Измерения производятся мегаомметром на напряжении 500 В. Измеренное значение не должно быть менее 100 МОм.

По таким же схемам выполняется испытание изоляции повышенным напряжением. Между каждой независимой цепью, работающей с оперативным напряжением более 60 В, и корпусом с присоединенными остальными независимыми цепями прикладывается напряжение 2 кВ частотой 50 Гц в течение 1 минуты; между каждой независимой цепью, работающей с оперативным напряжением менее 60 В, и корпусом с присоединенными остальными независимыми цепями – 0,5 кВ частотой 50 Гц в течение 1 минуты; между разомкнутыми контактами механических выходных реле – 1 кВ частотой 50 Гц в течение 1 минуты. При испытании полупроводниковых выходных реле со встроенными элементами защиты от перенапряжений испытательное напряжение прикладывается к контактам реле в запертом состоянии. Величина испытательного напряжения для полупроводниковых реле не должна превышать 1,5 номинального напряжения выхода.

При проведении испытаний импульсным напряжением изоляция каждой независимой цепи должна выдерживать по три положительных и три отрицательных импульса напряжения с амплитудой 5 кВ для цепей на номинальное напряжение выше 60 В и 1 кВ для цепей на номинальное напряжение ниже 60 В. Форма испытательного импульса – 1,2/50 мкс.

Требования к помехозащищенности

Модули входов/выходов – это первый и главный барьер на пути помех, распространяющихся по электрическим цепям электрических станций и подстанций. Грамотно выполненная защита от помех с использованием соответствующих защитных схем и компонентов нивелирует деятельность помех и делает ее незаметной для персонала, эксплуатирующего терминалы релейной защиты и автоматики. Общий алгоритм испытаний на помехоустойчивость заключается в том, что с помощью специального генератора создается помеха, которая вводится в определенную точку терминала, далее фиксируется реакция подвергаемого проверке оборудования, на помеху. По результатам наблюдений оборудованию присваивается класс помехоустойчивости. Оборудование релейной защиты, автоматики и АСУ ТП электрических станций и подстанций выполняет крайне ответственные функции, поскольку как защищает отдельное дорогостоящее силовое оборудование, так и отвечает за устойчивую работу всей энергетической системы. Ввиду этого микропроцессорные терминалы, используемые в энергетике, должны соответствовать классу А помехоустойчивости. Это значит, что воздействие помех не должно вызывать заметное ухудшение качества функционирования оборудования, то есть ложные срабатывания, несрабатывания, снижение точности измерений, потерю данных, нарушение индикации, обрывы связи и так далее.

При проверке помехоустойчивости порты дискретных входов/выходов подвергаются следующему виду воздействий:

• затухающие колебательные помехи частотой 0,1…1,0 МГц с амплитудой 2,5 кВ при подключении генератора между каждой независимой цепью и корпусом терминала с подключенными к нему остальными независимыми цепями и с амплитудой 1 кВ при подключении генератора между вводами одной и той же цепи;
• микросекундные импульсные помехи с формой импульса 1,2/50 и амплитудой 2 кВ при подключении генератора между каждой независимой цепью и корпусом терминала с подключенными к нему остальными независимыми цепями и с амплитудой 1 кВ при подключении генератора между вводами одной и той же цепи;
• наносекундные импульсные помехи с амплитудой 4 кВ и частотой 5 кГц в пачках продолжительностью 15 мс с периодом следования пачек 300 мс и общей продолжительностью испытаний 1 мин для импульсов каждой полярности; генератор подключается между каждой независимой цепью и корпусом терминала с подключенными к нему остальными независимыми цепями;
• электростатические разряды величиной 8 кВ положительной и отрицательной полярности на каждый порт входа/выхода через воздушный промежуток.

Требования к скорости срабатывания выходных реле

Допустимое время срабатывания выходных реле определяется назначением этих выходных реле. Так контакты, передающие в устройства АСУ ТП данные о состоянии своего микропроцессорного терминала, могут работать с задержкой до 1 с. Дискретные выходы, формирующие информацию о состоянии защищаемого объекта, должны срабатывать не позднее чем через 0,25 с. В аварийном режиме некоторые контакты передают на верхний уровень информацию, важную для работы регистраторов аварийных событий, они должны работать не медленнее чем 0,1 с. Контакты, которые фиксируют срабатывание защит или запускают регистраторы аварийных событий на других микропроцессорных устройствах, должны срабатывать в течение 3 мс.

Отдельное внимание уделяется быстродействию контактов, выполняющих включение и отключение силовых выключателей. Выбор оптимального значения времени срабатывания релейной защиты лежит на стыке быстродействия и селективности: необходимо отключить поврежденный участок как можно скорее и, при этом, не отключить ничего лишнего.

Почему же скорость отключения выключателей так важна? Во-первых, микропроцессорные терминалы релейной защиты, как правило, выдают сигнал на отключение для того чтобы прервать аварийный режим. В таком режиме через силовое оборудование электрических станций и подстанций протекают сверхтоки короткого замыкания, которые оказывают тепловое и динамическое механическое воздействие на оборудование и могут привести к серьезным поломкам. Во-вторых, аварийные режимы сопровождаются серьезной просадкой напряжения в узлах, близких к месту короткого замыкания. На предотвращение такой просадки напряжения в короткий срок может привести к выходу электрической системы из состояния устойчивости с последующим отключением генераторов электрических станций и нарушением электроснабжения большого количества потребителей.

Почему же важно быстро включать выключатели? Значительная часть повреждений в электрических сетях имеет неустойчивый характер и способна самоустраниться через некоторое время после отключения, например, повреждение из-за падения ветки дерева на линию электропередач. Системой автоматики электрических станций и подстанций может быть предусмотрена функция автоматического повторного включения (АПВ) отключенного ранее участка электрической сети. Успешное выполнение этой функции в кратчайшие сроки позволяет избежать ухудшения показателей надежности и устойчивости всей электрической системы. Кроме того, наличие АПВ позволяет сделать отключения более быстрыми, а селективность работы защиты обеспечить повторным включением неповрежденных элементов.

На основании изложенных выше тезисов производители микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики пришли к выводу, что необходимо разрабатывать модули выходных реле с минимальным временем срабатывания, которые можно замедлить для обеспечения селективности работы защиты с помощью дополнительных таймеров, создающих выдержку времени. Некоторые режимы работы электрических сетей могут потребовать гарантированного отключения поврежденного участка в течение 0,4 с. Этот промежуток должен включать в себя время работы выключателя (как правило, не более 0,05 с). Получается, что выходной контакт должен замкнуться не позднее, чем через 0,35 с после возникновения аварийного режима. На сегодняшний день выпускаются микропроцессорные терминалы релейной защиты, способные выдать сигнал на отключение или включение в течение 0,2 с.

Требования к износостойкости выходных реле

Выходные реле должны гарантированно выдерживать до 1000 коммутаций под нагрузкой – для контактов, выполняющих управление силовыми коммутационными аппаратами, до 10 000 коммутации под нагрузкой – для контактов, действующих на дискретные входы других микропроцессорных устройств или 100 000 операций без нагрузки – для всех типов контактов.

Конструктивные решения

Как отмечалось выше, дискретные входы/выходы располагаются на электронных модулях, каждый из которых включает в себя одну или несколько групп абсолютно идентичных каскадов – входных и выходных ячеек. Количество ячеек зависит от выполняемых терминалом функций, а их конструкция и характеристики элементов зависят от условия работы конкретных входов и выходов. Каждая ячейка дискретного входа или выхода либо может быть полностью изолирована от других, либо иметь с некоторыми из них общий вход отрицательной полярности.

Дискретные входы

 

Гальваническая развязка

Основной элемент большинства ячеек дискретных входов – оптрон. Оптрон создает гальваническую развязку и надежно отделяет вычислительную схему микропроцессорного реле от внешней среды. Как правило, ячейки дискретных входов построены с использованием оптронов с транзисторным выходом. Известны примеры применения оптронов TCLT1002, IL252, SFH601 и других. Номинальный прямой ток светодиодов таких оптронов составляет порядка 10 мА. Для согласования номиналов оптрона с рабочими параметрами оперативного напряжения используют токоограничивающие резисторы, которые «гасят» большую часть подводимого напряжения или резисторные делители напряжения. Пример использования резисторного делителя напряжения показан на рисунке 2.

Рис. 2. Схема входной ячейки с делителем напряжения

Номинальные сопротивления и мощности резисторов выбирают с учетом величины напряжения источника питания. Напряжение активации дискретного входа определяется выбранным сопротивлением токоограничивающего резистора, а также может регулироваться при использовании оптронов, имеющих вывод базы транзистора, таких как IL252 (рисунок 3). В первом случае напряжение зажигания определяется током, протекающим через светодиод, а во втором – предварительным потенциалом базы транзистора.

Рис. 3. Монтажная схема оптрона IL252

В последнее время для создания гальванической развязки в цепях 24 В на смену оптронам приходят цифровые изоляторы. Это интегральные микросхемы, в которых разделение полевой и вычислительной систем происходит с помощью индуктивной (на базе импульсных трансформаторов) или емкостной (на базе конденсаторов) связи.

Ввод напряжения и защита от помех

На электрических станциях и подстанциях дискретные входы активируются постоянным напряжением 24 или 220 В. Для того чтобы устранить зависимость работоспособности ячейки дискретного входа от полярности подводимого напряжения (читай – от ошибки в процессе монтажа) некоторые производители используют диодные мосты на входе, а также оптроны с двумя светодиодами, включенными встречно-параллельно. Рациональность таких решений вызывает обоснованные сомнения. Во-первых, увеличивается энергия, рассеиваемая внутри микропроцессорного устройства. Во-вторых, наносится удар по помехозащищенности модуля. Схема входной ячейки с диодным мостом показана на рисунке 4.

Рис. 4. Схема дискретного входа с диодным мостом

Дело в том, что агрессивная электромагнитная среда электроустановок богата всплесками напряжений различной величины как положительной, так и отрицательной полярности. «Минусовые» скачки напряжения, например, могут сопровождать популярные в электроэнергетике коммутации индуктивных нагрузок. Ввиду этого надежнее было бы не расширить область работы дискретного входа в сторону отрицательных напряжений, а наоборот, принять дополнительные меры для ее предотвращения в этом диапазоне. С этой целью в схему вводят дополнительные диоды, включенные параллельно входу в обратном направлении и/или последовательно входу в прямом направлении. Схема с использованием таких диодов представлена на рисунке 5.

Рис. 5. Схема дискретного входа с защитой от напряжения обратной полярности

Для поглощения энергии импульсов помех используют конденсаторы на номинальное напряжение, несколько большее, чем входное напряжение ячейки. При выборе емкости конденсатора необходимо соблюдать баланс между помехозащищенностью и быстродействием.

Защита входов от перенапряжений и электростатических разрядов выполняется с помощью TVS-диодов или варисторов. Как правило, первые применяются для защиты ячеек на напряжение 24 В, а вторые – на напряжение 220 В. Использование варистора и помехопоглощающего конденсатора показано на рисунке 6.

Рис. 6. Схема дискретного входа с защитой от помех

Гистерезис

Гистерезис дискретного входа – это особенность реагирования ячейки на подводимое напряжение, которая заключается в наличии некоторого диапазона между напряжениями логического нуля и логической единицы. При подаче на вход ячейки напряжения из этого диапазона состояние ячейки не изменяется. Наличие гистерезиса необходимо для решения вопросов отстройки от помех, от дребезга контактов механических реле, а также для предотвращения ложного срабатывания ячейки при повреждении сигнального кабеля.

Источник оперативного напряжения на объектах электроэнергетики представляет собой аккумуляторную батарею с заземленной средней точкой. Из этого следует, что при коротком замыкании одной из жил сигнального кабеля на землю на входе ячейки может оказаться половина напряжения источника питания как при замкнутых, так и при разомкнутых контактах реле – источника сигнала (рисунок 7). Реакция ячейки на такое изменение напряжения является ложным срабатыванием и не должна иметь места в надежных устройствах.

Рис. 7. Напряжение на дискретном входе при повреждении сигнального кабеля

Гистерезис создается включением в схему компаратора с положительной обратной связью, триггера Шмитта, который управляет током, проходящим через входной светодиод оптрона (рисунок 8а) и подключен к его транзисторному выходу (рисунок 8б).

Рис. 8. Создание гистерезиса с помощью триггера Шмитта

При необходимости может быть организован контроль целостности сигнальных проводов. Для этого выполняют сдвоенные входные ячейки с разными порогами активации: рабочей (на номинальное напряжение источника питания) и контрольной (на половину напряжения источника питания). Пример контроля целостности кабеля для оперативного напряжения 220 В представлен на рисунке 9.

Рис. 9. Дискретный вход с контролем целостности сигнального кабеля

Очистка контактов вводных клемм

Для дискретных входов с небольшим номинальным напряжением, в нашем случае это 24 В, и малым потребляемым током может быть актуальна проблема образования оксидной пленки на поверхности контактов входных клемм, которая делает ячейку нечувствительной к подводимому напряжению. Наиболее простым способом решения данной проблемы стало подключение внешней резистивной нагрузки, которая увеличивает ток, протекающий через контакт, тем самым очищая его, и при этом рассеивает энергию вне корпуса терминала.

Еще один способ борьбы с оксидной пленкой заключается в использовании нелинейных электронных компонентов, сопротивление которых значительно возрастает под действием приложенного напряжения, например, позисторов. Такие элементы увеличивают токовое потребление ячейки в первый момент после подачи входного напряжения, разрушая тем самым окислы. Под действием этого тока позистор нагревается и его сопротивление значительно возрастает, снижая общее потребление ячейки.

Для более высоких напряжений такая проблема теряет актуальность, потому что оксидная пленка не создает препятствий для напряжения 220 В.

Дискретные выходы

Коммутационный элемент

Конструкция ячеек дискретных выходов во многом определяется требованиями к их коммутационным характеристикам. Сегодня широко используются выходы с электромеханическими и твердотельными релейными элементами, а также встречаются комбинированные варианты.

Электромеханические реле способны пропускать большие токи и хорошо подходят для коммутации мощных индуктивных нагрузок, таких как соленоиды управления выключателями и катушки промежуточных реле. К недостаткам таких реле можно отнести механический износ и износ под воздействием электрической дуги, зажигание которой имеет место при каждой коммутации элемента. Качество работы электромеханических реле можно повысить, используя в схеме элементы с двойным разрывом или два включенных параллельно электромеханических реле с контактами разного типа. Одна пара контактов отличается увеличенным воздушным зазором и выполняется из более устойчивого к дуге материала, например, вольфрама. Вторая, серебряная, пара контактов обладает лучшими проводящими свойствами. В момент коммутации первыми замыкаются или последними размыкаются дугогасительные вольфрамовые контакты, однако большая часть тока нагрузки протекает через основные, серебряные, с наименьшим рассеянием мощности. Известно использование в терминалах релейной защиты и автоматики электромеханических реле типа ST, DS-P, JS, G6RN, V23061 и другие.

Полупроводниковые реле представляют собой ключи на базе MOSFET- или IGBT-транзисторов. Они не вызывают зажигание дуги во время коммутаций, но не способны длительное время пропускать большие токи без использования дополнительных радиаторов для охлаждения. Область применения таких реле, как правило, ограничивается активацией дискретных входов других устройств, однако развитие силовой электроники позволяет возлагать большие надежды на такие ключи. Так, некоторые из них уже сегодня используются для управления маломощными промежуточными реле. В качестве примеров используемых транзисторов можно привести 40E120 или IXYS05N100.

Интересным вариантом является совмещение преимуществ обоих типов реле в одной выходной ячейке. Так, полупроводниковые реле выполняют бездуговую коммутацию, а электромеханические – берут на себя основную токовую нагрузку. Схема выходной ячейки, представляющей собой комбинацию электромеханического и полупроводникового реле, показана на рисунке 10.

Рис. 10. Схема ячейки дискретного выхода комбинированного типа

Драйверы

Управление как электромеханическими, так и полупроводниковыми реле осуществляется с использованием оптронов транзисторного типа. Выходное напряжение оптронов должно быть достаточным для срабатывания реле. Как правило, оно соответствует удобному для работы вычислительной системы напряжению величиной 5 В. Оптрон создает надежную гальваническую развязку, отделяя элементы ячейки дискретного выхода от начинки микропроцессорного терминала.

Защитные элементы

Защита от перенапряжений выполняется с помощью варисторов или TVS-диодов. Такая защита необходима для предотвращения перекрытия изоляционного промежутка между контактами электромеханических реле или пробоя полупроводниковых реле, которые могут не только повредить сам релейный выход, но и стать ложным сигналом перехода дискретного выхода в замкнутое состояние. Кроме того, срезание импульсов перенапряжений сокращает время гашения дуги во время коммутаций электромеханических реле.

Защита от подачи напряжения обратной полярности необходима в большей степени входам с использованием полупроводниковых ключей. Предпочтительным в данном случае является использование диодов, включенных последовательно, а не параллельно. Это объясняется тем, что диод, включенный в параллель, при подаче напряжения обратной полярности или под действием довольно мощной помехи обратной полярности ведет себя как ключ, который всегда открыт.

Пример использования варистора и включенного встречно-последовательно диода для защиты ячейки дискретного выходного сигнала показан на рисунке 11.

Рис. 11. Защита ячейки дискретного выхода

Дискретные входы/выходы от Infineon

Компания Infineon предлагает семейство интегральных схем ISOFACE. В линейке представлены 8-канальные модули дискретных входов, такие как ISO1I811T и ISO1I813T, а также выходов: ISO1H801G, ISO1H811G, ISO1H812G, ISO1H815G, ISO1H816G, ISO1H801G, ISO2H823V2.5.

Все модули входов и выходов ISOFACE обеспечивают надежную гальваническую развязку между вычислительными цепями микроконтроллера 2,5 В или 3,3/5 В и рабочим напряжением входных ячеек 24 В. Развязку создают цифровые изоляторы на базе импульсных трансформаторов. Такое решение, по сравнению с оптронами, позволяет:

• снизить мощность рассеяния модуля в 2,5 раза;
• увеличить частоту дискретизации до 500 кГц на канал;
• уменьшить габариты модуля в 4 раза.

Микроконтроллер подключается к модулям с помощью последовательного SPI-интерфейса или параллельного 8-битного интерфейса. ISO1I813T, ISO1H812G, ISO1H816G поддерживают проверку SPI-интерфейса циклическим избыточным кодом.

Модули входов ISO1I81XT

Компоненты модулей дискретных входов имеют малый температурный дрифт и способны выполнять свои функции при температуре до 135°С.

Для защиты входов от электромагнитных помех используют регулируемые помехоподавляющие фильтры. Схемой ISO1I811T предусмотрено наличие джампера для выбора одного из четырех возможных вариантов фильтра. В ISO1I813T есть возможность программно настроить фильтр для каждого входного канала.

Модуль ISO1I813T позволяет настраивать синхронный захват сигналов нескольких его входов. Эта функция может быть полезной для организации защит или блокировок, для которых необходимо одновременно контролировать состояние нескольких входных дискретных параметров.

Производителями предусмотрена возможность диагностики обрыва проводов, подключенных ко входам модуля, а также контроль наличия напряжения питания. При диагностировании снижения напряжения питания ниже допустимого уровня значения входных сигналов считаются недействительными, и система переходит в аварийный режим работы или отключается.

Характеристики модулей дискретных входов семейства приведены в таблице 1. Блок-схема и типовой вариант подключения интегральной схемы ISO1I813T показаны на рисунке 12, а печатная плата с использованием ISO1I813T показана на рисунке 13.

Таблица 1. Характеристики модулей входных сигналов ISO1I81хT

Параметр	ISO1I811T	ISO1I813T
Входное напряжение, В	24	24
Напряжение микроконтроллера, В	3,3/5	3,3/5
Интерфейсы подключения микроконтроллера	Последовательный, параллельный	Последовательный, параллельный
Максимальная частота дискретизации, кГц	125	500
Настройка фильтра помех	Механическая	Программная
Допустимое напряжение гальванической развязки, В	5000	5000
Поддержка внешнего источника питания	–	+
Контроль наличия напряжения питания	–	+
Диагностика обрыва сигнального провода	Поканальная	Поканальная
Размеры модуля, мм	8×12,5	8×12,5

Рис. 12. Блок-схема и типовой вариант подключения ISO1I813T

Рис. 13. Печатная плата с двумя ISO1I813T

Модули выходов ISO1H8ххG и ISO2H823V2.5

Переключение выполняют ключи на базе MOSFET-транзисторов. В зависимости от типа модуля, его выходные ячейки способны выдерживать токовую нагрузку до 1,2 А.

Выходы модулей надежно защищены от короткого замыкания в сигнальных кабелях. При диагностировании перегрузки или перегрева переключающего транзистора происходит отключение аварийного выхода до его разрушения. Одновременно происходит контроль напряжения источника питания. При его снижении до уровня менее допустимого все выходы блокируются, и система переходит в аварийный режим работы или отключается.

Для защиты транзисторов от коммутационных перенапряжений используют TVS-диоды.

Характеристики модулей дискретных выходов семейства приведены в таблице 2. Блок-схема и типовой вариант подключения интегральной схемы ISO18ххG показаны на рисунке 14.

Таблица 2. Характеристики модулей выходных сигналов ISO18ххG

Параметр	ISO1801G	ISO1811G	ISO1812G	ISO1815G	ISO1816G
Напряжение переключения, В	11…35	11…35	11…35	11…35	11…35
Допустимый ток, А	0,6	0,6	0,6	1,2	1,2
Напряжение микроконтроллера, В	5	3,3/5	3,3/5	3,3/5	3,3/5
Интерфейс подключения микроконтроллера	Параллельный	Параллельный	Последовательный	Параллельный	Последовательный
Допустимое напряжение гальванической развязки, В	5000	5000	5000	5000	5000
Контроль наличия напряжения питания	–	+	+	+	+
Контроль перегрева транзистора	–	+	+	+	+
Размеры модуля, мм	16×14	16×14	16×14	16×14	16×14

Рис. 14. Блок-схема и типовой вариант подключения ISO18ххT

Промышленные цифровые входы и выходы от Maxim Integrated

Компания Maxim Integrated предлагает интегральные схемы для организации дискретных входов и выходов без гальванической развязки. Сюда относятся модули входов MAX22190, MAX22191, выходов MAX14912 и универсальный модуль MAX14914. Такие схемы используются совместно с цифровыми изоляторами (например, MAX14483) или другими компонентами, обеспечивающими развязку полевой и вычислительной систем.

Все схемы обладают высокой помехозащищенностью. Защита от перенапряжений построена на TVS-диодах и надежно работает в диапазоне напряжений -60…+60 В (при рабочем напряжении 24 В).

Одноканальный цифровой вход MAX22191

MAX22191 преобразует входное напряжение 24 В в ток 2,4 мА, подходящий для управления некоторыми типами оптронов. Мощность, потребляемая оптроном, отбирается из входного сигнала. Скорость срабатывания входа не превышает 250 нс. Схема подключения MAX22191 показана на рисунке 15.

Рис. 15. Схема подключения MAX22191

8-канальный цифровой вход MAX22190

Модуль MAX22190 служит для передачи сигналов 24 В в логику ПЛК 3,3/5 В по последовательной SPI-связи. MAX22190 предназначен для подключения к ПЛК с гальванической развязкой на входе. В противном случае необходимо использовать дополнительные цифровые изоляторы или модуль MAX22192. Этот модуль имеет аналогичную с MAX22190 схему и дополнен емкостными изоляторами на выходах для SPI-подключения.

Для защиты от помех схема оборудована программируемыми фильтрами. Параметры фильтров выбираются индивидуально для каждого канала. Скорость срабатывания входа зависит от установленных параметров фильтра.

Возможности системы диагностики включают в себя локализацию обрыва питающих проводов, контроль наличия напряжения питания, проверку циклическим избыточным кодом и многое другое. Схема подключения MAX22190 показана на рисунке 16.

Рис. 16. Схема MAX22190

8-канальные цифровые выходы MAX14912 и MAX14913

Интегральные схемы MAX14912 и MAX14913 представляют собой комплект MOSFET-транзисторов, которые работают в режиме ключей высокого уровня, а также могут быть настроены на работу в двухтактном режиме. Сопротивление каждого транзистора в открытом состоянии при токе нагрузки 0,5 А и температуре 125°С не превышает 230 мОм. Время переключения при работе в режиме ключа высокого уровня не превышает 0,1 мкс.

Для подключения ПЛК к MAX14912 используется параллельный или последовательный PSI-интерфейс. MAX14913 работает только с последовательным. Для подключения к микроконтроллерам необходимо использовать цифровые изоляторы.

Схемы MAX14912 и MAX14913 снабжены системами распознавания обрыва проводов нагрузки, детектирования слишком высокого или слишком малого напряжения на выходе, а также контролируют ток и температуру компонентов. Активные демпферы без потерь ускоряют отключение больших индуктивных нагрузок. Схема MAX14912 показана на рисунке 17.

Рис. 17. Схема MAX14912

Универсальный модуль MAX14914

MAX14914 – это одноканальная интегральная схема на базе MOSFET-транзисторов. MAX14914 может выполнять функцию как дискретного входа, так и дискретного выхода в режиме ключа высокого уровня или в двухтактном режиме. Модуль пригоден для работы с напряжением до 40 В. Максимальный допустимый сквозной ток транзисторов в режиме ключа высоко уровня – 1,3 А. Сопротивление в открытом состоянии не превышает 240 мОм при температуре 125°С. Схема MAX14914 показана на рисунке 18.

Рис. 18. Схема MAX14914

Интеллектуальные дискретные входы MAX14001 и MAX14002

Еще одно решение от Maxim Integrated для организации дискретных входов – это изолированные одноканальные АЦП MAX14001 и MAX14002. Эти АЦП непрерывно оцифровывают значения напряжения на входе модуля и передают их в вычислительную систему устройства. Далее полученные величины сравнивают с запрограммированными заранее пороговыми значениями и делают вывод о состоянии дискретного входа. Таким образом можно создать дискретный вход с напряжением питания до 500 В.

Гальваническая развязка, способная выдерживать напряжение до 3,75 кВ, организована на выходе компаратора, а также на встроенном DC/DC-преобразователе. Встроенный DC/DC-преобразователь может питать все схемы полевого уровня, что позволяет проводить их диагностику даже в момент отсутствия входного сигнала.

Конфигурирование и считывание оцифрованных значений осуществляется через последовательный SPI-интерфейс.

Схемы MAX14001 и MAX14002 имеют встроенный пусковой компаратор. Он управляет током через внешний транзистор и создает пусковой импульс для очистки контактов и ослабления кондуктивных помех. Значение и длительность пускового тока настраиваются в MAX14001 и являются фиксированными значениями в MAX14002.

Схема подключения MAX14001 и MAX14002 показана на рисунке 19.

Рис. 19. Схема подключения MAX14001 и MAX14002

Дискретные входы ISO1211 и ISO1212 от Texas Instruments

Одноканальные (ISO1211) и двухканальные (ISO1212) микросхемы предназначены для использования в качестве дискретных входов с напряжением питания 24 В. При использовании дополнительных внешних токоограничивающих резисторов диапазон входных напряжений может быть увеличен до 300 В. Изоляция вычислительного уровня от полевого происходит за счет емкостных цифровых изоляторов. Микросхемы включают в свой состав встроенные ограничители тока для уменьшения мощности рассеяния. ISO1211 и ISO1212 предназначены для работы с микроконтроллерами с 2,5/3,3/5-вольтовой логикой. Использование TVS-диодов на входе защищает компоненты от скачков напряжения ±60 В. Схема подключения ISO1211 показана на рисунке 20.

Рис. 20. Схема подключения ISO1211

Заключение

Модули дискретных сигналов – важный элемент любого микропроцессорного устройства релейной защиты, автоматики или АСУ ТП электрических станций и подстанций. Условия, в которых приходится работать дискретным входам и выходам, предъявляют ряд специфических требований к набору, типам и параметрам применяемых компонентов. Производителям оборудования следует уделять пристальное внимание качеству своих входных и выходных каскадов, ведь именно они определяют, насколько надежно оборудование будет взаимодействовать между собой. Надежность работы каждого модуля определяет надежность работы всей системы релейной защиты и автоматики электроустановок.

Литература

1. РД 34.35.310-97. Общие технические требования к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энергосистем. М., ОРГРЭС, 1997, 36 с.
2. В. И. Гуревич. Уязвимости микропроцессорных реле защиты: проблемы и решения. Инфра-Инженерия, М., 2014
3. В. И. Гуревич. Микропроцессорные реле защиты. Устройство, проблемы, перспективы. Инфра-Инженерия, М., 2011
4. В. И. Гуревич. Прогресс в области конструирования микропроцессорных устройств релейной защиты. Электроматика Инфо.
5. М. Арсеньев. Дискретные входы цифровых устройств центральной сигнализации.

•••

Наши информационные каналы

Электрические схемы ПЛК

| Методы подключения цифровых сигналов ПЛК

На технологической установке управление включением / выключением осуществляется через ПЛК или РСУ.

На рисунке ниже представлен обзор одной дискретной / цифровой (вкл. / Выкл.) Схемы, показывающий весь процесс от подачи питания через датчик до ПЛК.

Методы подключения цифровых сигналов ПЛК

На рисунке выше датчик уровня установлен на емкости. Переключатель контролируется модулем цифрового ввода ПЛК.Цепь получает питание через автоматический выключатель (CB2) в силовой панели приборов.

Основное питание подводится к распределительной панели, где мощность делится, запитывая несколько цепей с предохранителями. Предохранитель 03FU — это главный предохранитель отключения, а остальные предохранители — распределительные. Предохранитель 06FU питает нашу схему.

Горячий (находящийся под напряжением) провод 06A проходит в полевую распределительную коробку (FJB) как один провод в многожильном кабеле. Этот кабель, иногда называемый homerun или основным кабелем, разрывается в полевой распределительной коробке (FJB), где в этом примере два неэкранированных кабеля витой пары подводятся к оконечному устройству LSH-47.

Остается один запасной провод. Горячий провод 06A попадает на клемму + контакта формы — A и переключается на клемму H, чтобы запитать электронику реле уровня.

Номер провода меняется на контакте реле на 06B. Этот провод передает сигнал обратно на FJB, где сигнал передается обратно в оконечный шкаф через многожильный кабель homerun.

Там сигнал и нейтраль соединяются и передаются в модуль ПЛК. Обратите внимание, что обратный нейтральный провод, обозначенный 02N (поскольку это обратный провод для CB2), разделен на ПЛК и переключатель уровня.

ПРИМЕЧАНИЕ: Всегда рекомендуется использовать витую пару при подключении к системе ПЛК. Кабели с витой парой обладают превосходной помехоустойчивостью, что особенно полезно при подключении к нагрузкам с высоким импедансом, например, к модулям ввода-вывода ПЛК / РСУ.

Нагрузка с высоким импедансом может быть особенно чувствительной к шуму, поскольку сопутствующий ток очень мал, а объем выполняемой работы минимален.

Вот и все, в двух словах. Ниже приводится комментарий по вопросам подключения, связанным с сигнальной проводкой ПЛК / РСУ.

а. Погрузка и добыча

Термины «опускание» и «источник» используются для описания того, как конкретный компонент в цепи относится к потоку энергии. Эти термины фактически восходят к временам транзисторной логики.

Транзистор можно рассматривать как простой переключатель для этого обсуждения (рисунок ниже).

DC (+) — положительный полюс постоянного тока, DCC — общий постоянный ток

Для этого типа транзистора требуется небольшое сопротивление на коллекторе (верхняя сторона) для ограничения тока.

В примере Case 1

резистор установлен, нагрузка показана последовательно с эмиттером транзистора. Когда транзистор проводит, ток течет через резистор, транзистор, а затем через нагрузку.

Эта схема мало использовалась, потому что ток делится по внутренней схеме, оставляя меньше энергии для управления нагрузкой и повышения температуры в модуле ввода-вывода.

Корпус 2

Это более типичная схема источника питания, в которой выход ПЛК, отключаясь, переключает ток полной нагрузки для управления нагрузкой.Когда выход включается, транзистор проводит, заставляя большую часть тока шунтировать через него, истощая нагрузку и тем самым обесточивая ее.

Обратной стороной этой конфигурации является то, что небольшой ток утечки будет продолжать присутствовать через нагрузку, поскольку определенное количество тока будет продолжать проходить через нагрузку, хотя, как правило, недостаточно, чтобы заставить нагрузку оставаться под напряжением. Однако при поиске и устранении неисправностей на обесточенной нагрузке будет обнаружено небольшое напряжение.

В примере 3:

нагрузка — коллекторный резистор. Когда транзистор проводит, нагрузка находится под напряжением. С точки зрения электроники платы это лучшая конфигурация, поскольку большая часть тепла рассеивается нагрузкой.

Обратной стороной этой конфигурации является то, что «переключение нейтрали» противоречит интуиции и может быть небезопасным, поскольку полное напряжение присутствует как на положительной, так и на отрицательной клеммах нагрузки, когда она обесточена.

По этим причинам Вариант 2 стал наиболее распространенной выходной конфигурацией. Эту концепцию опускания / снабжения можно распространить на любую схему.

г. Защита цепи (предохранитель)

Большинство модулей ввода / вывода имеют внутренние предохранители. Однако это не так много значит для пользователя. Хотя внутренний предохранитель ограничивает повреждение самого модуля, в большинстве случаев модуль все же необходимо отправить на завод для ремонта. Так что конечный результат для пользователя тот же — сломанный модуль.

В результате рекомендуется добавлять внешние предохранители к каждой точке ввода / вывода с номиналом чуть ниже номинала предохранителя на печатной плате модуля. Хотя это ограничивает размер нагрузки, которая может приводиться в действие непосредственно модулем, внутренний предохранитель и модуль защищены.

Осторожно: Если дискретные выходы с внутренними предохранителями встроены в цепочки блокировки или если они находятся в цепях, которые зависят от нормально замкнутых контактов для инициирования действий безопасности, то следует использовать другой тип модуля, который не используется.

Или могут быть развернуты промежуточные реле. Возможно, чтобы точка ввода / вывода работала нормально (например, замыкала контакты и сообщала программе, что она их замыкала), но при этом не пропускает питание из-за перегоревшего внутреннего предохранителя.

г. Цепи цифрового входа (DI) Модули

цифровых входов (DI) постоянно сканируют свои точки входа на наличие или отсутствие напряжения. Если напряжение присутствует, в ячейку памяти записывается 1. Если напряжение отсутствует, там пишется 0.

Требуемый тип и величина напряжения — это два фактора, которые отличают один модуль DI от другого.

Большинство точек DI имеют высокий импеданс, что сводит к минимуму количество потребляемого тока и поэтому оказывает относительно небольшое влияние на систему распределения мощности.

Каждую точку цифрового входа можно рассматривать как лампу, которая либо горит, либо гаснет. Модули DI могут быть электрически изолированы точка-точка, или они могут быть сгруппированы посредством внутренней шины ввода / вывода.

Большинство модулей сегодня сгруппированы, поскольку группировка обеспечивает более высокую плотность. Как мы видели, плотность точек до 32 точек на модуль является обычным явлением в сгруппированной конфигурации.

На рисунке ниже показаны два разных модуля DI. Первый модуль имеет внутреннюю шину со стороны постоянного тока (+) цепи. Затем точка ввода-вывода передает питание полевому устройству.

Этот тип модуля называется модулем поиска. Эта конфигурация необычна. Переключение общей стороны в полевых условиях обычно не выполняется.

Если модуль подключает внутреннюю шину к общей стороне цепи постоянного тока, то модуль считается потребляющим модулем.

Точка ввода-вывода завершает путь к общему постоянному току. Эта конфигурация используется в подавляющем большинстве случаев, поскольку она позволяет индивидуально подключить каждую точку ввода / вывода рядом с источником питания до того, как питание будет распределено на полевое устройство.

В любом случае ток течет в одном и том же направлении через полевой переключатель.

г.Цепи цифрового выхода (DO)

Контакты реле считаются устройствами вывода, потому что они заставляют другие устройства реагировать на изменение состояния. Цифровые выходы ПЛК можно рассматривать как релейные контакты.

Во многих случаях это именно то, чем они являются. В других случаях переключающий элемент может быть каким-то твердотельным устройством. Даже в этом случае аналогия с реле работает до тех пор, пока разработчик не забывает учитывать ток утечки.

Модули

DO включают и выключают напряжение, чтобы вызвать изменение состояния внешнего устройства.Эти модули бывают «изолированными» или «неизолированными». Если модуль неизолирован, то он либо тонет, либо источник.

1. Изолированные схемы дискретных выходов

Изолированная цепь дискретного вывода — это цепь, в которой источник питания может быть изолирован между точками ввода / вывода. Источник не имеет внутренней шины. Стоимость — два терминала на точку, так что это дорого.

Есть три источника увлажненной энергии, причем точки 1, 2, 4, 5 и 6 изолированы от точки 3 и точек 7 и 8.

В этом примере переменный ток подается в точку 3, а сигналы постоянного тока — в остальных точках. Это демонстрирует возможности. На практике рекомендуется разделить сигналы постоянного и переменного тока, если это вообще возможно.

2. Неизолированные цепи DO

Как и в случае с модулем DI PLC, плотность точек является важной характеристикой модулей DO. Как видно на изолированном модуле на рисунке, изоляция имеет свою цену.

16-контактный модуль имеет плотность точек всего восемь, поскольку для каждой точки требуется два терминала.Путем внутренней разводки общей шины можно значительно повысить плотность точек.

Однако в результате получается неизолированный модуль, который накладывает ограничения на разработчика. Источниками питания необходимо управлять. В большинстве случаев это не проблема, поскольку возможно расширение мощности ввода-вывода ПЛК на полевое устройство.

Однако, если полевое устройство должно генерировать свой собственный сигнал, тогда в схему необходимо добавить промежуточное реле, чтобы обеспечить изоляцию.

На рисунке выше показаны два разных цифровых модуля вывода.Первый соединяет внутреннюю шину со стороны постоянного тока (+) цепи. Затем точка ввода-вывода обеспечивает путь к источнику питания, что делает ее модулем источника.

Если модуль соединяет общую сторону цепи постоянного тока, как показано на рисунке выше, пример 1, то модуль считается принимающим модулем. Точка ввода-вывода завершает путь к общему.

Этот тип модуля сегодня используется редко из-за коммутации с общей стороны. Пример 2 гораздо более распространен, поскольку в нем переключающее действие опережает нагрузку с точки зрения протекания тока.

Если вам понравилась эта статья, подпишитесь на наш канал YouTube с видеоуроками по ПЛК и SCADA.

Вы также можете подписаться на нас в Facebook и Twitter, чтобы получать ежедневные обновления.

Читать дальше:

Блокировки электродвигателей с ПЛК

Сименс ПЛК Компаратор Логика

Релейная логика управления клапаном ПЛК

Что такое контур уплотнения?

РСУ против архитектуры ПЛК

Методы подключения аналоговых сигналов ПЛК

| Электропроводка ПЛК

В отличие от дискретной / цифровой (вкл. / Выкл.) Схемы, аналоговые сигналы меняются в диапазоне напряжения или тока.Если взять тот же сосуд, который описан ранее в примере цифровой проводки, как изменится проводка, если мы заменим выключатель датчиком уровня?

Методы подключения аналоговых сигналов ПЛК

На приведенном ниже рисунке показана та же панель автоматического выключателя, но теперь она питается от источника постоянного тока.

Блок питания может быть в собственном шкафу или в распределительной панели. В любом случае мощность постоянного тока распределяется в распределительной панели. Один предохранитель может питать несколько цепей, или каждая цепь может быть предохранена.

На датчик подается +24 В постоянного тока на его положительный вывод. Токовый сигнал 4–20 мА поступает от клеммы (-) преобразователя к ПЛК.

Кабель — витая пара, экранированный. Сигнальный кабель пронумерован номером передатчика, а провода внутри пронумерованы для предоставления информации об источнике питания.

Экран заканчивается на распределительной панели, где все экраны собираются и подключаются к клемме заземления, изолированной от шкафа.Примечание. Следует проявлять осторожность, чтобы экран был заземлен только в одной точке.

Экраны, заземленные более чем в одной точке, могут вызывать сильные всплески шума на сигнал. Это состояние называется контуром заземления, и его может быть очень сложно изолировать, поскольку проблема носит прерывистый характер.

«Тихое» заземление следует использовать для заземления всех экранов в одной точке. Бесшумное заземление — это заземление, которое либо связано с выделенной триадой заземления, либо к центральному отводу изолирующего трансформатора.

Заземление с шумом — это заземление, которое физически расположено далеко от трансформатора, и заземление, обслуживающее двигатели, освещение или другие шумные предметы. Это основная двухпроводная схема аналогового ввода.

Ниже приводится некоторая конкретная информация о различных аналоговых возможностях:

а. Защита цепи (предохранитель)

Аналоговые цепи всегда имеют низкое напряжение, обычно 24 В постоянного тока. В результате предохранители отдельных аналоговых цепей не требуются для безопасности персонала.Кроме того, большинство модулей аналогового ввода / вывода имеют встроенные схемы ограничения тока.

Таким образом, предохранители для защиты модулей обычно не требуются. Если эти два условия верны — и разработчик должен подтвердить это производителю, — то при желании можно избежать точечного предохранения.

Если проектировщик хочет сэкономить деньги, не соединяя каждую точку, то следует рассмотреть возможность группировки цепей в зоны контроля повреждений.

Например, , если есть пара насосов, основной и резервный, приборы для этих двух должны быть в отдельных группах предохранителей, чтобы один сгоревший предохранитель не вынул их обоих.Для получения дополнительной информации см. Разделение ввода-вывода в указателе.

г. Помехоустойчивость

Аналоговые схемы восприимчивы к электронным помехам. Если, например, аналоговый кабель проложен рядом с высоковольтным кабелем двигателя, то аналоговый сигнальный кабель будет действовать как антенна, улавливая магнитные шумы, создаваемые двигателем.

Существуют и другие источники шума, например радиочастотное (РЧ) излучение рации. Шум в кабеле аналогового сигнала может вызвать ошибки при считывании значения сигнала, что, в свою очередь, может вызвать множество проблем в системе управления.

Некоторые способы уменьшения шума включают:

• Кабели витой пары:

Электронный шум можно значительно снизить за счет использования кабеля с витой парой. Большинство инструментов используют два провода для передачи сигналов. По одному проводу ток течет к устройству, а по другому — обратно.

Если эти провода скручены, индуцируемый шум будет почти одинаковым для каждого провода.

Величина индуцированного потока тока одинакова в каждом проводнике, но он распространяется в противоположных направлениях, тем самым подавляя большую часть шума.

• Экранирование:

Еще одним усовершенствованием подавления шума является экранирование, т. Е. Использование заземленной оплетки или экрана из фольги вокруг проводников. Как упоминалось ранее, экран никогда не следует заземлять более чем в одном месте, чтобы избежать контуров заземления.

Большинство производителей приборов рекомендуют заземлять экран полевого прибора. Однако лучше сделать это на панели сортировки.

Проверять и управлять территориями проще, если они находятся в одном месте.Кроме того, в этой точке можно обеспечить хорошее заземление.

• Трубопровод:

Последним усовершенствованием подавления шума является заземленный металлический кабелепровод. Это требуется редко, за исключением кабелей передачи данных и особо ответственных цепей.

г. Датчик температуры сопротивления (RTD)

RTD изготавливается из специального куска провода, электрическое сопротивление которого изменяется предсказуемым образом, когда провод подвергается воздействию различных температур.

В качестве материала сегодня выбирают платину с сопротивлением 100 Ом, хотя иногда используются и другие типы, например медь с сопротивлением 10 Ом.Для платинового RTD номинальное сопротивление составляет 100 Ом при 0ºC.

Сопротивление изменяется при изменении температуры очень мало, вызывая колебания напряжения в диапазоне милливольт.

RTD подключены к схеме моста Уитстона, которая настроена на RTD. Но эта настройка происходит на стенде.

А как насчет полевой среды? Мы уже обсуждали трудности линейного затухания, присущие милливольтным сигналам (глава 4). Эта проблема решается в цепи RTD за счет использования одного или двух входов считывания.

Эти входы помогают свести на нет влияние потерь в меди из-за длинных линий и колебаний температуры вдоль них и являются дополнительными проводами, которые должны быть включены в кабель RTD, отсюда и термины трех- и четырехпроводные RTD.

г. Термопара

Как мы уже обсуждали, термопара использует электродвижущую силу (ЭДС), возникающую в результате изменений температуры, воздействующих на два разнородных металла, которые были соединены вместе.

Эта ЭДС проявляет себя как сигнал милливольт (постоянный ток).Когда соединяются определенные комбинации этих разнородных металлов, получается предсказуемая кривая зависимости температуры от напряжения по мере изменения температуры на стыке.

Сигнал измеряется на открытом конце двух проводов, и шкала милливольт на градус используется для преобразования напряжения в технические единицы.

Таким образом, термопара

представляет собой двухпроводное устройство. Он чувствителен к излучаемым и наведенным шумам, поэтому обычно его помещают в экранированный кабель, если он протягивается на очень большое расстояние.Сигнал термопары также подвержен ухудшению из-за потерь в линии, поэтому желательно минимизировать длину кабеля.

Также важно использовать правильный удлинительный провод. Термопара обычно поставляется с коротким кабелем, к которому должен быть прикреплен удлинительный провод. Если другой материал провода, например медь, используется для распространения сигнала на ПЛК, создается ложный «холодный спай», который вызывает обратную ЭДС, которая частично подавляет сигнал.

Следовательно, следует использовать соответствующий удлинительный провод, либо необходимо установить устройство, называемое компенсатором холодного спая, или опорой точки замерзания между медной проводкой и проводкой термопары.

Модули ввода-вывода

для термопар уже имеют встроенную компенсацию холодного спая, поэтому требуется использование соответствующего удлинительного провода термопары.

Определенные типы термопар обладают различными температурными характеристиками. Термопара типа J образуется путем соединения железной проволоки с константановой проволокой.

Эта конфигурация обеспечивает относительно линейную кривую между 0 и 750 ° C.8 Термопара типа K имеет никель-хромовую проволоку, соединенную с никель-алюминиевой проволокой, иногда называемой хромель / алюмель.

Термопара типа K работает в рабочем диапазоне температур от -200 до 1250 ° C. Другие комбинации дают разные кривые отклика.

e. 0–10 Милливольт (мВ) Аналог

Аналоговые сигналы впервые были созданы с помощью модуляции напряжения. Раньше передатчик генерировал слабый сигнал, который нужно было уловить, а затем отфильтровать и усилить, чтобы его можно было использовать для перемещения ручки на записывающем устройстве или стрелки на датчике. Ахиллесова пята сигнала милливольт — это его восприимчивость к электрическим помехам.

Эта проблема отношения сигнал / шум увеличивается в зависимости от длины кабеля. Поэтому передатчик должен был находиться в непосредственной близости от индикатора или самописца.

Сегодня сигналы

милливольт, как правило, поступают на преобразователи, которые преобразуют слабый сигнал в ток или в другие среды (например, значения цифровых данных), менее чувствительные к шуму и потерям в децибелах (дБ), прежде чем покинуть зону чувствительного элемента. Однако некоторые регистраторы и системы сбора данных все еще работают с милливольтным сигналом.

ф. 4–20 миллиампер (мА), аналог

Стремление преодолеть недостатки линейного затухания милливольтного сигнала привело к созданию токовой петли 4–20 мА.

В результате значительно возросшей производительности этот метод передачи аналоговых сигналов быстро стал отраслевым стандартом. Большинство полевых приборов, представленных на рынке, имеют чувствительный элемент (датчик) и передающий элемент.

Передатчик настроен на датчик, который может выдавать любой тип сигнала, от аналогового с частотной модуляцией до милливольт постоянного тока.

Независимо от формы сигнала преобразователь интерпретирует его и преобразует в выходной ток от 4 до 20 мА, который в пределах этого диапазона пропорционален входному значению. Процесс настройки выхода на вход называется масштабированием.

Таким образом, передатчик становится так называемым источником переменного тока. Подобно тому, как батарея в качестве источника напряжения пытается поддерживать постоянное напряжение, независимо от величины приложенной к ней нагрузки, источник тока пытается поддерживать постоянный ток (для данного входного сигнала) независимо от нагрузки.

Поскольку ток является общим во всех точках последовательной цепи, проблема длины кабеля — как отмечалось как проблема с сигналом милливольт — сводится к нулю.

Конечно, способность устройства пропускать постоянный ток через цепь может быть преодолена, если приложена достаточная нагрузка. Следовательно, проектировщик должен знать, сколько энергии способен произвести источник тока.

Как правило, современные приборы способны поддерживать ток 20 мА при сопротивлении цепи 1000 Ом.Поскольку типичный прибор имеет входное сопротивление не более 250 Ом, можно запитать несколько приборов от одного источника тока без использования изолятора.

Например, один передатчик должен иметь возможность подавать свой сигнал на ПЛК, самописец и сумматор за 750 Ом, плюс сопротивление линии. Это все еще должно быть в пределах зоны комфорта типичного передатчика.

Примечание. На рынке все еще есть приборы с номинальным сопротивлением 600 Ом, поэтому разработчик всегда должен проверять, когда предполагается создать сложную схему.

Для определения энергии, доступной для схемы, проектировщик должен уметь идентифицировать поставщика этой энергии. Эта задача иногда не так проста, как может показаться, и ответ на вопрос сильно повлияет на подключение схемы.

Существует два основных типа аналоговых схем, описанных с точки зрения передатчика. Передатчики с двумя проводами считаются пассивными устройствами, потребляющими ток, а передатчики с четырьмя проводами — активными устройствами, источниками тока.

На рисунке ниже изображены три датчика температуры, каждый из которых подключен к разным точкам ввода-вывода на одном и том же модуле ПЛК.

Один передатчик получает питание напрямую (т. Е. Четырехпроводный), а другие — косвенно (т. Е. Двухпроводный). Каждый передатчик подключен к устройству управления — в данном случае к входу ПЛК.

С точки зрения ПЛК, все токовые входы 4–20 мА на самом деле являются входами напряжения. Резисторы, либо предоставленные пользователем внешние, как показано здесь, либо внутренние, используются для преобразования тока в напряжение.

Компьютерные точки сами по себе представляют собой вольтметры с высоким сопротивлением, которые обеспечивают им отличную изоляцию от полевых устройств и минимизируют дополнительную нагрузку на входную цепь.

Точки ввода-вывода на ПЛК показаны с внутренним питанием, доступным для каждой точки, поэтому модуль может быть источником напряжения для контура.

Ниже приводится подробный комментарий различий между двухпроводными и четырехпроводными устройствами:

1.Четырехпроводная схема

Как показано ниже, четырехпроводный передатчик — это передатчик, который обеспечивает энергию для питания контура и генерации модулированного по току сигнала.

Большинство уровнемеров, например, являются четырехпроводными. Четырехпроводные устройства всегда имеют силовые соединения в дополнение к сигнальным соединениям. Однако не все передатчики с таким питанием являются четырехпроводными.

Если выход активированного передатчика отмечен как пассивный, то с точки зрения сигнальной цепи устройство можно рассматривать как двухпроводное устройство.

Большинство записывающих устройств имеют внешнее питание, но являются пассивными в цепи. В этих случаях внешнее питание предназначено только для внутренней электроники устройства.

Сигнальная цепь изолирована от этого источника питания. Обратите внимание, что записывающее устройство, показанное на нижней схеме, является пассивным устройством с питанием.

2. Двухпроводная схема

Говорят, что двухпроводное устройство питается от токовой петли. Это означает, что устройство функционирует, поглощая энергию, необходимую для генерации сигнала от токовой петли.

Это также называется «текущим спадом». Эта номенклатура может немного сбивать с толку, потому что передатчик, который потребляет ток, по-прежнему является источником сигнала для схемы. Питание для токовой петли подается в другом месте.

Преобразователь, классифицируемый как двухпроводный, обычно должен быть первым устройством в цепи по отношению к протеканию тока.

Другими словами, положительный вывод преобразователя должен быть напрямую подключен к положительному выводу источника напряжения.Источником напряжения обычно является источник питания 24 В постоянного тока.

(a) Двухпроводные схемы с автономным источником питания

На приведенном выше рисунке точка 2 ввода / вывода ПЛК представляет собой двухпроводную схему с внешним источником питания постоянного тока.

Обратите внимание, что провода должны быть скручены (с соблюдением полярности) на ПЛК, чтобы обеспечить правильную полярность на точке ввода / вывода.

Это связано с тем, что поток тока теперь реверсирован по сравнению с предыдущим примером, потому что передатчик должен стать первой нагрузкой в ​​контуре, а не источником энергии для контура.

(b) Двухпроводные схемы с внутренним источником питания ПЛК

Большинство современных ПЛК-систем могут сами генерировать контурный ток, просто подключив положительный вывод преобразователя к другому выводу на ПЛК.

Затем отрицательная клемма передатчика подключается к положительной стороне точки ввода / вывода, а отрицательная сторона точки ввода / вывода соединяется перемычкой с общим проводом постоянного тока системы ПЛК.

Это изображено в примере точки ввода-вывода 3.В этом примере к петле добавлен рекордер.

Если вам понравилась эта статья, подпишитесь на наш канал YouTube с видеоуроками по ПЛК и SCADA.

Вы также можете подписаться на нас в Facebook и Twitter, чтобы получать ежедневные обновления.

Читать дальше:

4-проводные пассивные и активные датчики

Вопросы для интервью с инженерами SCADA по PLC

Правила безопасного подключения

Примеры программ ПЛК

Проверка контура 4-20 мА

Типы проводки передатчика

4-20 мА: 2-проводная, 3-проводная и 4 провода

Пользовательский поиск

Современные электронные датчики процесса — давления, температуры, расхода и уровня подключаются с помощью проводов различных типов или конфигураций.Эти методы подключения очень важны для инженеров / техников по приборам. Типы 2 — Wire, 3 — Wire и 4 — Wire часто используются для описания метода подключения электронных преобразователей. Однако в современном быстро развивающемся технологическом мире передатчик 2-проводного типа является наиболее распространенным. Очевидно, это из-за огромной экономии на проводке и других преимуществ, которыми он обладает по сравнению с другими конфигурациями проводов передатчика.

Двухпроводные преобразователи :

Они самые простые и экономичные, и их следует использовать везде, где позволяют условия нагрузки.Их часто называют инструментами с питанием от контура. В 2-проводной системе единственным источником питания передатчика является сигнальный контур. Конечного нулевого тока 4 мА достаточно для управления внутренней схемой преобразователя, а ток от 4 до 20 мА представляет собой диапазон измеряемой переменной процесса. Источник питания и приборы обычно устанавливаются в диспетчерской. На схематической диаграмме ниже показана конфигурация проводного передатчика:

Трехпроводные преобразователи :

Некоторым передатчикам требуется больше мощности, чем сигнальный контур (4-20 мА.и т. д.) могут поставлять свои внутренние схемы. Общий провод постоянного тока проходит от прибора к передатчику. Это позволяет передатчику потреблять любую необходимую мощность от источника питания и создавать требуемый ток сигнала на выходе передатчика. Принципиальная схема 3-проводного передатчика показана ниже:

Четырехпроводные преобразователи :

4-проводные передатчики имеют собственный внутренний источник питания, поэтому их часто называют приборами с автономным питанием.Они не требуют подключения к источнику постоянного тока. Источники 120 В переменного тока подключаются только к принимающему прибору. Они часто используются, когда к нагрузке источников постоянного тока добавляется прибор. Недостатком является необходимость в сети переменного тока на месте установки прибора. Ниже показана конфигурация проводов четырехпроводного передатчика:

Обратите внимание, что во всех конфигурациях проводов передатчика, показанных выше, используется нагрузочный резистор 250 Ом. Обычно контроллеры процесса, используемые в измерительных системах, не оборудованы для непосредственного приема входных сигналов миллиамперного диапазона, а скорее сигналов напряжения.По этой причине к входным клеммам контроллеров подключен прецизионный резистор для преобразования токовых сигналов от передатчиков в стандартизованные аналоговые сигналы напряжения, понятные контроллерам.

Диапазон сигнала напряжения от 1 до 5 вольт является стандартным, хотя некоторые модели контроллеров используют разные диапазоны напряжения и, следовательно, требуют других значений прецизионного резистора. Если диапазон напряжения составляет 1-5 вольт, а диапазон тока составляет 4-20 мА, значение прецизионного резистора должно быть 250 Ом.

В конфигурациях проводов передатчика, описанных выше, предполагается, что используются диапазон сигнала напряжения 1-5 В и стандартный сигнал тока 4-20 мА.

Как читать схему

Как читать схему

Электронные схемы представлены схематично. форма. Схема — это действительно карта, показывающая путь, по которому проходит текущий через различные компоненты. Каждый компонент представлен символ, обычно с меткой или значением (или и тем, и другим).В расположение компонентов на бумаге выбрано так, чтобы функция схемы четкие и обычно лишь отдаленно напоминают реальную конструкция устройства. Текущий путь показан линиями, снова нарисован для максимальной ясности, без особого внимания к длине или положение настоящих проводов.

Вот самые распространенные символы.

Есть несколько общих соглашений, которые применяются ко всем схемам.

Макет г. Схема предназначена для демонстрации функции, обычно с сигналом прогрессирует слева направо.Фактическая компоновка схемы будет быть совсем другим.

Все точки на линии электрически идентичный. Сюда входят все филиалы линии. Когда мы обсуждаем свойства схем, мы будем предполагать провода являются идеальными проводниками, без сопротивления или распространения задержки любого рода. Фактически, когда мы говорим о настоящем проводе, мы сделать чертежи показать идеальный провод с подключенными компонентами иллюстрирующие различные эффекты.

Этот символ шлифованный .Все точки заземления на схеме соединены вместе. Более того, эти точки представляют собой места в цепи, которые находятся под 0 вольт для ссылка в измерениях. Часто в землю входит металлический корпус. устройства, но не всегда.

Этикетки. Каждый Компонент должен иметь метку, и есть стандартный набор имен. Например, резистор обозначен буквой R, и эта схема имеет 7 номиналов. их. Предположительно где-то есть таблица, которая сообщает, что значения есть.Есть только один конденсатор; вместо того, чтобы называть его C1, я просто перечислил его стоимость.

Рис.1 Схема простого гаджета.

Пример схемы

Гизмо слева на рисунке 1 представляет собой телефонный разъем. На этикетке подразумевается, что сюда будет подключена гитара. Ты надо понимать, что «сигнал» — это не то же самое, что «ток». В ток — это поток электронов, сигнал — это поток Информация.В этой цепи ток идет в разные стороны, чередование направлений на самом деле. Сигнал должен исходить от гитару и заведите на крайний правый динамик. Маршрут сложный, с каждым компонентом, работающим с другими, чтобы изменить сигнал каким-то образом. (Если вы не получили ничего из этого эссе, кроме факта что это комбинация компонентов который изменяет сигнал, вы впереди всех.) Давайте поработаем сквозной:

Символы в позиции Guitar в позиции обозначают части домкрата на четверть дюйма.Обратите внимание, что часть гнезда подключен к земле (это часть, которая подключается к внешнему экран кабеля). Помните, что это означает, что он действительно подключен к все части цепи с символом заземления. Это путь Возвратный ток принимает, по сути, течет обратно к гитаре. Часть тока мы считаем, что сигнал течет от кончика вилки в верхнюю часть схемы.

Каждый зигзаг линия представляет резистор.Это простое устройство, имеющее желаемое сопротивление. Они служат для контроля пропорции текущего или сигнал, который следует за каждой ветвью цепи. Соперник 1 устанавливает входной импеданс или нагрузку, которую показывает данное устройство к гитаре.

Две линии, прерывающие линию цепи, представляют конденсатор. Большую часть времени особенность конденсатора, которую мы наиболее Интересует возможность блокировать низкочастотные сигналы. В этом случае, мы хотим держать любое постоянное напряжение (DC) от гитары подальше от активных компонентов, и любой постоянный ток, который активные компоненты могут иметь подальше от гитары.Фактическая частота, которая будет заблокирована зависит от значений R2 и R1. (Примечание: значения для конденсаторов указаны даны в микрофарадах. Правильный символ для этого — греческая буква му и ф. многие программы не отображают это, поворачивая му в м. что, строго говоря, было бы «милифарадами», однако, микрофарады — обычное намерение.)

Трангл представляет собой довольно сложную интегральную схему, называемую операционный усилитель.Их сложно спроектировать и изготовить, но довольно проста в использовании. Сигнал подключен к одному из двух входов и появляется на выходе. Подключение с вывода назад к инвертирующему входу (со знаком минус) контролирует количество усиление ОУ нам даст. Такой вид связи называется Обратная связь. Просто подключите выход к инвертирующим входам коэффициент усиления на единицу — без изменения уровня сигнала. Цель Операционный усилитель в этой схеме предназначен для уменьшения силы тока гитары. должен поставить

Резистор со стрелкой посередине — переменный резистор или потенциометр.Это то, что большинство ручек управления прикреплены к. Если вы представляете стрелку движущейся вверх и вниз через сопротивление вы можете визуализировать различную пропорцию потребляемый ток или изменение напряжения по стрелке. В Показанная конфигурация является типичным регулятором громкости.

Добавление резисторов к обратной связи операционного усилителя дает усиление кроме единства. В этом случае отношение R4 к R5 устанавливает усиление. U2 обеспечивает мышцу в этой цепи, обеспечивая мощность для привода оратор.Последний резистор R7 защищает динамик от перегрузки. Текущий. Он также защищает операционный усилитель, который может сгореть, если он просили предоставить слишком много.

Чтобы соединения блока питания были различимы на сигнальных соединениях я использовал сплошные стрелки, чтобы указать шины питания (шина — это провод или дорожка, которая подключается к нескольким мест в цепи.). Все стрелки, направленные вверх, соединены вместе, и все стрелки, направленные вниз, связанный.В сложных схемах вы увидите много этого трюка, часто с пронумерованными или буквенными связями.

шт. 01.10.98

Вернуться к му 126 темы

Как читать схему

Добавлено в избранное Любимый 98

Обзор

Схемы

— это наша карта для проектирования, создания и устранения неисправностей схем. Понимание того, как читать схемы и следовать им, — важный навык для любого инженера-электронщика.

Это руководство должно превратить вас в полностью грамотного читателя схем! Мы рассмотрим все основные символы схемы:

Затем мы поговорим о том, как эти символы связаны на схемах, чтобы создать модель цепи. Мы также рассмотрим несколько советов и приемов, на которые следует обратить внимание.

Рекомендуемая литература

Понимание схем — это довольно базовый навык работы с электроникой, но есть несколько вещей, которые вы должны знать, прежде чем читать это руководство.Посмотрите эти уроки, если они кажутся пробелами в вашем растущем мозгу:

Условные обозначения (часть 1)

Готовы ли вы к шквалу компонентов схемы? Вот некоторые из стандартизованных основных схематических символов для различных компонентов.

Резисторы

Самый фундаментальный из схемных компонентов и символов! Резисторы на схеме обычно представлены несколькими зигзагообразными линиями, с двумя выводами , выходящими наружу.В схемах, использующих международные символы, вместо волнистых линий может использоваться безликий прямоугольник.

Потенциометры и переменные резисторы

Переменные резисторы и потенциометры дополняют обозначение стандартного резистора стрелкой. Переменный резистор остается устройством с двумя выводами, поэтому стрелка просто расположена по диагонали посередине. Потенциометр — это трехконтактное устройство, поэтому стрелка становится третьей клеммой (дворником).

Конденсаторы

Обычно используются два символа конденсатора.Один символ представляет поляризованный (обычно электролитический или танталовый) конденсатор, а другой — неполяризованные колпачки. В каждом случае есть две клеммы, перпендикулярно входящие в пластины.

Символ с одной изогнутой пластиной указывает на то, что конденсатор поляризован. Изогнутая пластина обычно представляет собой катод конденсатора, который должен иметь более низкое напряжение, чем положительный анодный вывод. Знак плюс также должен быть добавлен к положительному выводу символа поляризованного конденсатора.

Катушки индуктивности

Катушки индуктивности обычно представлены сериями изогнутых выступов или петлевых катушек. Международные символы могут просто обозначать катушку индуктивности как закрашенный прямоугольник.

Переключатели

Коммутаторы существуют во многих различных формах. Самый простой переключатель, однополюсный / однопозиционный (SPST), представляет собой две клеммы с полусоединенной линией, представляющей исполнительный механизм (часть, которая соединяет клеммы вместе).

Переключатели с более чем одним ходом, такие как SPDT и SP3T ниже, добавляют больше точек посадки для привода.

Многополюсные переключатели обычно имеют несколько одинаковых переключателей с пунктирной линией, пересекающей средний привод.

Источники энергии

Так же, как существует множество вариантов питания вашего проекта, существует большое разнообразие символов цепей источника питания, помогающих указать источник питания.

Источники постоянного или переменного напряжения

В большинстве случаев при работе с электроникой вы будете использовать источники постоянного напряжения. Мы можем использовать любой из этих двух символов, чтобы определить, подает ли источник постоянный ток (DC) или переменный ток (AC):

Батареи

Батарейки, будь то цилиндрические, щелочные AA или литий-полимерные аккумуляторные батареи, обычно выглядят как пара непропорциональных параллельных линий:

Чем больше пар линий, тем больше ячеек в батарее.Кроме того, более длинная линия обычно используется для обозначения положительной клеммы, а более короткая линия соединяется с отрицательной клеммой.

Узлы напряжения

Иногда — особенно на очень загруженных схемах — вы можете назначить специальные символы для узловых напряжений. Вы можете подключать устройства к этим символам с одним выводом , и они будут напрямую связаны с 5 В, 3,3 В, VCC или GND (землей). Узлы положительного напряжения обычно обозначаются стрелкой, направленной вверх, в то время как узлы заземления обычно включают от одной до трех плоских линий (или иногда стрелку или треугольник, направленную вниз).

Условные обозначения (часть 2)

Диоды

Базовые диоды обычно представляют собой треугольник, прижатый к линии. Диоды также поляризованы, поэтому для каждого из двух выводов требуются отличительные идентификаторы. Положительный анод — это вывод, входящий в плоский край треугольника. Отрицательный катод выходит за линию символа (воспринимайте его как знак -).

Существует множество различных типов диодов, каждый из которых имеет специальный рифф на стандартном символе диода. Светодиоды (LED) дополняют символ диода парой линий, направленных в сторону. Фотодиоды , которые генерируют энергию из света (в основном, крошечные солнечные элементы), переворачивают стрелки и направляют их в сторону диода.

Другие специальные типы диодов, такие как диоды Шоттки или стабилитроны, имеют свои собственные символы с небольшими вариациями на штриховой части символа.

Транзисторы

Транзисторы

, будь то биполярные транзисторы или полевые МОП-транзисторы, могут существовать в двух конфигурациях: положительно легированные или отрицательно легированные.Итак, для каждого из этих типов транзисторов есть как минимум два способа его нарисовать.

Биполярные переходные транзисторы (БЮТ)

БЮТ — трехполюсные устройства; у них есть коллектор (C), эмиттер (E) и база (B). Есть два типа BJT — NPN и PNP — и каждый имеет свой уникальный символ.

Контакты коллектора (C) и эмиттера (E) расположены на одной линии друг с другом, но на эмиттере всегда должна быть стрелка. Если стрелка указывает внутрь, это PNP, а если стрелка указывает наружу, это NPN.Мнемоника для запоминания: «NPN: n или p ointing i n ».

Металлооксидные полевые транзисторы (МОП-транзисторы)

Как и BJT, полевые МОП-транзисторы имеют три терминала, но на этот раз они названы исток (S), сток (D) и затвор (G). И снова, есть две разные версии символа, в зависимости от того, какой у вас полевой МОП-транзистор с каналом n или p. Для каждого типа полевого МОП-транзистора существует ряд часто используемых символов:

Стрелка в середине символа (называемая основной частью) определяет, является ли полевой МОП-транзистор n-канальным или p-канальным.Если стрелка указывает внутрь, это означает, что это n-канальный MOSFET, а если он указывает, это p-канал. Помните: «n is in» (своего рода противоположность мнемонике NPN).

Цифровые логические ворота

Наши стандартные логические функции — И, ИЛИ, НЕ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ — все имеют уникальные условные обозначения:

Добавление пузыря к выходу отменяет функцию, создавая NAND, NOR и XNOR:

У них может быть более двух входов, но формы должны оставаться такими же (ну, может быть, немного больше), и все равно должен быть только один выход.

Интегральные схемы

Интегральные схемы

решают такие уникальные задачи, и их так много, что они действительно не получают уникального обозначения схемы. Обычно интегральная схема представляет собой прямоугольник с выступающими по бокам выводами. Каждый вывод должен быть помечен как номером, так и функцией.

Схематические символы для микроконтроллера ATmega328 (обычно присутствующего на Arduinos), микросхемы шифрования ATSHA204 и микроконтроллера ATtiny45. Как видите, эти компоненты сильно различаются по размеру и количеству выводов.

Поскольку микросхемы имеют такой общий символ схемы, имена, значения и метки становятся очень важными. Каждая микросхема должна иметь значение, точно идентифицирующее имя микросхемы.

Уникальные ИС: операционные усилители, регуляторы напряжения

Некоторые из наиболее распространенных интегральных схем получают уникальный символ схемы. Обычно вы увидите операционные усилители, расположенные, как показано ниже, с 5 выводами: неинвертирующий вход (+), инвертирующий вход (-), выход и два входа питания.

Часто в один корпус интегральной схемы встроено два операционных усилителя, для которых требуется только один вывод для питания и один для заземления, поэтому тот, что справа, имеет только три контакта.

Простые регуляторы напряжения обычно представляют собой трехконтактные компоненты с входными, выходными и заземляющими (или регулирующими) контактами. Обычно они имеют форму прямоугольника с выводами слева (вход), справа (выход) и внизу (заземление / регулировка).

Разное

Кристаллы и резонаторы

Кристаллы или резонаторы обычно являются важной частью схем микроконтроллера. Они помогают обеспечить тактовый сигнал. Кристаллические символы обычно имеют два вывода, в то время как резонаторы, которые добавляют два конденсатора к кристаллу, обычно имеют три вывода.

Заголовки и разъемы

Будь то обеспечение питания или отправка информации, разъемы необходимы для большинства цепей. Эти символы различаются в зависимости от того, как выглядит разъем, вот образец:

Двигатели, трансформаторы, динамики и реле

Мы объединим их вместе, так как они (в основном) все так или иначе используют катушки. Трансформаторы (не самые очевидные) обычно включают две катушки, прижатые друг к другу, с парой линий, разделяющих их:

Реле обычно соединяют катушку с переключателем:

Динамики и зуммеры обычно имеют форму, аналогичную их реальным аналогам:

Двигатели

и обычно имеют обведенную буквой «М», иногда с немного большим количеством украшений вокруг клемм:

Предохранители и PTC

Предохранители и PTC — устройства, которые обычно используются для ограничения больших скачков тока — каждое имеет свой уникальный символ:

Символ PTC на самом деле является общим символом для термистора , резистора, зависящего от температуры (обратите внимание на международный символ резистора там?).

---

Без сомнения, многие символы схем не включены в этот список, но те, что указаны выше, должны дать вам 90% грамотности в чтении схем. В общем, символы должны иметь довольно много общего с реальными компонентами, которые они моделируют. Помимо символа, каждый компонент на схеме должен иметь уникальное имя и значение, которое в дальнейшем помогает его идентифицировать.

Обозначения и значения имен

Один из важнейших ключей к схематической грамотности — это способность распознавать, какие компоненты какие.Компонентные символы рассказывают половину истории, но для завершения каждый символ должен сочетаться с именем и значением.

Имена и значения

Значения помогают точно определить, что такое компонент. Для схемных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, значение говорит нам, сколько у них Ом, фарад или генри. Для других компонентов, таких как интегральные схемы, значением может быть просто название микросхемы. Кристаллы могут указывать свою частоту колебаний как свою ценность.По сути, значение компонента схемы вызывает его наиболее важную характеристику .

Имена компонентов обычно представляют собой комбинацию одной или двух букв и числа. Буквенная часть имени определяет тип компонента — R для резисторов, C для конденсаторов, U для интегральных схем и т. Д. Каждое имя компонента на схеме должно быть уникальным; если в цепи несколько резисторов, например, они должны называться R ₁ , R ₂ , R ₃ и т. д.Имена компонентов помогают нам ссылаться на определенные точки на схемах.

Префиксы имен довольно хорошо стандартизированы. Для некоторых компонентов, таких как резисторы, префикс — это просто первая буква компонента. Другие префиксы имен не столь буквальны; индукторы, например, L (потому что ток уже взял I [но он начинается с C … электроника — глупое место]). Вот краткая таблица общих компонентов и их префиксов:

Имя Идентификатор	Компонент
R	Резисторы
C	Конденсаторы
L	Индукторы
Q	Транзисторы
U	Интегральные схемы
Y	Кристаллы и генераторы

Хотя тезисы являются «стандартизированными» названиями для обозначений компонентов, они не всегда соблюдаются.Вы можете увидеть интегральные схемы с префиксом IC вместо U , например, или кристаллы с маркировкой XTAL вместо Y . Используйте свой здравый смысл при диагностике, какая часть есть какая. Символ обычно должен передавать достаточно информации.

Схема чтения

Понимание того, какие компоненты есть на схеме, — это более чем полдела на пути к ее пониманию. Теперь все, что осталось, — это определить, как все символы связаны друг с другом.

Сети, узлы и метки

Схематические цепи показывают, как компоненты соединяются в цепи. Цепи представлены в виде линий между клеммами компонентов. Иногда (но не всегда) они имеют уникальный цвет, например, зеленые линии на этой схеме:

Соединения и узлы

Провода могут соединять две клеммы вместе, или их можно соединять десятки. Когда провод разделяется на два направления, образуется соединение . На схемах изображаем стыки с узлами , маленькими точками на пересечении проводов.

Узлы дают нам возможность сказать, что «провода, пересекающие этот переход , соединены ». Отсутствие узла на стыке означает, что два отдельных провода просто проходят мимо, не образуя никакого соединения. (При разработке схем обычно рекомендуется по возможности избегать этих несвязанных перекрытий, но иногда это неизбежно).

Сетевые имена

Иногда, чтобы схема была более разборчивой, мы даем цепи имя и маркируем ее, а не прокладываем провод по всей схеме.Предполагается, что цепи с таким же именем подключены, даже если между ними нет видимого провода. Имена могут быть написаны прямо поверх сети, или они могут быть «тегами», свисающими с провода.

Каждая цепь с таким же именем подключена, как на этой схеме для коммутационной платы FT231X. Имена и метки помогают избежать излишнего хаоса в схемах (представьте, если бы все эти цепи были действительно соединены проводами). Цепям

обычно дается имя, в котором конкретно указывается назначение сигналов на этом проводе.Например, цепи питания могут быть обозначены «VCC» или «5V», а цепи последовательной связи — «RX» или «TX».

Советы по чтению схем

Определить блоки

Действительно обширные схемы следует разбивать на функциональные блоки. Это может быть раздел для ввода мощности и регулирования напряжения, или раздел микроконтроллера, или раздел, посвященный разъемам. Попытайтесь распознать, какие секции какие, и проследить за цепочкой от входа к выходу. По-настоящему хорошие разработчики схем могут даже выложить схему как книгу: входы слева, выходы — справа.

Если ящик схемы действительно хорош (например, инженер, который разработал эту схему для RedBoard), они могут разделить части схемы на логические помеченные блоки.

Распознать узлы напряжения

Узлы напряжения — это одноконтактные компоненты схемы, к которым мы можем подключать клеммы компонентов, чтобы назначить им определенный уровень напряжения. Это специальное приложение имен цепей, означающее, что все клеммы, подключенные к узлу напряжения с одинаковым именем, соединены вместе.

Узлы напряжения с одинаковыми названиями — например, GND, 5 В и 3,3 В — все подключены к своим аналогам, даже если между ними нет проводов.

Узел заземления особенно полезен, потому что очень многие компоненты нуждаются в заземлении.

Справочные листы данных компонентов

Если на схеме есть что-то, что не имеет смысла, попробуйте найти таблицу для наиболее важного компонента. Обычно компонент, выполняющий большую часть работы со схемой, — это интегральная схема, такая как микроконтроллер или датчик.Обычно это самый крупный компонент, часто расположенный в центре схемы.

Ресурсы и дальнейшее развитие

Вот и все, что нужно для чтения схем! Зная символы компонентов, отслеживание цепей и определение общих меток. Понимание того, как работает схема, открывает вам целый мир электроники! Ознакомьтесь с некоторыми из этих руководств, чтобы попрактиковаться в новых знаниях схемотехники:

• Делители напряжения — это одна из самых основных принципиальных схем.Узнайте, как с помощью всего двух резисторов превратить большое напряжение в меньшее!
• Как использовать макетную плату — Теперь, когда вы знаете, как читать схемы, почему бы не сделать ее! Макетные платы — отличный способ создавать временные функциональные прототипы схем.
• Работа с проводом — Или пропустите макет и сразу приступите к проводке. Умение разрезать, зачищать и подключать провода — важный навык электроники.
Последовательные и параллельные схемы
• — Построение последовательных или параллельных цепей требует хорошего понимания схем.
• Шитье проводящей нитью — Если вы не хотите работать с проволокой, как насчет создания схемы электронного текстиля с проводящей нитью? В этом прелесть схематических схем, одна и та же схематическая схема может быть построена множеством различных способов с использованием различных носителей.

Принципиальная схема усилителя сигнала с установленным соотношением ввода-вывода

Приложение A Принципиальная схема усилителя сигнала с установленным соотношением ввода-вывода, в частности, усилитель сигнала переменного тока в общих электронных схемах.Чаще всего эти усилители будут возвращать какой-то сигнал на вход снова. Уменьшение скорости усиления влияет на уменьшение скорости искажения, а также уменьшение шумового сигнала. Сигнал обратной связи может проходить через резистор, транзистор или диод. В зависимости от схемы.

Но в схеме используется серия регулировок резисторов и всего 4 диода, а также можно установить коэффициент усиления сигнала между входом и выходом.

Рисунок 1 Схема усилителя сигнала может устанавливать соотношение входа и выхода.

Схема усилителя на Рисунке 1 устанавливает соотношение между входом и выходом.Как усилитель сигнала для простого переменного тока. При использовании операционный усилитель (IC1) является усилителем сигнала. Причем по какому-то сигналу будет обратная связь через диод и потенциометр-VR1 около 50 кОм. Для выбора выходного сигнала выходят три разные модели.

Если отрегулировать VR1 по часовой стрелке до тех пор, пока входное сопротивление или Ri не будет иметь значение около 12 кОм, выходное сопротивление или Ro будет иметь значение около 36 кОм, то соотношение между входным и выходным сигналом будет экспоненциальной формой, или если Ri имеет значение, равное Ro или около 24 кОм , выходные данные будут иметь линейную форму.И если Ri имеет значение 36 кОм, Ro имеет значение 12 кОм, вывод имеет форму логарифма. Как график на Рисунке 1

Диод кремниевого типа работает с высокой чувствительностью переключения. Источник питания зависит от схемы усилителя, в которой используются операционные усилители. В схеме использования OP-AMP номер-LF351 имеет JFET вход секции усилителя, который является сигналом с низким уровнем шума. Мы можем использовать блоки питания от + 9В до + 18В. Мы можем заменить потенциометр постоянными резисторами в серии

Рисунок 2 Схема компонентов этого проекта.

Как собрать
В этом проекте не используется много компонентов, поэтому его можно собрать на универсальной печатной плате, как показано на рис. 2. В схеме сборки, начиная с нижнего уровня, сначала должно быть красивое и легкое для сборки. Начните с диода, а затем с резисторов и постоянно повышайте уровень.

Для устройств различной полярности следует соблюдать осторожность при сборке схемы.

Список компонентов
Потенциометр
VR1: 50 кОм, стандартный подковообразный резистор
Полупроводниковые компоненты
D1-D4: 1N4148, диоды 75 В, 150 мА
IC1: LF351, Широкополосный входной операционный усилитель на полевых транзисторах с полевыми транзисторами
доска.

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

Понимание RS485: проводка, подключение, программное обеспечение для мониторинга

Сбор данных »Статьи» RS485

Те, кто знаком с RS232, знают, что стандарт определяет, как линии RS232 должны управляться электрически: как они называются, какую информацию они несут и даже разъемы и номера контактов для использования.RS422 и RS485, напротив, определяют только электрические характеристики водителя.

Преимущества RS485 и RS422 | Различия между RS485 и RS422 | Электромонтажные схемы | Предотвращение отражения напряжения | Идеальная схема подключения RS485 | Подтяжки: как избежать серийных ошибок | Имена сигналов: требуется внимание | Бесплатное программное обеспечение для мониторинга RS485 / RS422 | Комментарии

---

Дифференциальные приводные линии RS485 и RS422: для каждого сигнала требуется два провода. Если вы хотите Передайте четыре сигнала, тогда потребуется восемь проводов.В на рисунке ниже показан один сигнал RS485 / RS422, передан. Для передачи логической 1 линия B имеет высокий уровень и линия А низкая. Для передачи логического 0 на линии B низкий уровень и линия A высокая. Преимущество такого расположения: что сигналы могут передаваться быстрее и более расстояния, чем это возможно с одним проводом.

---

И в RS422, и в RS485 один драйвер может управлять многими приемники. В RS485 каждый драйвер может быть отключен позволяя нескольким устройствам отправлять данные по одному пара проводов.В RS422 это невозможно. Этот Дополнительная функция вызывает дополнительные проблемы для устройств RS485. Остальные отличия невелики, поэтому в дальнейшем я буду ссылаться на них. для устройств как RS485, но примечания относятся и к RS422. Интерфейсные блоки часто называют себя RS422 / RS485. потому что блок RS485, который не использует свои дополнительные возможность совместима с RS422.

---

Когда приборы описаны как имеющие интерфейс RS485 это ничего не говорит вам наверняка о том, что сигналы передан. Обычно, хотя только данные передачи (TX) и данные приема (RX) обычного последовательного порта преобразуются к RS485 или RS422.Остальные сигналы последовательного порта не используется. Распространены три варианта: только запись, 4-проводная (полнодуплексная) и 2-проводная (полудуплексная).

Система только записи: только отправка данных

При таком расположении компьютер отправляет данные через одна пара проводов RS485 ко многим приборам. Это никогда читает любые данные обратно. Примером этого является удаленный управление камерами видеонаблюдения. Оператор может отправить сообщения для перемещения камеры. Его отзыв — это телевизор изображение, поэтому никаких данных возврата не требуется.Это требует только преобразование сигнала RS232 TX в RS485.

Полнодуплексная система: отправка и получение данных по 4 проводам

Full Duplex означает, что данные могут передаваться одновременно как к инструментам, так и от них. Это требует 4 провода — одна пара для передачи и одна пара для Получить. Только компьютер управляет TX линия передачи. Он отправляет сообщение, которое включает адрес. Только адресованный инструмент отвечает управляя линией RX.

Это означает, что все подключенные инструменты должны использовать тот же программный протокол — иначе будет может возникнуть путаница в отношении того, к какому инструменту обращаются.Достаточно простого преобразования RS232 в RS485. для такого расположения и никаких особых требований не предъявляется. сделано на программном обеспечении общего назначения, таком как ComDebug.

Полудуплексная система: отправка и получение данных по 2 проводам

Half Duplex означает, что данные могут передаваться только в одном направление за раз. В этом расположении оба TX и RX-сигналы используют одну пару проводов. Этот можно сэкономить на стоимости установки.

Компьютер управляет линиями для отправки своих сообщение запроса, но должен выключить его драйвер, чтобы позвольте прибору ответить.Это сложно немного. Многие преобразователи RS232 в RS485 привлекают Линия RTS последовательного порта для переключения Драйвер RS485 Вкл. И Выкл. Однако Windows никогда не предпринял более половинчатую попытку поддержать такое расположение.

Многозадачность Windows означает, что она всегда сложно заставить действия происходить точно раз — в этом случае может произойти значительное задержка между отправкой запроса и драйвер выключается. Если инструмент запускается его ответ перед выключением, затем начало ответ будет пропущен.Производители инструментов вынуждены искать собственные решения этой проблема. Сюда может входить специальное программное обеспечение, специальное оборудование или и то, и другое.

В последние годы большинство последовательных портов были реализованы как устройства USB-to-Serial. Эти устройства всегда включают микропроцессор, и это может выполнять задачу управления драйвером RS485 очень хорошо. Если вам нужно реализовать 2-проводную Система RS485, вы всегда должны иметь USB-to-RS485. конвертер, рекламирующий эту особенность. An В качестве примера мы используем Moxa 1130.Этот блок автоматически отключает драйвер при появлении больше нет данных для отправки. Такой агрегат может работать с программным обеспечением общего назначения, таким как ComDebug или Гипертерминал. Имейте в виду, что это может не сработать со специальным программным обеспечением, поставляемым прибором производители, которые могут предполагать конкретный RS232- преобразователь в RS485 и может вызывать ошибки при используется с любым другим устройством.

---

Когда сигнал посылается по кабелю, всегда есть напряжение отражения, которое возвращается вверх по кабелю.Это отражение тем больше, чем больше становятся края сигналов. быстрее и линии становятся длиннее. Его можно свести к минимуму завершив концы строки характеристическое сопротивление системы. Это 120 Ом для RS485.

---

В идеале система RS485 состоит из одного линейный кабель (без ответвлений) с резисторами 120 Ом подключены через 2 провода на каждом конце кабель.

RS485 может работать со скоростью более 10 Мбит / с. вторая и линейная протяженность более 1 км. если ты работают где-то рядом с этими значениями, вы должны устроить вашу проводку близко к идеалу.

Для многих приложений с низкой скоростью передачи данных (скажем 9600 бод), а строки всего в десятках метров долго, это несущественно. Требования к проводке затем можно ослабить, чтобы кабели могли проложить звезду устройство от компьютера и оконечного резисторы становятся необязательными.

---

Во многих многоточечных системах RS485 бывают моменты когда ни одно устройство не управляет линиями RS485. Они могут затем перейти к любому напряжению и может вызвать последовательные ошибки. Чтобы этого избежать, часто необходимо устанавливать резисторы. которые вытягивают одну линию высоко, а другую — низко, помещая линия в пассивное состояние.Преобразователи RS485 обычно включают такие резисторы, которые можно подключать если нужно.

---

Вы обнаружите, что ваши имена сигналов RS485 для линии пара — это либо A, B, либо +, -. В идеальном мире вы бы просто подключите A на компьютере к A на приборе. Однако эти имена не всегда применяются производителей, и вам может потребоваться подключить A к компьютер к B на приборе.

---

Дальнейшее чтение RS485 и RS422

.