Прерывания, управляемые временем

К прерываниям, управляемым временем, относятся циклические прерывания и прерывания, вызываемые таймерами T32 и T96.

Рис. 9 Опрос аналоговых входов по таймеру T32

С помощью циклических прерываний можно задать действия, которые должны выполняться циклически. Время цикла устанавливается в пределах от 1 до 255 мс шагами по 1 мс. Время цикла записывается в SMB34 для циклического прерывания 0 и в SMB35 для циклического прерывания 1.

Событие, вызывающее циклические прерывания, передаёт управление соответствующей программе обработки прерываний каждый раз, как истекает время работы таймера. Циклическое прерывание разблокируется, и начинается отсчёт времени, когда программе обработки прерывания назначается событие, вызывающее циклическое прерывание. При этом система воспринимает значение времени цикла, и последующие изменения в SMB34 и SMB35 на это время цикла влияния не оказывают. Чтобы изменить время цикла, необходимо задать для него новое значение, а затем снова назначить программу обработки прерывания событию.

Циклические прерывания используются для управления опросом аналоговых входов или для вызова PID-регулятора через регулярные интервалы времени.

На рис. 10 приведён пример циклического прерывания для управления опросом аналоговых входов.

Пример

Рис. 10 Циклическое прерывание для опроса аналогового входа.

 

Аналоговые сигналы

Аналоговые входы S7-200 преобразует аналоговые величины, например, температуру или напряжение в цифровые значения, имеющие длину, равную слову. Доступ к этим переменным производится путем указания идентификатора области (AI), размера данных (W) и начального адреса байта.

Аналоговые выходы S7-200 преобразует цифровые значения, имеющие длину, равную слову, в аналоговые величины, например, ток или напряжение. Доступ к этим переменным производится путем указания идентификатора области (AQ), размера данных (W) и начального адреса байта.

Масштабирование (Scale) электрических (инженерных) единиц в «единицы PLC»

Сигнал переменной процесса достигает контроллеров в необработанной цифровой форме. Непрерывное аналоговое измерение PV квантуется в диапазон дискретных приращений цифрового целого числа - " число интервалов дискретизации измеряемого сигнала " A/D преобразователем (АDC).

В аналоговых модулях – это число битов, которые представляют оцифрованную аналоговую величину в двоичном коде. Разрешение зависит от модуля и в аналоговых входных модулях от времени интеграции.

Большее число интервалов дискретизации, делящего промежуток сигнала измерения, увеличивает разрешение измерения. Диапазоны, предлагаемые большинством изготовителей, следуют из бинарной формы 2n, где n-число битов разрешения, используемых A/D преобразователем.

Таблица 1 показывает аналогово-цифровое преобразование 8-битового преобразователя, когда входной сигнал меняется от 0 до 10 В.

Пример 1: 12 битный АDC дискретизирует аналоговый сигнал в цифровую форму 212 = 4096 дискретными приращениями, выражаемыми в диапазоне от 0 до 4095 интервалов дискретизации измеряемого сигнала.

13 битный АDC дискретизирует аналоговый сигнал в цифровую форму 213 = 8192 дискретными приращениями, выражаемыми в диапазоне от 0 до 8191 интервалов дискретизации измеряемого сигнала.

14 битный АDC дискретизирует аналоговый сигнал в цифровую форму 214 = 16384 дискретными приращениями, обычно выражаемыми в диапазоне от 0 до 16383 интервалов дискретизации измеряемого сигнала.

В общем случае «разрешение» n -битового АDC:

Пример 2:

4 - 20 мA аналоговый диапазон дискретизируется в цифровую форму 12 битным АDC (4096 интервалов дискредитации измеряемого сигнала). Каждый интервал - это 0,00391мА.

Сигнал 7 мА из аналогового диапазона 4 - 20 мА соответствет числу интервалов дискретизации в 12 битном АDC:

1250 число интервалов дискретизаации от 12 битного АDC соответствует сигналу входа 8.89 мА из аналогового диапазона 4 - 20 мА:

Интервал дискретизации - «единицы PLC».

Эта операция - масштабирование (Scale) электрических (инженерных) единиц в «единицы PLC» - обязательна.

Пример 3: Температурный диапазон от 1000 C до 5000 C переведен в цифровую форму (в 8192 интервала дискретизации 13 битным АDC). Сигнал пересчитывается для показа и хранения, устанавливая минимальное цифровое значение 0 =1000 C, и максимальное цифровое значение 8191 =500 0C

Каждый интервал дискретизации от 13 битного АDC дает:

Сигнал 1750C из аналогового диапазона 1000 C к 5000 C изменяется на цифровое представление в «единицах

PLC» в 13 битного АDC:

Число 1250 в 13 битовом АDC соответствует входному сигналу 1610 C из аналогового диапазона 1000 C - 5000 C:

 

Пример 4:

Термопара даёт на выход 0.5 мВ на каждый ˚С. Какова будет точность (разрешение), с которым PLC будет активировать выходной прибор, если термопара подсоединена к аналоговому входу с пределами измерения 0 – 10 В постоянного тока и используется 10-битовый АDC?

Решение.

Диапазон 0 – 10 В соответствует 210 1024 битам. Это вся шкала 0 – 10 В. Изменение в 1 бит соответствует  или 10 мВ. Т.е. точность, с которой PLC распознает вход от термопары, есть ±5 мВ или ±10˚С.

АDC преобразование сопровождается потерей в разрешении, которая зависит от числа битов.

 

Пример 5.

8-ми битовый байт представляет Integer в пределе 0 – 255. Если измеряемый сигнал с датчика (например, расхода) лежит в пределах 0 –1800 л/мин, один бит представляет примерно 7 л/мин (1800/255). Это означает, что расход 138 л/мин не может обрабатываться, 8-ми битовой системой, (от 134 л/мин она перепрыгнет к 141 л/мин).

Для измерений напряжения или тока S7-200 имеет масштабирование: 100% диапазона измерений (например, 10V или 20 mA) соответствуют числу 32000 в “единицах PLC ”.

Для измерений напряжения или тока S7-300/S7-400 имеет масштабирование: 100% диапазона измерений (например, 10V или 20 mA) соответствуют числу 27648 в “единицах PLC ”.

Для измерений температуры S7-200, 300 и 400 - масштабирование: 1:1, 1:10 или 1:100 (например, 36,5 0 Соответствует 365) в зависимости от типа датчика.

Преобразование переменной процесса в инженерных единицах в стандартный 0 % - 100%.

Преобразование переменной процесса в технических единицах в стандартный 0 % - 100% диапазон требует знания максимальных и минимальных значений PV в технических единицах. Общая формула преобразования:

где:

PVmax = максимальное значение PV в инженерных единицах

PVmin = минимальное значение PV в инженерных единицах

PV = значение тока PV в инженерных единицах

 

Пример 6: Диапазон температурного сигнала располагается от 100C до 500 C, нужно масштабировать это в диапазон 0 % - 100 % для использования, например, в PID контроллере. Мы устанавливаем:

Аналоговые выходы.

Аналоговые выходы часто требуются и поэтому в выходном канале должен быть DAC - дигитально-аналоговый преобразователь. Вход в DAC - это последовательность битов. Аналоговые выходы, как и аналоговые входы, имеют стандартные значения напряжения в пределах 1 -5 В, 0 -10 В или тока 4 – 20мА.

Пример 7:

Если 8-ми битовый DAC, то его выход производит величины напряжений аналоговых шагов.

Предположим, что выходной диапазон есть 10 В DC. Тогда 1 бит даёт на выход Дальнейшие результаты приведены в таблице 2.

Управление выходом – диапазон от 0 % до100 %

Обычно по умолчанию выход контроллера соответствует 0 % - 100%-ому цифровому сигналу. Цифро-аналоговые преобразователи (DAC) выполняют преобразование значений выхода контроллера в соответствующий электрический ток и напряжение, требуемое для клапана, насоса или других заключительных элементов контроля (FCE) в замкнутом контуре.

Аналоговые модули ввода-вывода.

Модули ввода-вывода аналоговых сигналов выполняют аналого-цифровое преобразование входных аналоговых сигналов контроллера, а также цифро-аналоговое преобразование внутренних цифровых величин контролера и формирование его выходных аналоговых сигналов. В системе ввода-вывода S7-200 могут применяться:

1. модули ввода аналоговых сигналов EM 231,

2. модули вывода аналоговых сигналов EM 232,

3. модули ввода-вывода аналоговых сигналов EM 235.