В системах автоматизации очень распространены двоичные сигналы, которые поступают от концевых выключателей, датчиков охранной или пожарной сигнализации, датчиков заполнения емкостей, датчиков сбегания ленты на конвейере, датчиков приближения и т.п. Такие сигналы не совсем правильно называются дискретными, но этот термин прочно вошел в практику.

Модули ввода дискретных сигналов в промышленной автоматизации имеют несколько различных типов входов:

• вход типа «сухой контакт»;
• дискретный вход для логических сигналов в форме напряжения;
• вход дискретных сигналов 110 В.

«Сухим» контактом в системах автоматизации называют источник информации, не имеющий встроенного источника энергии, например контакты реле или дискретные выходы типа «отрытый коллектор». Для передачи информации о состоянии такого контакта необходим внешний источник тока или напряжения.

Вывод дискретных сигналов используется для управления состоянием включено/выключено исполнительных устройств- Устройства вывода отличаются большим многообразием. Знание структуры выходных каскадов необходимо для правильного их применения.

Выходные каскады со стандартными ТТЛ или КМОП логическими уровнями в промышленной автоматизации используются редко. Это связано с тем, что нагрузкой дискретных выходов являются не логические входы электронных устройств, а чаще всего электромеханические реле, пускатели, шаговые двигатели и др. Дискретные выходы обычно строятся на основе мощных биполярных транзисторов с открытым коллектором или полевых транзисторов (обычно МОП) с открытым стоком. С точки зрения схемотехники применения эти каскады эквивалентны, поэтому мы будем их называть каскадами ОК. Каскады ОК обеспечивают большую гибкость, позволяя получить необходимые для нагрузки ток или напряжения с помощью внешнего источника питания. Кроме того, каскад ОК с помощью внешних резисторов и источников напряжения позволяет получить стандартные КМОП или ТТЛ-уровни.

Наилучшим решением для построения дискретных выходов являются микросхемы интеллектуальных ключей, которые содержат в себе не только мощный транзистор с открытым стоком, но и цели его защиты от перегрузки по току, напряжению, короткого замыкания, переполюсовки и перегрева, а также электростатических разрядов. При перегреве выходного каскада или превышении тока нагрузки интеллектуальный ключ выключается.

Функции счетчика, частотомера и измерителя периода следования импульсов обычно совмещаются в одном и том же модуле ввода. Такие модули могут быть использованы для решения следующих задач:

• измерение скорости вращения вала двигателя с целью ее стабилизации или изменения по заданному закону;
• подсчет количества продукции на конвейере;
• измерение частоты периодического сигнала;
• работа с датчиками, имеющими импульсный выход (например, с энкодерами — датчиками угла поворота, электросчетчиками или анемометрами);
• автоматическое дозирование счетной продукции;
• подсчет количества продукции, выданной со склада.

Структуру типового модуля ввода рассмотрим на примере счетчика-частотомера NL-2C фирмы НИЛ АП. Он содержит два 32-разрядных счетчика-частотомера. Каждый счетчик имеет изолированные и неизолированные входы. Изолированные входы выполнены с помощью оптрона и являются пассивными со стороны источника сигнала. Неизолированные входы имеют программно регулируемые уровни логического нуля и единицы. Это позволяет уменьшить вероятность ошибочного срабатывания модуля в условиях помех, Для регулировки уровней использованы два 8-разрядных цифроуправляемых потенциометра. Для подавления помех служит также цифровой фильтр с перестраиваемыми параметрами, выполненный я а микроконтроллере, входящем в состав модуля.

Контроллеры с модулями управления движением используются в роботах, металло- и деревообрабатывающих станках, сборочных линиях, типографских машинах, в оборудовании для обработки пищи, для дозирования и упаковки, для автоматической сварки и лазерной резки, для обработки полупроводниковых пластин и т.п.

В силу специфики задачи контроллеры для управления движением занимают отдельное место на рынке ПЛК, поскольку отличаются как параметрами модулей ввода-вывода, так и специализированным программным обеспечением. Основными отличиями от модулей общего применения являются повышенные требования к быстродействию и особый состав каналов ввода-вывода, оптимизированный для задач управления движением с целью минимизации стоимости.

Типовой системой управления движением является электропривод, который является частным случаем системы автоматического регулирования с обратной и л и: прямой связью, В состав электропривода входит электродвигатель, датчики положения исполнительного механизма, контроллер и сервоусилитель.

Особенностью рынка ПЛК является огромное разнообразие их модификаций, вызванное естественной широтой областей применения. Общим является только стремление к стандартизации, вызванное перспективами идеология «открытых систем». В последние годы наметилась также тенденция стирания прежних различий между ПЛК и промышленными компьютерами.

Модули ввода-вывода характеризуются устоявшимся набором требований к их функционированию и основным техническим параметрам. На протяжении десятилетий остаются наиболее применяемыми модули ввода сигналов термопар, термопреобразователей сопротивления, тензодатчиков и универсальные. Улучшение технических характеристик модулей и ПЛК определяется, в основном, производителями полупроводниковой элементной базы, в первую очередь микропроцессоров и аналого-цифровых преобразователей, а также развитием технологии монтажа электронных устройств.

Направлениями дальнейшего развития промышленных ПЛК являются снижение габаритных размеров и веса, повышение устойчивости и вешним воздействиям, улучшение удобства монтажа и упрощение пуско-наладки систем автоматизации, обеспечение высокой надежности и горячей замены, расширение функций контроля и диагностики, снижение стоимости.