Moduły analogowe

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

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

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

Moduł analogowy w
wersji z przewodami
przykręcanymi
śrubkami

Moduł
analogowy

wersji z wtyczką.
Przewody
lutujemy

odpowiednich
pinów wtyczki

14
/81

– ostatnie słowo wejściowe CPU lub poprzedniego

modułu

– ostatnie słowo wyjściowe CPU lub poprzedniego

modułu

Adresy we/wy

Ilość bitów
wejściowyc
h

Ilość bitów
wyjściowy
ch

17
/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

oraz

!!!

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

– 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

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

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

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:

Zgrać pamięć ze sterownika PLC, ustawić odpowiednie bity

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

Użyć

konsoli

programującej

celu

odpowiedniej modyfikacji zawartości rejestru
DM6611

33
/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

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 -

skalowanie

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

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

C, natomiast przy

sygnale 20 mA czujnik znajduje się w temperaturze 300

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

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

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

Ustawienie zakresu

wyjść

Ponieważ w przypadku modułu DA001
konfigurację

wyjść

dokonuje

się

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

wykorzystany

przypadku

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

55
/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

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

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

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.

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

Document Outline