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:
- 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:
- 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.
- При использовании нескольких заземлённых источников сигнала тока и напряжения их заземление должно производится в одной точке.
- 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.
- 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-.