Tratamiento de Señales Analógicas

Presentación del tema: "Tratamiento de Señales Analógicas"— Transcripción de la presentación:

1 Tratamiento de Señales Analógicas
LT Sensor de Nivel PEW352 Nivel alto Nivel bajo CONFIGURACIÓN Y PARAMETRIZACIÓN DEL S7 Direccionamiento de Tarjetas Analógicas Configuración de Tarjetas Analógicas Conversión de señales analógicas de entrada Representación de valores analógicos Conversión de señales analógicas de salida Procesamiento de valores analógicos en S Uso de valores analógicos para observación de alarmas Uso del Offset con señales de entrada analógicas Uso del Offset con señales de salida analógicas Ajuste de los valores analógicos Llamada a módulos y ajuste de valores Ejercicio

2 Direccionamiento de Tarjetas Analógicas
Rack 3 Fuente de alimentac. IM (Receptor) 640 a 654 656 a 670 672 a 686 688 a 702 704 a 718 720 a 734 736 a 750 752 a 766 Rack 2 Fuente de alimentac. IM (Receptor) 512 a 526 528 a 542 544 a 558 560 a 574 576 a 590 592 a 606 608 a 622 624 a 638 Rack 1 IM Fuente de alimentac. (Receptor) 384 a 398 400 a 414 416 a 430 432 a 446 448 a 462 464 a 478 480 a 494 496 a 510 El rango de direcciones analógicos es de 256 a 766. El S7-300/400 no tiene asignados registros, tales como PAE o PAA para señales digitales, que se actualizan en cada scan. En cambio, puede programar cuándo se actualizan los datos simplemente usando la dirección analógica dentro del programa. El identificador de direcciones para entradas analógicas es PEW; PAW para salidas analógicas. El direccionamiento para los valores analógicos empieza desde 256, el primer punto en la primera tarjeta en el primer rack sería entonces PEW256. La última dirección analógica es 766. Cada valor analógico toma dos bytes de datos, así las direcciones analógicas usadas en el programa debe constar de números iguales para evitar sobrescribir datos. Ejemplo: Para acceder a datos desde el segundo punto en la primera tarjeta en el rack 2, la dirección de entrada analógica es PEW514. Rack CPU y fuente de alimentac. IM (Emisor) 256 a 270 272 a 286 288 a 302 304 a 318 320 a 334 336 a 350 352 a 366 368 a 382

3 Configuración de Tarjetas Analógicas
Como puede verse en la figura, la herramienta Configurar Hardware nos permite también configurar las tarjetas Analógicas. La figura muestra una tarjeta analógica de 8 entradas distribuidas en 4 canales. Cada uno de estos canales es configurable de forma individual. Así, en el ejemplo, uno de los canales medirá tensión, otro intensidad (transductor de 4 hilos) y los otros dos distintos tipos de termopares. Todos estos ajustes se realizan únicamente por Software. Esto significa que con una misma tarjeta, tendremos acceso a todo tipo de señales analógicas sin necesidad de tener que colocar ningún hardware adicional (reducción de repuestos de almacén, facilidad de remplazo de tarjetas, etc.). Por otro lado, en el caso de trabajar con termopares, la PEW correspondiente, nos dará directamente la medida en grados centígrados. Esto evitará tener que recurrir a las consabidas e incómodas tablas de conversión. En el caso de trabajar con medidas de tensión o corriente, tendremos que realizar conversiones de valores digitales a analógicos y viceversa. El resto del capítulo lo dedicaremos a analizar distintas posibilidades de conversión. Además las librerías existentes a partir de la versión 3 de STEP 7, incluyen unas funciones (FC 105 y FC106) que sirven para automatizar esta tarea.

4 Conversión de Señales Analógicas de Entrada
Tarjeta de Entradas Analógicas PEW352 = Valor después de la conversión A -> D Cuando la tarjeta de entradas analógicas recibe desde campo una señal de tensión o corriente, la tarjeta convierte la señal a un valor binario (A->D) al que puede acceder el programa de CPU a través del bus P. Cuando se usa un dispositivo de medida con una salida en tensión o en intensidad que no es una señal digital (ON o OFF) se necesita una tarjeta de entradas analógicas. La tarjeta de entradas analógicas detecta la señal de campo conectada, y convierte la medida a un valor binario que la CPU puede entender. A esto se le llama conversión de analógico a digital (A->D). El valor digitalizado se usa entonces dentro del programa con comparaciones, control u otras tareas. La conversión A->D produce un número comprendido entre y Esto representa una palabra binaria de 16-bit en la cual el bit más significativo (el más a la izquierda) se usa para determinar si el valor es positivo o negativo. Si el MSB es igual a 0, el valor es positivo; si el MSB es igual a 1 el valor es negativo. Dentro de este rango de valores, hay subrangos que sirve par proporcionar las características del campo de valores medido. Para más información respecto a las tablas de todos los rangos de medida, ver el manual de Hardware.

5 Representación de Valores Analógicos
STEP7 permite ver o usar valores analógicos tanto de entrada como de salida en múltiples formatos numéricos. La tabla de variables de abajo muestra: PEW352 y PEW354 (entradas analógicas) como dec, hex, bin; PAW368, PAW370 (salidas analógicas) como dec, hex, bin. Como muestra la tabla de valores superior, los valores analógicos se pueden representar y usar en más de un formato numérico. Las tablas muestran el rango de valores en decimal (integer) o hexadecimal. Con el uso de las utilidades de Estado de S7, puede ver la conversión a “int” y “hex”. Además, seleccionando representación binaria, puede ver el valor de la palabra binaria digitalizada. Las tarjetas analógicas tienen especificaciones que listan X cantidad de resolución. Esta resolución corresponde a la cantidad de bit de datos usados de los 16 bit de la palabra binaria que representa el valor analógico. Si la resolución tiene menos de 15 bit, el dato analógico es completamente justificado a la izquierda. El bit de orden inferior no usado se rellena con ceros. El bit más a la izquierda, el MSB, es el bit de signo; 0 significa que el valor es positivo, 1 significa que el valor es negativo. Esta tabla muestra ejemplos de configuraciones de bit para diferentes resoluciones. Tipo Valor Analógico Número de bit valor analógico 15-bit valor analógico 12-bit valor analógico

6 Conversión de Señales Analógicas de Salida
Tarjeta de Salidas Analógicas CPU -> Tarjeta Analógica L T PAW368 Cuando el programa de CPU envía un valor a la tarjeta de salidas analógicas a través del bus P, la tarjeta ejecuta la conversión D->A. El resultado de la tarjeta es una variación en voltaje o intensidad, que se usa para el control de dispositivos externos de campo. Valor después de la conversión D ->A = 2.5V Flujo de control Válvula de posición variable Si la señal de control al dispositivo de campo no es ON u OFF, sino una señal que varía su valor entre alto y bajo, se necesita una tarjeta analógica de salidas. La tarjeta de salida analógica recibe un valor numérico desde la CPU, condiciona el valor a un voltaje o corriente que controla los dispositivos de campo. Este condicionamiento se denomina conversión de digital a analógico (D->A). La conversión D->A produce una señal de campo igual al porcentaje del rango de salida disponible de la tarjeta. El rango de números usados disponible es el mismo que el valor numérico para la tarjeta de entradas analógicas. Un valor dentro del rango nominal de a se escribiría en el puesto de salida analógico (PAW) para controlar el dispositivo externo. Por ejemplo, si la tarjeta de salida analógica usa salidas de +10V como máximo, para el control de una válvula de posicionamiento variable al 50%, debería programar la CPU para enviar al puesto de salida el 50% del margen disponible (+13824). La tarjeta debería entonces convertir este número en una señal de +5V para ser usada para abrir la válvula al 50%.

7 Procesamiento de Valores Analógicos en S7
Ya que las direcciones analógicas no comparten el mismo registro con las módulos de señales digitales, las direcciones analógicas en el S7-300/400 no se actualizan cada scan a menos que lo programemos. Los datos de entrada se actualizan por la simple lectura dentro del programa de la dirección de la entrada (PEW) , o le escribe a la salida por escritura a la PAW. Como el programa ejecuta una instrucción usando un dirección analógica (por ejemplo, PEW352), el dato es leido directamente desde el bus periférico o bus P. Cada valor analógico toma dos bytes de datos, así las direcciones analógicas usadas en el programa debe constar de números iguales para evitar sobreescribir datos. Ejemplo: Leer un valor desde una entrada analógica y transferir el valor a una palabra de marcas. AWL: KOP: L PEW354 T MW30 Ejemplo: Enviar un valor a un salida analógica desde un palabra de marcas. L MW40 T PAW368 El bus P (bus periférico) permite acceder directamente a los valores analógicos como entradas desde el campo o como salidas al campo. Al bus periférico se puede acceder en formato de byte, palabra y doble palabra MOVE EN IN ENO PEW354 MW30 OUT MOVE EN IN ENO MW40 PAW368 OUT

8 Uso de Valores Analógicos para Observación de Alarmas
LT Senor de Nivel PEW352 Nivel alto = 25000 Nivel bajo = 2700 A8.0 Válvula de llenado A9.7 Válvula de drenaje Una vez se recibe el valor analógico, supervisa alarmas se puedan realizar por comparación y uso la salida de comparación. En el ejemplo mostrado arriba, las válvulas están controladas en función del nivel del producto en el recipiente. Si el valor de PEW352 es 2700 (el nivel bajo fijado), la válvula arriba del tanque se abre. Si el valor medido de PEW352 excede de (nivel alto fijado), la válvula de drenaje situada debajo del tanque se abre. Parte de programa para este nivel de control: AWL: KOP/FUP: L PEW352 // lee el valor analógico L // carga el valor superior >=I // evalúa la comparación = A8.0 // activa A8.0 si >= L PEW352 // lee el valor analógico L // carga el valor inferior <=I // evalúa la comparación = A9.7 // activa A9.7 si <= CMP_I >= EN IN1 IN2 A8.0 ( ) ENO PEW352 +25000 CMP_I <= EN IN1 IN2 A9.7 ( ) ENO PEW352 +2700

9 Uso del Offset con Señales de Entrada Analógicas
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. PEW352 sensor de nivel: midiendo un valor de 4 a 20 mA 20 mA 4 mA +5530 (20% de rango) 1000 L 0 L Los dispositivos de medida de campo analógicos a menudo usan un 20% offset (compensación) del valor. Esto crea una “puesta a cero” en la representación para la tarjeta analógica de entrada. En el diagrama superior, el valor desde el sensor que va a la tarjeta analógica de entrada es de 4 a 20mA. En vez de enviar 0 mA a 0 L, el sensor envía 4 mA. Este offset (compensación) proporciona el control para interpretar la diferencia entre nivel cero y no transmisión. Si el sensor envía 0 mA a nivel cero(0 L), la CPU no podría determinar si el sensor ha fallado. Enviando 4 mA a nivel cero (0 L), si el sensor ha fallado se debería enviar por debajo de 4 mA, y la CPU puede entender que el nivel reportado no es válido. La ecuación para manejar el 20% offset para un tarjeta analógica es: valor del 20% offset = (valor analógico medido - 20% del rango usado de la CPU) x 125 / 100 En el ejemplo superior; MW10 = (PEW ) x 125 / 100

10 Uso del Offset con Señales de Salida Analógicas
Cuando las características del dispositivo de campo analógico tiene un 20% offset o “señala cero”, se hace necesario un offset del valor analógico en la CPU para compensar. Tarjeta de Salidas Analógicas Transductor de corriente a presión I P Salida PAW370 valor de 4 a 20 mA Los dispositivos de campo de salidas analógicas a menudo usan un 20%de offset del valor. Esto crea una “puesta a cero” para el dispositivo analógico a controlar. En el diagrama de arriba, la valor de la tarjeta de salidas analógicas es de 4 a 20 mA. En vez de enviar 0 mA para cerrar la válvula, el transductor I/P envía 4 mA. Este offset proporciona la presión suficiente para variar la posición en la válvula. La ecuación para el manejo del 20% offset para un salida analógica es: 20% del valor de salida deseado = (valor de la señal analógica x 100) / % del rango utilizable En el ejemplos superior (abrir la válvula a la mitad); PAW370 = (MW20 x 100) / *donde MW20 = 13824 Válvula de posicionamiento en 3 a 15 psi

11 Ajuste de los Valores Analógicos
Fecha: 11/08/99 Archivo Nª: s7n21040. ppt 11 SIMATIC S7 Siemens SA 1996. All rights reserved . Ajuste de los Valores Analógicos q El ajuste de los valores analógicos nos permite trabajar y comparar con las mismas unidades que usa el dispositivo, en vez de trabajar con los valores numéricos dados por la conversión A->D. Con ecuaciones matemáticas, puede usar unidades de ingeniería tales como grados, metros, gramos y litros. Rango Nominal (“Utilizable”) Temperatura Nivel de la conversión A->D rango + 100 grados 500 litros (bipolar) (unipolar) - 100 grados Ajuste de los Valores Analógicos El ajuste de los valores analógicos nos permite trabajar y comparar con las mismas unidades que usa el dispositivo, en vez de trabajar con los valores numéricos dados por la conversión A->D. Con ecuaciones matemáticas, puede usar unidades de ingeniería tales como grados, metros, gramos y litros. Rango Nominal (“Utilizable”) Temperatura Nivel de la conversión A->D rango rango grados litros grados litros (bipolar) (unipolar) grados Para trabajar más estrechamente con el entorno de medidas, tal como temperatura en grados, nivel en metros o pies, es necesario usar unidades de ingeniería. Puesto que conocemos el rango nominal del valor analógico ( a ), podemos usar este rango y el rango de las unidades de ingeniería para construir un programa matemático para convertir a valores escalonados. Estos términos se usarán en las ecuaciones para el ajuste analógico: PV Variable de proceso: el valor medido (por ejemplo, PEW352) PV Medido Variable de proceso medido: limite superior del rango PV - limite inferior del rango (unidades de ingeniería) 20% Offset “Puesta a cero”: creado para rangos de señales 4-20 mA, 1-5V, 2-10V,3-15psi Unipolar Valor que sólo puede ser positivo (por ejemplo, PEW352 medido de 0a +5V) Bipolar Valor que puede ser positivo o negativo (p.e., PEW352 de -10V a +10V) Rango de CPU Rango numérico del valor nominal analógicos usados por la CPU PV Medio rango (PV Superior - PV Inferior / 2 + PV Inferior 1000 L 0 L PEW352 sensor de nivel PV = PEW352 PV medido = 1000 20% offset = no se aplica aquí Unipolar: 0 a +5V (0 a a la CPU)

12 Ajuste de Valores Analógicos Unipolares
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 PEW352 Ejemplo de ajuste: MD10 = (PEW352 x 400) / 27648 Si el recipiente está semilleno, el valor analógico de entrada de PEW352= ; MD10 igual a 200. +27648 400 L Rango de CPU (unipolar) 0 -> Rango deseado en unidades de ingeniería 0 -> 400 L Ya que esta ecuación es siempre la misma, y se puede usar por más de un valor fijo, puede programar usando un FC o FB y llamarlo sólo cuando se necesite. La declaración de la Llamada contendría entonces los parámetros actuales (valores) tal como el PV y el rango de las unidades de ingeniería. A continuación un ejemplo: Declaración Nombre Tipo Valor inicial Comentario in PV INT 0 Palabra de entrada analógica medido in PV_Superior REAL 0 Límite superior del rango de unid. de Ing in PV_ Inferior REAL 0 Límite superior del rango de unid. de Ing out Valor_Graduado REAL 0 Resultado del valor graduado temp PV_Real REAL 0 PV convertido a valoro REAL temp Rango_Ing REAL 0 Unidades Ing. = PV Superior - PV Inferior Segmento 1: L #PV // Carga el valor medido de la palabra analógica de entrada ITD // Convierte de entero o entero doble DTR // Convierte de entero doble a real T #PV_Real // Almacena el valor analógico en formato de número real Segmento 2: L #PV_Superior // Carga el límite PV superior L #PV_Inferior // Carga el límite PV inferior -R // Límite superior - límite inferior T #Rango_Ing // Almacena el rango de unidades de ingeniería Segmento 3: L #PV_Real // Carga el valor analógico (en formato de número real) L e+04 // Carga el rango de CPU para la conversión (+27648) / R // Divide L # Rango_Ing // Carga el rango de unidades de ingeniería *R // Multiplica L #PV_Inferior // Carga PV_Inferior para calcular el offset PV +R // Suma T # Valor_Graduado// Este es el resultado final de la entrada analógica unipolar graduada 0 L

13 Ajuste del Offset 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 / rango de CPU - 20%) + PV offset PEW352 Ejemplo de ajuste: MD20 = (PEW ) x 200) / 22118 Si el recipiente está semilleno, la entrada analógica de PEW352= ; MD20 igual a 100. +27648 200 L Rango de CPU (unipolar) > Rango deseado en unidades de ingeniería 0 -> 200 L En cuanto a la ecuación de ajuste previo, puede programar este cálculo analógico usando un FC o FB, y llamarlo sólo cuando lo necesite. La declaración de la Llamada contendría entonces los parámetros actuales (valores) tal como el PV y el rango de las unidades de ingeniería. A continuación un ejemplo: Declaración Nombre Tipo Valor Inicial Comentario in PV INT 0 Palabra analógica de entrada medida in PV_Superior REAL 0 Límite superior del rango de unidades de ing. in PV_ Inferior REAL 0 Límite inferior del rango de unidades de ing. out Valor_graduado_20 REAL 0 Valor graduado resultante del offset 20% temp PV_Real REAL 0 PV convertido a valor REAL temp PV_Real_20 REAL 0 PV_REAL offset por 20% temp Rango_Ing REAL 0 Unidades Ing. = PV Superior - PV Inferior Segmento 1: L #PV // Carga el valor medido de la palabra analógica de entrada ITD // Convierte de entero o entero doble DTR // Convierte de entero doble a real T #PV_Real // Almacena el valor analógico en formato de número real Segmento 2: L #PV_Real // Carga PV en formato de número L e+03 // Carga el 20% del rango de conversión analógico de la CPU (5530) -R // Resta T #PV_Real_20 // Almacena el valor real del offset del PV con 20% del rango de CPU Segmento 3: L #PV_Superior // Caga el límite PV superior L #PV_Inferior // Carga el límite PV inferior -R // Límite superior - límite inferior T #Rango_Ing // Almacena el rango de unidades de ingeniería Segmento 4: L #PV_Real_20 // Carga el valor real PV con offset 20% del rango de CPU L e+04 // Carga el rango de CPU - 20% ( = ) / R // Divide L #Rango_Ing // Carga el rango de las unidades de ingeniería *R // Multiplica L #PV_Inferior // Carga el PV_Inferior para calcular el offset PV +R // Suma T #Valor_graduado_20 // Este es el resultado final de la entrada analógica bipolar graduada +5530 0 L

14 Ajuste de Valores Analógicos Bipolares
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 x 2) + Medio rango PV PEW352 medida del sensor de temperatura +10 -> -10V Ejemplo de ajuste: MD30 = (PEW352 x 100) / 55296 Si la entrada analógica PEW352 medida , MD30 = +25 +27648 + 50 grados Rango de CPU (bipolar) > Rango deseado en unidades de ingeniería -50 -> +50 grados En cuanto a la ecuación de ajuste previo, puede programar este cálculo analógico usando un FC o FB, y llamarlo sólo cuando lo necesite. La declaración de la Llamada contendría entonces los parámetros actuales (valores) tal como el PV y el rango de las unidades de ingeniería. A continuación un ejemplo: Declaración Nombre Tipo Inicial Valor Comentario in PV INT 0 Palabra de entrada analógica medida in PV_Superior REAL 0 Límite superior del rango de unidades de ingeniería in PV_ Inferior REAL 0 Límite inferior del rango de unidades de ingeniería out Valor_Graduado_Bi REAL 0 Resultado del valor graduado temp PV_Real REAL 0 PV convertido a valor REAL temp Rango_Ing_Bi REAL 0 Unidades Ing. = PV Superior - PV Inferior temp PV_Mid REAL 0 (PV Superior - PV Inferior) / 2 + PV_Inferior Segmento 1: L #PV // Carga el valor de la palabra de entrada analóg. medida ITD // Convierte de entero a entero doble DTR // Convierto de entero doble a real T #PV_Real // Almacena el valor de la entrada analógica en formato de numero real Segmento 2: L #PV_Superior // Carga el límite superior PV L #PV_Inferior // Carga el límite inferior PV -R // Límite superior - límite inferior T #Rango_Ing_Bi // Almacena el rango de unidades de ingeniería Segmento 3: L #Rango_Ing_Bi // Carga el rango de unidades de ingeniería L e+00 // Valor 2 para calcular el PV_Mid /R // Divide L #PV_Inferior // Carga el rango de unidades de ingeniería +R // Suma T #PV_Mid // Almacena la variable PV medio rango Segmento 4: L #PV_Real // Carga el valor real PV L #Rango_Ing_Bi // Carga el rango de unidades de ingeniería bipolares * R // Multiplica L e+04 // Carga el rango de CPU bipolar (27648 x 2) L #PV_Mid // Carga la variable PV rango medio T #Valor_Graduado_Bi // Este es el resultado final de la entrada analógica bipolar -27648 -50 grados

15 Llamada a Módulos y Ajuste de Valores
Fecha: 11/08/99 Archivo Nª: s7n21040. ppt 15 SIMATIC S7 Siemens SA 1996. All rights reserved . Llamada a Módulos y Ajuste de Valores q 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 PEW352). OB1 M4.0 ( ) M0.0 FC10 PV PV_Superior PV_Inferior Valor_Graduado PEW352 100 in out temp Valor _Ajustado PV_Real Rango_ Ing INT REAL O MD10 Segmento 1: Convierte un valor analógico de entradas a real Segmento 2: Determina el rango en unidades de ingeniería Segmento 3: Ajuste del valor analógico Llamada a Módulos y Ajuste de Valores 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 PEW352). FC10 in out temp PV PV_Superior PV_Inferior Valor _Ajustado PV_Real Rango_Ing INT REAL O FC10 M4.0 ( ) M0.0 OB1 PEW352 PV Segmento 1: Convierte un valor analógico de entrada a real Segmento 2: Determina el rango en unidades de ingeniería Segmento 3: Ajuste del valor analógico 100 PV_Superior Usar un FC o un FB para ejecutar un ajuste o los cálculos del 20% offset proporcionan las siguientes ventajas: El cálculo se puede escribir una vez y podemos fijar diferentes parámetros cada vez que llamemos al módulo. Puesto que no es necesario actualizar o calcular los valores analógicos cada scan, puede temporizar el uso del bloque eficazmente usando la instrucción Call Si hay un problema con el valor analógico que impide la ejecución del cálculo o del módulo, la localización de la avería es más simple porque el programa está dividido en segmentos. También es posible dar nombre simbólico al FC o FB de ajuste o graduación. Haciendo esto, puede crear fácil, un acceso claramente estructurado al módulo de programa y a sus variables asociadas. Puesto que usará también los símbolos locales dentro del FC o FB, ahora sólo tiene que distribuir con las direcciones absolutas en la instrucción Call. PV_Inferior Valor_Graduado MD10

16 Ejercicio 9: Alarma de proceso
Simule una alarma de proceso Ejercicio: Simular con un programa el comportamiento del PLC ante una alarma de proceso. Supongamos un tanque con capacidad para 1300l. Tenemos un sensor para medir el nivel del agua (la entrada analógica del equipo didáctico). Siempre que el nivel de agua esté por encima del 90% o por debajo del 10%, estará activada la salida A4.0. Ver Capítulo 15: Ejercicios Resueltos