Moduły

analogowe

Na przykładzie sterowników

Omron

Mateusz

Stojek

Jakub Zachara

1/81

Co to jest moduł analogowy

?

Moduł analogowy – jest to karta
wejść (wyjść) analogowych, która
podpięta do sterownika, pozwala mu
na odczyt (wysyłanie) sygnałów
analogowych.

W sterownikach modułowych są specjalne moduły wpinane do szyny
głównej, a w sterownikach kompaktowych istnieje możliwość
dokupienia specjalnych modułów rozszerzeń.

2/81

Moduł

wejść

analogowych
– przetwornik
A/D

Moduł

wyjść

analogowych
– przetwornik
D/A

Co to jest moduł

analogowy ?

3/81

Zastosowania modułów

analogowych

wejściowych

Zastosowania modułów

analogowych

wyjściowych

- pomiar temperatury
- pomiar ciśnienia

- pomiar prędkości
- pomiar przepływu

- pomiar położenia
- pomiar napięcia, prądu,

mocy

- regulacja temperatury
- regulacja prędkości

- regulacja prędkości

obrotowej

- rejestracja danych

Zastosowanie

4/81

Zastosowanie

5/81

Zastosowanie

6/81

Idea działania

Moduł wejściowy:

Sygnał z wejścia jest kwantowany z odpowiednią rozdzielczością
i zamieniany na liczbę która jest zapisywana w specjalnie
przydzielonym miejscu w pamięci. Odpowiednie skalowanie
pozwala dostosować wartości tych liczb do wartości sygnału
wejściowego (napięciowego lub prądowego).

Moduł wyjściowy:

W odpowiednim miejscu w pamięci może zostać zapisana liczba.
Jest ona przetwarzana zgodnie z rozdzielczością i ewentualnie
wybraną skalą na odpowiadającą mu wartość sygnału
wyjściowego (napięciowego lub prądowego).

7/81

Parametry

1. Liczba wejść/wyjść analogowych:

1, 2, 4, 8

2. Rodzaj sygnału:

napięciowy/prądowy

3. Zakres sygnału:

0  5 [V], 0 

10 [V], -10 

10[V],

1  5 [V] 0  20 [mA], 4  20 [mA]

4. Rozdzielczość przetwornika A/D, D/A:

1/6000,

1/4000

5. Czas konwersji:

ms/kanał, ms/moduł

6. Izolacja

galwaniczna moduł/CPU

8/81

Rozdzielczość

Rozdzielczość mówi nam o tym jaką minimalną zmianę sygnału
możemy określić, czyli jest to ilość punktów na jaką podzielony
jest zakres sygnału we/wy i jest dla danego modułu stała.

Jeśli np. moduł ma rozdzielczość 1/4000 i ustalimy zakres 0 – 10
[V], to wtedy zakres 10 [V] dzielimy na 4000 punktów i dostajemy,
że na jeden punkt przypada 0,0025 [V].

Jeśli moduł ma rozdzielczość 1/6000 to przy zakresie 0 – 10 [V] na
jeden punkt przypada 0,0017 [V].

NIE MYLIĆ ZE SŁOWEM W PAMIĘCI ODPOWIADAJĄCYM

ZA WARTOŚĆ SYGNAŁU WYJŚCIOWEGO !!!

9/81

Rozdzielczość

Słowo zapisywane w pamięci, które odpowiada za wartość
wejściową lub wyjściową modułu jest zapisywane w formacie
szesnastkowym – HEX (chyba że w dokumentacji jest podane
inaczej).

Zatem jeśli mamy moduł wyjść analogowych o rozdzielczości 1/4000 i
ustalimy zakres 0 – 10 [V], to (jeśli dokumentacja nie podaje inaczej) aby
na wyjściu otrzymać 0 [V] należy zapisać w odpowiednim rejestrze liczbę
0. Natomiast aby otrzymać na wyjściu 10 [V] należy zapisać w tym
rejestrze liczbę 0FA0

HEX

= 4000. Zmiana wartości w tym rejestrze o 1

będzie odpowiadała zmianie napięcia wyjściowego o 0,0025 [V].

Pierwsze 4 bity rejestru w którym ustalamy wartość sygnału wyjściowego
odpowiadają za znak. Jeśli mamy zakres 0 – 10 [V] to te bity zawsze będą
równe 0. Będą się one zmieniać natomiast przy zakresie -10 do 10 [V].
Można zobaczyć na charakterystykach, które producent udostępnia w
dokumentacji każdego modułu.

10
/81

Charakteryst

yki

Analogicznie wygląda sytuacja dla wejść analogowych, tylko w tym wypadku mamy sytuacje
odwrotną, czyli na podstawie sygnału jaki podamy na wejście odpowiadająca mu liczba jest
zapisywana w odpowiednim rejestrze.

11
/81

Dodatkowe

funkcje

1. Obliczanie wartości średniej

2. Wykrywanie przerwy w obwodzie

(dla zakresu: 1 – 5 [V] i 4 – 20 [mA])

3. Pamiętanie wartości maksymalnej

4. Przeskalowanie wejścia (ograniczenie wyjścia)

5. Dodanie składowej stałej

6. Dostrajanie (do odbiornika) ADJUSTMENT

wartości min - OFFSET i max - GAIN

12
/81

Obsługa modułu

1. Podłączenie modułu do szyny sterownika (sterownik

modułowy)

lub

do

sterownika

(sterownik

kompaktowy).

2. Fizyczne podłączenie kabli do modułu.

3. Konfiguracja modułu do odpowiedniego trybu pracy.

4. Napisanie programu obsługującego dany moduł.

UWAGA !!!

Po każdej zmianie konfiguracji modułu należy wyłączyć
i włączyć PLC lub zresetować moduł poprzez ustawienie
odpowiedniego bitu w obszarze AR.

13
/81

Okablowan

ie

Moduł analogowy w
wersji z przewodami
przykręcanymi
śrubkami

Moduł
analogowy

w

wersji z wtyczką.
Przewody
lutujemy

do

odpowiednich
pinów wtyczki

14
/81

CPM1 – MAD11

15
/81

Dane techniczne

16
/81

m

– ostatnie słowo wejściowe CPU lub poprzedniego

modułu

n

– ostatnie słowo wyjściowe CPU lub poprzedniego

modułu

Adresy we/wy

Ilość bitów
wejściowyc
h

Ilość bitów
wyjściowy
ch

17
/81

Przykład przypisania

adresów I/O

18
/81

Adresy słów wejściowych w module analogowym MAD11 to IR2 i IR3
Adres słowa wyjściowego w module analogowym MAD11 to IR12

Konfiguracja w LRSS

(Laboratorium Rozproszonych Systemów

Sterowania)

19
/81

Podłączenie

urządzeń do wejść

analogowych

Do wejścia
napięciowego modułu

Do wejścia prądowego
modułu

Zewrzeć V

IN

oraz

I

IN

!!!

20
/81

Podłączenie

urządzeń do wyjść

analogowych

Do wyjścia
napięciowego modułu

Do wyjścia prądowego
modułu

21
/81

Ustalenie zakresu

we/wy

Kod zakresu sygnałów we/wy należy wpisać do słowa n+1 w
PIERWSZYM CYKLU

n

– ostatnie słowo wyjściowe CPU lub poprzedniego modułu

22
/81

Ustalenie zakresu

we/wy

Np. jeśli chcemy ustawić zakresy wejść/wyjść:

Wejście 0:

4 do 20 [mA] (kod zakresu 100)

Wejście 1:

0 do 10 [V]

(kod zakresu 001)

Wyjście:

- 10 do 10 [V] (kod zakresu 000)

to słowo wpisane do rejestru n+1 będzie postaci:

23
/81

„1” na 15-tym bicie jest konieczne aby sterownik przyjął

dane liczby jako ustawienia zakresów wejść/wyjść

Ustalenie zakresu

we/wy

Wartość wpisana do
rejestru w kodzie BCD to
800D

Fragment programu odpowiedzialny za ustawienie przykładowego
zakresu we/wy

„12” jest to adres słowa
wyjściowego

modułu

MAD11

24
/81

Ustalenie zakresu

we/wy

Ponieważ w sterowniku CPM1 z modułem analogowym MAD11
adresy wejść/wyjść przydzielane są automatyczne, a jedyne
ustawienie to podanie zakresu jaki chcemy przypisać do
danego we/wy, zatem nie używany jest tu bit resetu w celu
zatwierdzenia ustawień ale potrzebne jest ponowne
uruchomienie PLC po podaniu zakresu we/wy.

Wystarczy podać zakres wejść/wyjść w pierwszym cyklu
programu, ale należy odczekać 100 do 200 ms, aby wyjście
analogowe zaczęło działać poprawnie. W tym celu producent
zaleca stosowanie opóźnienia w programach obsługujących
moduły analogowe.

25
/81

Program

Wykonywane

jest

tu

dodawanie binarne co 1,
ponieważ CPM1 nie posiada
komendy

inkrementacji

binarnej. Działanie binarne
jest narzucone tym, iż wartość
w

rejestrze

IR12

odpowiadająca sygnałowi na
wyjściu

analogowym

jest

wartością HEX. Analogicznie
zastosowane

zostało

odejmowanie binarne

26
/81

CQM1 – CPU45

V1

27
/81

Dane techniczne

28
/81

Dane techniczne

Wskaźniki na module (diody
sygnalizacyjne)

29
/81

Podłączenie

urządzeń do wejść

analogowych

wejście
napięcio
we
modułu

wyjście prądowe
urządzenia
podłączanego

Zewrzeć

styki I+ i

V+ !!!

wyjście napięciowe
urządzenia
podłączanego

wejście
prądowe
modułu

30
/81

Podłączenie

urządzeń do wyjść

analogowych

wyjście napięciowe
V+, V-

wyjście prądowe
I+, I-

31
/81

Konfiguracja

modułu

Ustawienia parametrów – dokonujemy w obszarze

pamięci DM

Dla CQM1-CPU45V1 do ustawień parametrów modułu analogowego jest
na stałe przypisany rejestr DM6611.

Adresy wejść/wyjść analogowych – są zlokalizowane w

obszarze pamięci IR

Dla CQM1-CPU45V1 wartości wejść analogowych są zapisywane w
rejestrach IR232 – IR235, natomiast wartości wyjść analogowych są
zlokalizowane w obszarach IR236 – IR237.

32
/81

Konfiguracja

modułu

Rejestr DM6611 NIE może być modyfikowany gdy sterownik jest
w trybie RUN, więc nie możemy zmienić jego ustawień
poleceniem MOV z poziomu programu sterownika. Możemy
zmienić ustawienia rejestru DM6611 tylko gdy sterownik jest w
trybie PROGRAM. Mamy więc do wyboru:

1)

Zgrać pamięć ze sterownika PLC, ustawić odpowiednie bity

słowa DM6611, wgrać pamięć z powrotem do sterownika PLC i
ponownie uruchomić PLC

2)

Użyć

konsoli

programującej

w

celu

odpowiedniej modyfikacji zawartości rejestru
DM6611

33
/81

Konfiguracja

modułu

Możemy w tym rejestrze ustalić które wejścia będą obsługiwane
przez moduł (włączone) oraz jaki zakres sygnału chcemy stosować
na danym wejściu.

34
/81

Konfiguracja

modułu

Na rysunku powyżej widać zrzut pamięci ze sterownika CQM1. W naszym
przypadku wejście 1 zostało ustawione na zakres 0 do 5 V/ 0 do 20 mA.

35
/81

Adresy we/wy w

pamięci

W IR232-IR235 znajdują się liczby odpowiadające wartościom sygnałów z
wejść analogowych.

Do IR236-IR237 możemy wpisać liczby odpowiadające wartościom
sygnału jaki chcemy dostać na wyjściu analogowym.

36
/81

Dodatkowo ustawiane

bity

37
/81

Ustawienia w LRSS

W laboratorium do pierwszego wejścia
analogowego (In1) podłączony został czujnik
temperatury. Jego adres w pamięci sterownika
to IR232. W rejestrze DM6611 zakres sygnału
wejściowego z czujnika został ustalony na 0
do 20 [mA]. Zostanie on wykorzystany w
programie przykładowym.

38
/81

Funkcja

SCL

Funkcja ta została omówiona, gdyż zostanie użyta w programie
przykładowym dla modułu analogowego.

Funkcja SCL jest używana do liniowej konwersji 4 cyfrowej liczby w
systemie HEX na 4 cyfrową liczbę w systemie BCD. W porównaniu z
funkcją BCD która również zamienia HEX na system BCD, funkcja SCL
może dokonać tej zamiany zgodnie z pewną zależnością liniową którą
określają parametry zawarte w rejestrach P1 do P1+3. Wynik operacji jest
zaokrąglany do najbliższej wartości całkowitej i umieszczany w rejestrze
wyniku R. Jeśli wynik jest mniejszy niż 0000 to do R zapisywane jest 0000,
jeśli wynik jest większy niż 9999 to do R zapisywane jest 9999.

39
/81

Funkcja

SCL

40
/81

Funkcja SCL -

skalowanie

W przypadku LRSS dla układu podpiętego do sterownika CQM1 został
użyty czujnik temperatury o zakresie pomiarowym podanym przez
producenta 0 do 300

0

C oraz podawanym sygnale prądowym 4 do 20 mA.

Przy skalowaniu wartości wyświetlanej zostało więc przyjęte że przy
sygnale 4 mA czujnik znajduje się w temperaturze 0

0

C, natomiast przy

sygnale 20 mA czujnik znajduje się w temperaturze 300

0

C.

Zatem jeśli moduł analogowy sterownika CQM1 ma rozdzielczość 12-bit
czyli 4096 punktów oraz wejście 1 pod które podpięty jest czujnik ma
zakres 0 do 20 mA to 4 mA na wejściu 1 odpowiadają liczbie punktów
333

HEX

= 819, natomiast 20 mA na wejściu 1 odpowiada liczbie 1000

HEX

=

4096. Dlatego do funkcji skalowania zostały przyjęte wartości:

P1 = 0

P1+1 = 333

P1+2 = 300

P1+3 = 1000

Dane te zostały wpisane do rejestrów w pierwszym cyklu programu.

41
/81

42
/81

Została

tu

wykorzystana funkcja
SCL która służy do
skalowania wartości z
formatu binarnego na
określony zakres w
formacie BCD.

Program

C200H – AD002 i

DA001

43
/81

AD002: Dane

techniczne

Znaczenie lampek na przednim
panelu

44
/81

Okablowanie

Wejście
napięciowe

Wejście
prądowe

Zewrzeć

styki I+ i

V+

45
/81

Ustawienie numeru

modułu

W LRSS numer modułu ustawiony jest na „3” co oznacza że obszar
odpowiadający konfiguracji ustawień modułu to DM1300 do DM1343 a
obszar gdzie przechowywane są wartości sygnałów wejściowego i
wyjściowego to IR130 do IR139.

46
/81

Konfiguracja modułu

Konfiguracja ustawień modułu dokonywana jest w ściśle
określonym obszarze DM. Konfiguracji należy dokonać przed
wgraniem programu do sterownika oraz trzeba pamiętać że po
KAŻDEJ zmianie konfiguracji należy ZRESETOWAĆ moduł
poprzez:

1) Wyłączenie i ponowne załączenie zasilania PLC

albo

2) Ustawienie odpowiedniego bitu resetu w obszarze AR0100 do
AR0109

W przypadku LRSS bit resetu to AR0103

Natomiast

wartości

wejść/wyjść

modułu

analogowego

przechowywane są w ściśle określonym obszarze IR.

47
/81

Ustawienia zakresów

wejść analogowych

m = 1000 + 100 x numer
modułu

Numer modułu = 3 => m =
1300

48
/81

Ustawienia zakresów

wejść analogowych

Przykład ustawienia zakresów
wejść

49
/81

Funkcje modułu

• Square root – konwertuje dane nieliniowe, jak np. wejście z
termopary na dane liniowe

• Skalowanie
• Obliczenie wartości średniej
• Pamiętanie wartości maksymalnej
• Alarmy przekroczenia wartości granicznych
• Alarm rozłączenia obwodu (tylko dla zakresów 1-5 V i 4-20 mA)

50
/81

Funkcje modułu

51
/81

Adresy wejść w

pamięci

n = 100 + 10 x numer
modułu Numer modułu = 3
więc n = 130

52
/81

DA001: Dane

techniczne

53
/81

Okablowanie

54
/81

Ustawienie zakresu

wyjść

Ponieważ w przypadku modułu DA001
konfigurację

wyjść

dokonuje

się

na

przełącznikach na tylnim panelu, a nie
programowo na obszarze DM, więc nie
używa się tutaj bitu restartu. Może on być
jednak

wykorzystany

w

przypadku

konieczności resetu modułu z powodu
wystąpienia błędów. W LRSS jest to AR0104.

