ANALOG DEĞERLERİN İŞLENMESİ

(1)

IX. ANALOG DEĞERLERİN İŞLENMESİ A. SİNYAL ÇEŞİTLERİ

Kumanda tekniğinde sinyaller; ikili ,dijital ve analog olmak üzere üç çeşittir. Şu ana kadar işlenen konularda ikili ve dijital sinyaller kullanıldı. Programlanabilir denetleyiciler belirli giriş ve çıkış modüllerinin mevcut olması durumunda analog sinyalleri de okur, işler ve dışarıya verebilirler.

1. İkili sinyal

2. Dijital sinyal

3. Analog sinyal

B. PLC’DE ANALOG SİNYALLERİN İŞLENME PRENSİBİ

İkili sinyalde sinyal durumu ‘0’ veya ‘1’ olabilir.

‘0’ : Kapı kapalı 0 Volt ‘1’ : Kapı açık 24 Volt Su sıcaktır veya soğuktur.

Analog sinyalde ise aradaki durumlar sonsuz sayıda sorgulanmaktadır. Yani kapının ne kadar açık olduğu.

İbre göstergeli termometre ile su sıcaklığının tespiti Örneğin :

Isı : -50 +150 C⁰ Debi : 0 200 l/dk Devir : 0 1500 dev/dk

Dijital sinyalde, sinyal durumu; "0" ile "1" arasındaki veya kapının açık ile kapalı olması arasındaki durumlar da belli zaman aralıklarında sorgulanır.

Rakamsal gösterimli termometre ile su sıcaklığının tespiti.

Standart Analog

Sinyal Fiziksel

Büyüklük Dönüştürücü (Transdüser)

Fiziksel Büyüklük

Analog Çalışma Elemanı

PROSES ANALOG GİRİŞ MODÜLÜ

ANALOG ÇIKIŞ MODÜLÜ

CPU

Basınç Isı Akış

Hız v.b

± 500mV

± 10V

± 20mA 4..20mA v.b

PIW ...

PQW ...

PIW ...

PQW ...

ADC

DAC

L PIW 128

L PQW 128

"

(2)

Yavuz EMİNOĞLU Kocaeli Anadolu Teknik Lisesi Otomatik Kumanda Bölümü IX-2

C. ANALOG SİNYAL GİRİŞ VE ÇIKIŞI

PLC sadece elektriksel yani gerilim veya akım ( direnç, ısı ) olarak sinyalleri okuyabilir ve dışarıya verebilirler. Elektriksel olmayan sinyaller mevcut ise bunların PLC dışında elektrik sinyallerine

dönüştürülmesi gerekir. Yani yukarıda verilen örnekteki ısı, debi, devir sayısı gibi değerler elektrik sinyallerine dönüştürüldükten sonra işlenmesi gereklidir.

Örneğin; bir motorun devir sayısı 0 ile 1500 dev/dk arasında değişiyor ise; motor dönmediğinde 0 Volt, 1500 dev/dk ile döndüğünde ise 10 Volt gerilim elde edilmelidir. Ara değerlerde de o oranda gerilim

alınmalıdır.

Bir analog sinyalin değerlendirilebilmesi için sinyalin hangi değiştirilebilir parametrede olduğunun bilinmesi gerekir. Bir elektrik sinyali için iki sinyal parametresi mevcuttur.

Gerilim değeri; ‘U’

Akım değeri; ‘I’

(Direnç “Ohm” – Isı “C⁰” ) 1. Sinyallerin çevrilmesi

Analog sinyaller PLC tarafından direkt olarak okunamaz, çünkü PLC sadece “0” ve “1” leri tanır. Bunun için sinyal dönüştürücüleri vardır. Giriş gerilimine orantılı olarak bir dijital değer atayan analog - dijital çevirici, dijital çıkış değerlerini analog gerilim sinyallerine dönüştüren dijital - analog dönüştürücüler kullanılır.

2. S7-300 CPU’ larda analog işleme

S7-300 Sistemlerinde analog değer işlenmesi ( Dijitalize edilmiş analog değer okumak, dijital değerleri analog değer olarak dışarı vermek ) direkt olarak ‘Periperal = Çevre birimleri’ üzerinden yapılır.

Yani S5 sistemlerinde olduğu gibi fonksiyon modülleri (FB 250= Analog giriş, FB 251=Analog çıkış)

üzerinden değil, analog olarak okunan değer direkt “PII” ye yazılır, ataması yapılacak değer direkt “PIQ” dan gerçekleştirilir.

L PIW 132 Çevresel (Periperal) giriş word’ u 132 den okunan analog değerin dijital olarak Akü 1’ e yüklenmesi.

T PQW 128 Akü 1 deki dijital değerin çevresel çıkış word’ u 128 den analog olarak dışarı verilmesi

Bir elektrik sinyali dijital sinyallere dönüştürülürken dönüştürüldüğü bit sayısı çözünürlüğü verir.

Örneğin; 0 10 volt değeri, 2 bit ile dönüştürülüyor ise

Bit durumu İfade ettiği Voltaj değeri

0 0 0...2.5 V

0 1 2.5...5 V

1 0 5...7.5 V

1 1 7.5...10 V

"0 10" volt dört birimde değerlendirilir, her bitlik değişim 2.5 volt’ a karşılık gelir.

(3)

S7 300 sistemlerinde dönüştürme işlemi CPU cinsine göre 8 ile 15 bit arasında yapılır.

Analog değer Birimler( Artan ve eksilen) Bit olarak

işlem High - Byte Low - Byte Desimal Heksadesimal

Adım uzunluğu 8 SB XXX XXXX X - - - - - - - - 32768...+32767 8000...7FFF 128 9 SB XXX XXXX XX - - - - - - - 32768...+32767 8000...7FFF 64 10 SB XXX XXXX XXX - - - - - - 32768...+32767 8000...7FFF 32 11 SB XXX XXXX XXXX - - - - - 32768...+32767 8000...7FFF 16 12 SB XXX XXXX XXXX X - - - - 32768...+32767 8000...7FFF 8 13 SB XXX XXXX XXXX XX - - - 32768...+32767 8000...7FFF 4 14 SB XXX XXXX XXXX XXX - - 32768...+32767 8000...7FFF 2 15 SB XXX XXXX XXXX XXXX - 32768...+32767 8000...7FFF 1

Adres n Adres n+1

SB = Ön işaret bit’i ( Sign bit) : 0= Pozitif, 1= Negatif

Yukarıdaki çizelgede görüldüğü gibi CPU 314 IFM’ lerde çözünürlük 12 bit ( 11 + SB ) üzerinden gerçekleştirilir ve görüntüleme işi Q 124.0 Q 124.7 (high-byte) ve Q 125.4 Q 125.7 (low-nibble) dual çıkışlarında yapılır.

Üst taşma (32767) 7FFF

Üst aşırı kumanda(32511) 7EFF 27648 6C00

- U alan Çalışma

+U alan alanı

-27648 9400 Alt aşırı kumanda(-32511) 8100

Alt taşma(-32767) 8000

Bu eğri ölçme alanına bağlı olmaksızın, tüm program grupları için geçerlidir.

Sayısal değer Gerilim Akım Direnç Isı

+32768 +11,7589 V +22,810 352,767 1000,0

+27648 + 10 V 20 mA 300 Ohm 850,0

0 0 V 4 mA 0 Ohm

- 27648 - 10 V - 200,0

- 32768 - 11,7589 V 1,852 --- - 243,0

15 bit + SB ile işlem gören bir CPU'da en düşük değerlikli bit değişimi 10 : 27648 = 0,000361689 V

(4)

3. Analog program modülü kanal adresleri

CPU 314 IFM Diğer S7- 300 CPU ‘lardaki analog kanal adresleri

Rack 3 640 – 654 --- --- 752 – 766

Rack 2 512 – 526 --- --- 624 – 638

Rack 1 384 – 398 400 – 414 --- 496 – 510

1. Giriş kanalı : PIW 128 2. Giriş kanalı : PIW 130 3. Giriş kanalı : PIW 132 4. Giriş kanalı : PIW 134

1. Çıkış kanalı : PQW 128 Rack 0 256 – 270 272 – 286 --- 368 – 382

Giriş kanallarından okunan elektriksel büyüklüklerin gerilim ( V ) veya akım ( I ) cinsinden

alınabilmesini sağlamak amacıyla, analog kart üzerindeki bağlantıların değiştirilmesi gerekir. Örneğin; CPU 314 IFM’lerde analog giriş kanalı 128’den gerilim olarak bir değer alınacaksa, 10 numaralı ortak uç ile 8 numaralı “V” ucu kullanılmalıdır.

Bu bağlantı şeması sinyal modüllerinin kapak içlerinde mevcuttur.

CPU 314 IFM PLC’ lerde özel dijital giriş ve analog giriş çıkış kanalları

Analog giriş kanalları

Analog çıkış kanalı

Özel giriş kanalları

PIW 134 PIW 132 PIW 130 PIW 128 PQW 128 ^{I 126.3} ^{I 126.2} ^{I 126.1} ^{I 126.0}

20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2

A V A V A V A V

A V

Donanım ayarları yapılan analog karta ait yazılım ayarlarının da yapılması gerekir. Bunun için Hardware Configuratıon tablosunda montaj rayına eklenen her analog kart satırının üzerinde sağ tuş ile özelliklere girilir. Orada giriş ve çıkışlara ait kullanacağımız kartın özelliklerine göre kataloglardan

bulduğumuz aşağıdaki ayarlar yapılır.

Ölçme tipi; Voltaj "V ", akım " I ", direnç " R ", termoelement v.b

Ölçme aralığı; "V" için; +/- 80mV, +/- 250mV, +/-500mV, +/- 1V, +/- 2.5V, +/- 5V, +/- 10V "I" için; +/- 3.2mA, +/- 10mA, +/- 20mA, 0..20mA, 4..20mA,

"R" için; 150 ohm, 300 ohm, 600 ohm "Termoelement" için; Tip N, E, J, L, K

S7 300 sistemlerinde analog değerlerin skala edilmesi amacıyla standart fonksiyonlar da kullanılabilir.

Bu amaçla standart fonksiyonlardan FC 105 giriş değerlerinin, FC 106 ise çıkış değerlerinin skala edilmesinde kullanılır.

Değerlerin skala edilmesi demek, örneğin; “0” ile “10 V” arasındaki bir değer biliyoruz ki “0” ile “27648”

sayısal değerleri arasında PLC’de işlenmektedir. Eğer PLC’ye giren “0” ile “10 V”değeri “0” ile “500” arasında bir devir sayısını ifade ediyorsa, “0” ile “27648” arasındaki sayısal değerin “0” ile “500” sayısal değerine dönüştürmek demektir.

FC 105 ve FC 106 standart modüllerdendir. Daha sonra ayrıntılı açıklanacağı üzere CPU

kütüphanesinden programımıza kopyalanıp, kullanılması gereken yerde çağrıldığında istenen parametrelerin girilmesi şeklinde kullanılmalıdır.

(5)

Örnek : Analog program modülünün 1. Kanalından bir analog değer okunacak (örneğin 2 volt ) ve dijitalleştirilmiş şekilde dual çıkış kanallarına gönderilecektir. Ayrıca dual girişlerden verilecek bir değer

( Örneğin 0010_ 0000_ 0110 ) analog çıkış kanalına gönderilecektir. Çıkış kanallarındaki değerleri hesaplayınız.

L PIW 128 Çevresel giriş word’u 128’ den ayarlanan 2 voltluk gerilimin dijitalleştirilerek Akü 1’ e yüklenmesi

T QW 124 Akü 1 deki değerin dual çıkış kanalına transfer edilmesi (Tam 2 volt’ a ayarlanmışsa görülmesi gereken değer 0001_0101_1001 dir)

L IW 124 Dual giriş kanalındaki (0010_0000_0110) dijital değerin Akü 1’e yüklenmesi

T PQW 128 Akü 1’ deki dijital değerin Analog’ a dönüştürülerek çevresel çıkış kanalına transfer edilmesi( ≅ 3 volt)

Örnek: Bir tankın doluluk oranı izlenecektir. Eğer tank %80 ve üzerinde dolu ise Q 124.0, %20 ve altında dolu ise Q 124.7 lambaları, doluluk oranı bu iki değer arasında ise Q 124.4 lambası yanacaktır.

Tankın doluluk oranı ‘0’ ile ‘10’ volt gerilim veren bir sensörden alınmaktadır.

L PIW 130

L 22118 // Tank % 80 dolu ise (27648 * 0.80 = 22118) >=I

= Q 124.0 L PIW 130

L 5530 // Tank %20 dolu ise (27648 * 0.20 = 5530)

<=I

= Q 124.7 AN Q 124.0 AN Q 124.7 = Q 124.4

Uygulama : Analog program modülünün 2. Kanalından pozitif bir analog değer okunacak ve virgülden sonra bir basamaklı BCD sayı olarak dual çıkış kanalına gönderilecektir.

Örnek: 6.5 volt çıkış kanalına (QB 125’ e) 0110_0101 bit dizisini getirmelidir.

Aynı şekilde giriş bayt’ı 124 den girilmiş olan BCD değerinin analog değer olarak çıkışa verilmesi gerekmektedir.

Örnek: IB 124 den girilen (0111_0100) bit dizisi analog çıkış kanalında 7.4 volt gösterir.

Uygulama: Analog modülün 2. Kanalından bir değer okunacaktır. Bu değer virgülden sonra bir basamaklı BCD sayı olarak QW 124 kanalına gönderilecektir.

Okunan gerilim değeri negatif ise pozitif değere dönüştürülerek çıkışa gönderilecek ve Q 124.7 çıkışında 1 Hz lik takt’la yanıp sönen ışıkla uyarı verilecektir.

(6)

Örnek: Bir odanın sıcaklığı klima sistemi ile kontrol edilmektedir.Oda sıcaklığı istenen değerin üzerine çıktığında soğutucu, istenen değerin altına indiğinde ısıtıcı çalışacak belirlenen değerlere geldiğinde

duracaktır.

Odanın sıcaklığı, 0 ile 10 volt arasında çıkış veren bir sensör ile algılanmaktadır.

Oda sıcaklığına bağlı olarak üst ve alt çalışma sınırları aşağıdaki diyagrama göre olacaktır.

Üst sınır %80 S

Histerizis %10 R

Oda sıcaklığı

R Histerizis %10

Alt sınır %20 S

SEMBOL TABLOSU

SEMBOL ADRES TİP AÇIKLAMA

ger_deg PIW 128 WORD Oda sıcaklığı

ısıtıcı Q 124.0 BOOL Isıtıcı

sogutucu Q 124.7 BOOL Soğutucu

DB1

ADRES SEMBOL TİP BAŞ.DEĞERİ

0.0 ust_sin INT 22118

2.0 alt_sin INT 5530

4.0 his INT 2764

NW1: Soğutucunun set edilmesi L "ger_deg"

L DB1.DBW 0 >=I

S "sogutucu"

NW2: Soğutucunun reset edilmesi L DB1.DBW 0

L DB1.DBW 4 -I

L "ger_deg"

>I

R "sogutucu"

NW3: Isıtıcının set edilmesi L "ger_deg"

L DB1.DBW 2 <=I

S "isitici"

NW3: Isıtıcının reset edilmesi L DB1.DBW 2 L DB1.DBW 4 +I

L "ger_deg"

<I R "isitici"

BE

(7)

edilen bir vana yardımı ile boşaltılmakta ve PLC ile kumanda edilen bir vana yardımı ile doldurulmaktadır.

Depodaki sıvı seviyesi istenen değerden az ise doldurma vanası açılacak ve sıvı dolmaya başlayacaktır. Sıvı seviyesi istenen değere ulaştığında doldurma vanası kapanacaktır.

Sistem açma kapama anahtarının açık olduğu anda çalışacak diğer türlü çalışmayacaktır.

İstenen değer kullanıcı tarafından el ile verilmektedir.

Vananın açılma kapanma aralığı (histerize) dolu depo miktarının

± % 5'i kadardır.

İstenen değer : PIW 128 Okunan değer : PIW 130 Açma / kapama : I 124.0 Doldurma vanası : Q 124.0

POMPA Doldurma vanası Seviye sensörü

El kumandalı Boşaltma vanası

% 0

%100

0 1 9 8

7

6 5 4

3 2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 109

Ayarlayıcı

seviyesiSıvı

( Sollwert ) İstenen değer ( İstwert )

Okunan değer

0 1

Açma kapama

Vana açık Vana kapalı

Histerize