НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ПРИМЕНЕНИЯ МОДУЛЕЙ 5В, 70G, 73G

Рассматривается ряд вопросов, связанных с основными трудностями и ошибками при применении модулей УСО в системах автоматизации.

Вопрос. Хотелось бы познакомиться более подробно с возможностями периферийных плат дискретного и аналогового ввода-вывода Octagon Systems. Где можно узнать режимы работы периферийных микросхем, параметры микросхем мультиплексоров и АЦП на аналоговых платах?

Ответ. Все платы фирмы Octagon Systems выполнены на стандартных элементах, и поэтому перед применением плат желательно изучить руководящие технические материалы на данные микросхемы.

В первую очередь это микросхема параллельного адаптера 82С55 и микросхема программируемого интервального таймера 82С54, известные у нас как 580ВВ55А и 1810ВИ54 соответственно. Описание этих микросхем на русском языке, их структурные схемы и принципы программирования можно найти в литературе по применению микропроцессоров, либо обратившись к ТУ. Для тех, кто владеет английским и не имеет времени на поиски литературы на русском языке, фирма Octagon Systems прилагает к описаниям плат 5600, 5648 фирменное описание микросхемы 82С55 фирмы Intel, а к платам 5700 и 5300 – описание микросхемы 82С54. Кроме того, в комплект поставки платы управления электродвигателем 5328 входит описание специализированных микросхем LM628\629.

Для изучения возможностей плат АЦП и ЦАП (параметры встроенных УВХ, точностные и временные параметры микросхем АЦП, ЦАП и мультиплексоров) можно обратиться к справочным руководствам по соответствующим микросхемам, например, для платы 5710 это АЦП AD 574 фирмы Analog Devices и ЦАП DAC813 фирмы Burr-Brown (литературы на русском языке здесь, к сожалению, нет).

Вопрос. Система состоит из процессорной платы 5012 и пяти плат дискретного ввода/вывода 5600, к которым подключены монтажные панели МРВ-24 с модулями дискретного ввода/вывода 70G фирмы Grayhill. Что делать, если модули дискретного вывода 70G в начале работы прикладной программы самопроизвольно включаются? Может быть, следует применить модули, запираемые сигналом с уровнем логического 0?

Ответ. Модули 70G размещаются на монтажной панели и взаимодей ствуют с микросхемой 82С55, расположенной на платах 5600 дискретного ввода/вывода. При этом подача напряжения питания на плату дискретного ввода/вывода не приводит к инициализации микросхемы и на выходах устанавливается сигнал логической 1 (перемычки W1…W4 на плате 5600 должны быть переключены в положение +5В). А так как выходной сигнал при этом поступает на вход модулей 70G, то эти модули выключены и коммутируемые цепи при этом разомкнуты.

После команды инициализации (запись управляющего слова в регистр управления микросхемы 82С55) все линии переходят в состояние логического нуля, и при этом все выходные модули 70G, подключенные к данной микросхеме действительно открываются, то есть все устройства, управляемые данными модулями, включаются. После команды инициализации в микросхему следует записать данные, переводящие выходные линии в состояние логической 1 и соответственно выключающие выходные модули 70G.

Фрагмент программы, выполняющей данные действия, изображен на рис. 1.

BASE = {базовый адрес};
Num_8255 = {число микросхем 82с55, 2 # для 5600/48, 4 # для 5600}
RG_CNTRL = 3;
RG_A = 0;
RG_B = 1;
RG_C = 2;
CONF_PORT = управляющее слово, конфигурирующее микросхему в
режим 0 (все линии на вывод)};
CLOSE_PORT = слово, переводящее все линии в состояние логической 1,
в данном случае это FFH};
FOR I = 1 to Num_8255 Begin
Port[ BASE + RG_CNTRL]:= CONF_PORT;
Port[ BASE + RG_A]:= CLOSE_PORT;
Port[ BASE + RG_B]:= CLOSE_PORT;
Port[ BASE + RG_C]:= CLOSE_PORT;
BASE:= BASE + 4
End

Рис. 1. Фрагмент программы, выполняющей инициализацию

При этом данная подпрограмма будет выполняться приблизительно 1620 машинных циклов, что для платы 5012 (ХТ) будет составлять не более 20 микросекунд, а это значительно меньше времени реакции модулей 70G (75 мкс для выходного модуля постоянного тока 70G ODC5B и 8 мс для выходного модуля переменного тока 70G OAC5A). Из этого следует, что выполнение инициализации не будет сопровождаться самопроизвольным включением модулей 70G и, соответственно, исполнительных механизмов. Естественно, что для более быстродействующих процессорных плат программа будет выполняться еще быстрее.

