Новини

Фотооко вижда картонена кутия, реле се задейства, светлина на кулата променя състоянието си и контролерът отбелязва събитието, всичко това за милисекунди. Разбирането какво представлява цифровият вход/изход не може да остане академично, ако специфицирате хардуер за автоматизация или отстранявате неизправности в полево устройство. Това има пряко въздействие върху окабеляването, целостта на сигнала, съвместимостта на контролера и времето за работа на системата.

Цифровият вход-изход, обикновено известен като цифров I/O, е предаването на електрически сигнали в двоична форма между контролер или компютър и външни устройства. Двоичен означава, че сигналът се чете като едно от две състояния: ВКЛ. или ИЗКЛ., ВИСОКО или НИСКО, 1 или 0. Цифровият вход отчита дали това състояние е налице. Цифровият изход генерира сигнал, който прилага команда към външно устройство.

Цифров вход и изход · Основният градивен елемент на индустриалната автоматизация и вграденото управление

Цифров входен канал открива дали напрежението или токът са в рамките на определен праг. Ако входящото електрическо ниво е над този праг, системата го отчита като ВКЛ. Тя е ИЗКЛ, когато нивото падне под прага. Хардуерът може също да включва изолация, филтриране и защита от пренапрежение за по-добра надеждност в замърсена среда.

Цифровият изходен канал прави обратното. Когато софтуер, фърмуер или управляваща логика му подадат команда, неговото електрическо състояние се променя. Тази промяна на състоянието може да генерира напрежение, да поглъща ток или да превключва външна верига, в зависимост от дизайна на изхода. Приемащото устройство действа въз основа на този сигнал.

Цифрови входове

Цифровият вход приема сигнал от външния свят. Входът не управлява полевото устройство. Той приема състоянието, в което е показан. Типичните входове включват сензори за близост, крайни изключватели, контакти за аварийно спиране, блокировки на врати и индексни импулси на енкодера.

Праговото откриване и електрическата изолация често са част от входната верига. Тази изолация е особено ценна в индустриални среди, за да предпази хост системата от пикове на напрежение, проблеми със заземяването и електрически шум, генериран от двигатели, инвертори и комутационно оборудване.

Цифрови изходи

Цифровият изход изпраща управляващ сигнал навън. Често превключваемите товари включват осветителни тела, контактори и релета, индикатори, спирачки и пневматични клапани. Някои изходи са за директна сигнализация с нисък ток, докато други активират междинно реле или твърдотелно устройство, което превключва основния товар.

Изходните характеристики заслужават специално внимание. Токовият капацитет, диапазонът на напрежението, скоростта на превключване и поведението на утечка определят дали даден изход може да обслужва целевото устройство безопасно при всички предвидени работни условия. В повечето приложения изходът не захранва директно крайното устройство. Той изпраща сигнал с управляващо ниво към независим захранващ каскад.

Един от най-често задаваните въпроси, които купувачите задават относно цифровия вход/изход, е дали той ще работи със съществуващата им архитектура за управление. Става въпрос както за типа на сигнала, така и за броя на каналите.

• 24VDC цифрови входове/изходи: Често срещано за функции на индустриално ниво, защото това ниво на напрежение предлага работещ баланс между имунитет срещу шум и практичност за PLC и хардуер за управление на машини.
• 3.3V или 5V логика: Често срещано при вградените системи. Тези нива на напрежение не могат да бъдат взаимозаменяеми с 24VDC индустриални входно/изходни сигнали без подходящ дизайн на интерфейса.
• Източник и поглъщател: Изходът за захранване подава ток към товара. Изходът за потапяне осигурява път към земята. Входовете обикновено се документират според очакваната схема на окабеляване на място. Това е особено важно в системи със смесени доставчици, където PNP и NPN сензорите трябва да са съвместими.
• Изолация: Електрическа бариера между полевата страна и страната на контролера. Осигурява допълнителна защита и намалява грешките при шумни инсталации. Неизолираните входове/изходи може да са подходящи за малки, добре контролирани корпуси, но изискват повече внимание към заземяването и управлението на кабелите.

• Автоматизация на фабриките: Състояние на машината и откриване на детайли, система за смазване и алармени изходи, наблюдение на механични блокировки и логика на последователност на всеки етап от производствената линия.
• Транспорт и инфраструктура: Състояние на вратата, положение на превключвателя, наблюдение на алармените сигнали и управление на релета в инсталации на шкафове за превозни средства, железопътни линии и крайпътни инсталации.
• Здравно оборудване: Сигнализация за състояние, периферно управление и функции за системна безопасност, където се изисква детерминистична работа и надеждно откриване на състоянието.
• Вградени индустриални компютри и периферни контролери: Софтуерът за зрение, анализите или логиката за управление на системата могат да работят на компютър без вентилатор, но цифровите входно/изходни устройства (I/O) позволяват откриването на събитие от сензор и реакцията в реално време. Именно затова изборът на I/O устройства трябва да бъде част от съвместния дизайн на платформата от самото начало, а не допълнителна мисъл.

Цифровите входове/изходи са много различни от аналоговите входове/изходи, а оперативната разлика е значителна. Аналоговите входове и изходи представляват диапазон от стойности (като 0 до 10V или 4 до 20mA) и измерват или контролират непрекъснато променящи се условия, като температура, налягане или поток. Цифровите входове/изходи просто отчитат и командват дискретни състояния.

Също така не е еквивалентен на комуникационен интерфейс като Ethernet, USB или сериен. Комуникационните портове обменят структурирани данни, често двупосочно и по протокол. Цифровият вход/изход е директна сигнализация, базирана на състоянието. Много системи използват и двете: мрежовите устройства пренасят данни от по-високо ниво, докато цифровият вход/изход обработва почти мигновен контрол и наблюдение на ниво оборудване.

При избора на цифров входно/изходен хардуер, общите етикети имат малко влияние върху практичността на внедряването. Първият параметър, който трябва да се провери, е диапазонът на напрежението, следван от номиналния ток, метода на изолация, плътността на каналите и времето за реакция. В приложения с дълги кабелни трасета, шум от превключване и външно оборудване от различни доставчици, електрическият толеранс става също толкова важен, колкото и основната функционалност.

• Условия на околната среда: Чиста лабораторна маса и линия за щанцоване не налагат едни и същи изисквания. Промишлените инсталации може да изискват широка работна температурна поддръжка, устойчивост на вибрации, стабилно постояннотоково захранване и сигурни опции за клеми и конектори.
• Наличност на жизнения цикъл: Препроектирането от кратък жизнен цикъл на продуктите може да повлияе на валидирането, снабдяването и планирането на сервиза. Наличността с удължен жизнен цикъл може да бъде също толкова важна за производителите на оригинално оборудване (OEM) и системните интегратори, колкото и електрическите характеристики.
• Съвместимост на софтуера: Някои цифрови входно/изходни модули се интегрират лесно в Windows или Linux среди със зрели драйвери и API. Други са създадени за PLC-ориентирани или протоколно-ориентирани архитектури. Правилният избор зависи от това дали вашият контролен слой е традиционен PLC, вграден компютър, медицинска работна станция или персонализирано периферно устройство.

На хартия, цифровите входно/изходни системи изглеждат прости, защото работят само с две състояния. На практика тези две състояния трябва да останат надеждни. Фалшиви задействания, пропуснати преходи и гранични нива на напрежение могат да създадат периодични повреди, които са трудни за диагностициране. Сензорът може да изглежда функционален, но ако входният праг е лошо съобразен или схемата за заземяване е нестабилна, системата за управление все още може да отчита грешно състояние.

Ако вашето приложение зависи от надежден мониторинг на състоянието и директно управление на устройства, цифровите входно/изходни данни са една от първите спецификации, които си струва да бъдат изпълнени правилно.