Модули ввода вывода Modbus
Зачем нужны модули ввода-вывода?
Расширения входов-выходов контроллеров (ПЛК/PLC), HMI-панелей и SCADA.
Чтения показаний датчиков и передачи показаний на контроллеры (ПЛК/PLC), HMI-панели и SCADA через цифровые сети. Цифровые сети защищены от помех, передают больше данных в единицу времени на большие расстояния (например, интерфейс RS485 работает до 1 км.) данные от множества датчиков передаются по одному кабелю.
Аналоговые и дискретные сигналы датчиков требуют подключение каждого датчика отдельным кабелем, на сигналы влияют электромагнитные помехи, сигналы передаются на расстоянии до 100 м.
Преобразования стандартных аналоговых и дискретных сигналов датчиков измеряющих:
- температуру,
- давление,
- силу тока,
- напряжение,
- сопротивление,
- освещенность,
- концентрации газов,
- уровня жидкостей и т.д.
В цифровой вид, и передачи значений измеренных величин по цифровым сетям: контроллерам (ПЛК/PLC), HMI-панелям и SCADA.
Прием по цифровым сетям управляющих команд контроллеров (ПЛК/PLC), HMI-панелей и SCADA и преобразование команд в стандартные аналоговые и дискретные сигналы для включения, отключения и регулирования приводов и оборудования:
- освещения,
- электродвигателей,
- клапанов,
- электронагревателей
- звуковых сигналов и т.д.,
Чем модули ввода-вывода отличаются от ПЛК/PLC
Модули ввода-вывода и ПЛК/PLC имеют похожее устройство, в модулях в отличии от ПЛК/PLC применяется простое программное обеспечение (ПО) не предполагающее сложной логики работы, и отсутствуют:
- часы реального времени с независимым питанием
- SD-карты
- дополнительной памяти
Где используются модули ввода-вывода?
В управления технологическим оборудованием и процессами (АСУ ТП):
- вентиляции, кондиционировании
- теплоснабжении, холодоснабжении и водоснабжении
- канализации
- пожаротушении и пожарной сигнализации
- освещении, энергоснабжении, сигнализации и светофорах;
- лифтах, эскалаторах и траволаторах
- на железной дороги и судах
- в авиации и т.д.
т.е. везде где нужно:
- управлять электродвигателями, освещением, различными клапанами и приводами;
- измерять: температуру, влажность, давление, скорость, расход, концентрацию, освещенность и т.д.
Каталог модулей ввода-вывода АЕКОН
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь на сайте, чтобы увидеть цены.
Снятые с производства модули ввода вывода Modbus,
Снятые с производства модули ввода-вывода могут быть заменены на новые без изменения программ контроллеров (ПЛК/PLC), HMI-панелей и SCADA.
При замене модулей EBM-A потребуется изменение мест подключения проводов, так как была изменено расположение аналоговых входов B1-B4.
Варианты названий модулей ввода-вывода
Модули ввода-вывода называют:
- модули расширения входов-выходов
- модули ввода-вывода
- модули удаленного ввода-вывода/входов-выходов
- преобразователь аналоговых и дискретных сигналов в цифровые
- преобразователи цифровых сигналов в аналоговые и дискретные
- устройства ввода-вывода
Типы сигналов модулей ввода-вывода:
- Аналоговые входные сигналы (Analogue), т.е. сигналы принимающие значения в указанных диапазонах: 0-20 mA, 4-20 mA, 0-10 Vdc, 0-5 Vdc, NTC10, NTC50, Pt1000 и сопротивления 0-655 кОм и т.д.
- Дискретные сигналы (Discrete), т.е. сигналы имеющие два уровня: 1/0, есть напряжения/нет напряжения, реле замкнуто/разомкнуто, замкнут контакт 1/замкнут контакт 2
Типы сигналов по направлению:
Входные сигналы (Input) - модуль измеряет сигнал и преобразует сигнал в цифровой вид для передачи по сети. Входные сигналы генерируют датчики
- Выходные сигналы (Output) - модуль генерирует аналоговый или дискретный сигнал, из цифрового вида полученного по сети. К выходным сигналам подключаются: приводы, электродвигатели и другие исполнительные механизмы
Типы интерфейсов:
С помощью интерфейса модули ввода-вывода подключаются к цифровым сетям и передают данные контроллерам (ПЛК/PLC), HMI-панелям и SCADA.
Интерфейс еще называют транспортным протоколом, так как тип интерфейса определяет вид транспортировки сигнала.
Интерфейс это своеобразная почтовая, транспортная или телефонная система обеспечивающая доставку информацию получателю.
Свободно используемые (открытые, используются без лицензии) интерфейсы:
- RS485
- RS232
- Ethernet TCP/IP
Лицензируемые (закрытые, платная лицензия, входит в стоимость оборудования) интерфейсы:
- LonWorks (LonTalk)
- KNX
Чаще используются два протокола: RS485 и Ethernet TCP/IP.
Сравнение интерфейсов RS485 и Ethernet TCP/IP
| RS485 | Ethernet TCP/IP | |
| Топология | Шина Устройства подключены как к гирлянде к одному кабелю друг за другом. |
Звезда Каждое устройство подключено к коммутатору собственным кабелем |
| Расстояние | до 1200 м. | до 100 м. |
| Скорость передачи | 115,2 кбит/сек | 100 Мбит/сек 1 Гбит/сек |
| Мастер / Подчиненный | В сети только одно устройство Мастер (Master) - инициатор передачи данных, остальные подчиненные. Подчиненные (Slave) передают данные по запросу Мастера, Подчиненные начать передачу данных не могут |
В сети все устройства одного ранга, каждый инициирует передачу данных |
В для управления инженерным оборудованием не требуется передача большого объема данных (передаются только значения переменных и не передаются ни изображения, ни видео, ни аудио файлы), при этом оборудование удалено друг от друга на большие расстояния, поэтому в АСУ ТП часто применяется RS485
Типы протоколов:
Протокол (или программный протокол) это язык общения устройств.
Т.е. язык на котором устройства общаются через интерфейс (транспортный протокол) - как язык на котором мы общаемся по почте, телефону.
Свободно используемые (открытые, свободная лицензия) протоколы:
- Modbus RTU (интерфейс RS485)
- Modbus TCP (интерфейс Ethernet TCP/IP
Лицензируемые (закрытые, платная лицензия включается в стоимость оборудования) протоколы:
- LonTalk
- KNX
Классификация модулей ввода-вывода по входам-выходам:
- Дискретных входов или модули дискретного ввода (DI - Discrete Input). Как правило входы работают при подаче на них напряжения или замыкании на общий проводник.
- Дискретных выходов или модули дискретного вывода (DO - Discrete Output). Релейные (RO - Relay Output), транзисторные, симисторные выходы
- Аналоговых входов или модули аналоговых входов (AI - Analogue Input). Входы измеряют сигналы датчиков: 0-20 mA, 4-20 mA, 0-10 Vdc, 0-5 Vdc, NTC10, NTC50, Pt1000 и измерение сопротивления и т.д.
- Аналоговых выходов или модули аналоговых выходов (AO - Analogue Output). Модули генерируют аналоговые сигналы 0-20 mA, 4-20 mA, 0-10 Vdc, 0-5 Vdc
- Комбинированные, содержат комбинации входов и выходов
- Универсальные - имеют универсальные входы-выходы, например аналого/дискретные входы (AI/DI - Analogue Input / Discrete Input)
Сравнение транзисторных, симисторных и релейных выходов:
| Транзисторные | Симисторные | Релейные | |
| Коммутируемое напряжение | До 60 В, только постоянный ток Падение напряжения 0,3-0,5 В |
До 60В постоянный или переменный ток Падение напряжения 0,3-0,5 В |
До 250В Постоянный и переменный ток Падение напряжения 0 В |
| Коммутируемый ток | До 0,5 А Выделяется тепло до 45 Вт |
До 0,5 А Выделяется тепло до 45 Вт |
До 8 А Выделения тепла нет, так как нет падения напряжения |
| Скорость/частота срабатывания | 0,5 мкс (0,5х10-6 сек.) | 0,5 мкс (0,5х10-6 сек.) | 10 мс (0,01 сек.) |
| Ресурс | Не ограничен, не допускать перегрева |
Не ограничен, не допускать перегрева |
Не менее 100 000 (57 переключений в сутки в течении 5 лет) переключений при токе 10 А не менее 10 000 000 (5 479 переключений в сутки в течении 5 лет) переключений при токе до 2 А |
| Независимость выходов | Все выходы или группами объединены общим выводом, т.е. при использовании разных напряжений необходимо подключать дополнительное реле | Все выходы или группами объединены общим выводом, т.е. при использовании разных напряжений необходимо подключать дополнительное реле | Реле полность. независимы друг от друга, работают с разными напряжениями |
| Переключающие контакты | Нет | Нет | Да |
Транзисторные и симисторные выходы могут генерировать ШИМ сигнал, например для управления твердотельными реле электронагревателей. Для управления электродвигателями, освещением и приводами на выходы устанавливают дополнительные реле.
Модули ввода-вывода с релейными выходами не требуют установки доп.реле и могут в т.ч. небольшой нагрузкой (до 8А) управлять напрямую.
Реле независимы друг от друга и имеют переключающие контакты, т.е. каждый выход имеет как НО (нормально открытые) так и НЗ (нормально замкнутые) контакты, например для аварийных сигналов используются НО (нормально открытые) контакты, так как при пропадании питания контакт разомкнется и это будет сигнализировать об аварии. А для сигналов включения оборудования используются НЗ (нормально закрытые) контакты, что бы оборудование не включилось случайно при снятии питания с модуля ввода-вывода.
