ماژول جديد ميتسوبيشي Q64AD

میتسوبیشی Q64AD | سری MELSEC-Q ماژول مبدل آنالوگ به دیجیتال 4 کاناله — ورودی ولتاژ و جریان، رزولوشن 16 بیتی، 80 میکروثانیه بر کانال، EEPROM، ایزولاسیون داخلی

شماره قطعه: Q64AD

سازنده: Mitsubishi Electric Corporation (ژاپن)

خط تولید: سری MELSEC-Q — ماژول‌های ورودی/خروجی آنالوگ

نشانگرهای LED: RUN (خطای عادی/نگهبان)، ERROR (وضعیت خطا)

ابزار پیکربندی: GX Configurator-AD (یا ابزار ماژول تابع هوشمند GX Works2)

سی‌پی‌یوهای سازگار: تمام ماژول‌های CPU سری MELSEC-Q که در حالت Q کار می‌کنند

وضعیت: محصول فعال (پلتفرم MELSEC-Q)

کاربردها: اکتساب متغیر فرآیند، اندازه‌گیری جریان و فشار، ورودی فرستنده دما، کنترل PID، بازخورد سرعت اینورتر، ثبت داده‌های چند سنسور

مرور کلی

ماژول Mitsubishi Q64AD در خط تولید ماژول‌های آنالوگ پلتفرم MELSEC-Q به عنوان مبدل آنالوگ به دیجیتال عمومی با وضوح بالا و چهار کاناله قرار دارد — ماژولی که محدوده سیگنال‌های استاندارد صنعتی (هم ولتاژ و هم جریان، در تمام بازه‌های رایج) را در یک اسلات فشرده پوشش می‌دهد.

برای کاربردهای کنترل فرآیند، نظارت بر وضعیت و سیستم‌های بازخورد حلقه بسته که بر اساس PLC سری Q ساخته شده‌اند، Q64AD زیرساخت ورودی آنالوگ مورد نیاز برنامه CPU برای کار با متغیرهای اندازه‌گیری شده دنیای واقعی را فراهم می‌کند.

معماری بک‌پلین اسلات‌بندی شده MELSEC-Q به این معنی است که افزودن قابلیت ورودی آنالوگ به انتخاب یک اسلات، قرار دادن ماژول و پیکربندی آن از طریق نرم‌افزار مهندسی خلاصه می‌شود.

هیچ منبع تغذیه جداگانه‌ای برای سیم‌کشی، موقعیت ریل DIN برای مذاکره، و کابل ارتباطی برای اجرا وجود ندارد — ماژول منبع تغذیه منطقی 5 ولت بک‌پلین را برای مدارهای داخلی خود می‌گیرد و 24 ولت DC را از بلوک ترمینال برای بخش آنالوگ می‌کشد.

عرض اسلات 27.4 میلی‌متری Q64AD آن را به اندازه کافی باریک نگه می‌دارد که یک واحد پایه سری Q با 12 اسلات کاملاً پر شده می‌تواند ترکیبی قابل توجه از ماژول‌های آنالوگ و دیجیتال را بدون اینکه پنل به طور غیرقابل مدیریتی بزرگ شود، در خود جای دهد.

آنچه مهندسان کار با سنسورهای فرآیند بیشتر به آن اهمیت می‌دهند، یکپارچگی سیگنال و تکرارپذیری است — اینکه مقدار دیجیتالی که CPU می‌خواند واقعاً با اندازه‌گیری فیزیکی مطابقت داشته باشد، روز به روز، بدون انحراف از تغییرات دمای محیط یا چرخه‌های روشن/خاموش شدن.

