Analogowy pomiar temperatury w aplikacji PLC

Wiktor Susfał Akademia Unitronics Tagi: , , , , ,
Analogowe pomiary temperatury - główne v2

Poradnik o tym, jak wykonać analogowy pomiar temperatury przy użyciu czujnika PT100 oraz PLC od Unitronics.

Zawartość wpisu

Lekcja ta dotyczy konfiguracji połączenia pomiędzy PLC i czujnikiem PT100, aby przeprowadzić analogowy pomiar temperatury. Jest ona swego rodzaju rozszerzeniem poprzedniego wpisu, omawiającego obsługę I/O analogowych sterownika. Co więcej, zaleca się, aby najpierw zapoznać się właśnie z poprzednią częścią kursu. Pewne omawiane tu aspekty wytłumaczono już tam szerzej, dlatego tutaj tempo prezentacji rozwiązania nieco się zwiększy.

Podczas tej lekcji dowiesz się kilku informacji na temat czujników temperatury oraz sposobu ich podłączenia do PLC od Unitronics.

Tak, jak w poprzedniej lekcji (link wyżej), tak i tutaj działania opierać się będą o instrukcję użytkownika. Tak więc, należy pobrać taki plik odnoszący się do posiadanego sterownika (np. ze strony www.elmark.com.pl ).

Czym są czujniki PT100?

Czujniki PT100 to małe układy służące do pomiaru temperatury otoczenia. Ich zasada działania polega na zmianie oporu elektrycznego głównej ich części wraz ze zmianą temperatury. Mierząc te wahania oporu i odpowiednio skalując wyniki, otrzymujemy informacje o temperaturze.

Więc wiesz już, że głównym elementem czujników PT100 jest obiekt o zmiennej rezystancji (malejącej i rosnącej wraz z temperaturą – proporcjonalnej do niej).

Teraz trzeba dodać, że materiałem, który stosuje się w takich czujnikach jest platyna (czasem z domieszkami). Stąd właśnie pochodzi skrót „PT”. Platyna posiada wiele zalet w stosunku do tego zastosowania, jak np. prawie liniową charakterystykę temperatura – opór elektryczny.

Oprócz wiadomości na temat liniowej charakterystyki rezystora czujnika PT100, musimy znać jeszcze co najmniej dwa parametry, aby móc odpowiednio przeskalować wskazania.

Pierwszym z nich jest opór elektryczny czujnika w temperaturze 0°C. Powstało kilka norm, na temat tego parametru, jak np. IEC 60751, która podaje, że opór w takiej temperaturze powinien wynosić 100Ω. Tutaj znów widać analogię do nazwy czujnika – „PT100” oznacza czujnik platynowy z oporem 100Ω w temperaturze 0°C. Spotkać można jednak także inne: PT500, PT1000…

Drugi z parametrów to tzw. współczynnik temperaturowy. Oznacza się go grecką literą α. Obliczany jest natomiast z poniższego wzoru:

  α = ( R100°C  - R0°C )/( 100°C x R0°C)  

gdzie: R100°C oznacza opór elektryczny czujnika w stu stopniach Celsjusza, natomiast R0°C – w 0°C. Według standardu IEC 60751, współczynnik ten powinien wynosić 0,00385055 °C-1 , choć i pod tym względem spotyka się inne czujniki.

Jest to dość skrótowe wprowadzenie to rodziny czujników RTD (ang. Resistance Temperature Detector), niemniej jednak wystarczy do dalszej konfiguracji.

Schemat i budowa PT100

Czujnik PT100 składa się z elementu o zmiennym oporze oraz 2, 3 lub 4 przewodów.

Schemat czujnika PT100
Schemat czujnika PT100

To, dlaczego muszą być co najmniej 2 przewody jest oczywiste. Pomiary oporu prowadzone są na podstawie natężenia prądu i napięcia w obwodzie, a więc obwód ten trzeba zamknąć, by umożliwić przepływ prądu.

Kolejne przewody dodaje się natomiast w celu kompensacji niedokładności jakie wnoszą opory własne przewodów. W przypadku, gdy czujnik jest bardzo oddalony od stacji nadrzędnej (np. PLC), opór długich przewodów może znacząco zniekształcić pomiar.

Posiadając na przykład 3 przewody w czujniku PT, sterownik może obliczyć opór pomiędzy 1 i 2, a następnie (zakładając, że wszystkie przewody są takie same), odjąć od niego opór pomiędzy 2 i 3 – patrz schemat wyżej. W efekcie otrzymamy opór jedynie samego rezystora w czujniku.

Czteroprzewodowe czujniki stosuje się rzadko, ze względu na mały stosunek wzrostu dokładności do wzrostu ceny.

Pomiar temperatury za pomocą PLC w praktyce

Wiele przedstawionych tu działań pokrywa się z konfiguracją standardowych wejść analogowych. Tę z kolei opisano w poprzedniej lekcji, więc dalej więcej uwagi poświęcono jedynie tym krokom, które są charakterystyczne dla wejść PT100.