Для управления электродвигателями, освещением, двух или трех позиционных приводов в управлении инженерным оборудованием лучше подходят релейные выходы.
В чем смысл комбинированных модулей ввода-вывода
Комбинированные модули ввода-вывода - это модули имеющие набор аналоговых входов (AI), аналоговых выходов (AO), дискретных входов (DI) и дискретных выходов (DO).
Комбинированные модули ввода-вывода уменьшают количество модулей в системах и сокращают места в шкафах.Например:
- управление вентилятором в приточной установки требует:
RO - управление контактором (включение/отключение)
AO - управление частотой вращения (0-10В)
DI - сигнал аварии автомата и/или частотного преобразователя
AI/DI - сигнал от датчика перепада давления или от реле перепада давления
Если используем комбинированный модуль ввода-вывода (10xAI/DI, 6xAO, 4xRO), то потребуется только один модуль.
Если используем отдельные модули ввода вывода RO, AO, AI/DI, то потребуется от 3-х до 4-х модулей
- управление калорифером приточной установки требуется:
RO - управлением контактором насоса (включение/отключение)
DI - авария насоса по току (автомат)
AO - управление клапаном калорифера (0-10В)
DI - защита от замораживание по воздуху, термостат
AI - температура обратного теплоносителя
AI - температура приточного воздуха
AI - температура наружного воздуха
При использовании комбинированного модуля (10xAI/DI, 6xAO, 4xRO), нужен один модуль
При использовании отдельных модулей RO, AO, AI/DI, то нужно 3-4 модулей
Универсальные модули ввода-вывода
Модули ввода-вывода имеющие универсальные входы и/или выходы.
Чаще универсальными делают входы, например аналогово-дискретные входы (AI/DI) такие входы измеряют как аналоговые, так и дискретные сигналы.
Универсальные входы не требуют подключение шунтирующих резисторов и имеют защиту от короткого замыкания (КЗ) (необходима в режиме измерения тока).
Псевдо универсальные измеряют токовые сигналы 0-20 mA и 4-20 mA с помощью внешних (шунтирующих) резисторов, т.е. входы не измеряют ток, а измеряют падение напряжение на резисторах, пересчитывая падения напряжения в ток. Чтобы получить приемлемую точность измерения в таких модулях требуется применение высокоточных внешних (шунтирующих) резисторов. А для защиты от короткого замыкания требуется применение ограничительного резистора.
Особенность модулей ввода-вывода АЕКОН:
- Защита от помех - гальваническая развязка интерфейсов
- 2-х ступенчатая фильтрация аналоговых и дискретных входов. 1-ый уровень - физический фильтр сигнала. 2-ой уровень - регулируемый программный фильтр
- Дублирование интерфейсов - наличие 2-х или 3-х независимых интерфейсов одновременно
- Универсальные аналогово-дискретных входы (AI/DI) входы с защитой от КЗ, высокого напряжения и без необходимости использовать внешних (шунтирующих и ограничительных) резисторов. Конфигурирование каждого входа в отдельности через Modbus. Все выходы работают независимо друг от друга и имеют собственные схемы измерения.
- Полное конфигурирование модулей ввода-вывода через Modbus переменные. Конфигурация модулей ввода-выводов задается через переменные Modbus в т.ч. контроллерами (ПЛК/PLC), HMI-панелями и SCADA, что упрощает замену модулей на объекте
- Независимые реле с переключающими контактами (НЗ и НО контакты)
- Раздельные разъемные клемники, возможно частичное отключение входов-выходов
- Измерение сопротивления до 655 кОм. Сопротивление воды при 25С 182 кОм, т.е. модуль измеряет сопротивление воды и работает как датчик затопления (утечек)
- Высокая плотность входов 4xDIN (ширина 70 мм.) на 10xAI/DI, 6xAO, 4xRO
- Выходной ток аналоговых выходов (AO), достаточен для подключения электромеханических реле, и аналоговый выходы (AO) преобразуются в релейные (RO), т.е. максимальное число релейных выходов достигает 10 шт. Унификация таблиц переменных всех модулей ввода-вывода АЕКОН. Совместимость модулей ввода-вывода по таблицам переменных, например модуль релейных выходов и универсальный модули имеют одну и туже адресацию управления реле
- Обратная совместимость как по физическим параметрам так и таблице переменных
- Снятые с производства модули ввода-вывода заменяются новыми без изменения программ контроллеров (ПЛК/PLC), HMI-панелей и SCADA
- Конструкция модулей ввода-вывода запатентована, изобретение № 2772927 “Контроллер управления технологическими процессами и помощью внешних электронных и механических устройств”
