Xử lý tín hiệu analog PLC

MECHATRONIC - UTEHY Training document for the company-wide automation solution Totally Integrated Automation (T I A) MODULE B2 Analog value processing T I A Training document Last revision: 08/2009 Page of 14 Module B2 Analog value processing MECHATRONIC - UTEHY Forward PAGE: Analog Signals Data Types in STEP Math Operations 4.1 4.2 4.3 Calculation with fixed-point numbers (INT and DINT) Calculation with floating-point numbers (REAL) Data type conversion operations 10 11 Input/Output Analog Values 12 5.1 5.2 Input and normalize analog value Normalize and output analog value 13 14 The following symbols stand for the specified modules: Information Programming Example exercise Notes T I A Training document Last revision: 08/2009 Page of 14 Module B2 Analog value processing MECHATRONIC - UTEHY FORWARD This module B2 is assigned content wise to Additional functions of STEP 7- Programming Basics of STEP 7- Programming - days A modules Additional functions of STEP 7- Programming 2- days B Modules Industrial field bus systems 2- days D modules Sequencer programming 2- days C modules C Process visualization 2- days F modules IT- Communication with SIMATIC S7 1- days E modules Learning goal: In this module, the reader will learn about how analog values are inputted, processed, and outputted into a SIMATIC S7 Học xong Modul này, người học có khả lập trình, xử lý với tín hiệu từ đầu vào/ra tương tự (analog signal) PLC SIMATIC S7  Analog signals( Tín hiệu tương tự)  Data types in STEP 7( Các kiểu liệu Step 7)  Mathematical operations ( Các hàm xử lý toán học)  Conversion of data types in STEP 7( Chuyển đổi kiểu liệu Step 7)  Input and normalize an analog value ( Xử lý số liệu từ đầu vào tương tự)  Normalize and output an analog value ( Xử lý số liệu cho đầu tương tự) Requirements: For the successful use of this module, the following knowledge is assumed:   Knowledge in the use of Windows 95/98/2000/ME/NT4.0 Basics of PLC- Programming with STEP (e.g Module A3 - „Startup‟ PLC programming with STEP 7) Forward Analog signals T I A Training document Copyright by Hoang Quoc Tuan 10.08.2009 Data types Page of 14 Math operations Input/Output analog values Module B2 Analog value processing MECHATRONIC - UTEHY Required hardware and software PC, Operating system Windows 95/98/2000/ME/NT4.0 with - Minimal: 133MHz and 64MB RAM, approx 65 MB free hard disk space - Optimal: 500MHz and 128MB RAM, approx 65 MB free hard disk space Software STEP V 5.x MPI- Interface for the PC (e.g PC- Adapter) PLC SIMATIC S7-300 with at least one analog input/output module, by which a potentiometer or another analog signal transmitter is connected Also, an analog value display must be connected to an analog output Example configuration: - Power supply: PS 307 2A - CPU: CPU 314 - Digital inputs: DI 16x DC24V - Digital outputs: DO 16x DC24V / 0.5 A - Analog In-/ Outputs: AI 4/ AO x 8Bit STEP PC PC Adapter SIMATIC S7-300 Forward Analog signals T I A Training document Copyright by Hoang Quoc Tuan 10.08.2009 Data types Page of 14 Math operations Input/Output analog values Module B2 Analog value processing MECHATRONIC - UTEHY ANALOG SIGNALS ( TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ) Contrary to a binary signal, which can only accept two signal statuses „Voltage available +24V„ and „Voltage not available 0V„, analog signals can also take as many values as desired within a certain range A typical example of an analog transmitter is a potentiometer Depending upon the position of the rotary button any resistance can be stopped here up to the maximum value Chúng ta biết tín hiệu số ( digital signals) loại tín hiệu có hai mức “0” ứng với “0V” “1” ứng với “24V” Khác với tín hiệu số, giá trị tương tự nhận giá trị nằm dải xác định Một ví dụ điển hình phần tử cho tín hiệu tương tự chiết áp, phụ thuộc vào vị trí trượt cho giá trị nằm dải từ giá trị thấp ( tương ứng với điện trở 0) đến giá trị cao ( tương ứng với giá trị cực đại) Examples for analog measurements in control systems technology: Một số ví dụ phần tử cho tín hiệu tương tự hệ thống điều khiển:  Temperature -50 +150°C ( Cảm biến nhiệt)  Flow 200l/min ( Cảm biến lưu lượng)  Revolutions 500 1500 R/min ( Máy phát tốc)  Etc These sizes are converted into electrical voltages, currents, or reisistances with the help of a measuring transducer E.g if a number of revolutions is to be collected, the speed range can be converted from 500 1500 R/min over a measuring transducer into a voltage range from +10V At a measured number of revolutions of 865 R/min, the measuring transducer would emit a voltage level of + 3.65 V Dải giá trị đại lượng vật lý chuyển đổi thành giá trị tín hiệu điện tương ứng( điện áp/ dòng điện/ điện trở) nhờ phần tử chuyển đổi ( transducer) Ví dụ: sử dụng máy phát tốc để đo tốc độ nằm dải 500…1500 vòng /phút với tín hiệu đầu điện áp 0…+10V Tại thời điểm tốc độ 865 vòng/phút cho ta giá trị điện áp đầu máy phát tốc xấp xỉ +3.65V 500 865 1500 R/min 365 10V: 1000 R/min = 0,01 V/R/min 1000 R/min 365 R/min x 0,01 V/R/min = 3,65 10V 0V +10V Sau tín hiệu tương tự đo gửi tới PLC để xử lý, tín hiệu phải chuyển đổi thành số dạng mã nhị phân, PLC sử dụng chuyển đổi tương tự - số ( ADC) để làm nhiệm vụ Nếu dùng nhiều bit để biểu diễn giá trị số sau chuyển đổi độ phân giải tín hiệu tương tự đo cao Ví dụ: với tín hiệu tương tự điện áp có dải từ 0…+10V, dùng bit để biểu diễn, biết điện áp khoảng 0…+5V từ +5V…+10V Nếu dùng bit để biểu diễn xác định dải giá trị 0…+2.5V/ +2.5V…+5V/+5V…+7.5V/+7.5V…+10V Thông thường chuyển đổi ADC dùng modul tương tự PLC loại bit 12 bit Tức độ phân giải 256 2048 khoảng Forward Analog signals T I A Training document Copyright by Hoang Quoc Tuan 10.08.2009 Data types Page of 14 Math operations Input/Output analog values Module B2 Analog value processing MECHATRONIC - UTEHY If similar measurements with a PLC are processed, then the inputted voltage, current or resistance value must be converted into digital information One indicates this conversion as analog digital conversion (A/D conversion) This means, that e.g the voltage value of 3.65V is deposited as information into a row of equivalent binary digits The more equivalent binary digits are used for the digital representation, thus the resolution becomes finer If one would have used bit e.g for the voltage range +10V, only one statement could be met, if the measured voltage in the range +5V or in the range +5V +10V With bits, the range can be partitioned into single areas, 2.5/2.5 5/5 7.5/7.5 10V Usually A/D conversion in control systems engineering changes with or 12 bit You have 256 single areas with bits and with 12 bit a resolution of 2048 single areas 0A/0V 20mA/10V 10V: 2048 = 0,0048828  Voltage 12 Bit differences