Partnerzy portalu iAutomatyka.pl

ZOSTAŃ PARTNEREM PORTALU

Korporacja Mitsubishi Electric, posiadająca 90 lat doświadczenia w zakresie dostarczania niezawodnych, wysokiej jakości innowacyjnych produktów w dziedzinie automatyki przemysłowej, produkcji, marketingu i sprzedaży urządzeń elektrycznych i elektronicznych. Programowalne sterowniki PLC, rozwiązania napędowe, roboty przemysłowe, panele dotykowe, wycinarki laserowe i sterownie CNC firmy Mitsubishi Electric zaliczają się do produktów najwydajniejszych na rynku i gwarantują sukcesy firmy już od ponad 30 lat.

WAGO jest producentem urządzeń automatyki przemysłowej i budynkowej oraz systemów połączeń dla elektrotechniki i elektroniki. Powstanie w 1951 roku firmy WAGO było wyrazem przekonania o słuszności obranego kierunku i stworzyło podwaliny pod dalszy rozwój technologii. Z czasem stała się ona standardem na całym świecie i teraz nie sposób wyobrazić sobie nowoczesnej instalacji elektrycznej czy systemu automatycznego sterowania bez wyrobów WAGO.

Eaton Electric jest producentem najwyższej jakości automatyki przemysłowej, aparatury sygnalizacyjnej, łączeniowej, zabezpieczającej i instalacyjnej oraz systemów rozdziału energii niskiego napięcia. Międzynarodowe nagrody oraz certyfikaty są dowodem, iż produkty Eaton Electric odpowiadają najnowszym standardom bezpieczeństwa i wymaganiom jakości. Wszystkie nasze wyroby gwarantują długoletnie działanie.

Generic selectors
Exact matches only
Szukaj w tytule
Search in content
Szukaj postów i artykułów
Search in pages
Szukaj w katalogu firm
Szukaj ofert pracy

Kurs Automatyki #5.1 Pomiary analogowe 4-20mA i 0-10V.

20411 wyświetleń

Artykuł z serii: Kurs podstaw automatyki


Sygnały analogowe w układach sterowania przesyłają informację o konkretnych wartościach procesów technologicznych. Możemy wymienić tutaj kilka wielkości fizycznych takich jak ciśnienie, przepływ, poziom, odległość, waga, gęstość, stężenie, temperatura i wiele innych. Za generowanie tej informacji odpowiedzialne są czujniki analogowe a za odbiór moduły analogowe umieszczone w sterownikach PLC, w modułach rozproszonych lub w urządzeniach specjalnych np. falownikach.


multiprojekt
Artykuł powstał we współpracy z firmą Multiprojekt, która w swojej ofercie posiada komponenty automatyki od urządzeń wykonawczych (siłowniki, silniki itp.) po urządzenia sterujące (PLC, HMI itd.). Firma Multiprojekt zajmuje się również organizowaniem szkoleń dla automatyków, które kosztują tylko 50 zł netto! Warto się tym zainteresować!


Czujnik analogowy, zwany również przetwornikiem, przetwarza wielkość fizyczną na elektryczną. W przemyśle przyjęły się głównie 2 standardy sygnałów elektrycznych i są to:

Sygnał prądowy: 4…20mA
Sygnał napięciowy: 0…10 V
Są jeszcze pomiary temperatury ale jest to na tyle bogaty temat, że zostanie wyjaśniony w kolejnym odcinku kursu automatyki #5.2.

Można również spotkać inne zakresy:

Sygnał prądowy: 0…20mA
Sygnały napięciowe: [-10V…10V], [0V…5V], [-5V…5V], [1…5V]

Natomiast sterowniki przetwarzają wartość elektryczną na cyfrową za pośrednictwem przetwornika analogowo cyfrowego A/D.

W przykładowym skrócie:
1. W zbiorniku jest ciśnienie 6 bar.
2. Czujnik ciśnienia [0..20mA] przetwarza tą wielkość fizyczną na elektryczną np. 10mA
3. Przetwornik A/D w sterowniku przetwarza 10mA na wartość cyfrową np. 10475
4. Program PLC wartość cyfrowa jest skalowana z powrotem na wartości inżynierskie i na panelu HMI wyświetlana jest wartość 6 bar.

Pomiar analogowy - wejscie analogowe sterownika plc

W tym artykule zostało to lepiej wyjaśnione.

Parametry wejść analogowych w sterownikach PLC

Rozdzielczość wejścia analogowego – przeglądając specyfikację urządzenia z wejściami analogowymi możemy natknąć się na taki parametr jak rozdzielczość. Głównie spotykamy rozdzielczości takie ja 6, 10, 12, 14 i 16 bitów. Weźmy to tak na chłopski rozum. Wartość cyfrowa pomiaru analogowego zapisywana jest w postaci bitów. Im więcej bitów mamy do dyspozycji tym większą liczbę możemy binarnie w tych bitach zakodować. W sterownikach przestrzeń bitową w której zapisywana jest liczba nazywamy rejestrem. Np. w rejestrze 16 bitowym możemy binarnie zapisać liczbę od 0 do 65536. Weźmy zatem na warsztat pomiar analogowy 0 – 10V i dwie rozdzielczości wejścia analogowego 10 bitów (0-1024) i 16 bitów (0-65536).

Rozdzielczość dla 10 bitów to 10V/1024 =  0,00977 V (~10mV)
Rozdzielczość dla 16 bitów to 10V/65536 = 0,000153 V (~153µV)

Jaki wyciągniemy z tego wniosek? Im większa rozdzielczość tym  większa szczegółowość pomiaru. Nie mylić z dokładnością pomiaru bo to już jest inna para kaloszy.

Dokładność pomiaru – spróbuję znów po chłopsku. Dokładność wejścia analogowego sterownika PLC określa o ile sterownik może się poślizgnąć (czyt. pomylić) przy pomiarze w stosunku do pełnego zakresu pomiarowego. Inaczej: dokładność wyznacza się przez określenie maksymalnej różnicy między wartością rzeczywistą a zmierzoną. Wyjaśnimy to za chwilę na konkretnym przykładzie.

Typ wejścia – Tak jak wspominałem wyżej. Najczęściej spotykane standardy to prądowy 4-20mA i napięciowy 0-10V.  Oba te pomiary są klasyfikowane jako unipolarne. W niektórych urządzeniach można konfigurować typ wejścia na bipolarne na przykład prądowy -20 – 20 mA lub napięciowy -10V – 10 V.

Sposób podłączenia – wśród wejść analogowych możemy spotkać wejścia jednokońcówkowe (pojedyńcze) lub różnicowe. W tych pierwszych wszystkie wejścia analogowe są podłączone do wspólnej masy, natomiast w tych drugich przetwarzana jest różnica napięć między dwoma wejściami. Układ połączeń pojedynczych ma tą zaletę, że na jednym module zmieści się więcej punktów pomiarowych. Wejścia różnicowe są bardziej odporne na zakłócenia chociaż zaleca się ekranowanie jednych i drugich.

podlaczenie czujnikow analogowych do sterownika plc modulu analogowego

Sposób podłączenia czujników analogowych do modułów pojedynczych i różnicowych

Sposób konfiguracji wejść – uniwersalne moduły analogowe pozwalają na konfigurację poszczególnych wejść lub całej sekcji wejść. W wielu urządzeniach możemy przypisać dla wejścia czy ma być prądowe czy napięciowe, unipolarne czy bipolarne oraz o jakim zakresie. Zmian dokonać można fizycznie za pomocą przełączników, zworek itp. lub programowo w projekcie programu PLC.

Inne – oczywiście jest wiele więcej parametrów i można je wymieniać wyciągając zagadnienia laboratoryjne. Główne parametry powinny być opisane w dokumentacji technicznej (manual) urządzenia.

Wyjaśnienie na module analogowym FATEK

2. Tak wygląda z profilu

Jako przykład weźmiemy moduł analogowy do sterowników FATEK – FBs-4A2D. Ze strony producenta LINK wyciągamy tabelę z danymi tego modułu:

Fbs-4A2D – Specyfikacja 
CharakterystykaFbs-4A2D
Punkty wejściowe4
Punkty wyjściowe2
Wartośc wejściowa/wyjściowa-8192~8191 lub 0~16383 (14 bitów)
 

Zakres sygnału wej/wyj

BipolarnegoNapięcie: -10~10V lub -5~5V Prąd: -20~20mA lub -10~10mA
UnipolarnegoNapięcie: -0~10V lub 0~5V Prąd: 0~20mA lub 0~10mA
Maksymalna rozdzielczośćNapięcie: 0.3mV (5V/16384) Prąd: 0.61 µA (10mA/16384)
Dokładność±1%
Czas przetwarzaniaodczyt w każdym skanie
Masymalny sygnał wejściowyNapięcie wejściowe: ±15V
Prąd wejściowy: ±30mA
Dopuszczalny zakres obciążeniaNapięcie wyjściowe: 500Ω~1MΩ
Prąd wyjściowy: 0~500Ω
Impedencja wejściowaNapięcie wejściowe: 63.2 kΩ
Prąd wejściowy: 250Ω
Metoda izolacjiIzolacja transformatorowa (mocy) i optoizolacja (sygnału), 500 VAC, 1minuta, brak izolacji pomiędzy kanałami
Zużycie mocy24 VDC -15%/ +20%, 3.2W max.
Mechanizm okablowaniaStała listwa zaciskowa 7.62mm

Przeanalizujmy zatem właściwości modułu FATEK – FBs-4A2D:

Rozdzielczość tego modułu to 14 bitów a więc odzwierciedlenie pomiaru np 4-20mA będzie  miało postać cyfrową w zakresie od 0 do 16383 (chociaż jak grzebniemy głębiej w instrukcję to okazuje się, że zakres to 0-16380 i tak samo wyszło podczas testów w filmie na końcu). Postaram się teraz abyś poczuł o co tutaj chodzi.

Niedawno na Fanpage iAutomatyka pojawił się post z Quizem dla Autoamtyka:

Czujnik analogowy 4-20mA pomiar analogowy plc

„Przy jakim ciśnieniu czujnik na wyjściu będzie miał wartość prądu 10mA?”

Prawidłowa odpowiedź to 6,875 bar i już tłumaczę dlaczego. Zakres przetwornika czujnika ciśnienia to 21 jednostek bar (od -1 do 20 bar) natomiast zakres wyjścia analogowego to 16 jednostek mA (od 4 do 20 mA). Na 1mA przypada zatem 21/16=1,3125 bara. Pojedziemy po kolei:

4mA → -1 bar
5mA → 0,3125 bar
6mA → 1,625 bar
7mA → 2,9375 bar
8mA → 4,25 bar
9mA → 5,625 bar
10mA → 6,875 bar
….
20mA → 20 bar

No dobrze ale jak „widzi” to sterownik PLC przez moduł FATEK – FBs-4A2D ? Przy założeniu że moduł jest skonfigurowany jako wejście analogowe unipolarne prądowe, czyli w tym przypadku będzie to 0-20mA więc na 1mA przypada ~819 wartości cyfrowej (16383 / 20 = ~819) to sterownik PLC odczyta wartości prądowe w następujący sposób:

0mA → czujnik uszkodzony → 0
1mA → czujnik uszkodzony → 819
2mA → czujnik uszkodzony → 1638
3mA → czujnik uszkodzony → 2457
4mA → -1 bar → 3277
5mA → 0,3125 bar → 4096
6mA → 1,625 bar → 4915
7mA → 2,9375 bar → 5734
8mA → 4,25 bar → 6553
9mA → 5,625 bar → 7372
10mA → 6,875 bar → 8191

20mA → 20 bar  → 16383 (16380 – według instrukcji producenta)

przetwazanie pomiaru analogowego w sterowniku plc

Później programista PLC musi przeskalować wartość cyfrową na jednostki inżynierskie (bar). W tym artykule podałem wzór jaki można do tego wykorzystać.

Dokładność modułu FATEK – FBs-4A2D to +/- 1% od całego zakresu pomiarowego. W przypadku pętli prądowej 4-20mA zakres pomiarowy to 16mA * 1% = 0,16mA – o tyle sterownik PLC może przekłamywać pomiar czyli o ~164 jednostki wartości cyfrowej (16383*1%) w stosunku do pomiaru rzeczywistego.

Typ wejścia i sposób konfiguracji wejść analogowych  Przed instalacją modułu  do sterownika PLC należy ręcznie ustawić mu konfigurację wejść analogowych. Chociaż początkowo wygląda to na skomplikowaną operację to po przeanalizowaniu dokumentacji można to ogarnąć. Aby dogrzebać się do zworek musimy najpierw zdjąć  przednią obudowę, później delikatnie podnosimy płytkę z elektroniką i całość mamy ja na dłoni:

Jeżeli potrzebujesz lub jesteś ciekaw w jaki sposób konfiguruje się ten moduł analogowy to odsyłam Cię do dokumentacji producenta TUTAJ lub bardziej szczegółowo i po polsku TUTAJ

Gdzie pomiar analogowy jest przechowywany w sterowniku PLC ?

IMG_8683

Dziwne pytanie? Bo właściwie gadam tutaj cały czas o jakiś wartościach cyfrowych, bitach i rozdzielczościach, nie? Postaram się to rozjaśnić na przykładzie sterowników PLC FATEK – gdzie leży wartość pomiaru analogowego w postaci cyfrowej. W tych sterownikach PLC informacje są przechowywane w różnych obszarach pamięci sterownika. Przytoczę kilka obszarów:

Obszar X – Odpowiada fizycznemu wejściu cyfrowemu. Na przykład %X0 = 1 oznacza że na wejściu 0 pojawiła się logiczna jedynka.
Obszar Y – Odpowiada fizycznemu wyjściu cyfrowemu.
Obszar M – Markery, czyli pamięć przechowująca stan logiczny 0 lub 1.
Obszar R – Rejestry 16 bitowe. W tych obszarach mogą być przechowywane liczby.

Mapa pamięci w sterownikach FATEK została zbudowana „na sztywno” . Oznacza to, że do pisania programu musimy używać obszarów do tego przeznaczonych np. mamy do dyspozycji markery od M0 do M1911 a kolejne są już wykorzystywane jako Markery systemowe o konkretnej funkcji. Przykładowo Marker M1922 ma przypisaną funkcje impulsującą 1Hz i co 1 sekundę zmienia stan z 0 na 1 i odwrotnie.
Analogicznie jest z rejestrami R: mamy do dyspozycji pewien obszar a kolejne rejestry są przypisane jako systemowe. Wartości cyfrowe pomiarów analogowych w zależności od konfiguracji modułów sterownika są przechowywane w przestrzeni rejestrów R3840~R3903. Możemy to sprawdzić w konfiguracji sterownika PLC w darmowym środowisku WinProladder (UWAGA! Oprogramowanie do sterowników FATEK posiada symulator PLC!):

Winproladder analog R3840

Konfiguracja wejść analogowych w oprogramowaniu WinProladder

Wartość cyfrowa wejścia analogowego I0 będzie przechowywana w rejestrze R3840, I1 w R3841, I2 w R3842 itd.
Więcej o przestrzeni pamięci w sterownikach FATEK znajdziecie TUTAJ (Alokacja pamięci).

Dlaczego 4…20mA ?

Najpopularniejszym standardem pomiaru analogowego w układach sterowania jest właśnie pętla prądowa 4-20 mA z uwagi na to, że jest to chyba najlepsze rozwiązanie. Czym właściwie jest pomiar analogowy w pętli prądowej? Jak byśmy rozgrzebali wszystko na części pierwsze to nazbierało by się sporo elektroniki jednak w celach dydaktycznych całość można uprościć do prawa Ohma.  Z jednej strony mamy sterowane źródło prądowe, które zmienia wartość prądu w obwodzie pomiarowym przez zmianę rezystancji. Z drugiej strony mamy odbiornik np. PLC a w uproszczeniu opornik na którym mierzone jest napięcie. Tak! W pętli prądowej finalnie PLC mierzy napięcie, ale szerzej wyjaśnię to w kolejnym artykule.

Pomiar 4-20mA jest dobry dlatego, że można go przesyłać w odległości nawet kilku kilometrów bez większych strat – należy jednak przy tym odpowiednio dobrać parametry pętli prądowej. Jest również dużo bardziej odporny na zakłócenia w stosunku do sygnałów napięciowych. W dwuprzewodowych czujnikach wykorzystuje się te same przewody do zasilania czujnika i wyjścia z sygnałem prądowym.

Mamy również pomiar 0-20mA, ale dlaczego 4-20mA jest lepszy? Prosta sprawa! Dlatego, że możemy łatwiej zdiagnozować uszkodzenie czujnika. Czujnik pomiarowy w maksymalnie dolnej wartości swojego zakresu na wyjściu ma 4mA. Jeżeli sterownik PLC zarejestruje wartość mniejszą niż 4mA w takim obwodzie pomiarowym to można to diagnozować jako uszkodzenie czujnika lub przerwanie pętli prądowej. W praktyce jednak daje się pewną tolerancję w zależności od dokładności czujnika i wejścia analogowego np. awaria czujnika jest uznawana poniżej 3,8mA i po czasie 5 sekund. Wszystko jednak zależy od specyfiki obiektu sterowania. Dobrze jeżeli sterownik PLC potrafi zmierzyć więcej niż 20mA – wtedy dodatkowo można zdiagnozować zwarcie w pętli prądowej.

DO POBRANIA

Pobierz paczkę .zip z plikami do tego stanowiska o następującej zawartości:

  1. Schemat elektryczny
  2. Projekt programu PLC do sterownika FATEK w WinProLadder
  3. Projekt programu HMI z kursu do panela WEINTEK w EasyBuilder PRO
  4. Projekt programu HMI – szablon do paneli WEINTEK 800×480 w EasyBuilder PRO (Do odcinka Kurs Automatyki #5.4

Pobierz paczkę

FILM


Więcej z serii: Kurs podstaw automatyki
13 września 2016 / Kategoria: , , , ,
  • Autor: Marcin Faszczewski
  • Założyłem blog i portal iAutomatyka.pl aby wspólnie z Automatykami, Firmami i Integratorami publikować i szerzyć informacje związane z automatyką.  Nazywamy to Projektem iAutomatyka!

    Od artykułów wyjaśniających zasady w świecie automatyki po wpisy informacyjne z wydarzeniami firm. Zapraszam Automatyków do założenia bezpłatnego konta i publikowania artykułów o automatyce razem z nami. Zapraszam też firmy do założenia profilu i umieszczenia swojej działalności w katalogu i na mapie automatyki jak i publikowania artykułów wśród społeczeństwa automatyków.

    Dołącz do projektu jako Integrator Automatyki.

    Dołącz do projektu jako Automatyk.

    Dołącz do projektu jako Firma, Producent, Dystrybutor.

  • Profil Autora
  • http://iautomatyka.pl/

CO O TYM MYŚLISZ? DODAJ KOMENTARZ!

NAJNOWSZE OD UŻYTKOWNIKÓW I FIRM

Laboratorium Badania Kompatybilności Elektromagnetycznej BPN-T

Nowy skaner laserowy DS5100 od Datalogic: Wydajność w każdych warunkach

Bolonia, 31 stycznia 2017 roku – Datalogic, światowy lider rynków automatycznego odczytu danych i automatyki przemysłowej, zapowiedział urządzenie DS5100, nowy, funkcjonalny, wielozadaniowy, kompaktowy skaner laserowy. Dzięki szerokiej ofercie modeli seria DS5100 oferuje świetną wydajność odczytu oraz wbudowaną łączność na poziomie przemysłowym. Datalogic za pomocą jednego produktu realnie spełnia różne potrzeby produkcji. To wydajne kosztowo rozwiązanie jest

Nowy skaner laserowy DS5100 od Datalogic: Wydajność w każdych warunkach

Podstawy obsługi przemienników częstotliwości serii FR-A800 firmy Mitsubishi Electric – część 1

Artykuł z serii: Podstawy urządzeń automatyki - Mitsubishi Electric Nie do końca znasz zasady obsługi tak szeroko wykorzystywanych w przemyśle przetwornic częstotliwości czy inaczej mówiąc przemienników częstotliwości, falowników? A może po raz pierwszy masz do czynienia z tymi urządzeniami i nie wiesz jak zacząć? Myślę, że ta seria artykułów o przemiennikach częstotliwości serii FR-A800 firmy

Podstawy obsługi przemienników częstotliwości serii FR-A800 firmy Mitsubishi Electric – część 1

Oprogramowanie Galileo 10.2 firmy Eaton – obecnie dostępne również z wizualizacją internetową bez konieczności znajomości HTML

Artykuł z serii: Urządzenia automatyki przemysłowej EATON Firma Eaton prezentuje najnowszą wersję oprogramowania wizualizacyjnego: Galileo 10.2. Eaton oferuje producentom maszyn i urządzeń możliwość dodatkowego skrócenia czasu tworzenia projektów i ich wdrażania. Oprogramowanie wspiera użytkowników paneli dotykowych XV100, XV300 i XP500 w zakresie programowania, obsługi, monitorowania i sterowania maszynami i systemami. Najnowsza wersja wprowadza wiele nowych

Oprogramowanie Galileo 10.2 firmy Eaton – obecnie dostępne również z wizualizacją internetową bez konieczności znajomości HTML

Przerażające zdania wypowiedziane przez roboty

Pracując z robotami, też do was mówią? Lubicie je? Boicie się ich? A może po obejrzeniu filmu jedynym wzbudzającym zaufanie robotem zostanie robot kuchenny?

Przerażające zdania wypowiedziane przez roboty

Promocja na wyłączniki instalacyjne BHW-T (nadprądowe i różnicowe) od Mitsubishi Electric

Zapraszamy do zapoznania się z naszą ofertą na porażająco niskie ceny wyłączników instalacyjnych serii BHW-T10. Główne trzy wyróżniające cechy wyłączników instalacyjnych BHW-T: wysoka zwarciowa zdolność łączeniowa 10kA możliwość zasilania zbiorczego z obu stron wyłącznika funkcjonalna konstrukcja ułatwiająca znakowanie obwodów W celu składania zamówień skorzystaj z formularza lub kontaktu e-mail: mpl@mpl.mee.com

Promocja na wyłączniki instalacyjne BHW-T (nadprądowe i różnicowe) od Mitsubishi Electric

Wszystko stanie się prostsze po zalogowaniu :)

Przypomnij hasło

Nie masz konta? Zarejestruj się

Forgot your password?

Enter your account data and we will send you a link to reset your password.

Your password reset link appears to be invalid or expired.

Close
z

    Przetwarzamy pliki... jeszcze chwilka…