Programowalny sterownik logiczny MITSUBISHI PLC FX3U-4AD-ADP

Mitsubishi FX3U-4AD-ADP | MELSEC-F Seria FX3U 4-kanałowy adapter wejść analogowych — 0–10VDC / 4–20mA, 16-bitowe napięcie / 15-bitowy prąd, bezprogramowy, 24VDC, 27,4×90×75mm

Przegląd

Mitsubishi FX3U-4AD-ADP to czterokanałowy adapter wejść analogowych dla rodziny kompaktowych sterowników PLC MELSEC FX3U. Oznaczenie "ADP" odróżnia ten moduł od standardowego typu "jednostki funkcyjnej" — gdzie jednostka funkcyjna łączy się z prawą stroną jednostki głównej FX3U na szynie DIN i liczy się do budżetu jednostek rozszerzeń sterownika PLC, adapter ADP fizycznie mocuje się do lewej strony jednostki głównej FX3U i działa poprzez bezpośrednie połączenie, które nie zużywa punktów I/O ani slotów jednostek funkcyjnych.

Ten sposób mocowania sprawia, że FX3U-4AD-ADP jest szczególnie atrakcyjny dla kompaktowych zastosowań sterowania maszynami, gdzie FX3U jest już blisko swojego limitu rozszerzeń, lub gdzie dodanie możliwości analogowych bez zużycia punktów I/O jest priorytetem projektowym systemu.

Maszyna wykorzystująca FX3U z pełnym zestawem cyfrowych modułów rozszerzeń może nadal dodać FX3U-4AD-ADP, aby uzyskać cztery wejścia analogowe bez konieczności przeprojektowania alokacji I/O lub łańcucha jednostek funkcyjnych.

Bezprogramowe działanie jeszcze bardziej zwiększa tę wygodę. W standardowej jednostce funkcyjnej programista sterownika PLC pisze dedykowane instrukcje FROM/TO (lub polecenia pamięci buforowej), aby odczytać wartości analogowe z modułu i zapisać je do rejestrów danych programu głównego.

FX3U-4AD-ADP całkowicie omija ten wymóg: po zainstalowaniu i skonfigurowaniu adapter automatycznie przesyła swoje cztery odczyty analogowe do predefiniowanych specjalnych rejestrów danych (D8280 do D8299 dla pierwszego adaptera, z kolejnymi adapterami w zdefiniowanych zakresach rejestrów).

Program sterownika PLC po prostu odczytuje te rejestry za pomocą standardowych instrukcji MOV lub arytmetycznych — nie są potrzebne żadne dedykowane instrukcje komunikacji analogowej.

Kluczowe specyfikacje

Wybór trybu na kanał — napięcie lub prąd

FX3U-4AD-ADP obsługuje zarówno sygnały napięciowe, jak i prądowe, ale wybór jest na kanał — nie na moduł. Każdy z czterech kanałów może być niezależnie skonfigurowany dla napięcia (0–10V DC) lub prądu (4–20mA), co pozwala pojedynczemu adapterowi na jednoczesne odbieranie sygnałów z nadajników wyjściowych napięciowych i prądowych w tej samej maszynie.

Konfiguracja odbywa się za pośrednictwem programu sterownika PLC, poprzez zapis do odpowiednich specjalnych rejestrów danych, które sterują trybem pracy FX3U-4AD-ADP. Po ustawieniu tryb pozostaje aktywny po cyklach zasilania, pod warunkiem, że ustawienie jest zapisane w początkowym przetwarzaniu sterownika PLC.

W przypadku maszyn z mieszanymi typami czujników — niektóre czujniki generują sygnał 0–10V (wzmacniacze zbliżeniowe typu napięciowego, niektóre nadajniki temperatury), a inne 4–20mA (większość przemysłowych nadajników pętli prądowej) — ta elastyczność na kanał oznacza, że jeden FX3U-4AD-ADP pokrywa pełne zapotrzebowanie na wejścia analogowe bez potrzeby stosowania oddzielnych modułów dla każdego typu sygnału.

12-bitowa rozdzielczość napięcia — precyzja pomiaru

12-bitowa konwersja analogowo-cyfrowa dla wejść napięciowych dzieli zakres 0–10V na 4096 dyskretnych kroków, dając rozdzielczość napięcia około 2,5mV na krok.

Dla większości zastosowań pomiaru procesów — temperatury z nadajnika PT100, ciśnienia z przetwornika ciśnienia 0–10V, pozycji z potencjometru liniowego — ta rozdzielczość jest więcej niż wystarczająca.

Nadajnik ciśnienia 0–10V mierzący 0–10 bar z 12-bitową konwersją rozdziela ciśnienie na około 2,4 mbar, co jest dokładniejsze niż dokładność większości samych nadajników ciśnienia.

Rozdzielczość wejścia prądowego przy 11 bitach jest nieco niższa — dzieli zakres 4–20mA na 2048 kroków, co odpowiada około 7,8µA na krok.

W typowym zakresie 4–20mA reprezentującym zakres procesu 0–100%, jest to równoważne rozdzielczości około 0,05% pełnej skali, ponownie dokładniejsze niż specyfikacja dokładności adaptera wynosząca ±0,5–1,0%.

W praktyce niepewność pomiaru jest określana przez specyfikację dokładności, a nie przez rozdzielczość, w normalnych zastosowaniach przemysłowych.

Instalacja i okablowanie

FX3U-4AD-ADP łączy się z lewą stroną jednostki głównej FX3U poprzez dedykowane złącze adaptera — ten sam interfejs mechaniczny, który jest używany przez adaptery komunikacyjne (RS-232C, RS-485, USB) i inne adaptery specjalne w zakresie rozszerzeń lewostronnych FX3U. Do tego łańcucha można podłączyć do czterech jednostek adaptera, z adapterami ponumerowanymi od lewej do prawej (Nr 1 najbliżej jednostki głównej, Nr 4 najdalej na lewo).

Okablowanie terenowe podłącza się przez zaciski śrubowe na bloku zacisków FX3U-4AD-ADP.

Każdy kanał ma dedykowane zaciski wejściowe napięcia (VIN+ i COM) oraz zaciski wejściowe prądu (IIN i COM). 

Wymagane zewnętrzne zasilanie 24V DC dla adaptera podłącza się przez dedykowane zaciski zasilania.

To zasilanie 24V jest oddzielne od własnego zasilania FX3U, chociaż w praktyce to samo zasilanie panelowe 24V DC zazwyczaj zasila oba.

FAQ

P1: Czy FX3U-4AD-ADP działa ze starszymi seriami sterowników PLC FX2N lub FX1N?

Nie. FX3U-4AD-ADP jest mechanicznie i elektrycznie zaprojektowany dla systemu połączeń adapterów FX3U, który jest specyficzny dla platform FX3U, FX3UC, FX3G, FX3GE i FX3S. Serie FX2N i FX1N wykorzystują inny system rozszerzeń (jednostki/bloki rozszerzeń prawostronnych) i nie posiadają złącza adaptera po lewej stronie, które jest potrzebne dla modułów typu ADP.

Dla wejść analogowych w systemach FX2N, odpowiednimi wyborami są moduły FX2N-4AD (jednostka funkcyjna) lub FX2N-4AD-TC (termopara).

P2: Ile jednostek FX3U-4AD-ADP można podłączyć do jednej jednostki głównej FX3U?

Do lewej strony jednostki głównej FX3U można podłączyć łącznie do czterech jednostek adaptera ADP (łącząc wszystkie typy adapterów — wejścia analogowe, wyjścia analogowe, komunikacyjne itp.).

W ramach tego limitu można używać wielu jednostek FX3U-4AD-ADP — na przykład dwa adaptery FX3U-4AD-ADP zapewniają osiem kanałów wejść analogowych, zużywając zero punktów I/O. 

Jeśli na jednej jednostce głównej FX3U potrzeba osiem lub więcej kanałów analogowych, może być wymagana kombinacja adapterów ADP i jednostek funkcyjnych (FX3U-4AD lub FX3U-8AD).

P3: Czy FX3U-4AD-ADP może obsługiwać ujemne wejścia napięciowe (poniżej 0V) lub sygnały spoza zakresów 0–10V / 4–20mA?

FX3U-4AD-ADP jest przeznaczony do sygnałów unipolarnych w zakresach 0–10V i 4–20mA. Ujemne napięcia lub sygnały poniżej 4mA (dla trybu prądowego) znajdują się poza określonym zakresem wejściowym modułu.

Dla zastosowań wymagających pomiaru napięcia dwubiegunowego (−10V do +10V) lub pełnego zakresu prądowego −20mA do +20mA, FX3U-4AD (standardowa jednostka funkcyjna) obsługuje te szersze zakresy z rozdzielczością 15-bitową i 14-bitową.

Gdy sygnały wejściowe mogą wykraczać poza zakres 4–20mA (na przykład w przypadku awarii czujnika, gdy nadajnik może generować sygnał 0–3,6mA w celu sygnalizacji awarii), w programie sterownika PLC należy zaimplementować logikę ograniczania wejść i wykrywania awarii.

P4: Specyfikacje podają dokładność ±0,5% dla napięcia i ±1,0% dla prądu. Jakie są warunki dla tych wartości?

Wartości dokładności dotyczą temperatury otoczenia 25°C, gdy sterownik PLC jest w normalnej orientacji roboczej i z stabilnym zasilaniem. W temperaturach innych niż 25°C dokładność pogarsza się wraz z współczynnikiem temperaturowym — zazwyczaj kilka setnych procenta na stopień Celsjusza.

Niższa dokładność wejścia prądowego (±1,0%) w porównaniu do napięcia (±0,5%) odzwierciedla dodatkową niepewność wprowadzoną przez rezystor bocznikowy używany do pomiaru prądu.

Dla krytycznych pomiarów, gdzie ±1,0% jest niewystarczające, należy rozważyć konwerter prądu na napięcie przed adapterem lub jednostkę funkcyjną o wyższej dokładności (FX3U-4AD) z większą głębią bitową.

P5: Czy do odczytu wartości analogowych z FX3U-4AD-ADP w programie drabinkowym sterownika PLC wymagane jest specjalne programowanie?

Nie są potrzebne żadne dedykowane instrukcje programowania analogowego. Bezprogramowe działanie FX3U-4AD-ADP oznacza, że wartości konwersji cyfrowej są automatycznie zapisywane do specjalnych rejestrów danych (D8280–D8283 dla kanałów 1–4 pierwszego adaptera, z kolejnymi adapterami używającymi zdefiniowanych przesunięć rejestrów).

Program drabinkowy sterownika PLC odczytuje te rejestry za pomocą standardowych instrukcji transferu danych (MOV, operacje arytmetyczne, kontakty porównania), tak jakby były to inne rejestry danych w pamięci FX3U.

Konfiguracja trybu (napięcie vs prąd na kanał) jest ustawiana poprzez zapis do odpowiednich rejestrów konfiguracyjnych na początku programu.