55
/81

Przydział pamięci

W LRSS numer modułu ustawiony jest na 4, zatem obszar
pamięci przydzielony dla wyjść analogowych to

IR140 do

IR149

56
/81

Wartość wyjściowa

n = 100 + Numer modułu x 10

Dla Numer modułu = 4 mamy n = 140

57
/81

Konfiguracja w

laboratorium

Wyjścia analogowe:

Zakres sygnału wyjściowego ( ustawiony z tyłu ): 4 - 20 mA
Nr wyjścia: 2 wyjście prądowe: słowo; 141

Wejścia analogowe:

Zakres sygnału wejściowego: -10 do 10 V
Nr wejścia: 2 wejście napięciowe; słowo: 131

58
/81

Program

59
/81

Moduł MAD01

60
/81

Dane techniczne

61
/81

Okablowanie

62
/81

Przydział

pamięci

Moduł MAD01 został oryginalnie zaprojektowany dla sterownika C200HS, ale
ponieważ sterownik CS1G jest zgodny z C200HS więc MAD01 może z nim
współpracować. Różnią się jednak adresy obszaru D i CIO w przypadku gdy
moduł MAD01 pracuje z CS1G. Wtedy mamy:

D = 20000 + Numer modułu x 100

CIO = 2000 + Numer modułu x 10

63
/81

Przydział

pamięci

W LRSS mamy ustawiony Numer modułu na 4 co daje nam
zakres obszaru konfiguracji modułu:

D20400 do D20499

Zakres obszaru wartości wejść/wyjść

CIO2040 do CIO2049

Jak widać sterownik CS1G rezerwuje sobie dużo pamięci (100 słów w
obszarze D i 10 słów w obszarze CIO). Wynika to z faktu, iż ma on
znacznie rozbudowane różne dodatkowe funkcje.

Dodatkowo jest to nowy sterownik więc posiada nowe nazewnictwo: D
jest to nowe oznaczenie obszaru DM, a CIO jest obszarem we/wy
oznaczanym w starych sterownikach przez IR.

64
/81

Konfiguracja

we/wy

m = 20000 + Numer modułu x
100

65
/81

Ustawienia

bitów

66
/81

Konfiguracja

we/wy

Należy pamiętać aby po każdej zmianie konfiguracji

modułu:

1) Wyłączyć i ponownie załączyć zasilanie PLC

albo

2) Ustawić odpowiedni bit resetu w obszarze AR

W przypadku konfiguracji w laboratorium jest to bit

AR502.04

W przypadku sterownika CS1G wraz z modułem MAD01 istnieje
alternatywna metoda konfiguracji modułu. Można zgrać tablicę
wejść/wyjść (I/O Table) ze sterownika. Skonfigurować odpowiednio
moduł przy jej pomocy, a następnie z powrotem wgrać tablicę
wejść/wyjść do sterownika.

67
/81

68
/81

Konfiguracja

we/wy z użyciem

I/O Table

Jeśli chcemy się posłużyć I/O Table to
musimy

być

połączeni

ze

sterownikiem oraz powinien on być
w trybie „Program”. Następnie
wybieramy z drzewka opcji po lewej
stronie w CX-Programmer „IO Table
and Unit Setup” i w nowo
otwartym oknie klikamy na ikonę
„Transfer from PLC”. Spowoduje to
zgranie ustawień z PLC do naszego
CX-Programmer’a. Możemy teraz
wejść do ustawień tak jak widać na
rysunku obok.

69
/81

Konfiguracja

we/wy z użyciem

I/O Table

Konfiguracja

we/wy z użyciem

I/O Table

70
/81

Konfiguracja

we/wy z użyciem

I/O Table

71
/81

Konfiguracja

we/wy z użyciem

I/O Table

72
/81

Konfiguracja

we/wy z użyciem

I/O Table

73
/81

Funkcja pętli -

Loop

Ciekawą funkcją modułu MAD01 jest funkcja pętli „Loop” która działa na
zasadzie przepisania wejścia na wyjście po przetworzeniu sygnału z
wejścia w sposób opisany funkcją o współczynnikach A i B, które to były
widoczne w ustawieniach w I/O Table.

Wybór Loop1 powoduje działanie Wejście 1 -> Przeliczenie wartości
-> Wyjście 1 Wybór Loop2 powoduje działanie Wejście 2 ->
Przeliczenie wartości -> Wyjście 2

Przy wybraniu „Ratio
bias calculation” na
„Use

positive

gradient”
otrzymujemy:

74
/81

Przy wybraniu „Ratio bias calculation” na „Use negative gradient”
otrzymujemy:

Funkcja pętli -

Loop

75
/81

Adresy we/wy

n = 2000 + Numer modułu x
10

76
/81

Wartości bitów

77
/81

Konfiguracja

modułu

78
/81

Wpisanie liczb do rejestrów D powoduje ustalenie żądanej konfiguracji.
Następnie należy ustawić bit resetu aby zmiany zostały zatwierdzone. W
przypadku LRSS jest to A502.04

Program

79
/81

Program

80
/81

KONIEC

81
/81