Jste zde

Jednoduché měření průtoku a hladiny s PLC Millenium3

Antonín Vojáček, 1. Červenec 2012 - 21:14

K PLC Crouzet Millenium3 a jeho programování jsme se na stránkách automatizace.hw.cz již několikrát vraceli. Vzhledem k poměrně častým dotazům některých čtenářů a prakticky neexistujícího manuálu k programování se dnes podíváme na jednoduché použití specializovaných funkčních bloků pro měření a řízení výšky hladiny v nádržích a čerpání kapalin. Je to jednodušší, než by se na první pohled mohlo zdát.

S PLC Millenium3 francouzské společnosti Crouzet jste se mohli setkat na stránkách serveru automatizace.hw.cz již mnohokrát. Proti jiným levným malým PLC se hlavně vyznačuje velmi jednoduchým programováním méně náročných aplikací prostřednictvím propojování funkčních bloků, přičemž některé realizují celé rozsáhlejší výpočetní či regulační funkce, které byste u jiných PLC museli sami pracně tvořit z více bloků. Tentokrát se podíváme na využití zajímavých bloků primárně určených pro potřeby měření a regulace v oblasti řízení vytápění či dopravy vody či jiných kapalných či sypkých materiálů. Konkrétně si uděláme měření a zobrazení hodnoty průtoku a jednoduchého měření a řízení úrovně kapaliny v nádrži.

Popis ukázkové aplikace:

Měření hodnoty průtoku a úrovně hladiny kapaliny v nádrži, jeho zobrazení na displeji PLC a v závislosti na výšce hladiny jednoduché řízení rychlosti čerpadla.

Řešení:

Pro tuto aplikaci se velmi hodí pro tyto účely výrobcem připravené funkční bloky, které v programovacím softwaru „Crouzet Logic Software M3“ najdete pod záložkou „FBD_C“. Hlavně jde o bloky:

„FLOW“ = převodník výstupu ze dvou tlakových čidel na hodnotu průtoku v litrech/s
„LEVEL“ = výpočet úrovně hladiny v centimetrech z hodnot jednoho či více čidel tlaku
„PRESSURE GAIN“ = kalibrace výstupní hodnoty čidla tlaku s analogovým výstupem
„GAIN“ = kalibrace výstupní hodnoty libovolného čidla s analogovým výstupem
„HL SWITCH“ = přepnutí ovládacích parametrů motorů na základě stavu dvoustavového signálu.
„MOTOR MULTIPLEXER“ = přepínač signálů pro řízení pohonů

Celkové „zapojení programu“ je patrné z níže uvedeného obrázku:

Zapojení příkladu aplikace s měřením průtoku a hladiny v nádrži.

Na levé straně jsou 4 vstupy:

1x dvoustavový provádějící zapnutí či vypnutí funkce běhu programu
3x analogový 0-10V pro připojení výstupů 3 čidel tlaku kapaliny (dva pro měření průtoku a jeden pro měření výšky hladiny v nádrži)

Na pravé straně jsou pak dva výstupy:

1x klasický spínaný zapínající a vypínající běh motoru čerpadla
1x spínaný PWM výstup určující rychlost čerpadla

I při použití frekvenčního měniče pro řízení motoru čerpadla je výhoda tohoto použití PWM výstupu proti analogovému výstupu 0-10V či 4-20 mA v použití levnější konfigurace PLC Millenium3. Zatímco PWM výstup podporuje již základní jednotka v provedení s rychlými tranzistorovými výstupy (pomalé reléové výstupy toto samozřejmě nepodporují), např. CD12 24VDC, v případě požadavku analogového výstupu, které základní jednotka nemá, byste si museli pořídit jednotku alespoň XD10 a spolu s ní rozšiřující modul analogových vstupů/výstupů, který je sám o sobě skoro stejně drahý jako jednotka CD12. Takže se Vám rázem náklady na PLC více než zdvojnásobí.

