Модули ввода-вывода – разновидность устройств, обеспечивающих связь ПЛК с реальным миром. Они позволяют увеличить количество подключаемых к ПЛК датчиков или исполнительных устройств.

Разновидности

Также как и ПЛК они имеют:

1. Входы для подключения различных датчиков. В зависимости от типа входного сигнала они делятся на:

• Аналоговые. Производят преобразование аналогового сигнала в цифровой для дальнейшей обработки. Аналоговые сигналы (в зависимости от конструкции) должны быть в одном из стандартных диапазонов, обычно это 4…20 мА.
• В случае использования некоторых датчиков (термопар, термосопротивлений) могут потребоваться специальные преобразователи в стандартные сигналы.
• Дискретные. В зависимости от уровня входного сигнала формируют логическую «1» или логический «0» для дальнейшей обработки.

2. Выходы для подключения исполнительных механизмов. В зависимости от типа формируемого сигнала они делятся на:

• Аналоговые. Формируют на своём выходе аналоговый сигнал  одного из стандартных диапазонов, обычно это 4…20 мА.
• Дискретные. Производят коммутацию своих выходов. Чаще всего это замыкание цепи на общий провод. В зависимости от конструкции для этого используется либо электромагнитные, либо электронные реле.

В приборах применяются различные виды гальванической изоляции, отделяющей входы/выходы как от внутренних цепей, так и друг от друга. Это защищает передаваемые данные от помех и повышает отказоустойчивость модуля.

Модули ввода-вывода также содержат блок связи, осуществляющий обмен информацией по одному из стандартных интерфейсов (чаще всего это двухпроводной RS-485) с использованием стандартных протоколов, например, ModBus. Приборы, имеющие такой интерфейс, можно соединять между собой в примитивную сеть и подключать к ПЛК.

Кроме перечисленного, модули ввода-вывода могут выполнять и некоторые другие задачи, которые могут возникнуть в процессе работы системы. В зависимости от конструкции это могут быть: калибровка и выравнивание показателей внешних датчиков, управление рабочим напряжением, проведение самодиагностики, диагностики подключенных сенсоров и ряд других.

Данный модуль предназначен для систем промышленной и домашней автоматизации и используется для измерения значений аналоговых сигналов. Типичным применением модуля можно считать получение данных с аналоговых термометров или замер напряжений на каждом элементе аккумуляторных батарей.

ВАЖНО: в отличие от других WBIO модулей, может быть подключен только один экземпляр к одному контроллеру или интерфейсному модулю.

Описание модуля

Модуль содержит 12 универсальных аналоговых входов, объединённых в 6 пар дифференциальных входов. В однополярном режиме измерение напряжения производится относительно линии iGND.

Каждая из шести пар может быть настроена на работу как:

• 2 однополярных входа напряжения 0 — 2,5В
• 1 дифференциальный вход напряжения ±400 мВ
• 1 дифференциальный вход напряжения ±50 В

Для удобства подключения каждая пара входов выведена на один из 6 клеммников. Кроме входов, на каждый клеммник выведены линии +5 В и iGND, однако максимальный ток, протекающий по линии +5 В, не должен превышать 0,5 А. Таким образом, на каждом клеммнике имеются: +5 В, 2 аналоговых входа и iGND.

Настройка режимов измерения производится с помощью джамперов внутри корпуса модуля. Модуль гальванически изолирован от цепей контроллера, в том чиле и линия iGND.

Предназначен для измерения значений аналоговых сигналов. Типичное применение модуля - получение данных с аналоговых термометров, замер напряжений на каждом элементе аккумуляторных батарей и т.п.

Внимание: к контроллеру можно подключить только один такой модуль!

Технические характеристики

Габаритные размеры

Настройка режимов работы

Данный модуль имеет несколько режимов работы (подробнее они описаны в таблице ниже). Изменение режима работы осуществляется путём установки перемычек (джамперов) внутри корпуса устройства.

Однополярный вход напряжения 0 — 2.5 В

Для установки входа в данный режим работы, необходимо выставить соответствующую настройку в веб-интерфейсе контроллера (подробнее см. раздел о подключении). Джампер на контактной группе, относящейся к этому входу, не устанавливается.

Дифференциальный вход напряжения ±400 мВ

Пинцип работы дифференциального входа состоит в сравнении двух величин и вывода разницы между ними в качестве показаний. Соответственно, для активации данного режима работы необходимо задействовать два соседних входа: входы 1 и 2; 3 и 4; 5 и 6 и т.д. При этом оба джампера на контактных группах, относящихся к задействованным дифференциальным входам, не устанавливаются, а в веб-интерфейсе контроллера для этих входов должна быть выставлена настройка "Voltage, 0-2.5V".

Дифференциальный вход напряжения ±50 В

В этом режиме также используются два соседних аналоговых входа. При этом нужно установить джамперы на контакты, относящиеся к обоим входам. В веб-интерфейсе контроллера нужно для обоих входов выбрать режим "Voltage, +- 50V" (подробнее см. раздел о подключении).

В этом режиме будет измеряться разница напряжений, приложенных к соответствующим аналоговым входам.

Установка джамперов

Установка джамперов производится на контактные группы, относящиеся к соответствующим входам. Для этого необходимо снять верхнюю крышку устройства, поддев её через специальные отверстия плоской отвёрткой. Снимать и устанавливать джамперы можно, например, пинцетом. Если в силу каких-либо обстоятельств установка перемычек через снятую верхнюю крышку затруднительна, то нужно разобрать устройство, соблюдая при этом следующий порядок действий:

1. Вынуть клеммники.
2. Снять заднюю крышку устройства, поочерёдно отгибая 4 защёлки по всему периметру. Отгибать защёлки следует плоским предметом (например, отвёрткой), не прилагая при этом больших усилий и одновременно разъединяя корпус и заднюю крышку.
3. Высвободить плату из верхней части корпуса. Для этого нужно освободить устройство от всех подключенных клеммников, а затем слегка отогнуть корпус в месте, обозначенном на рисунке, и высвободить край платы. Оставшийся край платы (с выпирающими контактами) высвободится без затруднений.
4. Установив необходимые перемычки, сборка устройства производится в обратном порядке (т.е. с заведения в корпус края платы с выпирающими контактами).

Внешний вид джампера

Модуль со снятой крышкой

Установка джамперов

Снятие задней крышки

Каждому входу соответствует своя контактная группа (штыревые разъёмы на плате). Контактные группы располагаются напротив клеммника соответствующего входа и обозначены наклейкой на корпусе, подписаны на самой плате и показаны на рисунке. На рисунке, приведенном в качестве примера, видно, что в данный момент джамперы установлены на входах 2 и 3.

Подключение к контроллеру

В отличие от других WBIO модулей, может быть подключен только один экземпляр к одному контроллеру или интерфейсному модулю.

Для подключения нужно пристыковать модуль WBIO-AI-DV-12 справа к контроллеру WIren Board, следя за попаданием всех штырей разъёма на модуле в соответствующие отверстия разъёма на контроллере. Далее, следует зайти в веб-интерфейс контроллера (подробнее про веб-интерфейс можно прочитать в соответствующем разделе), перейти во вкладку "Configs" и выбрать в ней "/etc/wb-hardware.conf". Далее, в выпадающем списке нужно выбрать название модуля "WBIO-AI-DV-12 Analog Inputs".

Нужный конфигурационный файл

Выбор модуля

Теперь можно активировать необходимый режим работы во вкладке "Channels". Каналы обозначаются в виде "Channel Ax", где 'x' соответствует номерe входа. Для активации нужного режима работы входа, необходимо выбрать следующие настройки:

Однополярный вход напряжения 0 — 2.5 В или дифференциальный вход напряжения ±400 мВ

Voltage, 0-2.5V

Однополярный или дифференциальный вход напряжения ±50 В

Voltage +/-50V

Примечание: для активации дифференциального режима работы входов, нужно выставить соответствующую настройку на обоих входах.

После необходимой настройки и сохранения изменений, устройство отобразится во вкладке "Devices".

Настройки режима работы входа

Отображение входов с разными режимами работы

Для дополнительной информации смотрите раздел Активация нового модуля в веб-интерфейсе контроллера. В отличие от других модулей, WBIO-AI-DV-12 может подключаться девятым модулем в линейке боковых модулей. Однако при этом он должен занимать первую, пятую или девятую позицию в линейке.

Подключение через преобразователь интерфейсов WB-MIO

В отличие от других WBIO модулей, может быть подключен только один экземпляр к одному контроллеру или интерфейсному модулю.

Значение коэффициента масштаба измерений scale выбран равным 0.2126 для измерения напряжения в диапазоне ±50 В

Представление модуля WBIO-AI-DV-12, подключенного через преобразователь WB-MIO в веб-интерфейсе контроллера

Модуль WBIO-AI-DV-12 можно подключать и через преобразователь интерфейсов WB-MIO. При этом могут использоваться два шаблона устройства: WBIO-AI-DV-12-50V и WBIO-AI-DV-12. Если их нет в конфигураторе, вам необходимо обновить wb-mqtt-serial командой apt-get update && apt-get install wb-mqtt-serial. Шаблон WBIO-AI-DV-12-50V предназначен для устройств, где перемычки-джамперы установлены (измерение напряжения на дифференциальных входах в диапазоне от 0 до 50 В), а шаблон WBIO-AI-DV-12 — для устройств со снятыми перемычками (измерение напряжений на дифференциальных входах от 0 до 400 мВ, на однополярых — от 0 до 2,5 В).

Внимание, информация ниже устарела и будет удалена!

Ранее при подключении модуля через WB-MIO или WB-MIO-E отсутсвовала возможность выбора режима входов из web-интерфейса. Мы рекомендовали создать копии шаблона config-wbio-ai-dv-12-single.json, хранящийся на контроллере в директории /usr/share/wb-mqtt-serial/templates/config-wbio-ai-dv-12-single.json , и внести изменения в копию (файл должен иметь другое имя). При этом необходимо было изменить в шаблоне тип устройства, например на "device_type": "WBIO-AI-DV-12-Single-50v",. После этого было необходимо перезапустить службу wb-mqtt-confed и обновить веб страницу, чтобы новый тип устройства стал доступен в конфигурации.

Для каждого канала можно указывать свой коэффициента пересчета (масштаб), соответствующий режиму измерения. Рестартуйте сервис wb-mqtt-serial после внесения изменений: > service wb-mqtt-serial restart
 > service wb-mqtt-confed restart Наиболее правильным способом является установка параметра масштаба измерений в настройке каналов в конфигурации устройства. Допустим, мы хотим измерять на первом дифференциальном входе напряжение в дианазоне ±50 В. 

Для этого выполняем следующие настройки. В свойствах устройства добавляем список каналов (List if channels), щелкнув на кнопке Properties, а затем добавляем канал, щелкнув на кнопке +Item. В настройках канала оставляем только поле для указания коэффициента пересчета (Scale (value multiplier)), остальные опции отключаем: Указываем имя канала (как в интерфейсе) и коэффициент пересчета. Сохраняем изменения кнопкой Save вверху экрана. 

Добавляем список каналов

Оставляем только масштаб

Задаем имя канала и коэффициент пересчета

• Производитель: Wiren Board
• Артикул: WBIO-AI-DV-12