Аналоговые выходные унифицированные сигналы

0-5 мA (на нагрузку Rн = 2 k Ом).

0-20 мA (на нагрузку Rн = 0,5 k Ом).

4-20 мA (на нагрузку Rн = 0,5 k Ом).

Разрешающая способность ЦАП – 0,05 % (11 разрядов).

Максимальная погрешность ЦАП после калибровки – 0,5 %.

Максимальная погрешность ЦАП при изменении температуры окружающей среды на 10 °С – 0,2 %.

Максимальная погрешность ЦАП при изменении напряжения питания на составляет 0,1 %.

Гальваническая развязка – выходы связаны попарно, каждая пара изолирована от соседней пары и остальных цепей.

 

Входные дискретные сигналы

Сигнал логического «0» – 0-7 В.

Сигнал логической «1» – 18-30 В.

Входной ток – 7 мA (для КР-300, для Р-130 — 9 mA).

Гальваническая развязка – входы связаны в группы по 16 входов, каждая группа изолирована от остальных цепей.

 

Дискретные выходные сигналы

Транзисторный выход:

максимальное напряжение коммутации – 40 В;

максимальный ток нагрузки каждого выхода – 0,3 А;

максимальный суммарный ток нагрузки всех включенных выходов составляет 2 А; вид нагрузки – активная, индуктивная;

защита от короткого замыкания в цепи нагрузки – имеется.

Гальваническая развязка – выходы связаны в группы по 16, каждая группа изолирована от остальных цепей.

 

Схема подключения сигналов к модулю МАС

На рис. 61 представлена схема подключения датчиков и исполнительных механизмов (ИМ) к модулю МАС. Д1-Д8 – датчики. П1-П8 – преобразователи. Rн – сопротивление нагрузки.

Рис. 61. Схема подключения аналоговых сигналов к модулю МАС

Схема подключения сигналов к модулю МСД

На рис. 62 показана схема подключения дискретных сигналов. В лаборатории входные дискретные сигналы формируются нажатием кнопок или изменением положения тумблеров. Выходные сигналы, в большинстве случаев, выдаются на светодиоды.

 

 

Рис. 62. Схема подключения дискретных сигналов к модулю МСД

 

К1-К8 – тумблера или кнопки; КБС-2 – клеммно-блочный соединитель; МСД – модуль дискретных сигналов; Rн – сопротивление нагрузки (нагрузкой может быть светодиод); ДЦП – дискретно-цифровой преобразователь; ЦДП – цифро-дискретный преобразователь.

Более подробная информация по модулям УСО контроллера Р-130 приводится в технической документации на Р-130, в кросс-средстве Релитор Р-130, и других источниках [13, 25, 26, 27, 33, 91].

 

Оценка разрядности АЦП

Примем предположение о равномерном законе распределения погрешности АЦП [138, с.247-249.]. Рассмотрим случайную составляющую погрешности АЦП. Напомним из теории вероятностей, что такое равномерное распределение. Непрерывная случайная величина имеет равномерное распределение на интервале [a, b], если на этом интервале плотность распределения случайной величины постоянна, а вне него равна нулю.

 

 

где С– постоянная величина (С = сonst). Равномерное распределение иногда называют законом равномерной плотности.

В таблице 23 приведены основные характеристики модуля аналоговых сигналов (МАС) контроллера Р-130. На модуле МАС реализованы два преобразователя: АЦП и ЦАП.

 

Таблица 23

 

Погрешность модулей УСО

 

По входным сигналам	Погрешность, %
1) разрешающая способность АЦП	0,025
2) максимальная погрешность АЦП	0,30
3) максимальная погрешность АЦП при изменении окружающей среды на 10 °С	0,40
4) максимальная нелинейность БУТ	0,10
5) максимальная погрешность БУТ при изменении окружающей среды на 10 °С	0,25
По выходным сигналам
1) разрешающая способность ЦАП	0,05
2) максимальная погрешность ЦАП	0,50
3) увеличение погрешности ЦАП при увеличении температуры окружающей среды на 10 °С	0,20

 

График плотности f(x) для равномерного распределения представлен на рис. 63.

 

Рис. 63

 

Найдём значение С. Так как площадь под кривой (прямой) распределения равна 1, и все значения случайной величины x Î [a, b], то должно выполняться равенство

.

Отсюда

.

Тогда

 

Определим основные числовые характеристики случайной величины X, имеющей равномерное распределение.

Математическое ожидание. Вспомним определение математического ожидания из теории вероятности [138, 139] и формулу его определения:

,

где f(x) – плотность распределения случайной величины Х.

Дисперсию случайной величины Х находим по следующей формуле:

 

 

Отсюда среднее квадратическое отклонение, которое характеризует погрешность, равно

.

 

Погрешность канала можно представить, как погрешность измерения (датчика) s_и и погрешность преобразования s_АЦП [140, 141]. Из теории ошибок известно, что для независимых величин оценки дисперсии складываются:

 

.

 

Погрешность АЦП должна быть несколько меньше, чем погрешность измерительного канала. Поэтому разрядность АЦП должна быть такой, чтобы ошибка квантования по уровню s_АЦП не превышала ошибки измерительного устройства. Примем, что погрешность АЦП составляет не более d от s_и (s_АЦП = ds_и). Тогда выражение примет вид:

 

.

 

Разрешающая погрешность АЦП или разрешающая способность АЦП связана с разрядностью следующим образом:

 

.

где e_АЦП – цена младшего разряда n-разрядного кода на выходе АЦП; d – основание системы счисления.

Например, для 12-ти разрядного АЦП разрешающая способность будет равна

.

Разряды обычно нумеруются с нуля, поэтому

 

; .

 

С другой стороны,

 

.

 

Если принять, что предельная абсолютная погрешность 0,1e_g = 3 s_å и что d = 2, то можно определить разрядность АЦП по следующей формуле:

 

.

 

Приложение Б