Приложение S (обязательное). Цифровые вводы и выходы

Приложение S
(обязательное)

Цифровые вводы и выходы

Примечание - В настоящем приложении приведены выдержки из второго издания IEC 61131-2, французской версии которого не существует. Поэтому признана нецелесообразной публикация французского текста данного приложения в отсутствие текста, подготовленного подкомитетом, курирующим IEC 61131-2 (кроме раздела S.1).

S.1 Область применения

Настоящее приложение распространяется на цифровые входы и/или цифровые выходы, содержащиеся в аппаратуре распределения и управления, и совместимо с программируемыми логическими контроллерами (ПЛК). Оно основано на соответствующих положениях IEC 61131-2.

S.2 Термины и определения

В настоящем приложении применяют следующие термины и определения.

S.2.1 цифровой вход типа 1 (digital input, type 1): Устройство, воспринимающее сигналы от контактных ком мутационных устройств, таких как реле, кнопки, выключатели и т.д. и превращающее первичный двухуровневый сигнал в одноразрядное двоичное число

Примечание - Цифровые входы типа один могут не подходить для применения с полупроводниковыми устройствами, такими как датчики, выключатели приближения и т.д.

S.2.2 цифровой вход типа 2 (digital input, type 2): Устройство, воспринимающее сигналы от полупроводниковых коммутационных устройств, таких как двухпроводные выключатели приближения, и превращающее первичный двухуровневый сигнал в одноразрядное двоичное число

Примечания

1 Двухпроводные выключатели приближения, упомянутые здесь, соответствуют IEC 60947-5-2.

2 Устройства данного класса также могут использоваться в назначениях типа 2.

S.2.3 цифровой выход (digital output): Устройство, превращающее одноразрядное двоичное число в двухуровневый сигнал.

S.2.4 включенный на минус (current sinking): Свойство получать ток.

S.2.5 включенный на плюс (current sourcing): Свойство подавать ток.

S.3 Функциональные требования

S.3.1 Номинальные значения и рабочие диапазоны

Модули с внешним питанием I/O указаны в таблице S.1.

Таблица S.1 - Номинальные значения принимаемой мощности

Напряжение, В		Частота, Гц		Рекомендуемое применение (R)		Стандартные параметры и примечание(с)
Номинальное	Допуски min/max	Номинальная	Допуски min/max	Подача питания	Сигналы I/O
Постоянный ток
24 48 125	15%/+ 20%	-	-	R R -	R R -	(а) (а), (b) -
Переменный ток (действующее значение)
24				-	-	см. примеч.
48				-	-	см. примеч.
100				R	R	-
110				R	R	-
120	15%/+ 10%	50 или 60	6%/+ 4%	R	R	см. примеч.
200				R	R	-
230				R	R	см. примеч.
240				R	R	-
400				R	-	см. примеч.,(d)
Примечание - Значения номинальных напряжений по IEC 60038. (а) Кроме допусков на напряжение, возможна общая составляющая переменного тока с пиковым значением 5% от номинального напряжения. Абсолютные пределы постоянного тока составляют 30/19,2 В для 24 В и 60/38,4 В для 48 В. (b) При применении цифровых вводов типа 2 см. сноску е) к таблице S.2. (c) Для подводимых напряжений, не указанных в настоящей таблице, например 110 В постоянного тока, применяют допуски, указанные в таблице и сноске (а) Эти допуски используют в расчетах пределов по таблице S.2, пользуясь неравенствами по таблице S.6. (d) Трехфазное питание.

S.3.2 Цифровые вводы и выводы (I/O)

S.3.2.1 Общие положения

На рисунке S.1 дана иллюстрация определений параметров I/O.

Рисунок S.1 - Параметры I/O

Цифровые I/O должны отвечать следующим требованиям.

Цифровые вводы соответствуют требованиям к параметрам стандартных напряжений по S.3.2.2.

Цифровые выводы соответствуют требованиям к параметрам стандартных напряжений по S.3.2.3.2 для переменного тока и по S.3.2.4.2 для постоянного тока.

Должно быть возможно взаимное соединение вводов и выводов путем правильного выбора других I/O, результатом чего было бы точное срабатывание (при необходимости дополнительную внешнюю нагрузку должен указать изготовитель).

