Cập nhật 2021 – 10-14

13527

Bạn có biết cách xử lý tín hiệu analog đầu vào không ?Hoặc kết nối các tín hiệu đầu ra ? Nhiều bạn gặp khó khăn với các tín hiệu analog trong lập trình PLC. Việc đấu dây và  xử lý tín hiệu đầu vào hoặc đầu ra analog trong PLC có thể rất phức tạp. Thông thường, bạn sẽ gặp các ví dụ lập trình PLC là dạng tín hiệu digital .

Bạn đang đọc: Xử Lý Và Lập Trình Tín Hiệu Tương Tự (Analog) Trong PLC

Tín hiệu analog được sử dụng rộng rãi trong các chương trình PLC nhưng cũng thường được sử dụng trong hệ thống SCADA. Vậy làm cách nào để kết nối bộ phát tín hiệu tương tự (analog) 4-20mA đó với PLC của bạn và sử dụng nó trong chương trình PLC của bạn? 

Làm thế nào để bạn xử lý tín hiệu analog trong ngôn từ Sơ đồ khối tính năng ( FBD ) ? Bài viết này sẽ phân phối cho bạn câu vấn đáp cho điều này và nhiều không chỉ có vậy .

Trong bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu và khám phá về :

• Tín hiệu tương tự trong PLC 
  • Biểu diễn tín hiệu analog bằng số nhị phân 
  • Bit và byte 
  • Bộ chuyển đổi A / D 
  • Độ phân giải của tín hiệu analog
  • Dải tín hiệu  analog
• Đầu vào tín hiệu analog 
  • Đấu dây tín hiệu đầu vào analog PLC 
    • Tín hiệu đầu vào analog điện áp
    • Tín hiệu đầu vào analog dòng điện 
      • Đầu vào analog 2 dây 
      • Đầu vào analog 3 dây 
      • Đầu vào analog 4 dây 
  • Điều chỉnh tín hiệu đầu vào tương tự 
• Đầu ra tương tự 
  • Đấu dây các đầu ra tương tự PLC 
    • Đầu ra tương tự điện áp 
    • Đầu ra tương tự hiện tại
  •  Chia tỷ lệ / Hủy chia tỷ lệ đầu ra tương tự

Nhưng trước tiên, hãy để tôi giới thiệu với các bạn một số điều cơ bản về tín hiệu analog và cách chúng hoạt động trong PLC.

Tín hiệu Analog trong PLC

Trước hết, chúng ta sẽ xem xét một số con số. Nếu bạn đã đọc bài viết của tôi về logic tổ hợp, bạn sẽ biết rằng PLC hoạt động với các giá trị boolean. PLC chỉ có thể hoạt động với các giá trị 0 và 1.

Điều này rất tốt cho tín hiệu kỹ thuật số. Chúng là 0 hoặc 1 và do đó tương đối dễ làm việc. Nhưng còn tín hiệu analog thì sao? Như Wikipedia định nghĩa, tín hiệu analog là tín hiệu liên tục có thể thay đổi theo thời gian.

Ví dụ, bạn có thể có một tín hiệu analog 0-10 volt. Tín hiệu này có thể thay đổi từ 0 đến 10 vôn và có nhiều mức điện áp bất kỳ ở khoảng giữa. Và vì tín hiệu analog là liên tục, tín hiệu này sẽ luôn luôn biểu diễn một mức điện áp. Nếu bạn nhìn vào sơ đồ dưới đây, bạn sẽ thấy rằng tín hiệu analog có thể có bất kỳ giá trị nào trong khoảng từ 0 đến 10 volt.

Tín hiệu tương tự như 0-10 Volt

Câu hỏi đặt ra là: Làm thế nào mà PLC có thể xử lý  tất cả các giá trị khác nhau này? Giả sử bạn có tín hiệu analog ở 5 volt đi vào PLC. Chúng ta không thể biểu diễn nó bằng các giá trị boolean, vì chúng chỉ có thể có các giá trị 0 và 1.

Câu trả lời là số nhị phân!

Biểu diễn tín hiệu tương tự bằng số nhị phân

Như đã đề cập trước đây, PLC chỉ có thể hoạt động với 2 giá trị 0 và 1. Nhưng điều đó ngăn chúng ta làm việc với các tín hiệu analog. Bởi vì thực tế là PLC chỉ hoạt động với các số nhị phân. Nguyên do là PLC hoặc vi điều khiển thực sự chỉ là các mạch điện tiên tiến được tạo ra từ các bóng bán dẫn. Vì bóng bán dẫn chỉ có thể bật hoặc tắt, hai trạng thái này sau đó sẽ đại diện cho các giá trị 0 và 1.

Chính vì vậy nên tất cả chúng ta chỉ có 2 trạng thái. Rất hữu dụng cho tín hiệu kỹ thuật số, nhưng không có ích cho tín hiệu analog. Để hiểu cách nguồn vào analog hoạt động giải trí trong PLC, bạn phải hiểu những số nhị phân .

Số nhị phân là hệ số được sử dụng bởi PLC hoặc bất kỳ máy tính nào khác. Hệ số này chỉ có hai số, so với hệ số cơ số 10 của chúng ta, có 10 số từ 0 đến 9.Hệ số nhị phân chỉ là một cách khác để biểu diễn các con số. Tôi khuyên bạn nên đọc hướng dẫn này về số nhị phân, nếu bạn không biết chúng hoạt động như thế nào.

Bits and Bytes

Trong hệ số nhị phân một đơn vị được gọi là bit. Một bit có thể là 0 hoặc 1. Như đã đề cập, đây là cách hoạt động của các tín hiệu đầu vào kỹ thuật số. Nhưng nếu bạn ghép các bit này với nhau thì  bằng cách đó bạn đã tạo ra các số có nhiều chữ số hơn,  mọi thứ bắt đầu trở nên thú vị rồi đó!

Trong nhiều PLC, tín hiệu analog được trình diễn bằng một “ word ”. Một “ word ” trong hệ nhị phân là 16 số 0 trong một hàng hoặc hai byte ( 8 số 0 ). Giống như thế này :
00000000 00000000
Nếu bạn nhớ một chút ít về số nhị phân, bạn sẽ biết rằng 1 số ít nhị phân có 16 chữ số hoàn toàn có thể trình diễn những giá trị từ 0 đến 65,535. Tuy nhiên, chỉ đúng 50% so với PLC. Bởi vì bit tiên phong được sử dụng để ký hiệu “ dấu ” của số, nó hoàn toàn có thể là giá trị dương hoặc âm .
Vì vậy, với 1 bit để ký hiệu dấu, tất cả chúng ta còn lại 15 bit để màn biểu diễn giá trị analog. Do đó, số nhị phân hoàn toàn có thể biểu lộ cho những giá trị từ – 32,768 đến 32,767 .

Bộ chuyển đổi A / D 

Khi tín hiệu đầu vào analog đi vào PLC, nó sẽ đi qua bộ chuyển đổi A /D hoặc bộ chuyển đổi analog sang digital. Đây là thành phần trong thẻ đầu vào analog của PLC có chức năng biến đổi tín hiệu analog sang tín hiệu digital. Chính những tín hiệu digital này sau cùng sẽ biểu diễn các giá trị nhị phân của chúng ta trong PLC.

Trước khi tìm hiểu và khám phá về bộ quy đổi A / D, điều quan trọng là phải hiểu loại tín hiệu analog mà bạn đang xử lý. Trong bài viết này, tôi sẽ tập trung chuyên sâu vào ba loại tín hiệu tương tự như ( analog ) trong lập trình PLC :

• Điện áp
• Cường độ dòng điện
• Trở kháng

Lý do tất cả chúng ta cần biết loại tín hiệu cần xử lý là gì ? Là vì tất cả chúng ta cũng cần phải ghi nhận khoanh vùng phạm vi của tín hiệu đó .
Một loại tín hiệu tựa như được sử dụng phổ cập là 4-20 mA .

Tín hiệu tương tự như 4-20 mA
Chúng ta phải ghi nhận loại tín hiệu nào mà ta đang xử lý. Bởi vì trong ví dụ này, tất cả chúng ta biết rằng tín hiệu tương tự như có khoanh vùng phạm vi 16 mA. Giá trị analog thường được đặt trong một 16 bit trong PLC. Điều này là do bộ quy đổi A / D quy đổi tín hiệu tựa như thành giá trị kỹ thuật số có độ dài 16 bit .
Bạn hoàn toàn có thể mua thẻ nguồn vào tương tự như với những độ phân giải khác nhau. Điều đó nhờ vào vào số lượng bit mà bộ quy đổi A / D phải thao tác. Nhiều bit hơn cho tất cả chúng ta nhiều số hơn để trình diễn tín hiệu tựa như .

Độ phân giải của tín hiệu tương tự (analog)

Số bit bạn phải dùng để lưu giá trị analog trên thực tế được gọi là độ phân giải. Hãy coi nó giống như TV của bạn. Nó cũng chỉ có một số lượng pixel nhất định để biểu diễn cho một hình ảnh.Điều này cũng xảy ra với chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số. 

Giống như chúng ta gọi nó là độ phân giải khi nói về số lượng pixel trên tivi, chúng ta cũng gọi nó là độ phân giải khi nói về các giá trị analog được biểu diễn bằng một con số. 

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.

Mỗi khi giá trị của tất cả chúng ta tăng lên 1, có nghĩa là tín hiệu tựa như đã tăng theo x mA .

Chúng tôi vẫn chưa thể tính toán chính xác được con số mA là bao nhiêu. Bởi vì hầu hết các PLC đều có một thứ được gọi là dải cận trên và dải  cận dưới khi nói về tín hiệu tương tự. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn các giới hạn cho tín hiệu tương tự trong lập trình PLC.

Dải tín hiệu tương tự (analog)

Giờ tất cả chúng ta sẽ đến công chuyện chính. Trong bài viết này chúng tôi sẽ chọn PLC Siemens làm ví dụ. Nhưng đừng lo ! Bởi nguyên tắc này đều vận dụng cho hầu hết PLC những hãng khác .

Đối với tín hiệu tương tự thì độ nhạy khá cao. Mặc dù ý định ban đầu của nhà sản xuất là dải tín hiệu phải từ 4-20mA nhưng đôi khi tín hiệu có thể vọt lố hoặc sụt giảm. Khi điều này xảy ra chúng ta có thể muốn xem thay đổi đó trong PLC sẽ trông thế nào.

Mặc dù trong nhiều trường hợp thì những sự vọt lố hay sụt giảm này là điều bình thường. Để có thể phát hiện các điều này trong chương trình PLC chúng ta cần một thứ được gọi là dải cận trên và dải cận dưới

Dải tín hiệu tựa như của PLC Siemens
Dải tín hiệu thường thì hoặc dải tín hiệu định mức của tất cả chúng ta thường là 4-20 mA. Nhưng ở mức cực lớn trên và cực tiểu thì Siemens đã bổ trợ thêm một số ít mA trong dải tín hiệu. 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 . 

Nói chung, tổng thể điều này có nghĩa là khoanh vùng phạm vi tín hiệu tựa như của tất cả chúng ta hoàn toàn có thể được minh họa như sau :

Với khái niệm tràn ngưỡng trên và tràn ngưỡng dưới, giờ đây chúng ta có thể bắt đầu tính toán độ phân giải thực của tín hiệu tương tự. Nhưng thay vì chỉ sử dụng dải  22,96 – 1,185  mA hoặc 11,852 V, thì có một con số thập phân bạn nên lưu ý ở đây:

27.648

Như bạn có thể thấy trong bảng trên, đây là nơi kết thúc của dải tín hiệu định mức của chúng ta. Do đó, độ phân giải của chúng ta cho tín hiệu 0 -10 V nên được tính như sau:

10 V / 27658 = 361.7 μV

Hoặc so với tín hiệu 4-20 mA :

16 mA / 27648 = 578.7 nA

Hai số này là giá trị nhỏ nhất mà tất cả chúng ta hoàn toàn có thể trình diễn trong PLC. Trong hầu hết những trường hợp, những bước này đủ nhỏ và đúng mực. Cũng nên nhớ rằng độ phân giải bạn muốn càng cao thì những mô-đun nguồn vào và đầu ra tựa như PLC càng đắt tiền .

Đầu vào tín hiệu tương tự (Analog)

Với một chút ít triết lý trong đầu, hãy cùng tìm hiểu và khám phá kỹ bằng cách xem xét những nguồn vào tựa như trong PLC .
Đầu vào tương tự như hoàn toàn có thể đến từ nhiều loại cảm ứng và máy phát hoặc cả hai. Ví dụ một trong những loại cặp nhiệt điện được liên kết với máy phát, sau đó được liên kết với nguồn vào tương tự như PLC. Bạn hoàn toàn có thể thống kê giám sát nhiều thứ khác nhau .

Công việc của cảm biến hoặc máy phát là biến đổi tín hiệu đó thành tín hiệu điện. Dưới đây là một vài trong số những thứ bạn có thể đo bằng cảm biến analog:

• Mực nước
• Lưu lượng 
• Khoảng cách 
• Độ nhớt
• Nhiệt độ 

Tất nhiên có nhiều thứ khác bạn có thể đo lường. Điểm chính ở đây là chúng (cảm biến hoặc máy phát) sẽ biến đổi các giá trị vật lý đó thành tín hiệu analog. Đó là tín hiệu mà chúng ta có thể sử dụng trong PLC như một đầu vào analog.

Một ví dụ ở đây hoàn toàn có thể là một máy phát nhiệt có đầu ra 4-20 mA. Kết nối với máy phát là một cảm ứng nhiệt độ. Máy phát sau đó được hiệu chỉnh theo khoanh vùng phạm vi. Ví dụ : 0 – 100 độ. Điều này có nghĩa là khi nhiệt độ là 0 độ, đầu ra của máy phát sẽ là 4 mA và bằng 20 mA khi 100 độ .

Thường cần một máy phát vì bản thân cảm biến không thể cho chúng ta tín hiệu tương tự được. Hoặc ít nhất không phù hợp với đầu vào tương tự PLC. Có thể mua các mô-đun đầu vào tương tự, thứ có thể kết nối trực tiếp với cảm biến nhiệt độ chẳng hạn. Nhưng thông thường, bạn sẽ phải có một mô-đun đầu vào điện áp hoặc dòng điện nơi bạn kết nối với máy phát.

Hiệu chuẩn là rất quan trọng khi nói về máy phát. Bạn phải ghi nhận mA hoặc vôn đó đại diện thay mặt bao nhiêu trong giá trị vật lý .

Đấu dây đầu vào tín hiệu tương tự

Trước khi bạn bắt đầu đấu dây bất kỳ mô-đun tương tự PLC nào, tôi thực sự khuyên bạn không chỉ nên đọc hướng dẫn sử dụng mà còn phải biết loại tín hiệu bạn đang xử lý. Việc đấu dây một đầu vào tương tự PLC có một chút khác biệt tùy thuộc vào loại tín hiệu.

Trong hướng dẫn này, tôi sẽ trình diễn cách đấu dây của hai tín hiệu nguồn vào tương tự như cơ bản nhất :

• Điện áp 
• Cường độ dòng điện 

Lý do tôi phân chia tín hiệu đầu vào tương tự thành hai loại này không chỉ vì chúng là tín hiệu được sử dụng nhiều nhất. Mà còn do cách đấu dây của chúng cũng khác nhau. Vì 2 loại tín hiệu tương tự này hoạt động theo những cách rất khác nhau.

Bạn cũng sẽ phải đấu dây chúng khác nhau trên mô-đun nguồn vào tựa như. Sai lầm trong cách đấu dây điện hoàn toàn có thể phá hủy mô-đun nguồn vào, thế cho nên hãy cẩn trọng !
Cả 2 loại tín hiệu tựa như đều có một điểm chung .

Điện trở

Điện trở là những gì phân chia điện áp hoặc giới hạn dòng điện. Trên thực tế, một con điện trở thậm chí còn được sử dụng để đo dòng điện. Nhưng ta sẽ nói nhiều hơn về điều này sau. Hãy bắt đầu bằng cách xem xét loại tín hiệu tương tự đầu tiên – điện áp.

Đấu dây đầu vào tín hiệu điện áp tương tự

Sử dụng điện áp cho tín hiệu tương tự là khá phổ biến. Chúng cũng khá dễ đấu dây, vì bạn thường chỉ cần hai dây. Nhưng điều đó không có nghĩa là bạn không nên cẩn thận khi đấu dây loại tín hiệu tương tự này. Nếu không được nối dây đúng cách, bạn có thể nhận được tín hiệu tương tự bị lỗi hoặc thậm chí tệ hơn, mô-đun đầu vào tương tự bị hỏng.

Vì vậy, về cơ bản tổng thể những nguồn vào điện áp tựa như đều có hai thiết bị đầu cuối :

•  AGND: Nối đất cho các đầu vào tương tự
•  AIN: Đầu vào tương tự 

Giữa 2 điểm luôn đo được hiệu điện thế. Bạn không hề lấy một điểm rồi nói : tại thời gian này, tôi hoàn toàn có thể đo được 10 vôn. Đối với điều đó, bạn cần một điểm nối đất. Cũng giống như một cục pin. Một pin 9 vôn thì giữa cực dương và cực âm chỉ là 9 vôn .

Đó là lý do chúng ta sử dụng AGND (analog ground) .PLC sẽ đo có bao nhiêu vôn giữ 2 chân AGND và AIN  trên module tín hiệu đầu vào tương tự. Điều này cũng cho chúng ta câu trả lời về AIN là gì. 

Khi bạn đang liên kết nguồn điện áp tương tự như, AIN là nơi bạn liên kết cực dương ( + ) của nó. Cực âm ( – ) sẽ được liên kết với AGND. Đó là hai dây chính cho tín hiệu tựa như .

Nhưng nếu bạn chỉ kết nối chân đó thôi thì bạn sẽ nhận được một tín hiệu rất dễ bị nhiễu. Tương thích điện từ (EMC) có thể làm nhiễu tín hiệu analog của bạn. 

Như bạn hoàn toàn có thể thấy bên dưới, nhiễu được xử lý bằng cách bọc shield chống nhiễu những dây tín hiệu và nối shield chống nhiễu đó với tiếp địa. Hãy chú ý quan tâm rằng tiếp địa này KHÔNG cùng với tiếp địa của AGND !

Đấu dây nguồn vào tựa như điện áp
Vấn đề là không phải tổng thể những tiếp địa đều giống nhau. Trong trường hợp AGND được sử dụng làm tham chiếu cho tín hiệu tựa như của tất cả chúng ta ( 0 volt ), shield chống nhiễu phải được nối với tiếp địa. Bởi vì nhiễu thực sự chỉ là hiện tượng kỳ lạ cảm ứng điện từ trong dây dẫn .

Bằng cách sử dụng một shield chống nhiễu, dòng điện gây nhiễu đó sẽ được dẫn ra trong shield chống nhiễu thay vì các dây dẫn của tín hiệu tương tự của chúng ta. Dòng điện này cần được dẫn đi và đó là lý do tại sao chúng ta kết nối shield chống nhiễu với mặt đất.

Xem thêm: Thương mại điện tử là gì? Sau này làm nghề gì? Học trường nào tốt?

Sụt giảm điện áp trong dây dẫn

Vì tất cả chúng ta đang bàn đến điện áp nên bản thân mạng lưới hệ thống dây điện cũng hoàn toàn có thể gây ra sự cố. Tất cả những dây dẫn điện ( vật dẫn điện ) đều có điện trở và do đó tạo ra sự sụt áp. Điều này có nghĩa là điện áp ở nguồn vào tương tự như sẽ khác với điện áp ở máy phát. Tất nhiên, điều này chỉ gây ra hậu quả đáng kể nếu bạn có khoảng cách đi dây dài hoặc tiết diện dây quá nhỏ .

Đấu dây đầu vào tín hiệu tương tự dòng điện 

Thay vì sử dụng điện áp, bạn cũng hoàn toàn có thể sử dụng dòng điện như tín hiệu tựa như. Chúng hoàn toàn có thể khó đi dây hơn một chút ít, nhưng nhìn chung chúng không thay đổi hơn. Đặc biệt một trong số chúng có một tính năng rất mưu trí khiến nó có lẽ rằng là loại tín hiệu analog được sử dụng nhiều nhất .

Dòng điện trong tín hiệu tương tự thường được đo bằng miliampe (mA). Phạm vi điển hình ở đây là từ 0 đến 20 mA. Ít hơn sẽ khó đo lường mà nhiều hơn thì sẽ nguy hiểm. Hãy cùng xem xét ý nghĩa thực sự của việc sử dụng dòng điện trong tín hiệu tương tự.

Trước hết, bạn cần một vòng lặp kín để dòng điện chạy qua .
Mặc dù thoạt nhìn cách đấu dây của loại máy phát dòng điện giống như với điện áp, nhưng lại có sự độc lạ. Dòng điện là dòng hoạt động của những electron từ cực này sang cực khác. Đó là nguyên do tại sao bạn sẽ luôn cần một vòng lặp kín để đo dòng điện .

Điện Trở Shunt

Trên thực tế, PLC không thể đo cường độ dòng điện. Vì vậy, điều thực sự xảy ra bên trong mô-đun đầu vào tương tự là một điện trở được đặt giữa dương (AI) và âm (AGND). Điều này sẽ không chỉ tạo thành vòng kín mà còn chuyển đổi tín hiệu hiện tại của chúng ta thành tín hiệu điện áp.

Điện trở Shunt trong nguồn vào tương tự như để quy đổi dòng điện thành điện áp

Điện trở được gọi là điện trở shunt và có điện trở cụ thể. Ví dụ trong một số mô-đun đầu vào tương tự của Siemens, nó là 250 Ohm. Và do Định luật Ohm, tín hiệu dòng điện tương tự giờ đây có thể được chuyển đổi thành tín hiệu điện áp bằng các phép tính đơn giản.

Điện áp (V) = Điện trở (R) x Dòng điện (I)

Vì tất cả chúng ta đã biết giá trị điện trở là 250 Ohm, nên ta hoàn toàn có thể tính được điện áp đo được của tất cả chúng ta tương ứng với bao nhiêu miliampe .
Với nền tảng đó, tất cả chúng ta hãy xem xét mạng lưới hệ thống dây của những nguồn vào tựa như hiện tại. Nhìn chung, chúng hoàn toàn có thể được chia thành ba loại :

• Đầu vào tương tự 2 dây
• Đầu vào tương tự 3 dây 
• Đầu vào tương tự 4 dây

Khi nói về mạng lưới hệ thống 2, 3 và 4 dây thì những gì tất cả chúng ta đang đề cập ở đây thực sự là những bộ truyền hoặc bộ quy đổi. Máy phát hiện tại hoàn toàn có thể được nối dây theo nhiều cách khác nhau và với số lượng dây khác nhau .
Sự độc lạ thực sự là nguồn cấp cho tín hiệu. Đôi khi nguồn sẽ cấp trực tiếp cho mạch, và nhiều lúc bạn phải sử dụng một nguồn cấp bên ngoài .

Đầu vào tín hiệu tương tự 2 dây

Cách tiên phong và đơn thuần nhất là nối 2 dây của máy phát thành 1 mạch vòng. Về cơ bản, điều này có nghĩa là PLC sẽ cấp dòng cho mạch vòng này. Ở đây chỉ cần 2 dây để PLC hoàn toàn có thể cấp dòng. Để làm được như vậy tất cả chúng ta cần sử dụng một “ terminal ” khác trên mô-đun nguồn vào tựa như :

• A+: Nguồn cấp cho đầu vào tương tự

Một dây đi từ A + qua máy phát và trở lại trong một dây khác tới AIN. Nguồn cấp đến từ A +, máy phát tinh chỉnh và điều khiển dòng điện và tín hiệu dòng điện tựa như sẽ đi vào AIN .

Mạch vòng cấp nguồn cho nguồn vào tựa như dòng điện loại 2 dây .
Bạn cũng hoàn toàn có thể sử dụng nguồn điện bên ngoài cho bộ phát loại 2 dây. Kết nối 0 V từ nguồn phân phối đến AGND và 24 V qua máy phát trở lại AIN. Mặc dù trong thực tiễn bạn sẽ cần 3 dây cho việc này, nhưng nó vẫn được coi là liên kết nguồn vào tựa như loại 2 dây. Vì máy phát chỉ có hai dây .

Đầu vào tựa như loại 2 dây với nguồn điện bên ngoài

Một nhược điểm của mạch vòng dòng điện loại 2 dây là bạn chỉ có một vòng lặp cho cả nguồn cung cấp và tín hiệu. Điều này có nghĩa là máy phát phải tiêu thụ ít hơn 4 mA để nó hoạt động. Một số cảm biến và máy phát tiêu thụ nhiều hơn thế, điều này đưa chúng ta đến các mạch vòng loại 3 và 4 dây.

Đầu vào tín hiệu tương tự 3 dây

Trong mạch vòng loại 3 dây, dây ground (0V) được đấu chung giữa nguồn cấp và tín hiệu. Dây ground được nối với cả chân AGND và nguồn cấp (-). Nhưng máy phát lại có 2 dây dương (+). Một cái đi tới nguồn cấp (+) và một cái đi tới chân AIN.

Đầu vào tương tự như 3 dây với mạch vòng cấp nguồn và tín hiệu riêng không liên quan gì đến nhau
Mặc dù chúng dùng chung “ ground ” nhưng một bộ phát 3 dây lại có đến 2 mạch vòng. Một cho tín hiệu và một cho nguồn cung ứng. Giờ đây, những cảm ứng hoặc máy phát hoàn toàn có thể tiêu thụ bao nhiêu điện năng tùy thích mà không ảnh hưởng tác động đến tín hiệu analog .

Đầu vào tín hiệu tương tự 4 dây

Bộ phát 4 dây cũng được sử dụng rộng rãi vì nó tách nguồn cấp khỏi tín hiệu. Bằng cách dùng bộ phát 4 dây, bạn có thể có 2 dây cho nguồn cấp và 2 dây cho tín hiệu. Đương nhiên, bộ phát 4 dây yêu cầu một nguồn cấp bên ngoài.

Kết nối máy phát 4 dây với nguồn vào tương tự như

Rõ ràng ưu điểm lớn nhất của việc sử dụng bộ phát 4 dây là sự tách biệt hoàn toàn giữa nguồn cấp và tín hiệu. Chúng có thể được cách ly hoàn toàn hoặc cách ly opto để nhiễu của nguồn cấp không ảnh hưởng đến tín hiệu.

Đọc hướng dẫn sử dụng 

Điều quan trọng nhất ở đây là bạn biết bạn dùng máy phát hoặc cảm ứng nào. Đọc hướng dẫn sử dụng và chọn cách bạn muốn nối dây cho nó. Cũng đừng quên đọc hướng dẫn sử dụng của mô-đun nguồn vào tương tự như .
Các đơn vị sản xuất khác nhau đặt những tên khác nhau cho những chân của “ terminal ” trên mô-đun. Đôi khi họ thậm chí còn còn đưa ra những hướng dẫn khác nhau về tiếp đất và chống nhiễu .
Tóm lại, để tránh những yếu tố với mạng lưới hệ thống dây điện … Hãy luôn đọc và làm theo hướng dẫn sử dụng của đơn vị sản xuất .

Điều chỉnh tín hiệu đầu vào tương tự 

Khi tín hiệu đầu vào tương tự đi vào PLC, bạn thường sẽ phải điều chỉnh nó trong chương trình PLC của mình. Điều chỉnh tỷ lệ có nghĩa là bạn 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).

Việc quy đổi hoặc kiểm soát và điều chỉnh tỷ suất được thực thi đơn thuần với một số ít phép toán. Một số IDE như Siemens Step 7 hoặc Tia Portal thậm chí còn còn có một khối tính năng dành riêng cho việc kiểm soát và điều chỉnh tỷ suất. Ở đây tôi sẽ chỉ cho bạn cả hai cách kiểm soát và điều chỉnh tỷ suất nguồn vào tương tự như .

Điều chỉnh tỷ lệ bằng toán học

Trước đây tôi đã lý giải cách mà tín hiệu tương tự như trở thành giá trị thô trong PLC. Thứ mà tín hiệu tựa như biểu lộ là một phép đo vật lý như 0 đến 300 độ. Thật thuận tiện khi thao tác với giá trị kỹ thuật trong chương trình PLC của tất cả chúng ta hoặc hiển thị phép đo trên HMI .
Bằng cách nào đó, tất cả chúng ta phải quy đổi dải số 0-2764 8 thành 0-300 .
Về mặt toán học, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể miêu tả nó với mối quan hệ này :

Giá trị thô / 27648 = Giá trị kỹ thuật / 300

Chuyển biến “ giá trị kỹ thuật ” sang một vế của phương trình, tất cả chúng ta nhận được một phương trình mà tất cả chúng ta hoàn toàn có thể sử dụng trực tiếp trong chương trình PLC của mình. Phương trình này hoàn toàn có thể được sử dụng để kiểm soát và điều chỉnh tỷ suất nguồn vào tương tự như thành giá trị kỹ thuật :

Giá trị kỹ thuật = (Giá trị thô / 27648) * 300 

Tất nhiên tùy chọn dễ nhất ở đây là sử dụng structured text. Bằng cách đó, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể lan rộng ra nguồn vào tựa như chỉ với một dòng mã .

Điều chỉnh tỷ lệ với Khối chức năng SCALE

Ví dụ như Siemens có những khối công dụng tích hợp dành riêng cho việc kiểm soát và điều chỉnh tỷ suất. Khối này đơn thuần được gọi là SCALE và có 5 nguồn vào và 3 đầu ra. Nhưng tôi sẽ chỉ tập trung chuyên sâu vào 3 nguồn vào và 1 đầu ra .
HI_LIM và LOW_LIM là số lượng giới hạn cho giá trị kỹ thuật của bạn. Ví dụ : nếu bạn muốn chia tỷ suất tín hiệu tương tự như của mình thành 0-300 độ, LOW_LIM phải là 0 và HI_LIM 300. Tại nguồn vào được gọi là IN là nơi giá trị thô từ nguồn vào tương tự như .
Cuối cùng hiệu quả của việc chia tỷ suất sẽ được gửi đến đầu ra của khối ( OUT ) .
Cách dùng khối công dụng để kiểm soát và điều chỉnh tỷ suất cũng giống như cách sử dụng toán học được trình diễn trước đó. Một số người thích chiêu thức này hơn giải pháp kia .

Đầu ra tín hiệu tương tự (Analog)

Đầu ra tương tự như có rất nhiều điểm tương đương với nguồn vào tương tự như. Nhưng vẫn có một số ít độc lạ trong cả cách bạn đấu dây và cách bạn sử dụng chúng trong chương trình PLC của mình. Cũng giống như nguồn vào tương tự như, đầu ra tương tự như hoàn toàn có thể được chia thành hai loại :

• Điện áp 
• Cường độ dòng điện 

Và những nguyên tắc đều giống nhau. Chúng ta đều hoàn toàn có thể sử dụng điện áp hoặc dòng điện làm tín hiệu tựa như .
Hãy cùng khám phá kỹ về yếu tố này bằng cách xem xét mạng lưới hệ thống dây của những đầu ra tương tự như .

Đấu dây các đầu ra tín hiệu tương tự

Bất kể bạn đang sử dụng loại tín hiệu đầu ra analog nào, bạn luôn phải ghi nhớ một điều. Tải ( load ). Bởi vì về cơ bản bạn sẽ liên kết một tải với đầu ra. Đây hoàn toàn có thể là van tinh chỉnh và điều khiển dòng chảy, bộ quy đổi tần số hoặc thậm chí còn là nguồn vào tựa như trên một PLC khác .
Thiết bị bạn liên kết với đầu ra tín hiệu tựa như là thiết bị quyết định hành động loại tín hiệu tựa như bạn sẽ sử dụng. Nếu bạn muốn điều khiển và tinh chỉnh van có tín hiệu 4-20 mA, thì đầu ra tín hiệu tương tự như của bạn cũng phải là 4-20 mA .

Đấu dây các đầu ra tín hiệu điện áp tương tự

Một lần nữa, đầu ra tín hiệu điện áp tương tự là đầu ra dễ đấu dây nhất. Đối với điều này, bạn sẽ chỉ cần 2 dây. Bản cực dương và bản cực âm của nguồn điện áp. Trong trường hợp này là đầu ra tín hiệu điện áp tương tự của chúng ta. Dưới đây là cách nối dây đầu ra tín hiệu điện áp tương tự loại 2 dây đơn giản:

Đầu ra tín hiệu điện áp tương tự như loại 2 dây

Nhưng đôi khi 2 dây là không đủ. Ngay cả đối với đầu ra là điện áp. Một số mô-đun Siemens có thêm hai “terminal” ở đầu ra tín hiệu tương tự của mô-đun. Chúng được sử dụng để bù cho một thứ gọi là trở kháng dây dẫn hoặc điện trở dây. 

Chúng ta sẽ không đi sâu quá nhiều vào chi tiết cụ thể, Tóm lại trở kháng là sự trái chiều mà một mạch điện tạo ra khi có sự biến hóa về dòng điện hoặc điện áp. Vì vậy với bất kể loại trở kháng nào cũng sẽ tạo ra sự sụt áp .

Nếu bạn có một tín hiệu điện áp tương tự thay đổi thì điện trở  sẽ rất lớn. Hai dây bổ sung đó ở đó để bù đắp, sao cho mức điện áp ở đầu ra tín hiệu tương tự giống với mức điện áp tại điểm đến.

Đầu ra tín hiệu điện áp tựa như của mô-đun Siemens với bù trở kháng dây dẫn
Nói về điện trở, bạn cũng phải quan tâm một điều khác khi xử lý những đầu ra tín hiệu điện áp tựa như là trở-kháng-tải ( load impedance ). Để tránh đoản mạch đầu ra tín hiệu tựa như, tải nối với đầu ra phải có trở-kháng-tải tối thiểu. Thường là từ 500 đến 1 k Ohm. Bạn nên tìm hiểu thêm hướng dẫn sử dụng của cả mô-đun đầu ra tín hiệu tựa như và tải ( load ) bạn đang nối với nó .

Đấu dây các đầu ra tín hiệu dòng tương tự

Hầu hết các đầu ra tín hiệu tương tự trên PLC đều hoạt động rất giống một máy phát 3 dây. Điều này có vẻ kỳ lạ, vì chúng ta chỉ có nói đến 2 dây cho đến lúc này. Nhưng PLC thường  có thêm 1 nguồn cáp bên trong nên ta sẽ có thêm dây thứ 3. Nguồn cấp cho tín hiệu .

Điều này có nghĩa là khi bạn đang thao tác với những đầu ra tín hiệu dòng, hầu hết bạn sẽ chỉ phải đấu dây tín hiệu dòng thành 1 mạch vòng. Tất nhiên sau cuối bạn cũng sẽ phải đấu dây nguồn cấp thành một mạch vòng tựa như. Điều đó thường để cấp nguồn cho chính mô-đun để PLC hoàn toàn có thể nhận diện được nó .

Mô-đun đầu ra tín hiệu tương tự như loại 3 dây
Một sự độc lạ lớn giữa đầu ra tín hiệu dòng và điện áp là trở-kháng-tải. Bởi vì ở đầu ra điện áp sẽ nhu yếu trở-kháng-tải cực tiểu còn ở những đầu ra dòng nhu yếu có trở-kháng-tải cực lớn. Hãy nhớ rằng, tất cả chúng ta đang nói về dòng điện và trở kháng ( điện trở ) số lượng giới hạn dòng điện. Nếu trở-kháng-tải quá lớn, mạch vòng sẽ không hề điều khiển và tinh chỉnh dòng điện thiết yếu .
Đầu ra tín hiệu dòng điện tương tự như của một PLC thường thì có trở-kháng-tải cực lớn là 300 – 500 Ohm .

Điều chỉnh tỷ lệ đầu ra tín hiệu tương tự (analog)

Nếu bạn biết cách “ scale ” một giá trị analog, bạn cũng phải ghi nhận cách “ unscale ” nó. Vì đó là việc bạn liên tục phải làm. Bằng cách ” unscale ”, có nghĩa là quy đổi giá trị kỹ thuật thành giá trị mà mô-đun hoàn toàn có thể quy đổi thành tín hiệu đầu ra .
Giả sử tất cả chúng ta có tín hiệu đầu ra tương tự như 0-10 V để tinh chỉnh và điều khiển vận tốc của động cơ. Để động cơ chạy ở vận tốc 50 %, tất cả chúng ta phải tạo ra tín hiệu tương tự như 5 V ở đầu ra. Để làm điều đó, tất cả chúng ta cần biết giá trị nào cần gửi đến bộ quy đổi D / A. Nói cách khác, tất cả chúng ta cần biết dải tín hiệu của chúng .
Nếu tất cả chúng ta lấy PLC của Siemens, như tôi đã sử dụng làm ví dụ trong phần đầu của bài viết này, chúng có dải tín hiệu từ 0-2764 8 .
Bởi vì giờ đây tất cả chúng ta đã biết dải tín hiệu của chúng, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể đo lường và thống kê 50 % của số đó : 13824 .
Vấn đề ở đây là người quản lý và vận hành sẽ không nhập 13824 trên HMI làm điểm đặt. Những gì anh ấy thường sẽ đặt là giá trị kỹ thuật, trong trường hợp này là tỷ suất Tỷ Lệ ( % ). Đó là nguyên do tại sao giờ đây tất cả chúng ta có một giá trị kỹ thuật mà tất cả chúng ta cần phải quy đổi thành một giá trị trong dải tín hiệu đầu ra tương tự như .
Bạn hoàn toàn có thể “ unscaling ” theo hai cách khác nhau. Với toán học hoặc với những khối công dụng. Sử dụng toán học là một cách hay để giúp bạn thuận tiện hiểu được những gì đằng sau. Chỉ cần sử dụng quan hệ tương tự như như với tỷ suất :

Giá trị thô / 27648 = Giá trị kỹ thuật / 100 

Bằng cách đưa biến “ Giá trị thô ” sang một vế, giờ đây bạn sẽ có một phương trình toán học để quy đổi giá trị kỹ thuật thành giá trị thô. Bạn hoàn toàn có thể tiến hành điều này trong ngôn từ structured text chỉ với một dòng mã :

RawValue: = (Engineering Value / 100) * 27648

Tất nhiên, việc “unscale” cũng có thể được thực hiện với các khối chức năng. Một số hãng sản xuất cũng cung cấp các khối chức năng cụ thể để “unscale”. 

Xem thêm: Phần mềm hóa đơn điện tử, hóa đơn điện tử xác thực – Nhân Hòa

Lấy ví dụ như Siemens. Họ có một khối được gọi là UNSCALE. Nó hoạt động giải trí theo cách ngược lại của khối SCALE. Bằng cách ” unscale ” một giá trị trong một dải nhất định thành giá trị từ 0-2764 8. HI_LIM và LOW_LIM sẽ là số lượng giới hạn của giá trị kỹ thuật của bạn .

Trên đây là hướng dẫn cách xử lý và lập trình tín hiệu tương tự (analog) trong PLC. Hy vọng những thông tin mà B2bmart.vn tổng hợp sẽ giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về tín hiệu analog trong PLC .

Source: https://vh2.com.vn
Category : Điện Tử