Identyfikacja i konfiguracja wejść na panelu sterownika

W celu wykonania tego zadania należy otworzyć instrukcję użytkownika odpowiedniego (posiadanego) modelu PLC. Na potrzeby tej lekcji wykorzystywany jest sterownik serii SAMBA – SM70-J-RA22. W tym przypadku, interesujące informacje znajdują się na stronie 6 i 9.

Z pierwszego zdjęcia (po lewej) dowiadujemy się, że pary wejść (7, 8) oraz (9, 10) mogą być skonfigurowane do obsługi dwóch pierwszych przewodów czujnika PT100. Wejście 11 natomiast może posłużyć do podpięcia przewodu odniesienia (CM), który znajduje się po przeciwnej stronie rezystora czujnika.

Schematy podłączeń znajdują się na zdjęciu po prawej.

Kolejnym krokiem więc jest zdjęcie tylnej pokrywy sterownika oraz ustawienie odpowiednich zworek, według tabel ze strony 6 instrukcji użytkownika. W tym przypadku, wykorzystuje się parę wejść (9, 10).

Deklaracja wejść PT100 w VisiLogic

Pierwszym krokiem jest oczywiście otworzenie dobrze już znanego okna Hardware Configuration, wybór modelu PLC, wskazanie modelu Snap-In I/O oraz przejście do zakładki „Analog Inputs”.

Dodatkowo, patrząc na tytuł tabeli ze strony 6 instrukcji użytkownika, która odpowiada wejściom Input 9 i 10, wnioskujemy, że ich wspólny numer porządkowy („No.”) w tej zakładce to „0”.

Konfiguracja wejścia PLC umożliwiającego pomiar temperatury w VisiLogic
Konfiguracja wejścia PLC umożliwiającego pomiar temperatury w VisiLogic

W polu „Type” należy wskazać odpowiedni tryb pracy wejścia. Rozwijając listę opcji, można zauważyć, że VisiLogic przewiduje obsługę dwóch czujników PT100 – ze współczynnikiem temperaturowym równym 0.00385 °C-1 oraz 0.00392 °C-1. Oczywiście, wybieramy tutaj opcję odpowiadającą posiadanemu czujnikowi – w tym przypadku tę pierwszą. Dzięki istnieniu standardów, sterownik PLC automatycznie zamieni wartość zmierzonego oporu czujnika na temperaturę – dalsze skalowanie w logice PLC nie jest potrzebne.

Zawartość kolumny „Mode” zmienia się w zależności od kolumny „Type”. Jeśli jako typ czujnika wybrano PT100, kolumna „Mode” pozwoli na wybór jednostek, w jakich prezentowana będzie wartość temperatury (°C lub °F).

Oprócz tego, trzeba jeszcze przypisać dowolną zmienną „MI” do tego wejścia.

Teraz może nastąpić kompilacja i wgranie programu na sterownik PLC.

Filtrowanie wyników pomiarów

W tym miejscu można się jeszcze pochylić nad znaczeniem kolumny „Filter”. Pozwala ona dobrać wstępny sposób przetwarzania (filtrowania) sygnałów z wejścia sterownika PLC. Tak więc, mamy do wyboru:

  • Low strength filter – wynikiem pomiaru jest średnia z dwóch poprzednich odczytów;
  • Medium strength filter – odrzuca największą i najmniejszą wartość z czterech ostatnich odczytów oraz oblicza średnią pozostałych dwóch próbek;
  • High strength filter – bierze osiem ostatnich próbek, odrzuca dwie największe i dwie najmniejsze wartości oraz oblicza średnią z pozostałych czterech.

Filtry stosuje się w przypadkach, gdy sygnały pomiarowe na wejściach mogą być obarczone sporym szumem. Innymi słowy, gdy pojedyncze wartości odczytów znacząco odbiegają od stanu faktycznego.

Prezentacja wyników

Odczyty temperatury w VisiLogic przedstawiane są domyślnie jako liczba całkowita, jednak uwzględniają w sobie jedno miejsce dziesiętne. Oznacza to, że na przykład temperatura 27,5°C będzie odwzorowana wartością 275 zmiennej MI.

Można jednak prosto zmienić taki tryb wyświetlania, aby wartości były pokazywane wraz z wyodrębnioną częścią dziesiętną. Poniższe zdjęcia pokazują to na przykładzie elementu „Number” (sekcja „Numeric”) wyświetlającego wartość danej zmiennej na HMI.

Do pobrania

W razie problemów z poprawnym wykonaniem zaprezentowanych tu kroków, możesz bezpłatnie pobrać plik projektu w VisiLogic. Zaleca się jednak, aby podczas nauki programowania, zadania te wykonywać samodzielnie.

W celu otrzymania linku do plików, wypełnij poniższy krótki formularz.

Podsumowanie

Aby uzyskać dostęp do innych lekcji, powróć do strony startowej tego kursu.

Jeśli masz pytania, skontaktuj się z nami pod adresem e-mail: sterowniki@elmark.com.pl . Chętnie wysłuchamy również każdą konstruktywną krytykę na temat jakości tego kursu.