หน่วยที่ 2 โครงสร้างโปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์ นำเสนอครั้งที่ 2 หน่วยที่ 2 โครงสร้างโปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์ 2.1 สัญญาณและระบบเลขฐาน จัดทำโดย สุพล จริน ห้องปฏิบัติการควบคุม CONTROL LAB EL06 แผนกวิชาช่างไฟฟ้ากำลัง วิทยาลัยเทคนิคเชียงใหม่
สัญญาณและระบบเลขฐาน การปฏิบัติการบูลีนจะรับรู้สถานะของตัวแปรเพียงสองสถานะเท่านั้น เช่น การควบคุมไฟฟ้าสามารถที่จะควบคุมให้ปิด (OFF) หรือเปิด (ON) สัญญาณที่มีการเปลี่ยนแปลงได้เพียงสองสถานะ คือ “0” หรือ “1” เรียกสัญญาณ Binary และระบบปฏิบัติการของ PLC จะใช้ระบบตัวเลขฐาน 2 และสามารถประยุกต์เป็นระบบเลขฐาน 8 และระบบเลขฐาน 16 ซึ่งตัวแปรสามารถกำหนดให้มีเพียงสองค่าเท่านั้น คือ “0” หรือ “1” และจะนำตัวแปรมาพิจรณาในลักษณะทางคณิตศาสตร์ พีชคณิตบูลีน (Boolean algebra) จุดประสงค์ เพื่อให้มีความรู้ความเข้าใจในเรื่องของสัญญาณและระบบเลขฐาน สมการบูลีน และการลดรูปสมการ
สัญญาณที่มีสถานะแตกต่างกันได้ 2 สถานะ สัญญาณ Binary สัญญาณที่มีสถานะแตกต่างกันได้ 2 สถานะ 0 1 OFF ON 0 V 24 V 1 Bar 6 Bar
การกำเนิดสัญญาณ Binary 1 = Binary generator
ย่านของแรงดันไฟฟ้า IEC1131-2 -3 5 11 30 1 - Range 0 - Range
~ วงจรไฟฟ้า S1 = Binary input S1 ไม่กด S1 = 0 กด S1 = 1 H1 H1 = Binary output ไฟดับ H1 = 0 ไฟติด H1 = 1
~ วงจรไฟฟ้า S1 = Binary input S1 ไม่กด S1 = 0 กด S1 = 1 H1 H1 = Binary output ไฟดับ H1 = 0 ไฟติด H1 = 1
การกำเนิดสัญญาณดิจิตอล สัญญาณดิจิตอลต่างกับสัญญาณไบนารี่ที่สัญญาณดิจิตอลสามารถกำหนดให้มีค่าของขนาดแรงดันไฟฟ้าเท่าใดก็ได้ t 1 2 3 4 5 6 Analog signal Digital signal on 1v basis on 2v basis V on 0.5v basis แสดงการแปลงสัญญาณแอนะลอกให้เป็นสัญญาณดิจิตอลจำนวน 3 วิธีการ
สัญญาณดิจิตอลบางครั้งไดมาจากสัญญาณแอนะลอก ซึ้งเป็นวิธีการที่จะทำให้ระบบ PLC ทำการประมวลผลสัญญาณแอนะลอกได้ ตัวอย่างเช่นสัญญาณแอนะลอกที่มีค่าแรงดันอยู่ในย่าน 0-10V จะถูกลดขนาดลงให้อยู่ในรูปของค่าแรงดันที่เป็นขั้นๆ เรียงกันเป็นลำดับขึ้นอยู่กับความสามารถของ PLC ซึ่งสัญญาณดิจิตอลอาจจะปฏิบัติการในขั้นของค่าแรงดัน 0.1V, 0.01V หรือ 0.001V ซึ่งถ้าใช้ย่านที่ขั้นของค่าแรงดันไฟฟ้าน้อยที่สุด จะทำให้มีความแม่นยำในการแปลงสัญญาณดิจิตอลเป็นสัญญาณแอนะลอกมีความถูกต้องสูง ตัวอย่างสัญญาณแอนะลอก เช่น ความดันที่ถูกวัดและแสดงผลโดยเกจวัดความดัน ค่าของความดันจะมีค่าเท่าใดก็ได้ภายในช่วงค่าต่ำสุดและค่าสูงสุดและมีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องไม่เหมือนสัญญาณดิจิตอล กรณีที่จะทำการประมวลผลสัญญาณแอนะลอกด้วย PLC จะต้องทำการประมาณค่าและแปลงสัญญาณเหล่านั้นให้อยู่ในรูปของสัญญาณดิจิตอลก่อน ทำนองเดียวกันสัญญาณดิจิตอลก็สามารถจะทำการปฏิบัติการเหมือนกับสัญญาณไบนารี่
สัญญาณจาก Bimetallic strip thermometer (สัญญาณไบนารี่) หน้าสัมผัสปิดมีกระแสไฟฟ้าไหลทำให้หลอดไฟติด 80 150 หน้าสัมผัสเปิดไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลทำให้หลอดไฟดับ
สัญญาณจาก Mercury thermometer (สัญญาณแอนะลอก) - 20 50 100 80 40 Mm Hg แสดงสัญญาณแอนะลอก
การเปลี่ยนสัญญาณควบคุมจากดิจิตอลเป็นแอนะลอก Digital control signal DC motor Analog [ue] Control signal D/A-converter Voltage supply D A M Transistor [control element]
แสดงการใช้สัญญาณไฟฟ้าควบคุมการเลื่อนของกระบอกสูบ An electrical push button triggers the movement of a pneumatic cylinder Push Button open Pneumatic cylinder Electrical voltage Compressed air แสดงการใช้สัญญาณไฟฟ้าควบคุมการเลื่อนของกระบอกสูบ