Q64AD مستقیماً به این موضوع می‌پردازد: رزولوشن تبدیل 16 بیتی آن 65,536 سطح کوانتیزاسیون را در هر محدوده ورودی (به عنوان مثال، تقریباً 0.30 میلی‌ولت در هر شمارش در محدوده ±10 ولت) فراهم می‌کند، EEPROM آن مقادیر افست و بهره کالیبره شده را به صورت غیرفرار ذخیره می‌کند تا بدون پشتیبان باتری از چرخه‌های برق جان سالم به در ببرند، و ایزولاسیون فوتوکوپلر آن بین ترمینال‌های ورودی و باس بک‌پلین از جریان‌های حلقه زمین که اندازه‌گیری را خراب می‌کنند، جلوگیری می‌کند.

مشخصات کلیدی

انتخاب محدوده ورودی — پیکربندی در هر کانال

هر یک از چهار کانال Q64AD می‌تواند محدوده ورودی خود را مستقل از کانال‌های دیگر اختصاص دهد.

یک نصب ماشین ممکن است یک فرستنده فشار ±10 ولت را به کانال 1، یک سنسور جریان 4–20 میلی‌آمپر را به کانال 2، یک بازخورد موقعیت 0–10 ولت را به کانال 3، و یک فرستنده دما 1–5 ولت را به کانال 4 متصل کند — همه به طور همزمان در محدوده‌های مربوطه خود از یک ماژول فعال هستند.

اختصاص محدوده در تنظیمات سوئیچ ماژول تابع هوشمند در GX Developer یا GX Works2 انجام می‌شود. پس از پیکربندی، رجیسترهای محدوده داخلی ماژول تنظیم را ذخیره کرده و مشخصه تبدیل صحیح را برای هر کانال اعمال می‌کنند.

مشخصه تبدیل I/O یک خط مستقیم از طریق مقدار افست (مقدار ورودی آنالوگ که خروجی دیجیتال 0 را تولید می‌کند) و مقدار بهره (مقدار ورودی آنالوگ که حداکثر خروجی دیجیتال را تولید می‌کند) است.

هر دو مقدار قابل تنظیم هستند تا تبدیل را برای مشخصات خروجی واقعی سنسور خاص تنظیم کنند — یک کالیبراسیون کارخانه‌ای که تنوع سنسور به سنسور را در نظر می‌گیرد بدون اینکه نیاز به تنظیم خود Q64AD باشد.

ذخیره‌سازی EEPROM تضمین می‌کند که داده‌های کالیبراسیون تنظیم شده در طول راه‌اندازی بدون پشتیبان باتری باقی می‌مانند.

در هنگام روشن شدن، Q64AD مقادیر افست و بهره ذخیره شده خود را از EEPROM می‌خواند و بلافاصله با مشخصات کالیبره شده شروع به تبدیل می‌کند — یک مزیت عملی برای تاسیساتی که برنامه‌های تعویض باتری در آن‌ها دشوار است، یا جایی که ماژول ممکن است در طول نگهداری ماشین بارها خاموش و دوباره روشن شود.

سرعت تبدیل و میانگین‌گیری

با 80 میکروثانیه در هر کانال فعال، Q64AD به سرعت تبدیل می‌کند — یک اسکن کامل چهار کاناله در 320 میکروثانیه تکمیل می‌شود و تمام چهار مقدار حافظه بافر را قبل از پایان چرخه اسکن معمولی CPU سری Q به‌روزرسانی می‌کند.

این سرعت به Q64AD اجازه می‌دهد تا متغیرهای فرآیند نسبتاً سریع را در زمان واقعی ردیابی کرده و اندازه‌گیری‌های فعلی را در هر اسکن به برنامه CPU تغذیه کند.

برای کاربردهایی که سیگنال آنالوگ حاوی نویز الکتریکی است که باعث لرزش قابل مشاهده اندازه‌گیری می‌شود — کابل‌های سنسور در نزدیکی تجهیزات پرقدرت، کابل‌های محافظت نشده در نزدیکی VFDها، یا منابع سیگنال ذاتاً پرنویز — تابع میانگین‌گیری دیجیتال Q64AD مقدار گزارش شده را صاف می‌کند.

