Signaux Analogiques

Signaux analogiques dans l'automate

Un automate ne peut fonctionner qu'avec les valeurs 0 et 1, c'est parfait pour les signaux numériques. Ils sont 0 ou 1 et sont donc relativement faciles à utiliser. Mais qu'en est-il des signaux analogiques ? Comme le dit Wikipédia, les signaux analogiques sont des signaux continus qui peuvent varier dans le temps.

Par exemple, vous pouvez avoir un signal analogique 0-10 volts. Ce signal peut varier de 0 à 10 volts et avoir un niveau de tension intermédiaire. Et comme les signaux analogiques sont continus, ce signal représentera toujours à tout moment un niveau de tension. Si vous regardez le diagramme ci-dessous, vous verrez que le signal analogique peut avoir une valeur comprise entre 0 et 10 volts.

La question est maintenant : comment un automate gère-t-il toutes ces valeurs différentes ? Supposons que vous ayez un signal analogique à 5 volts entrant dans l’API. Nous ne pouvons pas le représenter avec des valeurs booléennes, car elles ne peuvent avoir que les valeurs 0 et 1.

Représenter des signaux analogiques avec des nombres binaires

Comme mentionné précédemment, un automate ne peut fonctionner qu'avec les deux valeurs 0 et 1. Mais cela nous empêche de travailler avec des signaux analogiques. Parce que ce qui se passe réellement, c’est que l’API fonctionne avec des nombres binaires. Cela est dû au fait qu’un automate programmable ou un microcontrôleur ne sont en réalité que des circuits électriques avancés fabriqués à partir de transistors. Puisqu'un transistor ne peut être soit allumé soit éteint, ces deux états représenteront alors les valeurs 0 et 1.

Mais cela ne nous donne que deux états. Très utile pour les signaux numériques, mais pas pour l'analogique. Pour comprendre le fonctionnement des entrées analogiques dans un automate, vous devez comprendre les nombres binaires.

Les nombres binaires sont le système de numérotation utilisé par un automate ou tout autre ordinateur. Le système ne comporte que deux numéros, par rapport à notre système de numérotation à 10 bases où nous avons 10 nombres de 0 à 9. Le binaire est juste une autre façon d'écrire des nombres. 

Bits et octets

Un nombre binaire avec un chiffre s'appelle un bit. Un bit peut contenir un 0 ou un 1. Comme indiqué précédemment, voici comment fonctionnent les entrées numériques. Mais si vous combinez ces bits et créez ainsi plusieurs nombres, les choses commencent à devenir intéressantes.

Dans de nombreux automates, un signal analogique est représenté par un mot. Un mot en binaire est composé de 8 zéros sur une ligne ou de deux octets (4 zéros). Juste comme ça:

00000000 00000000

Si vous vous rappelez un peu des nombres binaires que vous saurez, un nombre binaire de 16 chiffres peut représenter des valeurs de 0 à 65,535. Ce n’est cependant que la moitié de la vérité pour les automates programmables. Parce que le premier bit est utilisé pour signer le numéro, lui donnant une valeur positive ou négative.

Donc, avec 1 bit pour la signature, il reste 15 bits pour représenter la valeur analogique. Le nombre binaire peut donc représenter des valeurs de -32,768 à 32,767.

Convertisseur A / N

         Lorsque le signal d'entrée analogique entre dans l'automate, il passe par un convertisseur analogique-numérique. C'est le composant de la carte d'entrée analogique de l'automate qui transforme le signal analogique en signaux numériques. Ce sont ces signaux numériques qui donneront à terme notre représentation des valeurs binaires dans l’API.

Avant de vous familiariser avec le convertisseur A / N, il est important de comprendre le type de signal analogique que vous utilisez. Dans cet article, je vais me concentrer sur ces trois types de signaux analogiques dans la programmation des automates programmables :

Tension

Courant

Résistance

       La raison pour laquelle nous devons connaître le type de signal est parce que nous devons connaître la portée du signal.

Un type de signal analogique très utilisé est le 4-20mA.

         Nous devons connaître notre type de signal. Parce que dans cet exemple, nous savons maintenant que le signal analogique a une plage de 16 mA. Une valeur analogique est souvent placée dans un double mot de 16 bits dans un automate. En effet, le convertisseur A / N convertit le signal analogique en une valeur numérique de 16 bits.

        Vous pouvez acheter des cartes d'entrée analogiques avec différentes résolutions. Cela dépend du nombre de bits avec lesquels le convertisseur analogique-numérique doit fonctionner. Plus de bits nous donne plus de chiffres pour représenter le signal analogique.

Résolution des signaux analogiques

Le nombre de bits dont vous disposez pour enregistrer la valeur analogique est en fait appelé résolution. Pensez-y comme à votre téléviseur. En outre, il ne dispose que d’une certaine quantité de pixels pour représenter une image. Il en va de même avec la conversion analogique-numérique.

Tout comme nous appelons cela résolution lorsque nous parlons du nombre de pixels sur notre téléviseur, nous appelons aussi résolution lorsque nous parlons de valeurs analogiques représentées par un nombre.

La résolution est très importante lorsque vous utilisez des signaux analogiques dans la programmation d'automates. Lorsque vous entrez dans la carte d’entrée analogique, le signal analogique est divisé en une valeur comprise entre 0 et 32,767. Diviser la valeur analogique en 32.767 nous donne une certaine résolution.

Chaque fois que notre valeur augmente de 1, cela signifie que le signal analogique a augmenté avec x mA.

Nous ne pouvons pas encore calculer le mA. Parce que la plupart des automates ont ce qu’on appelle des dépassements de gamme lorsque l’on parle de signaux analogiques. Examinons de plus près les plages de signaux analogiques dans la programmation automate.

Gamme de signaux analogiques

        Dans cet article, je prendrai l'exemple de Siemens. Mais ne vous inquiétez pas. Ce principe s'applique à la plupart des fournisseurs d'automates.

        Les signaux analogiques ont tendance à être très sensibles. Bien que notre intention soit qu'une plage de signal soit comprise entre 4 et 20 mA, le signal peut parfois atteindre un pic ou une chute. Lorsque cela se produit, nous voulons voir cela dans l'automate. Bien que ce ne soit pas toujours le cas, ces pics et chutes peuvent signifier qu'il y a quelque chose qui ne va pas. Pour être en mesure de les détecter dans le programme de l'automate, nous avons besoin de ce que l'on appelle les gammes inférieure et supérieure.

         Notre gamme normale ou gamme nominale est 4-20mA. Mais au-dessus et au-dessous, Siemens avait ajouté quelques mA supplémentaires dans la gamme. Ils divisent la gamme supérieure dans ces deux catégories :

Dépassement de gamme (dépassement de gamme)

Débordement

Et la gamme inférieure dans ces deux:

Plage inférieure à la plage inférieure

Sous débordement

    Cela signifie qu'au lieu d'une plage de 4-20 mA, nous avons maintenant une plage de 1,185 à 22,96 mA. La même chose s'applique aux autres types de signaux analogiques. Par exemple. la plage 0-10 V est comprise entre 0 et 11,852 V.

Globalement, cela signifie que nos plages de signaux analogiques peuvent être illustrées comme suit:

      En gardant à l’esprit les débordements et les dépassements, nous pouvons maintenant commencer à calculer la résolution réelle de notre signal analogique. Mais au lieu d’utiliser les gammes 22,96-1,185 mA ou 0-11,852 V, il ya un chiffre à noter ici:

27.648

     Comme vous pouvez le constater dans le tableau ci-dessus, notre gamme nominale se termine ici. Notre résolution pour un signal 0-10 V devrait donc être calculée comme suit:

10 V / 27658 = 361,7 μV

Ou pour notre signal 4-20 mA:

16 mA / 27648 = 578,7 nA

         Ces deux nombres sont les valeurs minimales que nous pouvons représenter dans notre automate avec la valeur numérique. Dans la plupart des cas, ces étapes sont petites et suffisamment précises. N'oubliez pas non plus que la résolution plus élevée que vous souhaitez, les modules d'entrée et de sortie analogiques plus coûteux de l'automate.