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Automatización Industrial
Tratamiento Analógico
TEMA – Tratamiento Analógico
1. – Conversiones D/A, A/D
2. – Tarjetas de Entradas y Salidas Analógicas
3. – Representación Digital de Valores Analógicos
4. – Configuración de las Tarjetas de Entradas y Salidas Analógicas
5. – Tiempos de Ciclo y Conversión
6. – Ajuste de Valores Analógicos
7. – Normalización de Valores Analógicos
Índice
abcd
RR/2R/4R/8
+-
SALIDAANALOGICA
Rf
Vs
02122232 5 v
Amplificador sumador
Red de resistencias
e
f
e
s
RR
VVA −==
Ve
i
i
f
s
e
e
RV
RVi −==
Convertidor Digital-Analógico, D/A
133.015020) ==Aa
- Supongamos Rf = 20 K, y R = 150 K, sin tener en cuenta el cambio signo queda:
266.07520) ==Ab
533.05.37
20) ==Ac
066.17.18
20) ==Ad
25755.3775*5.37) =
+=Abyc
665.0133.0*5133.0* === es VV
33.1266.0*5266.0* === es VV
665.2533.0*5533.0* === es VV
33.5066.1*5066.1* === es VV
48.0*58.0* === es VV8.02520) ==vAbyc
e
f
e
s
RR
VVA −==
Convertidor Digital-Analógico, D/A
CONTADOR DEN BITS+
- SALIDADIGITAL
ConvertidorD/A
RESETRELOJ
ENTRADAANALOGICA
- Lentos en la conversión - Tiempo de conversión variable- Aumenta con el valor que se tiene que convertir
COMPARADORB SU AF D LF E IE D R A
&
Convertidor Analógico-Digital, A/D – Convertidor en Rampa
CIRCUITO DECONTROL
REGISTRO DEDESPLAZAMIENTO
+-
SALIDADIGITAL
REGISTRO DE APROXIMACIONES
SUCESIVAS
RELOJ
ENTRADAANALOGICA
- Rápidos- Tiempo de conversión fijo
COMPARADOR B SU AF D LF E IE D R A
ConvertidorD/A
Convertidor Analógico-Digital, A/D – Convertidor por Aproximaciones Sucesivas
Convertidor A/D MK 50808 de MOSTEK
Por sondeo
A/D
I0
I7
3
OE
START
ALE
Pµ
Puerto
- Hay que programar un tiempo de espera necesario para la conversión
MULTIPLEXOR
Control de Convertidores A/D (I)
Por interrupción
MULTIPLEXOR
A/D
I0
I7
3
EOCSTART
INT
ALE
Pµ
Puerto
- No hay que programar tiempo de espera
OE
Control de Convertidores A/D (II)
• La conversión A/D se realiza mediante tarjetas de entradas analógicas
Tarjetas de Entradas Analógicas – Diagrama de Bloques
Tarjetas de Entradas Analógicas – Módulo SM 331
• La conversión D/A se realiza mediante tarjetas de salidas analógicas
Tarjetas de Salidas Analógicas – Diagrama de Bloques
Tarjetas de Salidas Analógicas – Módulo SM 332
Rack0
Rack1
Rack2
Rack3
IM
IM(Receptor)
IM512a
526
528a
542
544a
558
560a
574
576a
590
592a
606
608a
622
624a
638
384a
398
400a
414
432a
446
448a
462
464a
478
480a
494
496a
510
416a
430
256a
270
336a
350
352a
366
368a
382
304a
318
320a
334
272a
286
288a
302
IM640a
654
656a
670
672a
686
688a
702
704a
718
720a
734
736a
750
752a
766
(Receptor)
(Receptor)
(Emisor)
Fuente dealimentac.
Fuente dealimentac.
CPUy
fuente dealimentac.
Fuente dealimentac.
• El identificador de direcciones es:- PIW para las entradas analógicas - PQW para las salidas analógicas
Direccionamiento de Tarjetas Analógicas
Valores Analógicos de Trabajo
• Unipolares1 a 5 V 0 a 10 V
• Bipolares± 10 V ± 5 V ± 2,5 V ± 1 V± 500 mV ± 250 mV ± 80 mV
Valores en Tensión
• Unipolares0 a 20 mA 4 a 20 mA
• Bipolares± 20 mA ± 10 mA ± 3,2 mA
Valores en Intensidad
10 kΩ 150Ω 300Ω 100Ω
Valores en Resistencia
• La resolución máxima es de 15 bits• La resolución es inferior, los dígitos insignificantes se rellenan con 0• La resolución depende del tipo de tarjeta analógica y de su parametrización • La misma tarjeta se puede parametrizar:
• para intensidad o tensión. Unipolar o bipolar• el signo: “0” -->+, “1” --> -• las direcciones utilizadas son: PIW 288 y PIW 290. PQW 304 y PQW 306
S 02122215 14
3242526272829210211212213214213 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0Número del bit
Peso del bit
0 X X X X X X X X X X X X X X 0Cod. 14 bits (+S)
0 X X X X X X X X X X X X 0 0 0Cod. 12 bits (+S)
0 X X X X X X X X X 0 0 0 0 0 0Cod. 9 bits (+S)
Resolución Valor analógico
Representación Digital – Resolución
Representación Digital – Márgenes Bipolares
Representación Digital – Márgenes Unipolares
• Valores Analógicos en los valores de entrada de 0 a 10V y 1 a 5V
Representación de Valores de Medida de E/A
• Valores Analógicos en los valores de salida de 0 a 10V y 1 a 5V
Representación de Valores de Medida de E/A
L PIW 288 // Leer valor E/AT MW 10
A(L MW 10 //Comparación con 2 V.L 5530>I)A(L MW 10 //Comparación con 4 V.L 11060<I)OA(L MW 10 //Comparación con 6 V.L 16589>I)A(L MW 10 //Comparación con 8 V.L 22118<I)= Q 4.0
• Se trata de que se active la salida “Q 4.0” para valores de tensión , en la entrada analógica “PIW 288” , entre 2 y 4 o entre 6 y 8 voltios
Ejemplo
L PIW 288 // Leer valor E/AITDDTRL 2.764800e+004/RL 1.000000e+001*RRNDT MD 10
A(L MD 10 //Comparación con 2 V.L 2>I)A(L MD 10 //Comparación con 4 V.L 4<I)OA(L MD 10 //Comparación con 6 V.L 6>I)A(L MD 10 //Comparación con 8 V.L 8<I)= Q 4.0
• El tiempo de conversión se compone de:• tiempo de conversión básico
depende directamente del tipo de conversión (por integración, o valores instantáneos).en el caso de integración, el periodo de integración se considera directamente en el tiempo de conversiónel periodo de integración tiene efecto directo sobre la resoluciónel periodo de integración depende de la supresión de frecuencias perturbadoras.los periodos de conversión básicos son 2.5, 16.6, 20 y 100 mseg.
• tiempos suplementariostiempo para la medida de resistenciatiempo para la vigilancia de rotura de hilo
• La conversión A/D y la transferencia a la CPU se realiza secuencialmente• El tiempo de ciclo es el tiempo que tarda en convertir todos los canales activos en un
módulo
Tiempo de Ciclo
Tiempo de Conversión de Entradas Analógicas
Tiempo de Conversión y de Ciclo de E/A
• El tiempo de conversión de un canal de salida analógica es el tiempo que transcurre entre la consideración de un valor de salida digitalizado de la memoria interna y la conversión digital-analógica
• La conversión de canales de salida analógica se realiza secuencialmente• El tiempo de ciclo es el tiempo que tarda en convertir todos los canales activos en un
módulo de salida analógica
Tiempo de Conversión
Tiempo de Ciclo
• El tiempo de establecimiento (t2 a t3) es el tiempo que transcurre entre la aplicación del valor convertido y el momento en que alcanza el valor especificado en la salida analógica.
• El tiempo de establecimiento depende de la carga.• Hay que distinguir entre cargas resistivas, capacitivas e inductivas.
Tiempo de Establecimiento
Tiempos de Conversión, Ciclo, Establecimiento para S/A
• El tiempo de respuesta (t1 a t3) es el tiempo que transcurre entre la escritura de los valores de salida en la memoria interna y el momento en que se alcanza el valor especificado en la salida analógica física.
• En el caso más desfavorable, es la suma de los tiempos de ciclo y de establecimiento.
Tiempo de Respuesta
Tiempos de Respuesta de S/A
• Los módulos analógicos se parametrizan off-line con el STEP 7• Algunos parámetros pueden modificarse también en el programa de usuario por medio de
las SFC 55, SFC 56 y SFC 57.• Hay que distinguir entre:
• parámetros estáticos. Se ajustan con el aparato de programación • parámetros dinámicos. Se ajustan con el aparato de programación o SFC 55
• habilitaciones de alarma (del proceso, de diagnóstico) (dinámico)• alarmas de valor límite (límite superior, límite inferior) (dinámico)• alarmas de diagnóstico (colectivo, detección rotura de hilo) (estático)• medida (tipo, margen, supresión frecuencias perturbadoras) (dinámico)
Propiedades Parametrizables de Canales de Entrada
• habilitaciones de alarma (de diagnóstico) (dinámico)• alarma de diagnóstico (colectivo) (estático) • valores de sustitución (comportamiento en STOP de la CPU) (dinámico)• salida (tipo, margen de salida) (dinámico)
Propiedades Parametrizables de Canales de Salida
Parámetros de los Módulos Analógicos
Configuración de las Tarjetas Analógicas
• La función de diagnóstico permite determinar si los valores analógicos se han tratado sin errores, y en caso contrario, qué error ha aparecido.
• El diagnóstico se parametriza con el STEP 7• La evaluación se realiza si está habilitada la función de diagnóstico• Los mensajes de diagnóstico evaluados provocan las siguientes acciones:
• indicación luminosa en módulo analógico. • transmisión de mensaje de diagnóstico a la CPU• activación de alarma de diagnóstico (sólo si esta habilitada)
Diagnosis de los Módulos Analógicos
Mensajes deDiagnósticopara EntradasAnalógicas
Mensajes deDiagnósticopara SalidasAnalógicas
• Los módulos analógicos tienen la capacidad de emitir alarmas • Se distinguen dos tipos de alarmas:
• alarma de diagnóstico• alarma de proceso
• Las alarmas se parametrizan con el STEP7• Por defecto están bloqueadas
• Cuando se detecta un fallo o desaparece éste, el módulo emite una alarma de diagnóstico siempre que esté habilitada
• La CPU interrumpe el tratamiento del programa de usuario y procesa el módulo de tratamiento de alarma de diagnóstico OB 82
Alarma de Diagnóstico
Alarmas de los Módulos Analógicos (I)
• La parametrización de los límites superior e inferior define un margen de trabajo• Cuando la señal de proceso abandona dicho margen, el módulo activa una alarma de
proceso siempre que esté habilitada• La CPU interrumpe el tratamiento del programa de usuario y procesa el módulo de
tratamiento de alarma de proceso OB 40• Para detectar qué canal ha rebasado el límite consultar información del byte 4 de la
información adicional de alarma de proceso del OB 40
Alarma de Proceso
Alarmas de los Módulos Analógicos (II)
El bus P (bus periférico) permite acceder directamente a los valores analógicoscomo entradas desde el campo o como salidas al campo.Al bus periférico se puede acceder en formato de byte, palabra y doble palabra
Procesamiento de Valores Analógicos en S7
LT
Sensor de NivelPIW 288
Nivel alto
Nivel bajo
Tratamiento de Señales Analógicas
1000 L
0 L
Tarjeta de Entradas Analógicas
PIW 288 = +10960
Valor después de la conversión A/D
0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0
Cuando la tarjeta de entradas analógicasrecibe desde campo una señal de tensión ocorriente, la tarjeta convierte la señal a unvalor binario (A/D) al que puede acceder elprograma de CPU a través del bus P.
Conversión de Señales Analógicas de Entrada
• STEP7 permite ver o usar valores analógicos tanto de entrada como de salida en múltiples formatos numéricos. La tabla de variables de abajo muestra: PIW288 y PIW290 (entradas analógicas) como dec, hex, bin.
Presentación de Valores Analógicos
Tarjeta de Salidas Analógicas
CPU -> Tarjeta AnalógicaL +13824T PQW 304
Cuando el programa de CPU envía un valor ala tarjeta de salidas analógicas a través delbus P, la tarjeta ejecuta la conversión D/A.El resultado de la tarjeta es una variación envoltaje o intensidad, que se usa para el controlde dispositivos externos de campo.
Flujo de control
Válvula de posición variable
Suponiendo tarjeta de salida analógica de 0 a +10 Vpara el valor digital 13824, después de la conversión D/A debe sacar 5 V.
Conversión de Señales Analógicas de Salida
LT
Sensor deNivelPIW 288
Nivel alto: 9 voltios ó 24883
Nivel bajo:1 Voltio ò 2765
Q 4.0Válvula de llenado
Q 5.7Válvula de drenaje
- Si sensor de nivel menos de 1 V. --> abrir válvula de llenado- Si sensor de nivel más de 9 V. --> abrir válvula de drenaje
L PIW 288L 24883>=I= Q 5.7
L PIW 288L 2765<=I= Q 4.0
Valores Analógicos para Observación de Alarmas
• Cuando las características del dispositivo de campo analógico tiene un 20% offset o “puesta a cero”, se hace necesario un offset del valor analógico en la CPU para compensar.
PIW 288sensor denivel:midiendoun valor de4 a 20 mA
20 mA
4 mA
+ 27648
+5530 (20% de rango)
1000 L
0 L
Suponiendo un offset del 20%, el valor equivalente si tener en cuenta el offset es:(valor analógico medido - 20% del rango usado en la CPU) x 125 / 100Ejemplo: Para PIW 288 = 16.589, el valor representa:(16.589 - 5530) x 1.25 = 13.824, que representan un volumen del 50% del tanque
Uso del Offset con Señales de Entrada Analógicas
• Cuando las características del dispositivo de campo analógico tiene un 20% offseto “señala cero”, se hace necesario un offset del valor analógico en la CPU para compensar.
Salida PQW 304valor de 4 a 20 mA
Tarjeta de Salidas Analógicas
IP
Válvula deposicionamiento en 3 a 15 psi
Transductor de corriente a presión
Suponiendo un offset de salida del 20%, el valor que hay que enviar es:(valor de la señal analógica sin offset x 100) / 125 + 20 % del rango utilizableEjemplo: Para abrir la válvula a la mitad:PQW 304 = ( (MW 20 x 100) / 125) + 5530, Donde MW 20 = 27648/2=13824
Uso del Offset con Señales de Salida Analógicas
• El ajuste de los valores analógicos nos permite trabajar y comparar en las mismas unidades que la variable controlada, en vez de trabajar con los valores numéricos dados por la conversión A/D. Mediante ecuaciones matemáticas, se puede usar unidades de ingeniería tales como grados, metros, gramos, litros......
Ajuste de Valores Analógicos
-100 grados-276480 litros0 grados0
500 litros100 grados+27648
NivelRango unipolar
TemperaturaRango bipolar
Rango Nominal de la Conversión
• Para calcular el valor ajustado de una señal unipolar, se usa la siguiente ecuación:
Valor ajustado = (Medida de la entrada PV x PV medido en unidades de ingeniería / rango de CPU) + PV offset
+27648
0
Rango de CPU(unipolar)0 -> +27648
400 L
0 L
Rango deseado enunidades de ingeniería0 -> 400 L
Ajuste:MD10 = (PIW 288 x 400) / 27648
Si el recipiente está al 50 %, elvalor analógico de entrada dePIW 288=+13824 ;MD10 igual a 200.
PIW 288
Ejemplo:
Ajuste de Valores Analógicos Unipolares
in PV INT 0 Palabra de la E/A medidoin PV_Superior REAL 0 Límite superior del rango en unid. ing.in PV_Inferior REAL 0 Límite inferior del rango en unid. ing.out Valor_Graduado REAL 0 Resultado del valor graduadotemp PV_Real REAL 0 PV convertido a valor realtemp Rango_Ing REAL 0 PV_Superior - PV_Inferior
L #PV //Carga el valor medido dela E/AITD //Convierte de entero a entero dobleDTR //Convierte de entero doble a realT #PV_Real //Valor analógico de entrada en formato nº real
L #PV_Superior //Rango en unidades de ingenieríaL #PV_Inferior-RT #Rango_Ing
L #PV_Real //Entrada analógica en formato de nº realL 2.764800e+04 //Cargar rango de CPU para la conversión (+27648)/R //DivideL #Rango_Ing //Cargar rango en unidades de ingeniería*R //MultiplicarL #PV_Inferior //Cargar el PV_Inferior para calcular el offset PV+R //SumarT #Valor_Graduado //Resultado final
Segmento 1
Segmento 2
Segmento 3
FC 28
Función de Ajuste de Valores Analógicos Unipolares
Para calcular el valor ajustado del 20 % offset de una señal unipolar, use la siguiente ecuación:Valor ajustado con 20% offset = ((Medida de la entrada analógica PV - 20% del rango de la CPU) x PV medido en / rango de CPU - 20%) + PV offset
+27648
+5530
Rango de CPU(unipolar)
+5530 -> +27648
200 L
0 L
Rango deseado enunidades de ingeniería0 -> 200 L
Ajuste:MD20 = ((PIW 288 - 5530) x 200) /
22118
Si el recipiente está al 50%, laentrada analógica dePIW 288=+16589 ;MD20 igual a 100.
PIW 288Ejemplo:
Ajuste del Offset de Valores Analógicos Unipolares
in PV INT 0 Palabra de la E/A medidain PV_Superior REAL 0 Límite superior del rango en unid. ing.in PV_Inferior REAL 0 Límite inferior del rango en unid. ing.out Valor_Graduado_20 REAL 0 Valor graduado resultante del offset 20%temp PV_Real REAL 0 PV convertido a valor realtemp PV_Real_20 REAL 0 PV_Real offset por 20%temp Rango_Ing REAL 0 PV_Superior - PV_Inferior
L #PV //Carga del valor medido dela E/AITD //Convierte de entero a entero dobleDTR //Convierte de entero doble a realT #PV_Real //Valor analógico de entrada en formato nº realL #PV_Real //L 553000e+03 //Cargar 20% del rango de conversión de la CPU (5530)-RT #PV_Real_20 //Almacenar el valor real del offset del PVL #PV_Superior //Rango en unidades de ingenieríaL #PV_Inferior-RT #Rango_IngL #PV_Real_20 //Cargar valor real PV con offset 20% del rango de CPUL 2.211800e+04 //Cargar rango de CPU menos 20%(27648-5530)/R //DivideL #Rango_Ing //Cargar rango en unidades de ingeniería*R //MultiplicarL #PV_Inferior //Cargar el PV_Inferior para calcular el offset PV+R //SumarT #Valor_Graduado //Resultado final
FC 29
Función Ajuste del Offset de Val. Analóg. Unipolares
• Para calcular el valor ajustado de una señal bipolar, se usa la siguiente ecuación: Valor bipolar ajustado = (Medida de la entrada PV x PV medido / rango de CPU x2) + Medio rango PV
Ajuste:MD30 = (PIW 288 x 100) / 55296
Si la entrada analógica PIW 288 medida +13824 , MD30 = +25+27648
-27648
Rango de CPU(bipolar)
de -27648 a +27648
+ 50 grados
-50 grados
Rango deseado enunidades de ingenieríade -50 a +50 grados
PIW 288medida del sensor de temperaturade +10 a -10V
Ejemplo:
Ajuste de Valores Analógicos Bipolares
in PV INT 0 Palabra de la E/A medidoin PV_Superior REAL 0 Límite superior del rango en unid. ing.in PV_Inferior REAL 0 Límite inferior del rango en unid. ing.out Valor_Graduado_Bi REAL 0 Resultado del valor graduadotemp PV_Real REAL 0 PV convertido a valor realtemp PV_Mid REAL 0 (PV Superior-PV Inferior) / 2 +PV Inferiortemp Rango_Ing_Bi REAL 0 PV_Superior - PV_InferiorL #PV //Carga del valor medido dela E/AITD //Convierte de entero a entero dobleDTR //Convierte de entero doble a realT #PV_Real //Valor analógico de entrada en formato nº realL #PV_Superior //Rango en unidades de ingenieríaL #PV_Inferior-RT #Rango_Ing_Bi //Variable PV medio rango L #Rango_Ing_Bi //L 2.00000e+00 ///R //L #PV_Inferior+R //T #PV_Mid //Almacena la variable PV medio rangoL #PV_Real //Cargar valor real PVL #Rango_Ing_Bi //Cargar rango en unidades de ingeniería bipolares*R //MultiplicarL 5529600e+4 //Cargar el rango de CPU bipolar (27648 x 2)/R //L #PV_Mid //Cargar la variable PV rango medio+R //SumarT #Valor_Graduado_Bi //Resultado final
FC 34
Función de Ajuste de Valores Analógicos Bipolares
• Con el uso de un módulo de ajuste, tal como un FC, el OB1 puede llamar el módulo y pasar los parámetros para resolver el ajuste del valor. En este ejemplo, un sensor de temperatura mide un rango de 0 a 100 grados (conectado a la PIW 288).
FC28
PV
PV_Superior
PV_InferiorValor_Graduado
PIW288
100
0
inininouttemptemp
PVPV_SuperiorPV_InferiorValor _AjustadoPV_RealRango_Ing
INTREALREALREALREALREAL
OOOOOO
FC28
MD10
Segmento 1:Convierte un valor analógico de entradaa real
Segmento 2:Determina el rango en unidades de ingeniería
Segmento 3:Ajuste del valor analógico
Llamada a Módulos y Ajuste de Valores
FC 105 SCALE: Escalar valores
Lectura y Normalización de un Valor Analógico
FC 106 UNSCALE: Desescalar valores
FC para Desescalar Valores para S/A
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