Analog (ue) - digital converter 1 2 3 4 t 200 100 U[mv] 220 mv d0 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 110 180 Sensing operation Analog [ue] value Digital equivalence
การขยายสัญญาณ Voltage 0.01 10 แสดงการขยายสัญญาณ U [ V ] t 0.01 10 แสดงการขยายสัญญาณ
Linearization of a signal course การเปลี่ยนเป็นสัญญาณเชิงเส้น t Signal การเปลี่ยนเป็นสัญญาณเชิงเส้น
สัญญาณดิจิตอลคือกลุ่มของสัญญาณไบนารี่ที่นำมาเรียงกันเป็นรหัส ตัวอย่างกลุ่มของสัญญาณไบนารี่ขนาด 4 บิต นำมาสร้างเป็นรหัสได้ทั้งหมดกี่รหัสไม่ซ้ำกัน 20 21 22 23 กลุ่มของสัญญาณไบนารี่ขนาด 4 บิต ตำแหน่งท้ายสุด 20 21 22 23 = 8 + 4 + 2 + 1 = 15 ตำแหน่งแรก = 0 สรุป สัญญาณไบนารี่ขนาด 4 บิต นำมาสร้างเป็นรหัสได้ทั้งหมด 16 รหัส ตั้งแต่รหัส 0 ถึง 15
สัญญาณ Digital = กลุ่มสัญาณ Binary จำนวนรหัส 23 22 21 20 จำนวนรหัส 23 22 21 20 8 1 1 1 9 1 2 1 10 1 3 1 1 11 4 1 12 1 5 1 13 1 6 1 14 1 7 1 15 1
เลขฐาน 2 = 0 - 1 = ข้อมูลขนาด 1 Bit ระบบเลขฐาน เลขฐาน 2 = 0 - 1 = ข้อมูลขนาด 1 Bit เลขฐาน 8 = 0 1 2 3 4 5 6 7 = ข้อมูลขนาด 1 Byte เลขฐาน 10 = 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 เลขฐาน 16 = 0123456789 ABCDEF = ข้อมูล 1Word
การเปลี่ยนระบบเลขฐาน การเปลี่ยนเลขฐาน 2 เป็นเลขฐาน 10 Bit NO. ตัวอย่างที่ 1 ตัวอย่างที่ 2 ตัวอย่างที่ 3 Digital value 1 2 3 4 5 6 7 187 51
การเปลี่ยนระบบเลขฐาน การเปลี่ยนเลขฐาน 10 เป็นเลขฐาน 2 Bit NO. 7 6 5 4 3 2 1 Digital value 1 131 ตัวอย่างที่ 1 ตัวอย่างที่ 2 1 71 9 ตัวอย่างที่ 3 1
C 9 การเปลี่ยนระบบเลขฐาน เลขฐาน 2 ขนาด 4 Bit = เลขฐาน 10 หรือฐาน 16 จำนวน 1 หลัก C 9
C 9 1 1 การเปลี่ยนระบบเลขฐาน เลขฐาน 2 ขนาด 4 Bit = เลขฐาน 10 หรือฐาน 16 จำนวน 1 หลัก C 9 1 1
ตัวอย่างให้ Input 3/4 ทำให้หลอดไฟ H1 ติด = 1 จำนวนรหัส 23 20 21 22 8 9 10 11 12 13 14 15 1 H1 จำนวนรหัส 23 22 21 20 H1 1 1 2 1 3 1 1 4 1 5 1 1 6 1 1 7 1 1
DNF = Disjunction Normal Form วงจรไฟฟ้า DNF = Disjunction Normal Form S1 S2 S3 S4 H1 สมการ Boolean H1 = V(S1.S2.S3.S4) V(S1.S2.S3.S4)
DNF = Disjunction Normal Form วงจรไฟฟ้า DNF = Disjunction Normal Form สมการ Boolean H1 = V(S1.S2.S3.S4) V(S1.S2.S3.S4) S1 S2 S3 S4 H1
= & Computing rule AND-OR circuit A Y =( A ^ B) ^ C = A^B^C B C Y A B
1 > = = = A B C Y A B C A B C A B C Y =( A V B ) V C
กฎอื่นๆ สำหรับคำสั่ง AND - OR Y = ( A V B ) C > = 1 & A B C Y > = 1 & A C B Y Y = ( A V C ) ( B V C ) = AB V CC = AB V C
A V AQ =A V Q A Q A B AB V AB = A V B B A AB V ( A V B ) = 1
DNF = Disjunction Normal Form วงจรไฟฟ้า DNF = Disjunction Normal Form H1 S1 ลดรูปสมการโดย Computing rule S2 S3 S4
DNF = Disjunction Normal Form วงจรไฟฟ้า DNF = Disjunction Normal Form H1 S1 ลดรูปสมการโดย Computing rule S2 S3 S4
Binary signal : Signal state Voltage present +24v 1 Signal state “1” Voltage not present 0v Signal state “0” Lamp “ON” Lamp “OFF” Output module Input module
Sensor contact and its state as defined by the application 100% VALUE 1 VOLTAGE PRESENT + 24V VOLTAGE NOT PRESENT 0V Binary signal = bit activated not activated NO contact present not present 1 NC contact Programming of NC and NO contacts Sensor contact and its state as defined by the application The sensor is “ON” The sensor is Voltage at input Evaluation in the program Signal state at input
DNF = Disjunction Normal Form CNF = Conjunction Normal Form H1 DNF = Disjunction Normal Form OR LD, OR BLOCK, O( ) S1 S2 S3 S4 H1 CNF = Conjunction Normal Form AND LD, AND BLOCK, A( )
THE END