Wyjścia i wejścia analogowe w PLC

Zawartość lekcji

W tym wpisie poruszono temat działań podejmowanych w VisiLogic, mających na celu konfigurację analogowych I/O w sterowniku PLC. Jest to kompletny przewodnik, który pokazuje, w jaki sposób zadeklarować użycie wejść/wyjść określonego typu. Co więcej, pokazano, jak do danego wyjścia/wyjścia przypisać zmienne, które przechowują informacje zbierane, bądź wysyłane na zewnątrz. Lekcję kończy natomiast krótki przykład prostej wizualizacji danych przetwarzanych w programie.

Dla odmiany, w celu prezentacji procesu konfiguracji PLC, tym razem posłużono się sterownikiem serii SAMBA, model SM70-J-RA22.

Niezbędne materiały

Dlatego, że serie Vision (Enhanced lub Standard) oraz Samba mogą się różnić budową (rozmieszczeniem I/O), przebieg tej lekcji opiera się na korzystaniu z instrukcji obsługi (karty katalogowej) odpowiedniego sterownika. Tak więc, przed rozpoczęciem pracy, należy pobrać odpowiedni plik pdf. Można to zrobić, na przykład wyszukując posiadany produkt na stronie elmark.com.pl . Wszystkie dodatkowe materiały znajdują się zawsze po prawej stronie witryny opisującej konkretne urządzenie. Poniżej, przykład dla PLC SAMBA SM70-J-RA22.

Pobieranie instrukcji ze strony Elmark

Wyświetl instrukcję dla SM70-J-RA22

Wyświetl kartę katalogową dla SM70-J-RA22

Wyjścia analogowe w sterowniku PLC

Pierwszym tematem poruszanym w tej lekcji będą wyjścia analogowe w PLC serii Vision/Samba. Przed rozpoczęciem pracy, należy jednak wiedzieć, że dla PLC od Unitronics często jedno wyjście może pełnić różne role. Na przykład, wyjścia lub wejścia analogowe mogą być napięciowe lub prądowe. To, jak będą pracować w przypadku tworzonej przez nas aplikacji, zależy od konfiguracji w VisiLogic oraz pewnych drobnych modyfikacji na płytce z I/O sterownika.

Tak więc, jeszcze przed podłączeniem sterownika, należy zlokalizować na jego tylnym panelu odpowiednie złącza oraz rozeznać się w ich konfiguracji. Wszystko to dzieje się w oparciu o instrukcję użytkownika.

Identyfikacja oraz mechaniczne ustawienie wyjścia analogowego

Dalej, posługując się przykładem PLC serii SAMBA - SM70, odnajdziemy odpowiednie wyjścia na tylnym panelu sterownika. W instrukcji, do której link podano we wstępie, można odnaleźć schematyczne rozmieszczenie dwóch wyjść analogowych - strona 9, sekcja Analog Outputs. Są one narysowane od razu ze schematem podłączenia obciążenia.

Na stronie 6 zaś, widnieje rozpiska, jak ustawienie odpowiednich zworek (ang. jumper) wpływa na pracę danego wyjścia. I tak, patrząc na tabele zatytułowane "Analog Output 0/1: Set to Voltage/Current", możemy zauważyć następujące informacje.

• Do wyjść analogowych 0 i 1 odnoszą się zworki o numerach odpowiednio: 13 i 14.
• Odpowiednia zworka w położeniu A ustawia złącze w napięciowy tryb pracy, natomiast w położeniu B - w prądowy.

Wyjścia analogowe - rozmieszczenie na tylnym panelu PLC

Wyjścia analogowe PLC - ustawienie trybu - napięciowy lub prądowy

Do zworek tych można się dostać poprzez zdjęcie tylnej części obudowy PLC (jest nawet krótki poradnik na ten temat na stronie 11 instrukcji). Na potrzeby lekcji, używamy tylko wyjścia A0 ustawionego w tryb prądowy (zworka nr 13 w położeniu B).

Ustawienie zworki dla wyjścia analogowego A0 - tryb prądowy

Wyjścia analogowe PLC - konfiguracja w VisiLogic

W tym momencie można już z powrotem zamknąć pokrywę sterownika oraz podłączyć go do PC. Kolejny krok to oczywiście specyfikacja odpowiedniego modelu PLC i wbudowanych I/O w oknie Hardware Configuration. Omawiano to już w tej lekcji kursu. W tym przypadku, model PLC to SM70-J, natomiast wbudowane I/O (Snap-in I/O) to SM70-J-RA22.

Tym razem nie jest to jednak koniec zadań w oknie HW Configuration. Po wyborze odpowiedniego zestawu I/O, należy przejść do zakładki "Analog Outputs" i wprowadzić ustawienia, jak niżej.

Konfiguracja wyjścia analogowego dla PLC w środowisku VisiLogic

Ustawienia przeprowadzamy dla wiersza numer 0 - wyjście A0 sterownika. Zgodnie z ustawieniem zworki nr 13, należy wybrać typ prądowy - "4-20mA" (sterowniki PLC od Unitronics pracują właśnie na takim zakresie). Kliknięcie w dowolną z pozostałych kolumn otworzy standardowe okno przypisania zmiennej. Program pozwoli przypisać jedynie zmienną typu MI - Memory Integer. W tym przypadku, jest to zmienna o adresie 0 inicjalizowana wartością zerową, choć ustawienia te (łącznie z opisem) można oczywiście zmienić.

Sterowanie wartością wyjścia analogowego

Jak łatwo można się domyślić, wartość na wyjściu analogowym (tutaj reprezentowana jako natężenie prądu) zależy od wartości zmiennej przypisanej do tego wyjścia - w tym przypadku: "MI 0". Ale w jaki sposób?

Aby odpowiedzieć na to pytanie, należy najpierw w karcie katalogowej odpowiedniego PLC odnaleźć informację o rozdzielczości wartości na wyjściach analogowych, którą obsługuje sterownik. Innymi słowy, jest to ilość bitów w pamięci, na których sterownik koduje tę wartość.

W tym przypadku, na stronie 4 specyfikacji, widnieje informacja, że rozdzielczość wyjść analogowych to 12 bitów. Z wiedzy na temat układów cyfrowych wiadomo, że największa wartość, jaką można zapisać na dwunastu bitach (zakładając że jest ona zawsze dodatnia), to 2¹²-1, czyli 4095. Właśnie ta wartość zmiennej "MI 0" będzie w tym przypadku odpowiadać maksymalnej wartości na wyjściu analogowym - 20 mA.

Dodatkowo, należy wiedzieć, że wartość 0 zmiennej "MI 0" odpowiada wartości 0 mA na wyjściu. Takiej wartości nie możemy co prawda uzyskać (wyjścia PLC od Unitronics pracują w zakresie 4 - 20mA), lecz posiadając już 2 punkty odniesienia możemy prosto obliczyć, jaka wartość zmiennej "MI 0" odwzoruje nam 4 mA na wyjściu. Wykorzystamy przy tym fakt, że dla PLC od Unitronics zależność pomiędzy wyjściami, a zmiennymi do nich przypisanymi jest liniowa.

Rozdzielczość wartości na wyjściu analogowym w karcie katalogowej

Skalowanie wartości zmiennej sterującej do wartości na wyjściu

Podążając powyższym tokiem rozumowania można dojść do wniosku, że zwiększenie wartości zmiennej "MI0" o 204,75, zwiększy natężenie prądu na wyjściu o 1 mA.

Prosty program sterujący wyjściem analogowym

Korzystając z wiedzy nabytej podczas tego kursu, powinieneś/aś być w stanie napisać program sterujący wyjściem A0, poprzez zmienną "MI 0". Program powinien spełnić następujące warunki.

• Po naciśnięciu jednego przycisku program sprawdza, czy wartość maksymalna zmiennej została osiągnięta, a jeśli nie - zwiększa natężenie prądu na wyjściu o 1 mA.
• Drugi przycisk sprawdza, czy osiągnięto minimalną wartość "MI 0" (819), a jeśli nie - zmniejsza natężenie na wyjściu o 1 mA.

Schemat drabinkowy można utworzyć przy pomocy elementów: "Positive Transition Contact (Rise)", "Less Than", "Add", Greater Than", "Sub".

Schemat drabinkowy programu kontroli wyjścia analogowego

Ekran HMI programu kontrolującego wyjście analogowe PLC

Od teraz, zmienną "MI 0" można już inicjować wartością 819 - odpowiadającą 4 mA na wyjściu analogowym.

Prezentacja rozwiązania

Na kanale YouTube Elmark Automatyka zamieszczono już wcześniej film prezentujący całą konfigurację opisywanego tu rozwiązania. Przedstawiono tam wszystkie towarzyszące mu zagadnienia, więc może być on dobrą powtórką zarówno tej lekcji, jak i innych wpisów kursu.

Film został stworzony głównie w celu pokazowym, więc skalowanie wartości zmiennej "MI 0" może nieco różnić się od tego, przedstawionego na powyższych zdjęciach.

Wejścia analogowe PLC

Tym razem dokonamy konfiguracji wejścia analogowego, biorąc za przykład ten sam sterownik, co wcześniej. Pewne podstawowe kwestie należy powtórzyć analogicznie do poprzedniego przypadku.

Konfiguracja mechaniczna wejścia napięciowego

Znów korzystając z instrukcji użytkownika, na stronie 8 można odczytać rozmieszczenie dwóch wejść mogących pracować w trybie analogowym. Na stronie 6 natomiast, Producent zamieścił informacje na temat koniecznego ustawienia zworek, znajdujących się pod tylnym panelem.

Wejścia analogowe - rozmieszczenie na tylnym panelu PLC

Wejścia analogowe PLC - ustawienie trybu - napięciowy lub prądowy

W tym przypadku, ustawimy wejście "Input 5" w tryb analogowo - napięciowy. Za jego pomocą, odczytamy w programie sterownika wartość podawanego napięcia.

Z zaznaczonej wyżej tabelki wynika, że aby uzyskać taki tryb pracy wejścia, należy zmodyfikować położenie dwóch zworek:

• Jumper 4 - do położenia "B",
• Jumper 10 - do położenia "A".

Ustawienie zworki dla wejścia analogowego I5 - tryb napięciowy

Wejście analogowe PLC - konfiguracja w VisiLogic

Podobnie jak wcześniej, konfiguracja zaczyna się od przypisana zmiennej typu MI (Memory Integer) do odpowiedniego złącza, w oknie Hardware Configuration. Dlatego, że konfiguracja dotyczy wejścia analogowego, po wyborze odpowiedniego modelu wbudowanych I/O (Snap-in I/O), należy przejść do zakładki "Analog Inputs".

Ustawienia wejścia analogowego - napięciowego w środowisku VisiLogic

Skąd wiedzieć który numer w kolumnie "No." odpowiada danemu wejściu? Można to odczytać z nazwy tabeli, która zawiera informacje o nim, na stronie 6 instrukcji użytkownika. W tym przypadku ta nazwa to: "Input 5: Set Type - Digital or Analog #3 ", z czego ostatni człon reprezentuje właśnie poszukiwany numer.

Dalej, należy wybrać typ wejścia (tu: 0 - 10V), oraz przypisać zmienną. Pozostałe kolumny powinny pozostać nienaruszone - póki co zostaną pominięte.

Proste pomiary analogowe

Tak, jak w poprzednim przypadku, tak i tutaj należy przeskalować zmienną "MI 1", w celu odwzorowania rzeczywistej wartości napięcia na wejściu. Teoria tego zagadnienia została już opisana wyżej. Dlatego też, teraz przedstawiono tylko kolejne niezbędne kroki.

Po pierwsze, należy w karcie katalogowej odczytać rozdzielczość dla pomiarów na wejściach analogowych. Na stronie 2 widnieje informacja, że jest to 14 bitów.

Rozdzielczość na wejściu analogowo - napięciowym, odczytana w karcie katalogowej

Wynika z tego, że maksymalna wartość zmiennej obsługującej to wejście to: 2¹⁴-1 = 16383. Co więcej, dolna granica zarówno dla zmiennej przypisanej do wejścia, jak i rzeczywistego zakresu pomiarowego to 0. Na podstawie tych dwóch informacji można już zdefiniować liniową konwersję pomiędzy tymi dwiema wielkościami.

Program zbierający pomiary analogowe

W poprzednim przypadku, sterownik PLC sam przekształcał wartość zmiennej "MI 0" na odpowiednie natężenie prądu na wyjściu. Teraz jednak, w programie sterownika mamy jedynie zmienną "MI 1" przyjmującą wartości od 0 do 16383.

W celu przeprowadzenia skalowania tej zmiennej, należy do logiki PLC dodać bloczek "Linearization" z zakładki "Math".

Bloczek Linearization w programie PLC

Ustawienia bloczka Linearization

Ustawienia tego bloczka polegają na zdefiniowaniu:

• zakresu wartości wejściowej (X1, X2), tu: 0 i 16383;
• zakresu wartości wyjściowej (Y1, Y2), tu: 0 i 100;
• zmiennej wejściowej, tu: "MI 1";
• zmiennej wyjściowej, tu: "MI 2".

Zakres dla wyjścia (Y1, Y2), mimo że jest liczbą całkowitą, uwzględnia jedno miejsce dziesiętne po przecinku. W tym przypadku, wartość "100" odpowiada 10 V na wejściu. Dzięki temu, gdy przeskalowana wartość będzie wynosić np. 86, będziemy wiedzieć, że napięcie podawane na wejście to 8,6 V.

Gdybyśmy skalowali zmienną "MI 1" na zakres <0,10>, tracilibyśmy na dokładności pomiaru.

Jak widać powyżej, na potrzeby określenia zmiennej wyjściowej z bloczka, utworzono nową - "MI 2".

Wizualizacja danych czasu rzeczywistego

Jako dodatek to niniejszej lekcji, zamieszczono krótki film pokazowy, który prezentuje konfigurację licznika na panelu HMI sterownika. Wizualizuje on aktualną wartość napięcia wejściowego.

Wizualizacja mierzonej wartości analogowej na HMI

Do pobrania

W razie problemów z poprawnym wykonaniem zaprezentowanych tu kroków, możesz bezpłatnie pobrać plik projektu w VisiLogic. Zaleca się jednak, aby podczas nauki programowania, zadania te wykonywać samodzielnie.

W celu otrzymania linku do plików, skontaktuj się z nami pod adresem e-mail: sterowniki@elmark.com.pl

Podsumowanie

Aby uzyskać dostęp do innych lekcji, powróć do strony startowej tego kursu.

Do strony startowej kursu

Jeśli masz pytania, skontaktuj się z nami pod adresem e-mail: sterowniki@elmark.com.pl . Chętnie wysłuchamy również każdą konstruktywną krytykę na temat jakości tego kursu.