Traitement de valeurs analogiques
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Traitement de valeurs analogiques ___________________ Avant-propos 1 ___________________ Guide de la documentation SIMATIC S7-1500, ET 200MP, ET 200SP, ET 200AL, ET 200pro, ET 200eco PN Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle Connaissances de base de 2 ___________________ la technique analogique Représentation des 3 ___________________ valeurs analogiques Raccordement des 4 ___________________ capteurs de mesure 5 ___________________ Thermocouples Raccordement des 6 ___________________ charges/actionneurs 7 ___________________ Fonctions prises en charge Modules analogiques 8 ___________________ High Speed 06/2014 A5E03461440-AC Mentions légales Signalétique d'avertissement Ce manuel donne des consignes que vous devez respecter pour votre propre sécurité et pour éviter des dommages matériels. Les avertissements servant à votre sécurité personnelle sont accompagnés d'un triangle de danger, les avertissements concernant uniquement des dommages matériels sont dépourvus de ce triangle. Les avertissements sont représentés ci-après par ordre décroissant de niveau de risque. DANGER signifie que la non-application des mesures de sécurité appropriées entraîne la mort ou des blessures graves. ATTENTION signifie que la non-application des mesures de sécurité appropriées peut entraîner la mort ou des blessures graves. PRUDENCE signifie que la non-application des mesures de sécurité appropriées peut entraîner des blessures légères. IMPORTANT signifie que la non-application des mesures de sécurité appropriées peut entraîner un dommage matériel. En présence de plusieurs niveaux de risque, c'est toujours l'avertissement correspondant au niveau le plus élevé qui est reproduit. Si un avertissement avec triangle de danger prévient des risques de dommages corporels, le même avertissement peut aussi contenir un avis de mise en garde contre des dommages matériels. Personnes qualifiées L’appareil/le système décrit dans cette documentation ne doit être manipulé que par du personnel qualifié pour chaque tâche spécifique. La documentation relative à cette tâche doit être observée, en particulier les consignes de sécurité et avertissements. Les personnes qualifiées sont, en raison de leur formation et de leur expérience, en mesure de reconnaître les risques liés au maniement de ce produit / système et de les éviter. Utilisation des produits Siemens conforme à leur destination Tenez compte des points suivants: ATTENTION Les produits Siemens ne doivent être utilisés que pour les cas d'application prévus dans le catalogue et dans la documentation technique correspondante. S'ils sont utilisés en liaison avec des produits et composants d'autres marques, ceux-ci doivent être recommandés ou agréés par Siemens. Le fonctionnement correct et sûr des produits suppose un transport, un entreposage, une mise en place, un montage, une mise en service, une utilisation et une maintenance dans les règles de l'art. Il faut respecter les conditions d'environnement admissibles ainsi que les indications dans les documentations afférentes. Marques de fabrique Toutes les désignations repérées par ® sont des marques déposées de Siemens AG. Les autres désignations dans ce document peuvent être des marques dont l'utilisation par des tiers à leurs propres fins peut enfreindre les droits de leurs propriétaires respectifs. Exclusion de responsabilité Nous avons vérifié la conformité du contenu du présent document avec le matériel et le logiciel qui y sont décrits. Ne pouvant toutefois exclure toute divergence, nous ne pouvons pas nous porter garants de la conformité intégrale. Si l'usage de ce manuel devait révéler des erreurs, nous en tiendrons compte et apporterons les corrections nécessaires dès la prochaine édition. Siemens AG Industry Sector Postfach 48 48 90026 NÜRNBERG ALLEMAGNE A5E03461440-AC Ⓟ 07/2014 Sous réserve de modifications Copyright © Siemens AG 2012 - 2014. Tous droits réservés Avant-propos Objet de la documentation Cette documentation aborde des sujets généraux indépendants du produit. Vous trouvez dans ce manuel outre des informations introductives sur le traitement des valeurs analogiques, les thèmes suivants : ● Raccordement des capteurs de mesure aux entrées analogiques ● Raccordement des actionneurs/charges aux sorties analogiques ● Compensation de la température du point de soudure froide ● Calibrage d'un module analogique ● Possibilités de diagnostic d'un module analogique ● Modules analogiques High Speed Connaissances de base requises Les connaissances suivantes sont requises pour la compréhension de la documentation : ● Connaissances générales dans le domaine de l'automatisation ● Connaissances dans le traitement des valeurs analogiques (technique analogique) ● Connaissances du système d'automatisation industrielle SIMATIC ● Connaissances sur l'utilisation de STEP 7 (TIA Portal) Validité de la documentation Le présent manuel sert de documentation de base pour tous les modules d'entrées et de sorties analogiques des gammes de produits S7-1500, ET 200MP, ET 200SP, ET 200AL, ET 