VARIABLES ANÁLOGAS EN PROGRAMADORES El direccionamiento de los canales o entradas análogas en los módulos del Allen Bradleys para Programador SLC 503 ,es el siguiente 1746 -NI4 , y 1746 - NO4I Se poseen 4 canales de direccionamiento en formato tipo palabras por lo tanto existen desde el 0 hasta el 3 Ejemplo: Si deseamos direccionar el canal de entrada análoga 2 en el slot 3 debemos escribir I:3.2 Para Modulo N04I el criterio es el mismo como es modulo 4 de salida 0 msb I:e.0 15 14 I:e.1 I:e.2 I:e.3 CH0 CH1 CH2 CH3 O:e.0 O:e.1 O:e.2 O:e.3 NUMERO DE SLOT ES e O:4.0 que es la palabra análoga IN CH0 OUT CH1 0UT X ES BIT NO USADO 3 2 1 lsb 0 X X X X La señales de tensión y corriente se convierten en señales de 16 bits con dos bits para complementos binarios La tabla identifica la relación de rangos para tensiones y corrientes en las entradas de los canales análogos Rango de Tensión y Corriente -10vcc a +10vcc 1LSB 0 a 10vcc 1LSB 0 a 5vcc 1 a 5vcc -20 a +20ma 0 a 20ma 4 a 20ma Representación decimal -32768 a +32767 Bits significativos Resolución 16 bits 0 a 32767 0 a 16384 3277 a 16384 -16384 a +16384 0 a 16384 3277 a 16384 15 bits 14 bits 13.67 bits 15 bits 14 bits 13,67 bits 305.176µ µv 1,22070µ µv Para determinar la tensión o corriente de acuerdo a un valor de entrada se aplica: 10v xvalor.entrada = voltaje.entrada 32767 10v x − 16201 = −4.8922 32767 20ma x 4096 = 5ma 16384 Salida Análoga Rango de Tensión y Corriente 0 a -21ma 1LSB 0 a 20ma 4 a +20ma si valor de entrada es –16201 si valor de entrada es NIO4I Representación decimal 0 a +32767 0 a 31208 6242 a +31208 4096 Bits significativos Resolución 13 bits 12.92 bits 15 bits 2,56348µ µA Las siguientes expresiones determinan las tensiones y corrientes de salida, para un valor decimal 32768 x 4ma = 6242 21ma 15 14 13 12 11 32768 x1vcc = 3277 10vcc 10 9 8 7 6 5 4 3 LSB 2 1 X 0 X X Bit no empleados ALLEN BRADLEY EJEMPLO : INSTRUCCION PARA ESCALAMIENTO Supongamos se desea configurar el Programador con CPU en slot O y un modulo discreto de entradas en slot 1 además de un modulo de salidas análoga en slot 4 se puede programar lo siguiente Significa que si I:1/0 es verdadero la cantidad 32767 se moverá hacia el destino que es la salida análoga 0 en slot 4 Aquí aparecen valores que tienen que ver con rango a medir en la variable de entrada o salida La instrucción “escalamiento” esta relacionada con la adaptación de los valores de tensión o de corriente que están normalizados en diversos estándares para medir un determinado fenómeno físico. Los sensores o Transductores en la mayoría de los casos vienen linealizados por el fabricante, para una aplicación en particular por lo tanto se trabaja con líneas rectas Lo mismo rige para los actuadores que en su mayoría responden a los estándares ya mencionados Para aclarar el punto anterior se puede mencionar como ejemplo : Se desea medir: Un rango de temperatura entre 0ºC y 200ºC Un nivel de un liquido entre 2 y 16 mts La velocidad de un motor entre 500 y 3000 RPM La pregunta es ¿Cómo adaptamos estos rangos de fenómenos físicos diferentes a 4 y 20 ma que es un estándar de corriente para entradas y salidas en programadores? ¿Cómo adaptamos a 0 y 10v que es otro estándar? La respuesta esta en el concepto de escalamiento Cada entrada y salida analógica cuenta con un determinado número de bits que da la resolución y depende del fabricante y del modelo a emplear El modelo 503 de Allen Bradley tiene la siguiente características en su módulo de entrada análoga 1746-NI4 según su numero de bit en la palabra CORRIENTE [mA] TENSIÓN [V] Nº DE CUENTA 0 0 0 4 1 3277 20 5 16384 Tabla 1 El slot de entradas análogas NI4, que está direccionado en el rack como I:3.0 transforma los valores de tensión a valores fluctuantes entre 0 y 16384, que son llamados números de cuenta. La comparación entre corriente, tensión y estos números se indica en la tabla 1. El valor esta relacionado con el numero de bits LA INSTRUCCIÓN MATEMÁTICA SCL: Escalamiento La instrucción SCL permite la lectura de las señales de entrada y salida análoga en los módulos 1746 NI4 (I:3.x) y 1746 NO4I (O:4.x). La función SCL se muestra en la figura Fig. Source Rate 1. 1 es un direccionamiento de memoria.o entradas es un valor positivo o negativo que será dividido por 10000. Puede ser una constante de programa o un direccionamiento. Offset puede ser una constante direccionamiento. Dest direccionamiento de salida. del programa o un CÁLCULOS PARA EL ESCALAMIENTO DE LAS SEÑALES ANÁLOGAS. En el programa de RS LOGIX se utilizaran 2 entradas análogas, a modo de ejemplo: Una de ellas para la medida de temperatura y la otra para la medida de corriente. Ambas señales deben entrar al PLC como tensión entre 1 a 5 [V], pero como la mayoría de los transductores que se encuentran en el mercado trabajan con corriente entre 4 a 20 [mA], se utilizó una resistencia de 250 Ω para dicha conversión. Ver circuito 1 4 - 20 mA PLC + Fuente Análoga Ω 1-5 VCC 250 24vcc - Circuito NOTA: 1 El controlador ALLEN-BRADLEY cuenta con una fuente de 24 VCC. Recordemos que CORRIENTE [mA] TENSIÓN [V] Nº DE CUENTA 0 0 0 4 1 3277 20 5 16384 TABLA 1 Los siguientes datos usados en el módulo de entradas análogas NI4 muestran el direccionamiento de entrada, rango de chequeo y escalamiento de las entradas análogas a las unidades de ingeniería. La gráfica siguiente es una función matemática del tipo y = mx + b Valor escalado significara adecuar la variable a medir a su lectura máxima y mínima en el proceso con la salida o entrada análoga y su numero de bits respectivos Valores escalados Max y = mx + b Min 3277 16384 Nº de cuenta En este grafico se considera la variable análoga de 4 a 20 ma Gráfico 1 Donde: y = Salida escalada m = Pendiente (Rate) x = Valor análogo de entrada b = Offset Los valores de Rate(pendiente) y Offset son utilizados en la función SCL y son calculados de la siguiente manera: Pendiente RATE = EscaladoMax − EscaladoMin InputMax − InputMin OFFSET = EscaladoMin − ( InputMin ∗ Rate) Estos valores se aplican a la instrucción matemática SCL. Cuando esta instrucción es verdadera, el valor que está en el direccionamiento de la fuente (Source) es multiplicado por el valor de Rate/10000. El resultado redondeado es sumado con el valor de Offset y colocado en el destino. A continuación se detalla dicha instrucción. Elección de un Escalamiento Para la Entrada de Temperatura. A continuación se detalla una pauta de escalamiento de la entrada análoga de temperatura con usada en el ejemplo: a) Primero se deben dar los rangos máximo y mínimo de temperatura. b) Los rangos escogidos fueron 0º a 200ºC para que la temperatura trabaje en el punto medio de la recta asumiendo que se emplea una sonda tipo Pt. c) En le programa estos valores fueron escalados de 0 a 20000 para dividirlos por 100 en el software de monitoreo y así obtener los decimales, ya que el programa de RS Logic no soporta decimales. En otras palabras se multiplica y se divide por 100 d) 4 [mA] = 0 (0º C Valor Mínimo Escalado) e) 20 [mA] = 20000 (200ºC Valor Máximo Escalado) Valores escalados Max 20000 y = mx + b Min 0ºC 16384 3277 Entrada máxima 20ma Entrada mínima 4ma Gráfica 2 Nº de cuenta 2 Cálculo Para El Escalamiento De Temperatura. RATE = EscaladoMax − EscaladoMin InputMax − InputMin pendiente = m = RATE = 20000 − 0 16384 − 3277 Este valor se multiplicó por 10.000 para ser agregado al programa del PLC RATE = 1,5259 RATE = 15259 OFFSET = EscaladoMin − ( InputMin ∗ Rate) OFFSET = 0 − (3277 * 1.5259) b=OFFSET La ecuación fundamental queda de la siguiente manera: OFFSET = −5000 y = 1,5259 ∗ x + (− 5000) Ejemplo: Si “x” tomara el valor de 4919. La ecuación queda: y = 1,5259 ∗ 4919 + (− 5000) y = 7505,9 − 5000 y = 2505,9 La instrucción SCL quedará de la siguiente manera: Nótese que el programador Fig. 2 redondea a 2506 con un valor de Y= 2505,9 Ejemplo 2 Asumamos que: • Un transductor de temperatura con salida 0 10v esta alambrado al segundo canal • El transductor tiene una señal de tensión proporcional a un rango de 100ºC a 500ºC • El procesos debe regularse entre 275ºC y 300ºC Esc. Max 500 y = mx + b Valores escalados 300ºC 275ºC Esc. Min 100ºC Bajo Alto 32767=10-1LSB 0=0vdc Input max Input min Gráfica Nº de cuenta 2 Valor escalado =Input *rate + offset 2 Cálculo Para relaciones lineales RATE = EscaladoMax − EscaladoMin InputMax − InputMin pendiente = m = RATE = 500 − 100 32767 − 0 RATE = 0.0122074 Este valor se multiplica por 10.000 para ser agregado al programa del PLC RATE = 122 OFFSET = EscaladoMin − ( InputMin ∗ Rate) OFFSET = 100 − 0 ∗ (400 / 32767 ) b=OFFSET OFFSET = 100 La ecuación fundamental queda de la siguiente manera: y = 122 ∗ x + (100 ) Ejemplo: Si temperatura baja es “275ºC y temperaturab alta 300ºC” La ecuación queda: input _ low = 275 − 100 400 / 32767 input. _ low = 14.344 300 − 100 input _ high = 400 / 32767 input _ high = 16.383 Se puede programar para que opere un ventilador o un calefactor si escapa de los rangos fijados por el escalamiento Direccionamiento y escalado de salidas Asumamos que: • La salida análoga esta es 1746 – NI04I y esta en slot 4 del SLC 500 • Hay conectada una válvula • La válvula acepta 4 a 20 ma como señal proporcional para variar para control de flujo al canal 0 de 0 a 100% en la apertura. En este ejemplo asumiremos que la señal no pude venir en otro rango que no sea de 4 a 20 ma y = mx + b Esc.Max 20ma=31208 Valor escalado Esc.Min 4ma=6242 0% Input min La ecuación de la recta Valores de Input y = mx + b valor _ escalado = y = (input _ valor ∗ rate) + offset RATE = RATE = EscaladoMax − EscaladoMin InputMax − InputMin 31208 − 6242 24966 = 100 − 0 100 100% Input ma OFFSET = EscaladoMin − ( InputMin ∗ Rate) OFFSET = 6242 − (0 ∗ ( 24966 ) = 6242 100 valor _ escalado = y = (input _ valor ∗ 24966) + 6242 Elección Para el Escalamiento de Corriente. A continuación se detalla la elección del escalamiento de la entrada análoga de corriente usada en el programa: a)La entrada análoga de corriente se trabaja con un rango de 4 a 20 [mA]. b) Se deben dar los rangos máximo y mínimo de corriente. c) Los rangos escogidos fueron 0 a 5 [A]. d) En el programa estos valores fueron escalados de 0 a 50 para dividirlos por 10 en el software de monitoreo, y así obtenerlos con un decimal. e) 4 [mA] = 0 Valor Mínimo Escalado f) 20 [mA] = 50 Valor Máximo Escalado La gráfica de y = mx + b Valor Escalado Y 50 ( 3), queda de la siguiente manera: y = mx + b 0 X 3277 Entrada Mínima 16384 Entrada Máxima Número de Cuenta Cálculo Para El Escalamiento De Corriente. y = mx + b m=Rate RATE = EscaladoMax − EscaladoMin InputMax − InputMin RATE = 50 − 0 16384 − 3277 RATE = .0038 RATE = 38 Este valor se multiplicó por 10.000 para ser agregado al programa de PLC en instrucción SLC b=OFFSET OFFSET = EscaladoMin − ( InputMin ∗ Rate) OFFSET = 0 − (3277 * 0,0038) OFFSET = −13 La ecuación fundamental queda de la siguiente. manera: y = 0,0038 ∗ x + (− 13) Ejemplo: Si“x” tomará el valor La ecuación queda y = 0,0038 ∗ 0 + (− 13) y = 0 − 13 y = −13 0. La instrucción SCL quedará de la siguiente manera: Fig. 3 MEDOC La serie que tiene entradas y salidas análogas se denominan FX2N-4AD.y FX2N-4DA • • • • • • • Las entradas análogas se pueden seleccionar para tensión corriente o termocuplas según instrucciones que posee el PLC (TO) La tensión se puede seleccionar desde –10 a +10v la corriente de –20 a + 20 ma estas características se ajustan en cada canal Las termocuplas que se pueden seleccionar son Tipo K, J , T No se pueden ajustar con la termocupla en uso La resolution es de 0,63 mv para 20v es 20/320000 2,5mv para 20/8000 La resolución de corriente es de 2,5uA para 40/16000 y de 5uA para 40/8000 La resolución es de 0,1ºC con termocuplas La entrada análoga que convierte a dígitos consta de 12 bits La línea Mitsubishi emplea el concepto de BFM o BuFfer Memory que son registros manejados con instrucciones según la programación relativa al proceso BFM #0 #1 #10 #11...... #17 #21 # 41 a 48 # 51 a58 # Lista de BUFFER MEMORIES (BFM) Falla Descripción Indica entradas para CH1 al CH4 Indica entradas para CH5 al CH8 Dato de canal 1 Dato de canal 2.......... Dato de canal 8 Escribe características I/O (retornando solo) A K0 después de escribir offset y ganancia CH1 a CH8 dato de OFFSET mv o uA CH1 a CH8 dato de GANANCIA mV o uA Valor inicial H0 H0 K0 K0..... K0 K0 K0 K0 Para acceder a estos registros se emplean las instrucciones TO y FROM La variables de entrada ya sea en tensión o corriente esta en -10v a +10 con una resolución de 5mV en cambio la entrada en corriente esta entre 4 y 20 mA y –20 a + 20 mA, con una resolución de 2µA INSTRUCCIÓN FUNCIÓN TO Escribe datos en BFM OPERANDOS PASOS DE PROGRAMA TO, TOP M1 M2 S n 9 pasos K,H K,H K,H,KnX K,H DTO, DTOP M1=0 a 7 M2=0 a 31 KnY,Kn 16 bits n=1 a 32 17 paso M KnS,T,C, D,V,Z Especificaciones de funcionamiento de entradas y salidas análogas por medio de los BFM Para especificar el modo de las entradas en CH1 a CH4 se escribe BFM#0 Para especificar el modo de las entradas en CH5 a CH8 se escribe BFM#1 La modalidad de especificación para cada BFM se indica mediante 4 dígitos en código Hexadecimal Cada canal tiene asignado uno de estos dígitos Los dígitos se expresan con un valor numérico de 0 a F BFM#0 H BFM#1 0 0 0 0 H 0 0 0 CH1 CH5 CH2 CH3 CH6 CH7 CH8 CH4 Digito de Canal 0 1 2 3 4 5 6 7 0 Modo de operación Tensión –10 a +10 0,63 mv Tensión –10 a +10 2,50 mv Tensión valor directo de input análoga –10v a +10 v1 mV Corriente 4 a 20 mA 2,00 uA Corriente 4 a 20 mA 4,00 uA Corriente valor directo de input análoga 2 uA Corriente -20 a +20 mA 2,5 uA Corriente -20 a +20 mA 5 uA Digito de canal 8 modo de operación 9 A Corriente directo de input analoga-20 a +20 mA 2,5 uA Termocupla tipo K –100 a +1200ºC Termocupla tipo J –100 a +600ºC B C D Termocupla tipo T –100 a +350ºC Termocupla tipo K –148 a +2192ºF Termocupla tipo J –148 a +1112ºF E F Termocupla tipo T –148 a +662ºF No usado Las características se cambian automáticamente al cambiar el BFM Salvo indicación de manual Ejemplo Canales CH1 a CH4 modulo TO K0 K0 H16 0 0 K1 Canal CH1 primer digito se escoge como de tensión –10v a +10v dado su valor 0 resolución 0,63mV Canal CH2 segundo digito se escoge como de tensión –10v a +10v dado su valor 0 Canal CH3 Tercer digito se escoge como de c0rriente –20v a +20mA dado su valor 6 Canal CH4 Cuarto digito se escoge como de tensión –10v a +10v dado su valor 1 resolución 2,50mV Canales CH5 a CH8 TO K0 K1 Canal CH5 se escoge como de tensión –10v a +10v dado su valor 1 Canal CH6 se escoge como de termocupla tipo J dado su valor A Canal CH7 no usado dado su valor F HFFA1 K1 Se escribe el valor 0 como OFFSET en canales CH1 y CH2 TO K0 K41 offset K0 K2 ganancia Se escribe el valor de ganancia 1250 en canales CH1 y CH2 TO K0 K51 Escribe el valor 0 como OFFSET en CH4 TO K2 offset K0 K44 Escribe el valor de ganancia 10000 en CH4 TO K1250 K0 K1 ganancia K0 K54 K10000 K1 Resumen • Las instrucciones FROM/TO direccionan los blocks o módulos que pueden ser análogos o de otro tipo en el programador que figuran como extensiones Se pueden colocar de 0 a 7 extensiones a partir de unidad base • Cada extensión emplea BFM, que a menudo se dedican a cada unidad base. La lectura o escritura del respectivo BFM se ubica en m2 con un valor de 0 a 31 • La letra n identifica el numero de palabras a transferir entre el modulo y la unidad base n puede tener un valor de 1 a 31para 16 bits o de 1 a 16 con 32 bits • El destino para el dato leido con FROM desde el modulo se indica como D • La instrucción opera solo con el sistema energizado TO H2 m1 K10 m2 D20 S K1 n La instrucción escribe n (1) palabras de datos en este caso desde el registro buffer o memoria buffer BFM designado como K10 (m2)que según manual es el canal CH1, el cual esta ubicado físicamente en block numero 2 (m1) El numero 2 esta especificado en Hexa como H2 El dato se toma desde registro fuente S para n palabras que corresponde a D20 FROM K2 m1 K10 m2 D20 D K6 n La instrucción lee n (1) palabras de datos en este caso desde el registro buffer o memoria buffer BFM designado como K10 (m2) que según manual es el canal CH1,el cual esta ubicado físicamente en block numero 2 El numero 2 esta especificado en decimal como K2 El dato se almacena para n palabras que corresponde en registro D20 Modo 8 40 ma 1/16000 Modo 0 +16320 8000 App 10,2 +16000 Salida digital Salida digital -20ma -10v 20ma +10 Tensión de entrada Corriente de entrada Variación de -10 a +10 -8000 -16000 Variación de -20 a +20 -16320 i i 1600 +2047 1000 +2000 32ma Salida digital Salida digital -20ma 20ma Tensión de entrada Variación -20 -10v +10 Tensión de entrada Variación de -10 a +10