UD4.Procesado de señales analógicas.
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CPR de Badajoz Curso 2012 /2013 UD4.Procesado de señales analógicas. José María Delgado Casado Profesor Técnico FP Instalaciones Electrotécnicas IES JAVIER GARCÍA TÉLLEZ (Cáceres) UD4. Procesado de señales analógicas. 1.Señales digitales y señales analógicas. Las señales de entrada / salida al / del PLC vistas hasta ahora eran todas señales digitales, que se caracterizan por tener únicamente dos estados: conexión (1) y desconexión (0). Los dispositivos detectores conectados a las entradas digitales son dispositivos todo / nada que únicamente pueden adoptar dichos estados, tanto sensores electromecánicos (pulsadores, interruptores, finales de carrera, boyas de nivel...) como de estado sólido (detectores inductivos, capacitivos, de presencia,...). Foto: directindustry.com Foto: fanell.com Foto: cabeco.com Foto: ledscontrol.com De igual forma ocurre con los dispositivos accionadores y preaccionadores conectados a las salidas digitales del PLC. Dado que las salidas del PLC (a relé o a transistor) sólo poseen los estados de conexión / desconexión, los dispositivos conectados a ellos sólo podrán distinguir entre estos dos estados, empleándose habitualmente para ello relés y/o contactores. Foto: directindustry.com Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado Foto: rs-online.com UD4. Procesado de señales analógicas. 1.Señales digitales y señales analógicas. En el caso de las instalaciones térmicas y en otros muchos ámbitos son corrientes dispositivos que no realizan una detección / accionamiento todo-nada sino que realizan una medición dentro de un rango, en función de la cual deben activarse / desactivarse procesos o realizar procesamiento de datos. Los dispositivos que adoptan más de un estado y que generan señales continuas (dato de información variable con el tiempo) en base a alguna magnitud física, objeto de la medición, se denominan dispositivos analógicos, y las señales que generan, señales analógicas. En el caso de las instalaciones térmicas y de eficiencia energética, son corrientes dispositivos como: - Medidores de temperatura (PT-100 o termopares). - Medidores de caudal. - Luxómetros. - Sensores piezoeléctricos de presión. - Balastos electrónicos. - Servomotores. - Variadores de frecuencia. - Electroválvulas regulables. - (...) Foto: nissitec.com.ar Foto: grupohierros.com Foto: solostocks.com En los PLCs, la medición de señales analógicas o el envío de valores analógicos a actuadores para actuar en consecuencia se consigue a través de módulos de E/S analógicos, que realizan conversiones analógico / digitales para el procesado de señales. Tanto para el procesado de entradas como de salidas analógicas, existen estándares de señal de envío / recepción de información: Estándar de tensión Estándar de corriente 0-10 Vcc 4-20 mA -10 +10 Vcc 0-20 mA 2-10 Vcc 1-5 mA 0-5 mA Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado UD4. Procesado de señales analógicas. 1.Señales digitales y señales analógicas. En ocasiones los sensores analógicos (p.e. en el caso de los termopares) no cumplen el estándar en transmisión analógica de información, y requieren un preprocesado de la señal antes de su entrada en el PLC en el rango estandarizado. Para este fin se emplean dispositivos como los acondicionadores de señal. Imagen: Acondicionador de señal Allen-Bradley de carril DIN para Termopar tipo J. Los módulos de E/S analógicos de los PLCs transforman las señales analógicas a digitales (o viceversa, en el caso de las salidas) asociando un rango de variación de datos digitales a la información recibida / enviada desde / hacia el sensor o actuador. En el caso del S7-200 y el S7-1200 de Siemens existen varios tipos de módulos de E/S destinados a realizar la conversión analógico / digital y poder procesar señales analógicas y enviar datos analógicos a actuadores. Foto: Rockwell Automation Para el S7-200 existen módulos generales para el tratamiento de señales analógicas y módulos dedicados para la medida de temperaturas, posicionamiento, pesaje, etc. Imagen: Catálogo Siemens S7-200 Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado UD4. Procesado de señales analógicas. 1.Señales digitales y señales analógicas. Imagen: Catálogo Siemens S7-200 Foto: Siemens (módulos EM231 y EM235) Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado UD4. Procesado de señales analógicas. 1.Señales digitales y señales analógicas. En el caso del S7-1200 existen dos tipos de elementos que realizan medidas / actuaciones analógicas: los módulos SM (1231, 1232, 1234) y las tarjetas Signal Board SB 1232. En el caso de los módulos SM la diferencia entre los mismos es el número de E/S analógicas capaces de tratar. En el catálogo S7-1200 de Siemens pueden verse sus principales características. Dado que hay CPUs que no son ampliables con módulo de señal (como la CPU 1211C), el S7-1200 integran la posibilidad de acoplar una tarjeta de señal (Signal Board) que proporciona, además de las dos AI que integra la propia CPU, AO de 12 / 11 bits de resolución (U/I) o AI adicionales, o incluso DI y DO . Las tarjetas SB van integradas en el cuerpo del PLC, optimizando de esta forma el espacio ocupado por el conjunto. Foto: Siemens (módulo SM 1231) Foto: Siemens (SB 1232) SB 1221 (DIx4 24 Vdc) Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado SB 1222 (DQx4 24 Vdc) SB 1223 (DIx2 DQx2 24 Vdc) UD4. Procesado de señales analógicas. 2. Tratamiento de señales analógicas en el S7-200: resolución. Existen varios parámetros fundamentales a la hora de realizar conversiones analógico / digitales en sensores industriales (campo de medida, alcance, error, exactitud, precisión, sensibilidad, etc). Desde el punto de vista práctico, uno de los fundamentales a la hora de implementar el control con PLCs es la resolución de los convertidores analógico / digitales del PLC. Resolución: Podemos definir la resolución como el número de valores discretos capaz de ser distinguidos de forma individual por el autómata en el rango de señal admisible por el convertidor analógico / digital. S7-200 : módulo EM235 En el caso del módulo EM235 para el S7-200, podemos ver por hoja de características que la resolución del mismo en rango de tensión es de 12 bits. Eso significa que es capaz de distinguir entre 4096 valores diferentes. 212 = 4096 En un rango de medición, p.e. de 0 a 10 Vcc (unipolar) significa que el EM235 es capaz de realizar cambios en medidas de: 10/4096 = 0.00244 V ≃ 2.5 mV Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado UD4. Procesado de señales analógicas. 2. Tratamiento de señales analógicas en el S7-200: resolución. Esto quiere decir que cada cambio de 2.5 mV de valor de la señal de entrada, el EM235 aumentará una unidad el valor digital que enviará al PLC, convirtiendo de esta forma el valor de medida analógica en una cadena de unos y ceros (1001010...) binarios correspondientes al número decimal comprendido entre 0 y 4096. No obstante, para el caso anterior del S7-200 podemos ver en su hoja de características que no distingue entre 4096 valores, sino entre 32000 para el caso de rangos unipolares (0 a 10 V, 0-20 mA) o 64000 para el caso de bipolares (-10 a 10 V). ¿Cómo puede ser eso?. La explicación viene dada en la propia hoja de características: Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado UD4. Procesado de señales analógicas. 2. Tratamiento de señales analógicas en el S7-200: resolución. En el caso de valores unipolares, el formato de los 12 bits de datos (4096 valores posibles, en el caso de rango de tensión) va incrustado en una palabra (W) de datos (2 bytes consecutivos), de forma que el formato real del dato analógico queda traducido: El primero de los bits de la palabra (MSB-Most Significant Bit) se reserva para el caso de valores bipolares, indicando con un 0 si es positivo y con un 1 si es negativo, por lo que en el caso de los unipolares está permanentemente a 0. Los últimos 3 bits (LSB-Less Significant Bit) están permanentementa a 0, con lo que el dato real queda incrustado entre el tercer cuarto y decimoquinto bit. Esto caso que una variación de una unidad en los posibles 4096 valores (2.5 mV) se traduzca automáticamente como una variación de 8 en el valor total de la palabra: 1000 = 0 ⋅ 2 0 + 0 ⋅ 21 + 0 ⋅ 2 2 + 1⋅ 2 3 = 8 Cualquier variación por tanto del cuarto bit menos significativo ocasionará que el valor de la palabra de datos cambie automáticamente en 8 valores, como puede verse en el razonamiento anterior, lo que hará que los 4096 valores se conviertan en: 4096 ⋅ 8 = 32768 Reservándose el exceso de 32000 para el desbordamiento de medida. Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado UD4. Procesado de señales analógicas. 2. Tratamiento de señales analógicas en el S7-200: conexionado. Otro aspecto fundamental del EM235, además de su resolución y el tramiento de valores que veremos posteriormente es su conexionado con el PLC. 1 El módulo EM235 (también los EM231 y EM232 aunque su esquema no se adjunta aquí) requieren de una alimentación de 24 Vcc, que puede suministrarse desde la fuente de alimentación del PLC. El bus en este caso sólo transmite datos, pero no alimentación. 2 Salida analógica en corriente (Io) y en tensión (Vo), con masa de conexión (Mo). 3 DIP Switches para configurar el rango de entrada, resolución, ganancia y atenuación de señal. 4 4 Entradas analógicas (x4 en el caso del EM235), que pueden configurarse en tensión o en corriente, tal y como muestra la figura. Aquellas entradas analógicas que no estén en uso deben puentearse entre + y -, tal y como refleja la figura. 5 GAIN y OFFSET: Gain y Offset son dos potenciómetros integrados en el EM235 (en el caso del EM231 no se incluye el Offset) que permiten realizar un ajuste a señal 0 digital cuando el módulo detecte señal 0 analógica, y un ajuste del rango de señal digital a 32000 cuando la señal analógica sea tope. 3 5 1 2 Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado UD4. Procesado de señales analógicas. 2. Tratamiento de señales analógicas en el S7-200: tratamiento de valores. Aunque la palabra de datos real ocupe exclusivamente 12 bits, el S7-200 convierte valores reales analógicos (p. ej. temperatura, tensión, etc.) en valores digitales en formato de palabra de 16 bits (1W = 2 bytes). A estos valores de entradas analógicas se accede con un identificador de área (AI .- Analog Input), seguido del tamaño de los datos (W) y de la dirección del byte inicial. Puesto que las entradas analógicas son palabras que comienzan siempre en bytes pares (p. ej. 0, 2, 4, etc.), es preciso utilizar direcciones con bytes pares (p. ej. AIW0, AIW2, AIW4, etc.) para acceder a las mismas. Las entradas analógicas son valores de sólo lectura. De esta forma, en el caso del EM235, tendremos: AIW0, AIW2, AIW4, AIW6 Al igual que ocurre con las entradas analógicas, a las salidas analógicas se accede con otro identificado de área (AQ.- Analog Output), seguido del t del tamaño de los datos (W) y de la dirección del byte inicial. Tendremos por tanto AQ0, AQ2, AQ4,... En el caso del EM235 (AQx2), tendremos: AQW0, AQW2 En el caso de las entradas analógicas, el S7-200 permite realizar un filtrado de las mismas, que no es más que obtener un valor promedio de un número preseleccionado de muestreo. Esto es útil para aquellas entradas analógicas que puedan variar cuando lo que realmente interesa es un valor medio. Por contra, aquellas entradas analógicas de las que queramos reflejar su variación en cada ciclo de scan, no es aconsejable filtrarlas. Los parámetros de filtrado se pueden definir en el bloque de sistema. Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado UD4. Procesado de señales analógicas. 2. Tratamiento de señales analógicas en el S7-200: tratamiento de valores. Previo paso al tratamiento de valores, es aconsejable hacer una calibración y un ajuste de filtrado de las entradas del módulo analógico. El procedimiento de calibración de entradas se describe detalladamente en el manual de sistema del S7-200: 1. Desconectar la alimentación del módulo y seleccionar el rango de entrada deseado con el bloque de microinterruptores (0-10 V, 0-20 mA,...) 2. Conectar la alimentación de la CPU y del módulo y esperar un tiempo (el manual dice unos 15 minutos) para que el módulo pueda estabilizarse. 3. Utilizando un transmisor, una fuente de tensión o de intensidad, aplicar a una de las entradas una señal de valor cero (cerrando las demás). 4. Leer el valor que la CPU ha recibido del correspondiente canal de entrada. 5. Con el potenciómetro OFFSET, seleccionar el valor cero u otro valor digital. 6. Aplicar una señal de rango máximo a una entrada y leer el valor que ha recibido la CPU. 7. Con el potenciómetro GAIN, seleccionar el valor 32000 (tope de rango de medida digital) u otro valor digital. 8. En caso necesario, volver a calibrar el desplazamiento (OFFSET) y la ganancia (GAIN). Una vez realizada la calibración de las entradas, es aconsejable decidir si se va a realizar o no un filtrado de entradas analógicas, teniendo en cuenta algunos conceptos: a) En el caso de emplear una CPU 224XP, no es necesario filtrar las entradas por software (MicroWin), ya que el propio convertidor analógico / digital de la CPU lo realiza. b) La filtración de las entradas analógicas permite disponer de un valor analógico más estable, por lo que es aconsejable utilizar el filtro de entradas analógicas en aplicaciones donde la señal de entrada cambia lentamente, eliminando de esta forma las posibles variaciones rápidas. Si la señal es rápida, no es recomendable habilitar el filtro analógico, ya que no se actualizará el valor. c) Existen dos parámetros fundamentales a la hora de realizar el filtrado de entradas analógicas: - Número de muestreos: número de ciclos de scan necesarios en los que los cuales se realiza un promedio de la entrada analógica y se actualiza su valor. A mayor número de ciclos, más estable será la señal pero más necesitará cambiar para ser actualizada en promedio. - Banda muerta: Para evitar que no se reflejen cambios importantes en la entrada analógica, puede definirse una banda muerte, de forma que el filtro cambie la entrada analógica cuando ésta cambie una diferencia especificada del valor actual. Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado UD4. Procesado de señales analógicas. 2. Tratamiento de señales analógicas en el S7-200: tratamiento de valores. Todas las operaciones realizadas con entradas y salidas analógicas deben realizarse consecuentemente en formato de palabra. De esta forma, para realizar un movimiento de dato analógico será necesario hacerlo en formato de palabra: Dado que el valor de la entrada analógica siempre está presente en AIWx, a la hora de realizar operaciones es aconsejable volcar (mover) el valor de la entrada analógica a un área de memoria con el que posteriormente trabajar (tratar, escalar, incrementar o decrementar artificialmente, comparar...). En este ejemplo, se realiza el movimiento del valor analógico presente en AIW0 en formato palabra (16 bits) al área de memoria de variables, con el que poder posteriormente operar. El movimiento se realiza en formato palabra (MOV_W), y ambos datos (IN & OUT) deben serlo. Una vez realizado el movimiento, se realiza en cada ciclo de scan la comparación del valor de VW0 (que podrá variar entre -32768 y +32767) con diversos valores, activando salidas en consecuencia. De esta forma, si VW0 es menor de 15000, se activa la salida Q0.0. Si el valor está entre 15000 y 25000, lo hará la salida Q0.1, y si el valor es mayor de 25000 (y menor de 32767), la salida activada será Q0.2. Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado UD4. Procesado de señales analógicas. 2. Tratamiento de señales analógicas en el S7-200: escalado de valores. Tratar valores de la forma en que se ha hecho en el ejemplo anterior es extremadamente incómodo, ya que implica realizar varios cálculos previos de cara a realizar la comparación: - Del rango real de medida (p.e. sensor de temperatura de entre -0 y 760ºC) al rango de señal analógica (0-10V, 0-20 mA,...). - Del rango de señal analógica (0-10V, 0-20 mA,...) al rango de dato en formato palabra del S7-200 (-32768 a +32767 para bipolares y de 0 a +32767 para unipolares, que es ajustado a -32000 a +32000 para bipolares y 0 a 32000 para unipolares mediante ganancia y offset). ,que sólo es razonable en el caso de tratamiento de valores en porcentajes conocidos (p.e. sensor ultrasónico que mide el nivel de un depósito y sólo toma decisiones respecto al rango de 50% del mismo). En otros casos, lo normal es optar por dos posibilidades: a) Realización de las operaciones aritméticas correspondientes al tramiento de datos dentro de programa. b) Realizar un escalado y normalización de valores. La realización de un escalado tiene como objetivo convertir los datos en formato palabra del S7-200 (enteros) en valores reales del rango de medida del dispositivo original (p.e. la temperatura de 0 a 760ºC) de acuerdo a la resolución del mismo, y poder realizar operaciones de forma directa. ESCALADO UNIPOLAR Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado ESCALADO BIPOLAR UD4. Procesado de señales analógicas. 2. Tratamiento de señales analógicas en el S7-200: escalado de valores. ESCALADO CON DESVIACIÓN En algunos casos incluso será necesario un escalado con desviación, p.e. si el rango de medida de dispositivo de 4-20 mA, ya que el EM235 sólo mide señal en corriente de 0 a 20 mA. Esto significa que una medida de 4 mA del dispositivo (cero en su medida), el PLC la interpreta como un dato de señal de valor entero (en palabra) de 6400 (20% del rango de 32000, por lo que las señales se normalizan a este valor, y no a +32767). Esto implica que en el escalado de salida, éste valor deberá corresponder al dato de rango mínimo (0) de medida del dispositivo. En las imágenes anteriores, el significado de los acrónimos en ejes es el siguiente: Lo que significa que el valor escalado puede ser calculado mediante la recta de interpolación lineal entre Osh y Ish, e Osl y Isl. Podemos calcular por tanto el valor de acuerdo a la siguiente fórmula: OV = Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado (Osh − Osl ) ⋅(I v − I sl ) + Osl (I sh − I sl ) UD4. Procesado de señales analógicas. 2. Tratamiento de señales analógicas en el S7-200: escalado de valores. Por suerte, para evitar la implementación directa de estas operaciones aritméticas a la hora de operar, Siemens proporciona la librería scale.mwl (aunque no de forma directa, pero sí disponible desde su web), que una vez añadida a STEP-7/MicroWin implementa 3 funciones para simplificar esta operación: 1) S_ITR: convierte señales de entrada analógicas en valores normalizados entre 0.0 y 1.0 Su Input será la salida analógica de medición (o dirección de memoria en formato palabra donde esté su valor), y será necesario especificar Ish e Isl del rango del dato (dependiendo de si la conversión es unipolar, bipolar o con desviación), y tendrá como Osh y Osl la unidad. El valor real deberá ser volcado a un área en formato doble palabra. 2) S_RTR: convierte rango de datos en formato real a valores en formato real (escalando al rango de medida del dispositivo): El valor real anterior entre 0.0 y 1.0 deberá ser ahora escalado al rango real de medición del dispositivo. Su input en este caso será el área de memoria donde se ha almacenado el dato previo (en formato DW), Ish e Isl serán respectivamente 0 y 1, y Osh y Osl serán el rango de medición real del dispositivo (o un porcentaje, si se prefiere, para lo cual el rango de salida será entre 0 y 100). El dato escalado será depositado en otro área en formato doble palabra. Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado UD4. Procesado de señales analógicas. 2. Tratamiento de señales analógicas en el S7-200: escalado de valores. Será posible, al igual que se ha realizado con las entradas analógicas, escalar valores normalizados en formato real a una salida analógica mediante: 3) S_RTI: convierte un número real normalizado (entre 0 y 1) a un valor entero de salida analógico (entre 0 y 32000, o entre -32000 y 32000). En este caso, si se desea mandar un valor normalizado (p.e. escalones de velocidad de un ventilador de 0.25, 0.5, 0.75 y 1 a un variador de frecuencia), la función S_RTI escribe directamente en la salida AQWx el valor necesario en formato palabra. En este caso, los valores de Ish e Isl son los reales normalizados, mientras que el Osh y Osl será necesario configurar el rango de salida (unipolar, bipolar o con desviación). Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado UD4. Procesado de señales analógicas. 2. Tratamiento de señales analógicas en el S7-200: escalado de valores (EJEMPLO) En el siguiente ejemplo se pretende mostrar el nivel de un depósito cerrado de agua en una pantalla visualizadora, para lo cual se ha conectado en la parte inferior del mismo un sensor de presión con un rango de medida de 4-20 mA, que se conecta a una entrada analógica del S7-200. Del mismo se envía posteriormente la señal en un rango de 0-10 V a un dispositivo visualizador. El módulo EM235 se tiene que calibrar de forma que el valor analogico de 20 mA corresponda al valor total de llenado del depósito (10m) y al valor digital 32000. Con un nivel de llenado de 0m, el valor analógico de 4 mA se convertirá en 6400. El programa deberá realizar la escala de los valores digitales convertidos en altura en metros. Posteriormente, la tensión para el señalizador del nivel de llenado se tiene que generar a través del módulo de salidas analógicas EM235 entre 0 y 10 V. El programa en el S7-200 tiene por tanto que contemplar: Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado UD4. Procesado de señales analógicas. 2. Tratamiento de señales analógicas en el S7-200: escalado de valores (EJEMPLO) Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado UD4. Procesado de señales analógicas. 2. Tratamiento de señales analógicas en el S7-1200: resolución. En el caso del S7-1200, como se ha comentado anteriormente, éste viene equipado con 2 AI en tensión, con rango 0-10 V (no pueden ser configuradas como entradas en corriente ni en otro rango diferente), como puede verse en la imagen: En este caso, la resolución de las entradas analógicas integradas en el S7-1200 es de 10 bits, a diferencia de los 12 bits del módulo EM235 del S7-200. Para el caso de las SB y los SM, la resolución de las AI y AQ aumenta hasta los 12 bits, admitiendo tanto entrada en tensión como en corriente. Esto significa que el rango de valores capaces de ser distinguidos por el PLC en base a los 10 bits de almacenamiento es de: 210 = 1024 No obstante, al igual que ocurría con el EM235, estos 10 bits van integrados en una palabra de datos, por lo que su rango de variación en el PLC será mayor como podemos ver en las características: de 0 a 27648. Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado UD4. Procesado de señales analógicas. 2. Tratamiento de señales analógicas en el S7-1200: resolución. En el caso de las entradas AI integradas del S7-1200, se han eliminado los ajustes de ganancia y offset y aunque los 16 bits de la palabra de datos admiten un rango de variación de: 216 = 65536 que se queda en únicamente de 0 a 32767 por ser unipolar (0 a 10 V), se ha modificado el rango para contemplar sobreimpulsos y excesos de señal (valores de entrada en tensión por encima de los 10 V). De esta forma, el rango de 0-10 Vcc comprende las señales entre 0 y 27658. Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado UD4. Procesado de señales analógicas. 2. Tratamiento de señales analógicas en el S7-1200: conexionado. El conexionado de las entradas AI integradas es extremadamente simple: únicamente es necesario cablear la fuente de tensión en el rango 0-10 V entre la masa del dispositivo (2M) y la entrada analógica. En el caso de los módulos SM, deben alimentarse a 24Vdc y cablear las AI y AQ de acuerdo al diagrama. Entradas analógicas (AIx4) Salidas analógicas (AQx2) Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado UD4. Procesado de señales analógicas. 2. Tratamiento de señales analógicas en el S7-1200: tratamiento de valores. Al agregar una CPU a STEP7, se asignan automáticamente las direcciones de entrada (I) y salida (Q). El direccionamiento predeterminado puede no obstante cambiarse seleccionando el campo de dirección en la ventana de configuración de la vista general de dispositivos y tecleando números nuevos. Con respecto a las entradas analógicas de la CPU, hay que tener en cuenta que se asignan en grupos de dos, y ocuparán por tanto 4 bytes: Por defecto vienen asignadas como AI2_1: 64...67. Esto quiere decir que las entradas analógicas en el S7-1200 ocuparán los canales: IW64, IW66 Prescindiendo en este caso del identificador analógico A que era necesario anteponer en el caso del S7-200. En el caso de emplear SBs o SMs con entradas / salidas analógicas adicionales, las mismas será igualmente configurables desde la vista general de dispositivos: Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado UD4. Procesado de señales analógicas. 2. Tratamiento de señales analógicas en el S7-1200: tratamiento de valores. Al igual que ocurría con el S7-200, puede emplearse de forma directa un dato de entrada analógica (en este caso, IW64) o almacenarse en un área de variables para su uso. En el caso del S7-1200, al no existir el área V, puede almacenarse en un bloque de datos (DB) para su posterior uso y comparación. En este ejemplo, con un bit asociado en configuración de marcas de sistema y ciclo para siempre ON, se realiza un movimiento del dato de IW64 a un byte de un bloque de datos creado a tal fin (DB1) y denominado “entrada_analog”. Posteriormente se compara el valor de este byte con consignas de referencia, activando o desactivando salidas consecuentemente: - Si “entrada_analog” tiene un valor menor o igual de 15000, se activará la salida Q0.0. - Si “entrada_analog” está en un rango (IN_RANGE) de entre 15001 y 20000, se activará la salida Q0.1 (y se desactivará la Q0.0 anterior). - Si por último “entrada_analog” tiene un valor superior a 20000 (y menor del rebase por exceso), se activará la salida Q0.2 (y se desactivará la Q0.1). Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado UD4. Procesado de señales analógicas. 2. Tratamiento de señales analógicas en el S7-1200: escalado de valores. Al igual que ocurría con el EM235 del S7-200, realizar comparaciones de forma directa con valores, ya que de nuevo implicaría la conversión de alguna forma externa: - Del rango real de medida (p.e. sensor de temperatura de entre -0 y 760ºC) al rango de señal analógica (0-10V). - Del rango de señal analógica (0-10V) al rango de dato en formato palabra del S7-1200 (en este caso de 0 a 27648). A diferencia del S7-200, el S7-1200 viene con funciones integradas para realizar el escalado y normalización de valores, o bien para realizar el cálculo mediante la implementación de la recta de interpolación: 1) Funciones de normalización y escalado: NORM_X y SCALE_X. La instrucción NORM_X normaliza el valor de las variables de la entrada VALUE mapeándolas en una escala lineal. Los parámetros MIN y MAX sirven para definir los límites de un rango de valores que se refleja en la escala. En función de la posición del valor que se debe normalizar en este rango de valores, el resultado se calcula y se deposita como número en coma flotante en la salida OUT. Si el valor que se debe normalizar es igual al valor de la entrada MIN, la salida OUT devuelve el valor "0.0". Si el valor que se debe normalizar adopta el valor de la entrada MAX, la salida OUT devuelve el valor "1.0". En este caso se normaliza la entrada IW64, cuyos valores pueden tomarse en el rango entre 0 y 27648 (0 a 10 Vcc) a un número real entre 0 y 1 que se deposita en MD0. Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado UD4. Procesado de señales analógicas. 2. Tratamiento de señales analógicas en el S7-1200: escalado de valores. La instrucción SCALE_X escala el valor de la entrada VALUE mapeándolo en un rango de valores determinado . Al ejecutar la instrucción, el número en coma flotante de la entrada VALUE se escala al rango de valores definido por los parámetros MIN y MAX. El resultado de la escala es un número entero que se deposita en la salida OUT. En este caso se escala el valor almacenado en MD0 en el rango entre 0 y 760, almacenando este valor en formato real en el área de memoria en doble palabra MD10. Dado que en el en las funciones NORM_X y SCALE_X del S7-1200 es posible utilizar las entradas y salidas de habilitación, todo el proceso puede recogerse en un solo Network de la siguiente forma: Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado UD4. Procesado de señales analógicas. 2. Tratamiento de señales analógicas en el S7-1200: escalado de valores. 2) Función de cálculo de la recta de interpolación (CALCULATE). La instrucción CALCULATE permite crear una función matemática que se ejecuta con múltiples parámetros de entrada para obtener el resultado en función de la ecuación definida. La función es accesible desde el árbol de instrucciones básicas de las Task Cards, dentro de Funciones matemáticas, o bien directamente insertando un bloque de función sin definir y escribiendo el nombre de la misma. La instrucción no configurada ofrece dos parámetros de entrada y uno de salida. El primer paso es seleccionar el tipo de datos con el que se va a realizar la operación, desplegando el menú presente en “???”. En el caso de realizar escalado de valores analógicos, la operación deberá realizarse en formato real. INTRODUCIR ECUACIÓN La función es accesible desde el árbol de instrucciones básicas de las Task Cards, dentro de Funciones matemáticas, o bien directamente insertando un bloque de función sin definir y escribiendo el nombre de la misma. La instrucción no configurada ofrece dos parámetros de entrada y uno de salida. El primer paso es seleccionar el tipo de datos con el que se va a realizar la operación, desplegando el menú presente en “???”. En el caso de realizar escalado de valores analógicos, la operación deberá realizarse en formato real. Posteriormente deberá accederse al botón “introducir ecuación” visible en la figura superior, debiendo introducir la ecuación de la recta genérica de interpolación para el escalado de valores: OV = Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado (Osh − Osl ) ⋅(I v − I sl ) + Osl (I sh − I sl ) UD4. Procesado de señales analógicas. 2. Tratamiento de señales analógicas en el S7-1200: escalado de valores. Deberá escribirse la ecuación en el formato esperado por la instrucción CALCULATE, por lo que podemos traducir la ecuación anterior a: OV = (Osh − Osl ) ⋅(I v − I sl ) + Osl (I sh − I sl ) Donde: Ov Out Valor de salida escalado Iv in1 Valor de entrada analógica Ish in2 Límite superior del valor de entrada escalado Isl in3 Límite superior del valor de entrada escalado Osh in4 Límite superior del valor de salida escalado Osl in5 Límite inferior del valor de salida escalado Con lo que la ecuación quedará de la forma: Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado Out = ((in4 − in5 ) / (in2 − in3 ))*(in1 − in3 ) + in5 UD4. Procesado de señales analógicas. 2. Tratamiento de señales analógicas en el S7-1200: escalado de valores. Será necesario posteriormente introducir en la ecuación a calcular las áreas de memoria de donde bien se toman los valores (caso de la entrada analógica y los valores de referencia en el escalado) o bien don de se colocarán los valores calculados: Es fundamental tener en cuenta que todos los datos introducidos en la función CALCULATE deben tener formato real. Si intentamos introducir IW64 como dato analógico de entrada en in1, será imposible hacerlo de forma directa, al ser un entero. Es necesario una conversión previa de tipos empleando la función CONVERT: Una vez realizada la conversión de tipos es posible rellenar la función CALCULATE y obtener el valor real en OUT correspondiente al dato real de medida del dispositivo conectado a la entrada analógica. En este caso, el valor unipolar (0-10V) presente en la entrada analógica IW64, convertida previamente a real en MD40, lo estamos escalando a un número real entre 0 y 760, que se volcará en el área de memoria MD50. Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado CPR de Badajoz Curso 2012 /2013 Podéis encontrarme en: @JM_Delgado José María Delgado Casado [email protected] www.elec2.es http://www.youtube.com/jmardelc http://www.slideshare.net/Jmardelc http://pinterest.com/jmardelc/ http://magnetic.tumblr.com/ José María Delgado Casado Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado CPR de Badajoz Curso 2012 /2013 Todo el material contenido y generado en este documento, excepto aquellas imágenes que pudieran tener licencia copyright y que se han empleado con fines educativos, están licenciados bajo Creative Commons CC BY-NC-SA 3.0 ES. Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ) José María Delgado Casado