Цепь должна отвечать требованиям к воздушным зазорам и путям утечки, а электроизоляционные испытания - выявить соответствие межфазного напряжения.

Примечание - Настоящее приложение не распространяется на вводы, включенные на минус, и выводы, включенные на плюс, которые могут потребоваться в некоторых назначениях. Их использование требует осторожного подхода. (При применении положительных логических схем с (временным) снижением тока и логических схем с (временным) увеличением тока любое короткое замыкание на опорный потенциал и разрыв проводов трактуются вводами и нагрузками как закрытое состояние; с другой стороны для вводов, включенных на минус и выводов, включенных на плюс, замыкания на землю трактуются как открытое состояние) (см. рисунок S.1).

S.3.2.2 Цифровые вводы (включение на минус)

S.3.2.2.1 Общие положения

Соответствие требованиям данного подпункта проверяют по S.4.2.

S.3.2.2.2 Терминология (рабочие области UII)

На рисунке S.2 графически представлены пределы и рабочие диапазоны, применяемые для характеристики цепей цифровых вводов, включенных на минус.

Рабочую область составляют открытая область, переходная область и закрытая область. Необходимо превысить как , так и , чтобы выйти из закрытой области и превысить до , чтобы войти в открытую область: все вводные кривые U - I должны оставаться в пределах этих пограничных условий. Область ниже нуля вольт является значимой частью закрытой области только для вводов постоянного тока.

Рисунок S.2 - Рабочие области U - I для вводов, включенных на минус

S.3.2.2.3 Стандартные рабочие диапазоны для цифровых вводов (включение на минус)

Цифровые вводы, включенные на минус, действуют в пределах, представленных в таблице S.2.

Таблица S.2 - Стандартные рабочие диапазоны для цифровых вводов (включение на минус)

Ном. напр. , B	Ном. част. , Гц	Вид предела	Пределы типа 1(g)						Пределы типа 2(g)						Сноски
			состояние 0		переходное		состояние 1		состояние 0		переходное		состояние 1
			В	мА	В	мА	В	мА	В	мА	В	мА	В	мА
24 DC	-	max min	15/5 3	15 н/у	15 5	15 0,5	30 15	15 2	11/5 3	30 н/у	11 5	30 2	30 11	30 6	(а), (b), (d), (e)
48 DC	-	max min	34/10 6	15 н/у	34 10	15 0,5	60 34	15 2	30/10 6	30 н/у	30 10	30 2	60 30	30 60	(а), (b), (d)
24 AC дейст	50/60	max min	14/5 0	15 0	14 5	15 1	27 14	15 2	10/5 0	30 0	10 5	30 4	27 10	30 6	(а), (с)
48 AC дейст	50/60	max min	34/10 0	15 0	34 10	15 1	53 34	15 2	29/10 0	30 0	29 10	30 4	53 29	30 6	(а), (с)
100 110 120 AC дейст	50/60	max min	79/20 0	15 0	79 20	15 1	1,1 79	15 2	74/20 0	30 0	74 20	30 4	1,1 74	30 6	(а), (с), (d),(f)
200 230 240 AC дейст	50/60	max min	164/40 0	15 0	164 40	15 2	1,1 164	15 3	159/40 0	30 0	159 40	30 5	1,1 159	30 7	(а), (с), (d), (f)
(a) Все логические сигналы являются положительными. Открытые вводы трактуются как состояние 0 сигнала. Неравенства и допущения в получении значений данной таблицы и дополнительные замечания см. S.6. (b) Данные пределы напряжений включают все переменные составляющие напряжений. (c) Статические выключатели могут воздействовать на общее действующее содержание фактических гармоник входных сигналов и потому влиять на совместимость входного интерфейса с датчиками приближения, особенно для типа 2 на 24 В (дейст.) переменного тока. Требования см. S.3.1. (d) Рекомендовано для общего применения и будущих разработок. (e) Минимальный внешний источник напряжения для вводов типа 2, 24 В постоянного тока, соединенных с двухпроводными датчиками приближения, должен быть более 20 В постоянного тока или менее 11 В постоянного тока для обеспечения достаточного запаса безопасности. (f) Согласно технологии тока и для поддержки конструкции вводных модулей, совместимых со всеми повсеместно применяемыми номинальными напряжениями, пределы абсолютны и не зависимы от номинального напряжения (за исключением ) и основаны на неравенствах, приведенных в S.6 и соответствуют 100 и 200 В дейст. переменного тока. (g) См. определения S.2.1 - S.2.3. Примечание - Совместимость с двухпроводными датчиками приближения по IEC 60947-5-2 возможна для типа 2, см. также сноску (с). н/у = не установлено.

