TÍN HIỆU ANALOG VÀ CÁCH XỬ LÝ TRONG PLC S7-1200
1. Tín hiệu analog Tín hiệu nhị phân có thể giả định chỉ hai mức tín hiệu là +24V và 0V (tương ứng với mức 1 và mức 0 của tín hiệu), thì ngược lại tín hiệu analog trong một phạm vi nhất định có thể giả định bất kỳ giá trị nào. Một ví dụ điển hình cho loại cảm biến analog đó là một chiết áp. Tùy thuộc vào vị trí của các nút xoay mà có thể thiết lập điện trở tương ứng với vị trí đó. Ví dụ về các biến tương tự trong kỹ thuật điều khiển -Nhiệt độ -Lưu lượng -Tốc độ -Áp suất -Mức nước -……….. Sử dụng một bộ chuyển đổi, các biến này được thay đổi thành điện áp, dòng điện hoặc điện trở. Ví dụ : tốc độ được ghi lại, phạm vi tốc độ có thể được thay đổi từ 500….1500 V/Phút, ta có thể quy ra thành các mức điện áp từ 0….+10V bằng cách sử dụng một bộ chuyển đổi analog. Đối với tốc độ đo được là 865 V/phút, bộ chuyển đổi sẽ đọc một giá trị điện áp +3.65V.
Các tín hiệu điện áp, dòng điện và điên trở sau đó được kết nối với một module tương tự để xử lý. Nếu các biến tương tự được xử lý với một PLC, điện áp hiện tại hoặc giá trị điện trở được chuyển đôi thành tín hiệu số. Chuyển đổi này được gọi là chuyển đổi tương tự - số (chuyển đổi A/D). Điều này có nghĩa, ví dụ giá trị điện áp 3.65V được lưu trữ trong một chuỗi các chữ số nhị phân, giá trị của chuỗi số nhị phân này phụ thuộc vào độ phân giải của module analog. Ví dụ độ phân giải 1 bit đã có sẵn cho phạm vi điện áp 0…+10V, tín hiệu trả về chỉ nằm trong phạm vi của +5V…10V. Với độ phân giải là 2 bit, phạm vi có thể được chia thành 4 phạm vi cá nhân, tức là 0…2.5/2.5…5/5…7.5/ 7.5…10V sẽ trả về thông số điện áp tương ứng chính xác hơn nếu độ phân giải cao hơn. Trong việc tính toán điều khiển, bộ chuyển đổi A/D chuyển đổi với 8 hoặc 11 bit, trong đó 8 bit cung cấp cho 256 phạm vi và 11 bit độ phân giải là 2048 phạm vi.
2. Giới thiệu chung về module analog Trước hết bạn hãy so sánh việc cộng hai tín hiệu tương tự (analog) với việc cộng hai tín hiệu số (digital), công việc nào đơn giản hơn khi mà kỹ thuật số phát triển như hiện nay? Hay ta lấy một ví dụ đơn giản như sau : Ta cần điều khiển nhiệt độ của một lò nung sao cho đạt được chất lượng nào đó. Làm thế nào để đo nhiệt độ về và xử lý nhiệt độ đó như thế nào trong bài toán điều khiển? Một trong những công cụ được sử dụng là module analog. -Vậy module analog là gì? -Các bạn đã biết được gì về module analog -Các bạn đã từng sử dụng chưa?
-Nguyên lý hoạt động chung của module analog là gì? a) Khái niệm về module analog. Module analog là một công cụ để xử lý các tín hiệu tương tự thông qua việc xử lý các tín hiệu số. b) Analog input Thực chất nó là một bộ biến đổi tương tự - số (A/D). Nó chuyển tín hiệu tương tự ở đầu vào thành các con số ở đầu ra. Dùng để kết nối các thiết bị đo với bộ điều khiển: chẳng hạn như đo nhiệt độ. c) Analog output Analog output cũng là một phần của module analog. Thực chất nó là một bộ biến đổi số - tương tự (D/A). Nó chuyển tín hiệu số ở đầu vào thành tín hiệu tương tự ở đầu ra. Dùng để điều khiển các thiết bị với dải đo tương tự. Chẳng hạn như điều khiển Van mở với góc từ 0-100%, hay điều khiển tốc độ biến tần 0-50Hz. 3. Các dạng dữ liệu trong PLC S7-1200
Chú ý : Các loại dữ liệu INT và REAL rất quan trọng trong xử lý tín hiệu analog, tín hiệu analog đưa giá trị về dạng số nguyên trong đó định dạng là INT, để tiếp tục xử lý chính xác thì chỉ có số REAL mới có thể làm tròn thành INT. 4. Nhập và đọc giá trị tại ngõ ra Analog Giá trị analog được nhập vào PLC dưới dạng Word. Ví dụ : -IW64 : analog input word 64 -QW80 : analog output word 80 Mỗi giá trị analog được gán vào một ngõ ra hay ngõ vào dưới định dạng word. Địa chỉ ngõ vào hay ngõ ra analog phụ thuộc vào địa chỉ trên Divice Overview. Ví dụ :
Địa chỉ của ngõ vào analog đầu tiên trong trường hợp này là IW64, ngõ vào thứ hai là IW66 và ngõ ra analog là QW80 Việc chuyển đổi giá trị analog được xử lý tiếp trong PLC giống với các ngõ vào và ngõ ra analog
5. Lệnh Scale và Normanlize trong TIA Portal Để sử dụng analog thì ta sẽ sử dụng tới hàm SCALE_X và NORM_X Lệnh SCALE_X định tỷ lệ của thông số số thực được chuẩn hóa VALUE, với (0.0<=value<=1.0) thành kiểu dữ liệu và phạm vi giá trị được xác định bởi thông số MIN và MAX : OUT = VALUE (MAX - MIN) +MIN Đối với lệnh SCALE_X, các thông số MIN, MAX và OUT phải là kiểu dữ liệu giống nhau
Lệnh NORM_X chuẩn hóa thông số VALUE bên trong phạm vi giá trị được xác định bởi các thông số MIN và MAX: OUT = (VALUE - MIN) / (MAX - MIN) với (0.0 <= out
<=1.0)
Đối với lệnh NORM_X, các thông số MIN, VALUE và MAX phải là kiểu dữ liệu giống nhau
Lưu ý: -thông số VALUE trong lệnh SCALE_X nên được giới hạn trong khoảng (0.0 <=value<= 1.0) -thông số VALUE trong lệnh NORM_X nên được giới hạn trong khoảng (MIN <=value<= MAX) Một đầu vào analog từ một module analog hoặc signal board sử dụng tín hiệu đầu vào hiện tại trong khoảng 0-27648 cho các giá trị hợp lệ. Giả sử một đầu vào analog là nhiệt độ tương ứng giá trị 0 là -300C và 27648 là 700C Để chuyển đổi các giá trị analog cho các đơn vị tương ứng, trước hết ta chuẩn hóa giá trị đầu vào thành một giá trị từ 0.0 đến 1.0 và sau đó đưa nó về khoảng -30.0 đến 70.0. Giá trị kết quả là giá trị tương ứng với mức độ C. Dưới đây là một ví dụ cụ thể :
