Entradas_Saidas_Analogicas

Entradas e Saídas
Analógicas
O PS4-201-MM1 possui 02 entradas e 01 saída analógica. A tensão
aplicada às entradas pode variar de 0 a 10 volts, e a tensão obtida na saída pode
variar de 0 a 10 volts. A resolução das entradas é de 10 bits, e 12 bits para a
saída.
Existem dois potenciômetros internos, figura x.x, que podem ser
acessados através dos endereços %IAW0.0.0.0 e %IAW0.0.0.2. As entradas
analógicas no conector podem ser acessadas através dos endereços
%IAW0.0.0.4 e %IAW0.0.0.6.
PRG
SUCOnet K
P1
ρ=
10
1024
≅
0,01
P2
Potenciômetros
Internos
Entradas
Analógicas
Saída
Analógica
Figura x.x - Posição dos Potenciômetros Internos e as Entradas e Saídas
Analógicas
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Entradas Analógicas
Uma entrada analógica que possui resolução de 10 bits apresenta (210) =
1024 incrementos.
U (V)
10
5
0
t (s)
Gráfico x.x - Tensão aplicada à entrada analógica do PLC em Função do
Tempo
Se a tensão apresentada no gráfico x.x for aplicada a uma das entradas
analógicas, um conversor A/D (analógico/digital), interno ao PLC, converte o
sinal analógico num código digital de 10 bits. A tensão de 10 (V) será
convertido no código apresentado na figura x.x.
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Figura x.x - Código digital de 10 bits para tensão máxima de
entrada igual a 10 (V)
Resolução
Podemos entender a resolução do conversor analógico/digital como
sendo a menor variação de tensão, aplicada à entrada, que pode ser detectada.
Um conversor com resolução de 10 bits apresenta (210) = 1024 incrementos. Se
a tensão na entrada do conversor pode variar de 0 a 10 volts, então a menor
variação de tensão que pode ser detectada é de aproximadamente 0,01 volts,
conforme equação x.x:
ρ=
2
10
≅
1024
Controlador Programável: Aplicações Industriais
0,01
Conversão de um Sinal Analógico em Digital
vale:
Se 10 (V) corresponde ao código (1023), que convertido em binário
(1 1
1
1
1
1
1
1
1 1)2
Tensão (V)
Incremento em Decimal
Binário
10
1023
1111111111
5
?
?
0
0
0000000000
Figura x.x - Escalas para conversão da Tensão em Incrementos e em
Binário
Para uma tensão, por exemplo, de 5 (V) o conversor apresenta o código
em binário da figura x.x.
10 (V)
5 (V)
1023
x
x = 5 . 1023 / 10 ≅ 512
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O número decimal 512 convertido em binário vale:
512
2
256
0
2
128
0
0
2
64
0
2
32
2
16
0
0
2
8
0
2
4
0
2
2
2
1
0
Bit Mais Significativo
Bit Mais Significativo
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Figura x.x - Código digital de 10 bits para tensão de entrada
igual a 5 (V)
Quando um sinal analógico é aplicado a uma entrada analógica o
conversor A/D (analógico/digital) realiza a conversão e a CPU processa o dado
na forma binária.
5 (V)
A
D
1
0
0
0
0
0
0
Figura x.x - Conversor A/D (analógico/digital)
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Controlador Programável: Aplicações Industriais
0
0
0
Saída Analógica
Uma saída analógica que possui resolução de 12 bits apresenta (212) =
4096 incrementos. Após o processamento dos dados pela CPU um conversor
D/A (digital/analógico), interno ao PLC, converte o código binário no nível de
tensão correspondente.
Se a tensão fornecida pela saída for uma rampa de subida de 0 até 10
(V), a rampa será formada por 4096 pequenos degraus de tensão conforme
figura x.x. Na prática esses degraus são tão pequenos que podemos considerar
a forma de onda da tensão da figura x.y. Quanto maior a resolução do
conversor menos perceptível serão os degraus.
U (V)
10
5
0
t (s)
Gráfico x.y - Forma de Onda da Tensão na Saída Analógica do PLC em
Função do Tempo
U (V)
10
5
0
t (s)
Gráfico x.y - Forma de Onda Aproximada da Tensão na Saída Analógica
do PLC em Função do Tempo
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Exemplos de Aplicação
Exercício 1
Uma caixa d'água possui um sensor de nível conforme figura x.x. A
válvula "Valv1" é controlada por tensão, variando de 0 à 10 volts. Quando o
nível da água estiver no mínimo deve-se abrir completamente a válvula, a
medida que a caixa for enchendo a válvula deve ir se fechando gradativamente,
até fechar completamente.
Potenciômetro
Multivoltas
Valv1
Alimentação de água
Bóia
O gráfico da válvula representado na figura x.y é linear, quando a
tensão aplicada é de zero volts, a válvula está completamente fechada, quando
a tensão aplicada é de dez volts a válvula está completamente aberta.
Incremento
U (V)
4095
10
0
0
Figura x.y -
6
Vazão Máxima
Vazão (m3/s)
Vazão da válvula "Valv1" em
função da tensão aplicada
Controlador Programável: Aplicações Industriais
O gráfico do sensor representado na figura x.y é linear, quando a caixa
está vazia, a tensão nos terminais do sensor é de dez volts, quando a caixa está
cheia a tensão é de zero volts.
Incremento
U (V)
1023
10
0
0
Volume de água (m3)
Caixa Cheia
Gráfico x.y - Tensão nos Terminais do Sensor em Função do
Volume de Água
Resolução
Traçamos a curva da saída "S" em função da entrada "E" e extraímos a
equação resultante. Para traçarmos uma reta é necessário dois pontos. Quando
a caixa estiver vazia a tensão nos terminais do sensor vale dez volts, que
equivale ao incremento 1023. Quando a caixa estiver cheia a tensão vale zero
volts que equivale ao incremento 0. Os dois pontos são: (1023,0), (0, 4095).
1023
0
E
S
4095
0
1
4095 1
S
1
=0
Figura x.x - Determinante da curva da figura x.x
0
Figura x.y -
1023
E
Curva da Saída em Função da
Entrada do Controle da Caixa d'água
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Resolvendo o determinante da figura x.x temos:
(1023 . 4095 . 1) - (4095 . E . 1) - (1023 . S) = 0
Logo, a equação que representa a entrada "E" em função da saída "S",
da figura x.x, é dada por:
4095
S = 4095 1023
.
E
Equação x.x
Programando no S40
Com base na equação x.x, vamos iniciar a rede bloco de funções no
botão "Initial Network FBD".
Initial
Network FBD
O próximo passo, com o foco em "undef_opd" (undefined operand operando indefinido), clicar em Symbols ⇒ Insert Operators ⇒ Arithmetic ⇒
Div ⇒ Accept.
Foco em
undef_opd
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Controlador Programável: Aplicações Industriais
O foco está num determinado elemento quando apresenta um
sombreamento cinza. Pode-se deslocar o foco para qualquer elemento clicando
sobre ele uma vez com o botão esquerdo do mouse.
Após inserir o bloco aritmético de divisão, deve-se nomear o operandos
"Dividend" (dividendo) e "Divisor" (divisor), no exemplo "Const" e "Const1",
que na declaração das variáveis receberão os valores iniciais de 4095 e 1023
respectivamente.
Nomear o
Operando
Dividendo
Operador
de Divisão
Nomear o
Operando
Divisor
4095
S = 4095 1023
.
Foco na Saída
do Bloco de
Divisão
E
Figura x.x - Bloco Aritmético de Divisão e o termo 4095/1023 da
equação x.x
Com o foco na saída do bloco de divisão pode-se inserir o bloco
aritmético de Multiplicação ou nomear a variável resultado da divisão, como
por exemplo, Quociente e adicionar outra rede de blocos. No bloco de
multiplicação entrar com os operandos "Quociente" e "P1" nome dado à
variável do potenciômetro interno do PLC. Na seqüência adicionar outra rede
com o bloco de subtração, completando o diagrama ladder que realiza a
equação x.x, conforme figura x.x.
Após declarar as variáveis, deve-se salvar e verificar a sintaxe, na
seqüência gerar o código de máquina e transferir para o PLC para realizar a
simulação a procura de erros de programação (debug).
O diagrama ladder da figura x.x apresenta os valores obtidos na saída
de cada bloco aritmético. A figura x.x apresenta a medição realizada com um
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multímetro na saída analógica do PLC, para uma determinada posição do
potenciômetro P1.
Simulação Diagrama Ladder,
4095
1023
4095
1023
.
E
4095 .
S = 4095 1023
Onde:
Saída
"S"
⇒
Entrada
"E"
⇒
4095
Valv1 = 4095 1023
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Controlador Programável: Aplicações Industriais
E
Valv1
P1
.
P1
Declaração das Variáveis
Medindo a Tensão na Saída analógica IQW0.0.0.0
O multímetro digital da figura x.x, mediu o valor 5.03 volts quando
"Valv1" apresentou o incremento 2059. Teoricamente 2059 corresponde a
tensão de:
10 (V)
4095
x
2059
x = 10 . 2059 / 4095 ≅ 5.03
Tensão Medida na Saída Analógica U10 Quando "Valv1" é
igual ao incremento 2059.
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Programando em Instruction List (Lista de Instruções)
As instruções usadas na
Lista de Instruções da
figura x.x estão descritas
na tabela da figura x.x.
Mnemônico
Load
Entrada
Analógica
%IAW0.0.0.0
Saída
Analógica
%QAW0.0.0.0
Figura x.x - Lista de Instruções: Entrada e saída analógica Exemplo da Caixa d'Água
Operador
Operator
LD
Operando
Operand
Qualquer (Any)
Significado
Meaning
Copia o valor do Operando para o
(Load)
registro de trabalho
O valor da variável Dividendo é
DIV
Tipo de dado
(Division)
Numérico (Numeric dividido pelo valor da variável Divisor
e o resultado é atribuído à variável
data Types)
Quociente
ST
Qualquer (Any)
Armazena o resultado da corrente
(Storage)
operação no operando determinado.
O valor da variável Multiplicador é
MUL
Tipo de dado
(Multiplication) Numérico (Numeric multiplicado pelo valor da variável
Multiplicando e o resultado é atribuído
data Types)
à variável Produto.
O valor da variável Subtraendo é
SUB
Tipo de dado
(Subtraction)
Numérico (Numeric subtraído do valor da variável
Minuendo o resultado é atribuído à
data Types)
variável Diferença.
Figura x.x - Instruction Set (Conjunto de Instruções)
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Controlador Programável: Aplicações Industriais
Exercício 2
Todas as características do exercício 1 excetuando o funcionamento do
sensor de nível. Quando a caixa d'água estiver vazia a tensão nos terminais do
sensor de nível é igual a zero volts, e quando a caixa estiver cheia a tensão é de
10 volts. Vamos considerar um potenciômetro de uma única volta que possui
uma engrenagem de redução e com resolução de _____.
Resolução
Traçamos a curva da saída "S" em função da entrada "E" e extraímos a equação
resultante. Para traçarmos uma reta é necessário dois pontos. Quando a caixa
estiver vazia a tensão nos terminais do sensor vale dez volts, que equivale ao
incremento 1023. Quando a caixa estiver cheia a tensão vale zero volts que
equivale ao incremento 0. Os dois pontos são: (1023,0), (0, 4095
1023
0
E
S
4095
0
1
4095 1
S
1
=0
Figura x.x - Determinante da curva da figura x.x
0
Figura x.y -
E
1023
Curva da Saída em Função da
Entrada do Controle da Caixa d'água
Resolvendo o determinante da figura x.x temos:
(1023 . 4095 . 1) - (4095 . E . 1) - (1023 . S) = 0
Logo, a equação que representa a entrada "E" em função da saída "S",
da figura x.x, é dada por:
S=
4095
1023
.
E
Equação x.x
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Exercício 2
Uma caixa d'água possui 02 sensores de nível conforme figura x.x.
Quando o nível estiver abaixo do sensor de nível mínimo ligar a bomba,
quando o nível atingir o sensor nível máximo desligar a bomba. Com o
consumo o nível vai baixando progressivamente, religar a bomba somente
quando o nível atingir novamente o nível mínimo.
Nível da
Água
Sensor de
Nível Máximo
"SensorMax"
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Controlador Programável: Aplicações Industriais
Sensor de
Nível Mínimo
"SensorMim"
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