S.3.2.2.4 Дополнительные требования

Каждый вводной канал должен быть оснащен лампочкой или аналогичным устройством, указывающим на состояние 1, если индикатор запитан.

S.3.2.3 Цифровые выходы для переменных токов (включение на плюс)

S.3.2.3.1 Общие положения

Требования данного подпункта проверяют по S.4.3.

S.3.2.3.2 Номинальные значения и рабочие диапазоны (переменного тока)

Цифровые выходы переменного тока должны соответствовать параметрам, указанным в таблице S.3, при выходных напряжениях, указанных изготовителем по S.3.1.

Таблица S.3 - Номинальные значения и рабочие диапазоны для цифровых выходов переменного тока, включенных на плюс

Номинальный ток (состояние 1)	, А	0,25	0,50	1,00	2,00	Сноски
Диапазон токов для состояния 1 (длительных при макс, напряжении)	Min (мА) Мах (А)	10 [5] 0,28	20 0,55	100 1,10	100 2,20	(а),(b) (а)
Падение напряжения для состояния 1 Не защищенный выход Защищенный и устойчивый к короткому замыканию выход	Мах (В) Мах (В)	3 5				(а) (а)
Ток утечки для состояния 0 Полупроводниковые выходы Электромеханические выходы	Мах (мА) Мах (мА)	5 [3] 2,5	10 2,5			(а),(b),(с) (а),(с)
Частота повторения для временной перегрузки (см. рисунок S.3) Полупроводниковые выходы Выходы на реле	Время рабочего цикла, с Мах Мах	1 10	2 10			- -
(a) Действующие значения токов и напряжения. (b) Цифры в квадратных скобках относят к модулю, не оборудованному сетью дифференциальных токов или аналогичными подавителями импульсов. Все остальные значения относятся к модулям с подавлением им пульсов. (c) Ток утечки для полупроводниковых выходов св. 3 мА предполагает применение дополнительных внешних нагрузок для приведения в действие цифровых вводов типа 2.

Рисунок S.3 - Временные интервалы коммутационного переключения для цифровых выходов переменного тока

S.3.2.3.3 Дополнительные требования

S.3.2.3.3.1 Индикаторы выходов

Каждый выходной канал должен быть оснащен лампочкой или аналогичным устройством, указывающим на состояние 1, если индикатор запитан.

S.3.2.3.3.2 Защищенные выходы

Указанные изготовителем выходы должны быть защищены.

Выход должен выдерживать и/или объединенное защитное устройство должно срабатывать на защиту выхода при всех установившихся значениях выходного тока св. 1,1 номинального значения.

После возвращения в исходное положение или только замены защитного устройства, по обстоятельствам, оборудование должно вернуться в нормальный режим.

Дополнительный ресурс повторного запуска можно выбрать из трех вариантов:

- защищенный выход с автоматическим рестартом - защищенный выход, автоматически восстанавливающийся после снятия перегрузки;

- защищенный выход с управляемым рестартом - защищенный выход, взводимый с помощью сигналов (например, дистанционным управлением);

- защищенный выход с ручным рестартом - защищенный выход, для восстановления работы которого необходимо воздействие человека (в качестве защиты могут служить плавкие предохранители, электронные блокировки и т.д.).

Требования данного подпункта проверяют по S.4.3.2.

Примечания

1 Работа в условиях длительной перегрузки может уменьшить срок службы модуля.

2 Защищенные выходы не обязательно защищают внешнюю проводку. Ее защита является заботой изготовителя.

