Типовые схемы подключения MDS-модулей

Дмитрий Громов, главный инженер "КонтрАвт"

Александр Желтухин, ведущий инженер "КонтрАвт"

 

Типовые схемы подключения MDS

Входные и выходные сигналы дискретных модулей

В системах управления распространены сигналы типа «включено/выключено», вырабатываемые бинарными датчикам. Бинарные датчики используются для определения положения при механических перемещениях, для подсчёта элементов в дискретных потоках, для контроля достижения предельных значений параметров или крайних положений подвижных частей и т.д.

В качестве примера бинарных датчиков можно привести следующие:

• выключатели, кнопки, концевые выключатели, герконы;
• пороговые устройства (реле давления, перепада давления, вакуума, температуры);
• фотоэлектрические датчики;
• ультразвуковые датчики и т.п.

На выходе бинарные датчики, как правило, имеют сигнал в виде замыкания (размыкания) «сухого контакта», включения/выключения n‑p‑n- или p-n-p-транзистора с открытым коллектором, реже – логический сигнал.

Для управления также часто используются исполнительные механизмы, имеющие только два рабочих состояния («Включено/Выключено»). Эти механизмы называются двухпозиционными или бинарными. К двухпозиционным исполнительным механизмам, в частности, относятся магнитные клапаны, электромагнитные реле, электронные твёрдотельные выключатели и т. д.

MDS DIO-16BD

Модуль MDS DIO-16BD предназначен для ввода-вывода дискретных (бинарных) сигналов. Прибор имеет 16 каналов, каждый из которых может быть индивидуально запрограммирован либо как вход, либо как выход. Все каналы имеют гальваническую развязку от схемы прибора, а также разделены между собой на две гальванически изолированные группы по 8 каналов. Входы модуля MDS DIO-16BD  предназначены для подключения датчиков с типом выхода «Сухой контакт», «n-p-n-транзистор с открытым коллектором», а также ввода сигналов логических уровней. При работе с сигналами типа «сухой контакт», n-p-n-транзистора с открытым коллектором внешние  ограничительные резисторы не требуются.

Функциональные характеристики модуля MDS DIO-16BD описаны в инструкции по эксплуатации и предыдущей статье этого номера Методички.

Выходы модуля MDS DIO-16BD представляют собой транзисторные ключи (n-p-n-транзисторы с открытым коллектором) с максимальной токовой нагрузкой 40 мА на ключ, что позволяет подключать к MDS DIO‑16BD схемы управления мощными нагрузками, электромеханические реле (защитный диод встроен в ключ), элементы светодиодной индикации.

Напряжение питания модуля, группы каналов и нагрузки могут быть различны. В пределах одной группы питание нагрузок в канале также может быть различно. Нагрузка всегда подключается к «Плюсу» источника питания. Хотя напряжение питания каждой группы каналов  установлено в диапазоне 5-35 В, следует иметь в виду, что минимальная потребляемая мощность будет при меньшем напряжении питания группы.

Типовая схема подключений

В данной схеме первая группа каналов (контакты DIO01…DIO8) используется в качестве гальванически изолированной и имеет следующие подключения: блок питания и реле, фотоэлектрический датчик, датчик давления.

Каналы 1…3 (контакты DIO01…DIO03) запрограммированы как выходы и управляют включением реле, входящими в состав блока питания и реле БПР.

Каналы 4, 5 (контакты DIO04, DIO05) запрограммированы как входы и подключены к выходам дискретных датчиков, реализованных на n‑p‑n‑транзисторах с открытыми коллекторами.

Напряжение питания первой группы обеспечивается блоком питания и реле БПР.

Вторая группа каналов (контакты DIO09 – DIO16) используется в варианте подключения без гальванической изоляции и имеет следующие соединения: концевой выключатель, кнопка, блок реле, блок симисторный.

Канал 9 запрограммирован как вход и подключен к концевому выключателю типа «сухой контакт». Последовательно включённый светодиод может использоваться для индикации замыкания (ток в цепи датчика 8 мА). Канал 16 используется аналогично каналу 9.

Каналы 10…14 запрограммированы как выходы и используются для управления реле группой из 4 реле в составе блока реле БР4-24 (КонтрАвт) и симисторным блоком БС-240 (КонтрАвт).

Напряжение питания второй группы каналов и модуля MDS DIO‑16BD обеспечивается блоком питания MDS PSM-24.