В том случае, если у вас есть несколько плат дискретного управления и, соответственно, несколько микросхем 82С55, следует каждую из микросхем поочередно инициализировать и записать в соответствующие регистры управляющие данные. Нельзя производить сначала инициализацию всех микросхем, а затем запись данных, так как при этом время между инициализацией и установкой выходов в состояние логической 1 увеличится во столько раз, сколько микросхем вы используете. Нетрудно подсчитать, что если микросхем будет 8 (2 платы 5600), это время составит 160 мкс, что, в свою очередь, может вызвать кратковременное включение модулей 70G ODC5B.

Еще одна маленькая хитрость: модули, управляющие взаимоисключающими друг друга процессами, например прямое и реверсивное включение электромотора, следует размещать на разных монтажных панелях и подключать, соответственно, к разным микросхемам. Так как инициализация микросхем производится поочередно, то даже при «зависании» программы сразу после записи управляющего слова в регистр режима и включения соответствующего модуля включится только один пускатель, то есть электромотор будет вращаться в одну сторону до тех пор, пока сторожевой таймер не перезапустит систему (порядка 0,5-1 с). Если же данная микросхема будет управлять сразу модулями прямого и реверсивного включения, то все это время на электромотор будут подаваться оба напряжения, что приведет к выходу из строя или пускателей, или электромотора.

При работе на индуктивную нагрузку следует иметь в виду также следующее обстоятельство: допустимая скорость нарастания напряжения в коммутируемой цепи для модуля 70GOAC5A фирмы Grayhill составляет 3000 В/мкс, а для аналогичного модуля G4OAC5 фирмы Opto22 всего 200 В/мкс. Из приведенных соображений видно, что применение модулей, запираемых управляющим сигналом с уровнем логического 0, не имеет смысла, так как они будут иметь разомкнутую цепь нагрузки после инициализации, но замкнутую – при включении, что гораздо более неприятно.

Вопрос. Система состоит из платы 6012, монтажной панели МРВ-24 с 12 модулями 70G и источника питания 5101. После выключения источника питания происходит кратковременный выброс напряжения питания во вторичную цепь +5 В, что видно по засвечиванию на 12 секунды светодиода на процессорной плате после ее выключения. Как себя поведут в таком случае выходные модули 70G?

Ответ. Такая работа системы связана с тем что потребление платы 6012 составляет 230 мА, 12 модулей 70G – 180 мА, а минимальный ток нагрузки источника NFS407628 фирмы Computer Products (рис. 2), который применен в блоке питания 5101, составляет порядка 500 мА, то есть в данной конфигурации системы источник работает с недогрузкой. При этом происходит следующее: при выключении питания первым разряжается в нагрузку конденсатор Сф фильтра выходной цепи +5В 1000мкФ*12В (рис. 3, режим 1). При этом конденсатор Сф подзаряжается от накопительного конденсатора Сн незначительно, так как длительность импульсов широтноимпульсного модулятора (ШИМ) мала (рис. 3, параметр «Напряжение Сн»). После того, как выходное напряжение упало ниже 0,5…1 В, схема обратной связи отрабатывает изменение и увеличивает длительность импульса ШИМ. При этом время реакции (рис. 3, Тос) определяется параметрами цепи обратной связи конкретного источника питания и может варьироваться в довольно широких пределах. При увеличении длительности импульсов широтноимпульсного модулятора происходит быстрый перезаряд конденсатора Сф (режим 3), а затем разряд его в нагрузку (режим 4). При этом напряжение в нагрузке достигает номинального значения в периоды Траб.

Однако даже при броске вторичного напряжения самопроизвольного включения модулей не происходит, так как при подаче напряжения питания выходные линии микросхемы 80С55 устанавливаются в состоянии логической 1 и изменяют его только после инициализации.

Рис. 2. Источник питания NFS40-7628

Вопрос. При использовании аналоговых модулей 73G и платы 5648 измерения производятся с большой (30-40%) погрешностью, причем неправильные значения считываются один раз в 5 измерений и чаще.

Ответ. Это действительно имеет место в том случае, если источник питания работает с недогрузкой. Однако если у вас на панели МРВ установлено несколько модулей 73G, то можно не волноваться: каждый модуль потребляет порядка 130 мА, то есть четыре модуля уже сами без процессорной платы создадут нужную нагрузку источнику 5101.

Некоторые несложные процедуры могут улучшить метрологические характеристики системы в целом. Во-первых, питание на модули 73G, установленные на плате МРВ, лучше подавать отдельными проводами через специальные клеммные соединители, а не через общий шлейф от платы ввода-вывода. Во-вторых, желательно подключить параллельно клеммам питания панели МРВ электролитический конденсатор емкостью 20-100 мкФ.

Кроме того, полезно проводить программную обработку входных аналоговых каналов на предмет выявления аномальных значений, которые могут появиться в результате импульсных помех или фазовых искажений. Такие подозрительные отсчеты, отличающиеся от истинных на 20-40% полной шкалы, могут быть выброшены из рассмотрения или подвергаться цифровой фильтрации.

Рис. 3. Диаграмма напряжений при включении питания