[AQ] wyjście analogowe Siemens S7-1200

Użycie wyjścia analogowego do sterowania może wydawać się na początku trudnym i skomplikowanym zadaniem, lecz po uszeregowaniu kilku faktów wszystko staje się jasne.

Wyjścia analogowe w układach sterowania wykorzystuje się do precyzyjnego manipulowania danym urządzeniem wykonawczym. Przykładem takiego urządzenia jest siłownik proporcjonalny, który steruje dokładnym położeniem przepustnicy. Precyzyjna kontrola umożliwia otwarcie przepustnicy w zakresie od 0 do 100% co umożliwia utrzymanie ciśnienia w instalacji na dokładnej wartości.

Wykorzystanie wyjścia cyfrowego które przyjmuje tylko stan 0 lub 1 odzwierciedla fakt, że przepustnica jest zamknięta lub w pełni otwarta. Takie sterowanie prowadzi do dużych przeregulowań w układzie a osiągnięcie dokładnego ciśnienia w instalacji jest wręcz niemożliwe.

Zapraszam do publikacji, która przedstawia kroki pozwalające na wykonanie prostego układu sterowania wyjściem analogowym
⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇⬇


CZĘŚĆ ELEKTRYCZNA– moduł rozszerzeń
Etap 1. Uzyskanie dostępu do wyjścia analogowego

W pierwszej kolejności należy pozyskać dostęp do wyjścia analogowego. Istnieją na to dwa sposoby:

Pierwszy z nich to zakup sterownika PLC S7-1200, który posiada wbudowane wyjście analogowe. Są to sterowniki z serii CPU 1215C lub 1217C.

Drugi sposób to zakup dodatkowego modułu rozszerzeń spośród poniżej przedstawionego diagramu. Zakupiony moduł możemy następnie zainstalować do dowolnego sterownika S7-1200 z wyjątkiem CPU serii S7-1211C.

Warto pamiętać, że liczba modułów rozszerzeń jaką możemy dołączyć do sterownika PLC Siemens S7-1200 jest ograniczona w zależności od posiadanego CPU.

CPU 1211C: Brak możliwości dołączenia modułów rozszerzeń.
CPU 1212C: Max. 2
CPU 1214C: Max. 8
CPU 1215C: Max. 8
CPU 1217C: Max. 8

W celu ominięcia powyższej bariery istnieje możliwość wyposażenia układu sterowania w dodatkowe wyspy I/O (np. ET200), które pozwolą wzbogacić liczbę wejść i wyjść, ponieważ komunikują się ze sterownikiem PLC przy użyciu protokołu Profinet lub Profibus.


Etap 2. Dołączenie modułu rozszerzeń do sterownika PLC

W celu połączenia urządzeń należy w pierwszym etapie zdemontować zaślepkę znajdującą się w sterowniku PLC. Następnie należy umiejscowić moduł z prawej strony CPU i przesunąć gniazdo magistrali w kierunku sterownika.  


CZĘŚĆ PROGRAMISTYCZNA – moduł rozszerzeń
Etap 3. Dodanie modułu rozszerzeń do projektu TIA Portal

CZĘŚĆ PROGRAMISTYCZNA – moduł rozszerzeń
Etap 3. Dodanie modułu rozszerzeń do projektu TIA Portal

Jeżeli mamy już za sobą 2 etap to w kolejnym kroku należy uruchomić program TIA Portal przy użyciu, którego skonfigurujemy wyjście analogowe oraz zaprogramujemy je w taki sposób, aby sterować siłownikiem proporcjonalnym. Aktualne położenie siłownika będziemy natomiast śledzić przy użyciu wejścia analogowego, które posiada CPU 6ES7214-1AG31-0XB0.

3.1 Po uruchomieniu nowego projektu należy przejść do zakładki Device konfigurator (1) z poziomu, której możemy zmieniać model CPU a także dodawać moduły rozszerzeń. Aby to wykonać należy przejść do opcji znajdujących się w kolumnie Catalog (2),która znajduje siępo prawej stronie ekranu.

3.2 Rozwijamy katalog o nazwie AQ (3), a następnie zaznaczamy model karty rozszerzeń i przenosimy na szynę montażową obok sterownika PLC.


3.3 Kolejno należy przejść do ustawień konfiguracyjnych modułu rozszerzeń. W tym celu należy nacisnąć zakładkę Properties (1). Po czym należy otworzyć zakładkę General (2) i z rozwiniętej listy wybrać opcję AQ (3).

3.4 Konfiguracja poszczególnego wyjścia analogowego jest możliwa na obecnym etapie. W tym celu wybieramy kanał, przy użyciu którego planujemy sterować urządzeniem wykonawczym (4). Po wybraniu kanału możliwe jest ustawienie typu sygnału jaki ma być wysyłany przez sterownik do siłownika proporcjonalnego (5).

Z rozwiniętej listy istnieją dwie opcje do wyboru: Voltage oraz Current co oznacza, że zmieniamy sygnał poprzez zmianę napięcia w zakresie od -10 do +10V lub wysyłamy sygnał prądowo w zakresie od 0 do 20mA lub 4-20mA.


Sygnał Napięciowy powoduje, że sterownik wysyła do siłownika proporcjonalnego rozkazy na zmianę położenia w postaci zmiany napięcia w zakresie od -10 do 10V. Ten sam rozkaz może być również wysyłany w postaci sygnału prądowego. Wtedy siłownik otrzymuje od wyjścia analogowego sygnał w zakresie 0…20mA.

Ustawienia typu sygnału w module rozszerzeń determinuje urządzenie wykonawcze. Dlatego przed każdym ustawieniem typu należy sprawdzić kartę katalogową urządzenia wykonawczego lub spojrzeć na tabliczkę znamionową, która umiejscowiona jest na obudowie. Dzięki tej informacji wiemy jaki typ sygnału należy ustawić w sterowniku PLC. Najpopularniejszym sygnałem jest sygnał prądowy 4…20mA, lecz w przypadku poniższego siłownika jest to sygnał napięciowy w zakresie od 2 do 10V.

CZĘŚĆ ELEKTRYCZNA – urządzenie wykonawcze
Etap 4. Podłączenie elektryczne wyjścia analogowego do siłownika proporcjonalnego

4.1 Kolejnym etapem jest podłączenie elektryczne między sterownikiem PLC a siłownikiem proporcjonalnym. Aby to wykonać w sposób prawidłowy należy połączyć przewody w sposób poniżej przedstawiony.

Ważne jest, aby kabel łączący siłownik z modułem był kablem ekranowanym. Ekran kabla umożliwia zwracanie zakłóceń do przyłącza PE. Pozwala to uchronić układ sterowania przed niestabilnością sygnału wynikającą z pola elektromagnetycznego wytwarzanego przez pobliskie przewody elektryczne.


CZĘŚĆ PROGRAMISTYCZNA – urządzenie wykonawcze
Etap 5. Zaprogramowanie wyjścia w środowisku TIA Portal.

5.1 W utworzonej funkcji [Add new block -> Function block -> Language: LAD -> OK] o nazwie Sterowanie wyjściem analogowym (1) umieszczono poniższą logikę, która zawiera przekształcanie sygnału informatycznego w sygnał elektryczny. Do realizacji tej komunikacji należy dodać blok NORM_X oraz blok SCALE_X.

Spośród tych dwóch bloków utworzono dwa wiersze w programie (Network 1-2). W celu kontynuacji przejdź do kolejnego etapu.


5.2 Skupmy się na pierwszym wierszu (Network 1), który zawiera ustawienia dla wyjścia analogowego. Pierwszy blok to NORM_X. Blok ten definiuje w jakim zakresie będziemy sterować siłownikiem elektrycznym. Zakres 0-100 odpowiada stosunkowi od 0% do 100% otwarcia przepustnicy.



5.3 Drugi blok to SCALE_X. Blok ten przelicza naszą wartość zadaną wybraną z zakresu od 0 do 100% na wartość odpowiadającą próbce przetwornika cyfrowo-analogowego z zakresu od 0 do 27648.


5.3.1. Dlaczego w bloku SCALE_X wpisujemy wartości z zakresu od -27648 do +27648?

Dzieje się tak, ponieważ wynika to z konstrukcji przetwornika, którą stworzył producent Siemens. Poniższy widok publikacji ukazuje, że zakres próbek wyjścia analogowego, który zdefiniowaliśmy w kroku 3.4 mieści się w zakresie od -27648 do +27648.

Jeżeli chcielibyśmy sterować siłownikiem proporcjonalnym w zakresie od -10V do 10V to w bloku SCALE należałoby zdefiniować zakres MIN oraz MAX na wartości: -27648 i +27648.

Następny Etap 5.4 tłumaczy, dlaczego dla siłownika producenta BELIMO ustawiono zakres od 5530 do 27648.


Etap 5.4 Producent BELIMO zadeklarował, że sterowanie siłownikiem może odbyć się w zakresie od 2 do 10V.

Wartość MIN ustawiono na wartość 5530, ponieważ zakres pracy zdefiniowany przez producenta BELIMO rozpoczyna się od napięcia 2V. W celu dowiedzenia się jaka próbka odpowiada napięciu 2V należy dokonać prostych działań matematycznych. Natomiast do zakresu MAX wprowadzono wartość 27648 co odpowiada wartości 10V (tabela A.44).


Etap 5.5. Po wgraniu powyższej logiki do sterownika PLC możemy przetestować poprawność działania układu sterowania. W tym celu należy przejść do trybu Online. Jeżeli ”pozycja zadana” przechowuje wartość 0 to napięcie na zaciskach fizycznych wyjścia analogowego powinno wskazywać wartość 2V co odpowiada całkowitemu zamknięciu siłownika.


UWAGA: Modyfikowanie wartości w zmiennej ”pozycja zadana” możliwe jest w zakładce Watch and force tables (1). Należy dodać nową listę przy użyciu przycisku Add new watch table (2), ponieważ lista Force table pozwala wyłącznie wyzwalać zmianę stanów bezpośrednio na fizycznych wejściach i wyjściach.


Modyfikacja wartość w zmiennej ”pozycja zadana” na wartość 75% doprowadziło do wystawienia na wyjściu próbki 22118 co odpowiada napięciu 8 V. Napięcie 8V spowodowało, że fizycznie siłownik przesunął swoją pozycję na 75% otwarcia.

Na tym etapie to koniec konfigurowania wyjścia analogowego. Wykonując powyższe kroki uzyskaliśmy przykład prostego ręcznego sterowania wyjściem analogowym. Takie sterowanie rzadko stosuje się w układach, dlatego w następnym cyklu postaram się przedstawić regulację automatycznego sterowania (PID) oraz pigułkę wiedzy na temat wejścia analogowego AI, które umożliwia śledzenie np. pozycji rzeczywistej siłownika regulacyjnego.




W momencie pojawienia się problemów lub zastrzeżeń zapraszam do dyskusji w komentarzach lub o kontakt drogą mejlową na adres:
automatykablog@gmail.com

Każda mądra i ważna wskazówka jest dla mnie zawsze bardzo cenna 🙂

Niniejszy artykuł nie jest artykułem sponsorowanym i za jego publikację nie otrzymałem wynagrodzenia.

5 1 vote
Article Rating
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments