Podręcznik

Przeznaczeniem modułu wyjść analogowych AO jest dostarczenie sygnału analogowego do układu lub urządzenia systemu mechatronicznego, które wymaga do swojego działania sygnału sterującego analogowego. Przykładem takiego układu jest serwomechanizm, oparty o silnik prądu przemiennego i falownik lub elektrozawór proporcjonalny pneumatyczny, który ma np. kontrolować (regulować) natężenie przepływu cieczy lub gazu w rurociągu. Użycie takiego regulatora w konfiguracji ze modułem AO ilustruje rysunek 34.

 

Rysunek 34: Regulacja przepływy ciśnienia za pomocą elektrozaworu proporcjonalnego pneumatycznego EZP

 

Na rysunku 34 elektrozawór proporcjonalny EZP przy braku sterowania, pochodzącego z modułu AO pełni funkcję zaworu normalnie zamkniętego NC (ang. Normally Closed). Oznacza to, że przepływ czynnika roboczego (w tym przypadku sprężonego powietrza p) pomiędzy zaciskami przyłączeniowymi zaworu 1 – 2 nie występuje. W przypadku konieczności sterowania układem (niewidocznym na rysunku 34) za pośrednictwem regulowanego sygnału pneumatycznego Y, na cewkę zaworu EZP podawany jest sygnał analogowy elektryczny, który pochodzi z wyjścia AO₀ modułu wyjść sterownika PLC jako sygnał wyjściowy algorytmu regulacji, zaimplementowanego w programie użytkowym sterownika. Odpowiednia wartość tego sygnału analogowego wpłynie w tym momencie na przesuwanie się mechaniczne odpowiednich elementów zaworu EZP, dzięki czemu osiągnięty zostanie sygnał wyjściowy Y (który jest pochodną regulacji ciśnienia wejściowego p_const) na wylocie zaworu EZP. Przetwornik p/U podaje aktualną wartość sygnału Y celem obliczenia uchybu ciśnienia p niezbędnego dla algorytmu regulacji.

Najczęściej wykorzystywanymi sygnałami analogowymi w sterowaniu układami i urządzeniami systemów mechatronicznych, generowanymi przez moduły AO są sygnały napięciowe DC 0÷10V, 1÷5V i -10÷10V oraz sygnały prądowe DC 4÷20mA, 0÷20mA oraz -20÷20mA.

Pojawienie się sygnału analogowego na danym wyjściu analogowym modułu AO możliwe jest dzięki operacjom zamiany sygnału cyfrowego (którego zapis jest przechowywany w odpowiednim rejestrze związanym z danym modułem AO) na analogowy przez przetwornik cyfrowo-analogowy DAC (ang. Digital to Analog Converter), który jest integralną częścią modułu wyjść analogowych sterownika PLC. Poglądowo ilustruje to rysunek 35.

 

Rysunek 35: Użycie przetwornika cyfrowo-analogowego DAC w module wyjść analogowych AO sterownika PLC

 

Zasygnalizowany na rysunku 35 wpis danych z CPU jest jednym z trybów w realizacji przez mikroprocesor modułu CPU pojedynczego cyklu programowego. Jest to tzw. tryb sterowania wyjściami sterownika poprzez wpis danej cyfrowej do rejestru związanego z danym modułem wyjść. (W tym przypadku jest to rejestr związany z modułem AO o oznaczeniu AOW). Ponieważ wierne odzwierciedlenie sygnału analogowego na podstawie danej cyfrowej zależy m.in. od liczby jej bitów, technika obecnie produkowanych przetworników DAC, które mają zastosowanie w modułach AO pozwoliła, aby liczba bitów danej cyfrowej wpisywanej do rejestru AOW była większa niż osiem (większa niż 1Bajt), i obecnie wynosi ona zazwyczaj 12, 14 lub 16 bitów. Zatem rejestr AOW, w którym CPU zapisuje daną cyfrową (jak na rysunku 25) posiada organizację słowa „Word” czyli 16 bitów. (Stąd na rysunku 35 symbol rejestru modułu wyjść analogowych to AOW, gdzie „W” pochodzi od słowa „Word”). 

Dostępność dużej liczby modułów typu AO w konfiguracji sterowników PLC, zwłaszcza modułowych pozwala na dopasowanie określonego modułu, który legitymuje się danymi parametrami sygnałowymi dla swoich kanałów, do konkretnej aplikacji sterowania układami czy urządzeniami w systemie mechatronicznym. Przy czym należy pamiętać, że z reguły każdy taki kanał o wyjściu analogowym, bez względu na ich liczbę w module AO, czy to będzie liczba 4, 8 czy więcej kanałów, cechuje się identycznymi parametrami sygnałowymi. Przykładowo moduł wyjść analogowych, oznaczony jako M-4402 dla rodziny sterowników MOXA posiada cztery kanały analogowe, które mogą sterować czterema układami lub urządzeniami za pośrednictwem sygnału prądowego z przedziału 4 do 20mA DC. Pokazuje to Tabela 10. 

 

Tabela 10: Parametry modułu M-4402 sterowników rodziny MOXA

Parametr	Wartość
Liczba wyjść	4
Rozdzielczość	12-bit, 3,91 mA/bit
Zakres prądu wyjściowego	4 – 20mA
Format danych	16-bitowa liczba całkowita
Dokładność	+/- 0,1% FSR dla 25oC +/- 0,3 FSR dla 0 i 60oC
Impedancja wyjściowa	Max. 500Ω
Czas konwersji	2ms dla wszystkich kanałów
Pobór mocy	Max. 65mA przy 5VDC

 

 

Należy zaznaczyć, że na rynku modułów AO istnieją i takie, które posiadają taką konfigurację zacisków przyłączeniowych dla wyprowadzenia sygnału analogowego, że umożliwia to wybór między doprowadzeniem sygnału analogowego napięcia lub prądu, oczywiście o zakresach wartości przewidzianych przez producenta tego modułu.

Doprowadzenie sygnału analogowego napięciowego z modułu AO do układu lub urządzenia systemu mechatronicznego wymaga nie tylko spełnienia warunku prawidłowości połączeń elektrycznych między zaciskami modułu oraz urządzenia z wykorzystaniem pary dwóch przewodów. Okablowanie prawidłowe wymaga zazwyczaj zastosowania kompensacji impedancji takiej linii. Kompensacja impedancji linii napięciowej realizowana jest za pośrednictwem połączenia czteroprzewodowego. Wyjaśnia to rysunek 36.

 

Rysunek 36: Kompensacja impedancji linii napięciowej