PMIO-DIx32

Модуль опроса 32 дискретных входов.

Входы гальванически изолированы от внутренней шины IBus.

Выбирая сопротивление резисторов, можно подключать сигналы с напряжением от 5 до 24 В. Напряжение выбирается для групп из 8 каналов.

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.

Заданная конфигурация: Скопировано

Стоимость: $

Скачать 3D STEP

Дискретные входы подключаются к 8-канальному изолятору сигналов CA-IS3980 ¹. 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 ² 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):

• $U_F = 7.9 В$
• $U_{TH} = 1.38 В$ - по документации на чип CA-IS3980
• $I_{TH} = 0.6 мА$ - по документации на чип CA-IS3980
• $R_1 = 750 Ом$ - принятое значение сопротивления
• $R_2 = 2700 Ом$ - 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:

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

1. Принимаем $I_{TH} = 0.606 ⋅ 10^{-3} А$, 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 PMIO-DIx32 приняты следующие номиналы резисторов:

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

Footnotes

Заголовок раздела «Footnotes»

1. CA-IS3980 - https://e.chipanalog.com/products/interface/isolated/iso5/114. ↩

2. MCP23017 - https://www.microchip.com/en-us/product/mcp23017. ↩