Protože základní vstupy PLC Millenium3 jsou 10 bitové, maximální číslo, které můžete v programu z nich získat je 1024. (rozsah 0 až 1024). Vnitřní výpočty jsou však 16bitové, tedy v programu se pracuje s rozsahem čísel -32 768 až +32 767 , je pro některé bloky nutno hodnotu zvýšit. Navíc je vhodné v programu nechat možnost provést snadné doladění výstupní hodnoty snímače i v případě, kdy obvykle svoje naladění rozsahu a výstupu má i sám snímač. K tomuto účelu slouží právě bloky „GAIN“ a „PRESSURE GAIN“. Zatímco první z nich je univerzální a vhodný pro jakékoliv čidlo s analogovým výstupem a umožňuje zesílení, zeslabení či stejnosměrný (offset) posun signálu, druhý blok zároveň i podporuje automatický převod zvoleného rozsahu tlaku snímače na ekvivalentní analogový, resp. přesněji digitalizovaný analogový signál. Hlavně je určen pro tlakové snímače Crouzet, ale lze to použít i pro snímače jiných výrobců majících stejné měřící rozsahy.

Zatímco funkční blok "GAIN" umožňuje jen číselně škálovat signál dle potřeby (obr. vlevo), blok "PRESSURE GAIN" mimo to umožňuje i rovnou definovat rozsah připojeného senzoru tlaku a automaticky upraví jeho výstupní rozsah (obr. vpravo).

Hodnoty tlaku v milibarech pak v programu slouží jednak pro výpočet průtoku, jednak pro výpočet výšky hladiny v nádrži. V prvním případě využijete bloku „FLOW“, který je velmi cenný v tom, že v jeho nastavení si zvolíte přímo na jakém principu je Vaše měření průtoku založeno a zadáte jen hustotu kapaliny a blok prostě již sám od sebe rozdíl tlaků v reálném čase přepočítává na hodnoty aktuálního průtoku – viz obrázek níže.

Nemusíte se tedy vůbec zabývat nějakými vzorci. Samozřejmě bylo by možné rovnou použít na měření průtoku nějaký sofistikovaný průtokoměr, ale jejich cena je mnohonásobně větší než cena jednoduchých snímačů tlaku.

Ukázka nastavení fukčního bloku "FLOW" (obr. vlevo) a "LEVEL" (obr. vpravo).

Měření tlaku v nádrži pak využívá i blok „LEVEL“ pro výpočet výšky hladiny v centimetrech. Zde můžete potřebovat 1 až 3 snímače, podle toho jaký typ nádrže a jaký typ produktu hodláte využívat. Konkrétně vám poradí tabulka, která se nachází v nastavení parametrů bloku – viz. obrázek níže.

V mém případě jsem předpokládal použití otevřené nádrže a měření obyčejné vody a tedy stačí použít jeden snímač, který bude u dna nádrže měřit hydrostatický tlak sloupce vody. Pro tento účel je možné v nastavení i zadat hodnotu „kolik vody je v nádrži předtím, než začne pracovat snímač“. Je tedy o takový offset hodnoty úrovně hladiny.

Pak již prakticky zbývají jen dva zajímavé bloky a to blok umožňující rozdělit spojitý signál do 5 různých pásem („HL SWITCH“ ) a pak blok přepínání parametrů řízení motoru („MOTOR MULTIPLEXER“). Ten první na základě definovaných spínacích úrovní sepne jeden ze svých 5 spínaných výstupů podle toho, do jakého pásma aktuálně spojitý signál hodnoty výšky hladiny zapadá. Podle toho se pak zapíná příslušná jedna ze dvou úrovní rychlosti ovládání čerpadla.

A to je prakticky vše...

Parametry přeloženého prográmku (obr. vlevo) a jeho simulace běhu výše popsaného programu i s ukázkou zobrazení na displeji PLC (obr. vpravo).

Závěrem...

Výše uvedené funkční bloky realizují za uživatele PLC mnoho práce, ale na druhou stranu, pokud přímo nerealizujete regulaci dopravy kapaliny, jsou k ničemu. To vše koresponduje se zaměřením výrobce i na klientelu potenciálních uživatelů PLC, kteří nejsou přímo specializovaní programátoři a vývojáři, ale potřebují si co nejjednodušeji realizovat jednu či jen několik jednoduchých aplikací.