Sensor — обработка аналогового датчика

Sensor подключает аналоговый датчик к программе и выдаёт понятное показание: температуру, давление, уровень. Например, ток 4–20 мА превращается в давление 0–10 бар. Компонент также сообщает об ошибке датчика и сглаживает колебания показаний.

Подключите датчик к Sensor один раз, затем используйте его показание в регуляторах и других компонентах. Sensor проверяет сам датчик и его электрический сигнал. Такие условия, как «давление воды слишком низкое», задаются отдельно по полученному показанию.

Состав и связи

В компонент входят обработка датчика и фильтр измерения. Подключите исходный вход один раз, затем используйте готовое измерение и ошибку во всех нужных узлах.

Первое подключение

Заполняйте пример в таблице «Параметры» (Params) добавленного компонента. Как добавить компонент и где искать настройки.

Перед генерацией выберите вариант работы с MetaLab: добавить готовые сценарии или пока отключить их создание.

Рассмотрим датчик давления PT101: выход 4–20 мА соответствует давлению 0–10 бар. В примере аналоговый модуль передаёт код 0–27648 для электрической шкалы 0–20 мА.

1. Подключите канал датчика

Подключите исходное измерение к Sensor один раз. Дальше используйте результаты Sensor, включая признак ошибки.

2. Заполните основные параметры

Остальные параметры пока оставьте начальными. От CabinetController датчик получает общий сброс ошибок.

3. Разделите шкалу модуля и шкалу датчика

Здесь нужны две шкалы. Первая описывает аналоговый модуль: какому току соответствует его числовой код. Вторая описывает датчик: какому давлению соответствует этот ток.

В примере модуль выдаёт 0–27648 для тока 0–20 мА. Если ваш модуль выдаёт те же коды для 4–20 мА, укажите SensEVMin = 4.0 и SensEVMax = 20.0. Границы кода берите из настройки своего модуля, а диапазон давления — из паспорта датчика.

4. Используйте результаты

Компоненты PID, PIDD, TwoStep и ThreeStep подключаются к Sensor по ID PT101. Они используют сглаженное измерение и проверяют ошибку датчика.

5. Как это будет работать

По умолчанию сглаживание использует три отсчёта с периодом 1 секунда. После изменения входа сглаженное давление постепенно принимает новое значение.

Если ток упадёт ниже 3 мА, превысит 21 мА или появится ошибка канала, Sensor сформирует ошибку. Эти диагностические границы и задержки можно изменить в настройках. При начальных настройках после устранения причины ошибка снимается автоматически.

Преобразование и корректировка измерения

Показание проходит несколько шагов:

1. Число от аналогового модуля переводится в ток или напряжение.
2. Ток или напряжение переводится в температуру, давление или другую измеряемую величину.
3. При необходимости значение корректируется коэффициентом SensK и добавкой SensAdd.
4. При ошибке или слишком низком электрическом сигнале вместо показания берётся заранее заданное число.
5. Результат усредняется, чтобы показания меньше колебались.

Обозначение EV означает электрическую величину — например, ток в мА. FV означает физическую величину — например, давление в барах.

Коэффициент и добавка

После пересчёта шкал значение умножается на SensK, затем к нему прибавляется SensAdd. Например, при исходном результате 5 бар, коэффициенте 1 и добавке 0,1 бар получается 5,1 бар.

SensFVLimit = true ограничивает результат второго пересчёта границами физической шкалы. Коэффициент и добавка применяются после этого ограничения.

Что показывать при слишком низком сигнале и ошибке

SensEVZP задаёт нижнюю точку электрического сигнала, а SensFVZP — число, которое нужно показывать ниже этой точки. Например, ниже 4 мА можно показывать 0 бар. Этот пересчёт выполняется сразу, без ожидания задержки аварии.

В примере с датчиком 4–20 мА при 3,5 мА измерение станет равным 0 бар, но ошибка нижней границы ещё не возникнет: её порог — 3 мА. При зафиксированной ошибке также используется SensFVZP.

Число, выбранное на случай ошибки, тоже проходит сглаживание. Поэтому после ошибки показание некоторое время может сохранять часть прежнего значения. Чтобы понять, можно ли ему доверять, вместе с показанием используйте сигнал out_bError.

Готовое значение без пересчёта шкал

Если на вход уже приходит готовая температура или давление, укажите SensEnScale = false. Тогда пересчёта двух шкал не будет: компонент возьмёт значение Raw, умножит его на коэффициент и прибавит поправку.

В этом случае проверьте пороги ошибки и точку нуля: они сравниваются уже с готовым показанием. Например, начальная точка нуля 4.0 не подходит для температуры, которая бывает ниже 4 °C. Если проверка этих границ не нужна, выключите её через SensLimitBypass.

Ошибки, задержки и сброс

Sensor контролирует две независимые причины:

Ошибка появляется, если причина не исчезла за время задержки. Ровно на нижней или верхней границе ошибки нет — значение должно выйти за неё. При задержке 0 проверка срабатывает без ожидания.

При SensAutoReset = true ошибка исчезает сама, когда датчик снова исправен. При false нужно сначала устранить причину, затем подать общий сброс от SensParent.out_bFaultReset. Сброс не отменяет неисправность, которая ещё присутствует.

Шунты

Каждую из двух проверок можно отключить отдельно. Если автоматический сброс выключен, одного включения шунта недостаточно, чтобы убрать уже появившуюся ошибку: нужен также сброс. При включённом автосбросе она исчезнет после включения соответствующего шунта.

Сглаживание

Фильтр усредняет последние отсчёты физического значения. Период задаётся в секундах, количество отсчётов — целым числом.

Для усреднения задайте количество от 2 до 10. При количестве 1, 0, отрицательном значении или значении больше 10 фильтр передаёт вход без сглаживания. Период 0 обновляет усреднение каждый цикл программы.

При первом запуске фильтр заполняет историю текущим значением, поэтому первое показание не усредняется с искусственными нулями.

Параметры компонента — Params

Обозначение и вход

Шкалы и корректировка

Параметры шкал задают начальные значения соответствующих настроек Conf.

Обозначения единиц не меняют расчёт. Численные границы задаются отдельно. Нижняя и верхняя границы каждой входной шкалы должны различаться.

Диагностика и сглаживание

Собственные настройки Sensor создаются по SensId. Отдельного параметра для общего набора настроек нескольких датчиков нет.

Настройки во время работы — Conf

Полные имена приведены для SensId = PT101. В столбце начальных значений показаны значения исходного компонента. Они заменяются значениями Params при подготовке проекта: например, в описанном подключении верхняя физическая граница будет 10 бар.

Шкалы и корректировка

Диагностика и сглаживание

Калибровка

При калибровке вы показываете компоненту, какой ток или напряжение датчик фактически выдаёт на известном нижнем и верхнем значении. Эти измеренные числа становятся границами пересчёта.

1. Подайте сигнал, соответствующий известному нижнему значению физической величины, и дождитесь устойчивого показания.
2. Установите команду калибровки нижней точки.
3. Подайте сигнал для известного верхнего значения и установите команду калибровки верхней точки.

После обработки компонент снимает команду. Физические границы fYMin и fYMax задаются отдельно и при калибровке не меняются.

Например, для нижней физической точки 0 бар измеренный ток оказался равен 4,02 мА. Калибровка нижней точки запишет 4,02 мА в fXMin, и эта электрическая величина будет соответствовать 0 бар.

Выходы компонента

Для обычного регулирования используйте PT101_SensFilter_Inst.out_fY вместе с PT101_Sensor_Inst.out_bError. Если один датчик нужен нескольким компонентам, передавайте им эти же результаты.

Перед генерацией

Если сейчас нужна только программа, откройте у этого компонента область «Экспорт MetaLab» и удалите заполненные строки в своём проекте. После этого можно генерировать без сценариев.

Если будете выполнять виртуальную наладку, оставьте экспорт и импортируйте в раздел MetaLab следующие компоненты из полного архива MetaKit:

Один шаблон достаточно добавить один раз, даже если он нужен нескольким механизмам. Сохраните указанные имена: по ним MetaPlatform находит нужный сценарий. Сами значения для механизмов будут подставлены при генерации.

При заполненном экспорте отсутствие шаблона остановит генерацию. Этот шаг нужен для MetaCore, CODESYS 3.5 и Siemens TIA Portal; для CODESYS 2.3 сценарии MetaLab не создаются.