Zásady pro připojování I/O modulů k řídícím jednotkám (jak správně rozvádět GND)
Teoretický úvod - vymezení a popis problematiky, způsoby řešení
(Terminologie: Potenciál 24V_GND - napěťová hladina, slučující signální zem (GND) s jedním pólem zdroje 24V.)
Při použití zde popisovaných I/O modulů je nutno mít na zřeteli skutečnost, že moduly mají svorku 24V_GND společnou pro napájecí i signální okruh (obsahují jednocestný usměrňovač).
Takovéto třísvorkové provedení je naprosto běžné, má však své specifické vlastnosti; z nich pak vyplývají zásady používání, které je nutno důsledně dodržovat:
1: - Opatrně se společným zdrojem napájení:
velkou obezřetnost vyžaduje propojení I/O modulů se zařízením, které nemá ani jednu napájecí svorku společnou s GND (bývá to zpravidla zařízení, které obsahuje můstkový usměrňovač) - Nebezpečí zkratu ! -- podrobnosti zde --
2: - Promyšleným rozvodem vodiče 24V_GND minimalizovat cizí napětí
Detailním rozborem rozvodu potenciálu 24V_GND můžeme vysledovat tři typy vodičů odlišných funkcí, pro příští text definovaných takto:
a. - napájecí vodiče 24V_GND, sloužící pouze k přenosu napájecího proudu
b. - signální vodiče 24V_GND, sloužící pouze k přenosu řídících signálů
c. - kombinované vodiče 24V_GND, plnící obě výše uvedené funkce současně - právě na tyto vodiče máme zaostřeno v dalšího textu:
Na kombinovaném vodiči 24V_GND vzniká průtokem napájecího proudu úbytek napětí:
dU = R * I (1) (viz. obr.- napětí měřené voltmetrem)
Toto napětí se superponuje k užitečnému signálu, který tím může až znehodnotit. (Podle 2.Kirchhoffova zákona se na vstupních svorkách UDO6 objeví součet výstupního napětí AO EXCELu a úbytku napětí dU z vodiče 24V_GND; úbytek napětí na "živém" signálním vodiči zanedbáváme, teče jím pouze řídící proud max. 1mA.)
Pro přenos řídících signálů je ideálním řešením používání pouze napájecích a signálních vodičů, a zároveň jejich důsledná separace; někdy to jde (viz. varianta 1 s oddělenými zdroji napájení). Při propojení dvou přístrojů, napájených společným zdrojem 24V se ale kombinovanému vodiči 24V_GND vyhnout nelze.
Přirozeným požadavkem je pak alespoň minimalizovat nežádoucí cizí napětí dU z výrazu (1).
Toho lze dosáhnout současným splněním následujících dvou podmínek:
- Minimalizací proudu tekoucího vodičem 24V_GND mezi kontrolerem a I/O modulem (omezení na nezbytnou velikost)
- Minimalizací odporu vodiče 24V_GND mezi kontrolerem a I/O modulem.(velký průřez, malá délka)
Několik typických příkladů řešení, členěných podle použitého napájecího zdroje následuje v další kapitole tohoto dokumentu.
Pozn.:
Zde je potřeba ještě zdůraznit, že dodržení výše uvedených zásad zajistí omezení chybového napětí hluboko pod kritickou hodnotou, která je u modulů UDO6 a UDI6 cca 50mV.
Naopak nerespektování těchto zásad lehce způsobí, že chybové napětí překročí hodnotu 500mV a znemožní tak I/O modulům správnou funkci. Rozvod vodiče 24V_GND v rozvaděči by proto nikdy neměl být pouze náhodným pospojením všech svorek tohoto potenciálu, ale vždy by měl být výsledkem pečlivé úvahy, zaměřené na dosažení cíle vymezeného výše.
|