Читайте также:
|
Кафедра “Робототехника и мехатроника”
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
“Компьютерное управление”
Изучение основ программирования логических контроллеров Mitsubishi серии FX
Ростов-на-Дону
Составители: к.т.н., доцент Е.А. Лукьянов
инженер В.А. Смирнов
Методические указания к лабораторной работе
по дисциплине «Компьютерное управление» / Ростов н/Д. 2008 г.
Изложены основы программирования логических контроллеров FX для работы с аналоговыми сигналами. Исследуются характеристики модулей ЦАП, АЦП. Используется прикладной пакет программирования GX-Developer v8.
Для студентов дневного обучения специальностей tttt.
Печатается по решению методической комиссии факультета
«Автоматизация и информатика».
Научный редактор: д.т.н., проф. А.К. Тугенгольд
Рецензент: к.т.н., доц. В.А. Герасимов
В процессе проектирования систем управления часто возникают задачи обработки и формирования аналоговых сигналов. Необходимость преобразования сигналов из аналоговой формы в цифровую возникает, например, при использовании индуктивных датчиков или датчиков температуры. Обратное преобразование может использоваться для управления скоростью двигателя, или для изменения степени зазора в золотниках.
В системах управления построенных на базе ПЛК FX, для работы с аналоговыми сигналами используются модули расширения FX3u-4DA (ЦАП) и FX3u-4AD (АЦП).
Цель работы:
1. Ознакомится с характеристиками и способами программирования аналоговых модулей FX.
2. Экспериментально проверить характеристики модуля ЦАП.
3. Написать программу для циклического формирования аналогового сигнала заданной формы.
1 Общие сведения.
ЦАП, АЦП способны преобразовывать значения тока или напряжения, при этом определяющими факторами является время преобразования, диапазон обрабатываемых значений и разрядность.
Преобразование в цифровой сигнал происходит путем сопоставления аналогового сигнала определенным фиксированным значениям в каждый момент времени. Допустим, на вход АЦП поступает аналоговое напряжение, произвольно изменяющееся во времени (рис. 1).
Рисунок 1 – График изменения напряжения во времени.
Введем несколько фиксированных значений напряжения, каждое из которых обозначим цифровым кодом, а также разобьем временной период t на равные интервалы (рис. 2).
Рисунок 2 – Разбиение диапазонов напряжения и времени на сегменты.
В каждый момент времени ti округлим поступающее напряжение до меньшего фиксированного значения. После этой процедуры получим последовательный цифровой код, характеризующий изменение аналогового сигнала (таблица 1).
Таблица 1 – Цифровое представление аналогового сигнала.
| № измерения во времени, ti | Код величины напряжения |
Построенная по этому коду зависимость показана на рисунке 3.
Рисунок 3 – График оцифрованного сигнала.
Как видно из рисунка 3 – оцифрованный сигнал сильно искажен относительного оригинала. Часть информации оказалась потерянной по двум причинам. Во-первых, измерения велись с малой частотой f. Во-вторых, было мало’ количество фиксированных промежуточных значений величины напряжения. На весь диапазон использовались 8 значений (3 бита). Данная величина в битах называется разрядностью и характеризует точность амплитуды оцифрованного сигнала по отношению к оригиналу. Разрядность современных АЦП, составляет 16бит (~65000 значений на диапазон).
Если вносить корректировки в величину разрядности возможности, в общем случае нет, то изменять частоту оцифровок f можно программно в любой момент. Чем меньше f, тем выше риск того, что важная информация об изменении сигнала будет потеряна. С другой стороны, увеличение f может привести к нежелательной избыточности информации, необоснованному увеличению объема данных и времени, затрачиваемого на преобразование. Частота оцифровки (дискретизации) f, при которой потери информации будут меньше допустимого уровня, и при этом не возникнет избыточности – определяется теоремой Котельникова: Для дискретизации аналогового сигнала без потери информации частота отсчетов должна быть в два раза выше верхней граничной частоты спектра сигнала.
f = 0,5(1/T),
где T – период верхней гармоники.
