Ein- und Ausgänge sind für industrielle Steuerungen sind obligatorisch um Aktoren und Sensoren anzuschließen. Die digitalen I/O-Module werden ganz einfach über den obenliegenden Steckverbinder mit dem RevPi Core verbunden.

I/O Modulvarianten

Die digitalen IO-Module gibt es in 3 Versionen, die alle mit einem 28-poligen IO-Steckverbinder an der Frontseite ausgestattet sind (Stecker mit 2 Reihen á 14 Stiften – 2 passende 14-polige Buchsenleisten mit Federklemmkontakten für den Anschluss von bis zu 1,5 mm² Schaltlitze werden mitgeliefert):

RevPi DIO Abbildung

RevPi DIO

Das RevPi DIO ist die Standardversion unseres I/O-Moduls und besitzt 14 digitale Ein- & 14 digitale Ausgänge

RevPi DI Abbildung

RevPi DI

Die Spezialversion RevPi DI besitzt 16 digitale Eingänge und keinerlei Ausgänge

RevPi DO Abbildung

RevPi DO

Die Spezialversion RevPi DO besitzt 16 digitale Ausgänge und keinerlei Eingänge

Bei allen 3 Varianten sind die Ein- bzw. Ausgänge vom Logikteil mit der PiBridge galvanisch getrennt (600 VRMS Isolationsspannung). Bei der Standardversion RevPi DIO sind die Eingänge ebenfalls von den Ausgängen galvanisch getrennt. Alle 3 Versionen sind gemäß EN61131-2 gegen Störungen geschützt und können zwischen -40 und +50°C Umgebungstemperatur und bis zu 80% relativer Luftfeuchtigkeit betrieben werden.*

Für die zyklische Übertragungszeit der Daten zwischen dem RevPi Core und den IO-Modulen haben wir folgende Testergebnisse je nach Systemkonfiguration: Bei einem IO-Modul und zwei Gateway Modulen wird eine Zykluszeit von 5 ms garantiert. Bei drei IO-Modulen und zwei Gateway-Modulen wird eine Zykluszeit von 10 ms garantiert. Dies gilt nur bei korrekter Konfiguration der Task-Prioritäten im Scheduler des Betriebssystems.

* Temperaturbereich ist abhängig vom Gesamtausgangsstrom. Test stehen noch aus, nähere Angaben erfolgen sobald Testergebnisse vorliegen.

IO-Stecker für IO-Modul

Eingänge

Die Eingänge arbeiten bei 24 V Versorgung mit Schaltschwellen, wie sie die Norm EN61131-2 für Typ 1 und 3 fordert. Dabei wird der Eingangsstrom pro Eingang auf maximal 2,4 mA limitiert. Bei 12 V Spannungsversorgung greift diese Norm nicht mehr. Sollte die Versorgungsspannung einbrechen und unter 9 V fallen, wird automatisch ein Alarm an den RevPi Core gesendet, um anzuzeigen, dass die übertragenen Eingangswerte nicht mehr zuverlässigen Schaltschwellen nach Norm gemäß 24 V Schaltlogik entsprechen.

Ein einstellbarer Tiefpassfilter kann zum Entprellen von Eingangssignalen verwendet werden. Er kann immer nur für alle Eingänge gleichzeitig geschaltet werden. Der Filter gibt nur Änderungen der Eingänge weiter, wenn ein Eingang für mindestens 25 µs, 750 µs oder 3 ms einen stabilen Zustand annimmt. Der Filter kann auch ganz abgestellt werden. Die Eingänge sind gegen statische Entladungen, Burst- und Surge- Impulse gemäß der Forderungen von EN61131-2 geschützt.

Ausgänge

Jeder der Ausgänge kann getrennt als High-Side-Switch mit bis zu 500 mA Strombelastbarkeit oder als Push-Pull-Ausgang mit mindestens 100 mA Strombelastbarkeit konfiguriert werden. Alle Ausgänge sind unabhängig vom Betriebsmodus kurzschlussfest. Eine Watchdog-Schaltung sorgt dafür, dass die Ausgänge auf 0 (sicherer Zustand) gestellt werden, sobald der STM Prozessor keine Daten mehr von der PiBridge zu den Ausgängen überträgt. Auch bei Unterspannung an dem Stromversorgungsanschluss für die Ausgänge oder Übertemperatur werden die Ausgänge auf 0 gestellt. Diese letzten beiden Fehlerzustände als auch das Ansprechen der Kurzschlusssicherung pro Kanal werden über die PiBridge an den RevPi Core übermittelt.

Zusätzlich können die Ausgänge so konfiguriert werden, dass bei High-Side Ausgangstyp auch eine “Open-Load”-Erkennung (Leitungsbruch) eingeschaltet und ein entsprechender Alarm an den RevPi Core übermittelt wird. Genau wie die Eingänge, sind auch die Ausgänge gegen statische Entladungen, Burst- und Surge- Impulse gemäß der Forderungen von EN61131-2 geschützt.

Stromversorgung

Wegen der galvanischen Trennung benötigt der Logikteil (Verbindung über PiBridge mit dem RevPi Core) eine eigene Stromversorgung, an dessen Stecker mit Schraubklemmkontakten ebenfalls die Funktionserde angeschlossen werden muss. Das Netzteil arbeitet mit 10,2 V bis 28,8 V Eingangsspannung und benötigt nur maximal 50 mA Strom (bei 24 V; 100 mA bei 12 V) für den STM32F205 Prozessor, der die Kommunikation über die PiBridge steuert und über eine galvanische Trennung und zwei SPI Schnittstellen mit den Ein- und Ausgangsschaltungen verbunden ist. Das Netzteil überbrückt bei 24 V Betrieb Spannungseinbrüche von bis zu 77 ms (8 ms bei 10,2 V Eingangsspannung).

Für eine einwandfreie galvanische Trennung kann und sollten die Ein- und Ausgänge über einen weiteren 4-poligen robusten Stecker mit Schraubklemmverbindern an eine jeweils eigene und getrennte Stromversorgung angeschlossen werden, die jeweils auch die angeschlossenen Sensoren (Schalter, Kontakte) bzw. Aktoren (Relais etc.) versorgen. Diese Stromversorgungen dürfen ebenfalls zwischen 10,2 und 28,8 V Spannung haben. Allerdings ergeben sich normkonforme Schaltschwellen der Eingänge nur bei 24 V Versorgung des Eingangsbereichs. Der maximale Strombedarf für die Eingangsschaltung liegt dabei unter 10 mA. Der Strombedarf für die Ausgänge hängt natürlich von der an den Ausgängen angeschlossenen Last ab, die bis zu 500 mA Strom pro Kanal (also 8 A Gesamtstrom bei der RevPi DO Variante) ziehen darf.

Alle Spannungsversorgungsanschlüsse sind verpolungssicher und gegen Überspannungen und schnelle Störungspannungen bzw. Störströme gemäß der Forderungen der EN61131-2 geschützt.

Funktionalität

Die an den Eingängen anliegenden Schaltzustände, sowie die Schaltzustände, die an den Ausgängen anliegen sollen, werden zyklisch über die PiBridge und durch den PiControl Treiber mit dem zentralen Prozessabbild des RevPi Core ausgetauscht. Außer diesen Schaltzuständen werden zyklisch auch mögliche Fehlerzustände (“Diagnose”) und Konfigurationswerte ausgetauscht.

Beim Start des Gesamtsystems wird eine Modulerkennungssequenz abgearbeitet, über die der RevPi Core alle angeschlossenen RevPi DIO und deren physikalische Einbauposition erkennt. Danach bekommen die DIO-Module Konfigurationswerte übermittelt, die nicht im zyklischen Datenverkehr enthalten sind. Anschließend wir der zyklische Datenaustausch über RS485 und ein zeitoptimiertes Protokoll abgewickelt.

Das I/O-Modul RevPi DIO ist zusätzlich mit PWM-Ausgängen (PWM = Pulsweitenmodulation) ausgestattet. Für jeden der 14 Ausgänge des I/O-Moduls kann optional eine PWM-Funktion eingeschaltet werden. Bei eingeschaltetem PWM wird statt einem Bit pro Kanal ein ganzer Bytewert von 0 bis 100 übertragen, der in Prozent die Pulsweite am Ausgang definiert. Unsere Ausgangstreiber ICs können theoretisch PWM mit sehr hohen Frequenzen, aber da wir diese PWM über Software realisieren, sind wir bei den Frequenzen leider auf niedrige Werte limitiert. Per Konfiguration kann pro Modul eine der folgenden PWM-Frequenzen festgelegt werden (in Klammern dann jeweils die Auflösung der kleinsten Schrittweite in Prozent): 40 Hz (1%), 80 Hz (2%), 160 Hz (4%), 200 Hz(5%) und 400 Hz (10%)

Desweiteren besitzt der RevPi DIO eine Zählfunktion. Für jeden der 14 Eingänge kann optional eine Zählerfunktion eingeschaltet werden. Für jeden Zähler steht dann ein 32 Bit Wert im Prozessabbild.