Kurs PLC FATEK.pdf

(8053 KB) Pobierz
Kurs Automatyki #5.1
Pomiary analogowe 4-20mA i 0-10V
Sygnały analogowe w układach sterowania przesyłają informację o konkretnych wartościach procesów technologicznych. Możemy
wymienić tutaj kilka wielkości fizycznych takich jak ciśnienie, przepływ, poziom, odległość, waga, gęstość, stężenie, temperatura i
wiele innych. Za generowanie tej informacji odpowiedzialne są czujniki analogowe a za odbiór moduły analogowe umieszczone w
sterownikach PLC, w modułach rozproszonych lub w urządzeniach specjalnych np. falownikach.
Czujnik analogowy, zwany również przetwornikiem, przetwarza wielkość fizyczną na elektryczną. W przemyśle przyjęły się głównie
2 standardy sygnałów elektrycznych i są to:
Sygnał prądowy: 4…20mA
Sygnał napięciowy: 0…10 V
Są jeszcze pomiary temperatury ale jest to na tyle bogaty temat,
że
zostanie wyjaśniony w kolejnym odcinku
kursu automatyki
#5.2.
Można również spotkać inne zakresy:
Sygnał prądowy: 0…20mA
Sygnały napięciowe: [-10V…10V], [0V…5V], [-5V…5V], [1…5V]
Natomiast sterowniki przetwarzają wartość elektryczną na cyfrową za pośrednictwem przetwornika analogowo cyfrowego A/D.
W przykładowym skrócie:
1. W zbiorniku jest ciśnienie 6 bar.
2. Czujnik ciśnienia [0..20mA] przetwarza tą wielkość fizyczną na elektryczną np. 10mA
3. Przetwornik A/D w sterowniku przetwarza 10mA na wartość cyfrową np. 10475
4. Program PLC wartość cyfrowa jest skalowana z powrotem na wartości inżynierskie i na panelu HMI wyświetlana jest wartość 6
bar.
Parametry wejść analogowych w sterownikach PLC
Rozdzielczość wejścia analogowego
– przeglądając specyfikację urządzenia z wejściami analogowymi możemy natknąć się na taki parametr
jak rozdzielczość. Głównie spotykamy rozdzielczości takie ja 6, 10, 12, 14 i 16 bitów. Weźmy to tak na chłopski rozum. Wartość cyfrowa pomiaru analogowego
zapisywana jest w postaci bitów. Im więcej bitów mamy do dyspozycji tym większą liczbę możemy binarnie w tych bitach zakodować. W sterownikach przestrzeń bitową
w której zapisywana jest liczba nazywamy rejestrem. Np. w rejestrze 16 bitowym możemy binarnie zapisać liczbę od 0 do 65536. Weźmy zatem na warsztat pomiar
analogowy 0 – 10V i dwie rozdzielczości wejścia analogowego 10 bitów (0-1024) i 16 bitów (0-65536).
Rozdzielczość dla 10 bitów to 10V/1024 = 0,00977 V (~10mV)
Rozdzielczość dla 16 bitów to 10V/65536 = 0,000153 V (~153µV)
Jaki wyciągniemy z tego wniosek? Im większa rozdzielczość tym większa
szczegółowość
pomiaru. Nie mylić z dokładnością pomiaru bo to już jest inna para kaloszy.
Dokładność pomiaru
–
spróbuję znów po chłopsku. Dokładność wejścia analogowego sterownika PLC określa o ile sterownik może się poślizgnąć (czyt.
pomylić) przy pomiarze w stosunku do pełnego zakresu pomiarowego. Inaczej: dokładność wyznacza się przez określenie maksymalnej różnicy między wartością
rzeczywistą a zmierzoną. Wyjaśnimy to za chwilę na konkretnym przykładzie.
Typ wejścia
–
Tak jak wspominałem wyżej. Najczęściej spotykane standardy to prądowy 4-20mA i napięciowy 0-10V.
Oba te pomiary są klasyfikowane
jako
unipolarne.
W niektórych urządzeniach można konfigurować typ wejścia na
bipolarne
na przykład prądowy -20 – 20 mA lub napięciowy -10V – 10 V.
Sposób podłączenia
– wśród wejść analogowych możemy spotkać wejścia jednokońcówkowe (pojedyńcze) lub różnicowe. W tych pierwszych wszystkie
wejścia analogowe są podłączone do wspólnej masy, natomiast w tych drugich przetwarzana jest różnica napięć między dwoma wejściami. Układ połączeń
pojedynczych ma tą zaletę,
że
na jednym module zmieści się więcej punktów pomiarowych. Wejścia różnicowe są bardziej odporne na zakłócenia chociaż zaleca się
ekranowanie jednych i drugich.
Sposób konfiguracji wejść
–
uniwersalne moduły analogowe pozwalają na konfigurację poszczególnych wejść lub całej sekcji wejść. W wielu
urządzeniach możemy przypisać dla wejścia czy ma być prądowe czy napięciowe, unipolarne czy bipolarne oraz o jakim zakresie. Zmian dokonać można fizycznie za
pomocą przełączników, zworek itp. lub programowo w projekcie programu PLC.
Inne
–
oczywiście jest wiele więcej parametrów i można je wymieniać wyciągając zagadnienia laboratoryjne. Główne parametry powinny być opisane w dokumentacji
technicznej (manual) urządzenia.
Wyjaśnienie na module analogowym FATEK
Jako przykład weźmiemy moduł analogowy do sterowników FATEK – FBs-4A2D. Ze strony
producenta wyciągamy tabelę z danymi tego modułu:
Fbs-4A2D – Specyfikacja
Przeanalizujmy zatem właściwości modułu FATEK – FBs-4A2D:
Rozdzielczość
tego modułu to 14 bitów a więc odzwierciedlenie pomiaru np 4-20mA będzie miało postać cyfrową
w zakresie od 0 do 16383 (chociaż jak grzebniemy głębiej w instrukcję to okazuje się,
że
zakres to
0-16380
i tak samo
wyszło podczas testów w filmie na końcu).
Postaram się teraz abyś poczuł o co tutaj chodzi.
„Przy jakim ciśnieniu czujnik na wyjściu będzie miał wartość prądu 10mA?”
Prawidłowa odpowiedź to 6,875 bar i już tłumaczę dlaczego. Zakres przetwornika czujnika ciśnienia to 21 jednostek bar (od -1 do
20 bar) natomiast zakres wyjścia analogowego to 16 jednostek mA (od 4 do 20 mA). Na 1mA przypada zatem 21/16=1,3125 bara.
Pojedziemy po kolei:
4mA
→
-1 bar
5mA
→
0,3125 bar
6mA
→
1,625 bar
7mA
→
2,9375 bar
8mA
→
4,25 bar
9mA
→
5,625 bar
10mA
→
6,875 bar
….
20mA
→
20 bar
No dobrze ale jak „widzi” to sterownik PLC przez moduł
FATEK – FBs-4A2D
? Przy założeniu
że
moduł jest skonfigurowany jako
wejście analogowe unipolarne prądowe, czyli w tym przypadku będzie to 0-20mA więc na 1mA przypada ~819 wartości cyfrowej
(16383 / 20 = ~819) to sterownik PLC odczyta wartości prądowe w następujący sposób:
0mA
→
czujnik uszkodzony
→
0
1mA
→
czujnik uszkodzony
→
819
2mA
→
czujnik uszkodzony
→
1638
3mA
→
czujnik uszkodzony
→
2457
4mA
→
-1 bar
→
3277
5mA
→
0,3125 bar
→
4096
6mA
→
1,625 bar
→
4915
7mA
→
2,9375 bar
→
5734
8mA
→
4,25 bar
→
6553
9mA
→
5,625 bar
→
7372
10mA
→
6,875 bar
→
8191
…
20mA
→
20 bar
→
16383 (16380 – według instrukcji producenta)
Później programista PLC musi przeskalować wartość cyfrową na jednostki inżynierskie (bar).
Dokładność
modułu FATEK – FBs-4A2D to +/- 1% od całego zakresu pomiarowego. W przypadku pętli prądowej 4-20mA
zakres pomiarowy to 16mA * 1% = 0,16mA – o tyle sterownik PLC może przekłamywać pomiar czyli o ~164 jednostki wartości
cyfrowej (16383*1%) w stosunku do pomiaru rzeczywistego.
Typ wejścia i sposób konfiguracji wejść analogowych
–
Przed instalacją modułu do sterownika PLC należy
ręcznie ustawić mu konfigurację wejść analogowych. Chociaż początkowo wygląda to na skomplikowaną operację to po
przeanalizowaniu dokumentacji można to ogarnąć. Aby dogrzebać się do zworek musimy najpierw zdjąć przednią obudowę,
później delikatnie podnosimy płytkę z elektroniką i całość mamy ja na dłoni:
Gdzie pomiar analogowy jest przechowywany w sterowniku PLC ?
Dziwne pytanie? Bo właściwie gadam tutaj cały czas o jakiś wartościach cyfrowych, bitach i rozdzielczościach, nie? Postaram się to
rozjaśnić na przykładzie sterowników PLC FATEK – gdzie leży wartość pomiaru analogowego w postaci cyfrowej. W tych
sterownikach PLC informacje są przechowywane w różnych obszarach pamięci sterownika. Przytoczę kilka obszarów:
Obszar X
– Odpowiada fizycznemu wejściu cyfrowemu. Na przykład %X0 = 1 oznacza
że
na wejściu 0 pojawiła się logiczna
jedynka.
Obszar Y
– Odpowiada fizycznemu wyjściu cyfrowemu.
Obszar M
– Markery, czyli pamięć przechowująca stan logiczny 0 lub 1.
Obszar R
– Rejestry 16 bitowe. W tych obszarach mogą być przechowywane liczby.
Mapa pamięci w sterownikach FATEK została zbudowana „na sztywno” . Oznacza to,
że
do pisania programu musimy używać
obszarów do tego przeznaczonych np. mamy do dyspozycji markery od M0 do M1911 a kolejne są już wykorzystywane jako
Markery systemowe o konkretnej funkcji. Przykładowo Marker M1922 ma przypisaną funkcje impulsującą 1Hz i co 1 sekundę
zmienia stan z 0 na 1 i odwrotnie.
Analogicznie jest z rejestrami R: mamy do dyspozycji pewien obszar a kolejne rejestry są przypisane jako systemowe. Wartości
cyfrowe pomiarów analogowych w zależności od konfiguracji modułów sterownika są przechowywane w przestrzeni
rejestrów R3840�½�R3903. Możemy to sprawdzić w konfiguracji sterownika PLC w darmowym
środowisku
WinProladder
(UWAGA!
Oprogramowanie do sterowników FATEK posiada symulator PLC!):

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin