BÖLÜM 24 CPU 22X. Analog giriş-çıkış modülü EM 235 Analog çıkış modülü EM 232 Analog girişler : IW0...IW6. Akım dönüştürücü. Gerilim dönüştürücü EM235

Transkript

1 BÖLÜM 24 PLC OTOMASYONUNDA ANALOG SĐNYAL ĐŞLEME VE ANALOG GĐRĐŞLERDE ÖLÇÜL DEĞERLERĐN TANIMLANMASI Analog giriş sinyallerinin işlenebilmesi için öncelikli olarak bir analog modüle ihtiyaç bulunmaktadır. Analog modüller genel olarak 8 bit veya 12 bit sistemine göre çalışırlar. Bir analog modüle, tipine göre birden fazla analog sinyal üretici (analog sensör) bağlanabilir. Örneğin, S7 200' ler için EM 235 kullanılırsa Bu modül 12 bit sistemine göre çalışır ve girişine 4 analog sensör (ısı, nem, ışık, gaz, sensörleri gibi) bağlanabilir. EM 235' de giriş kanalları A, B, C, D şeklinde ifade edilir. Her kanal word olarak bilgi işleme kapasitesine sahiptir. Yani 16 bit'lik bilgiler işlenebilir. Analog bilgiler, işlenerek dijital bilgilere dönüştürülür ve PLC' ye dijital bilgi olarak atanır. Analog giriş-çıkış modülü EM 235 Analog çıkış modülü EM 232 Analog girişler : IW0...IW6 Gerilim dönüştürücü sensör - + Akım dönüştürücü sensör Kullanılmayan girişler RA A+ A - RB B+ B - RC C+ C - RD D+ D - EM235 ANALOG GĐRĐŞ - ÇIKIŞ MODÜLÜ CPU 22X M L+ M0 VO I0 Gaın Offset Confıgurasyon ON OFF V Şekil 24.1: Analog giriş - çıkış modülü EM 235 (12 bit) 397

2 Analog girişler : 1. giriş (RA, A -, A+) : AIW0 2. giriş (BA, B -, B+) : AIW2 3. giriş (CA, C -, C+) : AIW4 4. giriş (DA, D -, D+) : AIW6 olarak adreslendirilir. Kullanılmayan girişler, dışarıdan herhangi bir gürültü almaması için kısa devre edilmelidir. Analog ölçme sinyalleri, doğrudan PLC tarafından okunamaz. PLC cihazı, sadece lojik sinyalleri (1 ve 0) algılayabilmektedir. Analog sinyallerin PLC tarafından algılanabilmesi için giriş gerilimi ile orantılı olarak PLC' ye bir dijital değer atayan analog modüllere ihtiyaç vardır. Örneğin ısı sensörü, 15 0 C' de 20mv. üretirse, 30 0 C' de 40mv. bir gerilim üretir. Bu gerilim değerleri, analog modül tarafından algılanarak 8 bit veya 12 bit olarak dijital sinyallere dönüştürülür ve PLC' ye atanır. UYARI : Bir analog modüle aynı anda hem gerilim sensörü, hem de akım sensörü bağlanamaz. Bağlanan sensörlerin tümü ya gerilim sensörü ya da akım sensörü olmalıdır Analog çıkış : Frekans konvertörü, su pompa motorunun devir sayısının borulardaki su basınç değerine göre kontrolü, matbaalarda rulo' yu açan motorun devir sayısının kontrolü gibi işlemlerde kullanılabilir. M0 VO I0 Analog çıkışlar, tek çıkışlı AQW0 olarak adreslendirilir. analog modüllerde, çıkış Yük Birden fazla çıkışlı analog modüllerde, AQ1, AQ3, AQ5 şeklinde adreslendirilir. Analog çıkış (AQW0) Bir ısı gerilim dönüştürücüsünden (ısı sensöründen) veya basınç gerilim dönüştürücüsünden (basınç sensöründen) elde edilen DC. gerilim analog modülün girişine uygulanır. Analog modül tarafından bu gerilim değerleri, dijital değerlere dönüştürüldükten sonra analog modül içersinde 8 bitlik veya 12 bitlik bir alan içersinde değerlendirilir. Daha sonra bu değerler lojik olarak PLC' ye atanır. Bir DC. değer, dijital sinyale dönüştürülürken dönüştürüldüğü bit sayısı o DC. değerin çözünürlüğünü verir Yarı iletkenlerden yapılan ısı sensörleri : PTC, NTC termokupl gibi elemanlarla çok düşük sıcaklık değişimlerini doğru olarak algılamak mümkün değildir. Çünkü bu elemanların direnç değişimi ısının artışı veya azalışı ile doğrusal değildir. Bu nedenle hassas sıcaklık algılama işlemlerinde yarı iletkenden yapılmış ısı sensörleri kullanılır. 1- LM 35 : Isıya bağlı olarak gerilim üretir C ile C' lik sıcaklıkların algılanmasında kullanılır. her 1 0 C' lik ısı artışında yaklaşık 10 mili volt üretir. 2- LM 235 : Isıya bağlı olarak gerilim üretir C ile C' lik sıcaklıkların algılanmasında kullanılır. her 1 0 C' lik ısı artışında yaklaşık 10 mili volt üretir. 3 - PT 100 ve PT 1000 ısı sondaları : PTC ısı elemanları olup 100 rakamı PTC elemanın normal oda sıcaklığında (20 0 C ' de eleman direncinin100 ohm olduğunu ifade eder. PT 1000 ' de ise direnç değeri 1000 ohm' dur. PT 100 için her bir 0 C ısı değişiminde direnç değişimi 0,4 ohm, PT 1000 için her bir 0 C ısı değişiminde direnç değişimi 4 ohm' dur. Örneğin PT1000' için 5 0 C' deki direnci = 20-5 = ( 4x15) = 940 ohm olur. 398

3 LM35 CZ bağlantısı : + 5 V LM 35 CZ V0 (çıkış) 1 K Şekil 24.2: LM 35 CZ bağlantısı C C C mv... 0 mv mv - 0.5V... 0 V V üretir bit' lik analog modüllerde analog değerlerin çözünürlük değerlerinin hesaplanması : V. gerilim veren bir sensör için: Tam skala gerilim 5 5 Çözünürlük = = = = 0,0196 V = 19,6 mv 2 n n : bit adres değerliği = 0 19,6 x 0 = 0 mv. = 0 V = 1 19,6 x 1 = 19,6 mv. = 0,0196 V = 2 19,6 x 2 = 39,2, mv. = 0,0392 V = 4 19,6 x 4 = 78,4, mv. = 0,0784 V = ,6 x 128 = 2508,8 mv. = 2,5088 V = ,6 x 255 = 4998 mv. = 4,998 V 19,6 mv' tun altındaki değerlerin dijital karşılığı "0" dır. 399

4 bit' lik analog modüllerde analog değerlerin çözünürlük değerlerinin hesaplanması : 1-0V V. gerilim veren bir sensör için: Tam skala gerilim 5 5 Çözünürlük = = = = 0,0012 V = 1,2 mv 2 n n : bit adres değerliği = 0 1,2 x 0 = 0 mv. = 0 V = 1 1,2 x 1 = 1,2 mv. = 0,0012 V = 6 1,2 x 6 = 7,2mV. = 0,0072 V = 100 1,2 x 100 = 120mV. = 0,12 V V veren sensörün verdiği gerilimin dijital karşılığının bulunması : Örnek 1 : Sensör, 2,5 V verdiğinde dijital karşılığı : Sensörün değeri 2500 mv Dijital karşılık = = = 2083 Bit başına çözünürlük 1, = 2083 Örnek 2 : Sensör, 0,8 V verdiğinde dijital karşılığı : Sensörün değeri 800 mv Dijital karşılık = = = 666 Bit başına çözünürlük 1, =

5 V...0 V V gerilim veren bir sensör için : Örneğin, - 5 V... 0V...+5 V. gerilim veren bir sensör için: 10 V Tam skala gerilim Çözünürlük = = = = 0,00244 V = 2,44 mv 2 n n : bit adres değerliği = 0 2,44 x 0 = 0 mv. = 0 V = 100 2,44 x 100 = 244 mv. = 0,244 V = ,44 x 2047 = 4994,6 mv. = 4,994 V = ,44 x = ,1mV. = - 4,997 V = -1 2,44 x -1 = - 2,44 mv ( ) = = ,44 x = 4816, 5 mv = - 4,816 V ( = ) 12 bit'in 1word' lük alana yerleştirilmesi : X 2 2X 1 X bit 0V...1 V 0V...2,5 V 0V...5 V 0V...10V Unipolar (tek kutuplu) bit ± 1 V ± 2,5 V ± 5 V ± 10V Bipolar (çift kutuplu) 401

6 Bipolar (çift kutuplu) uygulamalarda 16. bit ön işaret bitidir. Bu bit' in kullanılması durumunda 2 16 = değerinde bir alan oluşur. Bu çalışma alanının yarısı ( ) volt değeri için, diğer yarısı da ( ) volt değeri için kullanılır. Analog giriş registerinin en yüksek değerlikli bit' i (tabloda SW6), "OFF" olarak seçildiğinde ön işaret biti aktif olur. Bu durumda giriş değerlerinin pozitif ya da negatif değerler alması sağlanmış olur. Örneğin - 5 volt...+5 volt aralığında işlem yapabilmek için kaydedici tipi "bipolar" (iki kutuplu) olmalıdır. Bu durumda analog giriş kaydedicinin en yüksek değerlikli bit' i çalışma alanına dahil edilir. Analog modülün girişine bağlanan analog sensörlerin verdiği gerilimin unipolar (tek kutuplu) veya bipolar (çift kutuplu) oluşuna göre ya da analog sensörün verdiği gerilimin maksimum değerine göre analog modül üzerinde bulunan 6 anahtar değişik konumlarda olabilir. SW1, SW2, SW3 : Bu swiclerle ölçme alanı değişir. SW4, SW5 : Bu svicler, analog giriş modülünün kazancını değiştirir. Kazanç x1, x10, x100 şeklinde etki eder. SW6 : Bu sviç, "ON" ya da "OFF" yapılmak suretiyle dijital değerin işaretli veya işaretsiz olması belirlenir. Bu swic OFF ise; bipolar (işaretli - çift kutuplu), ON ise; unipolar (işaretsiz - tek kutuplu) olur. UNIPOLAR (tek kutuplu) SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 Tam skala Çözünürlük ON OFF OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON ON OFF OFF OFF ON ON OFF ON OFF OFF ON ON ON OFF OFF OFF OFF ON OFF ON OFF OFF OFF ON ON OFF OFF OFF OFF ON mv mv mv 0...1V 0...5V V ma 12.5µV 25µV 125µV 250µV 1.25mV 2.5mV 2.5µA Tablo 1 : EM 235 ( analog giriş-çıkış modülü) için unipolar çalışma anahtar durum tablosu Tek kutuplu (Unipolar) SW1 SW2 SW3 Tam skala Çözünürlük ON OFF ON 0-10 V 2.5 mv ON ON OFF 0-5 V 1.25 mv ON ON OFF 0-20 ma 5µA Çift kutuplu (Bipolar) OFF OFF ON ± 5 V 2.5 mv OFF ON OFF ± 2.5 V 1.25 mv Tablo 2 : EM 231 ( analog giriş modülü) için unipolar ve bipolar çalışma anahtar durum tablosu 402

7 BIPOLAR (çift kutuplu) SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 Tam skala Çözünürlük ON OFF OFF ON OFF OFF OFF ON OFF ON OFF OFF OFF OFF ON ON OFF OFF ON OFF OFF OFF ON OFF OFF ON OFF OFF ON OFF OFF OFF ON OFF ON OFF ON OFF OFF OFF OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF ± 25mV ± 50 mv ± 100mV ± 250mV ± 500mV ± 1V ± 2.5 V ± 5 V ± 10 V 12.5µV 25µV 50µV 125µV 250mV 500mV 1.25mV 2.5mV 5mV Tablo 3 : EM 235 ( analog giriş-çıkış modülü) için bipolar çalışma anahtar durum tablosu Isı, ışık, basınç, nem, gaz gibi sensörler, yapısına ve markasına göre maksimum değişik gerilimler verebilirler. Bu gerilim değerleri, her iki tabloda tam skala bölümünde verilmiştir. AIW0 girişindeki bir sensör, V veriyorsa dijital karşılık : ( ) olarak alınabilir. 0 V...10 V AIW0 girişindeki bir sensör, - 5 V...0V V veriyorsa dijital karşılık : ( ) olarak alınabilir. - 5 V ,7 V...0 V ,2 V V / 5 = 6400 volt başına düşen dijital değer. Örneğin, sensör 1,2 volt veriyorsa dijital karşılık : 1,2 x 6400 = 7680 sensör, - 0,7 volt veriyorsa dijital karşılık : - 0,7 x 6400 = olur. 403

8 LM35 için, ısı değerine göre verdiği gerilimin ve dijital karşılığının bulunması : C C C mv... 0 mv mv - 0.5V... 0 V V üretir. Analog modül üzerindeki 6 adet anahtar, 2.5 V bipolar olarak ayarlanmalıdır. Tablo 2' den bakınız. - 2,5 V ,5 V... 0 V...+1,5 V... +2,5 V Dijital karşılık : 2,5 V için ise 2,5 V için ise 1,5 V için x - 0,5 V için x X = x 1,5 / 2,5 = X = x -0,5 / -2,5 = Dijital karşılık : 1500 mv için ise 1500 mv için ise 50 mv için x mv için x X = x 50 / 1500 = 640 X = x -200 / 1500 = olur mv mv... 0 mv mv mv Örnek : Bir sera sisteminde, sera ısının değeri 10 0 C ise ısıtıcı çalışsın 12 0 C' de dursun, 15 0 C' de ise soğutucu çalışsın, 13 0 C' de dursun. Sistemde C C arası çalışan bir sensör kullanılacaktır. Isıtıcı ve soğutucunun çalışması için PLC' de programlama yapılması gerekmektedir. Bu programlamada 10 0 C, 12 0 C ile 13 0 C,15 0 C' nin dijital karşılıklarının verilmesi gerekir. Sensörün her 1 C 0 için 10 mv ürettiğini hatırlayınız. Sensör, C için 1500 mv verirse C için 1500 mv verirse C için x C için x X = 1500 x 10 / 150 = 100 mv X = 1500 x 13 / 150 = 130 mv Sensör : C için 1500 mv verirse C için 1500 mv verirse C için x C için x X = 1500 x 12 / 150 = 120 mv X = 1500 x 15 / 150 = 150 mv PLC programlamasında dijital olarak bulunan sayılar girilmelidir. 404

9 Dijital karşılık : 2500 mv için ise 2500 mv için ise 100 mv için x 130 mv için x X = x 100 / 2500 = 1280 (10 0 C) X = x 130 / 2500 = 1664 (13 0 C) Dijital karşılık : 2500 mv için ise 2500 mv için ise 120 mv için x 150 mv için x X = x 120 / 2500 = 1536 (12 0 C) X = x 150 / 2500 = 1920 (15 0 C) Dijital karşılık : 1500 mv için ise şeklinde de orantı kurabilirsiniz. Sonuçlar aynı değerde çıkar. PLC programlamasında dijital olarak bulunan bu sayılar girilmelidir Analog modül için kalibrasyon ayarı : Analog modül' ün üretimi sırasında kalibrasyon ayarı yapılmıştır. Ancak bu ayarın başkaları tarafından değiştirilmiş olabileceği olasılığı üzerine yeniden kalibrasyon ayarının yapılmasında yarar vardır. Kalibrasyon ayarı için öncelikle analog modülde enerji yokken aşağıdaki bağlantıyı yapınız. 10 V + - P Kullanılmayan girişler RA A+ A - RB B+ B - RC C+ C - RD D+ D - CPU' nun ve analog modülün enerjisi kesilir. Analog modülde istenilen giriş değerleri için sviçler set edilir. Burada 10v. unipolar için 2. ve 6. sviçler ON konumuna alınabilir (tablo 1' e bakınız). CPU ve analog modüle enerji verilir ve kararlı hale gelmesi için 15 dakika beklenir. Transmitr gerilim veya akım kaynağı kullanılarak seçilen giriş terminaline ( burada 1. terminal seçilmiştir) "0" (sıfır) değerlik sinyali uygulanır. Gerilim ya da akım değeri 0' dır. Bağlantı yapılan giriş terminalinden okunan değer, CPU tarafından bilgisayar ekranına aktarılır (Program yazılımının PLC' ye yükleme işlemi bittikten sonra Program Status ikonunu aktif duruma getiriniz). Offset potansiyometresi ile ayar yapılarak bağlantı yapılan giriş terminalinde "0" (sıfır değerlikli sinyal okunana kadar ( lojik karşılığı "0" okunana kadar) sağa veya sola döndürülür. Uyarı : Bu ayar sırasında A+ ve A - uçlarında "0" volt olmalıdır. Giriş terminali için ayarlanan sviçlerin konfigürasyonuna göre uygulanması gereken maksimum gerilim sinyali, girişe gönderilir. Örnekte 10 V için 2. ve 6. sviçler ON konumundadır. Örneğin maksimum gerilim 5 V olarak seçilmiş olsaydı 1. ve 6. sviçlerin ON konumunda olması gerekirdi. Gain potansiyometresi kullanılarak bilgisayar ekranından okunan dijital sayı değerinin olarak görülecek şekilde ayarlama yapılır. Analog bilgiyi dijital bilgiye çevirebilmek için 149 µsn' ye ihtiyaç vardır. Analog çıkış için ise 73 µsn' ye ihtiyaç vardır. 405

10 PLC programı : OB1 Network 1 : PLC, RUN konumuna alındığında bilgi taraması ilk döngüde SBR0 sayfasına yönelsin. SM0.1 SBR0 SBR0 Network 1: PLC, RUN konumuna alındığında OB1 sayfasından bu sayfaya yönlendirilerek bu sayfadaki bilgiler, bir defaya mahsus olmak üzere OB1 sayfasına atanır. Network 2 : Subroutıne ve interrupt sayfasından alınan bilgiler bu sayfaya atandıktan sonra değerlendirilir.vw500 alanı içersindeki lojik değer, 1280' den (1250alınabilir) küçük veya eşit ise ısıtıcı çalışsın (10 0 C' nin karşılığı).vw500 alanı içersindeki değer, 1536' dan (1530 alınabilir) küçük veya eşitse ısıtıcı çalışsın (12 0 C nin.karşılığı) C' den sonra ısıtıcı çalışmaz. VW 500 <=I 1250 Q0.0 Isıtıcı SM0.0 MOV_B O 250 IN OUT SMB34 ATCH O 0 INT 10 EVNT Q0.0 VW 500 <=I I 1530 Network 3 : VW500 alanı içersindeki lojik değer, 1920' ye (15 0 C) eşit ve büyükse soğutucu çalışsın. Bu bant aralığını biz belirliyoruz. Örneğin bu rakam,2560 (20 0 C) gibi herhangi bir rakam da olabilirdi. Bu sayı, ortamın sıcaklığının üst derecesinin lojik karşılığı olan sayıdır. Ortam sıcaklığı 13 0 C' ye ( alınabilir) indiğinde soğutucu çalışmasın. VW 500 >=I 1920 Q0.1 Soğutucu MOV_B' ın IN girişindeki değer mili saniye arası olabilir. Bu değer, Interrupt sayfasında hangi süre aralıklarla bilgi taraması yapılacağını ifade eder. Burada PLC ' nin 250 mili saniyede bir Interrupt sayfasındaki bilgiyi alarak değerlendirmesi istenmiştir. SMB34, 0 nolu ınterrupt sayfasınının zaman kontrollü olarak değerlerini değerlendirmek için kullanılan özel bir byte (bayt)' dır. 1 nolu ınterrupt için SMB35 kullanılır. INTERRUPT(ATCH) (kesme) : PLC' nin bilgi taraması (döngü), eğer zaman kontrollü bir komut verilmemişse (SMB34 gibi) Ana sayfadan (OB1) ya da subroutıne sayfasından (SBR0) INTERRUPT sayfasına geçiş komutunun verildiği yerden interrupt sayfasına geçer. Buradaki bilgiler tarandıktan sonra tekrar ana sayfaya (OB1) döner. Q0.1 VW 500 >=I 1670 I = Interrupt' a izin ver komutudur. EVNT 10 = Zaman kontrollü ınterrupt 0 EVNT 11 = Zaman kontrollü ınterrupt 1 INT = Interrupt sayfa numarası (burada "0") 406

11 INT 0 Netwok 1 : SBR 0 sayfasında Interrupt ilişkilendirilmesi yapıldığında PLC' nin bilgi taraması bu sayfaya geçer. AIW0 alanındaki bilgiler VW 500 sayfasına atansın. Eğer örneğin nem sensörü de kullanılacaksa veya frekans konvertörü için ya da motor devir sayısı kontrolü için çıkış kullanılacaksa AIW2 alanındaki bilgileri VW600 alanına ata ya da VW800 alanı içindeki bilgileri AQW0 alanına ata. Bu sayfadaki bilgiler 250 msn. de bir taranır. SM0.0 MOV_W O AIW0 IN OUT VW 500 MOV_W O Örneğin, ısı sensörünün yanısıra nem sönsörü de kullanılacaksa bu komut kullanılır. AIW2 IN OUT VW 600 MOV_W O Örneğin, frekans konvertörü kullanılcaksa veya motor devir sayısı ayarı yapılacaksa bu komut kullanılabilir. VW800 IN OUT AQW0 Şekil 24.3 : Bir sera için PLC programı LADDER devresi Önemli uyarı : Analog modülde enerji varken swiçleri konum değiştirmeyiniz. Analog modülde enerji varken Analog modülün PLC ile iletişim kablosunu ayırmayınız. Aksi takdirde analog modül bozulur. CPU üzerindeki potansiyometrelerle analog işlem yapmak mümkündür. CPU 221 ve 222'de pot0, CPU 224 ve 226' da pot0, pot1 bulunmaktadır. Örnek uygulama : Bu uygulama ile CPU üzerindeki analog pot ile zamanlama ayarı yapmak mümkündür. Network 1 : I0.0 aktif olduğunda IN girişindeki 8 bitlik tamsayı 16 bit' lik tamsayıya dönüşür ve VW10 alanına aktarılır. I0.0 B_I O SMB28, CPU üzerindeki pot 0 için özel hafıza byte' dır SMB29, CPU üzerindeki pot 1 için özel hafıza byte' dır (CPU 224 ve226 için) SMB28 IN OUT VW10 Network 2 : I0.0 aktif olduğunda aynı zamanda T34 zamanlayıcısı çalışır. Q0.0 T34 TON Network 3 : T34, VW10 alanıdaki değerin sonunda Q0.0' ı çalıştırsın. T34 Q0.0 VW10 PT Q0.0 Mühürleme Q0.0'ın sürekli çalışması içindir. Siz sadece VW10' daki değer sonunda çalışmasını istiyorsanız mühürleme koymayınız. 407