Giáo trình PLC cơ bản (Nghề Điện tử công nghiệp Cao đẳng) Phần 2

Bài Xử lý tín hiệu analog Mục tiêu: - Trình bày chuyển đổi đo - Vận dung tốn vào thực tế: Lập trình, kết nối, chạy thử - Rèn luyện đức tính tích cực, chủ động sáng tạo 4.1 Tín hiệu Analog Trong trình điều khiển hệ thống tự động hóa có yêu cầu điều khiển liên quan đến việc xử lý tín hiệu analog Các đại lượng vật lý như: nhiệt độ, áp suất, tốc độ, dòng chảy, độ PH… cần phải Transducer chuẩn hóa tín hiệu phạm vi định mức cho phép trước nối tín hiệu vào ngõ vào analog Ví dụ: chuẩn tín hiệu điện áo từ đến 10VDC chuẩn tín hiệu analog dòng từ đến 20mA Các Module ngõ vào analog (Al) bên có chuyển đổi ADC (Analog Digital Converter) để chuyển đổi tín hiệu analog nhận thành số đưa CPU qua Bus liệu Các module ngõ (AO) bên có chuyển đổi DAC (Digital Analog Converter) chuyển tín hiệu số nhận từ CPU giá trị analog áp dịng Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống có sử dụng tín hiệu analog 89 4.2 Biểu diễn giá trị Analog Mỗi tín hiệu ngõ vào Analog sau qua chuyển đổi ADC Module Al chuyển thành số nguyên Integer 16 bit có giá trị từ đến 27648 Do đó, địa vùng nhớ chứa giá trị Word Độ xác phép chuyển đổi phụ thuộc vào Module Analog có, phạm vi độ phân giải từ đến 15 bit Module Analog có độ phân giải cao giá trị chuyển đổi xác Việc chuyển đổi từ tín hiệu Analog sang tín hiệu số tỷ lệ thuận có dạng đường thẳng Các giá trị Analog sau chuyển đổi thành giá trị số chứa vào word 16 Bit lấp đầy bit word theo thứ tự từ bên trái sang Các bit trống lấp đầy số (Chú ý bit thứ 15 bit dấu :=0 giá trị chuyển đổi số nguyên dương =1 giá trị chuyển đổi số nguyên âm Hình 4.2: Độ phân giải module Analog 4.3 Kết nối ngõ vào/ra Analog Để đảm bảo tín hiệu Analog có độ xác cao ổn định cần tuân thủ điều kiện sau: + Đảm bảo điện áp 24VDC cấp nguồn cho Sensor không bị ảnh hưởng nhiễu ổn định + Định tỷ lệ cho module (được mô tả bên dưới) + Dây nối cho Sensor chần để ngắn tới mức + Sử dụng cáp đôi dây xoắn cho sensor + Tất ngõ vào không sử dụng phải nối tắt + Tránh bẻ cong dây dẫn thành góc nhọn + Sử dụng máng dây hay ống dây cho tuyến dây 90 + Tránh đặt đường dây tín hiệu Analog gần với đường dây có điện áp cao, hai đường dây cắt phải đặt chúng vng góc với Hình 4.3: Sơ đồ kết nối module Analog Phương pháp định tỷ lệ ngõ vào Analog: Việc định tỷ lệ ngõ vào Analog có ảnh hưởng đến tất ngõ vào modul EM AI Để định tỷ lệ ngõ vào cách xác, cần sử dụng chương trình thiết kế để tính trung bình giá trị đọc từ module Có thể sử dụng Analog Input Filtering wizard STEP Micro/win để tạo chương trình Nên sử dụng 64 giá trị lấy mẫu để tính giá trị trung bình tín hiệu Analog Để thực việc định tỷ lệ cần theo bước sau: + Tắt nguồn cung cấp cho module, chọn phạm vi ngõ vào mong muốn + Cấp nguồn lại cho CPU module có AI + Sử dụng Transmiter, nguồn áp, hay nguồn dòng đặt giá trị cho ngõ vào + Đọc giá trị mà CPU nhận ngõ vào tương ứng + Điều chỉnh biến trở đặt lại giá trị offset cho tói giá trị đọc + Điều chỉnh để tăng giá trị đặt vào tới mức xem giá trị mà CPU nhận + Điều chỉnh biến trở GAIN giá trị nhận 32000 tới giá trị số mong muốn + Lặp lại bước cần 91 Trên hình 4.4 cách đặt hệ tỉ lệ cho modul Analog Hình 4.4: Điều chỉnh tỉ lệ ngõ vào module Analog Điều chỉnh Swich biến trở điều chỉnh GAIN Việc định công tắc (Switch) module Analog EM thay đổi phạm vi đo lường định mức độ phân giải module Sơ đồ công tắc, chỉnh định phạm vi đo định mức độ phân giải phụ thuộc vào module Analog Các thông tin lấy từ sổ tay phần cứng module Bảng 1: Dải đầu vào độ phân giải tương ứng với vị trí switch Vị trí Switch Dải đầu vào Độ phân giải đến 50mV 12.5µV OFF đến 100mV 25µV OFF OFF đến 500mV 125µV OFF đến 1V 250µV OFF OFF ON OFF OFF đến 5V 12.5mV ON OFF OFF ON OFF OFF đến 20mA 5µV ON OFF OFF OFF ON đến 10V 2.5mV ±25mV 12.5µV ±50mV 25µV ±100mV 50µV ±250mV 125µV ±500mV 250µV ±1V 500µV ±2.5V 1.25mV ±5V 2.5mV 11 ON ON OFF ON ON ON OFF OFF ON ON OFF ON ON ON OFF ON OFF ON ON 11 OFF OFF OFF OFF ON OFF ON OFF ON OFF OFF ON OFF ON OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF ON OFF ON OFF OFF ON OFF OFF ON OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF ON OFF 92 4.4 Hiệu chỉnh tín hiệu Analog Module analog thường có nhiều tầm đo khác nhau, tín hiệu ngõ vào dịng điện điện áp Việc chuyển đổi từ tầm đo sang tầm đo khác thìết chuyển đổi thường có sai số định cấu trúc mạch chuyển đổi Do thông thường sử dụng module analog, người lập trình cần phải hiệu chỉnh trước sử dụng để kết chuyển đổi xác Dưới trình bày việc hiệu chỉnh cho ngõ vào điện áp, tầm đo 10V, ngõ vào chuyển đổi AIW0 - Cấp điện cho module analog hoạt động khoảng 10 phút - Chọn điện áp vào 10V ( độ phân giải 2,5mV) - Chỉnh biến trở ngõ vào AIW0 để ngõ vào đạt giá trị 0V - Dùng chương trình đọc giá trị analog vào quan sát giá trị Nếu chưa khơng hiệu chỉnh độ lợi (Gain) để đạt giá trị = - Chỉnh biến trở ngõ vào AIW0 để ngõ vào đạt giá trị 10V - Dùng chương trình đọc giá trị analog vào quan sát giá trị Nếu chưa 32000 hiệu chỉnh độ lợi (Gain) để đạt giá trị = 32000 Byte nhớ SMB 28 lưu trữ giá trị só biểu diễn vị trí chỉnh SMB 29 lưu trữ giá trị số biểu diễn vị trí chỉnh Sự điều chỉnh Analog có giá trị giới hạn từ tới 255 độ tin cậy tốt phạm vi từ 10 đến 200 Để thực việc điều chỉnh này, ta dùng tuốc nơ vít nhỏ để xoay biến trở sang phải sang trái để tăng giảm giá trị Hình 4.5: Chương trình điều khiển module EM 235 93 4.5 Giới thiệu module Analog PLC S7-200 Module analog EM231 4.5.1.Đặc tính chung Trở kháng vào >10M Bộ lọc đầu vào -3db 3.1KHz Điện áp cực đại cung cấp cho module 30VDC Dòng điện cực đại cấp cho module 32mA/ Có Led báo trạng thái Có núm chỉnh OFFSET độ lợi Hình 4.6: Module EM231 4.5.2 Đặc tính kỹ thuật module EM231 - Đầu vào module EM231 Số lượng ngõ vào 4AIW (AIW0,AIW2,AIW4,AIW6) Ngõ vào điện áp hay dòng điện - Dãy điện áp ngõ vào độ phân giải Điện áp vào: +10V, +5V, +2,5V,-5V,2,5V Dòng điện ngõ vào: đến 20mA 94 Độ phân giải: 5vA hay từ 1,25mV đến 2,5mV Giá trị số ngõ vào: -32000 đến 32000 hay từ đến 32000 - Switch chọn giá trị ngõ vào độ phân giải Hình 4.7: Sơ đồ mạch đầu vào module EM231 - Đầu module EM231 - Số đầu 1/ - Phạm vi đầu ÷10V 0-20mA - Điện trở tải: Với đầu điện áp nhỏ 5kΩ, với đầu dòng điện lớn 0,5kΩ - Độ phân giải : 12bit (đầu áp) 11 bit (đầu dịng) - Thời gian biến đổi : 100µs - Giới hạn lỗi hoạt động 600C - Tổn thất công suất 2W - Tiêu thụ dòng điện 30mA - Phạm vi hiển thị giá trị chuyển đổi : ±32.000 Sơ đồ mạch đầu module EM231 hình 4.8 95 Hình 4.8: Sơ đồ mạch đầu module EM231 Module analog EM235 Hình 4.8: Module EM235 cách đấu nối 96 a, Đầu vào module EM235 - Ngõ vào tương tự: AI, DC +/- 10V - Ngõ tương tự: AO, DC +/- 10V 12 bit converter Dải đầu vào/trở kháng đầu vào: - đến 50 mV; đến 100 mV; đến 500 mV; đến 1V; đến 5V; đến 10V; đến 20 mA; +/- 25 mV; +/- 50 mV; +/- 100 mV; +/- 200 mV; +/- 500 mV; +/- V; +/- 2.5 V; +/-5 V; +/- 10V độ phân giải12 bit converter Thời gian biến đổi tương tự sang số: