Tema: S7-200, Escalado de Valores analógicos

Autómatas Programables. Guía 8
1
Facultad: Ingeniería
Escuela: Electrónica
Asignatura: Autómatas Programables
Lugar de ejecución: Instrumentación y
Control (Edificio 3, 2da planta)
Tema: S7-200, Escalado de Valores analógicos
Objetivo General
•
Configurar las entradas analógicas del módulo EM235 en el S7-200
Objetivos Específicos
•
•
•
•
Conectar correctamente las entradas analógicas del módulo EM235
Configurar las entradas analógicas del módulo EM235 usando el minidip
Medir en configuración de voltaje 0 a 10V
Utilizar La librería de escalado para convertir a valores reales
Material y Equipo
•
•
•
•
•
1 Computadora con Sistema operativo Windows y STEP7 Micro/WIN 4
1 PLC Simatic S7-200 con módulo de entradas y salida analógica EM 235
1 Cable de interfaz PC/PPI
1 Fuente de alimentación +/- 15V
1 Módulo Set Point 0 a 10V
Introducción Teórica
Módulo de entrada y salida analógica
El PLC S7-200 no posee capacidad integrada de lectura y escritura de valores analógicos,
por lo que se hace necesario conectar un módulo de expansión de entradas analógicas,
entre ellos están los modelos: EM 231, EM 232 y EM 235.
En el laboratorio de electrónica se poseen los módulos de expansión EM235 que poseen 4
entradas analógicas (voltaje o corriente) y una salida analógica (voltaje o corriente). Su forma
física se muestra en la Figura 1
2
Autómatas Programables. Guía 8
Figura 1. Forma física del módulo de expansión EM 235
La forma de cablear este módulo se realiza con respecto al siguiente diagrama:
Figura 2. Diagrama de cableado del EM 235
Para la configuración de los rangos y el tipo de entrada analógica (voltaje o corriente) del EM
235 es necesario cambiar la forma en que están los interruptores del minidip como se
muestra en la siguiente tabla:
Autómatas Programables. Guía 8
3
Tabla 1. Configuración del minidip del EM 235
La librería Scale
Instrucciones:
La representación de los valores de entrada y salida analógicos en los módulos de
ampliación EM 231, EM 232 y EM 235, así como en la CPU 224, se realiza de forma digital
con el formato de tipo palabra INTEGER. Para la interpretación correcta y consiguiente
elaboración de los datos, es necesaria una conversión, por esto, Siemens provee una librería
para el escalado de datos, en la bibliografía se encuentra el enlace para poder descargarla.
1. Escalado:
El escalado de los valores de entrada y salida se puede tomar de los siguientes diagramas.
Aquí se explican los conceptos "unipolar", "bipolar" y "20% de desviación". Especialmente
importante para el STEP 7-Micro/Win - Asistente de operaciones PID (Herramientas →
Asistente de operaciones -> Regulador PID).
El escalado unipolar sólo se desarrolla en el rango de valores positivos o negativos (la Figura
3 muestra un ejemplo para valores de entradas analógicas de 0 a 32000).
4
Autómatas Programables. Guía 8
Figura 3. Escalado unipolar
Con un escalado unipolar con una desviación del 20%, el límite inferior del rango de valores
está al 20% del valor superior (la Figura 4 muestra un ejemplo de un valor de entrada
analógica que va de 6400 a 32000).
Figura 4. Escalado unipolar con desviación del 20%
El escalado bipolar se desarrolla en el rango de valores positivo y negativo (la Figura 3
muestra un ejemplo de un valor de entrada analógica que va de -32000 a 32000).
Autómatas Programables. Guía 8
5
Figura 5. Escalado bipolar
La siguiente tabla da información sobre las abreviaturas utilizadas:
Parámetro Descripción
Ov
Valor de salida escalado (Output value)
Iv
Valor de entrada analógico (Input value)
Osh
Valor límite superior de la escala para el valor de salida escalado (Output scale
high)
Osl
Valor límite inferior de la escala para el valor de salida escalado (Output scale
low)
Ish
Valor límite superior de la escala para el valor de entrada analógico (Input scale
high)
Isl
Valor límite inferior de la escala para el valor de entrada analógico (Input scale
low)
Tabla 2. Abreviaturas utilizadas en los gráficos.
2. Fórmula
La siguiente fórmula se deduce del diagrama para el cálculo del valor escalado:
Ov = (Osh - Osl) / (Ish - Isl) * (Iv - Isl) + Osl
3. Librería
3.1 Descripción de la librería "Scale"
La librería "scale.mwl" contiene módulos de función para convertir el escalado de tipo
INTEGER a REAL (S_ITR), de tipo REAL a REAL (S_RTR) y de tipo REAL a INTEGER
(S_RTI).
6
Autómatas Programables. Guía 8
Figura 6. ubicación de la librería scale después de ser instalada.
3.2 Escalado de la entrada analógica al formato de datos de salida REAL (S_ITR):
Las funciones S_ITR ofrecen la posibilidad de convertir señales de entradas analógicas en
valores normalizados entre 0.0 y 1.0 (tipo REAL).
3.3 Modificación del escalado al formato de tipo de datos REAL (S_RTR):
Las funciones S_RTR ofrecen la posibilidad de convertir rangos de valores enteros de
formato REAL (por ejemplo, los valores de entrada entre 0.0 y 1.0 a la zona de salida en
porcentaje).
3.4 Conversión al formato de escalado de salidas analógicas INTEGER (S_RTI):
Las funciones S_RTI convierten un número real en el tipo de datos de salida analógica
INTEGER.
Procedimiento
Parte I: Uso de las entradas analógicas
1. Antes de encender el PLC haga la conexión de los terminales “L+” y “M” de los bornes
fijos del EM235 a 24V y GND respectivamente, este voltaje debe ser de la fuente de
alimentación correspondiendo a los voltajes “L+” y “M” del CPU 224. (Si la
Autómatas Programables. Guía 8
7
alimentación es a 110V procure utilizar los terminales marcados como L+ y M de la
bornera de entradas digitales o el conector verde del simulador de entradas) consulte
la anterior Figura 2.
2. Con el PLC apagado configure el módulo de entradas analógicas para que pueda
admitir un rango de 0 a 10V, para ello haga uso de la tabla 1 en la introducción teórica.
3. Encienda el PLC, si la conexión de alimentación está correcta se iluminará un led
verde en el módulo EM 235.
4. Conecte la fuente de +/- 15V y el módulo Set Point de la siguiente manera:
Figura 7. Conexión de fuente y set point
5. Ajuste el set point a 0% y conecte la salida 0-Uref del módulo set point al borne
marcado como A+, y el terminal de cero voltios de la fuente al terminal A6. Encienda la fuente de +/- 15V, abra el programa Microwin 4 y verifique el estado de la
entrada analógica por medio de la tabla de estado, ponga al PLC en modo RUN y
seleccione del menú test>estado de tabla
7. en la tabla de estado escriba AIW0 y presione enter ¿entre qué valores está oscilando
la lectura en esta palabra? ___________________________________
8. Mueva la perilla del setpoint y llévela al 50% ¿entre qué valores oscila la lectura en la
AIW0? __________________________________
9. Al llevar la perilla del set point al 100% indique cuáles son los valores resultantes en
AIW0? __________________________________
Parte II Escalado de valores analógicos con la librería scale.mwl
10. Mantenga las conexiones de la parte 1. Introduzca al Microwin 4 el siguiente programa
8
Autómatas Programables. Guía 8
Figura 8. Programa a transferir al S7-200
11. Descargue el programa al PLC.
12. Ponga el PLC en modo RUN y tome un voltímetro y mida entre los bornes de la salida
analógica M0 y V0, use el menú test> estado de programa y varíe el setpoint, verifique
los valores obtenidos en las VD100, VD110 y en la AQW0.
13. Realice el control ON OFF de un tanque activando una bomba que funciona con un
voltaje de 10V y apagándola con 0V. El sistema cuenta con un transductor de nivel con
rango de 0 a 10V, El valor de referencia debe ser tomado con una entrada analógica y
la señal de realimentación que viene del transductor con otra entrada. La activación de
la bomba se hará por medio del voltaje de la salida analógica (10V= ON; 0V= OFF) el
valor de histéresis podrá variarse por medio de uno de los potenciómetros analógicos
Autómatas Programables. Guía 8
9
que posee el PLC.
14. Ponga el PLC en modo STOP y apague la computadora, las fuentes y desconecte el
equipo.
Análisis de Resultados
1. ¿Cuál es el propósito de las funciones de conversión de la librería Scale en el
programa?
2. De acuerdo a los valores obtenidos, mencione de cuántos bits es el convertidor
Analógico a Digital del EM235.
3. De acuerdo a los valores obtenidos, mencione de cuántos bits es el convertidor Digital
a Analógico del EM235.
4. Analice cuál instrucción utilizaría para convertir el dato de la función S_RTR y escribir
en una TD-100C el valor del nivel obtenido por el transductor.
Investigación Complementaria
1. Investigue acerca del asistente PID
2. Investigue de la función de autosintonía que posee el asistente PID
3. Investigue acerca del algoritmo de cálculo PID que posee el S7-200
Bibliografía
•
•
•
http://support.automation.siemens.com/WW/llisapi.dll?
func=cslib.csinfo&objid=27043396&nodeid0=10805397&lang=es&siteid=cseus&aktpri
m=0&objaction=csopen&extranet=standard&viewreg=WW
Manual CPU S7-200
www.infoplc.net
10
Autómatas Programables. Guía 8
Hoja de cotejo: 8
Guía 8: S7-200, Escalado de Valores analógicos
Alumno:
Máquina No:
Docente:
GL:
Fecha:
EVALUACION
%
CONOCIMIENTO
25%
APLICACIÓN DEL
CONOCIMIENTO
70%
ACTITUD
2.5%
2.5%
TOTAL
100%
1-4
5-7
8-10
Conocimiento
deficiente de los
fundamentos
teóricos
Conocimiento y
explicación incompleta
de los fundamentos
teóricos
Conocimiento completo
y explicación clara de los
fundamentos teóricos
No hace, no realiza:
- Carga del
programa de
ejemplo
- Análisis de la
lectura de valores
analógicos
- Análisis de las
funciones de
escalado
- Control ON-OFF
Es un observador
pasivo
Realiza de forma
incompleta:
- Carga del programa de
ejemplo
- Análisis de la lectura de
valores analógicos
- Análisis de las
funciones de escalado
- Control ON-OFF
Realizó con poca
dificultad todos los
procedimientos y análisis
Participa ocasionalmente
o lo hace
constantemente pero sin
coordinarse con su
compañero
Hace un uso adecuado
de los recursos, respeta
las pautas de seguridad,
pero es desordenado.
Participa propositiva e
integralmente en toda la
práctica
Es ordenado; pero
no hace un uso
adecuado de los
recursos
Hace un manejo
responsable y adecuado
de los recursos conforme
a pautas de seguridad e
higiene.
Nota