200pro et ET 200eco PN. Modifications par rapport à la version précédente Par rapport à la version précédente (édition 12/2013), ce manuel présente les modifications et les additions suivantes : ● Extension du domaine de validité au système de périphérie décentralisée ET 200AL Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 3 Avant-propos Conventions STEP 7 : pour désigner le logiciel de configuration et de programmation, nous utilisons dans la présente documentation "STEP 7" comme synonyme de "STEP 7 à partir de V12 (TIA Portal)" et versions suivantes. Cette documentation contient des illustrations des produits décrits. Dans quelques cas, les illustrations peuvent différer du produit livré. Tenez compte des remarques identifiées de la façon suivante : Remarque Une remarque contient des informations importantes sur une partie de la documentation qui doit faire l'objet d'une attention particulière. Autre support D'autres informations sur les produits SIMATIC sont disponibles sur Internet. Les documentations correspondantes sont également disponibles sur Internet. ● Vous trouverez l'offre de documentations techniques pour les différents produits et systèmes SIMATIC sur Internet (http://www.siemens.com/simatic-tech-doku-portal). ● Vous trouverez le catalogue en ligne et le système de commande en ligne dans Internet (http://mall.automation.siemens.com). Notes relatives à la sécurité Siemens commercialise des produits et solutions comprenant des fonctions de sécurité industrielle qui contribuent à une exploitation sûre des installations, solutions, machines, équipements et/ou réseaux. Ces fonctions jouent un rôle important dans un système global de sécurité industrielle. Dans cette optique, les produits et solutions Siemens font l’objet de développements continus. Siemens vous recommande donc vivement de vous tenir régulièrement informé des mises à jour des produits. Pour garantir une exploitation fiable des produits et solutions Siemens, il est nécessaire de prendre des mesures de protection adéquates (par ex. concept de protection des cellules) et d’intégrer chaque composant dans un système de sécurité industrielle global et moderne. Veuillez également tenir compte des produits que vous utilisez et qui proviennent d'autres fabricants. Pour plus d’informations sur la sécurité industrielle, rendez-vous sur (http://www.siemens.com/industrialsecurity). Veuillez vous abonner à la newsletter d’un produit particulier afin d’être informé des mises à jour dès qu’elles surviennent. Pour plus d’informations, rendez-vous sur (http://support.automation.siemens.com). Traitement de valeurs analogiques 4 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Sommaire Avant-propos .......................................................................................................................................... 3 1 Guide de la documentation ..................................................................................................................... 7 2 Connaissances de base de la technique analogique ............................................................................... 9 3 2.1 Vue d'ensemble ............................................................................................................................. 9 2.2 Précision/résolution ......................................................................................................................13 2.3 Normalisation des valeurs analogiques .......................................................................................17 2.4 Dénormalisation des valeurs analogiques ...................................................................................19 2.5 Erreur de linéarité.........................................................................................................................21 2.6 Précision de répétabilité ...............................................................................................................22 2.7 Limite d'erreur pratique et limite d'erreur de base .......................................................................23 2.8 Erreur de température ..................................................................................................................26 2.9 Réjection des fréquences perturbatrices .....................................................................................27 2.10 Défauts de mode commun (UCM) ...............................................................................................29 2.11 Perturbation de mode série (USM) ..............................................................................................31 2.12 Réjection des tensions perturbatrices ..........................................................................................33 2.13 Diaphonie entre les voies .............................................................................................................35 2.14 Diagnostic ....................................................................................................................................37 2.15 Etat de la valeur ...........................................................................................................................48 2.16 Temps de conversion d'un module analogique ...........................................................................51 2.17 Temps de cycle d'un module analogique.....................................................................................53 2.18 Durée d'établissement et temps de réponse des modules de sorties analogiques.....................54 2.19 Lissage .........................................................................................................................................56 2.20 Charge pour transducteurs de mesure 2 fils ................................................................................59 Représentation des valeurs analogiques ............................................................................................... 62 3.1 Présentation .................................................................................................................................62 3.2 Représentation des plages d'entrées ..........................................................................................64 3.3 Représentation des plages de sorties .........................................................................................65 Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 5 Sommaire 4 5 6 7 Raccordement des capteurs de mesure ................................................................................................ 67 4.1 Présentation ................................................................................................................................ 67 4.2 Raccordement des entrées analogiques avec connecteur MANA ............................................. 69 4.3 Raccordement des entrées analogiques sans connecteur MANA ............................................. 71 4.4 Raccordement des capteurs de tension ..................................................................................... 73 4.5 Raccordement de capteurs de courant ....................................................................................... 74 4.6 Raccordement de thermomètres à résistance et de résistances................................................ 76 4.7 Raccordement de thermocouples ............................................................................................... 78 Thermocouples ..................................................................................................................................... 80 5.1 Sélection des thermocouples ...................................................................................................... 80 5.2 Montage et mode de fonctionnement des thermocouples .......................................................... 82 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.3.5 5.3.6 5.3.7 5.3.8 Compensation de la température du point de soudure froide..................................................... 84 Présentation ................................................................................................................................ 84 Compensation par soudure froide interne................................................................................... 87 Compensation par voie de référence du module ........................................................................ 89 Compensation voie de référence du groupe 0 ............................................................................ 91 Compensation par température de référence fixe ...................................................................... 94 Compensation par température de référence dynamique .......................................................... 97 "Aucune" ou compensation externe .......................................................................................... 101 Type de compensation RTD (0) ................................................................................................ 103 Raccordement des charges/actionneurs ..............................................................................................106 6.1 Présentation .............................................................................................................................. 106 6.2 Raccordement des charges/actionneurs .................................................................................. 107 Fonctions prises en charge ..................................................................................................................109 7.1 7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.1.4 8 Calibrage des modules analogiques ......................................................................................... 109 Présentation .............................................................................................................................. 109 Calibrage des modules analogiques ......................................................................................... 111 Annuler le calibrage .................................................................................................................. 