Entradas e Saídas Analógicas

Entradas e Saídas Analógicas O PS4-21-MM1 possui 2 entradas e 1 saída analógica. A tensão aplicada às entradas pode variar de a 1 volts, e a tensão obtida na saída pode variar de a 1 volts. A resolução das entradas é de 1 bits, e 12 bits para a saída. Existem dois potenciômetros internos, figura x.x, que podem ser acessados através dos endereços %IAW... e %IAW...2. As entradas analógicas no conector podem ser acessadas através dos endereços %IAW...4 e %IAW...6. PRG SUCOnet K ρ = 1 124,1 P1 P2 Potenciômetros Internos Entradas Analógicas Saída Analógica Figura x.x - Posição dos Potenciômetros Internos e as Entradas e Saídas Analógicas Prof. Eng. Edson d Avila - Automação Industrial todos os direitos reservados 27 1

Entradas Analógicas Uma entrada analógica que possui resolução de 1 bits apresenta (2 1 ) = 124 incrementos. U (V) 1 5 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 1 bits. A tensão de 1 (V) será convertido no código apresentado na figura x.x. Resolução 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Figura x.x - Código digital de 1 bits para tensão máxima de entrada igual a 1 (V) 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 1 bits apresenta (2 1 ) = 124 incrementos. Se a tensão na entrada do conversor pode variar de a 1 volts, então a menor variação de tensão que pode ser detectada é de aproximadamente,1 volts, conforme equação x.x: 1 ρ =,1 124 2 Controlador Programável: Aplicações Industriais

Conversão de um Sinal Analógico em Digital Se 1 (V) corresponde ao código (123), que convertido em binário vale: (1 1 1 1 1 1 1 1 1 1) 2 Tensão (V) Incremento em Decimal Binário 1 123 1111111111 5?? 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. 1 (V) 123 5 (V) x x = 5. 123 / 1 512 Prof. Eng. Edson d Avila - Automação Industrial todos os direitos reservados 27 3

O número decimal 512 convertido em binário vale: 512 2 256 2 128 2 64 2 32 2 16 2 8 2 4 2 2 2 1 Bit Mais Significativo Bit Mais Significativo 1 Figura x.x - Código digital de 1 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 Figura x.x - Conversor A/D (analógico/digital) 4 Controlador Programável: Aplicações Industriais

Saída Analógica Uma saída analógica que possui resolução de 12 bits apresenta (2 12 ) = 496 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 até 1 (V), a rampa será formada por 496 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) 1 5 t (s) Gráfico x.y - Forma de Onda da Tensão na Saída Analógica do PLC em Função do Tempo U (V) 1 5 t (s) Gráfico x.y - Forma de Onda Aproximada da Tensão na Saída Analógica do PLC em Função do Tempo Prof. Eng. Edson d Avila - Automação Industrial todos os direitos reservados 27 5

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 à 1 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. Valv1 Potenciômetro Multivoltas 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) 495 1 Vazão Máxima Vazão (m 3 /s) Figura x.y - Vazão da válvula "Valv1" em função da tensão aplicada 6 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 123 U (V) 1 Caixa Cheia Volume de água (m 3 ) 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 123. Quando a caixa estiver cheia a tensão vale zero volts que equivale ao incremento. Os dois pontos são: (123,), (, 495). S 495 123 1 495 1 E S 1 = Figura x.x - Determinante da curva da figura x.x 123 E Figura x.y - Curva da Saída em Função da Entrada do Controle da Caixa d'água Prof. Eng. Edson d Avila - Automação Industrial todos os direitos reservados 27 7

Resolvendo o determinante da figura x.x temos: (123. 495. 1) - (495. E. 1) - (123. S) = Logo, a equação que representa a entrada "E" em função da saída "S", da figura x.x, é dada por: S = 495-495 123. E Equação x.x Programando no S4 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 8 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 495 e 123 respectivamente. Nomear o Operando Dividendo Operador de Divisão Figura x.x - Nomear o Operando Divisor S = 495-495 123. E Foco na Saída do Bloco de Divisão Bloco Aritmético de Divisão e o termo 495/123 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 Prof. Eng. Edson d Avila - Automação Industrial todos os direitos reservados 27 9

multímetro na saída analógica do PLC, para uma determinada posição do potenciômetro P1. Simulação Diagrama Ladder, 495 123 495 123. E S = 495-495. 123 Onde: E Saída "S" Valv1 Entrada "E" P1 Valv1 = 495-495 123. P1 1 Controlador Programável: Aplicações Industriais

Declaração das Variáveis Medindo a Tensão na Saída analógica IQW... O multímetro digital da figura x.x, mediu o valor 5.3 volts quando "Valv1" apresentou o incremento 259. Teoricamente 259 corresponde a tensão de: 1 (V) 495 x 259 x = 1. 259 / 495 5.3 Tensão Medida na Saída Analógica U 1 Quando "Valv1" é igual ao incremento 259. Prof. Eng. Edson d Avila - Automação Industrial todos os direitos reservados 27 11

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 %IAW... Saída Analógica %QAW... Operador Operator LD (Load) DIV (Division) ST (Storage) MUL (Multiplication) SUB (Subtraction) Figura x.x - Lista de Instruções: Entrada e saída analógica - Exemplo da Caixa d'água Operando Operand Qualquer (Any) Tipo de dado Numérico (Numeric data Types) Qualquer (Any) Tipo de dado Numérico (Numeric data Types) Tipo de dado Numérico (Numeric data Types) Significado Meaning Copia o valor do Operando para o registro de trabalho O valor da variável Dividendo é dividido pelo valor da variável Divisor e o resultado é atribuído à variável Quociente Armazena o resultado da corrente operação no operando determinado. O valor da variável Multiplicador é multiplicado pelo valor da variável Multiplicando e o resultado é atribuído à variável Produto. O valor da variável Subtraendo é subtraído do valor da variável Minuendo o resultado é atribuído à variável Diferença. Figura x.x - Instruction Set (Conjunto de Instruções) 12 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 1 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 123. Quando a caixa estiver cheia a tensão vale zero volts que equivale ao incremento. Os dois pontos são: (123,), (, 495 S 495 123 1 495 1 E S 1 = Figura x.x - Determinante da curva da figura x.x 123 E Figura x.y - Curva da Saída em Função da Entrada do Controle da Caixa d'água Resolvendo o determinante da figura x.x temos: (123. 495. 1) - (495. E. 1) - (123. S) = Logo, a equação que representa a entrada "E" em função da saída "S", da figura x.x, é dada por: S = 495 123. E Equação x.x Prof. Eng. Edson d Avila - Automação Industrial todos os direitos reservados 27 13

Exercício 2 Uma caixa d'água possui 2 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" 14 Controlador Programável: Aplicações Industriais Sensor de Nível Mínimo "SensorMim"