Программируемый логический контроллер Fatek. Модуль аналогового вывода

Лабораторная работа № 5.

Цель работы

Изучение модуля аналогового вывода программируемого логического контроллера (ПЛК) FATEK FBs-20MC. Программирование аналогового вывода контроллера.

Задачи

Создание простых программ взаимодействия контроллера FATEK FBs-20MC с модулем аналогового вывода с помощью среды программирования WinProLadder.

Теоретическая часть

3.1. Модули вывода аналоговых сигналов – общие сведения

Устройства (модули) ввода-вывода являются интерфейсом между процессором ПЛК и реальным миром. Обмен данными с модулем ввода-вывода выполняется по адресу, который обычно записывается в ПЗУ модуля. Иногда адресом является номер слота, в который вставляется модуль или положение микропереключателя.

Современные модули ввода-вывода могут выполнять кроме функций ввода некоторую обработку вводимой информации и дополнительные функции: компенсацию температуры холодного спая термопар, линеаризацию нелинейных датчиков, диагностику обрыва датчика, автоматическую калибровку, ПИД-регулирование, управление движением. Перенос части функций контроллера в модули ввода-вывода является современной тенденцией, направленной на увеличение степени распараллеливания задач управления, обеспечение независимости локальных модулей (которые по своим функциям приближаются к ПЛК) и уменьшение потока информации между параллельно работающими процессорами в модулях ввода-вывода.

Модули ввода и вывода в промышленной автоматизации имеют гальваническую изоляцию между входными (выходными) зажимами и шиной контроллера. Напряжение изоляции составляет от 2500 В (реже от 500 В) до 4000 В. Гальваническая изоляция может быть поканальная, когда каждый канал изолирован от остальных, или групповая. Обычно используется групповая изоляция. Для передачи напряжения питания в изолированную часть модуля используются преобразователи постоянного напряжения в постоянное (DC-DC преобразователи), построенные с применением развязывающих миниатюрных трансформаторов.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Модули аналогового вывода предназначены для вывода из компьютера или контроллера информации в аналоговой форме. Аналоговые сигналы на выходе модулей вывода могут быть представлены в виде стандартных сигналов тока (0...20 мА и 4...20 мА) или напряжения (0...5 В, ±10 В). Модули аналогового вывода используются в основном для управления исполнительными устройствами с аналоговым управляющим входом, но могут быть использованы также в измерительных системах, для электрофизических исследований или построения испытательных стендов.

Структура типового модуля вывода аналоговых сигналов на примере модуля NL-4AO фирмы НИЛ АП приведена на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Структурная схема модуля вывода аналоговых сигналов NL-4AO; ВИП - вторичный источник питания

Информация в модуль вывода поступает из управляющего контроллера или компьютера обычно через интерфейс RS-485, в некоторых модулях вывода используют другие последовательные или параллельные интерфейсы. Типичным для средств промышленной автоматики является гальваническая изоляция аналоговой выходной части модуля от цифровой части, включающей микропроцессор. Модуль управляется командами, посылаемыми с помощью стандартного протокола Modbus RTU или DCON.

Вывод аналогового сигнала в форме напряжения осуществляется с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) и операционного усилителя (ОУ) - каскады с выходами Vout0,..., Vout3. Благодаря глубокой обратной связи выходное сопротивление ОУ на постоянном токе составляет сотые доли Ом, что позволяет с высокой точностью считать его идеальным источником напряжения. Для защиты модуля от перегрузки по выходу используются ОУ с защитой, выполненной на том же полупроводниковом кристалле, что и сам ОУ.

Для вывода аналогового сигнала в форме тока используются источники тока на основе ОУ с обратной связью (см. каскады с выходами Iout0,..., Iout3). Принцип их действия основан на том, что ОУ с отрицательной обратной связью имеет нулевое напряжение между его входами благодаря высокому коэффициенту усиления. Поэтому все входное напряжение оказывается приложенным к сопротивлению r0 (рис. 5.1, верхний по схеме каскад) и выходной ток равен входному напряжению, деленному на r0. Для того чтобы ток, протекающий через r0, был точно равен выходному току, в качестве транзистора на рис. 5.1 используют полевый транзистор с изолированным затвором.

Для питания транзистора в источниках тока, построенных по рассмотренной схеме, требуется дополнительный источник питания , который обычно располагается вне модуля вывода (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Выходной каскад для втекающего тока

Стабилитрон на рис. 5.2 служит для предохранения МОП-транзистора от внешних напряжений неправильной полярности и превышения напряжения над допустимым значением.

Недостатком приведенных каскадов с токовым выходом является невозможность изменения направления тока на противоположное, что связано с применением транзисторов одного типа проводимости или с одним типом канала. Более сложные двуполярные схемы в модулях вывода тока для промышленной автоматики применяются редко.

Погрешность модуля вывода складывается из следующих основных составляющих:

погрешности дискретности цифро-аналогового преобразователя; стабильности источника опорного напряжения; внутреннего шума модуля; ненулевого выходного сопротивления.

3.2. Модули аналогового вывода FBs-4DA/2DA для контроллеров FATEK компании FATEK Automation

Компания FATEK Automation Corp., Тайвань, выпускает моноблочные контроллеры серий FBe и FBs, модули расширения, коммуникационные модули и программное обеспечение контроллеров WinProLadder. Контроллеры имеют встроенные каналы дискретного и аналогового ввода/вывода, счетчики, таймеры, встроенные интерфейсы RS-232, RS-485, Ethernet. В контроллерах используется 16-разрядный процессор Z8 из серии Z180.

Расширенный главный блок FBs-20MC питается от электрической сети 220В, 50Гц. Он имеет встроенный блок питания с выходом постоянного тока 24 В, 400 мА для подачи питания на внешние цепи. Блок имеет:

12 встроенных каналов дискретного ввода X0…X11 с допустимым уровнем входного напряжения 24 В: из них 2 канала (X0, X1) высокоскоростного ввода (100 кГц) и 10 каналов (X2…X11) среднескоростного ввода (20 кГц); 8 встроенных каналов дискретного вывода Y0…Y7 релейного типа с максимальным током выхода 2 А (постоянного или переменного): все среднескоростные (20 кГц); порт RS-232 или USB (Port0), который используется для программирования контроллера; встроенные часы RTC.

Увеличение числа каналов ввода/вывода и коммуникационных портов достигается подключением модулей расширения.

Модули FBs-4DA и FBs-2DA являются являются аналоговыми выходными модулями для ПЛК FATEK FBs. В них содержатся 4 или 2 канала цифро-аналогового преобразования (ЦАП) и аналогового выхода соответственно. За счет различного расположения перемычек (внутри модуля) они могут обеспечивать разные выходные сигналы напряжения и тока (табл. 5.1). Выходной код можно сконфигурировать как однополярный или биполярный, что обеспечивает простое соотношение между выходным кодом и выходным сигналом.

Таблица 5.1. Основные технические характеристики FBs-4DA/2DA

Порядок использования аналогового выходного модуля FBs-4DA/2DA представлен на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Порядок использования аналогового выходного модуля FBs-4DA/2DA

Распределение адресов для аналоговых выходов ПЛК FBs-PLC.

Модуль FBs-4DA/2DA обеспечивает 4 точки выходов (4DA) или 2 точки выходов (2DA). Адресация входов-выходов модулей начинается с ближайшего к главному блоку модуля, его каналы последовательно нумеруются как CH0…CH1 (первый модуль), CH2…CH3 (второй модуль), CH4…CH5 (третий модуль) и увеличиваются от модуля к модулю. Всего имеется 64 канала и они соответствуют внутренним аналоговым выходным регистрам ПЛК (так называемым регистрам OR) R3904…R3967. В табл. 5.2 перечислены регистры OR (R3904…R3967), соответствующие расширению аналоговых выходов (CH0…CH63).

Таблица 5.2. Распределение адресов аналогового вывода для FBs-2DA

Пользователям нужно только подключить модули FBs-DA через интерфейс расширения и главный блок автоматически обнаружит количество выходов и пошлет значения соответствующих выходов в каждый модуль DA. После подключения к ПЛК программа WinProladder обнаруживает и вычисляет выходные регистры. Чтобы узнать точные адреса ввода-вывода каждого модуля расширения для программирования, пользователи могут использовать окно I/O Module Number Configuration в программе WinProladder.

Описание аппаратуры модуля FBs-2DA (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Модуль FBs-2DA

Схема выходной цепи модуля FBs-4DA/2DA (рис.5.5).

Рис. 5.5. Схема выходной цепи модуля FBs-4DA/2DA

Пример зависимости выходных сигналов модуля (биполярный режим 10В или 20мА) от значения выходного кода показан на рис. 5.6.

Рис. 5.6. Зависимость выходных сигналов модуля от значения выходного кода (биполярный режим 10В или 20мА)

3.3. Основные функциональные инструкции для программы на языке LD.

Таймер T.

Счетчик C.

Счетчик реверсивный 07.UDCNTR.

Пересылка 08.MOV.

Установка SET и Сброс RST.

Сложение (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Функциональная инструкция Сложение

Sa - первое слагаемое;

Sb - второе слагаемое;

D – регистр назначения для сохранения результата сложения.

В качестве Sa, Sb, D могут использоваться как собственные регистры ПЛК, так и вторичные (производные) регистры, которые образуются из отдельных битов. Вторичные регистры имеют приставку W, например WX, WY, WM, WS, и образуются из 16 бит. Sa и Sb могут быть также константами.

Производится сложение данных, указанных в Sa и Sb, результат заносится в регистр D, если вход управления сложением EN = 1 или EN изменяется от 0 в 1 (импульсная инструкция P). Если результат сложения равен 0, FO0 устанавливается в 1. Если результат превышает 32767 (16-битовое сложение), FO1 устанавливается в 1. Если результат меньше -32768 (16-битовое сложение отрицательных чисел), FO2 устанавливается в 1.

Вычитание (рис. 5.8).

Рис. 5.8. Функциональная инструкция Вычитание

Sa - уменьшаемое;

Sb - вычитаемое;

D – регистр назначения для сохранения результата вычитания.

Производится вычитание данных, указанных в Sa и Sb, результат заносится в регистр D, если вход управления сложением EN = 1 или EN изменяется от 0 в 1 (импульсная инструкция P). Если результат сложения равен 0, FO0 устанавливается в 1. Если происходит перенос (вычитание отрицательного числа из положительного и результат превышает 32767 при 16-разрядном вычитании), то FO1 устанавливается в 1. Если происходит заем (при вычитании положительного числа из отрицательного результат меньше -32768 при 16-разрядном вычитании), то FO2 устанавливается в 1.

Логическое И (рис. 5.9).

Рис. 5.9. Функциональная инструкция Логическое И

Sa – регистр с данными для операции логического И;

Sb – регистр с данными для операции логического И;

D – регистр для хранения результата логического И.

В качестве Sa, Sb, D могут использоваться как собственные регистры ПЛК, так и вторичные (производные) регистры. Sa и Sb могут быть также константами.

Выполняет операцию Логическое И над данными из Sa и Sb, если вход управления операцией EN = 1 или EN изменяется от 0 в 1 (импульсная инструкция P). Эта операция сравнивает соответствующие биты Sa и Sb (B0…B15 или B0…B31). Бит D устанавливается в 1, если оба соответствующие бита в Sa и Sb равны 1. Бит D устанавливается в 0, если хотя бы один из соответствующих битов Sa и Sb равен 0.

Логическое ИЛИ (рис. 5.10).

Рис. 5.10. Функциональная инструкция Логическое ИЛИ

Sa – регистр с данными для операции логического ИЛИ;

Sb – регистр с данными для операции логического ИЛИ;

D – регистр для хранения результата логического ИЛИ.

Выполняет операцию Логическое ИЛИ над данными из Sa и Sb, если вход управления операцией EN = 1 или EN изменяется от 0 в 1 (импульсная инструкция P). Эта операция сравнивает соответствующие биты Sa и Sb (B0…B15 или B0…B31). Бит D устанавливается в 1, если хотя бы один из соответствующих битов в Sa и Sb равны 1. Бит D устанавливается в 0, если оба соответствующих битов Sa и Sb равны 0.

Изменение знака - взятие отрицательного значения (рис. 5.11).

Рис. 5.11. Функциональная инструкция Изменение знака

D – регистр для изменения знака.

Если вход управления операцией EN = 1 или EN изменяется от 0 в 1 (импульсная инструкция P), то изменяется знак, т. е. вычисляется дополнение до 2 величины (содержимого) регистра, указанного как D, и результат сохраняется в D.

Если величина регистра D отрицательная, то операция изменения знака сделает ее положительной.

Абсолютное значение (рис. 5.12).

Рис. 5.12. Функциональная инструкция Абсолютное значение

D – регистр источника для нахождения абсолютного значения.

Если вход управления операцией EN = 1 или EN изменяется от 0 в 1 (импульсная инструкция P), то вычисляется абсолютное значение содержимого регистра, указанного как D, и результат сохраняется в D.

Исключающее ИЛИ (рис. 5.13).

Рис. 5.13. Функциональная инструкция Исключающее ИЛИ

Sa – регистр с данными для операции исключающего ИЛИ;

Sb – регистр с данными для операции исключающего ИЛИ;

D – регистр для хранения результата исключающего ИЛИ.

Выполняет операцию Исключающее ИЛИ (XOR) над данными из Sa и Sb, если вход управления операцией EN = 1 или EN изменяется от 0 в 1 (импульсная инструкция P). Эта операция проводится поразрядно, она сравнивает соответствующие биты Sa и Sb (B0…B15 или B0…B31). Бит D устанавливается в 1, если биты Sa и Sb в одном разряде имеют разные значения, в противном случае бит D устанавливается в 0.

Чтение бита (рис. 5.14).

Рис. 5.14. Функциональная инструкция Чтение бита

S – исходные данные для чтения бита;

N – номер бита в данных S для считывания.

В качестве S, N могут использоваться как собственные регистры ПЛК, так и вторичные (производные) регистры. S и N могут быть также константами.

Если вход управления операцией EN = 1 или EN изменяется от 0 в 1 (импульсная инструкция P), то берется бит № N из данных S, и он помещается в выходной бит “OBT”.

Если операнд 16-разрядный, то эффективный диапазон для N равен 0…15. Если операнд 32-разрядный (инструкция D), то диапазон для N равен 0…31. Если N за пределами этого диапазона, флаг ошибки “ERR” устанавливается в 1 и инструкция не выполняется.

Запись бита (рис. 5.15).

Рис. 5.15. Функциональная инструкция Запись бита

D – регистр для записи бита;

N – номер бита регистре D для записи.

В качестве D, N могут использоваться как собственные регистры ПЛК, так и вторичные (производные) регистры. N может быть также константой.

Если вход управления операцией EN = 1 или EN изменяется от 0 в 1 (импульсная инструкция P), то берется бит для записи (INB) записывается в N-й бит регистра D.

Пересылка бита (рис. 5.16).

Рис. 5.16. Функциональная инструкция Пересылка бита

S – исходные данные для пересылки;

Ns – назначает бит Ns внутри S как бит источника;

D – регистр назначения для пересылки;

Nd – назначает бит Nd внутри D как бит приемника.

В качестве S, Ns, D, Nd могут использоваться как собственные регистры ПЛК, так и вторичные (производные) регистры. S, Ns, Nd могут быть также константами.

Если вход управления операцией EN = 1 или EN изменяется от 0 в 1 (импульсная инструкция P), то состояние бита, указанного как Ns внутри S, перемещается для записи в бит, указанный как Nd внутри D.

Триггер со счетным входом (рис. 5.17).

Рис.5.17. Триггер со счетным входом

D – номер катушки реле триггера.

Катушка D изменяет свое состояние (с 0 на 1 или с 1 на 0) каждый раз при изменении входа EN↑ с 0 на 1 (нарастающий фронт).

Пример (рис. 5.18):

Рис. 5.18. Пример использования триггера

Меры безопасности

Во время выполнения лабораторной работы необходимо:

техники безопасности

ВНИМАНИЕ! При работе за компьютером необходимо помнить: к каждому рабочему месту подведено опасное для жизни напряжение. Поэтому во время работы надо быть предельно внимательным и соблюдать все требования техники безопасности!

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка представляет собой ПЛК FBs-20MC. Питание от сети 220 В, 50 Гц подается на ПЛК через сетевой шнур. ПЛК соединяется с компьютером через кабель интерфейса RS-232 (порт 0 ПЛК). Ко входным клеммам ПЛК подключена одна кнопка.

Описание используемых программных комплексов

Для программирования ПЛК FBs-20MC используется программное обеспечение WinProLadder, которое должно быть установлено на компьютере.

Задание

7.1. Используя программу WinProLadder, создать новый проект. Разработать программу на языке релейно-контактных схем. Программа должна записывать в выходной регистр канала аналогового вывода фиксированные значения кодов:

однополярного, биполярного.

Значения кодов (крайние и три промежуточных) задать как параметры функциональных инструкций в программе, изменять коды вручную.

7.2. Подключить ПЛК с помощью интерфейсного кабеля к порту RS-232 компьютера, затем с помощью сетевого шнура – к розетке электропитания. Произвести программирование ПЛК. Проверить правильность работы программы.

7.3. К выходным клеммам канала модуля FBs-2DA подключить вольтметр, наблюдать изменение выходного напряжения. Построить зависимости выходного напряжения от выходного кода в однополярном и биполярном режимах.

7.4. Используя программу WinProLadder, создать новый проект. Разработать программу выдачи в выходной регистр канала аналогового вывода изменяющихся во времени кодов. Программа на языке релейно-контактных схем должна осуществлять циклическое управление выходным аналоговым напряжением канала модуля FBs-2DA. Диапазоны кодов:

однополярный, биполярный.

7.5. Произвести программирование ПЛК. Проверить правильность работы программы. К выходным клеммам канала модуля FBs-2DA подключить вольтметр, наблюдать изменение выходного напряжения. Построить зависимости выходного напряжения от времени.

Методика выполнения задания

8.1. При создании релейно-контактной схемы использовать сведения о функциональных инструкциях и приемы программирования, описанные в лабораторной работе № 4.

8.2. Для выполнения п. 7.4 задания необходимо разработать принцип формирования выходных кодов с использованием функциональных инструкций, описанных в разделе 6 и в лабораторной работе № 4.

Для формирования кодов использовать:

Вариант 1 – счетчик C; Вариант 2 – реверсивный счетчик 07.UDCNTR.

Для формирования изменяющихся во времени кодов можно использовать:

тактовый генератор на основе таймера; внутреннее реле М1920 – тактовый импульс с периодом повторения 0.01 с; внутреннее реле М1921 – тактовый импульс с периодом повторения 0.1 с; внутреннее реле М1922 – тактовый импульс с периодом повторения 1 с; внутреннее реле М1923 – тактовый импульс с периодом повторения 60 с; внутреннее реле М1924 – начальный импульс (первый скан); внутреннее реле М1925 – тактовые импульсы скана.

Требования к содержанию и оформлению отчета

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

выполнения работы

Программируемый логический контроллер Fatek. Модуль аналогового вывода

Домашний очаг

Справочная информация

Техника

Общество

Образование и наука

Мир

Бизнес и финансы