S.3.2.3.3.3 Устойчивость выходов к короткому замыканию

Выходы, указанные изготовителем, должны быть устойчивы к короткому замыканию:

- при всех выходных токах св. и до 2 номинального значения выход должен быть работоспособным и выдерживать временные перегрузки. Такие перегрузки указывает изготовитель;

- при всех ожидаемых выходных токах св. 20 номинального значения должно срабатывать защитное устройство. После возвращения в исходное положение или только замены защитного устройства, по обстоятельствам, оборудование должно вернуться в нормальный режим;

- при выходных токах в диапазоне от 2 до 20 или временных перегрузках, выходящих за пределы, установленные изготовителем (см. выше), может потребоваться ремонт или замена модуля.

Требования данного подпункта проверяют по S.4.3.2.

S.3.2.3.3.4 Незащищенные выходы

Если для незащищенных выходов, указанных изготовителем, он рекомендует внешние защитные устройства, то выходы должны отвечать всем требованиям, предъявляемым к выходам, устойчивым к короткому замыканию.

S.3.2.3.3.5 Выходы на электромеханических реле

Выходы на электромеханических реле должны быть способны выполнить не менее 0,3 млн. операций под нагрузкой, указанной для категории применения АС-15 (класс износостойкости 0.3) по IEC 60947-5-1.

Проведение типового испытания не требуется, если комплектующие реле уже проверены на соответствие IЕС 60947-5-1.

S.3.2.4 Цифровые выходы для постоянного тока (включение на плюс)

S.3.2.4.1 Общие положения

Требования данного подпункта проверяют по S.4.3.

S.3.2.4.2 Номинальные значения и рабочие диапазоны (постоянного тока)

Цифровые выходы должны соответствовать параметрам, приведенным в таблице S.4, при выходных напряжениях, указанных изготовителем согласно S.3.1.

Таблица S.4 - Номинальные значения и рабочие диапазоны (постоянного тока) для цифровых выходов постоянного тока, включенных на плюс

Номинальный ток (состояние 1)	, А	0,10	0,25	0,50		1,00	2,00	Сноски
Диапазон токов для состояния 1 (длительных при макс, напряжении)	Мах (А)	0,12	0,30	0,60		1,20	2,40	-
Падение напряжения для состояния 1								(а)
Незащищенный выход	Мах (В)	3
Защищенный и устойчивый к короткому замыканию выход	Мах (В)	3
Ток утечки для состояния 0	Мах (мА)	0,1	0,5		1,0			(b),(с)
Временная перегрузка	Мах (А)	См. рисунок S.2 или указания изготовителя						-
(a) Для номинальных токов 1 и 2 А при наличии защиты от изменения полярности допускается падение напряжения 5 В, что делает выход несовместимым со входом типа 1 такого же напряжения. (b) В результате совместимость между выходами постоянного тока и вводами постоянного тока без дополнительной внешней нагрузки следующая: Номинальный выходной ток (А): 0,10 0,25 0,50 1,00 2,00 Тип 1 : есть есть есть нет нет Тип 2 : есть есть есть есть есть (c) При адекватной внешней нагрузке все выходы постоянного тока могут стать совместимыми со всеми вводами постоянного тока типа 1 и типа 2.

Рисунок S.4 - Временные интервалы коммутационного переключения для цифровых выходов постоянного тока

S.3.2.4.3 Дополнительные требования

Другие требования совпадают с требованиями для выходов переменного тока, включенных на плюс, за исключением:

- защищенные выходы: предел составляет 1,2 вместо 1,1 ;

- выходы электромеханических реле: DC-13 вместо АС-15.

S.4 Проверка требований к входам/выходам

S.4.1 Общие положения

Процедуры испытаний не установлены, они устанавливаются соглашением между изготовителем и потребителем, в котором условия, указанные в S.4.4, должны быть неизменны.

Все установленные пункты испытаний должны быть выполнены.

Если настоящим подпунктом не установлено иное, все испытания проводят дважды на одном и том же канале (каналах) I/O:

Первое испытание: при минимальной рабочей температуре.

Второе испытание: при максимальной рабочей температуре.

Испытывать более одного цифрового ввода каждого типа не требуется.

S.4.2 Проверка цифровых вводов

S.4.2.1 Испытание в рабочем диапазоне

Проверяют соответствие всем требованиям.

Процедуры испытаний: по соглашению между изготовителем и потребителем.

S.4.2.2 Испытание защиты от изменения полярности сигнала (испытание на устойчивость)

Процедура испытания: к цифровым вводам подают сигнал обратной полярности в течение 10 с. 

Проверка: Оборудование должно соответствовать требованиям, установленным в S.4.4.

S.4.3 Проверка цифровых выходов

S.4.3.1 Испытание в рабочем диапазоне

Проверяют соответствие всем требованиям.

Процедуры испытаний:

Диапазон тока: по соглашению между изготовителем и потребителем.

Падение напряжения: по соглашению между изготовителем и потребителем.

Ток утечки: Устройства/цепи, предназначенные для защиты выходов, не демонтируют.

Временная перегрузка: по IEC 60947-5-1 (АС-15 или DC-13, по обстоятельствам). Для выходов, устойчивых к короткому замыканию, значения тока должны быть от 2 до 20 соответственно (как указано в S.3.2.3.3.3).

S.4.3.2 Испытания защищенных, незащищенных и устойчивых к короткому замыканию выходов

Таблица S.5 - Испытания цифровых выходов на перегрузку и короткое замыкание

Порядок испытания	Условия испытания
Конфигурация испытуемого устройства Описание монтажной схемы Нагрузка Начальные измерения	По указанию изготовителя По указанию изготовителя Достаточно проверить один канал I/O каждого испытуемого типа См. S.4.4
Описание испытаний	А	В	С	D	Е
Ожидаемые токи (k )	1,2/1,3 (а)	1,5	2,0	5,0	21,0
Длительность испытания (мин)	5
Порядок проверок Первая серия (при ) Вторая серия (при )	1 6	2 7	3 8	4 9	5 10
Интервалы времени между испытаниями	10 мин интервал времени 60 мин
Испытание защищенных выходов	Да
Испытание выходов, устойчивых к короткому замыканию	Нет		Да(b)	Нет	Да(d)
Испытание не защищенных выходов(c)	Нет
Измерение и проверка	См. требования в S.3.2.3.3 и S.3.2.4.3
при перегрузке сразу же после перегрузки	См. S.4.4
после перегрузки и точной настройки
(a) 1,2 для выходов переменного тока, 1,3 для выходов постоянного тока. (b) Для токов в диапазоне от 2 до 20 может потребоваться ремонт или замена модуля. (c) Должны быть установлены защитные устройства, предусмотренные или указанные изготовителем. (d) Защитные устройства должны сработать. Они должны быть взведены или заменены, как того требует следующее испытание.

S.4.3.3 Испытание защиты от изменения полярности сигнала (испытание на устойчивость)

Если оборудование предназначено для предотвращения изменения полярности сигнала, испытание на устойчивость можно не проводить, а заменить его чисто визуальным осмотром.

Процедура испытания: к цифровым выходам подают сигнал обратной полярности в течение 10 с. 

Проверка: Оборудование должно соответствовать требованиям, установленным в S.4.4.

S.4.4 Поведение оборудования

Проводят проверку по S.3.2 на соблюдение общих требований к цифровым I/O.

О поведении цифровых I/O судят по функциональным условиям оборудования. При необходимости в стандарте на оборудование конкретного вида могут быть предусмотрены дополнительные требования.

Проверку требований по ЭМС проводят по 8.4. Параметры помехоустойчивости приведены в таблице 23.

S.5 Общая информация, предоставляемая изготовителем

S.5.1 Информация по цифровым вводам (включение на минус)

Изготовитель должен предоставить следующую информацию:

- кривая напряжения/тока во всем рабочем диапазоне с допусками;

- выдержки времени для цифровых вводов при переходе от состояния 0 к состоянию 1 и от состояния 1 к состоянию 0;

- наличие общих точек между каналами;

- последствие некорректного соединения входного вывода;

- изоляционные потенциалы между каналом и другими цепями (включая заземление) и между каналами при нормальной эксплуатации;

- тип ввода (типа 1 или типа 2);

- пункт управления и двоичное состояние визуального индикатора;

- эффекты при извлечении/введении вводного модуля под напряжением;

- дополнительная внешняя нагрузка при взаимном соединении вводов и выходов, если необходима;

- пояснения для оценки сигнала (статическая/динамическая оценка, прерванный отбой и т.п.);

- рекомендованная длина кабелей и шнуров в зависимости от типа кабеля и ЭМС;

- устройство выводов;

- типичные примеры внешних соединений.

S.5.2 Информация по цифровым выходам для переменных токов (включение на плюс)

Изготовитель должен предусмотреть следующую информацию для работы цифровых выводов на переменных токах:

- тип защиты (т.е. защищенный, устойчивый к короткому замыканию, не защищенный);

- для защищенных выходов рабочие характеристики за пределами 1,1 в том числе, пороги токов возбуждения защитных устройств, запредельное поведение токов и временные характеристики;

- для выводов, устойчивых к короткому замыканию, информация по замене или изменению уставки защитного устройства, по обстоятельствам;

- для не защищенных выводов технические условия на защитное устройство, самостоятельно устанавливаемое потребителем;

- для вводов выдержки времени для перехода из состояния в состояние: от 0 к 1 и от 1 к 0;

- коммутационные характеристики и напряжение включения относительно пересечения напряжения 0;

- наличие общих точек между каналами;

- устройство выводов;

- типичные примеры внешних соединений;

- число и тип выходов (например, контакты НЗ/НР, полупроводниковые, каналы с отдельной изоляцией и т.д.);

- для электромеханических реле номинальный ток и напряжение по S.3.2.3.3.5;

- выходные параметры других нагрузок, таких как лампы накаливания;

- характеристики фильтровых схем, включенных в выходную цепь, устойчивых к пиковым напряжениям вследствие индуктивных бросков;

- тип внешней цепи защиты, если требуется;

- эффекты некорректного соединения выходных выводов;

- изоляционные потенциалы между каналом и другими цепями (включая заземление) и между каналами при нормальной эксплуатации;

- точки контроля визуальных индикаторов в канале (например, со стороны микропроцессора/со стороны нагрузки);

- рекомендуемая процедура смены выходных модулей;

- способ оперирования (т.е. запираемый/незапираемый тип);

- эффекты многократных перегрузок для изолированных многоканальных модулей.

S.5.3 Информация по цифровым выходам для постоянного тока (включение на плюс)

Информация, предоставляемая изготовителем, по цифровым выходам для постоянного тока должна быть такой же, как по цифровым выходам для переменного тока согласно S.5.2, за исключением технических условий по коммутации при пересечении точки 0 характеристикой напряжения и заменой АС-15 на DC-13 в пункте S.3.2.3.3.5 для выходов электромеханических реле.

S.6 Числовые значения физических величин для стандартных рабочих диапазонов цифровых вводов

При составлении таблицы S.2 были использованы следующие значения физических величин (за некоторыми исключениями, поясняемыми в примечаниях):

Для постоянного тока

Для переменного тока

=	= (примеч. 1, 2)

для = для = - 3 В (24 В постоянного тока) = - 6 В (48 В постоянного тока) = н/у (не установлено)

для = (примеч. 1) для = 0 - = 0

Вводы типа 1

= 15 мА +1 мА = 3 В (таблица S.4)

= 15 мА +1 МА или +2 мА ( В дейст.) (примеч.5) = 5 В (таблица S.3) (примеч.3)

Вводы типа 2

= 30 мА +1 мА = 6 мА = 1,5 мА = 8 В (постоянного тока)

= 30 мА +1 мА = 6 мА = 3 мА (примеч.4) = 10 В дейст. перемен. тока (примеч.4)

Примечание 1 - Для всех вводов на напряжение 100/110/120 В (действующее) переменного тока и 200/220/230/240 В (действующее) переменного тока выбрано как соответственно 100 В (действующее) переменного тока и 200 В (действующее) переменного тока для достижения совместимости нескольких напряжений питания.

Примечание 2 - Падение напряжения 1 В (переменного или постоянного тока) предполагается для соединительных проводов.

Примечание 3 - Максимальные значения падения напряжения цифровых выходов для переменного и постоянного тока.

Примечание 4 - Данные значения , , взяты по IEC 60947-5-2.

Примечание 5 - Z эмпирический наихудший контакт реле; полное сопротивление разомкнутых контактов- 100 кОм.