2017年3月8日 星期三

.續談控制器輸出入接點

3D Basecamp 2016 – Lighting Design using SketchUp



謝仁堯


自動化的二大類領域,分別是在工廠自動化,及城市、樓宇、住宅等自動化,這兩類自動化領域,未來也將愈來愈智慧化,譬如智慧工廠以及智慧城市、智慧家居等,未來這些智慧化的核心,也都會慢慢幻化成為智慧型態機械人,但我們今天就不談那麼虛幻的未來,我們還是拉回來談比較基礎的部分。




不論是PLC或者DDC,以及其它總類的專用控制器,為了完成所付予的工作,都必定會具備輸出入接點,少則二三點多則數千點,這個道理跟一台電腦很類似,電腦利用鍵盤及滑鼠,接收輸入資料或命令,並將結果輸出至螢幕,讓使用者觀看。

控制器是為了自動控制而存在,所以它也需要由輸入接點,接收各式環境資料,經過內部程式的判讀及處理,然後再透過輸出接點,去控制某一個環境設備作動。


基本上實體的輸出入接點,可以概分為三類:數位輸出入、類比輸出入、及通訊接點(有一類混合型,如Universal IO,我們不在此說明);前面二類有時稱為硬體接點,通訊接點有時則稱為軟體接點,不論是何種軟硬體接體,最終都會在控制器的記憶體,佔有一席之地,它呈現的方式,在工程上常以IO點數表來表現,至於各廠家的控制器記憶體內,表格的欄位及格式等,就屬各家的私領域,我們也無從討論起,下面我們僅就工業上,大家共通的部分,來做說明:




1.  實體數位接點-這個接點接收或者輸出的訊號,基本上以電腦術語來說,就是1位元(Bit) 0/1的訊號,亦即說只接收或輸出二種變化的訊號,不是0就是1;這種訊號,在工業應用上,非常廣泛比如:開/關、啟/停、上/下、左/右…等等均屬這類應用。


2.   實體類比接點-工業應用當然不會僅有1位元應用這麼簡單,環境變數有很多是超越此範圍所能表示的,譬如溫度、濕度、濃度、壓力…等等多變樣數值的,這類接點我們就利用類比接點來處理,類比接點的訊號種類,常見的大概有電壓、電流及電阻等。這些接點大部分都是用來,接收一些工業用感測器的,所以也都有一些工業標準可以依循,譬如溫度感測器常用pt100或者pt1000。


另外下面我們介紹一款西門子DDC的AIO介面支援種類,從支援表內大家就可以大致了解AIO指的為何了!


3.   軟體接點-這類接點通常是由通訊接點接入,目前工業上較常見的實體接點通常有RS-232、RS-485 及乙太網路;其中又以RS-485使用最為廣泛,但因應物聯網(IOT)興起,所賜未來在乙太網路上的連接應用,有愈來愈多之勢!

      既然是通訊,就必然存在有雙方互相認可的通訊協定,我們從維基百科上查到光應用在BA領域的通訊協定,就不下十餘種、Process automation protocols領域更多達數十種,但通常業界較常見的,還是以 Modbus 為主!

      Modbus t基本上是以 Client/Server 為架構,它用白話點來說明,就是傳輸兩端透過通訊協定,來交換雙方所需要的資料表,下面附件為二個參考範例。



談完輸出入接點後,我們來舉幾個簡單的應用實例,譬如:
1.  警報觸發與發出聲光告警-需要警報觸發器(可能是緊急押扣,或者移動物偵測器)接入DI、聲光告警發報器接至DO點;在控制器內,再將這兩個點位進行軟體連接,則當警報被觸發時,系統將會自動啟動告警發報器完成工作。

2.  冷氣控制-冷氣有很多種架構,如Fan Coil 或者冷媒型式…等等,但不論何種系統,它一定需要下列幾項元件:冷熱交換系統、溫度感測器、溫控開關及系統邏輯程式。

系統端因為要傳遞的訊息,較多、較複雜,所以通常會使用通訊協定及接點,單獨的溫度感應器,當然是接入AI點,至於開關控制類若簡單型式,如三速開關就接入三個DI點,分別傳送低/中/高三種需求,若是比較複雜的溫控器(具感測及顯示型),則通常會透過RS-485等通訊介面,來連接至系統,這種溫控器通常也會內建冷氣控制邏輯程式,這樣就不再需要另外處理程式了。

基本上大家只要DIO、AIO及通訊介面的觀念清楚,何種設備應該接入何種接口,剰下的就是邏輯程式了,所以要完成一項簡單的自動控制項目,就不會是那麼難的工作了吧!


                                                                                                                                                                                                                 


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