LABORATORIUM PRZEMYSŁOWYCH SYSTEMÓW STEROWANIA

Transkrypt

1 AKADEMIA GÓRNICZO- HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE LABORATORIUM PRZEMYSŁOWYCH SYSTEMÓW STEROWANIA Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Automatyzacji Procesów Przedmiot: Przemysłowe Systemy Sterowania (PSS) Laboratorium 14: Sygnały analogowe Kraków

2 Cel ćwiczeń laboratoryjnych 1. Zapoznanie z techniką analogowąpoznanie funkcjonalności OB., FC, FB, DB 2. Zapoznanie z techniką analogowąróżnicy pomiędzy funkcją i blokiem funkcji 3. Przetwarzanie zmiennej analogowej na zmienną procesową Po ukończeniu zajęć student powinien potrafić: 1. Przydzielić adres dla analogowego wejścia/wyjścia 2. Przeprowadzić konwersję do i z zmiennej analogowej 3. Zastosować instrukcje SCALE_X oraz NORM_X

3 Wstęp Technika analogowa opiera się na dwóch rodzajach przetworników: analogowo cyfrowych oraz cyfrowo/analogowych. Standardowo moduły analogowe to przetworniki cyfrowo/analogowe (analogowe wyjścia - AO) lub analogowo/cyfrowe (analogowe wejścia). W takim wypadku zawsze należy najpierw znać dwa podstawowe parametry takich przetworników: zakres pomiarowy oraz ich rozdzielczość. Istnieją dwa rodzaje zakresów pomiarowych: prądowe (najczęściej: 0 20 ma, 4 20 ma) oraz napięciowe (najczęściej: 0 10 V, ±10 V). Rozdzielczość najczęściej podawana jest za pomocą ilości bitów (np. przetwornik 12-bitowy). W takim wypadku należy zawsze przeliczyć, na jaką liczbę punktów przetwornik przetwarza sygnał ciągły. Przetwornik 12-bitowy obsługuje zatem 2 12 =4096 punktów. Aby zrozumieć ideę tych przetworników należy zwrócić uwagę na (Rys. 1). Do wejścia analogowego podpięty jest analogowy czujnik odległości o zakresie pomiarowym mm i zakresie elektrycznym 0-10 V. Graniczne wartości odpowiadają sobie (0 0V(0mm), V(200mm)), podczas gdy np. 5V(100mm) przetwarzane jest na liczbę Rys. 1. Zasada działania przetworników analogowo/cyfrowych Taka zasada nie ma zastosowania dla przetworników anlogowo/cyfrowych i cyfrowo analogowych użytych w sterownikach firmy Siemens. Po pierwsze producent stosuje dwa poziomy naddatku. Pierwszy poziom to poziom przekroczenia (ang. Overshoot), oraz poziom przepełnienia (ang. Overflow). Te dodatkowe poziomy dodawane są podstawowego zakresu pomiarowego. Ich zastosowanie pozwala na zwiększenie bezpieczeństwa działania aplikacji. Dzięki temu użytkownik ma do dyspozycji dwie dodatkowe flagi (Overshoot i Overflow), które mogą posłużyć do sygnalizacji stanów niebezpiecznych. Parametry stosowane w sterownikach Siemens dla analogowego przetwornika napięciowego pokazano w (Rys. 2). Dzięki analizie danych pokazanych w (Tab. 1) można stwierdzić, że właściwy zakres pomiarowy jest rozciągnięty na punktach. Ma to miejsce dla każdego wejścia/wyjścia analogowego dla sterowników Siemensa, niezależnie czy jest ono zabudowane na sterowniku, zamieszczone na płytce sygnałowej, czy też na module sygnałowym. Ilość punktów nie zależy także od rozdzielczości danego wejścia/wyjścia analogowego. Oznacza to, że niezależnie od tego, czy przetwornik jest dziesięcio-, dwunasto-, etc. bitowy, zawsze sygnał będzie przetworzony na liczbę z zakresu

