Ingressi analogici

Molti sensori forniscono un segnale analogico in uscita¹⁾. Ad esempio un sensore di temperatura integrato come l'LM35 fornisce una tensione proporzionale alla temperatura (10mV per ogni grado centigrado). Per utilizzare un segnale di questo tipo in un dispositivo digitale come un PLC o un microcontrollore occorre prima di tutto condizionare il segnale per adattarlo all'ingresso del dispositivo che ne deve fare uso (0 - 10 Volt per il PLC S7-1200). Il condizionamento di solito è affidato a circuiti con amplificatori operazionali che, dato il range di temperatura previsto per l'applicazione, provvede a:

• aggiungere (se serve) un offset per avere 0 Volt in corrispondenza del valore minimo del range di temperatura
• amplificare il segnale per avere 10 Volt in corrispondenza del valore massimo di temperatura
• eventualmente filtrare il segnale per eliminare i disturbi

Ad esempio se si intende sfruttare il sensore tra 0°C e 50°C si può usare un circuito come quello in figura:

Il modello di CPU S7-1200 presente in laboratorio dispone di due ingressi analogici con queste caratteristiche:

• ingresso in tensione
• campo di valori in ingresso 0 ÷ 10 Volt
• valori corrispondente 0 ÷ 27648 (tipo int)
• risoluzione 10 bit
• resistenza di ingresso > 100 kΩ

All'occorrenza è possibile collegare alla CPU moduli analogici con un numero maggiore di ingressi, risoluzione più elevata e che accettano segnali bipolari o in corrente.

Gli ingressi analogici sono configurabili in TIA Portal dalle proprietà della CPU ma se si usano solo quelli integrati nel PLC le opzioni sono ridotte e non conviene modificare i valori di default.

Come si vede nella figura sopra il valore numerico che rappresenta la tensione in ingresso è contenuto all'indirizzo IW64. Questo valore è il risultato della conversione analogico digitale dell'ADC integrato nel PLC memorizzato con il tipo di dati int con un valore compreso tra 0 (0 Volt) e 27648 (10 Volt). Valori superiori sono ammessi ma indicano una condizione anomala (overshoot o overflow) dove la tensione in ingresso è maggiore di 10 Volt.

Nel programma per PLC è possibile utilizzare il valore numerico contenuto nella word corrispondente ai due ingressi, IW64 per il canale 0 e IW66 per il canale 1, ma è preferibile normalizzare tale valore e riportarlo in un range che corrisponda alla grandezza acquisita dal trasduttore (tra 0 e 50 gradi centigradi, nell'esempio precedente col sensore LM35). Per far questo si usano le istruzioni NORM_X e SCALE_X disponibili tra le operazioni di conversione.

L'istruzione NORM_X converte un intervallo di valori numerico (0 ÷ 27648 nel nostro caso) in un numero reale (a 32 bit) compreso tra 0,0 e 1,0. Oltre agli estremi del campo numerico in ingresso e alla variabile da convertire il blocco dispone di un ingresso di abilitazione. Le due uscite contengono il risultato della conversione (OUT) e un'ulteriore uscita che segnala errori nella conversione (il valore 0 indica l'errore).

L'istruzione SCALE_X converte un valore normalizzato compreso tra 0,0 e 1,0 in un valore numerico in un intervallo specificato tramite gli ingressi MINe MAX.Il risultato è disponibile nell'uscita OUT e anche in questo caso sono presenti un ingresso e un'uscita di abilitazione.

Per collegarsi agli ingressi analogici dei PLC inseriti nelle scatole si utilizza il connettore d-sub posto al centro nella parte frontale. I piedini sono collegati come in figura:

Dal connettore, con un cavo predisposto con 9 conduttori, si può portare l'alimentazione 24 Volt DC su una breadboard, eventualmente per alimentare sensori, e prelevare il segnale analogico desiderato. Al connettore sono collegati i morsetti di un PLC nella fila superiore e quelli dell'altro nella fila inferiore. Occorre fare particolare attenzione al riferimento di tensione; infatti la Vcc è prelevata da uno solo dei due PLC e le masse dei due PLC sono separate. Per evitare errori di lettura occorre collegare insieme le due masse esternamente (sulla breadboard, ad esempio).

Il connettore permette anche di utilizzare l'uscita analogica del PLC resa disponibile attraverso la Signal Board installata sulla parte superiore delle CPU e indicata con AO0.

Torna all'indice.