Читателям не надо представлять фирму Analog Devices, широко известную на нашем рынке в качестве производителя микросхем. В то же время не все знают, что Analog Devices выпускает широкую номенклатуру модулей УСО и плат ввода-вывода для применения в промышленности, измерительно-диагностических комплексах и лабораториях. Производство микросхем является основным бизнесом фирмы, и некоторое время назад серьезно рассматривалась возможность продажи производства модулей УСО другой компании. Тем не менее практически все осталось на своих местах, так как в конце концов для реализации этого направления в рамках Analog Devices было образовано не-зависимое подразделение, получившее название Iomation. Верная своему названию Analog Devices выпускает практически только аналоговые модули УСО, которым и будет посвящен настоящий обзор. Мы подробно остановимся на модулях наиболее популярной серии 5В, после чего приведем достаточно полную информацию по модулям серий 3В, 6В и 7В.
Аналоговые модули УСО, предлагаемые Analog Devices, предназначены для обеспечения ввода сигналов с датчиков в устройство обработки и вывода сигналов для пропорционального управления исполнительными механизмами. Они обладают высокой точностью, хорошей линейностью и обеспечивают достаточно высокое напряжение изоляции. Кроме того, модули работают с различными источниками входных сигналов (токи, напряжения, сигналы от терморезисторов, термопар и т. д.) и могут быть быстро заменены при выходе из строя.

Конструктивно модули выполнены в виде монолитных узлов размерами 57Ч57Ч15 мм со штыревым разъемом и монтируются на специальную монтажную панель. Такие монтажные панели предназначены для установки только 5В совместимых модулей и поставляются фирмами Analog Devices, Octagon Systems, Advantech и другими.
Основным недостатком модулей является их достаточно высокая цена — $150 за штуку при единичных поставках, но для ответственных приложений это может оказаться несущественным.
Входные модули выпускаются для работы с различными типами сигналов : мВ, В, мА, A и т. п. Кроме того, существует ряд модулей, предназначенных для работы с частотными сигналами, термопарами, терморезисторами и тензодатчиками. Полоса пропускания составляет 4 Гц для узкополосных вариантов и 10 кГц для широкополосных. Полная номенклатура модулей приведена в табл. 1.

Рассмотрим более подробно работу входного модуля 5В32-02, предназначенного для нормализации сигнала 4...20 мА. Структурная схема модуля изображена на рис. 2.

Сигнал 4...20 мА с датчика, про-ходя через измерительный резистор, создает падение напряжения, которое поступает на входные цепи. Схема защиты обеспечивает защиту от перенапряжений на входе, а фильтр верхних частот (ФВЧ) — подавление помехи на частоте 50 и 60 Гц. Напряжение гальванической развязки входа-выхода составляет 1500 В. Сигнал READ EN используется при мультиплексированном включении модуля и разрешает прохождение сигнала на выход. Основные параметры модуля указаны в табл. 2.

Выходные модули 5В выпускаются четырех типов. При этом модули 5В39-01 и 5В39-02 формируют гальванически развязанный сигнал 4...20 мА, а 5В39-03 и 5В39-04 — 0...20 мА. Структурная схема модуля изображена на рис. 3. Диапазон сопротивления нагрузки составляет 0...650 Ом, полоса пропускания — 400 Гц, а время нарастания выходного сигнала при его изменении от 10% до 90% — 2 мс. Точно-стные и эксплуатационные характеристики выходных модулей аналогичны соответствующим характеристикам входных. Выходные модули также допускают мультиплексированное включение, то есть один ЦАП обеспечивает работу нескольких модулей, при этом необходимый период регенерации аналогового сигнала на входе каждого модуля должен быть не менее 25 мс. Выбор модуля при этом осуществляется сигналом WRITE EN.