Иными словами, если на поступающем аналоговом сигнале имеются скачки (гармоника) с периодом T, то для гарантированного определения этой гармоники при помощи АЦП, частота оцифровки f должна быть вдвое больше частоты самой гармоники.
Процесс цифро-аналогового преобразования, происходит в обратном порядке. Цифровой код преобразуется в фиксированное значение напряжения или тока в каждый момент времени. В результате получается псевдоаналоговый сигнал, поскольку изменение амплитуды сигнала осуществляется ступенчато.
В настоящей лабораторной работе рассматривается применение ПЛК для построения СУ, оперирующей аналоговыми сигналами. Структурная схема лабораторного стенда представлена на рисунке 1.
Модуль ЦАП FX3u-4DA способен формировать аналоговое напряжение в пределах +-10В и ток от 0 до 20мА по четырем каналам. Гарантированное время преобразования составляет 10 мс на канал. Шаг по напряжению составляет 0,32мВ, по току – 0,63мкА.
Модуль АЦП FX3u-4AD оцифровывает аналоговое напряжение в пределах +-10В и ток от -20мА до 20мА по четырем каналам. Время преобразования составляет 0,5мс на канал. Шаг по напряжению составляет 0,32мВ, по току – 1,25мкА.
Рисунок 1 - Структурная схема лабораторного стенда.
2 Программирование контроллера.
Программирование ЦАП.
Перед началом формирования сигнала необходимо провести инициализацию аналогового модуля и настроить его параметры. Внутренние регистры модулей ЦАП, АЦП обозначаются буквой G. Для настройки параметров передачи данных необходимо записать в регистр G0 информацию в виде H1234. Каждый разряд отвечает за один из четырех каналов, а значение в разряде описывает тип сигнала (0-вывод напряжения, 2-вывод тока). H2020 означает, что по четвертому и второму каналу будет формироваться ток, а по третьему и первому - напряжение. Чтобы записать эти параметры, используем строку:
|
|---| |--------------------------[MOVP H2020 U0\G0]-------|
|
U – обозначает расположение модуля на шине расширения. Подключаемые к контроллеру модули нумеруются последовательно, слева направо, начиная с нулевого (только для FX3u).
Для того чтобы вывести аналоговое значение на один из каналов используется следующая команда:
|
|---| |-------------------------------[MOVP D0 U0\G1]-------|
|
Данные из регистра DO будут записаны в регистр первого канала G1. Передаваемое в регистре D0 десятичное значения должно быть в диапазоне от -32000 до 32000 (+-10В).
С дополнительной информацией и возможностями аналоговых модулей необходимо ознакомиться в файле FX3U_Analog_modules.pdf
3 Постановка задачи.
Для модуля ЦАП объявленное производителем гарантированное время формирования сигнала составляет 10мс. Это означает, что выдавая на ЦАП команды к формированию с интервалом в 10мс. можно быть уверенным в точности получаемого аналогового сигнала. В ряде случаев подобный временной интервал может быть допустим, однако, если необходимо формировать сигнал сложной нелинейной формы и малой длительности – задержка между отсчетами в 10мс будет неприемлема. Для определения фактических возможностей модуля ЦАП необходимо провести эксперимент:
1. Написать программу для формирования циклического пилообразного сигнала с максимальной амплитудой и минимальным периодом (~1мс);
2. Используя внешнее АЦП, оцифровать полученный сигнал и проанализировать его форму.
В процессе выполнения работы необходимо:
а) ознакомиться с технической документацией,
б) ознакомится с пакетом GX-Developer v8,
в) разработать программу на языке LD,
г) при участии преподавателя или инженера, записать программу в контроллер и проверить ее работоспособность.
4 Содержание отчета
1. Цель работы.
2. Описание стенда.
3. Описание концепции разработанной программы.
2. Выводы по работе.
Дата добавления: 2014-12-19; просмотров: 121 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |