12.2. Блоки вывода двухпозиционных сигналов. Технические требования и возможности

При выводе двухпозиционных сигналов каждый дво­ичный разряд выходных цифровых данных имеет обычно самостоятельный смысл, т.е. каждый бит выходного слова может использоваться для управления независимо от остальных. ПРАВИЛО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ? Стандарт /22/ определяет, что двухпозиционные сигналы вывода должны иметь следующие параметры:

напряжение постоянного тока 24 В с допускаемыми отклонениями: от +10 до –15 %;

ток выхода не более 0,2 А.

В схеме соответствующих модулей должна быть предус­мотрена гальваническая развязка выходов от других цепей СУ, а электрическая изоляция должна выдерживать напряжение не менее 500 В постоянного тока в течение 1 мин. Схема соединений двухпозиционных выходов дол­жна соответствовать рис. 57.

Модули дискретного вывода ОБЯЗАТЕЛЬНО содержат регистр данных, в котором хранится текущее слово данных для управления объектом в интервалах времени между обращениями процессора к данному модулю. Для обеспечения безаварийности при отказе процессора или шины в системе или на модуле желательно предусмотреть watch-dog timer.

Интерфейсная часть блока вывода, помимо дешифрации адреса и команд и управления магистральными приемопередатчиками, может выполнять следующие функции:

• обеспечивать доступность регистра данных для чтения (с целью упрощения программирования изменений командного слова);

• выявлять перегрузки по току в управляемых цепях и регистрировать их как события (нужен регистр событий);

• формировать требование прерывания при наступлении этих событий;

• при предоставлении прерывания выдавать идентификатор источника прерывания (например, АВП);

• маскировать события в каждом или в нескольких (всех) каналах, блокируя тем самым требование прерывания (обычно не применяется).

Перечисленные функции могут присутствовать в различных комбинациях. Исходя из этого, можно построить классификацию устройств дискретного вывода, аналогичную приведенной выше классификации устройств дискретного ввода – выполните эту диаграмму в своем конспекте.

Для умощнения сигнала в состав СУ ПР могут быть введены силовые ключи. Такие ключи, согласно /22/, должны иметь следующий набор выход­ных параметров:

• напряжение постоянного тока 24 В с допус­каемыми отклонениями от +10 до –15 %, ток нагрузки не более 2,0 А,

• напряжение переменного тока 110 В с допус­каемыми отклонениями от +10 до –15 % частотой 50 Гц, ток нагрузки не более 0,5 А.

Силовые блоки с иными параметрами должны изготавли­ваться автономно.

Подключаемые на выход соответствующих модулей индуктивные нагрузки должны быть шунтированы элемен­тами, гасящими ЭДС самоиндукции (варисторами, RC-це­почками, диодами) – см. рис. 57.

Выбор типа силового ключа определяется значением коммутируемой мощности и скорости переклю­чения. При низких скоростях переключения для управления сигналами средней и большой мощности применяются в основном электромеханические реле. Они обес­печивают полную гальваническую развязку цепей, но имеют ограниченный ресурс и низкую надежность в це­ховых условиях эксплуатации. Более надежны полупро­водниковые ключи на мощных транзисторах и кремниевые управляемые выпрямители (для коммутации цепей пере­менного тока средней и большой мощности). Практиче­ски совершенными переключающими характеристиками обладают полевые транзисторы с V-структурой (VMOS). Их отличают низкий входной управляющий ток (доли микроампера), высокая частота переключения (длительность переключения в доли микросекунды) и значительные выходные токи (6-10 А и более) при коммутируемом напряжении 200-500 В /23/.

В ыпускаются также биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ или IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistors), которые имеют высокую плотность комму­тируемого тока, соизмеримую с биполярными транзисторами (вариант УГО – на рис. 63). В то же время для них характерна очень низкая энергия управления затвором (аналогич­но семейству МОП ПТ). Подробности о IGBT можно найти через ru.wikipedia.org/wiki/IGBT, www.igbt.ru. Проблематика сопряжения выхода управляющей ЭВМ (МК) и изолированного затвора IGBT, имеющего значительный ток заряда емкостей «затвор-эмиттер» и «затвор-коллектор», рассмотрена, например, в http://www.chipdip.ru/video.aspx?vid=ID000294198, разновидности драйверов в интегральном исполнении – в http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/00_06/stat_34.htm.

Для гальванической развязки полу­проводниковых ключей могут служить оптоэлектронные модули «светодиод – фотоприемник – усилитель». Среди них внимания заслуживает продукция ЗАО "ПРОТОН", г. Орел (см. www.proton-orel.ru):

• оптопары транзисторные

• оптопары логические

• оптоэлектронные МОП-реле маломощные и средней мощности

• оптоэлектронные реле переменного тока,

и его потомка-конкурента "ПРОТОН-ИМПУЛЬС", вы­пускающего, в частности, аналогичные твердотельные реле (см. www.proton-impuls.ru/products/relay) с выходом как на симметричных тиристорах – на переменном токе (рис. 64), так и на IGBT и МОП-транзи­сторах (рис. 65).

Например, сдвоенная оптопара с транзистором Дарлингтона (составным) АОТ165 состоит из  кристаллов инфракрасного AsGaAl светодиода и кремни­евого составного n-p-n фототранзистора. Внутренние межсоединения выполнены золотой проволокой. Кристаллы расположены в одной плоскости, оптически связаны полусферическим световодом.

Т акая конструкция обеспечивает отсутствие полевых утечек при длительном приложении U_из.

Рис. 64 Рис. 65

Современные оптоэлектронные компоненты имеют напряжение изоляции U_из от 1500 до 12000 В, логический или силовой выход, коммутируемое напряжение от 50 до 200 В, входной ток от 1 до 20 мА.

Выпускаются также тиристорные ключи с оптическим управлением (серия ТО) и оптоэлектронные реле на их основе, такие, как 5П104 – рис. 66.  У данного компонента обеспечено включение при переходе фазы через ноль (ZCC), теплоотвод изолированный, пиковое напряжение коммутации 600 В, предельный ток коммутации 2 А, на­пряжение изоляции 3 кВ.

П

Рис. 66

еречисленные ключевые элементы могут приме­няться как для выдачи двухпозиционных сигналов, так и для формирования импульсных и кодовых посылок (в паспорте на реле приводится предельно-допустимая частота коммутации при предельно допустимом напряжении на выходе).