4 Wynika stąd druga najważniejsza różnica w podejściu do sygnałów analogowych przez Siemensa: zmiana przetwarzanej wartości nastąpi zawsze skokowo. Dla przykładu można podać dwunastobitowe wyjście analogowe (±10V) znajdujące się na płytce sygnałowej SB. Minimalna zmiana napięcia na tym wyjściu wynosi V/2 12»5,8mV. Aby osiągnąć taką zmianę nie wystarczy inkrementacja o 1 zawartości rejestru QW80. Ażeby osiągnąć taką zmianę rejestr musi zmienić się o wartość 2 16 /2 12, czyli o 16. Tab. 1. Wartości graniczne dla analogowego przetwornika napięcia Napięcie [V] Liczba Flaga ,511 Overshoot ,767 Overflow Należy pamiętać, że rejestry obsługujące zarówno wejścia, jak i wyjścia analogowe muszą być zawsze typu INT lub UINT. Dodatkowo na (Rys. 2) zamieszczono sposób konwertowania tychże sygnałów analogowych dla sterowników firmy Siemens. Rys. 2. Zasada działania przetworników analogowo/cyfrowych dla platformy S Adresowanie wejść/wyjść analogowych Adres dla AI/AO zależy ściśle od tego, czy dane wejście/wyjście jest typu onboard, czy znajduje się na płytce, czy też na module analogowym. Dodatkowo, w przypadku analogowych modułów konieczna jest znajomość pozycji/slotu, w którym znajduje się moduł. Istnieje jednak możliwość określenia ich adresów z poziomu TIA Portal. W tym

5 wypadku, w drzewie projektu należy kliknąć LPM Devices and networks, a następnie kliknąć dwukrotnie LPM w sterownik. Otworzy się wtedy Device view dla PLC. Po kliknięciu PPM w CPU (onboard AI/AO lub płytka sygnałowa SB) lub PPM na moduł (dla modułów AI/AO) należy wybrać Properties. W otwartym oknie (Rys. 3) należy wybrać AI2 lub AO, a następnie wybrany kanał (Channel). Pojawi się wtedy odpowiadający mu adres kanału (Rys. 3). Rys. 3. Adresowanie wejść/wyjść analogowych Uwaga Każdy kanał analogowy zajmuje 2 kolejne bajty

6 Woltomierz (QW80) Przełącznik kołyskowy Potencjometr (IW64) Rys. 4. Widok stanowiska laboratoryjnego W laboratorium masy wejść i wyjść analogowych są ze sobą połączone. Potencjometr (Rys. 4) podłączony jest z Kanałem 0 wejść analogowym oraz, za pomocą przełączenia w pozycję górną przełącznika kołyskowego, z woltomierzem. Jeśli przełącznik kołyskowy (Rys. 5) jest w pozycji dolnej, to na woltomierz podawana jest wartość z wyjścia analogowego. Zarówno potencjometr, jak i woltomierz obsługują napięcie 0-10 V. Wyjście analogowe umiejscowione jest fizycznie na płytce sygnałowej w kanale 0. Przełącznik kołyskowy AO+ AI+ A I Potencjometr (IW64) AI- P L C A O Voltomierz (QW80) V AO- Rys. 5. Schemat przyłączy analogowych do sterownika PLC Skalowanie i normalizacja Do przetwarzania zakresów zmiennych używane są dwie instrukcje w TIA Portal: Norm_X (Rys. 6a)oraz Scale_X (b). W praktyce występują one praktycznie zawsze razem. Instrukcja NORM_X normalizuje parametr VALUE wewnątrz zakresu wartości wyspecyfikowanych przez parametry MIN i MAX. Instrukcja SCALE_X skaluje znormalizowany parametr VALUE (gdzie (0.0 <= VALUE <= 1.0)) do typu danej i zakresu wartości wyspecyfikowanych przez parametry MIN i MAX (Rys. 7).

7 a) b) Rys. 6. Zasada działania instrukcji: a) Norm_X, b) Scale_X Rys. 7. Zasada działania zespołu instrukcji skalujących, gdzie wartość z rejestru MW102 przetwarzana jest do rejestru MW100 z zakresu do Ćwiczenie 1 Napisz program, w którym do wyjścia analogowego przepisywana jest wartość: taka sama jak w potencjometrze - Przycisk zielony połowa wartości z potencjometru - Przycisk czerwony ⅓ wartos ci z potencjometru - czujnik Tryb pracy wyjścia analogowego zależy od tego, które wejście cyfrowe zostało aktywowane jako ostatnie Ćwiczenie 2 Wyświetl na panelu HMI, na histogramie, wartość napięcia wyrażoną w Voltach. Użyj instrukcji Norm_X oraz Scale_X Ćwiczenie 3 Zadając wartość z I/O Field (od 0 do 10 [V]) spraw, aby fizyczny woltomierz wskazywał tę samą wartość. Użyj instrukcji Norm_X oraz Scale_X