Wejścia i wyjścia obiektowe binarne

Urządzenia obiektowe 1/38 Wejścia informacji binarnej Wyjścia informacji binarnej

Urządzenia obiektowe - wejścia 2/38 Rodzaje wejść binarnych obiektowych: statyczne wyłączniki drogowe stykowe -----,----,----- optoelektroniczne -----,----,----- indukcyjne -----,----,----- pojemnościowe czujniki wartości granicznej przerywające aktywne poziomem aktywne zboczem

Urządzenia obiektowe - wejścia 3/38 Rodzaje wejść binarnych obiektowych: impulsowe przetworniki obrotowo-impulsowe (optoelektroniczne lub magnetyczne) np. tarcze impulsowe obrotomierzy, przepływomierze turbinkowe impulsowe przetworniki ciśnienia układy zliczania zdarzeń (wyrobów) inne przetworniki A/f kodowane (równoległe albo szeregowe) woltomierze cyfrowe interfejsy pomiarowe (IEC,CAMAC,ASI) stacyjki kontrolno-pomiarowe

Urządzenia obiektowe - wejścia 4/38 Przykładowe źródła wejściowych sygnałów dwustanowych:

Urządzenia obiektowe - wejścia 5/38 Linie przesyłowe sygnałów binarnych wejściowych i wyjściowych są narażone na zakłócenia spowodowane przez: indukcję SEM od obwodów silnoprądowych; niedoskonałe układy zasilające (tętnienia itp.); zwarcia i inne "awarie energetyczne". Przy projektowaniu modułów tak wejść jak i wyjść binarnych obiektowych należy pamiętać o warunkach pracy systemu mikroprocesorowego i jego okablowania.

Urządzenia obiektowe - wejścia 6/38 Metody eliminacji zakłóceń: odpowiednie układanie przewodów (z dala od ewentualnych źródeł zakłóceń); skrętki par przewodów (przew. gorący z przew. masy); ekranowanie przewodów (kilka linii we wspólnym ekranie albo przewody koncentryczne); stosowanie sygnałów prądowych zamiast napięciowych; izolacja galwaniczna; filtry dolnoprzepustowe.

Urządzenia obiektowe - wejścia 7/38 Izolacja galwaniczna 1. stykowa - przekaźnikowa, stycznikowa, kontaktronowa Cechy: - klasyczne przekaźniki - duże rozmiary, większe prądy wzbudzenia cewki - kontaktrony - mniejsze rozmiary, małe prądy wzbudzenia wady wspólne: - niskie częstotliwości przełączania (zwł. przekaźników); - efekt dzwonienia styków przy przełączaniu; - krótka żywotność ruchomych elementów mechanicznych. zaleta: jako elementy wyjściowe mogą łączyć stosunkowo duże moce

Urządzenia obiektowe - wejścia 8/38 2. optoizolacja we wy we wy zalety: - duże częstotliwości pracy transoptorów (zwykłych): do 50kHz z fototranzystorem, do 500kHz z fotodiodą; - eliminują zakłócenia wysokoczęstotliwościowe; - fototranzystor z wyprowadzoną bazą pozwala np. na programowe blokowanie danego łącza; - małe rozmiary; - małe prądy sterujące; wady: - wersje o dużej fROB, dobrej liniowości i współczynniku wzmocnienia ok. 1 są wyraźnie droższe.

Urządzenia obiektowe - wejścia 9/38 3. izolacja transformatorowa wady: - duże rozmiary i waga; - drogie transformatory. zaleta: - działa jak filtr dolnoprzepustowy.

Urządzenia obiektowe - wejścia 10/38 Filtracja sygnałów wejściowych Filtry dolnoprzepustowe dodatkowo ograniczają pasmo wejściowych sygnałów binarnych. Są to układy RC o stałej czasowej równej zazwyczaj 2ms (chyba że sygnał użyteczny ma mniejszy okres).

Urządzenia obiektowe - wejścia 11/38 Przykłady układów wejściowych dla prądu stałego:

Urządzenia obiektowe - wejścia 12/38 Przykłady układów wejściowych dla prądu zmiennego: Uwe=90..120VAC Uwe=180..240VAC R1=330, R2=330k, R1=910, R2=1k, R3=680, C=0,33F C=0,15F Układ wejściowy można też zaprojektować tak aby przyjmował zarówno sygnały prądu stałego jak i zmiennego: Uwe=12÷24V~/= R1=620, R2=200

Urządzenia obiektowe - wejścia 13/38 Schematy blokowe modułów wejść statycznych:

Urządzenia obiektowe - wejścia 14/38 2 A1 3 A2 4 A3 5 A4 6 A5 7 A6 8 A7 9 B0 18 B1 17 B2 16 B3 15 B4 14 B5 13 B6 12 B7 11 E 19 DIR 1 U1 74LS245 13k +5V D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 /RD /CS 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y 3A 3B 10 3Y 4A 4B 4Y A/B G U2 74LS157 U3 U1A 74LS14 500 680n +EI0 -EI0 U3D +EI8 -EI8 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 I9 I10 I11 I12 I13 I14 I15 Urządzenia obiektowe - wejścia 14/38 Przykładowy schemat ideowy:

Urządzenia obiektowe - wejścia 15/38 Obsługa statycznych wejść binarnych polega najczęściej na: cyklicznym odczycie ich stanu, np. co 0.1s w przerwaniach zegarowych. Okres odczytu portów wejściowych musi być dostosowany do przewidywanej szybkości zmian sygnałów dwustanowych.

Urządzenia obiektowe - wejścia 16/38 Wejścia przerywające obsługa sygnałów dwustanowych o wysokim priorytecie; źródłem tych sygnałów mogą być takie same czujniki jak dla wejść statycznych Przykład INPi INPj INT RL AL RP AP

Urządzenia obiektowe - wejścia 17/38 Normalna praca układu sterowania INPi INPj INT RL AL RP AP 1 INPi INPj INT RL AL RP AP INPi INPj INT RL AL RP AP INPi INPj INT RL AL RP AP 1 INPi INPj INT RL AL RP AP 1 INPi INPj INT RL AL RP AP 1 INPi INPj INT RL AL RP AP INPi INPj INT RL AL RP AP

Urządzenia obiektowe - wejścia 18/38 Przykład pracy awaryjnej, niekrytycznej INPi INPj INT RL AL RP AP 1 INPi INPj INT RL AL RP AP INPi INPj INT RL AL RP AP 1 INPi INPj INT RL AL RP AP INPi INPj INT RL AL RP AP INPi INPj INT RL AL RP AP

Urządzenia obiektowe - wejścia 19/38 Przykład pracy awaryjnej, krytycznej INPi INPj INT RL AL RP AP INPi INPj INT RL AL RP AP 1 INPi INPj INT RL AL RP AP INPi INPj INT RL AL RP AP 1

Urządzenia obiektowe - wejścia 20/38 Również krótko trwające sygnały impulsowe (T < TP) mogą być podłączone do wejść przerwań obiektowych: T P t chwile testowania wejść dwustanowych: impuls sygnału wejściowego: Można też użyć uniwibratorów albo przerzutników RS T’>TP

Urządzenia obiektowe - wejścia 21/38 Moduły wejść przerywających projektuje się w miarę uniwersalnie: możliwość wyboru stanu aktywującego przerwanie (poziom, zbocze); możliwość reakcji przerwaniem na zmianę w zbiorze sygnałów wejściowych; możliwość identyfikacji przyczyny przerwania (w przeciwnym razie musi to robić program na podstawie aktualnego i poprzedniego, pamiętanego w buforze, stanu wejść).

Urządzenia obiektowe - wejścia 22/38 Przykład modułu dla 8 wejść przerywających: CLK 3 D 2 SD 4 CD 1 Q 5 6 +5V A0 A1 A2 A3 A4 A5 7 A6 8 A7 9 B0 18 B1 17 B2 16 B3 15 B4 14 B5 13 B6 12 B7 11 E 19 DIR U1 74LS245 A B C E1 E2 E3 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 10 Y6 Y7 U2 74LS138 U4 74LS30 U3A 74LS05 U6D 74LS08 EINT7 U5A EINT0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 OC /CLRALL /CLRONE /RDALL /INT

Urządzenia obiektowe - wejścia 23/38 Wejścia impulsowe Wejścia te mogą być obsługiwane na dwa sposoby: - jako przerwania zewnętrzne, gdy częstotliwość powtarzania się impulsów w połączeniu z czasem pracy odpowiednich procedur obsługi nie stanowi obciążenia dla mikroprocesora; - sprzętowo - w przeciwnym przypadku. Moduły obsługujące wejściowe sygnały impulsowe można podzielić na grupy: - częstotliwościowe - zliczanie impulsów w jednostce czasu; - licznikowe zwykłe - zliczanie liczby zdarzeń; - licznikowe programowane - zliczanie zadanej liczby impulsów (i zgłoszenie przerwania).

