Аналоговые модули ввода SM 331/SM 431

Аналоговые модули ввода SM 331 в своем обозначении содержат информацию о количестве каналов и количестве разрядов цифрового кода. Так, например, модуль SM 331; AI 8х16 Bit имеет 8 каналов ввода аналогового сигнала с превращением в 16-разрядный код. Старший разряд кода обычно используется для обозначения знака сигнала, поэтому числовое значение будет иметь на один разряд меньше.

Каналы обычно группируются по 2, 4 или по 8. В зависимости от типа модуля каждая группа каналов может настраиваться на измерение тока, напряжения, сопротивления или температуры. На рисунке 2.5, в качестве примера, показана функциональная схема подключения датчиков к модулю SM 331; AI 8х14 Bit; High Speed.

Для установки диапазона измерения используются специальные модули настройки диапазонов, которые представляют собой конфигурационную вставку. Процесс установки диапазона состоит в следующем (рис. 2.6):

Шаг 1. С помощью отвертки модуль установки диапазона измерений вынимается из аналогового модуля.

Рисунок 2.5 - Функциональная схема подключения модуля SM 331 AI 8

Рисунок 2.6 - Установка диапазона измерений в модуле аналогового ввода

Шаг 2. Модуль для установки диапазона измерений позиционируется (1) относительно гнезда аналогового модуля, так, чтобы указанный на нем диапазон был направлен на метку в корпусе аналогового модуля.

Шаг 3. Модуль для установки диапазона измерений вставляется в аналоговый модуль ввода (2).

Модуль установки имеет четыре положения: A, B, C, D. Положение А и В отвечают диапазонам измеренных напряжений (± 1В, ± 5В, ± 10В и 1...5 В), а положения C и D – диапазонам измерения токов (± 20 мА, 0...20 мА и 4...20 мА). При использовании четырехпроводного измерительного преобразователя тока модуль установки должен находиться в положении С.

Для измерения напряжения используются двухпроводные линии подключения датчиков. Датчик напряжения подключается с соблюдением полярности. На приведенной ниже схеме (рис. 2.7) L+ обозначает положительную клемму источника питания модуля аналогового ввода (24 В), а М+ обозначает положительный провод схемы измерения.

Рисунок 2.7 - Схема двухпроводного подключения датчиков напряжения

Трехпроводное или четырехпроводное подключение следует применять с целью повышения точности измерений сопротивлений и температуры. При четырехпроводном подключении модуль подает в схему измерения через клеммы IC+ и IC- ток постоянной величины, благодаря чему компенсируется спад напряжения, который возникает на соединительных кабелях. Важно, чтобы соединительные кабели с током постоянной величины были непосредственно подключены к термометру сопротивления или резистору.

Пример схемы четырехпроводного соединение термометра сопротивления с модулем ввода показан на рисунке 2.8.

Для подключения термопар используются модули, которые поддерживают работу с необходимым типом термопары. Это связано с необходимостью компенсации температуры холодного спая, характер которой зависит от типа термопары.

Рисунок 2.8 - Схема четырехпроводного подключения к аналоговому модулю термометра сопротивления

Если измерительный спай термопары (рис. 2.9) подвергается действию температуры, отличной от температуры свободных концов термопары (точка подключения), то между свободными концами возникает напряжение, или термо-эдс (термоэлектродвижущая сила). Величина термо-эдс зависит от различия между температурами измерительного спая и "холодного спая" (свободных концов), а также от комбинации материалов термопары.

Рисунок 2.9 - Схематическое представление термопары

Учитывая то, что термопара всегда измеряет разность температур холодного и горячего спая, свободные концы должны удерживаться при известной температуре, например 0°С или 20°С, чтобы получить точку отсчета для температуры измерительного спая.

Термопары могут быть удалены от точки их подключения с помощью компенсационных проводов. Эти компенсационные провода выполняются из того же материала, что и провода термопары. В качестве проводов соединения применяются медные проводники.

Для компенсации температуры холодного спая (установки начала отсчета температуры) применяются два способа – внутренняя компенсация и внешняя компенсация.

Внутренняя компенсация строится на том принципе, что компенсационные провода подключаются к модулю аналогового ввода, холодный спай, таким образом, оказывается внутри модуля и его температура может быть определена с помощью, например, термистора.

Внешняя компенсация осуществляется с помощью специального внешнего компенсационного блока, к которому подключаются компенсационные провода всех термопар (рис. 2.10). Внутри компенсационного блока температуры холодного спая стабилизируется специальными средствами. Подключение компенсационного блока к модулю осуществляется медными проводами.

Рисунок 2.10 - Подключение термопар с компенсационным блоком

При подключении датчиков длина неэкранированного медного кабеля может достигать 50 м, а экранированного – 200 м.

Основное время преобразования аналогового сигнала в цифровой зависит от типа модуля и составляет 10...100 мс. После преобразования сигнала в одном канале модуль должен переключиться на другой канал в группе с помощью оптического МОП-реле. На это переключение нужно около 12 мс. Поэтому основное время реакции модуля, которое определяет цикл его опроса, находится в пределах 24...816 мс. В целом время реакции модуля зависит от времени интегрирования, которое устанавливается при параметризации модуля. Для подавления синфазных помех на частоте 50 Гц рекомендуется устанавливать время интегрирования 190-200 мс.

Некоторые модули аналогового ввода позволяют делать диагностику модуля, а также настраивать аппаратные прерывания при выходе измеренной величины за установленные границы.