- Studbir

Министерство образования и науки Украины
Одесский Национальный Политехнический Университет
Кафедра информационных систем
Лабораторная работа № 7
по дисциплине: “Специализированные системы обработки информации ”
Тема: Использование аналоговых модулей.
Выполнили:
Проверил:
Одесса 2011
Цель работы. Познакомиться с обработкой аналоговых значений и
использованием аналоговых модулей
Задания
1. Ознакомьтесь с презентацией, представленной в файле
PRO1_13R_Аналог.
2. Ответьте на контрольные вопросы.
Задание. Конвейер начинает двигаться вправо при нажатии на кнопку
квитирования места один в том случае, если – вес детали больше 50 кг
В случае, если вес детали превышает 100 кг, включить индикатор итог. контр.
В случае, если вес детали меньше 50 и больше 200 кг – остановить конвейер.
Для выполнения рекомндуется использовать элементы типа: «Компаратор»,
«RS/SR-тригеры»
При весе 102 кг конвейер движется вправо и загорается индикатор итогового
контроля
А при весе больше 200 кг конвейер останавливается
Ответы на контрольные вопросы:
1. Определить понятия датчика, преобразователя, АЦП, памяти событий, аналоговой выдачи.
Принцип. В производственном процессе (ПП) существуют различные
физические величины, которые должны обрабатываться для решения задач автоматизации
SPS.
Датчик. Датчик представляет собой устройство, которое под воздействием
измеряемой физической величины выдает эквивалентный сигнал (обычно электрической
природы), который является однозначной функцией измеряемой величины. Датчики
реагируют на изменения размера из-за увеличения длины, угловой деформации, изменения
электрической проводимости и т. д.
Преобразователь.
Преобразователи
трансформируют
вышесказанные

500
мВ

10
В

20
мА , 4..20мА.
изменения в стандартный аналоговый сигнал, напр.,
,
,
Эти сигналы вкладываются в модуль аналоговых входных величин.
АЦП (аналого-цифровой преобразователь). Для обработки в ЦПУ эти
аналоговые сигналы должны приводиться в цифровом виде. Эту задачу берет на себя АЦП
в модуле аналоговых входов. Аналого-цифровое преобразование производится
последовательно, т.е. каналы аналоговых входов преобразовываются поочередно.
Память событий. Результат преобразования вкладывается в так называемую
память событий и остается там до тех пор, пока не перепишется новым значением.
Преобразованное аналоговое значение может быть прочитано с помощью команды
операции загрузки “L PEW…”.
Аналоговая выдача. Рассчитанная программой пользователя аналоговая
величина записывается операцией “T PAW…” в модуль аналогового выхода, где ЦАП
(цифро-аналоговый преобразователь) производит преобразования в масштабируемый
аналоговый сигнал.
2. Привести общую структуру микроконтроллера с использованием аналоговых модулей
(АМ).
3. Как осуществляется параметрирование аналоговых модулей?
Аналоговые входные и выходные модули параметрируются на SIMATIC S7 с
помощью программного инструмента "HW Config". Установки и параметры всех модулей
загружаются в ЦПУ, которое должно находится при этом в состоянии СТОП. При
последующем новом старте ЦПУ распределяет самостоятельно параметры в
соответствующие блоки.
1. Откроем станцию HW " My_Station " с помощью инструмента HW Config.
SIMATIC® Manager -> Двойной щелчок на объект Hardware.
2.
Стартуем
диалог
параметрирования
для
аналогового
блока.
Edit -> Двойной клик на аналоговый блок.
3. Параметрируем блок, в котором мы установили для входов вид измерения, а
также область измерения и активировали диагностику аварий (q не забываем для общей
диагностики канала). Т.к. в следующем упражнении выдача
аналогового значения
не требуется, то все выходы должны быть деактивированы.
4. Сохраняем и откомпилируем измененную конфигурацию аппаратного
обеспечения и системы параметрирования. HW Config -> Station -> Save and compile.
5. Загружаем измененные системные данные в ЦПУ.
HW Config -> PLC -> Download...
4. Аппаратные и диагностические прерывания.