Панели 5В03 и 5В04 являются немультиплексируемыми и к устрой-ствам обработки подключаются не через разъем, а посредством клеммных соединений.
Фирма Advantech поставляет панель PCLD5B16B, которая функционально аналогична панели 5В01 и имеет такие же габаритные размеры. Однако на ней расположено еще несколько разъемов для подключения к платам обработки фирмы Advantech посредством штатных кабелей.
Фирма Octagon Systems предлагает монтажную панель AIN-5В, которая позволяет разместить 4 входных и 2 выходных модуля, при этом места входных и выходных модулей строго определены, в отличие от рассмотренных ранее монтажных панелей, которые допускают произвольное размещение входных и выходных модулей. Габаритные размеры платы составляют 170,2×99 мм. Подключение к устройствам обработки осуществляется посредством 20-контактного разъема. Дополнительные клеммные соединения, расположенные на панели, позволяют объединять до 4 панелей AIN-5B для подключения к 16-канальной плате АЦП.
В то же время условия эксплуатации модулей 5В (в частности, широкий температурный диапазон) привлекают разработчиков, ориентирующихся на продукцию фирмы Octagon Systems. Использование штатных монтажных панелей типа AIN-5B не всегда оправданно, так как накладывает ряд ограничений, в частности, по количеству модулей, подключаемых к одной плате АЦП. Подключение же монтажных панелей 5В01 и 5В02 позволяет увеличить число каналов, обрабатываемых одной платой АЦП. Применение панели 5В01 совместно с платами АЦП фирмы Octagon Systems представляется нецелесообразным ввиду того, что они несовместимы по разъемам и, следо-вательно, необходимо самостоятельно изготовить кабель достаточно сложной конфигурации. В этом случае может оказаться более правильным применение платы PCLD5B16B, так как при этом соединение с платами 6012, 5710 и 5720 осуществляется посредством штатных кабелей СМА20 фирмы Octagon Systems, а для подключения платы 5710 потребуется изготовить кабель, имеющий с одной стороны розетку на 40 контактов, а с другой стороны две розетки на 20 контактов. При этом сохраняется регулярная структура кабеля, так как шлейф необходимо только разделить пополам по 20 проводов. Для подключения платы ЦАП 5750 потребуется специализированный кабель сложной конфигурации, который проще сделать для разъема DB37M, ответная часть которого также расположена на плате PCLD5B16B.
Для подключения большего числа модулей следует применять плату 5700 совместно с панелями 5В02. При этом подключение панелей осуществляется через специальный порт на плате посредством штатного кабеля CAB-01-2 фирмы Analog Devices, предназначенного для работы с двумя панелями 5В02, либо при помощи аналогичного самодельного кабеля на 5 разъемов для подключения четырех панелей 5В02. Следует помнить, что при работе с панелями 5В02 входные и выходные сигналы мультиплексированы, что ограничивает частоту опроса входных модулей и период регенерации для вы-ходных модулей, который должен быть не меньше 25 мc.
Для работы с нестандартными сигналами фирма Analog Devices может изготовить модули на заказ. При этом минимальное количество модулей — 10 штук, а цена на 5-10% больше цены стандартного модуля. Таким образом отечественные разработчики могут решить вопрос обработки сигналов 0...5 мА, поскольку международные стандарты не предусматривают работы с данным сигналом, в то время как в странах бывшего СССР этот стандарт достаточно распространен. Если же изготовление заказного модуля не представляется целесообразным, то можно использовать в системах с сигналами 0...5 мА модуль 5В32-02 (0...20 мА), но вместо измерительного резистора сопротивлением 20 Ом применять точный резистор сопротивлением 100 Ом.
Не способствует популярности модулей 3В также их более высокая, чем у модулей 5В, стоимость.

Основным отличием является напряжение питания +24 В против +5 В для модулей 5В, выходные сигналы 1...5 В и 0...10 В против 0...5 В и +5...-5 В. Точность 0,1% против 0,05%, рабочий диапазон температур -40°С...+85°С против -25°С...+85°С.
В качестве примера в табл. 3 приведены спецификации для модуля 7В32.

Кроме того, входные модули 7В работают с более широкой номенклатурой термопар (табл. 4), а выходные, кроме токовых сигналов, формируют также сигнал +10...-10 В. Также важным отличием является наличие трех групп по напряжению изоляции: 1500 В, 100 В и модули без гальванической развязки.

Для модулей серии 7В поставляются монтажные панели на 4, 8 и 16 модулей. Стоят модули от $90 для неизолированных моделей до $120/130 для изолированных.

Их метрологические и эксплуатационные характеристики в основном соответствуют модулям 5В. Каждый модуль содержит в себе микроконтроллер с гальванически развязанным последовательным интерфейсом, 16-разрядный АЦП для входных модулей или 12-разрядный ЦАП для выходных и накопительный буфер. Микроконтроллер по запросу передает данные из буфера в устройство обработки посредством интерфейса RS-232 или RS-485 со скоростью до 19,2 кБод.
Конструктивно модуль представляет собой монолитный узел размерами 58,4 × 78,7 × 19 мм со штыревым разъемом. На объекте модули устанавливаются на специализированные монтажные панели на 1, 4, и 16 модулей. Панели имеют клеммные соединения для подключения внешних датчиков, витой пары интерфейса RS-485 и разъем для подключения интерфейса RS-232. Диапазон измеряемых величин и тип термопар может зада-ваться программно через последовательный ин-терфейс. Протокол обмена по последовательному интерфейсу совместим с модулями ADAM-4000 фирмы Advantech. К достоинствам модулей 6В можно отнести их широкий рабочий диапазон температур (-25°С...+85°С против -10°С...+70°С для модулей ADAM-4000), к недостаткам можно отнести то, что, в отличие от ADAM-4000, модули 6В не являются функционально законченными блоками и требуют применения монтажных панелей. Номенклатура модулей 6В приведена в табл. 5, а соответствие международных обозначений термопар и обозначений, принятых в странах СНГ, — в табл. 6. Более подробно соответствие типов термопар описано в ГОСТ 3044-84 (СТ СЭВ 1059-85) «Преобразователи термоэлектрические. Номинальные статистические характеристики».

Использование 5В и 7В модулей позволяет осуществить согласование практически любого датчика или исполнительного механизма с управляющим компьютером, обеспечив при этом гальваническую развязку, что особенно важно при модернизации систем на отечественных предприятиях. Точностные и временные характеристики модулей обеспечивают качественный сбор сигналов.
Широкая номенклатура модулей при этом позволяет использовать нормирующие элементы одного производителя, а условия эксплуатации – применять их совместно с вычислительным оборудованием и датчиками, рассчитанными на работу в условиях пониженных температур без дополнительного обогрева. ●
Е.В. Карпенко – ведущий специалист НПП «Логикон», г. Киев
© СТА-ПРЕСС, 2025
Аналоговые модули УСО, предлагаемые Analog Devices, предназначены для обеспечения ввода сигналов с датчиков в устройство обработки и вывода сигналов для пропорционального управления исполнительными механизмами. Они обладают высокой точностью, хорошей линейностью и обеспечивают достаточно высокое напряжение изоляции. Кроме того, модули работают с различными источниками входных сигналов (токи, напряжения, сигналы от терморезисторов, термопар и т. д.) и могут быть быстро заменены при выходе из строя.
Модули серии 5В
Модули серии 5В (рис. 1) являются одноканальными устройствами и могут применяться для развязки и нормирования как входных, так и выходных сигналов. Напряжение питания составляет 5 В ±5% при токе потребления 30...200 мА.
Конструктивно модули выполнены в виде монолитных узлов размерами 57Ч57Ч15 мм со штыревым разъемом и монтируются на специальную монтажную панель. Такие монтажные панели предназначены для установки только 5В совместимых модулей и поставляются фирмами Analog Devices, Octagon Systems, Advantech и другими.
Основным недостатком модулей является их достаточно высокая цена — $150 за штуку при единичных поставках, но для ответственных приложений это может оказаться несущественным.
Входные модули выпускаются для работы с различными типами сигналов : мВ, В, мА, A и т. п. Кроме того, существует ряд модулей, предназначенных для работы с частотными сигналами, термопарами, терморезисторами и тензодатчиками. Полоса пропускания составляет 4 Гц для узкополосных вариантов и 10 кГц для широкополосных. Полная номенклатура модулей приведена в табл. 1.

Рассмотрим более подробно работу входного модуля 5В32-02, предназначенного для нормализации сигнала 4...20 мА. Структурная схема модуля изображена на рис. 2.

Сигнал 4...20 мА с датчика, про-ходя через измерительный резистор, создает падение напряжения, которое поступает на входные цепи. Схема защиты обеспечивает защиту от перенапряжений на входе, а фильтр верхних частот (ФВЧ) — подавление помехи на частоте 50 и 60 Гц. Напряжение гальванической развязки входа-выхода составляет 1500 В. Сигнал READ EN используется при мультиплексированном включении модуля и разрешает прохождение сигнала на выход. Основные параметры модуля указаны в табл. 2.

Выходные модули 5В выпускаются четырех типов. При этом модули 5В39-01 и 5В39-02 формируют гальванически развязанный сигнал 4...20 мА, а 5В39-03 и 5В39-04 — 0...20 мА. Структурная схема модуля изображена на рис. 3. Диапазон сопротивления нагрузки составляет 0...650 Ом, полоса пропускания — 400 Гц, а время нарастания выходного сигнала при его изменении от 10% до 90% — 2 мс. Точно-стные и эксплуатационные характеристики выходных модулей аналогичны соответствующим характеристикам входных. Выходные модули также допускают мультиплексированное включение, то есть один ЦАП обеспечивает работу нескольких модулей, при этом необходимый период регенерации аналогового сигнала на входе каждого модуля должен быть не менее 25 мс. Выбор модуля при этом осуществляется сигналом WRITE EN.
Монтажные панели
Фирма Analog Devices поставляет четыре вида монтажных панелей: на 1, 2 и 16 модулей. Монтажные панели 5В01 и 5В02 рассчитаны на установку 16 модулей (рис. 4) и имеют габаритные размеры 442×88,1 мм. На панелях ус-тановлены гнезда для модулей, клеммные соединители для подключения источников внешних аналоговых сигналов, компенсаторы холодного спая термопар, гнезда для измерительных резисторов и 26-контактный разъем для подключения плат АЦП/ЦАП. Отличие между панелями заключается в том, что на 5В01 каждый модуль подключается к отдельному входу АЦП или выходу ЦАП, а 5В02 позволяет включать модули в мультиплексном режиме, так как в ней используются сигналы разрешения записи/считы-вания. При этом все входные модули подключаются на один вход АЦП, а все выходные — на один выход ЦАП.
Панели 5В03 и 5В04 являются немультиплексируемыми и к устрой-ствам обработки подключаются не через разъем, а посредством клеммных соединений.
Фирма Advantech поставляет панель PCLD5B16B, которая функционально аналогична панели 5В01 и имеет такие же габаритные размеры. Однако на ней расположено еще несколько разъемов для подключения к платам обработки фирмы Advantech посредством штатных кабелей.
Фирма Octagon Systems предлагает монтажную панель AIN-5В, которая позволяет разместить 4 входных и 2 выходных модуля, при этом места входных и выходных модулей строго определены, в отличие от рассмотренных ранее монтажных панелей, которые допускают произвольное размещение входных и выходных модулей. Габаритные размеры платы составляют 170,2×99 мм. Подключение к устройствам обработки осуществляется посредством 20-контактного разъема. Дополнительные клеммные соединения, расположенные на панели, позволяют объединять до 4 панелей AIN-5B для подключения к 16-канальной плате АЦП.
Применение
Модули 5В могут применяться с любыми платами АЦП, работающими с входным сигналами 0...5 В или -5...+5 В. При этом разработчику, как правило, следует побеспокоиться только о соединительном кабеле между монтажной панелью и платами обработки. Если в системе АСУ ТП применяются монтажные панели и платы обработки одной фирмы, то подключение производится посредством штатных кабелей. Так, совместное применение платы PCL-818L и PCLD 5B16B фирмы Advantech не вызывает затруднений.В то же время условия эксплуатации модулей 5В (в частности, широкий температурный диапазон) привлекают разработчиков, ориентирующихся на продукцию фирмы Octagon Systems. Использование штатных монтажных панелей типа AIN-5B не всегда оправданно, так как накладывает ряд ограничений, в частности, по количеству модулей, подключаемых к одной плате АЦП. Подключение же монтажных панелей 5В01 и 5В02 позволяет увеличить число каналов, обрабатываемых одной платой АЦП. Применение панели 5В01 совместно с платами АЦП фирмы Octagon Systems представляется нецелесообразным ввиду того, что они несовместимы по разъемам и, следо-вательно, необходимо самостоятельно изготовить кабель достаточно сложной конфигурации. В этом случае может оказаться более правильным применение платы PCLD5B16B, так как при этом соединение с платами 6012, 5710 и 5720 осуществляется посредством штатных кабелей СМА20 фирмы Octagon Systems, а для подключения платы 5710 потребуется изготовить кабель, имеющий с одной стороны розетку на 40 контактов, а с другой стороны две розетки на 20 контактов. При этом сохраняется регулярная структура кабеля, так как шлейф необходимо только разделить пополам по 20 проводов. Для подключения платы ЦАП 5750 потребуется специализированный кабель сложной конфигурации, который проще сделать для разъема DB37M, ответная часть которого также расположена на плате PCLD5B16B.
Для подключения большего числа модулей следует применять плату 5700 совместно с панелями 5В02. При этом подключение панелей осуществляется через специальный порт на плате посредством штатного кабеля CAB-01-2 фирмы Analog Devices, предназначенного для работы с двумя панелями 5В02, либо при помощи аналогичного самодельного кабеля на 5 разъемов для подключения четырех панелей 5В02. Следует помнить, что при работе с панелями 5В02 входные и выходные сигналы мультиплексированы, что ограничивает частоту опроса входных модулей и период регенерации для вы-ходных модулей, который должен быть не меньше 25 мc.
Для работы с нестандартными сигналами фирма Analog Devices может изготовить модули на заказ. При этом минимальное количество модулей — 10 штук, а цена на 5-10% больше цены стандартного модуля. Таким образом отечественные разработчики могут решить вопрос обработки сигналов 0...5 мА, поскольку международные стандарты не предусматривают работы с данным сигналом, в то время как в странах бывшего СССР этот стандарт достаточно распространен. Если же изготовление заказного модуля не представляется целесообразным, то можно использовать в системах с сигналами 0...5 мА модуль 5В32-02 (0...20 мА), но вместо измерительного резистора сопротивлением 20 Ом применять точный резистор сопротивлением 100 Ом.
Модули серии 3В
Модули 3В являются более ранней версией модулей нормализации и работают с теми же входными сигналами, что и 5В, однако выходными сигналами являются как напряжение +10...-10 В или 0...10 В, так и ток 4...20 мА или 0...20 мА. Точность преобразования составляет 0,1 %, нелинейность 0,01%, а напряжение гальванической развязки 1500 В. Неудобством является то, что для питания модулей в общем случае необходимо три напряжения питания: +15 В, -15 В и +24 В.Не способствует популярности модулей 3В также их более высокая, чем у модулей 5В, стоимость.
Модули серии 7В
Нормализующие модули 7В (рис. 5) функционально аналогичны модулям 5В, имеют приблизительно такие же точностные и эксплуатационные параметры.
Основным отличием является напряжение питания +24 В против +5 В для модулей 5В, выходные сигналы 1...5 В и 0...10 В против 0...5 В и +5...-5 В. Точность 0,1% против 0,05%, рабочий диапазон температур -40°С...+85°С против -25°С...+85°С.
В качестве примера в табл. 3 приведены спецификации для модуля 7В32.

Кроме того, входные модули 7В работают с более широкой номенклатурой термопар (табл. 4), а выходные, кроме токовых сигналов, формируют также сигнал +10...-10 В. Также важным отличием является наличие трех групп по напряжению изоляции: 1500 В, 100 В и модули без гальванической развязки.

Для модулей серии 7В поставляются монтажные панели на 4, 8 и 16 модулей. Стоят модули от $90 для неизолированных моделей до $120/130 для изолированных.
Модули серии 6В
Модули 6В (рис. 6) предназначены для распределенного сбора данных.
Их метрологические и эксплуатационные характеристики в основном соответствуют модулям 5В. Каждый модуль содержит в себе микроконтроллер с гальванически развязанным последовательным интерфейсом, 16-разрядный АЦП для входных модулей или 12-разрядный ЦАП для выходных и накопительный буфер. Микроконтроллер по запросу передает данные из буфера в устройство обработки посредством интерфейса RS-232 или RS-485 со скоростью до 19,2 кБод.
Конструктивно модуль представляет собой монолитный узел размерами 58,4 × 78,7 × 19 мм со штыревым разъемом. На объекте модули устанавливаются на специализированные монтажные панели на 1, 4, и 16 модулей. Панели имеют клеммные соединения для подключения внешних датчиков, витой пары интерфейса RS-485 и разъем для подключения интерфейса RS-232. Диапазон измеряемых величин и тип термопар может зада-ваться программно через последовательный ин-терфейс. Протокол обмена по последовательному интерфейсу совместим с модулями ADAM-4000 фирмы Advantech. К достоинствам модулей 6В можно отнести их широкий рабочий диапазон температур (-25°С...+85°С против -10°С...+70°С для модулей ADAM-4000), к недостаткам можно отнести то, что, в отличие от ADAM-4000, модули 6В не являются функционально законченными блоками и требуют применения монтажных панелей. Номенклатура модулей 6В приведена в табл. 5, а соответствие международных обозначений термопар и обозначений, принятых в странах СНГ, — в табл. 6. Более подробно соответствие типов термопар описано в ГОСТ 3044-84 (СТ СЭВ 1059-85) «Преобразователи термоэлектрические. Номинальные статистические характеристики».

Заключение
Модули 5В фирмы Analog Devices являются стандартом de facto, и многие другие фирмы предлагают аналогичные устройства, совместимые по разъему с модулями 5В, и панели для них, что позволяет разработчику не зависеть от поставок одной фирмы. Из известных на нашем рынке фирм-поставщиков 5В совмести-мых модулей можно отметить Burr Brown и Western Reserve Control.Использование 5В и 7В модулей позволяет осуществить согласование практически любого датчика или исполнительного механизма с управляющим компьютером, обеспечив при этом гальваническую развязку, что особенно важно при модернизации систем на отечественных предприятиях. Точностные и временные характеристики модулей обеспечивают качественный сбор сигналов.
Широкая номенклатура модулей при этом позволяет использовать нормирующие элементы одного производителя, а условия эксплуатации – применять их совместно с вычислительным оборудованием и датчиками, рассчитанными на работу в условиях пониженных температур без дополнительного обогрева. ●
Е.В. Карпенко – ведущий специалист НПП «Логикон», г. Киев
© СТА-ПРЕСС, 2025
Если вам понравился материал, кликните значок — вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал —не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!