115 Restaurer les réglages usine des modules analogiques .......................................................... 116 Modules analogiques High Speed ........................................................................................................117 8.1 Notions de base ........................................................................................................................ 117 8.2 Comparaison des modules ST et des modules HS .................................................................. 123 Index ...................................................................................................................................................129 Traitement de valeurs analogiques 6 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 1 Guide de la documentation Introduction La documentation des produits SIMATIC est construite de manière modulaire et traite de sujets inhérents au système d'automatisation. Les documentations complètes pour les systèmes S7-1500, ET 200MP, ET 200SP, ET 200AL, ET 200pro et ET 200eco PN comprennent le manuel système respectif, des descriptions fonctionnelles et des manuels sur les appareils. Vue d'ensemble de la documentation supplémentaire sur le traitement des valeurs analogiques Le tableau suivant indique les autres documentations qui complètent la présente description du traitement des valeurs analogiques. Tableau 1- 1 Documentation sur le traitement des valeurs analogiques Sujet Documentation Contenus importants Description du système Manuel système • Système d'automatisation S7-1500 • (http://support.automation.siemens.com/WW/view/ • fr/59191792) • Manuel système Système de périphérie décentralisée ET 200SP (http://support.automation.siemens.com/WW/view/ fr/58649293) Planification de l'utilisation Montage Raccordement Mise en service Manuel système Système de périphérie décentralisé ET 200MP (http://support.automation.siemens.com/WW/view/ fr/59193214) Manuel système Système de périphérie décentralisé ET 200AL (http://support.automation.siemens.com/WW/view/ fr/89254965) Instructions de service Système de périphérie décentralisée ET 200pro (http://support.automation.siemens.com/WW/view/ fr/21210852) Instructions de service Station de périphérie décentralisée ET 200eco PN (http://support.automation.siemens.com/WW/view/ fr/29999018) Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 7 Guide de la documentation Sujet Documentation Montage sans perturbation des automates Description fonctionnelle • Montage sans perturbation des automates • (http://support.automation.siemens.com/WW/view/ fr/59193566) • Notions de base Manuel du module analogique correspondant Raccordement Module analogique Contenus importants • Compatibilité électromagnétique Protection contre la foudre • Paramètres • Caractéristiques techniques • Enregistrement de paramètres • Tables des valeurs analogiques SIMATIC Manuels Vous pouvez télécharger gratuitement sur Internet (http://www.siemens.com/automation/service&support) tous les manuels actuels traitant des produits SIMATIC. Traitement de valeurs analogiques 8 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.1 2 Vue d'ensemble Introduction L'objectif de ce chapitre est, à partir des principes de base de la technique analogique, d'expliquer à l'utilisateur les principales valeurs caractéristiques des modules d'entrées et de sorties analogiques. Les explications et les exemples présentés dans les pages suivantes font référence aux manuels du module analogique utilisé et facilitent ainsi leur utilisation. Signaux analogiques et binaires Les signaux binaires ne peuvent prendre que deux états logiques : l'état logique 1 ("tension présente") et l'état logique 0 ("aucune tension présente"). Dans la technique d'automatisation, des signaux non seulement binaires mais aussi analogiques doivent souvent être lus, traités et transmis. Contrairement aux signaux binaires, les signaux analogiques peuvent prendre toutes les valeurs contenues dans une plage définie. Les grandeurs analogiques possibles sont par ex. : ● Température ● Pression ● Vitesse ● Niveau ● pH Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 9 Connaissances de base de la technique analogique 2.1 Vue d'ensemble Capteurs de mesure Les automates ne peuvent traiter des valeurs analogiques que sous forme de configurations binaires. Des capteurs de mesure raccordables au module analogique acquièrent des grandeurs physiques, par ex. pression ou température. Cette valeur analogique est mesurée sous forme de courant, tension ou résistance par le module d'entrées analogiques. Afin que la CPU puisse traiter la valeur de courant ou de tension acquise, un convertisseur analogique-numérique (CAN) intégré au module d'entrées analogiques la convertit en un nombre entier de 16 bits. Les capteurs de mesure suivants peuvent être utilisés en fonction du type de mesure : ● Capteurs de tension ● Capteurs de courant – Transducteur de mesure 2 fils – Transducteur de mesure 4 fils ● Capteurs résistifs – Montage 4 fils – Montage 3 fils – Montage 2 fils ● Thermocouples Pour plus d'informations sur le raccordement des