Bài 3 : Các tập lập điều khiển chương trình
2.4 Tín hiệu Analog
2.4.3 Hiệu chỉnh tín hiệu Analog
Nhiều cảm biến đọc tín hiệu tương tự như cảm biến nhiệt độ, áp suất, siêu âm, cảm biến màu, lưu lượng...trả về các tín hiệu tương tự tiêu chuẩn:
Tín hiệu dòng điện: 0 – 20 mA, 4 – 20mA Tín hiệu điện áp: 10V, 0 – 10V, 5V, 0 – 5V Tín hiệu nhiệt độ trả về với RTD, TC
Hình 3.18. Kết nối cảm biến với PLC
Khi tín hiệu tương tự trả về qua đầu vào tương tự AI sẽ được bộ chuyển đổi ADC chuyển sang tín hiệu dạng số Interger dưới dạng số hóa (mức) tín hiệu. Các giá trị này có thể được biểu diễn dưới dạng bản đồ sau:
Độ phân giải của tín hiệu tương tự (analog): Là số bit phải dùng để lưu giá trị
analog trên thực tế. Độ phân giải rất quan trọng khi xử lý tín hiệu analog trong lập trình PLC. Khi tín hiệu analog đi vào card tín hiệu analog, tín hiệu analog sẽ được chia thành giá trị từ 0 đến 32.767. Việc chia giá trị analog thành 32.767 cho chúng ta một độ phân giải nhất định. Khi đề cập đến tín hiệu tương tự trong PLC, các PLC đều có một thứ được gọi là dải cận trên và dải cận dưới.
Hình 3.19.Dải tín hiệu tương tự của PLC Siemens
Với những tín hiệu AI được tích hợp sẵn trên thân, CPU chỉ có thể đọc được điện áp từ 0 – 10V với độ phân giải là 10 bit. Ngoài ra, người dùng có thể dùng thêm các mô đun tương tự mở rộng để đọc các dải dòng điện, điện áp khác nhau. Cấu hình độ phân giải và tầm đo cho các mô đun, tín hiệu đọc về được cài đặt trên phần cứng mô đun hoặc trên phần mềm lập trình tùy thuộc vào nhà sản xuất quy định.
Dải tín hiệu thông thường hoặc dải tín hiệu định mức của chúng ta thường là 4- 20mA. Họ chia dải tín hiệu trên thành hai loại sau:
Dải vọt lố (dải quá mức)
Dải tràn ngưỡng trên Và với dải cực tiểu ta có:
Dải dưới ngưỡng chuẩn (dải dưới ngưỡng)
Dòng tràn ngưỡng dưới
Điều này có nghĩa là thay vì dải 4-20 mA, giờ đây chúng ta có dải 1,185 – 22,96 mA. Điều tương tự cũng áp dụng cho các loại tín hiệu tương tự khác.
Ví dụ: dải 0 – 10V là dải 0 – 11,852 V. Mỗi khi giá trị của chúng ta tăng lên 1, có nghĩa là tín hiệu tương tự đã tăng theo x mA
Điều chỉnh tín hiệu đầu vào tương tự : Khi tín hiệu đầu vào tương tự đi vào PLC, người lập trình sẽ phải điều chỉnh tín hiệu trong chương trình PLC. Điều chỉnh tỷ lệ có nghĩa là chuyển đổi giá trị thô từ đầu vào tương tự thành một số loại giá trị kỹ thuật. Giá trị kỹ thuật là một số đại diện cho giá trị vật lý, ví dụ: lưu lượng (m3/s), trọng lượng (kg) hoặc nhiệt độ (độ).
Điều chỉnh tỷ lệ với Khối chức năng SCALE: Trong Siemens có các khối chức năng tích hợp dành riêng cho việc điều chỉnh tỷ lệ. Khối này đơn giản được gọi là SCALE. HI_LIM và LOW_LIM là giới hạn cho giá trị kỹ thuật của bạn.
Ví dụ: nếu muốn chia tỷ lệ tín hiệu tương tự của mình thành 0-300 độ, LOW_LIM phải là 0 và HI_LIM 300. Tại đầu vào được gọi là IN là nơi giá trị thô từ đầu vào tương tự. Cuối cùng kết quả của việc chia tỷ lệ sẽ được gửi đến đầu ra của khối (OUT). Cách dùng khối chức năng để điều chỉnh tỷ lệ cũng giống như cách sử dụng toán học được trình bày trước đó. Một số người thích phương pháp này hơn phương pháp kia.
Đầu ra tín hiệu tương tự (Analog): Đầu ra tương tự có rất nhiều điểm tương đồng với đầu vào tương tự. Nhưng vẫn có một số khác biệt trong cả cách đấu dây và cách sử dụng chúng trong chương trình PLC của mình. Cũng giống như đầu vào tương tự, đầu ra tương tự có thể được chia thành hai loại: Điện áp và ường độ dòng điện
Lập trình với các hàm tương tự: Hàm NORM_X
Hình 3.20.Cấu trúc lệnh NORM_X
Sử dụng hàm NORM_X (Normalize) để chuyển đổi giá trị đầu vào nằm trong giới hạn [MIN, MAX) với đầu ra thay đổi tuyến tính trong giới hạn [0.0, 1.0].
Công thức toán học: OUT = (VALUE – MIN) / (MAX – MIN)
Thông số của hàm NORM_X:
Tham số Tín hiệu
vào/ra Kiểu dữ liệu Vùng nhớ Mô tả
EN Input BOOL I, Q, M, D, L Cho phép đầu vào hoạt
động
ENO Output BOOL Q, M, D, L Cho phép đầu ra hoạt
MIN Input Int, R I, Q, M, D, L hoặc hằng số
Giới hạn dưới của giá trị MIN
VALUE Input Int, R I, Q, M, D, L
hoặc hằng số Giá trị đầu vào
MAX Input Int, R I, Q, M, D, L
hoặc hằng số
Giới hạn trên của giá trị MAX
OUT Output Int, R Q, M, D, L Kết quả trả về trong giới
hạn [0.0, 1.0]
Hình 3.21.Đồ thị biểu diễn sự hoạt động của lệnh NORM_X Hàm SCALE_X:
Hình 3.22.Cấu trúc lệnh SCALE_X
Sử dụng hàm SCALE_X để chuyển đổi giá trị đầu vào VALUE sang một tầm giá trị mới phù hợp với yêu cầu sử dụng. Khi hàm SCALE được thực thiện, giá trị VALUE được chuyển đổi nằm trong giới hạn [MIN, MAX] được lưu trữ vào vùng nhớ OUT.
Hàm SCALE_X được làm việc theo biểu thức sau:
OUT = [VALUE ∗ (MAX – MIN)] + MIN
Thông số của hàm SCALE_X: Tham số Tín hiệu
vào/ra Kiểu dữ liệu Vùng nhớ Mô tả
EN Input BOOL I, Q, M, D, L
hoặc hằng số
Cho phép đầu vào hoạt động
ENO Output BOOL Q, M, D, L Cho phép đầu ra hoạt
động
MIN Input Int, R I, Q, M, D, L Giới hạn dưới của giá trị MIN
VALUE Input Int, R I, Q, M, D, L Giá trị đầu vào
MAX Input Int, R I, Q, M, D, L Giới hạn trên của giá trị MAX
OUT Output Int, R Q, M, D, L Kết quả trả về trong giới
hạn [MIN, MAX] Ứng dụng lệnh SCALE_X vàNORM_X để đọc tín hiệu Analog:
OUT = [((FLOAT (IN) – K1)/(K2 – K1)*(HI_LIM – LOW_LIM] + LO_LIM Công thức của lệnh NORM_X và SCALE_X để tạo ra công thức sử lý tín hiệu:
Hình 3.24.Lệnh NORM_X và SCALE_X xử lý tín hiệu
Bài tập ví dụ: Lập trình PLC cảnh báo mức nước trong bể chứa và đưa ra cảnh báo mức nước cao 990 lít và mức thấp 110 lít.
Bảng dữ liệu vào/ ra: