دنیای اطراف ما مملو از سیگنال های آنالوگ است. صدایی که می شنویم، دمای محیط، فشار جو و رطوبت، تمام این سیگنال ها در زمان و به طور پیوسته در حال تغییر هستند. در اتوماسیون صنعتی بخش زیادی از پارامترها و در نتیجه خروجی سنسور ها از نوع آنالوگ هستند.
اگر به سنجش و پردازش سیگنال های آنالوگ توسط پردازنده های منطقی نیاز داشته باشیم، شرایط کمی پیچیده می شود. چرا؟ چون PLC سیگنال دیجیتال را تجزیه و تحلیل می کند. یکی از قابلیت های لوگو 8 زیمنس این است که خروجی سنسور هایی که مقادیر آنالوگ تولید می کنند را به صورت مستقیم دریافت کرده و طی فرآیندی آن را تجزیه و تحلیل می کند.
در این مقاله ورودی های آنالوگ لوگو 8 زیمنس را از منظر تعداد و قابلیت های آن بررسی می کنیم.
لوگو 8 زیمنس
لوگو 8 زیمنس یک پی ال سی همه کاره و جمع و جور است که قابلیت های آن برای فرآیند های ساده و استاندارد صنعتی بهینه شده است. لوگو 8 زیمنس به صورت ماژولار به بازار ارائه می شود. ماژول های لوگو 8 عبارتند از:
- ماژول پردازنده
- ماژول تغذیه
- ماژول توسعه ورودی و خروجی
- ماژول توسعه ارتباطات
واحد پردازنده لوگو 8 به عنوان ماژول اصلی، دارای 8 ورودی و 4 خروجی است. اما امکان افزایش تعداد ورودی و خروجی ها توسط انواع ماژول لوگو 8 وجود دارد. در این مقاله ابتدا ورودی های آنالوگ لوگو 8 زیمنس مربوط به ماژول اصلی و سپس کارت های توسعه را مورد بررسی قرار می دهیم.
منظور از سیگنال آنالوگ چیست؟
اگر سیگنالی بتواند هر مقدار حقیقی را در یک دامنه مشخص از اعداد اختیار کند، به آن سیگنال آنالوگ می گوییم. در سیگنال آنالوگ کوچکترین مقادیر هم دارای معنا هستند و در نظر گرفته می شوند. اما در سیگنال دیجیتال ما تنها دو مقدار معنا دار داریم.
سیگنال های آنالوگ توسط سنسور های آنالوگ اندازه گیری می شوند. دما، نور، صدا و سایر پدیدههای فیزیکی توسط سنسورها به ولتاژ تبدیل می شوند. کلمه آنالوگ در لغت به معنای “مشابه” است. در واقع سنسور های آنالوگ سیگنال الکتریکی مشابه کمیت فیزیکی اندازه گیری شده تولید می کنند.
سیگنال های آنالوگ قابل اتصال به پی ال سی از نظر نوع متغیر و بازه تغییرات در سه گروه قرار می گیرند:
- سیگنال آنالوگ از جنس ولتاژ 0 تا 10ولت
- سیگنال آنالوگ از جنس جریان 0 تا 20 میلی آمپر
- سیگنال آنالوگ از جنس جریان 4 تا 20 میلی آمپر
به طور مثال اگر فشار بار بین 0 تا 10 بار در حال اندازه گیری باشد، سنسور آن را به یک سیگنال آنالوگ ولتاژی 0 تا 10 ولت تبدیل می کند.
پردازش سیگنال آنالوگ
همانطور که در ابتدا به آن اشاره شد پردازنده ها تنها قابلیت پردازش سیگنال های دیجیتال را دارند. داده هایی که به صورت آنالوگ دریافت می شوند، قبل از ارسال به پردازنده باید دیجیتال شده باشند. این کار توسط واحد ADC (Analog to Digital Conventer) انجام می شود. به بیان دیگر هر کدام از ورودی های آنالوگ لوگو 8 زیمنس دارای یک مبدل آنالوگ به دیجیتال هستند. در این واحد سیگنال سه مرحله را برای دیجیتالی شدن طی می کند:
- نمونه برداری
- کوانتیده شدن
- دیجیتالی شدن
داده های آنالوگ در مسیر انتقال به پردازنده از یک مبدل آنالوگ به دیجیتال عبور می کنند. در این واحد ابتدا سیگنال آنالوگ به سیگنال گسسته تبدیل می شود. یعنی در بازه های زمانی مشخص، مقادیری از سیگنال آنالوگ انتخاب می شود. سپس این سیگنال گسسته باید کوانتیده شود. سیگنال کوانتیده به سیگنالی گفته می شود که مقادیر مشخصی دارد و دامنه اعداد آن محدود است. در مرحله آخر سیگنال کوانتیده شده با روش های مختلفی به سیگنال دیجیتالی که تنها شامل اعداد 0 و 1 هستند تبدیل می شود.
دقت تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال توسط مبدل، با پارامتری به نام رزولوشن تعریف می شود. رزولوشن مبدل آنالوگ به دیجیتال در ورودی های آنالوگ لوگو8 زیمنس 10 بیت است.
ورودی های آنالوگ لوگو 8 زیمنس (Analog Inputs)
پایه های ورودی لوگو 8 زیمنس با حرف انگلیسی (I) و با اعداد 1 تا 8 به صورت I1 تا I8 مشخص شده اند. این 8 پایه ورودی به صورت پیش فرض دیجیتال هستند. 4 پایه از این تعداد به صورت نرم افزاری قابلیت تبدیل شدن به ورودی آنالوگ را نیز دارند.
این پایه ها عبارتند از : پایه های ورودی I1,I2 ,I7,I8 .
نکته ای که باید به آن توجه داشت این است که ورودی های آنالوگ لوگو 8، سیگنال های آنالوگ ولتاژی را می پذیرند. یعنی سیگنال هایی که مقدار 0 تا 10 ولت DC دارند. برای اتصال سیگنال های آنالوگ جریانی، نیاز به استفاده از مبدل و کارت های توسعه لوگو 8 است. اشتباه در نوع اتصال سیگنال می تواند به ورودی آنالوگ آسیب برساند.
سیم کشی و اتصال ورودی آنالوگ ولتاژی ساده است. اما باید دقت داشت سنسور از نوع 2، 3 و یا 4 سیمه است. در هر یک از این شرایط با مراجعه به اسناد فنی لوگو 8 طبق دستور العمل صحیح ورودی های آنالوگ لوگو 8 زیمنس را سیم بندی کنید.
ماژول توسعه ورودی آنالوگ لوگو 8 زیمنس
همانطور که گفته شد لوگو 8 زیمنس دارای 8 ورودی است که از این تعداد 4 ورودی آن قابلیت تبدیل به سیگنال آنالوگ را دارند. اگر در پروژه ای به تعداد بیشتری ورودی آنالوگ نیاز باشد راه کار چیست؟ پاسخ استفاده از کارت های توسعه ورودی و خروجی است. با استفاده از کارت input/output حداکثر تعداد 4 ورودی آنالوگ می توان به لوگو 8 اضافه کرد.
ماژول های توسعه لوگو 8 عبارتند از AM2 و AM2 RTD 2 .
- : LOGO AM2 دارای 2 پایه ورودی آنالوگ
- :LOGO AM2 RTD2 پایه ورودی آنالوگ جهت اتصال سنسورهای دما
کاربرد ورودی های آنالوگ لوگو 8 زیمنس
یکی از کاربردهای ورودی های آنالوگ لوگو 8 زیمنس، اندازه گیری فشار آب است. شرایطی را متصور شوید که می خواهیم فشار لوله آب را در محدوده 3 تا 3.5 بار ثابت نگه داریم. در این مثال نیاز به یک سنسور فشار داریم. در کنترل پمپ آب با لوگو 8 با اتصال یک سنسور فشار مقادیر 0 تا 4000 میلی بار را به مقدار 0 تا 10 ولت DC متناظر می کنیم.
- اگر فشار لوله در محدوده 3 تا 3.5 باشد. شرایط نرمال است و فرمانی توسط لوگ 8 صادر نمی شود.
- اگر فشار لوله به زیر 3 بار برسد (مثلا 2.8 بار) لوگو 8 به پمپ فرمان روشن شدن می دهد و تا رسیدن به مقدار 3.5 بار به کار خود ادامه دهد.
برای اطمینال از عملکرد صحیح فرآیند می توانیم از یک سنسور سطح برای شرایط اضطراری استفاده کنیم. این سنسور سطح در کف مخزن آب نصب می شود. اگر مخزن سوراخ شود و یا به هر دلیلی خالی بماند سنسور آن را به PLC اعلام می کند. در این شرایط با وجود اینکه فشار از مقدار 3 بار کمتر است اما لوگو 8 پمپ را به دلیل خالی بودن مخزن روشن نمی کند.
مثال های دیگری نیز می توان از کاربرد ورودی های آنالوگ زیمنس بیان کرد. مثلا می توان از این ورودی ها برای کنترل عملکرد موتور از طریق درایو v20 زیمنس یا انواع درایو اشنایدر نیز استفاده کرد. شما برای چه کاربردی به این ورودی ها نیاز دارید؟