EK-IO-DI

32-канальный модуль опроса дискретных входов.

Основные характеристики:

• 32 канала
• Напряжение входов - от 5 до 24 В
• Подключение по схеме PNP или NPN
• Гальваническая изоляция входов до 2.5кВ
• Входы соответствуют стандарту IEC 61131-2
• Передача состояния входов через гальванически изолированный CAN-интерфейс

Область применения:

• Контроль датчиков с релейным или транзисторным выходом: реле давления, потока, термостаты и т.д.
• Подключение трехпроводных датчиков по схеме PNP или NPN: индуктивные, ёмкостные и т.д.
• Опрос состояния кнопок и переключателей

Напряжение входов выбирается с помощью подбора номиналов резисторов. Напряжение задаётся для групп из 8 каналов. Разные группы могут иметь разное напряжение и подключаться к разным источникам питания. При этом необходимо, чтобы все источники имели общий потенциал: минус питания при схеме PNP, плюс питания при схеме NPN.

Датчики можно подключать по схеме PNP или NPN. Конкретный тип выбирается с помощью перемычки на плате. Перемычка задаёт тип схемы для всех 32 каналов в модуле.

Гальваническая изоляция входов обеспечивается микросхемой CA-IS3980.

Для индикации состояния входов подключается два модуля EK-LD-18.

Заданная конфигурация: Скопировано

Стоимость: $

Скачать 3D STEP

0x000 Периодически рассылается контроллером

Название: EK_watchdog

Идентификатор: 0x000

Длина: 0 байт

	Начальный бит	Размер, бит	Масштаб	Смещение	Минимум	Максимум	Ед. измерения

0x050 Состояние дискретных входов

Название: EK_IO_DI_status

Идентификатор: 0x050

Длина: 5 байт

	Начальный бит	Размер, бит	Масштаб	Смещение	Минимум	Максимум	Ед. измерения
module_address Адрес модуля	0	4	1	0	0	15
ch00 Состояние канала CH00	8	1	1	0	0	1
ch01 Состояние канала CH01	9	1	1	0	0	1
ch02 Состояние канала CH02	10	1	1	0	0	1
ch03 Состояние канала CH03	11	1	1	0	0	1
ch04 Состояние канала CH04	12	1	1	0	0	1
ch05 Состояние канала CH05	13	1	1	0	0	1
ch06 Состояние канала CH06	14	1	1	0	0	1
ch07 Состояние канала CH07	15	1	1	0	0	1
ch08 Состояние канала CH08	16	1	1	0	0	1
ch09 Состояние канала CH09	17	1	1	0	0	1
ch10 Состояние канала CH10	18	1	1	0	0	1
ch11 Состояние канала CH11	19	1	1	0	0	1
ch12 Состояние канала CH12	20	1	1	0	0	1
ch13 Состояние канала CH13	21	1	1	0	0	1
ch14 Состояние канала CH14	22	1	1	0	0	1
ch15 Состояние канала CH15	23	1	1	0	0	1
ch16 Состояние канала CH16	24	1	1	0	0	1
ch17 Состояние канала CH17	25	1	1	0	0	1
ch18 Состояние канала CH18	26	1	1	0	0	1
ch19 Состояние канала CH19	27	1	1	0	0	1
ch20 Состояние канала CH20	28	1	1	0	0	1
ch21 Состояние канала CH21	29	1	1	0	0	1
ch22 Состояние канала CH22	30	1	1	0	0	1
ch23 Состояние канала CH23	31	1	1	0	0	1
ch24 Состояние канала CH24	32	1	1	0	0	1
ch25 Состояние канала CH25	33	1	1	0	0	1
ch26 Состояние канала CH26	34	1	1	0	0	1
ch27 Состояние канала CH27	35	1	1	0	0	1
ch28 Состояние канала CH28	36	1	1	0	0	1
ch29 Состояние канала CH29	37	1	1	0	0	1
ch30 Состояние канала CH30	38	1	1	0	0	1
ch31 Состояние канала CH31	39	1	1	0	0	1

Дискретные входы подключаются к 8-канальному изолятору сигналов CA-IS3980. Изолятор CA-IS3980 обеспечивает гальваническую изоляцию до 2.5кВ и до ±300кВ/мкс кратковременных помех.