Urządzenia obiektowe - wejścia 24/38 +5V D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 /RD /IORQ CLK 1 2 A 500 680n +we0 -we0 +we1 -we2 8 OUT0 10 7 GATE0 11 6 CLK0 9 5 4 3 OUT1 13 GATE1 14 CLK1 15 CS 21 RD 22 WR 23 OUT2 17 A0 19 GATE2 16 A1 20 CLK2 18 U1 8253 B C E1 E2 E3 Y0 Y1 Y2 Y3 12 Y4 Y5 Y6 Y7 U2 74LS138 /WR A2 A3 A4 -we1 +we2 dzielnik czêstotliwoœci ZER 1s 0,1s WE Przykład układu dla wejść częstotliwościowych z użyciem 8253:

Urządzenia obiektowe - wyjścia 25/38 Rodzaje wyjść binarnych obiektowych: 1. statyczne - prądu stałego - z kontrolą zwarć - prądu przemiennego - bez kontroli zwarć Typowe "bezpośrednie" odbiorniki sygnałów statycznych: - przekaźniki, styczniki; - elektromagnesy, elektrozawory; - tyrystory, triaki; - tranzystory mocy. sterujące dwustanowymi urządzeniami wykonawczymi z reguły wyposażone w izolacje galwaniczną

Urządzenia obiektowe - wyjścia 26/38 Typowe zastosowania: - sterowanie silnikami krokowymi; - przetwarzanie C/f (a dalej f/U).

Urządzenia obiektowe - wyjścia 27/38 3. kodowane - interfejsy pomiarowe - stacyjki kontrolno-pomiarowe, regulatory programowalne

Urządzenia obiektowe - wyjścia 28/38 izolacja galwaniczna wyjść dwustanowych prądu stałego

Urządzenia obiektowe - wyjścia 29/38 izolacja galwaniczna wyjść dwustanowych prądu przemiennego także układy z przekaźnikami i stycznikami

Urządzenia obiektowe - wyjścia 30/38 Poziomy napięć i prądów sterujących dla wyjść dwustanowych są z reguły standaryzowane: dla prądu stałego: U  24V I  20mA, 100mA, 200mA, 0.5A, 1A dla prądu zmiennego: U = 24V, 110V, 220V I  0.5A, 1A, 2A Standardy te zmuszają czasem do stosowania dodatkowych układów wzmacniających po stronie wtórnej transoptora

Urządzenia obiektowe - wyjścia 31/38 Przykładowe układy wyjściowe dla wyjść prądu stałego:

Urządzenia obiektowe - wyjścia 32/38 Przykładowe układy wyjściowe dla wyjść prądu przemiennego:

Urządzenia obiektowe - wyjścia 33/38 Przykładowe układy wyjściowe dla wyjść prądu stałego ze sprzężeniem zwrotnym: potwierdzenie wysterowania kontrola zwarć w obwodzie wtórnym i kontrola zwarć z wykorzystaniem przerwań

Urządzenia obiektowe - wyjścia 34/38 Przykładowe układy wyjściowe dla wyjść prądu przemiennego ze sprzężeniem zwrotnym:

Urządzenia obiektowe - wyjścia 35/38 Przykładowe układy wyjściowe dla wyjść prądu przemiennego ze sprzężeniem zwrotnym dla dużych prądów roboczych:

Urządzenia obiektowe - wyjścia 36/38 Wyjścia impulsowe. Realizacja ich może być: - programowa - wykorzystuje się system przerwań zegarowych i odpowiednie liczniki programowe; - sprzętowa - wykorzystuje się układy licznikowe MSI albo programowalne moduły specjalizowane LSI (8253, Z80-CTC). Niektóre mikrokomputery jednomodułowe mają wbudowane w swoją strukturę układy PWM (MCS51, AVR, itd.) Wyjścia impulsowe także mogą wymagać izolacji galwanicznej

Urządzenia obiektowe - wyjścia 37/38 Przykład zastosowania 7485 do uzyskiwania przebiegu o programowanym współczynniku wypełnienia i okresie:

Urządzenia obiektowe - wyjścia 38/38 przebiegi czasowe: A(7493) A=B A>B A<B B(74573) t