Możliwości cyfrowych I/O w sterowniku PLC BEDROCK

85

Opis możliwości oferowanych przez cyfrowe I/O w PLC od BEDROCK, usprawniających projektowanie Twojej aplikacji.

Opisywane moduły I/O

Sterownik PLC od BEDROCK Automation posiada budowę modułową. Oznacza to, że użytkownik jest w stanie na wstępie dobrać wielkość elektromagnetycznej magistrali, moduły zasilające, jak również kontrolery CPU. Następnie zaś zapełnia on pozostałe miejsca na magistrali (BMI) wybranymi przez siebie modułami I/O – w zależności od potrzeb.

W tym wpisie, prezentującym możliwości operacji cyfrowych na PLC, skupiono się na dwóch modułach:

Pod koniec wpisu wspomniano również o module wejść i wyjść uniwersalnych (cyfrowo – analogowych), w celu zobrazowania dodatkowej funkcji, w którą ten moduł jest wyposażony. Temu modułowi poświęcono dodatkowo inny wpis na tym blogu, omawiający operacje analogowe.

Cyfrowe I/O w PLC od BEDROCK

Konfiguracja zarówno programu sterownika, oraz jego modułów I/O następuje w środowisku BEDROCK IDE. Poniższe zdjęcie przedstawia początkowy projekt pozwalający na przeprowadzenie dalszej konfiguracji modułów. W celu jego stworzenia należy wybrać właściwy typ kontrolera oraz odtworzyć w drzewku projektu rzeczywistą konfigurację elektromagnetycznej magistrali BMI.

Poniższe zdjęcie przedstawia taki projekt dla kontrolera typu „SCS.10” oraz 5-slotowej magistrali, zawierającej podane moduły I/O.

Operacje cyfrowe na PLC – wstępny projekt

Wyjścia cyfrowe dla PLC od BEDROCK

Moduł wyjść cyfrowych „SIO3.10” odznacza się galwaniczną izolacją pomiędzy pinami oraz każdym pinem, a uziemieniem. Co więcej, może on obsługiwać zarówno dodatnie, jak i ujemne (odwrócone) napięcia.

Każdy pin wyjściowy składa się z pary wysokowydajnych tranzystorów MOSFET umożliwiających przełączanie do 1,66 amperów przy napięciu 240 V (AC lub DC).

Każdy kanał posiada dodatkowo elektroniczny bezpiecznik, który wyłącza go, jeśli prąd wyjściowy wynosi 2,5A lub więcej.

Konfigurację tego modułu można rozpocząć poprzez wybranie go z drzewka projektu (z miejsca zaznaczonego na zdjęciu powyżej) oraz przejście do zakładki „SIO3.10 parameters” w nowym oknie.

Konfiguracja wyłącznika nadprądowego

Funkcja wyłącznika nadprądowego może zarówno permanentnie zablokować dany kanał po przekroczeniu limitu natężenia prądu na wyjściu (2,5A), jak również okresowo sprawdzać, czy sytuacja awaryjna ustąpiła. Jeśli podczas sprawdzania okaże się, że nie występuje już przeciążenie na wyjściu, powróci ono do normalnej pracy.

Do ustawienia powyższej funkcji służą dwie opcje:

  • Digital Out Retry Limit – ustawia maksymalną liczbę prób powrotu do standardowej pracy wyjścia;
  • Digital Out Retry Period – określa odstęp czasu (w milisekundach) pomiędzy kolejnymi próbami.
Zabiezpieczenie nadprądowe dla wyjścia cyfrowego

Po całkowitym zablokowaniu, moduł wyjść musi zostać zresetowany (ponownie uruchomiony) w celu ponownego rozpoczęcia jego pracy.

Funkcja „Fail – Safe”

Funkcja „Fail – Safe” została już omówiona przy okazji operacji analogowych. W skrócie, odnosi się ona do przerw w komunikacji na linii kontroler (CPU) – moduł. Pozwala ona określić zarówno zachowanie się modułu po wystąpieniu awarii w komunikacji, jak również zdefiniować jak długa przerwa jest za taką awarię uznawana.

Dla każdego kanału z osobna mogą zostać skonfigurowane dwie opcje:

  • Fail-Safe Mode – określa zachowanie modułu po wystąpieniu przerwy w komunikacji; wartość „Hold” oznacza utrzymanie stanu takiego, jak w chwili wystąpienia awarii; natomiast wartość „Fail-Safe” powoduje przyjęcie, określonej przez użytkownika, wartości na wyjściu;
  • Fail-Safe Value – wartość na danym wyjściu, przyjmowana przez nie w przypadku przejścia do trybu „Fail-Safe”.
Cyfrowe wyjście PLC – funkcja Fail-Safe

Wartość czasu przestoju w komunikacji kontroler-moduł I/O – „Fail-Safe Timeout” (w milisekundach), ustawia się natomiast jednakową dla wszystkich kanałów.

Maksymalny czas w przestoju komunikacji – Fails-Safe

Mapowanie stanu wyjść cyfrowych do zmiennych w programie

Tak, jak w przypadku modułu analogowego omówionego wcześniej, tak i tu, w oknie konfiguracji „SIO3.10” istnieje zakładka „SIO3.10 I/O Mapping”. Służy ona do tego, aby przypisać zmienne występujące w programie do parametrów pracy modułu, w celu sterowania i monitorowania jego pracy.

Można w niej wyróżnić 3 główne, dające się „rozwinąć” sekcje: „Expected Output”„Actual Output” oraz „Output”.

Mapowanie zmiennych do wyjścia cyfrowego

Zawierają one identyczne podkategorie. Wśród nich znajduje się (również rozwijana) sekcja „Value”. Po jej rozwinięciu użytkownik zobaczy listę 10 kanałów cyfrowych dostępnych w module.

W każdej z trzech powyższych głównych sekcji można przypisać zarówno jedną zmienną typu WORD (16 bitową) do parametru „Value”, jak i po jednej zmiennej typu BOOL do każdego kanału z osobna. W pierwszym przypadku bity zmiennej WORD będą przyjmować wartość 0 lub 1, w zależności od stanu odpowiadającego im wyjścia.

Wartości mapowane w sekcji „Output” służą do sterowania pracą modułu. Te dane są wysyłane z kontrolera do wyjść komponentu „SIO3.10”.

Zmienne przypisane w sekcji „Expected Output” prezentują dane wysyłane w odwrotną stronę. Jest to informacja o tym, co powinno znaleźć się na wyjściach „według” modułu I/O. Różnice w odpowiadających sobie wartościach, w powyższych sekcjach, świadczą o niewłaściwej komunikacji na linii kontroler – moduł I/O.

„Actual Output” to natomiast wartości pomiarowe odczytane z wyjścia modułu I/O przez sam sterownik. Jeśli różnią się one od tych z sekcji „Expected Output” może to świadczyć m.in o uruchomieniu się wyłącznika nadprądowego.

Podłączanie cyfrowych wyjść do obwodu

Cyfrowe I/O w sterowniku PLC BEDROCK mają bardzo prostą budowę. Każdy kanał modułu „SIO3.10” składa się z dwóch pinów. Odpowiednie schematy podłączeń w zależności od sytuacji można znaleźć w instrukcji użytkownika (str. 204).

Wyjścia cyfrowe „SIO3.10” nie oferują jednak wewnętrznego wzbudzania – oznacza to, że mogą jedynie zwierać lub rozwierać obwód z zewnętrznym źródłem zasilania.

Wejścia cyfrowe w PLC od BEDROCK

W tej sekcji omówiono cyfrowy moduł wejść „SIO2.10”. Posiada on 10 kanałów programowo konfigurowalnych jako wejścia prądu stałego lub przemiennego. Dodatkowo, każde z nich jest izolowane galwanicznie od siebie nawzajem oraz od uziemienia. Wejścia DC mogą być pobudzane zarówno przez dodatnie, jak i ujemne napięcia.

Konfiguracja tego modułu następuje w środowisku BEDROCK IDE, w analogicznym miejscu, jak dla wyżej omówionego modułu wyjść.

Typ wejścia oraz zakresy napięciowe

Wejścia modułu „SIO2.10” mogą pracować na 4 poziomach napięć wejściowych zarówno dla prądów stałych, jak i przemiennych. Poniższa tabela przedstawia możliwe nastawy.

Progi napięciowe dla cyfrowego modułu wejść w PLC od BEDROCK

Konfiguracja tego ustawienia następuje dla każdego kanału z osobna, w zakładce „SIO2.10 Parameters”.

Konfiguracja progów napięciowych w BEDROCK IDE

Filtr „Debounce”

Filtr „Debounce” to rozwiązanie pozwalające na eliminację wpływu zakłóceń (na wejściach cyfrowych) podczas prowadzenia odczytów. Czasem w obwodach elektrycznych mogą zdarzyć się krótkotrwałe załączenia lub zaniki napięcia, spowodowane np. wadami przewodów. Wynikiem tego mogłyby być bardzo częste zmiany stanu wejść sterownika (rzędu co kilka ms) fałszujące odczyty i destabilizujące działanie systemu.

W oprogramowaniu BEDROCK IDE użytkownik może skonfigurować parametr nazwany „Debounce Time”oznaczający ilość czasu (w milisekundach), przez którą musi utrzymać się zmiana na wejściu modułu I/O, aby ta zmiana została zaakceptowana i odczytana w programie sterownika. Zakres czasu filtrowania wynosi od 0 do 255 ms.

Mechanizm Filtru „Debounce” oraz lokalizację opcji w BEDROCK IDE przedstawiają poniższe zdjęcia.

Mechanizm działania filtru Debounce
Filtr Debounce w BEDROCK IDE

Mapowanie zmiennych dla modułu wejść cyfrowych

Tutaj znowu pojawia się analogia do wyżej omówionego modułu wyjść. W oknie konfiguracyjnym „SIO2.10” istnieje zakładka „SIO2.10 I/O Mapping”. Znajduje się tam jednak tylko sekcja „Digital Input All Channels”. Jest tak dlatego, że pracą tego modułu nie steruje kontroler – za jego pomocą prowadzone są jedynie pomiary dostarczające informacji o przebiegu zewnętrznych procesów.

Zawartość rozwijanej sekcji „Digital Input All Channels” jest taka sama jak dla wyjść cyfrowych. Znajduje się tam m.in. podsekcja „Value” pozwalająca na przypisanie zarówno jednej zmiennej WORD (16-bitowej) do wszystkich wejść na raz, jak i 10 zmiennych BOOL do każdego z osobna.

Mapowanie zmiennych dla modułu wejść cyfrowych

Schematy podłączeń wejść cyfrowych

Kanały wejść cyfrowych, podobnie jak wyjść w module „SIO3.10”, składają się z dwóch pinów. Ich podłączenie do obwodu jest proste, a schematy znajdują się w instrukcji, do której link zamieszczono wyżej (str. 201, 202).

Operacje cyfrowe na module uniwersalnym I/O

Jak zostało wspomniane we wstępie, wpis ten poruszy również możliwe operacje na module uniwersalnym „SIOU.10” (cyfrowo-analogowym) I/O od BEDROCK. Jest on całkowicie programowo konfigurowalny, a to znaczy, że dowolny jego kanał może pracować w różnych trybach, w zależności od ustawień poczynionych w BEDROCK IDE.

Funkcje wspólne z modułami cyfrowymi

Cyfrowe I/O w PLC od BEDROCK mogą zostać skonfigurowane za pomocą modułu „SIOU.10” w bardzo podobny sposób, jak dla wyżej opisanych komponentów. Dowolny kanał może pracować zarówno jako wyjście, jak i wejście cyfrowe. Czasem występują niewielkie różnice, które opisano dalej.

Wejście cyfrowe w module uniwersalnym

Na poniższym zdjęciu zaznaczono lokalizację, w której znajdują się opcje konfiguracyjne modułu „SIOU.10” oraz wyróżniono te, dotyczące wejścia dyskretnego.

Operacje cyfrowe na module uniwerslanym wejść-wyjść PLC

Po pierwsze należy zauważyć, że nie ma opcji dla trybu pracy danego kanału („Mode for Channel”) jako samo dyskretne wejście. Ten tryb jest dołączony do 4 innych opcji (wejść/wyjść analogowych prądowych z/bez protokołu HART). Praca modułu w trybie wejścia dyskretnego zależy więc od późniejszego przypisania zmiennych w zakładce „SIOU.10 I/O Mapping”.

Po drugie, zakresy napięć dla wejścia cyfrowego w tym przypadku to: 5, 12 lub 24V, co stanowi swego rodzaju dopełnienie względem wcześniej omawianego modułu.

Opcja Filtru „Debounce” pozostaje taka sama jak wcześniej.

Wyjście cyfrowe dla SIOU.10

Parametry dotyczące konfiguracji kanału jako wyjścia dyskretnego w module uniwersalnym przedstawia poniższe zdjęcie.

Wyjście cyfrowe na module uniwersalnym SIOU10

Odpowiedni tryb pracy kanału („Mode For Channel”) w tym przypadku to „Discrete output with Readback”.

Również tutaj dostępna jest funkcja „Fail-Safe” opisana w podsekcji 2.1.2 tego wpisu. Jedyna różnica polega na tym, że tym razem okres czasu bez komunikacji kontroler-moduł, po którym sygnalizowana jest awaria („Output Fail-Safe Timeout”), można skonfigurować dla każdego kanału osobno.

Ostatnie 3 zaznaczone opcje odnoszą się do ustawień wyłącznika nadprądowego (opisanego tu w sekcji2.1.1.). Pierwsze dwie z nich są analogiczne, jak we wcześniejszej sekcji. Ostatnia – „Digital Out OC Threshold”pozwala natomiast na ręczne określenie dopuszczalnego natężenia prądu na wyjściu (w mA).

Mapowanie zmiennych dla cyfrowych I/O w module uniwersalnym

Otwierając okno konfiguracyjne modułu „SIOU.10” (poprzez wybranie go z drzewka projektu) i przechodząc do zakładki „SIOU.10 I/O Mapping” użytkownik jest w stanie przypisać zmienne programowe to odpowiednich parametrów pracy modułu.

Przypisanie zmiennych dla cyfrowych kanałów modułu uniwersalnego

W tym przypadku, w dolnej części okna znajdują się potrzebne rozwijane zakładki. Zaznaczono je na zdjęciu powyżej.

  • „Output Digital Values” – służy do sterowania pracą modułu. Kontroler zmienia w programie wartość zmiennych przypisanych w tym miejscu i następnie wysyła je do modułu I/O, by wpłynąć na jego pracę.
  • „Requested Digital Values” – zestaw analogicznych zmiennych widzianych od strony modułu I/O. Wartości pokazują „co moduł I/O myśli, że powinno znaleźć się na wyjściu”.
  • „Input Digital Values” – wartości odczytywane ze złączy przez sterownik.

Zawartość powyższych sekcji jest identyczna jak np. dla tych opisanych w punkcie 2.1.3.

Schematy podłączeń dla cyfrowych I/O

Jako, że moduł uniwersalny obsługuje dużo więcej trybów pracy kanałów, każdy jego kanał posiada 4 złącza. Zostały one opisane przy okazji artykułu o operacjach analogowych na PLC – link w początkowej części tego wpisu.

Schematy podłączeń w zależności od sytuacji, znajdują się w instrukcji użytkownika na str. 194 – 197. Link do instrukcji znajduje się w sekcji 2.1.4 tego wpisu.

Warto tu dodać, że moduł uniwersalny obsługuje wyjścia cyfrowe wraz z wewnętrznym wzbudzeniem – nie potrzeba wtedy zewnętrznego źródła zasilania w obwodzie.

Funkcje dodatkowe modułu uniwersalnego

Moduł uniwersalny „SIOU.10” prezentuje pewne dodatkowe możliwości w zakresie wejść cyfrowych. Mianowicie, za jego pomocą można przestawić kanał wejściowy do pracy w trybie szybkiego licznika impulsów lub miernika częstotliwości. Dokonuje się tego w zakładce ze wszystkimi parametrami „SIOU.10” poprzez zmianę opcji „Digital Mode Of Operation”.

Tryb pracy wejścia cyfrowego

Różne tryby pracy wejść są rekomendowane w zależności od częstotliwości sygnałów na tym wejściu. Dla częstotliwości mniejszej niż 100Hz zwyczajne wejście cyfrowe „Digital Input” będzie odpowiednie. Jednak dla bardziej szybkozmiennych sygnałów należy rozważyć użycie którejś z pozostałych opcji.

W zależności od tego, czy dany kanał został ustawiony jako szybki licznik impulsów, czy miernik częstotliwości, w celu odczytania pożądanej wartości z wejścia, zmienną należy przypisać odpowiednio do parametru „Counter Channel” lub „Frequency Channel” w zakładce „SIOU.10 I/O Mapping”.

Przypisanie zmiennych do liczników modułu uniwerslanego

Prezentacja zastosowań modułów I/O

Cyfrowe moduły I/O implementowane w PLC od BEDROCK są proste i szybkie w konfiguracji. W celu zaprezentowania ich funkcjonalności przygotowano poniżej dwa krótkie filmy prezentujące pracę modułów.

Filtr „Debounce” w module wejść SIO2.10

Ten test przedstawi działanie filtru „Debounce” w module „SIO2.10”. W celu wytworzenia sygnału zasilającego obwód, wykorzystano jeden z kanałów modułu uniwersalnego „SIOU.10” – pracujący w trybie wyjścia cyfrowego. Generuje on wtedy napięcie DC o wartosci 25V.

Szybkie przerwania w obwodzie powoduje jeden z kanałów „SIO3.10” pracujący również w trybie wyjścia cyfrowego.

Schemat podłączenia – testowanie debouncing

Licznik impulsów oraz miernik częstotliwości

W tym przypadku do generowania szybkich impulsów (o częstotliwości 2kHz) wykorzystano zewnętrzne urządzenie. Generowało one impulsy o maksymalnym napięciu 24V.

W celu przeprowadzenia pomiarów w tego typu obwodzie (z zewnętrznym względem systemu BEDROCK źródłem zasilania), odpowiednie przewody należy podłączyć do modułu uniwersalnego według schematu nastr. 195. Link do instrukcji znajduje się w sekcji 2.1.4. tego wpisu.

TEST – licznik impulsów i miernik częstotliwości

Podsumowanie

Nie znasz środowiska BEDROCK IDE? Zapoznaj się z nim czytając inne artykuły od ELMARK Automatyka.

Środowisko BEDROCK IDE to darmowe oprogramowanie pozwalające na symulację budowanych programów, również jeśli chodzi o cyfrowe I/O będące częścią PLC BEDROCK. Pobierz je ze strony producenta lub wyślij zapytanie na sterowniki@elmark.com.pl .

Zachęcamy do kontaktu również w przypadku, jeśli zainteresowały cię cyfrowe moduły I/O w PLC od BEDROCK.

Źródło: Elmark

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Wprowadź swój komentarz!
Wprowadź swoje imię