Выходы CA-IS3980 подключаются к 16-канальному расширителю GPIO MCP23017 с интерфейсом I²C. Адрес каждого MCP23017 задаётся перемычками.

Контроллер подключается через внутреннюю шину и опрашивает состояние входов по протоколу I²C.

В документации на чип CA-IS3980 не приведены формулы для расчёта номиналов резисторов. Выведем формулу для подбора номиналов резисторов на основе следующей схемы:

Обозначения на схеме:

• $U_{TH}$, $I_{TH}$ - значения напряжения и тока, при которых цифровой изолятор переходит из состояния «0» в состояние «1». Сокращение от «threshold».
• $U_F$ - желаемое входное напряжение для перехода из «0» в «1». Сокращение от «field».
• $R_1$, $R_2$ - сопротивления, которые необходимо подобрать.

По электрической схеме запишем систему уравнений:

• $I_2 = I_1 + I_{TH}$
• $U_F = I_2 ⋅ R_2 + I_1 ⋅ R_1$
• $U_{TH} = I_1 ⋅ R_1$

Выведем формулу:

$U_F = (I_1 + I_{TH}) ⋅ R_2 + I_1 ⋅ R_1$

$U_F = I_1 ⋅ (R_1 + R_2) + I_{TH} ⋅ R_2$

$U_F = \frac{U_{TH}}{R_1} ⋅ (R_1 + R_2) + I_{TH} ⋅ R_2$

Финальная формула:

$U_F = U_{TH} ⋅ (1 + \frac{R_2}{R_1}) + I_{TH} ⋅ R_2$

В формуле две неизвестные величины: $R_1$ и $R_2$.

Возьмём рекомендуемые значения для входного напряжения 24В, тип входов 3 (по IEC 61131-2):

• $U_F = 7.9 V$
• $U_{TH} = 1.38 V$ - по документации на чип CA-IS3980
• $I_{TH} = 0.6 mA$ - по документации на чип CA-IS3980
• $R_1 = 750 Ohm$ - принятое значение сопротивления
• $R_2 = 2700 Ohm$ - принятое значение сопротивления

$7.9 = 1.38 ⋅ (1 + \frac{2700}{750}) + 0.6 ⋅ 10^{-3} ⋅ 2700$

$7.9 = 7.968$

Значения почти равны. Рассчитаем значения токов:

• $I_1 = \frac{1.38}{750} = 1.84 ⋅ 10^{-3} A$
• $I_2 = 1.84 ⋅ 10^{-3} + 0.6 ⋅ 10^{-3} = 2.44 ⋅ 10^{-3} A$

1. Принимаем $I_{TH} = 0.606 ⋅ 10^{-3} A$, из даташита на CA-IS3980.
2. Задаём желаемое значение входного напряжения $U_F$, при котором происходит переход из «0» в «1».
3. Подбираем такие $R_1$ и $R_2$, чтобы $U_{TH}$ было близко к 1.38 В.

Формула расчёта $U_{TH}$:

$U_{TH} = \frac{U_F - I_{TH} ⋅ R_2}{1 + \frac{R_2}{R_1}}$

В модуле EK-IO-DI приняты следующие номиналы резисторов:

Напряжение входа, [В]	Порог $U_{F}$, [В]	$R_1$, [Ом]	$R_2$, [Ом]
5	2,5	430	300
9	4,5	300	560
12	6	510	1300
24	8	750	2700

CA-IS3980 даташит	Скачать	Ссылка
MCP23017 даташит	Скачать	Ссылка