1 Koncentrator wejść

1
Koncentrator wejść .......................................................................................................................................................................................................1
Opis koncentratora ...................................................................................................................................................................................................1
Podłączenie koncentratora do komputera i zasilanie elektroniki koncentratora .......................................................................................................2
Wejście koncentratora ..............................................................................................................................................................................................2
Częstotliwość wejściowa .......................................................................................................................................................................................2
Dzielniki częstotliwości..............................................................................................................................................................................................2
Numeracja wejść i podłączenie sygnałów do koncentratora ....................................................................................................................................3
Sterownie dodatkowymi wejściami........................................................................................................................................................................4
2
Instalacja ......................................................................................................................................................................................................................4
2.1
Długość i typ kabli .....................................................................................................................................................................................................4
2.2
Zasilacz obiektowy....................................................................................................................................................................................................4
2.3
Architektura okablowania..........................................................................................................................................................................................5
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1
Koncentrator wejść
Funkcją koncentratora jest odczyt wejść dwustanowych 12-24V, wstępne przetworzenie ich stanu i odesłanie do komputera, do programu stacji
zbierania danych za pośrednictwem łącza RS232.
1.1
Opis koncentratora
Od strony technicznej koncentrator składa się z modułu
komunikacyjnego i jednego do czterech modułów wejść.
Koncentrator wejść GK16IN składa się z modułu
komunikacyjnego GolemCPU i jednego modułu GE16IN
osadzonych w obudowie strumieniowej do montażu na szynę
DIN 35mm.
Koncentrator GK64IN to moduł komunikacyjny i 4 moduły wejść
w jednej obudowie
Koncentrator obsługuje maksymalnie 64 wejścia.
Od strony handlowej dostępne są moduły:
•
GK16IN – koncentrator 16 wejścia
•
GK32IN – koncentrator 32 wejścia
•
GK64IN – koncentrator 64 wejścia
•
GE16IN – Rozszerzenie koncentratora o 16 wejść
Koncentrator GK16IN i rozszerzenie GE16IN
Trzy przykładowe konfiguracje koncentratora
Jeden koncentrator GK16IN + jedno rozszerzenie
GE16IN –w sumie 32 wejścia
Jeden koncentrator GK32IN + dwa rozszerzenia GOLEM16IN
– w sumie 64 wejścia
Koncentrator GK64IN – 64 wejścia
1.2
Podłączenie koncentratora do komputera i zasilanie elektroniki koncentratora
Koncentrator łączymy z komputerem odpowiednim kablem zapewniającym komunikację poprzez port RS oraz zasilanie jego elektroniki.
Oryginalny kabel pobiera zasilanie (+5V) z portu USB. Nie należy mylić zasilania elektroniki z napięciem podawanym na wejścia. Wejścia koncentratora
są optycznie odizolowane od jego elektroniki.
Podłączenie z zasilaniem z portu USB
Podłączenie z zasilaniem z zewnętrznego zasilacza 5V
Podłączenie z użyciem zewnętrznego zasilacza
niestabilizowanego 10-15V i wewnętrznego
stabilizatora
Standardowy kabel połączeniowy z zasilaniem koncentratora przez komputer PC ma 3 metry. Co prawda standard RS232 mówi o kablu nie dłuższym
niż 12m ale jeżeli kabel nie biegnie razem z kablami energetycznymi to można podłączyć koncentrator kablem 20-30 metrowym, jednak trzeba
zapewnić odrębne zasilanie elektroniki koncentratora. Nie jest wskazane zasilanie odległego koncentratora za pomocą długich kabli bo naraża to na
uszkodzenie zasilacz komputera na uszkodzenie dlatego w takim przypadku zasilamy koncentrator dodatkowym zasilaczem +5V
Ponieważ jednak zasilacz 5V nie jest typowym zasilaczem to możemy skorzystać z zasilacza wbudowanego w moduł CPU do którego
podłączyć możemy (zaciski 6 i 7) dowolny zasilacz 10-15V stałego lub zmiennego o wydajności ok. 200mA. Polaryzacja napięcia na zaciskach 6 i 7 nie
jest istotna ponieważ na wejściu zasilacza zastosowano typowy mostek prostowniczy. Masa wbudowanego zasilacza jest połączona z masą elektroniki
koncentratora a napięcie +5V dostępne na zacisku 5 podajemy na zacisk 4. Jeżeli chcemy skorzystać z zewnętrznego zasilacza 5V to musimy zadbać o
to aby był to zasilacz stabilizowany o wydajności ok. 150mA.