میانگین‌گیری را می‌توان برای هر کانال به صورت جداگانه تنظیم کرد، با انتخاب میانگین‌گیری مبتنی بر زمان (میانگین‌گیری در طول تعداد مشخصی میلی‌ثانیه) یا میانگین‌گیری مبتنی بر شمارش (میانگین‌گیری در طول تعداد مشخصی تبدیل).

مقدار میانگین گرفته شده همان چیزی است که CPU از حافظه بافر می‌خواند؛ ماژول به طور داخلی با سرعت 80 میکروثانیه به تبدیل ادامه می‌دهد و نمونه‌ها را برای محاسبه میانگین جمع‌آوری می‌کند. این کار نویز را بدون کند کردن سخت‌افزار تبدیل اساسی حذف می‌کند.

رابط حافظه بافر — نحوه خواندن مقادیر تبدیل شده توسط CPU

Q64AD از طریق حافظه بافر با CPU ارتباط برقرار می‌کند — یک ناحیه حافظه اختصاصی در داخل ماژول که توسط CPU با استفاده از دستورالعمل‌های FROM/TO (یا دستگاه دسترسی مستقیم ماژول تابع هوشمند در برنامه‌های ساختاریافته GX Works2) قابل دسترسی است.

مناطق کلیدی حافظه بافر عبارتند از: مقدار خروجی دیجیتال CH□ (نتیجه تبدیل فعلی A/D برای هر کانال)، فعال/غیرفعال کردن میانگین‌گیری CH□، مقادیر افست/بهره CH□، و رجیسترهای وضعیت خطا.

CPU مقدار دیجیتال تبدیل شده کانال را از آدرس حافظه بافر آن در برنامه نردبانی می‌خواند، معمولاً آن را در یک رجیستر داده برای پردازش بیشتر ذخیره می‌کند — مقیاس‌بندی به واحدهای مهندسی، مقایسه با نقاط تنظیم، استفاده در حلقه‌های PID، یا ثبت در ضبط کننده داده.

تبدیل به طور مداوم در داخل Q64AD اتفاق می‌افتد صرف نظر از اینکه CPU حافظه بافر را می‌خواند یا نه؛ حافظه بافر به سادگی آخرین نتیجه تبدیل تکمیل شده را تا زمانی که با تبدیل بعدی بازنویسی شود، نگه می‌دارد.

سوالات متداول

س1: ماژول Q64AD 16 نقطه I/O را اشغال می‌کند. آیا این بر تعداد I/O گسسته موجود CPU سری Q تأثیر می‌گذارد؟

بله. ماژول‌های تابع هوشمند مانند Q64AD تعداد مشخصی نقطه I/O را در نقشه I/O CPU اشغال می‌کنند، حتی اگر ماژول‌های ورودی یا خروجی گسسته نباشند.

تخصیص 16 نقطه‌ای برای سیگنال‌های تبادل داده خود ماژول استفاده می‌شود — سیگنال‌های وضعیت عملیاتی و سیگنال‌های کنترلی — اما این 16 نقطه با پایانه‌های ورودی یا خروجی فیزیکی مطابقت ندارند. 

مقادیر تبدیل آنالوگ واقعی از طریق دستورالعمل‌های FROM که به حافظه بافر ماژول دسترسی دارند، خوانده می‌شوند، نه از طریق نقشه I/O.

تخصیص 16 نقطه I/O باید در تعداد کل نقاط I/O سیستم لحاظ شود، زیرا هر واحد پایه سری Q دارای ظرفیت حداکثر نقطه I/O مشخصی است.

س2: اگر ولتاژ ورودی از حداکثر امتیاز ±15 ولت تجاوز کند چه اتفاقی می‌افتد — آیا ماژول آسیب می‌بیند؟

مدارهای ورودی Q64AD شامل محافظت در برابر ولتاژهای ورودی تا ±15 ولت برای ورودی‌های ولتاژ و ±30 میلی‌آمپر برای ورودی‌های جریان است.

سیگنال‌های در این محدوده‌ها به ماژول آسیب نمی‌رسانند. سیگنال‌هایی که به طور موقت از این محدوده‌ها فراتر می‌روند — گذرا از قطع کابل، خطاهای زمین، یا تجهیزات سوئیچینگ نزدیک — ممکن است در طول رویداد گذرا باعث خطاهای تبدیل شوند اما نباید به سخت‌افزار آسیب برسانند اگر فراتر رفتن کوتاه مدت و در محدوده حداکثر مطلق باشد. 

ولتاژهای پایدار به طور قابل توجهی بالاتر از این سطوح، یا اتصال مستقیم برق شهر به پایانه‌های ورودی، به مدارهای ورودی آسیب می‌رساند.

ایزولاسیون فوتوکوپلر از بک‌پلین و CPU در برابر آسیب محافظت می‌کند حتی اگر مدار ورودی آنالوگ مختل شود.

س3: آیا ماژول Q64AD را می‌توان در میدان کالیبره کرد و چگونه این کار انجام می‌شود؟

مقادیر افست و بهره Q64AD را می‌توان در میدان از طریق تنظیمات سوئیچ ماژول تابع هوشمند و حالت تنظیم افست/بهره که توسط GX Configurator-AD پشتیبانی می‌شود، تنظیم کرد.

در حالت تنظیم افست/بهره (که از طریق نوشتن در حافظه بافر فعال می‌شود)، مهندس ولتاژها یا جریان‌های مرجع شناخته شده را به ترمینال ورودی اعمال کرده و مقدار دیجیتال هدف مربوطه را به ماژول می‌نویسد — ماژول فاکتور تصحیح را محاسبه کرده و آن را در EEPROM ذخیره می‌کند. 

این روش اجازه می‌دهد تا تبدیل Q64AD با مشخصات خاص سنسورهای متصل مطابقت داده شود و تنوع سنسور به سنسور، افت ولتاژ کابل، یا تفاوت‌های جزئی در ولتاژ مرجع نصب را تصحیح کند.

س4: چند ماژول Q64AD را می‌توان در یک سیستم سری Q نصب کرد؟

تعداد ماژول‌های Q64AD به سختی توسط خود نوع ماژول محدود نمی‌شود، بلکه توسط ظرفیت کل نقاط I/O و تعداد اسلات واحد پایه محدود می‌شود.

یک سیستم استاندارد سری Q تا 64 اسلات را در واحدهای پایه متعدد متصل شده از طریق کابل‌های واحد پایه توسعه پشتیبانی می‌کند. 

هر Q64AD یک اسلات (عرض 27.4 میلی‌متر) و 16 نقطه I/O را اشغال می‌کند.

یک سیستم با 64 اسلات از نظر تئوری از 64 ماژول Q64AD پشتیبانی می‌کند و 256 کانال ورودی آنالوگ را فراهم می‌کند — اگرچه در عمل، بودجه توان سیستم، پیکربندی واحدهای پایه، و ترکیب با انواع دیگر ماژول‌ها تعداد واقعی را تعیین می‌کند.

س5: آیا Q64AD از میانگین‌گیری برای هر کانال جداگانه پشتیبانی می‌کند، یا میانگین‌گیری به طور همزمان برای همه کانال‌ها اعمال می‌شود؟

میانگین‌گیری برای هر کانال به صورت جداگانه قابل پیکربندی است.

هر کانال دارای تنظیمات فعال/غیرفعال کردن میانگین‌گیری و تنظیم میانگین‌گیری خود در حافظه بافر است — کانال 1 می‌تواند میانگین‌گیری مبتنی بر زمان 50 میلی‌ثانیه فعال داشته باشد در حالی که کانال 2 بدون میانگین‌گیری کار می‌کند، کانال 3 از میانگین‌گیری مبتنی بر شمارش 10 نمونه استفاده می‌کند، و کانال 4 نیز میانگین‌گیری نشده است. 

این استقلال در هر کانال به ماژول اجازه می‌دهد تا برای مشخصات هر سیگنال بهینه شود بدون اینکه پاسخگویی کانال‌های با تغییر سریع‌تر را به خطر بیندازد.