Sygnał analogowy
f(t)
t
h Sygnał analogowy (Analog Signal): sygnał, którego wartości
należą do ciągłego (nieprzeliczalnego) zbioru i mogą się
zmieniać w dowolnej chwili.
Sygnał próbkowany
f(t)
T 2T 3T 4T 5T 6T 7T
t
h Sygnał próbkowany  sygnał będący ciągiem impulsów, sygnał
dyskretny w czasie.
h Częstotliwość próbkowania  odwrotność odstępu czasu między
kolejnymi próbkami.
1
Sygnał kwantowany
f(t)
t
h Sygnał kwantowany - sygnał, którego wartości należą do
dyskretnego (przeliczalnego) zbioru.
h Kwantyzacja  przypisanie wartości analogowych do najbliższych
poziomów reprezentacji. Zawsze wiąże się z utratą informacji.
Rozdzielczość
f(t)
111
110
101
100
011
010
001
000
t
h Rozdzielczość przetwornika A/C określa liczbę dyskretnych wartości,
jakie może wytworzyć.
h Wyraża się ją w bitach  np. przetwornik, który przetwarza sygnał na
8 wartości posiada rozdzielczość 3 bity, gdyż 23 = 8.
h Rozdzielczość napięcia przetwornika A/C jest równa całkowitej skali
pomiaru podzielonej przez liczbę poziomów kwantyzacji.
2
Sygnał kwantowany i próbkowany
f(t)
111
110
101
100
011
010
001
000
T 2T 3T 4T 5T 6T 7T
t
Czujniki pomiarowe
h Czujniki pomiarowe służą do pomiaru wielkości nieelektrycznych
metodami elektrycznymi.
h Czujniki różnią się:
q rodzajem mierzonej wielkości nieelektrycznej,
q zasadą działania,
q zakresem pomiaru,
q dokładnością pomiaru,
q konstrukcjÄ…,
q wielkością i postacią sygnału pomiarowego.
3
Pomiar temperatury
h Do pomiaru temperatury służą:
q termometry oporowe (rezystancyjne),
q ogniwa termoelektryczne (termopary).
h Termometry oporowe:
q stosowane do pomiaru temperatury w zakresie od -200°C do
+800°C,
q zasada działania polega na zmianie rezystancji drutu
oporowego w funkcji zmiany temperatury,
q powinny być zasilane za stabilizowanego z
ródła napięcia,
q w celu skompensowania oporności kabli przyłączeniowych,
przetworniki pomiarowe współpracujące z czujnikami
rezystancyjnymi mogą być podłączane do czujnika przy
pomocy linii 3-przewodowej lub 4-przewodowej.
Termopary
h Ogniwa termoelektryczne:
q stosowane do pomiaru temperatury w zakresie od -200°C do
+1800°C
q zasada działania polega na pomiarze siły elektromotorycznej
powstałej w miejscu styku dwóch różnych metali pod
wpływem różnicy temperatury w miejscu pomiarowym,
q przewody wyprowadzone z termoelementu powinny być
umieszczone w otoczeniu, w którym panuje stała temperatura.
W przeciwnym razie należy mierzyć tą temperaturę (tzw.
temperaturę zimnych złączy. Umożliwi to wprowadzenie
poprawek do pomiaru eliminujących niepożądane siły
elektromotoryczne  tzw. kompensacja zimnych złączy.
4
Tensometry
h Czujniki tensometryczne:
q stosowane do pomiaru masy/ciężaru,
q zmieniają rezystancję w funkcji naprężeń (działających sił),
q ze względu na stabilność i dokładność pomiaru ważne jest,
aby sterownik dysponował bardzo dobrym z
ródłem
zasilania mostka tensometrycznego oraz metodami
kompensacji tętnień tego z
ródła.
h Standardy sygnałów wejściowych modułów tensometrycznych
w PLC:
Ä… 25 mV
Ä… 50 mV
Ä… 100 mV
Moduły wejść analogowych w PLC
hWejścia analogowe umożliwiają śledzenie i nadzorowanie
procesów charakteryzujących się płynną zmiennością
parametrów, jak temperatura, ciśnienie, poziom, położenie.
hModuły wejść analogowych posiadają przetworniki analogowo-
cyfrowe, których zadaniem jest przetworzenie sygnału ciągłego na
wartość liczbową proporcjonalną do analogowego sygnału
wejściowego.
h W automatyce sygnały analogowe występują w standardach:
0& 20 mA
4& 20 mA
0& 10 V
-10 & +10 V
5
Sygnały analogowe
h Wg PN-IEC1133-2 standard 0-20 mA nie jest zalecany do nowych
instalacji.
h Standard 4-20 mA jest lepszy od 0-20 mA, gdyż:
q umożliwia wykrywanie przerw w obwodzie,
q zapewnia bezpieczny odstęp od poziomu szumów.
h Stosowanie norm umożliwia wytwarzanie uniwersalnych
przyrządów o standardowych wielkościach wejściowych i
wyjściowych dostosowanych do różnych urządzeń automatyki.
h Czujniki temperatury często są wyposażone w przetwornik na
napięcie 0-10 V lub prąd 4-20 mA, dzięki czemu w konfiguracji PLC
można stosować standardowe moduły wejść analogowych
napięciowe lub prądowe zamiast modułów termoparowych lub
rezystancyjnych.
Moduły wejść analogowych
w sterownikach GE
MODUA
Y WEJŚCIOWE ZAKRES ROZDZIELCZOŚĆ
NAPI
CIOWE -10 do +10 V 12-16 bitów
0 do +10 V
PR
DOWE 0 do 20 mA 12-16 bitów
4 do 20 mA
NAPI
CIOWO-PR
DOWE -10 do +10 V 12-16 bitów
0 do +10 V
0 do 20 mA
4 do 20 mA
TERMOPAROWE J, K, N, T, E, 0.1oC, 0.5oC
R, S, B, C
REZYSTANCYJNE (RTD) Pt100, Pt1000, 0.125oC, 0.5oC
Ni120, Cu100
TENSOMETRYCZNE +/-20, 25, 30, 16 bitów
50, 100 mV
6
Moduł wejść analogowych prądowych
12-bitowa rozdzielczość
max 212  1 = 4095
zakres: (0, +4095)
rozdzielczość prądowa:
tryb 0-20 mA  5 µA
tryb 4-20 mA  4 µA
+4000 = 2# 0000 1111 1010 0000
=16# 0FA0
po przesunięciu o 3 bity w lewo:
2# 0111 1101 0000 0000
16# 7D00 = 32000
Moduł wejść analogowych napięciowych
+2000 = 2# 0000 0111 1101 0000 = 16# 07D0
12-bitowa rozdzielczość
po przesunięciu o 4 bity w lewo:
max 211  1 = 2047
2# 0111 1101 0000 0000 = 16# 7D00 = 32000
zakres: (-2048, +2047)
rozdzielczość napięciowa: 5 mV -2000 = 2# 1111 1000 0011 0000 = 16# F830
po przesunięciu o 4 bity w lewo:
2# 1000 0011 0000 0000 = 16# 8300 = -32000
7
Moduły wyjść analogowych w PLC
h Moduły wyjść analogowych posiadają przetworniki cyfrowo-
analogowe, które zamieniają wartości liczbowe na odpowiadające
im poziomy napięcia lub prądu.
h Standardy:
0& 20 mA
4& 20 mA
0& 10 V
-10 & +10 V
h Sterownik PLC poprzez wyjścia analogowe może oddziaływać na
urzÄ…dzenia wykonawcze takie, jak: regulatory temperatury (zmiana
wartości zadanej), przemienniki częstotliwości (sterowanie
obrotami silnika), zawory ze sterowaniem ciągłym (sterowanie
stopniem otwarcia zaworu), serwonapędy.
Moduły wyjść analogowych
w sterownikach GE
MODUA
Y WYJŚCIOWE ZAKRES ROZDZIELCZOŚĆ
NAPI
CIOWE -10 do +10 V 12-13 bitów
PR
DOWE 0 do 20 mA 12-13 bitów
4 do 20 mA
NAPI
CIOWO- -10 do +10 V 16 bitów,
PR
DOWE
0 do +10 V 15 bitów,
0 do 20 mA 15 bitów,
4 do 20 mA 15 bitów
8
Moduł wyjść analogowych napięciowych
13-bitowa rozdzielczość
U[V]
max 212  1 = 4095
10
zakres: (-4096, +4095)
%AQ
-32000
+32000
-10
Moduł wyjść analogowych prądowych
Tryb 0-20 mA Tryb 4-20 mA
I [mA] I [mA]
20 20
4
%AQ %AQ
0 +32000 0 +32000
9
Literatura
1. Katalog sterowników GE Fanuc serii 90-30. LI-ASK-PLC-GE3, Astor, Kraków.
2. Seria 90-30. Opis systemu. LI-ASK-OS-GE1. Astor, Kraków 1997.
3. Sałat A., Korpysz K., Obstawski P. Wstęp do programowania sterowników PLC.
WKA
2010.
4. PN-EN 61131-1: 1998. Sterowniki programowalne. Postanowienia ogólne.
10