Xứ lý tín hiệu analog trong PLC

Tín hiệu analog là gì?

Còn gọi là tín hiệu tương tự, hay tín hiệu liên tục, được truyền đi dưới dạng tín hiệu dòng điện (mA) hay điện áp (mV). Dùng nhiều trong các thiết bị đo lường như cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, v.v.... hay sử dụng điều khiển các thiết bị như van tỉ lệ, biến tần, v.v...phổ biến nhất là 4-20mA

Phân biệt với tín hiệu số: tín hiệu số là tín hiện có dạng sóng vuông, tức là ON hay OFF. Còn tín hiệu tương tự chia khoảng ON-OFF ra thành rất nhiều giá trị và mỗi giá trị dùng để đại diện cho một sự thay đổi vật lý nào đó.

Trong PLC, tín hiệu số thường được hiểu là làm việc qua các chân DI/DO, còn tín hiệu tương tự là làm việc qua các "kênh". Làm việc với tín hiệu analog phức tạp hơn là tín hiệu số cả về phần cứng và phần mềm.

Kết nối module analog với biến tần và đồng hồ đo lưu lượng

Cấu hình phần cứng trên TIA portal:

Nhấp đôi chuột vào mục "Device configuration"

sau đó nhấn vào tab Hardware catalog bên tay phải, tìm mục AI hoặc AQ

sau đó chọn module Analog trong thư viện tương ứng với tín hiệu cần đo, kéo thả vào vị trí trên thanh ray module (làm tương tự với cả PLC và các loại module khác).

Bước 2: chọn các tính năng muốn sử dụng

Bấm phải chuột vào module và chọn properties để đi đến trang cấu hình cho module.

Tại cửa số này, tiến hành một số cài đặt:

- Chọn chế độ chẩn đoán lỗi (Dianogstics: mất nguồn, đứt dây, tín hiệu giả....). Phần này không cần thiết lắm.

- Chọn loại tín hiệu đo: điện áp, dòng điện, điện trở, cặp nhiệt, điện trở nhiệt.

- Chọn dải tín hiệu của thiết bị kết nối vào mô đun analog. Ví dụ thiết bị 4-20mA, +/-10V, v.v....

- Reference để mặc định là được.

- Smoothing để mặc định hoặc tùy chỉnh: phần này để làm phẳng sóng analog, hạn chế nhấp nhô hoặc rung lắc, một dạng của bộ lọc.

Sau đó đến phần địa chỉ đọc dữ liệu để xem địa chỉ IO address, để mặc định hoặc thay đổi:

Phần cấu hình đến đây xem như ổn.

Chuyển đổi giá trị người dùng sang 4-20mA

Kế tiếp sử dụng các hàm scales/unscales để đưa giá trị tính toán ra bên ngoài. Hàm unscale cho giá trị output analog và scales để đọc giá trị input

Như hàm unscale trong ví dụ dưới đây dùng để xuất tín hiệu 4-20 mA điều khiển biến tần.

Hàm này được lấy ra từ thư viện hàm như bên dưới:

- Kêt hợp hàm unscale và các xử lý bổ sung trong một chương trình con FB

Sau đó gọi FB này ra và truyền thông số

Nói một chút về FB: FB là một khối chương trình được cấp phát vùng nhớ riêng để chưa dữ liệu. Do đó, sau khi viết 01 chương trình FB, ta có thể gọi lại nhiều lần, mỗi lần gọi PLC sẽ cấp phát một bộ nhớ riêng để lưu giá trị các biến trong chương trình đó. Điều này rất có ý nghĩa, và thuận tiện. Khác với FC, chỉ có giá trị nhất thời. Như chúng ta có 03 mô tơ bên dưới, mỗi mô tơ cần 01 DB riêng để làm việc độc lập với các mô tơ khác:

Giá trị trong DB của thiết bị khi người dùng nhập 50% cho tốc độ động cơ, giá trị output được quy đổi thành 13824:

Trong network trên, có thể thấy, tỉ lệ 0%-100% nghĩa là người dùng muốn điều khiển động cơ hoạt động 0-100% tốc độ. Tỉ lệ này được quy đổi sang 4-20mA. Nhưng thực tế mô đun PLC xuất ra tín hiệu DC (Siemens có các bảng giá trị cụ thể tương ứng với các mức tín hiệu, chung ta phải tra bảng để lấy đúng giá trị scale ví dụ 4-20mA ~ 0-27648) trước khi đi qua bộ DAC để thành 4-20mA và truyền đến thiết bị điều khiển (biến tần).

Tương tự vậy, sử dụng hàm Scales để đọc giá trị từ cảm biến và quy đổi sang giá trị người dùng (như mực nước trong bồn là bao nhiêu lít, hay bao nhiêu phần trăm lượng nước tối đa, v.v....

Xuất tín hiệu trực tiếp ra ngõ ra:

Ví dụ có kết nối như hình ở đầu trang, ta có thể thực hiện thao tác đơn giản là move giá trị tại vùng nhớ IW0 vào một vùng nhớ trung gian nào đó, và hiển thị nó lên giản đồ mà không cần scale ra đơn vị kỹ thuật, hoặc move giá trị trực tiếp vào QW20 (là địa chỉ kênh analog mà ta thấy lúc cấu hình module), nhưng đây không phải là giá trị người dùng cần thể hiện trong process. Ta có thể thực hiện như sau:

Tham khảo thêm về điện áp âm:

Khi cấu hình mô dun tín hiệu analog chúng ta sẽ gặp điện áp âm (-) ví dụ +/- 50mV, +/- 80mV, +/- 250mV, +/- 500mV, +/- 1V, +/- 10 V. Hình bên dưới mô tả về cách điện áp âm/dương được tạo ra và cách đấu nối vào PLC.

Đối với kỹ sư PLC, phần này mang tính ứng dụng nên chỉ mang tính tham khảo, không cần thiết phải đi chi tiết hơn.