1.3
Wejście koncentratora
Wejścia aktywowane są dodatnim napięciem 12 do 24V DC.
Prąd pobierany przez jedno aktywne wejście to około 5-10 mA.
Wejścia koncentratora wyposażono w izolację optyczną 1,5KV chroniące elektronikę koncentratora
oraz współpracujący komputer przed zniszczeniem w wyniku wyładowań atmosferycznych
indukujących spore napięcia na przewodach.
uproszczony schemat jednego wejścia
1.4
Częstotliwość wejściowa
Istotnym parametrem jest minimalny czas trwania impulsu (t1) oraz minimalny czas trwania przerwy pomiędzy
impulsami (t2). Czasy te powinny wynosić co najmniej 100ms co daje nam maksymalną częstotliwość
zliczania rzędu 5Hz.
1.5
Dzielniki częstotliwości
Aby monitorować sygnały o większej dynamice zmian można zastosować podział częstotliwości za pomocą zewnętrznych liczników. Dostępny
jest moduł 8 wejściowy podłączany jako rozszerzenie koncentratora gdzie każdy z sygnałów wejściowych dzielony jest przez 2 lub16.
Wbrew pozorom podział taki jest bardzo prosty od "odwrócenia" na poziomie oprogramowania i praktycznie znikomy wpływ na dokładność pomiaru
czasu czy impulsów. Podział przez dwa stosujemy kiedy istnieje duża dysproporcja pomiędzy czasami t1 i t2 – na wyjściu podzielnika zmiana sygnału
pojawi się co drugi impuls ale o proporcjach 1:1. Podział przez 16 zastosować możemy np. dla impulsów z czujników z wałów napędowych
urządzeń (czy enkoderów ) gdzie częstotliwość jest większa niż maksymalna częstotliwość koncentratora.
1.6
Numeracja wejść i podłączenie sygnałów do koncentratora
Numeracja wejść koncentratora.
Moduł posiada dwie grupy wejść – po osiem u góry i osiem u dołu. Każda grupa posiada
własną masę. Zaciski ponumerowane są od 1 do 8 u góry i od 9 do 16 u dołu.
I taka numeracja odpowiada wejściom pierwszego podłączonego do CPU modułu.
Wejścia następnych modułów numerowane są poprzez dodanie 16 dla 2, 32 dla 3 i 48 dla 3
modułu. Czyli 1 wejście drugiego podłączonego modułu wejść będzie wejściem 17 a
ostatnie (16) wejście ostatniego modułu będzie wejściem 64.
Możliwości pozyskiwania sygnałów dla systemu Golem są wręcz nieograniczone.
Właściwie z każdej maszyny czy urządzenia można pobrać właściwy sygnał.
Tym bardziej że istnieje możliwość programowego filtrowania i modyfikowania pobranych
sygnałów opisana w instrukcji konfiguracji systemu.
Sygnał można pobrać z zestyków pomocniczych styczników, z przycisków, przełączników,
czujników typu P-N-P (tak wbudowanych w sterowanie jak i celowo dodanych).
Sygnały możemy pozyskać bezpośrednio lub pośrednio z zacisków wejść / wyjść sterownika
PLC sterującego maszyną co przedstawia rysunek niżej.
W wariancie A podłączamy się bezpośrednio do sterownika wykorzystując zasilanie
obserwowanej maszyny. Połączenie takie rodzi jednak pewne zagrożenia. Jeśli chodzi o
sygnał wejściowy to bardzo długie przewody biegnące np. w towarzystwie kabli zasilających
mogą powodować powstawanie zakłóceń interpretowanych przez sterownik jako sygnał
załączenia. W większości przypadków jednak ryzyko jest pomijalne. Gorzej jest w przypadku
podłączenia się do wyjść sterownika. Oczywiście w grę wchodzą tylko i wyłącznie wyjścia
tranzystorowe 24V DC. Przy takim połączeniu ryzykujemy jednak uszkodzenie wyjścia i/ lub
niekontrolowane załączenie podłączonego do tegoż wyjścia aparatu. Dlatego w wariancie B
przedstawiono identyczne połączenie - ale z separacją sygnałów za pomocą przekaźników.
Rozkład zacisków koncentratora i podłączenie przykładowych sygnałów
1.7
Sterownie dodatkowymi wejściami
Wejścia koncentratora poza pozyskiwaniem sygnałów świadczących o pracy
monitorowanego urządzenia mogą też służyć do zmiany statusu maszyny.
Dostępne są dwie konfiguracje sterowania statusu wejściem (wejściami)
1) Wykorzystujemy jedno wejście przełączające status pomiędzy
pracą (wejście załączone) a awarią (wejście wyłączone)
2) Wykorzystujemy dwa wejścia zdefiniowane jako weA i weB za
pomocą których kodowany jest następujący stan urządzenia
•
•
•
•
weA wyłączone, weB wyłączone – POSTÓJ
weA załączone, weB wyłaczone – PRACA
weA wyłączone, weB załączone – AWARIA
weA załączone, weB załaczone – PRZEZBRAJANIE
Na rysunku przedstawiono kilka praktycznych konfiguracji wejść sterujących
1) Przełącznik praca / awaria w trybie obsługi jednym wejściem
2) Przełącznik praca / postój / awaria
3) Jak w przykładzie 2 ale podłączono dodatkowy przełącznik
przezbrajania podłączony za pomocą diod w taki sposób że jego
załączenie powoduje podanie sygnału na obydwa wejścia
4) Przykład w którym sygnały o stanie maszyny pobrano z jej
sterowania.
2
2.1
Instalacja
Długość i typ kabli
Zakładamy że dla zasilania 24V długość kabli wynosić może około 500 - 800 metrów. Jednak brać pod uwagę trzeba takie warunki jak ryzyko przepięć
związanych z wyładowaniami atmosferycznymi, przepięć indukowanych w wyniku sąsiedztwa kabli elektroenergetycznych i przepięć wynikających z
różnic potencjałów między masami. Szczególnie narażone są przewody prowadzone między budynkami.
W przypadku stosowania sygnałów wykorzystujących obce zasilacze – np. sygnały brane z maszyn względem ich mas - należy zwrócić uwagę
na sposób łączenia tychże mas.
Instalację można wykonać przewodami telefonicznymi np. YTKSY 1x2x0,5 – dwie żyły 0,5 mm lub YTKSY 10x2x0,5 – 20 żył 0,5mm dla połączeń
między puszkami połączeniowymi. Nie ma znaczenia czy kable mają skręcone żyły czy też nie.
2.2
Zasilacz obiektowy
Jak wspomniano można pobrać bezpośredni sygnał napięciowy z instalacji sterującej maszyną jednak najczęściej korzystamy z dodatkowego
zasilacza 12-24V DC. Najprostszym sposobem doboru minimalnej wydajności zasilacza będzie pomnożenie ilości wykorzystywanych wejść
przez 20mA a następnie dobranie zasilacza o najbliższej wyższej wydajności prądowej.
Np. dla jednego koncentratora będzie to 16 x 20 = 320mA – czyli zasilacz 0,5A 24V będzie zasilaczem optymalnym.
Zalecany jest zasilacz stabilizowany – spadek napięcia poniżej 10V nie gwarantuje prawidłowej pracy wejść a wzrost powyżej 25V grozi
przegrzaniem układu wejściowego pomimo że obliczone są one na pracę do 30V.
2.3
Architektura okablowania
Projektując system przyjęto założenie że koncentratory umieszczone będą w niewielkiej odległości od komputera.
Oryginalny kabel połączeniowy ma długość 2m i można go bezpiecznie przedłużyć do ok. 15-20m
Dalsze odsunięcie koncentratora wymaga zastosowania konwerterów i osobnego stabilizowanego zasilania koncentratora.
Przykładowy schemat instalacji pobierającej sygnały z 6 maszyn. Sygnały z maszyn doprowadzone są do dwu puszek połączeniowych
za pomocą przewodów dwu żyłowych (1x2) do dwu puszek połączeniowych. Dwie puszki połączone są przewodem cztero żyłowym (2x2)
a z drugiej puszki do koncentratora poprowadzono przewód ośmiożyłowy (4x2) z którego wykorzystano siedem żył.