Прерывания – это особые случаи, когда процессор прекращает выполнение текущей
программы (задачи) и немедленно передает управление программе-обработчику,
специально написанной для обработки подобной ситуации.
Аппаратные прерывания – это то, что понимается под словом «прерывание». Внешние
устройства подают сигнал, по которому процессор прерывает выполнение программы и
передает управление на обработчик прерывания.
К аппаратным прерываниям можно отнести нажатие кнопки на модели конвейера, что
ведет например к остановке движения ленты.
Диагностические прерывания – это прерывания, которые необходимы для того, чтобы
узнать правильно ли работает наша программа, т.е. провести диагностику программы или
устройства.
Асинхронные ошибки – это ошибки функциональности СПУ. Мы асинхронно
наблюдаем за обработкой программы и не можем привести в соответствие определенное
место в программе (например, прерывание от диагностики модуля). Если в состоянии RUN
появляется ошибка и был запрограммирован соответствующий OB ошибки, то он
вызывается и обрабатывается его программа. Эта программа содержит например:
•
включение сирены
•
операции сохранения данных и последующую STOP-команду
•
программу для регистрации частоты, с которой возникает ошибки, без
перевода ЦПУ в состояние STOP.
Аварийная
диагностика: Блок вызывает при наступлении ошибки аварийную
диагностику на ЦПУ. На основании этого соответствующая информация об ошибке
вносится в буфер диагностики и ЦПУ обрабатывает сразу программу в организационном
блоке OB82 аварийной диагностики. В этом OB пользователь может запрограммировать
требуемую реакцию на наступившую ошибку.
Какие ошибки аналогового модуля могут быть выявлены, это зависит от типа
блока.
Примеры ошибок:
•
неверные данные параметрирования
•
короткое замыкание (только при аналоговых выходных блоках)
•
обрыв провода
•
отсутствует питание
5. Как связаны между собой время интегрирования, разрешающая способность и подавление
частотных помех?
Время интегр.
Разрядность (бит)
Подавление
(мс)
частотных
помех (Гц)
2,5
9 +Знак-Бит
400
16,6
12 +Знак-Бит
60
20
12 +Знак-Бит
50
100
14 +Знак-Бит
10
Исходя из таблицы, мы видим, что с увеличением времени интегрирования увеличивается
разрядность в то время как уменьшается подавление частотных помех.
6. Перечислить основные установки ввода и вывода АМ.
Установки ввода АМ:
Вид измерения: Благодаря клику на поле указываются имеющиеся виды
измерений
(напряжение, ток…). Для неподключенных каналов или
групп каналов выбирается
запись "deaсtivated". На блоке эти каналы должны подсоединяться на массу.
Диапазон измерений: Благодаря клику на поле указываются
имеющиеся диапазоны
измерений для соответствующего вида измерений.
Положение модуля диапазона измерений: Благодаря выбору вида измерения и диапазона
требуется совершенно определенное положение модуля диапазона измерений. Это
указывается.
Время интегрирования и подавление частотных помех это друг от друга зависимые
величины.
Установки вывода АМ:
В зависимости от типа аналогового выходного блока напряжения и/или токи могут
кодироваться и соответственно выдаваться.
Режим аналогового выходного блока в состоянии СТОП для ЦПУ может
параметрироваться:
• ASS (включать выходы с нулевым потенциалом и соответственно обесточенные):
в состоянии СТОП для ЦПУ блок выдает 0В и соответственно 0мА.
• LWH (удерживать последнее значение).
В состоянии СТОП для ЦПУ блок выдает последнее кодированное значение
(напряжение или ток).
Неиспользуемые выходы должны деактивироваться, т.к. это сокращает время
преобразования.
7. Как представляются аналоговые величины? Связь представления с измеряемой величиной
разных диапазонов.
Представление отрицательного аналогового значения осуществляется дополнением в
двоичной системе счисления.
Если бит №15=0, то речь идет о положительном значении, если бит №15=1, то об
отрицательном.
Если разрядность аналогового блока составляет меньше чем 16 бит, то аналоговое
значение вносится в память блока слева. Незанятые позиции младшего разряда
заполняются “0”.
В зависимости от типа блока разрядность возможна от 8 до 16 бит.
8. Прокомментировать представление аналоговых значений для аналоговых выходов.
Напряжение, ток (симметрично):
для симметричных областей напряжения или тока
номинальная область преобразуется от -27648 ... +27648 в:
•
± 10В
•
± 20мA.
Напряжение, ток (асимметрично): для асимметричных областей напряжения или тока
номинальная область преобразуется от 0... +27648 в:
•
0 ... 10В
•
1 ... 5В
•
0 ... 20мA
•
4 ... 20мA.
Перелив:
если переменное значение достигло области перелива, то аналоговый выход
блокируется (0В, 0мA).
9. Как производится масштабирование входного аналогового значения?
Масштабирование: аналоговый блок кодирует область от -10В ... +10В в область
значений от -27648 ... +27648. Перерасчет этой области значений на физические размеры
(к примеру 0л ... 500л) обозначается как масштабирование.
Масштабирование аналогового значения производится стандартной функцией FC 105.
Функция FC 105 поставляется вместе с программным обеспечением STEP 7 в библиотеке
"Standard Library" в программе S7 "TI-S7 Converting Blocks".
Вход: аналоговое значение на входе IN может непосредственно быть прочитано блоком
или передаваться интерфейсом данных в формате INT.
Нижний и верхний пределы: через входы LO_LIM (нижняя граница) и HI_LIM (верхняя
граница) задаются границы лежащих в основе физических величин. В примере идет
перерасчет на область от 0 до 500 литров.
Выход:на выходе OUT используется нормированное значение (физическая величина) как
вещественное число (LO_LIM <= OUT <= HI_LIM).
Биполярный: через вход BIPOLAR параметрируется, должны ли изменяться только
положительные или также отрицательные значения. Если параметру будет передаваться
операнд с состоянием ´0´ (униполярный), то масштабирование осуществляется для области
0 ... +27648, при состоянии операнда ´1´ (биполярный) для области -27648 ... +27648.
RET_VAL:
Выход RET_VAL дает значение 0 при безошибочном исполнении.
10. Декодирование выходного аналогового значения.
Пример A показывает масштабирование для случая, когда звено настроено так,
чтобы для значения 0% соответствовало значение 0 ( 0В или 0мA), и для 100%
соответствовало максимальное значение (например +10В или 20мA).
Пример B показывает масштабирование для случая, когда звено настроено так,
чтобы для значения 0% соответствовало минимальное значение (-10В или -20мA), и для
100% соответствовало максимальное значение (+10В или 20мA).
Рассчитанное программой значение – в показанном примере процентное
показание должно пересчитываться на область аналогового блока.
Декодирование проводятся стандартной функцией FC 106. Функция FC
поставляется вместе с программным обеспечением STEP 7 в библиотеке "Standard Library"
в программе S7 "TI-S7 Converting Blocks".
Вход:
рассчитанное программой значение должно передаваться в
вещественном формате.
Нижний и верхний пределы: Через входы LO_LIM (нижняя граница) и HI_LIM
(верхняя граница) задаются границы, внутри которых находится значение. В примере это
область от 0,0% ... 100,0%.
Выход:
на выходе OUT выдается декодированное значение в целом формате
INT.
Биполярный: Через вход BIPOLAR параметрируется, должны ли изменяться
только положительные или также отрицательные значения. Если параметру будет
передаваться операнд с состоянием ´0´ (униполярный), то декодирование осуществляется
на область от 0 ... +27648, при состоянии операнда ´1´ (биполярный) на область от -27648
... +27648.
RET_VAL: Выход RET_VAL дает значение 0 при безошибочном исполнении.
Вывод:
В данной лабораторной работе мы ознакомьтесь с презентацией, представленной в файле
PRO1_13R_Аналог. В проекте, созданном на прошлой работе измените конфигурацию аппаратной
части, добавив
аналоговый модуль SM-331, также провели параметрирование аналогового
модуля SM-331 как указано на стр. 15 в файле PRO1_13R_Аналог. После чего ознакомьтесь с
упражнениями, приведенными в презентации, промоделировали ввод аналоговых значений на
симуляторе, создали функцию согласно схеме, после чего сделали индивидуальное задание
преподавателя.