Νέα μονάδα MITSUBISHI Q64AD

Mitsubishi Q64AD | Σειρά MELSEC-Q Μονάδα Αναλογικού σε Ψηφιακό Μετατροπέα 4 Καναλιών — Είσοδος Τάσης και Ρεύματος, Ανάλυση 16-Bit, 80µs/Κανάλι, EEPROM, Ενσωματωμένη Απομόνωση

Αριθμός Εξαρτήματος: Q64AD

Κατασκευαστής: Mitsubishi Electric Corporation (Ιαπωνία)

Σειρά Προϊόντων: Σειρά MELSEC-Q — Αναλογικές Μονάδες Εισόδου/Εξόδου

Ενδείξεις LED: RUN (κανονική λειτουργία/σφάλμα watchdog), ERROR (κατάσταση σφάλματος)

Εργαλείο Διαμόρφωσης: GX Configurator-AD (ή εργαλείο έξυπνης μονάδας λειτουργίας GX Works2)

Συμβατές CPU: Όλες οι μονάδες CPU της σειράς MELSEC-Q που λειτουργούν σε λειτουργία Q

Κατάσταση: Ενεργό προϊόν (πλατφόρμα MELSEC-Q)

Εφαρμογές: Απόκτηση μεταβλητών διεργασίας, μέτρηση ροής και πίεσης, είσοδος πομπού θερμοκρασίας, έλεγχος PID, ανάδραση ταχύτητας μετατροπέα, καταγραφή δεδομένων πολλαπλών αισθητήρων

Επισκόπηση

Η Mitsubishi Q64AD εντάσσεται στη σειρά αναλογικών μονάδων της πλατφόρμας MELSEC-Q ως ο γενικής χρήσης, υψηλής ανάλυσης, τετρακάναλος μετατροπέας Α/Δ — η μονάδα που καλύπτει τα τυπικά βιομηχανικά εύρη σήματος (τόσο τάσης όσο και ρεύματος, σε όλες τις συνήθεις κλίμακες) σε μία συμπαγή υποδοχή.

Για εφαρμογές ελέγχου διεργασιών, παρακολούθησης συνθηκών και συστήματα κλειστού βρόχου ανάδρασης που βασίζονται στον PLC της σειράς Q, η Q64AD παρέχει την υποδομή αναλογικής εισόδου που απαιτείται από το πρόγραμμα της CPU για να εργαστεί με πραγματικές μετρούμενες μεταβλητές.

Η αρχιτεκτονική backplane της MELSEC-Q με υποδοχές σημαίνει ότι η προσθήκη δυνατότητας αναλογικής εισόδου είναι θέμα επιλογής υποδοχής, τοποθέτησης της μονάδας και διαμόρφωσής της μέσω του λογισμικού μηχανικής.

Δεν υπάρχει ξεχωριστή τροφοδοσία για καλωδίωση, δεν υπάρχει θέση σε DIN rail για διαπραγμάτευση, και δεν υπάρχει καλώδιο επικοινωνίας για δρομολόγηση — η μονάδα λαμβάνει την τροφοδοσία λογικής 5V του backplane για τα εσωτερικά της κυκλώματα και αντλεί 24V DC από τον ακροδέκτη για το αναλογικό τμήμα.

Το πλάτος υποδοχής 27,4 mm της Q64AD την καθιστά αρκετά στενή ώστε μια πλήρως εξοπλισμένη μονάδα βάσης της σειράς Q με 12 υποδοχές να μπορεί να φιλοξενήσει ένα ουσιαστικό μείγμα αναλογικών και ψηφιακών μονάδων χωρίς ο πίνακας να γίνεται ανεξέλεγκτα μεγάλος.

Αυτό που ενδιαφέρει περισσότερο τους μηχανικούς που εργάζονται με αισθητήρες διεργασιών είναι η ακεραιότητα του σήματος και η επαναληψιμότητα — ότι η ψηφιακή τιμή που διαβάζει η CPU αντιστοιχεί πραγματικά στη φυσική μέτρηση, μέρα με τη μέρα, χωρίς μετατόπιση από αλλαγές θερμοκρασίας περιβάλλοντος ή κύκλους ενεργοποίησης/απενεργοποίησης.

Η Q64AD αντιμετωπίζει αυτό άμεσα: η ανάλυση μετατροπής 16-bit παρέχει 65.536 επίπεδα κβαντισμού σε κάθε εύρος εισόδου (για παράδειγμα, περίπου 0,30mV ανά μέτρηση στην κλίμακα ±10V), η EEPROM της αποθηκεύει τις βαθμονομημένες τιμές offset και gain μη πτητικά, ώστε να επιβιώνουν από κύκλους τροφοδοσίας χωρίς εφεδρική μπαταρία, και η απομόνωση φωτοζεύγους μεταξύ των ακροδεκτών εισόδου και του δίαυλου backplane αποτρέπει τα ρεύματα βρόχου γείωσης από το να αλλοιώσουν τη μέτρηση.

Βασικές Προδιαγραφές

Επιλογή Εύρους Εισόδου — Διαμόρφωση ανά Κανάλι

Κάθε ένα από τα τέσσερα κανάλια της Q64AD μπορεί να ανατεθεί στο δικό του εύρος εισόδου ανεξάρτητα από τα άλλα κανάλια.

Μια εγκατάσταση μηχανής μπορεί να συνδέσει έναν πομπό πίεσης ±10V στο κανάλι 1, έναν αισθητήρα ροής 4–20mA στο κανάλι 2, μια ανάδραση θέσης 0–10V στο κανάλι 3, και έναν πομπό θερμοκρασίας 1–5V στο κανάλι 4 — όλα ενεργά ταυτόχρονα στα αντίστοιχα εύρη τους από την ίδια μονάδα.

Η ανάθεση εύρους γίνεται στις ρυθμίσεις διακόπτη έξυπνης μονάδας λειτουργίας στο GX Developer ή στο GX Works2. Μόλις διαμορφωθεί, οι εσωτερικοί καταχωρητές εύρους της μονάδας αποθηκεύουν τη ρύθμιση και εφαρμόζουν τη σωστή χαρακτηριστική μετατροπής για κάθε κανάλι.

Η χαρακτηριστική μετατροπής εισόδου/εξόδου είναι μια ευθεία γραμμή μέσω της τιμής offset (η τιμή αναλογικής εισόδου που παράγει ψηφιακή έξοδο 0) και της τιμής gain (η τιμή αναλογικής εισόδου που παράγει τη μέγιστη ψηφιακή έξοδο).

Και οι δύο τιμές είναι ρυθμιζόμενες για να προσαρμόσουν τη μετατροπή στα πραγματικά χαρακτηριστικά εξόδου του συγκεκριμένου αισθητήρα — μια βαθμονόμηση εργοστασίου που λαμβάνει υπόψη τη διακύμανση από αισθητήρα σε αισθητήρα χωρίς να απαιτείται ρύθμιση της ίδιας της Q64AD.

Η αποθήκευση στην EEPROM διασφαλίζει ότι τα δεδομένα βαθμονόμησης που έχουν οριστεί κατά την έναρξη λειτουργίας παραμένουν χωρίς εφεδρική μπαταρία.

Κατά την εκκίνηση, η Q64AD διαβάζει τις αποθηκευμένες τιμές offset και gain από την EEPROM και αρχίζει αμέσως τη μετατροπή με τις βαθμονομημένες χαρακτηριστικές — ένα πρακτικό όφελος για εγκαταστάσεις όπου τα προγράμματα αντικατάστασης μπαταριών είναι δύσκολο να διατηρηθούν, ή όπου η μονάδα μπορεί να απενεργοποιείται και να επανεκκινείται επανειλημμένα κατά τη συντήρηση του μηχανήματος.

Ταχύτητα Μετατροπής και Μέσος Όρος

Με 80 µs ανά ενεργό κανάλι, η Q64AD μετατρέπει γρήγορα — μια πλήρης σάρωση 4 καναλιών ολοκληρώνεται σε 320 µs, ανανεώνοντας όλες τις τιμές μνήμης buffer των τεσσάρων καναλιών πριν από τη λήξη του τυπικού κύκλου σάρωσης της CPU της σειράς Q.

Αυτή η ταχύτητα επιτρέπει στην Q64AD να παρακολουθεί σχετικά γρήγορες μεταβλητές διεργασιών σε πραγματικό χρόνο και να τροφοδοτεί το πρόγραμμα της CPU με τρέχουσες μετρήσεις σε κάθε σάρωση.

Για εφαρμογές όπου το αναλογικό σήμα περιέχει ηλεκτρικό θόρυβο που παράγει ορατό τρεμόπαιγμα στη μέτρηση — καλώδια αισθητήρων που περνούν κοντά από εξοπλισμό υψηλής ισχύος, μη θωρακισμένα καλώδια κοντά σε VFD, ή εγγενώς θορυβώδεις πηγές σήματος — η λειτουργία ψηφιακού μέσου όρου της Q64AD εξομαλύνει την αναφερόμενη τιμή.

Ο μέσος όρος μπορεί να ρυθμιστεί για κάθε κανάλι ξεχωριστά, επιλέγοντας είτε μέσο όρο βάσει χρόνου (μέσος όρος σε καθορισμένο αριθμό χιλιοστών του δευτερολέπτου) είτε μέσο όρο βάσει μέτρησης (μέσος όρος σε καθορισμένο αριθμό μετατροπών).

Η μέση τιμή είναι αυτή που διαβάζει η CPU από τη μνήμη buffer. Η μονάδα συνεχίζει να μετατρέπει στα 80 µs εσωτερικά και συσσωρεύει δείγματα για τον υπολογισμό του μέσου όρου. Αυτό αφαιρεί τον θόρυβο χωρίς να επιβραδύνει το βασικό υλικό μετατροπής.

Διεπαφή Μνήμης Buffer — Πώς η CPU Διαβάζει τις Μετατρεπόμενες Τιμές

Η Q64AD επικοινωνεί με την CPU μέσω μνήμης buffer — μια αποκλειστική περιοχή μνήμης εντός της μονάδας στην οποία έχει πρόσβαση η CPU χρησιμοποιώντας τις εντολές FROM/TO (ή τη συσκευή άμεσης πρόσβασης έξυπνης μονάδας λειτουργίας στα δομημένα προγράμματα GX Works2).

Οι βασικές περιοχές μνήμης buffer είναι: ψηφιακή τιμή εξόδου CH□ (το τρέχον αποτέλεσμα μετατροπής Α/Δ για κάθε κανάλι), ενεργοποίηση/απενεργοποίηση μέσου όρου CH□, τιμές offset/gain CH□, και καταχωρητές κατάστασης σφάλματος.

Η CPU διαβάζει την ψηφιακή μετατρεπόμενη τιμή του καναλιού από τη διεύθυνση μνήμης buffer του στο πρόγραμμα κλίμακας, συνήθως την αποθηκεύει σε έναν καταχωρητή δεδομένων για περαιτέρω επεξεργασία — κλιμάκωση σε μηχανικές μονάδες, σύγκριση με σημεία ρύθμισης, χρήση σε βρόχους PID, ή καταγραφή σε καταγραφέα δεδομένων.

Η μετατροπή συμβαίνει συνεχώς εντός της Q64AD ανεξάρτητα από το αν η CPU διαβάζει τη μνήμη buffer ή όχι. Η μνήμη buffer απλώς κρατά το πιο πρόσφατο ολοκληρωμένο αποτέλεσμα μετατροπής μέχρι να αντικατασταθεί από την επόμενη μετατροπή.

Συχνές Ερωτήσεις

Ε1: Η Q64AD καταλαμβάνει 16 σημεία εισόδου/εξόδου. Επηρεάζει αυτό τον διαθέσιμο αριθμό διακριτών σημείων εισόδου/εξόδου της CPU της σειράς Q;

Ναι. Οι έξυπνες μονάδες λειτουργίας όπως η Q64AD καταλαμβάνουν έναν καθορισμένο αριθμό σημείων εισόδου/εξόδου στον χάρτη εισόδου/εξόδου της CPU, παρόλο που δεν είναι διακριτές μονάδες εισόδου ή εξόδου.

Η κατανομή 16 σημείων χρησιμοποιείται για τα δικά της σήματα ανταλλαγής δεδομένων της μονάδας — σήματα κατάστασης λειτουργίας και σήματα ελέγχου — αλλά αυτά τα 16 σημεία δεν αντιστοιχούν σε φυσικούς ακροδέκτες εισόδου ή εξόδου. 

Οι πραγματικές αναλογικές μετατρεπόμενες τιμές διαβάζονται μέσω εντολών FROM που έχουν πρόσβαση στη μνήμη buffer της μονάδας, όχι μέσω του χάρτη εισόδου/εξόδου.

Η κατανομή 16 σημείων εισόδου/εξόδου πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στον συνολικό αριθμό σημείων εισόδου/εξόδου του συστήματος, καθώς κάθε μονάδα βάσης της σειράς Q έχει μια καθορισμένη μέγιστη χωρητικότητα σημείων εισόδου/εξόδου.

Ε2: Τι συμβαίνει αν η τάση εισόδου υπερβεί τη μέγιστη ονομαστική ±15V — θα καταστραφεί η μονάδα;

Τα κυκλώματα εισόδου της Q64AD περιλαμβάνουν προστασία από τάσεις εισόδου έως ±15V για εισόδους τάσης και ±30mA για εισόδους ρεύματος.

Σήματα εντός αυτών των ορίων δεν θα καταστρέψουν τη μονάδα. Σήματα που υπερβαίνουν στιγμιαία αυτά τα όρια — παροδικά από αποσύνδεση καλωδίου, σφάλματα γείωσης ή κοντινό εξοπλισμό μεταγωγής — μπορεί να προκαλέσουν σφάλματα μετατροπής κατά τη διάρκεια του παροδικού συμβάντος, αλλά δεν θα πρέπει να καταστρέψουν το υλικό εάν η υπέρβαση είναι σύντομη και εντός των απόλυτων μέγιστων ονομαστικών τιμών. 

Συνεχείς τάσεις σημαντικά υψηλότερες από αυτά τα επίπεδα, ή άμεση σύνδεση δικτυακής τάσης AC στους ακροδέκτες εισόδου, θα κατέστρεφαν τα κυκλώματα εισόδου.

Η απομόνωση φωτοζεύγους προστατεύει το backplane και την CPU από ζημιές, ακόμη και αν το αναλογικό κύκλωμα εισόδου έχει υποστεί βλάβη.

Ε3: Μπορεί η μονάδα Q64AD να βαθμονομηθεί στο πεδίο, και πώς γίνεται αυτό;

Οι τιμές offset και gain της Q64AD μπορούν να ρυθμιστούν στο πεδίο μέσω των ρυθμίσεων διακόπτη έξυπνης μονάδας λειτουργίας και της λειτουργίας ρύθμισης offset/gain που υποστηρίζεται από το GX Configurator-AD.

Στη λειτουργία ρύθμισης offset/gain (ενεργοποιείται μέσω εγγραφής στη μνήμη buffer), ο μηχανικός εφαρμόζει γνωστές τάσεις ή ρεύματα αναφοράς στην είσοδο και γράφει την αντίστοιχη επιθυμητή ψηφιακή τιμή στη μονάδα — η μονάδα υπολογίζει τον συντελεστή διόρθωσης και τον αποθηκεύει στην EEPROM. 

Αυτή η διαδικασία επιτρέπει τη σύγκριση της μετατροπής της Q64AD με τα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά των συνδεδεμένων αισθητήρων, διορθώνοντας τη διακύμανση από αισθητήρα σε αισθητήρα, την πτώση τάσης του καλωδίου, ή μικρές διαφορές στην τάση αναφοράς της εγκατάστασης.

Ε4: Πόσες μονάδες Q64AD μπορούν να εγκατασταθούν σε ένα σύστημα της σειράς Q;

Ο αριθμός των μονάδων Q64AD δεν περιορίζεται αυστηρά από τον τύπο της μονάδας, αλλά από τη συνολική χωρητικότητα σημείων εισόδου/εξόδου και τον αριθμό των υποδοχών της μονάδας βάσης.

Ένα τυπικό σύστημα της σειράς Q υποστηρίζει έως και 64 υποδοχές σε πολλαπλές μονάδες βάσης που συνδέονται μέσω καλωδίων επέκτασης βάσης. 

Κάθε Q64AD καταλαμβάνει μία υποδοχή (πλάτους 27,4 mm) και 16 σημεία εισόδου/εξόδου.

Ένα σύστημα με 64 υποδοχές υποστηρίζει θεωρητικά 64 μονάδες Q64AD, παρέχοντας 256 αναλογικά κανάλια εισόδου — αν και στην πράξη, οι προϋπολογισμοί ισχύος του συστήματος, οι διαμορφώσεις των μονάδων βάσης και η μίξη με άλλους τύπους μονάδων θα καθορίσουν τον πραγματικό αριθμό.

Ε5: Υποστηρίζει η Q64AD μέσο όρο ανά μεμονωμένο κανάλι, ή εφαρμόζεται ο μέσος όρος σε όλα τα κανάλια ταυτόχρονα;

Ο μέσος όρος είναι διαμορφώσιμος ανά μεμονωμένο κανάλι.

Κάθε κανάλι έχει τη δική του ενεργοποίηση/απενεργοποίηση μέσου όρου και ρύθμιση μέσου όρου στη μνήμη buffer — το κανάλι 1 μπορεί να έχει ενεργοποιημένο μέσο όρο βάσει χρόνου 50ms, ενώ το κανάλι 2 λειτουργεί χωρίς μέσο όρο, το κανάλι 3 χρησιμοποιεί μέσο όρο βάσει μέτρησης 10 δειγμάτων, και το κανάλι 4 είναι επίσης χωρίς μέσο όρο. 

Αυτή η ανεξαρτησία ανά κανάλι επιτρέπει στη μονάδα να βελτιστοποιηθεί για τα χαρακτηριστικά κάθε σήματος χωρίς να διακυβεύεται η απόκριση των ταχύτερα μεταβαλλόμενων καναλιών.