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Digitalen SPS-Ausgang analog nutzen (PWM)

Viele SPS-Hersteller bieten Steuerungen mit digitalen Ausgängen, die man als PWM-Ausgänge nutzen kann, an. Ein PWM-Ausgang, mit dem man z.B. die Steuerung der Drehzahl eines Motors realisieren kann, gleicht in vielerlei Hinsicht einem Analogausgang. Ohne Zusatzmaßnahmen ist jedoch ein PWM-Ausgang als Analogausgang nicht nutzbar. Hier ein Beispiel, wie man den PWM-Ausgang (0-24VDC) in einen Analogausgang mit einem Signal 0-10V wandeln kann.
Die Wandlung erfolgt hier einfach mithilfe eines Kondensators. Die Qualität eines solchen Signals entspricht zwar nicht dem Ausgang einer echten Analoggruppe, für einfache Anwendungen ist sie durchaus zufriedenstellend. Darüber hinaus kann man große Kosten-Ersparnisse erzielen.
In dem Beispiel wird über einen digitalen Ausgang (CPU S7-1200 Siemens) ein Frequenzumrichter (SEW) angesteuert.

Zunächst muss ein digitaler Ausgang durch entsprechende Parametrierung in einen PWM-Ausgang umgewandelt werden. Dies erfolgt in den CPU-Eigenschaften:

Impulsgenerator aktivieren

Impulsgenerator aktivieren

Impulsoptionen

Impulsoptionen

Hardwareausgang

Hardwareausgang

Ausgangsadressen

Ausgangsadressen

HW-Kennung

HW-Kennung wird automatisch vergeben.

plc Variablen

PLC Variablen

Mit einem kleinen SPS-Programm wird ein analoges Signal am Eingang der SPS an PWM-Ausgang weitergeleitet.

SPS Programm

SPS Programm (SCL)

Funktionsbaustein

SCL-Programm als DAW-Funktionsbaustein.

Um bessere Übersicht zu bekommen, wird das kleine Programm in einem DAW-Baustein zusammengefasst.
Das analoge Signal (0-10V) wird an den Eingang %W200 der SPS angelegt und sein Wert in die Variable ae reingeschrieben. Der mögliche Wert des Signals pendelt zwischen 0 und 27648. Er wird kontinuierlich mit der Konstante 0.03617 multipliziert, damit die Obergrenze von 1000 (Konfiguration) nicht überschritten wird (27648 * 0.03617 = 1000).
Der „Faktor“ kann bei Bedarf zur Anpassung des Ausgangswertes dienen.
Die Umsetzung des berechneten Wertes in ein PWM-Signal übernimmt der Baustein CTRL-PWM (Systembaustein).
Nach der Aktivierung des Programms erhalten wir an dem definierten Ausgang ein PWM-Signal:

PWM Ssignal Oszilloskop

PWM Signal (Oszilloskop)

Das PWM-Signal pendelt zwischen 0 und Vollausschlag, in diesem Fall 24V. Bevor es zum Umrichter weitergeleitet wird, wird an dem Ausgang ein Spannungsteiler mit einem Kondensator angeschlossen. Mit dem Kondensator wird das PWM-Signal einfach geglättet. Anschließend wird es dann zu dem Frequenzumrichter weitergeleitet. Die gesamte Anordnung der Schaltung (Skizze) sieht wie folgt aus:

Schema

Schaltungsschema

Aufbau

Schaltungsaufbau

Mit dem Potenziometer P1 wird zur SPS ein analoges Signal im Wert von 0-10VDC geführt. Das kleine SPS-Programm errechnet aus dem aktuellen Wert dieses Signals die äquivalente Pulsanzahl des PWM-Signals. Das Ergebnis wird anschließend in den PWM-Ausgang geschrieben. Am Ausgang erhalten wir ein PWM-Signal mit gewünschter Frequenz, das einen Wert von 0 bzw. 24V erreicht. Der Spannungsteiler sorgt dafür, dass am Kondensator maximal 12V anliegen können. Das durch den Kondensator geglättetes Signal wird dann zum Frequenzumrichter weitergeleitet. Bei Bedarf kann der maximale Wert des Signals mit dem "Faktor" am SPS-Baustein "DAW" begrenzt werden. Ein Frequenzumrichter erwartet ein Soll-Signal von 0 bis 10V. Mit dem Signal kann man dann an dem Umrichter stufenlos die gewünschte Drehzahl des Motors einstellen. Die maximale Drehzahl wurde hier auf 3000 U/min eingestellt.

Kurzvideo auf Youtube:

Frequenzumrichter mit PWM-Signal steuern.


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