Подключение питания второй группы обеспечивается перемычками (+U2, +U и COM2, GND).

Модуль имеет дублированные клеммы подключения интерфейса RS-485. При использовании дублированных клемм, как приведено на схеме Рис. 1, следует помнить, что при отключении разъёма от модуля цепь интерфейса RS-485 разрывается.

Заземление экрана кабеля интерфейса RS-485 производится в одной точке цепи, а на конечном устройстве, подключённом к интерфейсу RS-485, устанавливается концевой терминатор.

Особенности разводки цепей интерфейса RS-485 приведены на сайте. Подключение линий интерфейса RS-485 идентично для всех MDS‑модулей

MDS DIO-4/4R, MDS DIO-4/4T, MDS DIO-4/4S

Модули MDS DIO-4/4R, MDS DIO-4/4T, MDS DIO-4/4S предназначены для ввода-вывода дискретных (бинарных) сигналов. Прибор имеет 4 входа и 4 выхода.

Входы всех модификаций идентичны, выходы различны.

• MDS DIO-4/4Т. Выход – n-p-n-транзистор с открытым коллектором.
• MDS DIO-4/4R. Выход – электромеханическое реле.
• MDS DIO-4/4S. Выход – симистор.

Ввод дискретных сигналов осуществляется по четырём каналам с индивидуальной гальванической развязкой от датчиков c типом выхода «сухой контакт», n-p-n транзистор с открытым коллектором, p-n-p транзистор с открытым коллектором и логических сигналов. При работе с сигналами типа «сухой контакт», транзистор с открытым коллектором внешние ограничительные резисторы не требуются.

Отметим, что в отличии от модуля MDS DIO-16BD модуль MDS DIO‑4/4 имеет:

• возможность подключения ко входу датчиков с типом выхода «p-n-p-транзистор»;
• возможность непосредственного подключения исполнительных механизмов к выходам;
• индивидуальную гальваническую развязку всех каналов как ввода, так и вывода.

Электрические характеристики выходов и функциональные характеристики модулей MDS DIO-4/4R, MDS DIO-4/4T, MDS DIO-4/4S описаны в инструкции по эксплуатации и на сайте.

Типовые схемы подключения

Типовые схемы подключений модуля MDS DIO-4/4T, MDS DIO-4/4R, MDS DIO-4/4S приведены на Рис. 2, 3, 4. Так как входные каналы всех  модификаций идентичны, то их подключение рассмотрено только на Рис. 2

 

Типовая схема подключения модуля MDS DIO-4/4T

 

Входные каналы

В данной схеме первый входной канал (контакты DI01+, DIO1-) используется для подключения емкостного датчика уровня (LI5044, выход транзистор p-n-p).

Второй входной канал (контакты DI02+, DIO2-) используется для подключения фотодатчика (SICK WT 100, выход транзистор n-p-n).

Третий и четвёртый каналы используются для подключения кнопки и выключателя (тип датчика «Сухой контакт»), причём питание данных
датчиков обеспечивается без гальванической развязки от самого модуля.

Еще раз обратим внимание, что все входы используются в 4 гальванически развязанных схемах.

Выходные каналы

Выходные каналы модуля MDS DIO-4/4T обеспечивают подключение более мощной нагрузки (постоянный ток 150 мА на канал) по сравнению с модулем MDS DIO-16BD (постоянный ток 40 мА на канал). Подключаемыми исполнительными устройствами могут являться электромеханические реле, устройства звуковой и световой сигнализации, устройства управления мощными нагрузками (бесконтактные пускатели).

При подключении индуктивных нагрузок следует для защиты выхода от перенапряжения применять защитный диод.

При подключении выходов необходимо строго соблюдать полярность подключаемых сигналов.

В данной схеме первый выходной канал (контакты DO1, COM1) управляет включением элемента индикации (лампа).

Второй выходной канал (контакты DO2, COM2) управляет включением симисторного блока БС-240 (КонтрАвт).

Третий выходной канал – не задействован.

Четвёртый выходной канал (контакты DO4, COM4) управляет включением реле TR92 (ф. TTI).

Подключение цепей интерфейса RS-485 аналогично модулю MDS DIO-16BD.

Типовая схема подключений модуля MDS DIO-4/4R

 

Выходные каналы

Выходные каналы реализованы на электромагнитных реле с контактами на переключение. Они могут использоваться для подключения разнообразных исполнительных устройств постоянного и переменного тока: электромагнитных пускателей, нагревателей, устройств индикации, электродвигателей и т.д.

Первый выходной канал (контакты NO1, COM1) используется для подключения асинхронного двигателя (Вентилятор). Для защиты от помех, возникающих при переключении индуктивной нагрузки настоятельно рекомендуется применять шунтирующую RC-цепочку (0,1 мкФ 600 В, 100 Ом 2 Вт). Контакты NС1 и COM1 используется для включения электромагнитного пускателя. Группа контактов реле первого канала работает на переключение.

Второй и третий выходные каналы не используются.

Четвёртый выходной канал (контакты NO4, COM4) используется для подключения лампы сигнализации.

Типовая схема подключений модуля MDS DIO-4/4S

Выходные каналы могут использоваться для подключения разнообразных исполнительных устройств переменного тока: электромагнитных пускателей, нагревателей, устройств индикации, электродвигателей и т. д. мощностью не более 200 Вт.

Включение происходит при переходе фазы напряжения через «0». Модуль имеет встроенные снабберные цепочки для защиты от перенапряжения и импульсных помех на каждом выходном канале. Для дополнительной защиты и снижения уровня импульсных помех рекомендуется применять шунтирующую RC-цепочку (0,1 мкФ 600 В, 100 Ом 2 Вт), подключённую непосредственно к нагрузке.

Модуль MDS DIO-4/4S реализован на симисторах и, поэтому, предназначен для коммутации нагрузок только переменного тока в однофазной сети.

Особенности применения модулей MDS DIO-4/4 R, T, S

MDS DIO-4/4S и DIO-4/4T применяются в случаях частых включений-выключений исполнительных механизмов. Например, при ШИМ-сигнале управления. Кроме того, MDS DIO-4/4S позволяет коммутировать переменное напряжение до 250 В с силой тока до 1 А. Также полезным свойством коммутации при помощи симистора является отсутствие бросков напряжения, которые возникают при коммутации индуктивной нагрузки при помощи реле.

MDS DIO-4/4R коммутирует наибольшую нагрузку, чем любой модуль из трёх модификаций. Однако, его не рекомендуется применять для коммутаций нагрузки с большой частотой срабатывания контактов.

MDS AO-2UI, MDS AO-2UI/D

Назначение

Модули MDS AO-2UI, MDS AO-2UI/D предназначены для вывода унифицированных аналоговых сигналов тока (0-20 мА, 4-20 мА) и напряжения (0-5 В, 0-10 В). Они могут использоваться для подключения исполнительных устройств, имеющих аналоговую схему управления: частотно-регулируемые приводы асинхронных двигателей, регуляторы мощности, регуляторы освещения и т. д., а также для формирования аналоговых сигналов с нормированными метрологическими характеристиками.

MDS AO-2UI, MDS AO-2UI/D имеют 2 идентичных выходных канала и различаются наличием у последнего 4-разрядного цифрового дисплея.

Выходные каналы MDS AO-2UI имеют гальваническую изоляцию от блока питания модуля и интерфейса, но между собой гальванически связаны.

В каждом выходном канале в один момент можно использовать либо сигнал тока, либо напряжения. Функциональные характеристики модулей MDS AO-2UI, MDS AO-2UI/D описаны в инструкции по эксплуатации и предыдущей статье Методички.

Схемы подключений обеих модификаций модулей идентичны.

Типовые схемы подключения

Фрагмент функциональной схемы выходов модуля MDS AO-2UI приведён на Рис. 5

a) подключение нагрузок к двум токовым выходам;
b) подключение нагрузок к двум выходам напряжения;
c) подключение нагрузки к токовому выходу и выходу напряжения.

Особое внимание при подключении нагрузок следует обратить на то, что аналоговые выходы гальванически не развязаны, токовые выходы имеют общую точку «Iout1,2+», а выходы напряжения – общую точку «AGND».

Исходя из этого, следует строго соблюдать следующие рекомендации подключения двух приёмников аналогового сигнала:

1. Два приёмника токового сигнала должны иметь «плавающие» общие точки, гальванически изолированные от заземления и друг от  друга (рис. 6 а), либо общую точку “+”.
   Пример правильной схемы подключения приведён на Рис. 6.

Пример неправильной схемы подключения приведён на Рис. 7.

2) Два приёмника сигналов напряжения могут иметь общую точку входных цепей (рис. 8 б), которая соединяется при подключении с клеммой AGND модуля MDS AO-2UI, либо быть гальванически развязаны (рис. 8 а).

Рис. 8. Пример правильной схемы подключения

3) Приёмник токового сигнала и приёмник сигнала напряжения также должны иметь «плавающие» общие точки, гальванически  изолированные от заземления и друг от друга. Заземлённые приёмники сигналов напряжения должны заземляться в одной точке (рис. 9 а). Соединение общих разных точек (рис. 9 б) недопустимо.

Рис. 9. Примеры правильной и неправильной схем подключения

Несоблюдение данных рекомендаций нарушает функционирование модуля и может повлечь его выход из строя !!!

При использовании только одного выходного канала приёмник сигнала может быть как изолированным, так и заземлённым.

Рекомендуется проводить соединение выходных каналов с приёмниками сигнала кабелем типа «витая пара» в экране. Экран заземляется в одной точке на стороне приёмника сигнала. Токовый сигнал меньше подвержен влиянию помех.

MDS AI-8TC, MDS-8TC/D

Назначение

Модули MDS AI-8TC(/D) предназначены для ввода аналоговых сигналов. Они имеют 8 независимых каналов измерения аналоговых сигналов термопар, унифицированных сигналов напряжения и тока.

Модули MDS AI-8TC, AI-8TC/D имеют по 8 идентичных входных каналов и различаются наличием 4-разрядного цифрового дисплея.

Входные каналы MDS AI-8TC(/D) имеют гальваническую изоляцию от блока питания модуля и интерфейса, но между собой гальванически связаны.

Функциональные характеристики модулей MDS AI-8TC(/D) описаны в инструкции по эксплуатации и предыдущей статье Методички.

Входные каналы

Входы модуля имеют одну общую точку, к ней подключаются «минусы» входных сигналов.

Измерительные входы модуля рассчитаны на подключение термопар и источников унифицированных сигналов напряжения и тока – по двухпроводной схеме.

К MDS AI-8TC(/D) можно подключать 8 типов термопар (ТХА, ТХК, ТПП, ТПР, ТПП, ТНН, ТВР, ТЖК по ГОСТ Р 8.585), диапазон измерения температур – от минус 200 °С до +2300 °С. Кроме того, входными сигналами могут быть унифицированные токовые сигналы (0…20 мА, 4…20  мА) и унифицированные сигналы напряжения (0…50 мВ, 0…150 мВ, 0…500 мВ, 0…1000 мВ).

Метрологические характеристики

Пределы основной допускаемой приведенной погрешности измерения унифицированных сигналов напряжения и тока, приведенные к диапазону преобразования - не более 0,1 % для всех диапазонов преобразования и во всем диапазоне напряжения питания.

Предел допускаемой дополнительной погрешности, вызванной изменением температуры окружающего воздуха от нормальной (23 ± 5) °С до любой температуры в пределах рабочих температур, на каждые 10 °С изменения температуры не превышает 0,5 предела допускаемой
основной погрешности.

Предел допускаемой дополнительной погрешности, вызванной изменением температуры “холодных” спаев (при измерении сигналов ТЭП) во всём диапазоне рабочих температур, не превышает ±1 °С.

Типовые схемы подключения

Каждый из 8 каналов модуля MDS AI-8TC(/D) может быть индивидуально запрограммирован на измерение сигналов термопар, источников  напряжения или источников тока.

При подключении источников сигнала необходимо строго соблюдать следующие рекомендации:

1. Использовать термопары с изолированным рабочим спаем. Применение термопар с неизолированным рабочим спаем может привести к значительному ухудшению метрологических характеристик. В худшем случае модуль может выйти из строя из-за протекания тока по контурам заземления.
2. При использовании нескольких заземлённых источников сигнала тока и напряжения их заземление должно производится в одной точке.
3. Сигнальные цепи источников сигналов тока и напряжения должны выполняться проводом типа «витая пара» в экране. Заземление экрана в одной точке со стороны источника сигнала. Заземление экрана в двух точках запрещается.
4. Провода термопар (либо компенсационные провода) для обеспечения компенсации влияния температуры «холодных» спаев следует подключать непосредственно к контактам разъёма.

На Рис. 10 приведён пример правильных подключений источников сигналов к модулю MDS AI-8TC

Рис. 10

Термопары с изолированным рабочим спаем подключены к 1…3 каналам модуля, экран термопарного кабеля заземляется на стороне источника сигнала.

К четвёртому входному каналу подключен изолированный источник тока (V1) с заземлённым корпусом.

К пятому, шестому и седьмому каналу подключены заземлённые источники сигналов тока (V2, V3) и напряжения (V4). Заземление приборов производится в одной точке.

К восьмому каналу подключается изолированный источник напряжения (V5)

На Рис. 11 приведён пример неправильных подключений источников сигналов к модулю MDS AI-8TC

Рис. 11

Ошибочным является подключение термопар с неизолированным рабочим спаем к первому и второму входным каналам, а также заземление в разных точках неизолированных источников сигналов (V1, V2, V3) к 5…7 входным каналам. 

MDS AI-3RTD, MDS AI-3RTD/D

Назначение

Модули MDS AI-3RTD, MDS AI-3RTD/D предназначены для ввода аналоговых сигналов. Они имеют 3 независимых канала измерения  аналоговых сигналов термопреобразователей сопротивления и потенциометрических датчиков. Эти модули имеют 3 идентичных входных канала и различаются наличием 4-разрядного цифрового дисплея (MDS AI-3RTD/D).

Входные каналы MDS AI-3RTD(/D) имеют гальваническую изоляцию от блока питания модуля и интерфейса, но между собой они гальванически связаны. На вход можно подключать 10 типов термопар ТСМ (50М, 100М), ТСП (50П, Pt50, 100П, Pt100, 500П, Pt500), ТСН (100Н, 500Н) и потенциометрические датчики от 0 до 2000 Ом.

Функциональные характеристики модулей MDS AI-3RTD(/D) описаны в инструкции по эксплуатации и статье Методички.

Метрологические характеристики

Пределы допускаемой основной приведённой погрешности измерения сопротивления, приведенные к диапазону измерения – не более 0,1 % для всех диапазонов измерения.

Предел допускаемой дополнительной погрешности, вызванной изменением температуры окружающего воздуха от нормальной (23 ± 5) °С до любой температуры в пределах рабочих температур, на каждые 10 °С изменения температуры не превышает 0,25 предела допускаемой основной погрешности.

Типовые схемы подключения

Каждый из 3 каналов модулей MDS AI-3RTD(/D) может быть индивидуально запрограммирован на измерение сигналов термопреобразователей сопротивления или потенциометрических датчиков.

При подключении источников сигнала необходимо строго соблюдать следующие рекомендации:

1. Использовать изолированные термопреобразователи сопротивления и потенциометрические датчики. Наличие токов утечки по контурам заземления или общему проводу источников сигнала приводит к ухудшению метрологических характеристик и, в крайнем случае, выходу модуля из строя.

2. Сигнальные цепи источников сигналов должны выполняться проводом типа «витая пара» в экране. Заземление экрана в одной точке со  стороны источника сигнала. Заземление экрана в двух точках запрещается.

3. Модуль MDS AI-3RTD, MDS AI-3RTD/D обеспечивает метрологические характеристики при четырёхпроводной схеме подключения датчика.

Однако, если сопротивление датчика много больше сопротивления соединительных проводов, допускается подключения датчика по двухпроводной схеме, причём для датчиков с двухпроводной схемой измерения на клеммах модуля устанавливаются 2 перемычки, а для датчиков с трёхпроводной схемой измерения – 1 перемычка.

На Рис. 12 приведен пример правильных подключений источников сигналов к модулю MDS AI-3RTD.

Рис. 12

К первому входному каналу (контакты IEXC 1+, SNS 1+, SNS 1-, IEX 1-) подключен термопреобразователь сопротивления TCП Pt100 по 4-проводной схеме.

Ко второму входному каналу (контакты IEXC 2+, SNS 2+, SNS 2-, IEX 2-) подключен термопреобразователь сопротивления TСН Ni500 по 2-проводной схеме. Для датчика с двухпроводной схемой измерения устанавливаются 2 перемычки: между контактами IEXC+, SNS+ и IEXC-, SNS-.

К третьему входному каналу (контакты IEXC 3+, SNS 3+, SNS 3-, IEX 3-) подключен потенциометрический датчик положения KL10…SE (диапазон изменения сопротивления до 1 кОм) по четырёхпроводной схеме.

Датчики с трёхпроводной схемой измерения могут подключаться к модулю MDS AI-3RTD по “улучшенной” двухпроводке, обеспечивающей уменьшение дополнительной погрешности, вносимой соединительными проводами, в 2 раза. При таком соединении перемычка устанавливается между контактами IEXC+ и SNS+ или IEXC- и SNS-.