Jaké vstupy může mít PLC?

Pro výpočet systému Smart Home musíme nejprve určit počet vstupů a výstupů ovladače, které budeme potřebovat. Také vstupy a výstupy mohou být diskrétní a analogové, nechybí ani PWM výstupy pro ovládání LED pásků. Při konfiguraci regulátorů je také nezbytné porozumět těmto konceptům.

Podívejme se na ně jeden po druhém, pak se podíváme na příklad výpočtu potřebného množství.

Vstupy a výstupy regulátoru

vchod ovladač mu umožňuje přijmout informace z nějakého prvku. Na vstupy jsou připojena všechna čidla všech typů a spínačů. Spínač nebo snímač dává signál o stisknutí nebo spuštění, ovladač jej přijímá, což znamená, že je to vstup pro ovladač.

Regulátor nevysílá žádné signály do čidel a spínačů, pouze signály od nich přijímá.

Výkon ovladač umožňuje ovladači vydat signál. Tedy něco řídit. Například světla, závěsy, pohony radiátorů, sirény, dveřní zámky, zásuvky – cokoli, co do toho dodává napětí nebo uzavírá kontakty.

Diskrétní a analogové signály

Vstup nebo výstup může být diskrétní nebo analogový.

Diskrétní signál je buď jedna nebo nula. Zhruba řečeno, buď signál je, nebo není.

Pohybový senzor buď vidí pohyb, nebo ne; Takže se připojí k diskrétní vstup ovladač. To znamená, že ovladač od něj přijímá buď signál „dochází k pohybu“ nebo signál „žádný pohyb“.

Stejně tak je spínač buď stisknutý, nebo nestisknutý. Diskrétní vstup buď přijímá napětí, nebo nepřijímá.

Diskrétní výstup je přítomnost nebo nepřítomnost řídicí akce. Světlo svítí nebo nesvítí. Kulový kohout je otevřený nebo zavřený. V zásuvce je nebo není napětí, bez mezilehlých možností. Tento signál dává diskrétní výstup ovladač.

Analogový signál může nabývat různých hodnot. Nejběžnější možnosti signálu jsou napětí od 0 do 10 voltů a proud od 4 do 20 miliampérů. Někdy se vyskytuje napětí od 1 do 10 voltů (takže při minimálním signálu 1 volt je jasné, že je zařízení připojeno) nebo proud od 0 do 20 mA.

Analogový signál poskytují čidla různých proměnných hodnot. Například teplotní čidla s výstupním signálem od 0 do 10 voltů. Pokud je známo, že čidlo měří teplotu v rozsahu od 0 do +50 stupňů Celsia, pak 0 voltů na výstupu čidla odpovídá 0 stupňům, 5 voltů odpovídá 25 stupňům, 9 voltů odpovídá 45 stupňům. Lze použít čidlo vlhkosti vzduchu, čidlo hladiny oxidu uhličitého, čidlo teploty podlahy nebo jakékoliv jiné parametry. Všechny tyto senzory poskytují analogový signál a jsou připojeny k analogový vstup ovladač.

Analogový výstup používá ovladač k přenosu řídicího signálu 0-10 V do jakéhokoli zařízení. Například stmívač osvětlení nebo regulátor otáček ventilátoru.

PWM výstup

PWM znamená Pulse Width Modulation. V našich úlohách se používá k regulaci jasu LED pásků. Pro jednu barvu pásky je potřeba jeden PWM výstup. Regulátor EasyHomePLC má na desce 6 PWM výstupů s výkonem každého až 1,4 ampéru. Pokud připojený pásek vyžaduje větší proud (s největší pravděpodobností tomu tak je), musíte pro LED pásek použít zesilovač signálu PWM, jsou dodávány v samostatném krytu nebo na liště DIN.

Ovladač Beckhoff nemá vlastní PWM výstupy pro nastavení jasu pásku, používá analogový výstup 0-10 voltů a samostatný stmívač pro LED pásky.

Porty RS485 a RS232

Prostřednictvím těchto portů můžeme k ovladači připojit různá přídavná zařízení.

Přes RS232 je připojen pouze GSM modem, který slouží k odesílání poplachových zpráv a přijímání řídicích zpráv, a transceiver bezdrátového systému ovládání osvětlení a klimatizace Noolite.

Přes RS485 je připojeno obrovské množství zařízení: mnoho klimatizací, ventilačních strojů, generátorů, vstupní a výstupní moduly regulátorů různých typů, stmívače, konvektory Varmann a dokonce i elektrické clonové pohony.

Ovladač EasyHomePLC má na desce dva porty 232 a dva 485 Ovladač Beckhoff má každý jeden port, ale můžeme nainstalovat další rozšiřující moduly a zvýšit počet portů.

Výpočet počtu vstupů a výstupů

Abychom vypočítali požadovaný počet rozšiřujících modulů regulátoru, musíme vypočítat, kolik celkových vstupů a výstupů potřebujeme. Vezměme si jako příklad 2pokojový byt.

10 světelných skupin se rovná 10 diskrétním výstupům.

3 radiátory znamenají 3 další výkony.

Dva kohoutky pro uzavření přívodu vody do bytů. Fungují současně, takže lze číst 1 diskrétní výstup.

Tři elektrické závěsy. Každý může mít signál otevření a zavření, takže to je 6 výstupů.

3 elektrické vytápěné podlahy jsou 3 diskrétní výstupy.

Spočítáme také celkové odpojení zásuvek bytu (1 výstup) a koupelnové digestoře (1 další výstup).

Potřebujeme stmívání nějakých světelných skupin? Pokud ano, pak počítáme analogové výstupy počtem stmívatelných skupin.

Dále spočítáme vstupy:

12 spínačů světel,

3 záclonové spínače,

3 pohybové senzory,

1 senzor otevření vstupních dveří,

3 senzory úniku vody.

Analogové vstupy: 3 čidla teploty vzduchu a 3 čidla teploty vyhřívané podlahy.

Celkem získáme: 25 diskrétních výstupů, 22 diskrétních vstupů, 6 analogových vstupů.

Pokud chceme připojit modem k systému GSM, pak potřebujeme port RS-232.

Pokud chceme připojit ovládání klimatizace, pak potřebujeme port RS-485 pro připojení IR vysílače.

Ovladač EasyHomePLC nám poskytuje 32 vstupů, z nichž 16 lze použít jako diskrétní, což zcela pokrývá naše vstupní potřeby.

Ovladač má také porty RS232 a RS485.

Regulátor má vestavěných 9 relé (diskrétních výstupů), potřebujeme další blok 16 diskrétních výstupů Aries. Celkem bude veškerá automatizace Smart Home stát 40 000 rublů + 12 000 rublů, celkem 52 tisíc. Do sady přidáme modem, relé, pohony radiátorů, IR vysílače pro klimatizaci a dostaneme cenu celé sady v oblasti 100 tisíc rublů (v závislosti na přesném počtu prvků).

Je nepraktické implementovat takový systém na ovladač Beckhoff, centrální ovladač CX8080 nemá vlastní vstupy a výstupy, bude nutné je nakonfigurovat pomocí rozšiřujících modulů. Ale pokud si přejete, můžete, náklady na regulátor a rozšiřující moduly budou asi 135 tisíc rublů (bez senzorů).

Vstupy a výstupy – základní koncept každého ovladače. Může se jednat o průmyslový ovladač (Beckhoff, Aries, Siemens, ABB), speciální ovladač pro systém Smart Home (Larnitech, Wiren Board, EasyHomePLC, Evika) nebo distribuovaný systém KNX nebo HDL. V každém systému jsou prvky jako „diskrétní vstup“, „diskrétní výstup“, „analogový vstup“, „analogový výstup“.

Protože abychom mohli vypočítat systém a obecně pochopit, odkud pocházejí jeho náklady, je velmi důležité znát rozdíl mezi vstupy a výstupy, řeknu vám o nich více.

Vstupy ovladače

Vstup je svorka pro připojení libovolného zdroje signálu, který přenáší informace do ovladače. Jaké by mohly být zdroje signálu?

Přepínač je zdrojem signálu. Signál může být „stisknutý“ nebo „nestisknutý“. Tedy buď logická nula, nebo logická jednička.

Zde přejdeme ke konceptu, že vstup a výstup mohou být diskrétní (může být binární nebo digitální) nebo analogové. Diskrétní znamená vnímat buď jedničku, nebo nulu. Přepínač je připojen k diskrétnímu vstupu, protože je buď stisknutý nebo nestisknutý, neexistují žádné další možnosti.

Diskrétní vstup může buď čekat, až se objeví nějaké napětí, nebo až bude vstup zkratován k zemi. Například PLC regulátor ARIES vnímá jako logickou jednotku výskyt napětí od +15 do +30 voltů na vstupu. A ovladač WirenBoard očekává, že se na vstupu objeví zem (GND). V prvním případě musí být do spínače přivedeno +24V, aby při stisku tlačítka přišlo na vstup regulátoru +24V, ve druhém případě přivádíme do spínače společný zápor (zem) ze spínače. stejný vstupní modul a po stisknutí se dostane do ovladače.

Snímač pohybu také se připojuje k diskrétnímu vstupu ovladače. Senzor buď dává signál, že došlo k pohybu, nebo že nedošlo k žádnému pohybu. Zde je schéma zapojení senzoru Colt XS:

Dva levé kontakty jsou napájecí napětí snímače, +12 voltů. Dva střední kontakty jsou poplachovým kontaktem, normálně jsou sepnuté. To znamená, že pokud nedojde k žádnému pohybu, pak jsou N a C uzavřeny, pokud se objeví pohyb, pak jsou N a C otevřené. To se provádí tak, že pokud útočník přeřízne vodič senzoru nebo poškodí senzor, obvod se přeruší, což povede ke spuštění alarmu. Pokud snímač není napájen, pak N a C budou také otevřené.

V případě ovladačů Aries, Beckhoff a většiny ostatních ovladačů musíme na jeden z kontaktů snímače přivést +24 voltů a druhý připojit ke vstupu ovladače. Pokud ovladač vidí na vstupu +24V, tedy logické, tak je vše v pořádku, k pohybu nedochází. Jakmile signál zmizí, znamená to, že senzor fungoval. V případě regulátoru, který nedetekuje napětí, ale zem (jako u Wirenboard), připojíme N na společné mínus regulátoru, C také na jeho vstup.

Kontakty čidla T jsou sabotážní, pouzdrové čidlo sabotáže. Jsou také normálně zavřené a otevřené při otevření krytu snímače. Takové kontakty má mnoho prvků bezpečnostních systémů. U senzorů bezpečnostního poplachu lze tamper zapojit sériově do spouštěcích svorek u senzorů pro rozsvícení světla nelze tamper připojit vůbec.

Senzor úniku vody se také připojuje k diskrétnímu vstupu. Princip je stejný – pokud nedochází k úniku, přichází signál ze snímače. Musíte se podívat na pokyny pro každý senzor, abyste zjistili, zda je zavřený nebo otevřený v případě úniku.

Vstup analogového ovladače nevidí jen přítomnost nebo nepřítomnost signálu, vidí i velikost signálu. Univerzální analogový signál je od 0 do 10 voltů DC tento signál je dán mnoha různými senzory. Nebo od 1 do 10 voltů. K dispozici je také proudový signál – od 4 do 20 miliampérů. Proč ne od nuly, ale od 1 voltu nebo 4 miliampérů? Abychom pochopili, zda zdroj signálu vůbec funguje. Pokud snímač s výstupním signálem 1-10 voltů produkuje 1 volt, pak to odpovídá minimální úrovni měřené hodnoty. Pokud je 0 voltů, je vypnutý nebo přerušený, nebo možná přerušený drát.

Teplotní senzory mohou mít výstupní napětí mezi 0 a 10 volty. Pokud senzor podle pasu měří teplotu v rozsahu od 0 do +50 stupňů, znamená to, že signál 0 voltů odpovídá 0 stupňům, signál 5 voltů odpovídá +25 stupňům a signál 10 voltů odpovídá +50 stupňů. Pokud senzor měří teplotu v rozsahu od -50 do +50 stupňů, pak 5 voltů ze senzoru odpovídá 0 stupňům a řekněme 8 voltů ze senzoru odpovídá +30 stupňům.

Totéž se senzorem vlhkosti nebo světla. Podíváme se na rozsah měření parametru, podíváme se na výstupní signál a můžeme získat přesnou naměřenou hodnotu.

To znamená, že analogový vstup měří velikost signálu: proud nebo napětí. Mnoho senzorů je k dispozici v různých verzích: s proudovým nebo napěťovým výstupem. Pokud potřebujeme pro systém najít nějaké vzácné čidlo, např. hladinu určitého plynu ve vzduchu, tak s největší pravděpodobností bude mít výstup buď 0-10V nebo 4-20mA. Ty pokročilejší mají rozhraní RS485, o tom později.

Senzory oxidu uhelnatého, zemního plynu (methanu) a propanu mají obvykle diskrétní výstup, to znamená, že se připojují na diskrétní vstup regulátoru a dávají signál, když se naměřená koncentrace plynu stane nebezpečnou. Snímače hladiny oxidu uhličitého nebo kyslíku poskytují analogovou hodnotu odpovídající hladině plynu ve vzduchu, takže regulátor může sám rozhodnout o nějaké akci.

Výstupy regulátoru

výstupy – Jedná se o terminály, na které může samotný regulátor vysílat signál. Ovladač vysílá signál, aby něco ovládal.

Diskrétní výstup – Jedná se o výstup, na který může regulátor dodávat buď logickou nulu, nebo logickou jedničku. To znamená, že buď zapněte, nebo vypněte.

Světlo bez nastavení jasu je připojeno k diskrétnímu výstupu.

Elektrické podlahové vytápění – i na diskrétní výkon.

Uzavírací ventil vody nebo elektrická zásuvka nebo odtahový ventilátor nebo pohon chladiče – jsou připojeny k diskrétním výstupům regulátoru.

V závislosti na konkrétním diskrétním výstupním modulu může být výstup buď tranzistorový (otevřený kolektor), to znamená vyžadující relé pro ovládání nějakého výkonného zařízení, nebo relé, to znamená, že k němu můžete okamžitě něco připojit. Je potřeba se podívat na výstupní charakteristiky – spínané napětí a proud. Je důležité pochopit, že pokud je napsáno, že výstup spíná odporovou zátěž 230 voltů 5 ampér, pak to platí pouze pro žárovku. LED lampa – musíte vydělit proud deseti. Zdroje a elektromotory mají také daleko k odporové zátěži.

Výstup typu „otevřený kolektor“ neumožňuje připojení zátěže, pouze relé. Je nutné zajistit, aby spínací schopnosti výstupu odpovídaly proudu a napětí cívky relé.

Analogový výstup – terminál, na který může regulátor poslat signál nejen zapnutí/vypnutí, ale i určitou regulační hodnotu. Jsou to stejné 0-10 (nebo 1-10) voltů nebo 4-20 miliampérů. Dále připojíme buď stmívač osvětlení, regulátor otáček ventilátoru nebo něco jiného, ​​co má odpovídající vstup k tomuto řídicímu signálu.

Ovládání osvětlení je výkonový stmívač, který v závislosti na signálu 0-10 V z ovladače vytváří výstup 0 až 230 V AC pro napájení žárovek nebo stmívatelných LED žárovek.

U LED pásků se používá PWM stmívač (nebo PWM driver nebo stmívací zdroj) pomocí signálu 0-10 nebo 1-10 voltů z regulátoru, dodává pásku pro stmívání šířkově modulovaný signál. Více o PWM jsem psal zde.

Pro ventilátory se používá tyristorový regulátor, často také se vstupem 0-10 voltů.

Rozhraní ovladače

Každý ovladač má různá komunikační rozhraní, která určují, se kterými zařízeními může komunikovat. Komunikační rozhraní jsou obvykle obousměrná, to znamená, že řadič do nich může přenášet informace a přijímat stavové informace.

Ethernetové rozhraní je připojení k počítačové síti a internetu pro ovládání z mobilní aplikace nebo komunikaci s jinými ovladači. Stejné jako rozhraní Wi-Fi.

Pro komunikaci s různými zařízeními je nejběžnější rozhraní RS-485 Modbus. Jedná se o klimatizace, ventilační stroje, různé senzory a akční členy, rozšiřující moduly a mnoho dalšího.

RS-232 je rozhraní s krátkým dosahem linky. Obvykle se jedná například o GSM modemy.

KNX je komunikační rozhraní se sběrnicí KNX, na které lze umístit mnoho zařízení všech typů.

Získáme následující souhrnný obrázek vstupů a výstupů regulátoru:

příklad

Vezměme si jako příklad systémový ovladač Smart Home EasyHomePLC 5.2.

Má 32 diskrétních vstupů. Vstupní napětí musí být od +9 do +60 voltů, aby je regulátor považoval za jedno.

Z těchto 32 vstupů může být 16 analogových. Vstupní signál je od 0 do 10 voltů.

18 diskrétních výstupů. Z toho je 9 reléových (spínání 16 ampér 230 voltů), 9 otevřených kolektorů pro připojení externích relé.

6 PWM výstupů se spínacím proudem až 1.4 ampéru a napětím až 30 voltů na výstup. Jedná se o ovládání LED pásku, nebo 0-10 voltového signálu, pokud k PWM výstupu připojíte RC obvod (odpor a kondenzátor vyhladí PWM signál).

Má mnoho komunikačních rozhraní: Ethernet, dvě RS-485, dvě RS-232, miniUSB (pro firmware).

Více o vstupech a výstupech si můžete přečíst zde: