Escalamiento de PLC

ÍNDICE

Generalidades Siemens S-7 200

Acceder A Los Datos En Las Áreas De Memoria

……………………………… Página 2

Calibración De Las Entradas Analógicas

Configuración del módulo de ampliación

………………………………

………………………………

Página 4

Página 5

Proceso Matemático Escalamiento Entrada

Cálculo De Señal Escalada Unidad De Ingeniería

Ecuación Escalada De Entrada

………………………………

………………………………

Página 6

Página 8

Procedimiento Matemático Escalamiento Salida ……………………………… Página 12

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1.0 GENERALIDADES SIEMENS S-7 200

El S7--200 almacena información en diferentes áreas de la memoria que tienen direcciones unívocas. Es posible indicar explícitamente la dirección a la que se desea acceder. El programa puede acceder entonces directamente a la información. La tabla 1-1 muestra el rango de números enteros representables en los distintos tamaños de datos.

Tabla N° 1-1 Rango de enteros

Representación Byte (B) Palabra (W) Palabra Doble (D)Entero sin signo 0 a 255

0 a FF0 a 65.5350 a FFFFF

0 a 4.294.967.2950 a FFFFFFFFFFF

Entero con signo 127 a +12880 a 7F

32768 a +327678000 a 7FF

-2.147.483.648 a 2.147.483.6488000.0000 a 7FFF FFFF

1.1 Acceder A Los Datos En Las Áreas De Memoria

Imagen de proceso de las entradas: I

El S7--200 lee las entradas físicas al comienzo de cada ciclo y escribe los correspondientes valores en la imagen de proceso de las entradas. A ésta última se puede acceder en formato de bit, byte, palabra o palabra doble:

Bit: I[direcc. byte].[direcc. bit] I0.1Byte, palabra o palabra doble: I[tamaño][direcc. byte inicial] IB4

Imagen de proceso de las salidas: Q

Al final de cada ciclo, el S7--200 copia en las salidas físicas el valor almacenado en la imagen de proceso de las salidas. A ésta última se puede acceder en formato de bit, byte, palabra o palabra doble:

Bit: Q[direcc. byte].[direcc. bit] Q1.1Byte, palabra o palabra doble: Q[tamaño][direcc. byte inicial] QB5

Memoria de variables: V

La memoria de variables (memoria V) se puede utilizar para almacenar los resultados intermedios calculados por las operaciones en el programa. La memoria V también permite almacenar otros datos relativos al proceso o a la tarea actual. A la memoria V se puede acceder en formato de bit, byte, palabra o palabra doble:

Bit: V[direcc. byte].[direcc. bit] V10.2Byte, palabra o palabra doble: V[tamaño][direcc. byte inicial] VW100

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Marcas especiales: SM

Las marcas especiales (SM) permiten intercambiar datos entre la CPU y el programa. Estas marcas se pueden utilizar para seleccionar y controlar algunas funciones especiales de la CPU S7--200. Por ejemplo, hay una marca que se activa sólo en el primer ciclo, marcas que se activan y se desactivan en determinados intervalos, o bien marcas que muestran el estado de las operaciones matemáticas y de otras operaciones. (Para más información acerca de las marcas especiales, consulte el anexo D). A las marcas especiales se puede acceder en formato de bit, byte, palabra o palabra doble:

Bit: SM [direcc. byte].[direcc. bit] SM0.1Byte, palabra o palabra doble: SM [tamaño][direcc. byte inicial] SMB86

Entradas analógicas: AI

El S7--200 convierte valores reales analógicos (p. ej. temperatura, tensión, etc.) en valores digitales en formato de palabra (de 16 bits). A estos valores se accede con un identificador de área (AI), 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.

Formato: AIW [direcc. del byte inicial] AIW4

Salidas analógicas: AQ

El S7--200 convierte valores digitales en formato de palabra (de 16 bits) en valores reales analógicos (p. ej. intensidad o tensión). Estos valores analógicos son proporcionales a los digitales. A los valores analógicos se accede con un identificador de área (AQ), seguido del tamaño de los datos (W) y de la dirección del byte inicial. Puesto que las salidas analógicas son palabras que comienzan siempre en bytes pares (p. ej. 0, 2, 4, etc.), es preciso utilizar direcciones con bytes pares (p. ej. AQW0, AQW2, AQW4, etc.) para acceder a las mismas. Las salidas analógicas son valores de sólo escritura.

Formato: AQW [direcc. del byte inicial] AQW4

Formato De Los Números Reales

Los números reales (o números en coma flotante) se representan como números de 32 bits de precisión sencilla, conforme al formato descrito en la norma ANSI/IEEE 7541985 (v. fig. 1.1). A los números reales se accede en formato de palabra doble. En el S7--200, los números en coma flotante tienen una precisión de hasta 6 posiciones decimales

Tabla N°1-2 Esquema número real, donde Msb: bit más significativo y Lsb: bit menos significativo.

Msb Lsb31 30 23 22 0s Exponente MantisaSigno

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2.0 CALIBRACION DE LAS ENTRADAS ANALÓGICAS MODULO EM231 Y/O EM235

Los ajustes de calibración afectan a la fase de amplificación de la instrumentación que sigue el multiplexor analógico. Por consiguiente la calibración afecta a todos los canales de entrada de usuario. Cualquier variación de los valores de los circuitos de entrada que precedan al multiplexor analógico provocara diferencias mínimas entre los valores de los distintos canales que estén conectados a la misma señal, incluso después de la calibración.

Con objeto de cumplir las especificaciones es preciso utilizar filtros de entrada para todas las entradas analógicas del módulo. Para calibrar una entrada, siga los pasos siguientes:

1. Desconecte la alimentación del modulo. Seleccione el rango de entrada deseado2. Conecte la alimentación de la CPU y del modulo. Espere unos 15 minutos para que le

modulo pueda estabilizarse.3. Mediante una fuente de tensión o intensidad, aplique una señal de valor cero a una de las

entradas.4. Lea el valor que la CPU ha recibido del correspondiente canal de entrada.5. Con el potenciómetro OFFSET, seleccione el valor cero u otro valor digital.6. Aplique una señal de rango máximo a una entrada. Lea el valor que ha recibido la CPU.7. Con el potenciómetro GAIN, seleccione el valor 32000 u otro valor digital.8. En caso necesario, vuelva a calibrar el desplazamiento (OFFSET) y la ganancia (GAIN).

Figura N°2-1 Calibración y regulación entrada analógica EM235.

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2.1Configuración del módulo de ampliación analógica PLC siemens s7-200

La siguiente tabla muestra como configurar el módulo de entrada EM235. Utilizando los interruptores DIP (equivalente a configuración Figura N°1). Para este caso de 4 a 20 mA.

Para este caso se usara solamente escalado Unipolar es decir de 0 a 32000.

Tabla N°2-1 configuración entrada analógica 0 a 20 mA

UNIPOLAR Rango de tensión

ResoluciónINT 1 INT 2 INT 3 INT 4 INT 5 INT 6ON OFF OFF ON OFF ON 0 a 50mV 12,5μvOFF ON OFF ON OFF ON 0 a 100mV 25μvON OFF OFF OFF ON ON 0 a 500mV 125μvOFF ON OFF OFF ON ON 0 a 1 V 250μvON OFF OFF OFF OFF ON 0 a 5 V 1,25mvON OFF OFF OFF OFF ON 0 a 20mA 5μAOFF ON OFF OFF OFF ON 0 a 10 V 2,5mv

Figura N°2-2 módulo típico de entrada EM235

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3.0 PROCEDIMIENTO MATEMÁTICO PASO A PASO ESCALAMIENTO DE ENTRADA A UNIDADES DE INGENIERA 0 A 100%

Y máxima 100%m2

Salida Unidad Ingenieria25% m1

Y mínima 0%

4 mA 8 mA 20 mAValor escalado entrada Valor escalado entrada Valor escalado entrada

6400 12800 32000

Entrada AnalógicaX mínima X máxima

Figura N°3-1 Ilustra escalamiento de entrada analógica señal de 4 a 20 mA considerando un margen de error del 20 %

2.1 Cálculo De Señal Escalada Unidad De Ingeniería 0 A 100%

De las siguiente grafica podemos deducir matemáticamente lo siguiente:

Igualando la pendiente1 (M1) con la pendiente (M2)

m 1=m2

Ecuación (1)

Cálculo de la pendiente m.

m=∆ y∆ x

Ecuación (2)

Donde

∆ y=Diferenciadecoordenadasen y

∆ x=Diferenciade coordenadasen x

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Por lo tanto si calculamos la pendiente m2 de acuerdo a la ecuación 2:

m 2= ymáximo− y mínimoxmáximo−xmínimo

Y de la misma manera obtenemos m1

m 1=Salidaunidad Ingenieria− y mínimoEntrada Analógica−xmínimo

Ahora aplicamos la ecuación 1

ymáximo− y mínimoxmáximo−xmínimo

=Salidaunidad Ingenieria− y mínimoEntrada Analógica−x mínimo

Despejamos el valor deseado que es la salida de unidad de Ingeniería.

Primer paso: Aplicamos reglas matemáticas de igualación lo que está dividiendo pasa multiplicando.

[( y máx− ymínimox máx−x mínimo )×Entrada Analógica−x mínimo]=Salidaunidad Ingenieria− y mínimo

Segundo paso: Solo nos falta despeja − y mínimo de la salida de unidad de Ingeniería, tan solo

nos basta con pasar al lado contrario sumando.

[( y máx− ymínimoxmáx−x mínimo )×Entrada Analógica−x mínimo]+ y mínimo=Salidaunidad Ingenieria

Tercer paso: basta con ordenar la formula

Salidaunidad Ingenieria=[( y máx− ymínimox máx−x mínimo )× Entrada Analógica−x mínimo]+ y mínimo

Ecuación (3)

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De la ecuación 3 para este ejemplo y máx− y mínimo se puede decir que es constante ya que

y máxima=100Y ymínimo=0. Y a su vez también se puede decir que x máx−x mínimo es

constante x máxima=32000Y xmínimo=6400. Y por ultimo en este ejemplo y mínimo=0. De

esta forma reescribimos la ecuación 3.

Salidaunidad Ingenieria(% )=[( 10025600 )× Entrada Analógica−6400]+0Finalmente

Salidaunidad Ingenieria(%)=[( 10025600 )×(Entrada Analógica−6400)]Ecuación (4)

2.2 Ecuación Escalada de entrada

Basta solamente con aplicar regla de tres simples:

20mA4mA

=320006400

Ecuación (5)

20mA4mA

=32000x

Donde x=Entrada Analógica escalada .

Ecuación (6)

Despejando la ecuación 6 Obtenemos nuestra x=Entrada Analógica escalada

x=32000×4mA20mA

=Adimensiomal¿

Ecuación (7)

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Ejemplo1: Cálculo escalamiento matemáticamente según Figura N°1.

Datos

Corriente de entrada instantánea 8 mAX mínima 4 mA (6400)X Máxima 20 mA (32000)Y Máxima 100 %Y mínima 0%Escalamiento salida Ingeniería …?

Primer paso: Escalamiento de entrada según ecuación 7

Escalamientoentrada=32000×8mA20mA

=12800¿

Segundo paso: Cálculo de Salida de Ingeniería escalonada de 0 a 100% ecuación (4).

Salidaunidad Ingenieria(% )=[( 10025600 )×(12800−6400)]Salidaunidad Ingenieria (% )=25%

Ejemplo 2: se pide repetir el mismo procedimiento dado en el ejemplo 1 pero ahora en sistema KOP (SIMATIC) de PLC siemens S7-200.

Primer Paso

Network 1Paso 1 Paso 2 Paso 3

Paso 1: Para este ejemplo se coloca como contacto inicial el bit de estado SM0.0 que siempre esta activado.

Paso 2: A continuación se coloca la operación de transferencia (en este caso palabras W), esta instrucción es MOV_W que significa mover palabra. También tiene una entrada (IN) analógica (AIW0), la cual tiene una salida de memoria virtual VW0.

Paso 3: Luego siguiendo de izquierda a derecha se coloca la operación Convertir entero a entero doble, La cual tiene como entrada VW0 y su conversión la como una palabra doble (VD2).

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Segundo paso



Paso 2: A continuación se coloca la operación convertir entero doble, en real. Esta instrucción tiene el nombre de DI_R, la cual tiene como entrada (IN) VD2 y una salida (Out) VD6.

Hasta aquí tenemos todo el paso matemático realizado. De acuerdo a lo calculado en las ecuación 7.

x=32000×4mA20mA

=Adimensiomal¿

Paso 3: Luego siguiendo de izquierda a derecha se coloca la operación Restar reales. Esta instrucción tiene el nombre de SUB_R la cual tiene dos entradas (IN1, IN2) y una salida (Out). El valor de la entrada IN1 corresponde a VD6 (el valor convertido de entero doble a real) y el valor

correspondiente a IN2, que corresponde al valor de x mínimo. Equivalente al valor resaltado en la

ecuación.

S .unidad Ingenieria=[( y máx− ymínimoxmáx−xmínimo )×(EntradaAnalógica−xmínimo)]+ ymínimo

Y luego de realizar la operación aritmética el valor es almacenado como palabra doble (VD10).

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Tercer paso



Paso 2: A continuación se coloca la operación dividir reales. Esta instrucción tiene el nombre de DIV_R, la cual tiene dos entradas (IN1, IN2) y una salida (Out). El valor de entrada IN1

corresponde a y máx− y mínimo(100) y el valor de IN2 corresponde a

x máx−x mínimo(25600). Este paso es el equivalente mostrado en la ecuación matemática:

S .unidad Ingenieria=[( y máx− ymínimoxmáx−xmínimo )×(EntradaAnalógica−xmínimo)]+ ymínimo

Y la salida OUT es el resultado de la división y es almacenada en VD14.

Paso 3: Luego siguiendo de izquierda a derecha se coloca la operación Restar reales. Esta instrucción tiene el nombre de MUL_R. la cual tiene dos entradas (IN1, IN2) y una salida (Out). El valor de entrada IN1 corresponde a VD14 (salida resultado de la división) y el valor de IN2 corresponde a VD10 (salida resultado de las restas). Este paso es el equivalente mostrado en la ecuación matemática:

S .unidad Ingenieria=[( y máx− ymínimox máx−xmínimo )×(Entrada Analógica−xmínimo)]

De esta manera se obtiene el escalamiento de entrada a en salida unidad de ingeniería (0% a 100%) y es almacenado en la memoria de forma de palabra doble como VD18. Que para este ejemplo seria de 25%.

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3.0 PROCEDIMIENTO MATEMÁTICO PASO A PASO TRANSFORMACIÓN UNIDADES DE INGENIERÍA (0% A 100%) A UN VALOR DE 4 A 20 mA.

Para este ejemplo utilizaremos el mismo ejemplo de la figura 1, solamente se realizara el a la inversa.

Por lo que se tiene:

m 1=m2

Por lo tanto

ymáximo− y mínimoxmáximo−xmínimo

=Salidaunidad Ingenieria− y mínimoEntrada Analógica−x mínimo

Primer paso: aplicando reglas matemáticas se despeja de su divisor la variable que buscamos.

Entrada Analógica−x mínimo= Salidaunidad Ingenieria− ymínimoy máximo− y mínimox máximo−xmínimo

Segundo paso: aplicamos regla de la división.

Ent . Analógica−xmínimo=[Salidaunidad Ingenieria− ymínimo×( x máximo−x mínimoy máximo− y mínimo

)]Tercer paso: despejamos entrada analógica.

Ent . Analógica=[ Salidaunidad Ingenieria− y mínimo×( xmáximo−xmínimoymáximo− y mínimo

)]+x mínimoEcuación (8)

Cuarto paso: haciendo una ecuación nueva de tres simples obtenemos

Nota: Ent . Analógica corresponde al valor calculoadoen laecuacion Numero8

32000Ent . Analógica

=20mAx

Como el proceso es el inverso obtenemos una nueva x, como se muestra en siguiente ecuación:

32000×x=20mA× Ent . Analógica

x=20mA×Ent . Analógica32000

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Ecuación (9)

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Ejemplo 3: Calculo escalamiento matemáticamente según Figura N°1.

Datos

Corriente de entrada instantánea …?X mínima 4 mA (6400)X Máxima 20 mA (32000)Y Máxima 100 %Y mínima 0%Escalamiento salida Ingeniería 25%

Primer paso: aplicando reglas matemáticas se despeja de su divisor la variable que buscamos.

Entrada Analógica−6400= 25−0100−0

32000−6400

Segundo paso: aplicamos regla de la división.

Ent . Analógica−6400=[25×( 256001000

)]Tercer paso: despejamos entrada analógica.

Ent . Analógica=[25×(25600100

)]+6400 Por lo TantoEnt . Analógica=12800¿Cuarto paso: haciendo una ecuación nueva de tres simples obtenemos

Nota: Ent . Analógica corresponde al valor calculoadoen laecuacion Numero8

3200012800

=20mAx

Como el proceso es el inverso obtenemos una nueva x, como se muestra en siguiente ecuación:

32000×x=20mA×12800

x=20mA×1280032000

=8mA

Por lo tanto la corriente de salida analógica debe ser de 8 mA.

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Ejemplo 4: se pide repetir el mismo procedimiento dado en el ejemplo 1 pero ahora en sistema KOP (SIMATIC) de PLC siemens S7-200.

Importante: El valor de Ingeniería (25%) está almacenado en VD4.

Primer paso



Paso 2: A continuación se coloca la operación dividir reales. Esta instrucción tiene el nombre de DIV_R, la cual tiene dos entradas (IN1, IN2) y una salida (Out). El valor de entrada IN1

corresponde a x máx−x mínimo(25600) y el valor de IN2 corresponde a

y máx− y mínimo(100). Este paso es el equivalente mostrado en la ecuación matemática:


)]+x mínimo


Paso 3: Luego siguiendo de izquierda a derecha se coloca la operación Restar reales. Esta instrucción tiene el nombre de MUL_R. la cual tiene dos entradas (IN1, IN2) y una salida (Out). El valor de entrada IN1 corresponde a VD0 (salida resultado de la división) y el valor de IN2 corresponde a VD4 (unidad de ingeniería). Este paso es el equivalente mostrado en la ecuación matemática:


)]+x mínimo

Este valor de la multiplicación es almacenado en la palabra doble VD8.

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Segunda parte



Paso 2: A continuación se coloca la operación sumar reales. Esta instrucción tiene el nombre de ADD_R, la cual tiene dos entradas (IN1, IN2) y una salida (Out). El valor de entrada IN1

corresponde a VD8 y el valor de IN2 corresponde a x mí nimo. Este paso es el equivalente

mostrado en la ecuación matemática:


)]+x mínimo


Paso 3: Luego siguiendo de izquierda a derecha se coloca la operación Truncar. Esta instrucción tiene el nombre de TRUNC La operación Truncar (TRUNC) convierte un número real (IN) en un entero doble y carga el resultado en la variable indicada por OUT. Sólo se convierte la parte entera del número real. La fracción se pierde. La cual tiene una entrada (IN1,) y una salida (Out). El valor de entrada IN1 corresponde a VD12 (salida resultado de la división) Este paso es el equivalente mostrado en la ecuación matemática:

x=20mA×1280032000

=8mA

Este valor de truncación es almacenado en la palabra doble VD16.

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Tercera parte

Network 3Paso 1 Paso 2


Paso 2: A continuación se coloca la operación de transferencia (en este caso palabras W), esta instrucción es MOV_W que significa mover palabra. También tiene una entrada (IN) analógica (VW8), la cual tiene una salida de memoria virtual AQW0.

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