ЖУРНАЛ «СТА» №2/2008

96 СТА 2/2008 www.cta.ru Резервирование аналоговых модулей ввода и датчиков Схемы голосования могут применяться для резерви рования датчиков при использовании одного модуля ввода (рис. 1), для резервирования модулей ввода при наличии одного датчика (рис. 3 а ) или датчиков и мо дулей ввода одновременно (рис. 3 б ). При одновремен ном резервировании датчиков и модулей ввода потен циальные входы модулей соединяются параллельно (рис. 3 а ), а токовые – последовательно (рис. 4). По скольку при последовательном соединении отключе ние одного из модулей (например для выполнения за мены) приводит к разрыву всей цепи, то для устранения это го эффекта используют стабилитроны (рис. 4 а ). При ис пользовании источника тока с большим внутренним сопро тивлением (например, стандартного источника 4 20 мА) ток I не зависит от сопротивления нагрузки, поэтому появление стабилитрона в контуре с током при удалении одного из мо дулей не вносит погрешность в результат измерения. Ток утечки стабилитрона должен быть мал по сравнению с допус тимой абсолютной погрешностью измерения тока, а напря жение стабилизации – больше максимального падения на пряжения на измерительном резисторе. Тот же эффект достигается, если использовать внешние измерительные резисторы (рис. 4 б ), которые обеспечивают замкнутый путь для тока при удалении одного из модулей. При этом используются модули с потенциальным входом, а измерение тока выполняется косвенным методом (по паде нию напряжения на сопротивлении). Схемы голосования в рассмотренных примерах и количе ство элементов в резервированной системе могут быть про извольными; алгоритм голосования реализуется программно в ПЛК. Принцип работы системы, резервированной методом за мещения, иллюстрирует рис. 2. В системе выделяется основ ной модуль, резервный и блок выбора модуля после отказа. До отказа на выход системы поступают данные только из ос новного модуля. Блок выбора постоянно контролирует со стояние работоспособности модулей и после наступления отказа автоматически переключает выходной канал системы на исправный модуль. Одновременно на пульт оператора и в журнал ошибок посылается диагностическое сообщение о вышедшем из строя элементе. Переключение выполняется, как правило, программно. Аналогично работают системы с несколькими резервными элементами. Переключение на один из них выполняется по заранее определённому алгоритму. Основной проблемой в системах, резервированных мето дом замещения, является автоматический контроль исправ ности. Для контроля исправности аналоговых модулей ввода мо гут быть использованы следующие величины и события: ● среднеквадратическое значение напряжения или тока шу ма; ● напряжение смещения нуля; ● температура внутри корпуса модуля; ● погрешность (оценивается с помощью встроенного источ ника опорного напряжения); ● «зависание» процессора (диагностируется с помощью сто рожевого таймера); ● напряжение питания процессора; ● ошибка контрольной суммы; ● ошибка в ответе на команду. Для диагностики обрыва во входных цепях аналоговых мо дулей используются следующие методы: ● контроль выхода переменной за границы динамического диапазона или границы её изменения; ● применение тестирующих источников тока (рис. 5). Типовым методом обнаружения к.з. является измерение сопротивления входной цепи с помощью источников тока, подключённых, как показано на рис. 5 а . Величина тока вы бирается достаточно малой, чтобы падение напряжения на линии связи и внутреннем сопротивлении датчика не вно сило погрешность в результат измерений. Например, в мо дуле NL 8TI фирмы НИЛ АП используется ток величиной 2 мкА. При обрыве во входной цепи напряжение между вхо дами модуля выходит за границы динамического диапазона, что является диагностическим признаком обрыва. При к.з. во входной цепи напряжение между входами мо дуля становится равным нулю, что является диагностиче ским признаком короткого замыкания. Для того чтобы к.з. можно было отличить от полезного сигнала нулевой величи ны, диапазон изменения сигнала датчика искусственно сдвигают от нулевого уровня. Такой подход использован в токовом стандарте 4 20 мА, где вся информация о сигнале содержится в диапазоне токов от 4 до 20 мА (рис. 5 б ). В этом случае появление нулевого напряжения на входе приёмника сигнала однозначно говорит о нарушении линии связи. Однако отличить обрыв от к.з. и в этом случае невозможно, поскольку оба отказа обнаруживаются по нулевой величине принимаемого тока. Резервирование датчиков и модулей ввода дискретных сигналов При вводе дискретных сигналов используются методы го лосования и резервирования замещением. Схемы подключения датчика типа «сухой» контакт, кото рые обеспечивают диагностику обрыва, к.з. на землю и на шину питания, показаны на рис. 6 и 7. При обрыве линии на входе модуля появляется сигнал, величина которого опреде ляется делителем напряжения (рис. 6 а). В случае короткого замыкания на шину питания напряжение на вхо де модуля равно напряжению питания. При к.з. на землю на пряжение на входе равно нулю. При разомкнутом состоянии датчика напряжение равно при замкнутом – Таким образом, на входе модуля дискретного ввода могут быть пять различных уровней напряжения, которые с помо щью АЦП преобразуются в пять различных событий: «0», «1», «к.з. на землю», «к.з. на питание», «обрыв». Переключе ние на резерв происходит, если в блок выбора модуля (рис. 2) 4 пит 4 3 1 . R E R R R + ( ) 4 пит 4 3 1 2 , R E R R R R + + 4 пит 3 4 R E R R + В ЗАПИСНУЮ КНИЖК У ИНЖЕ Н Е РА E обрыв I I V к.з. I Обрыв V к.з. R 0 4 20 мА а б Рис. 5. Обнаружение обрыва и к.з. в линии связи или датчике, когда носителем сигнала является напряжение ( а ) либо ток ( б )