différents types de capteurs de mesure aux entrées analogiques, référez-vous au chapitre Raccordement des capteurs de mesure (Page 67). Exemple Un capteur de mesure convertissant la plage de vitesse de 0 à 1500 tr/min en une plage de tension de 1 à 5 V est utilisé pour l'acquisition de la vitesse. Pour une vitesse de rotation mesurée de 865 tr/min, le capteur de mesure fournit une valeur de tension de 3,3 V. On obtient la valeur de tension comme suit : La valeur de tension acquise est représentée graphiquement comme suit : Figure 2-1 Mesure de la vitesse de rotation Traitement de valeurs analogiques 10 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.1 Vue d'ensemble Conversion analogique-numérique Une CPU ne traite des informations que sous forme numérique. C'est pourquoi la valeur analogique est convertie en un profil binaire. La conversion est effectuée par un CAN (convertisseur analogique-numérique) intégré au module d'entrées analogiques. Pour les produits SIMATIC, le résultat de cette conversion est toujours mis à disposition de la CPU sous forme d'un mot à 16 bits. Le CAN utilisé numérise le signal analogique à acquérir et calcule sa valeur approchée par une courbe en escalier. Les paramètres les plus importants d'un CAN sont sa résolution et sa vitesse de conversion. ① ② Valeur analogique Valeur numérique Figure 2-2 Approximation d'un tracé de courbe analogique par une courbe en escalier avec une résolution basse et haute Conversion numérique-analogique Après le traitement du signal numérique dans la CPU, un CNA (convertisseur numériqueanalogique) intégré au module de sorties analogiques convertit le signal de sortie en valeur de courant ou de tension analogique. La valeur résultante du signal de sortie correspond à la grandeur de sortie commandant les organes de réglage analogiques (actionneurs). Il peut s'agir ici par ex. de petits servomécanismes ou vannes proportionnelles. Pour plus d'informations sur le raccordement des actionneurs, référez-vous au chapitre Raccordement des charges/actionneurs (Page 106). Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 11 Connaissances de base de la technique analogique 2.1 Vue d'ensemble Principales valeurs caractéristiques des modules analogiques Pour sélectionner le module analogique approprié, il convient non seulement de tenir compte du type et de la plage de mesure, mais également de sa précision, sa résolution et son temps de conversion. Dans certains domaines d'application, p. ex. les installations de grande envergure, la tension en mode commun (Common Mode) ou la séparation galvanique entre les voies sont aussi des éléments importants. Les pages suivantes décrivent plus précisément les valeurs caractéristiques évoquées ici. Traitement des signaux analogiques La figure suivante montre le traitement des signaux analogiques dans un API. Figure 2-3 Traitement de valeurs analogiques Traitement de valeurs analogiques 12 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.2 Précision/résolution 2.2 Précision/résolution La résolution d'un module analogique dépend du convertisseur utilisé et de son câblage externe. Le signal analogique à acquérir ou à fournir est approximé par une courbe en escalier. La résolution indique en combien d'incréments la valeur analogique est divisée sur cette courbe en escalier. Plus la résolution d'un module est haute, plus les incréments sont petits et plus le signal analogique est finement numérisé. Approximation d'une valeur analogique Les figures suivantes illustrent l'approximation d'une valeur analogique par une courbe en escalier. Si la résolution est plus basse, le signal analogique ne s'approche que grossièrement du véritable tracé (fig. gauche), alors qu'avec une résolution plus haute, l'approximation est meilleure (fig. droite). ① ② Valeur analogique Valeur numérique Figure 2-4 Approximation d'une courbe analogique par une courbe en escalier Représentation de la plage de mesure pour une résolution de 13 et 16 bits Si un module dispose d'une résolution de 13 bits (= 12 bits + signe), une valeur de mesure unipolaire est divisée au total en 212 = 4096 incréments. Dans une plage de mesure de 0 à 10 V, la plus petite valeur pouvant être représentée, c'est-à-dire l'incrément, est de 10 V/4096, soit 2,4 mV. Un module avec une résolution de 16 bits (= 15 bits + signe) a donc un incrément de 0,3 mV. Si la résolution augmente d'un bit, le nombre d'incréments double et la largeur par incrément est réduite de moitié. Si la résolution augmente de 13 à 16 bits, le nombre d'incréments est multiplié par huit et passe de 4096 à 32768. Pour une résolution de 13 bits, la plus petite valeur représentable est ainsi de 2,4 mV. Pour une résolution de 16 bits en revanche, cette valeur s'élève à 0,3 mV. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 13 Connaissances de base de la technique analogique 2.2 Précision/résolution Plages de mesure Pour la représentation de la plage de mesure, le SIMATIC S7 fait la distinction entre la plage nominale, les plages de dépassement haut/bas et le débordement haut/bas. Cette distinction permet de déterminer si la valeur de mesure se trouve dans la plage de mesure définie dans les caractéristiques techniques ou bien s'il y a un dépassement de la plage de mesure. Les zones de débordement haut et bas sont réservées à la détection d'erreurs. Pour une résolution de 16 bits, les 32768 incréments théoriquement possibles s'échelonnent sur une plage de tension de 11,852 V. Par conséquent, il ne reste que 27648 incréments disponibles pour la résolution d'une plage de mesure de 10 V. Cela correspond à la valeur la plus petite représentable de 0,3617 mV (voir tableau). Tableau 2- 1 Exemple pour la résolution de la plage de mesure 0 à 10 V d'un module SIMATIC S7 Valeur (incréments) Plage de mesure de tension décimal 0 à 10 V Plage 32767 11,852 V Débordement haut 11,759 V Plage de dépassement haut 27648 10,0 V Plage nominale 20736 7,5 V 1 361,7 μV 0 0V 32512 32511 27649 non significatif pour cet exemple, Plage de dépassement bas car les valeurs négatives ne sont pas possibles Débordement bas Une représentation numérisée des plages d'entrée, réparties en plages bipolaires ou unipolaires, est disponible au paragraphe Représentation des plages d'entrées (Page 64). Une représentation numérisée des plages de sortie, réparties en plages bipolaires ou unipolaires, est disponible au paragraphe Représentation des plages de sorties (Page 65). Vous trouverez une vue d'ensemble de toutes les plages de mesure que vous pouvez utiliser avec les modules analogiques dans le manuel correspondant. Traitement de valeurs analogiques 14 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.2 Précision/résolution Plages de dépassement haut et bas En cas de régulation avec des échelons importants dans les signaux, il peut arriver que la courbe d'établissement du signal quitte momentanément la plage nominale avant que la consigne soit atteinte. Dans ce cas, le dépassement haut/bas garantit qu'une erreur ne sera pas signalée pendant la sortie de la plage nominale. Mais quand le signal sort du dépassement haut/bas et atteint le débordement haut/bas, l'état d'erreur "Débordement haut" ou "Débordement bas" est diagnostiqué. Le dépassement haut/bas correspond donc à une zone de tolérance entre la plage nominale et le débordement haut/bas. Pour de plus amples informations sur la durée d'établissement, référez-vous au chapitre Durée d'établissement et de réponse des modules de sorties analogiques (Page 54). La figure suivante montre la plage nominale, la plage de dépassement haut et le débordement haut d'une plage de mesure unipolaire. Pendant la phase d'établissement, le signal sort brièvement de la plage nominale. ① Signal de sortie analogique tE Durée d'établissement du signal sur la consigne t1 Le module termine la conversion au niveau de la borne de la voie de sortie analogique et émet le signal t2 Le signal est établi et la grandeur de sortie analogique spécifiée est atteinte Précision d'un module analogique La précision d'un module analogique est indiquée en pourcentage ou en valeur absolue, p.ex. en K ou en °C. Elle caractérise l'erreur totale de mesure. Conformément à la norme internationale CEI 61131, sur laquelle se base également la norme européenne EN 61131, la limite d'erreur de base à 25 °C et la limite d'erreur pratique sont indiquées. Une description détaillée de la limite d'erreur pratique et de la limite d'erreur de base se trouve au paragraphe Limite d'erreur pratique et limite d'erreur de base (Page 23). Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 15 Connaissances de base de la technique analogique 2.2 Précision/résolution Corrélation entre la résolution et la précision Une certaine précision (erreur pratique) nécessite une certaine résolution. Exemple Erreur de mesure par numérisation à une résolution de 8 et 14 bits La plage de mesure d'un module analogique va de 0 à 10 V. Une résolution de 8 bits représente en tout 256 valeurs. Ceci correspond à un échelon de tension minimal possible de 39 mV soit 0,4 % rapporté à la valeur finale de la plage de mesure. Une résolution de 14 bits représente en tout 16384 valeurs. Ceci correspond à un échelon de tension minimal possible de 0,61 mV soit 0,006 % rapporté à la valeur finale de la plage de mesure. Les pourcentages ainsi déterminés sont en même temps les valeurs best case théoriques pour la limite d'erreur pratique. Pour une résolution de 8 bits et une plage de mesure de 0 à 10 V, la précision ne saurait par conséquent dépasser 0,4 %. En fonction de la réalisation technique des commutations, cette valeur peut être bien pire dans la pratique. Calcul de l'erreur de mesure maximale Pour la plage de mesure d'un module analogique de 0 à 10 V et pour une limite d'erreur pratique dans une plage de température totale de ±0,5 %, l'erreur de mesure maximale se calcule comme suit : 10 V · 0,5/100 = 50 mV Ainsi, l'erreur de mesure maximale est de ±50 mV. Cela signifie que pour l'entrée analogique chaque tension comporte, dans la plage d'entrée totale, une imprécision de ±50 mV. Une tension à mesurer de 3,5 V peut donc être représentée par une valeur quelconque comprise entre 3,45 V et 3,55 V. Une description détaillée de la limite d'erreur pratique et de la limite d'erreur de base se trouve au paragraphe Limite d'erreur pratique et limite d'erreur de base (Page 23). Traitement de valeurs analogiques 16 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.3 Normalisation des valeurs analogiques 2.3 Normalisation des valeurs analogiques Normalisation Pour le traitement ultérieur des valeurs analogiques numérisées, il est souvent nécessaire de calculer la grandeur de processus réelle au lieu des incréments (par ex. 10 V = 27648 incréments). On appelle "normalisation" ou encore "mise à l'échalle" la conversion d'une plage de valeurs (par ex. -27648 à +27648 incréments) en grandeur physique initiale (par ex. 0 à 500 litres). Blocs de normalisation STEP 7 offre un bloc de programme dédié à la normalisation de valeurs analogiques. Le bloc SCALE, fourni avec STEP 7, permet d'entrer des valeurs limites inférieure et supérieure (par ex. 0 à 500 litres). Exemple Dans l'exemple suivant, il s'agit de mesurer le niveau de remplissage d'un réservoir dont la capacité est de 500 litres. Le capteur de mesure utilisé mesure une tension de -10 V lorsque le réservoir est vide et une tension de +10 V lorsque le réservoir est plein. Le module analogique convertit la plage de tension entre -10 V et +10 V dans la plage de valeurs -27648 à +27648 puis reconvertit cette plage en la grandeur initiale comprise entre 0 et 500 litres à l'aide du bloc de programme SCALE. Figure 2-5 Normalisation dans le bloc de programme SCALE La valeur analogique à l'entrée IN est lue directement par le module ou transmise par une interface de données au format INT. Vous déterminez la valeur limite inférieure (0 litre) de la grandeur physique au moyen de l'entrée LO_LIM et la valeur limite supérieure (500 litres) au moyen de HI_LIM. La sortie OUT fournit la valeur normalisée (grandeur physique) sous forme de nombre réel (LO_LIM <= OUT <= HI_LIM). L'entrée BIPOLAR permet de paramétrer s'il ne faut convertir que des valeurs positives ou également des valeurs négatives. Si un opérande avec l'état "0" est transmis au paramètre, une normalisation unipolaire est effectuée. Un opérande avec l'état '1' entraîne une normalisation bipolaire. La sortie RET_VAL fournit un code d'erreur en cas d'erreur (par ex. débordement haut) ou la valeur '0' en cas d'exécution sans erreur. Vous trouverez de plus amples informations sur le bloc SCALE dans l'aide en ligne de STEP 7. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 17 Connaissances de base de la technique analogique 2.3 Normalisation des valeurs analogiques Plages de mesure unipolaires et bipolaires Dans l'exemple, la mesure du niveau a été effectuée dans une plage de mesure bipolaire, le capteur de mesure fournissant la tension négative en plus de la tension positive. Comme le volume du réservoir est représenté sur une plage de -27648 à +27648 incréments, la mesure du niveau est réalisée avec une résolution double (Δ) par rapport à la plage de mesure unipolaire. Remarque Capteur de mesure La condition requise pour effectuer une mesure dans une plage bipolaire est que le capteur de mesure utilisé prenne en charge des plages de mesure bipolaires. Figure 2-6 Plage de mesure bipolaire Dans une plage de mesure bipolaire, la mesure du niveau s'effectue avec une capacité de résolution (Δ) deux fois plus élevée que celle d'une plage de mesure unipolaire. Figure 2-7 Plage de mesure unipolaire Traitement de valeurs analogiques 18 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.4 Dénormalisation des valeurs analogiques 2.4 Dénormalisation des valeurs analogiques Dénormalisation Pour fournir des valeurs analogiques normalisées, il est souvent nécessaire de convertir la valeur analogique calculée par le programme utilisateur dans la plage de valeurs du module de sorties analogiques. Cette conversion s'appelle dénormalisation ou annulation de la mise à l'échelle. Blocs de dénormalisation STEP 7 offre un bloc de programme dédié à la dénormalisation de valeurs analogiques. Le bloc UNSCALE, fourni avec STEP 7, permet d'entrer une valeur limite inférieure et une valeur limite supérieure entre lesquelles évolue la valeur de programme. Exemple Une valeur analogique entre 0,0 et 100,0 %, calculée par le programme utilisateur, doit être convertie à l'aide du bloc UNSCALE en la plage de valeurs de -27648 à +27648. Lorsque la valeur dénormalisée est fournie à un module de sorties analogiques, ce dernier commande un actionneur analogique (par ex. une vanne de régulation). L'actionneur doit être commandé avec la valeur minimale (-10 V ou -20 mA) pour une valeur du programme de 0 % et avec la valeur maximale (+10 V ou +20 mA) pour 100 %. Figure 2-8 Dénormalisation dans le bloc de programme UNSCALE La valeur calculée par le programme doit être transmise au format REAL (IN). Vous déterminez la valeur limite inférieure (0,0 %) et la valeur limite supérieure (100,0 %) entre lesquelles la valeur du programme évolue au moyen de l'entrée LO_LIM (limite inférieure) et HI_LIM (limite supérieure). La sortie OUT fournit la valeur dénormalisée au format INT. L'entrée BIPOLAR permet de paramétrer s'il ne faut convertir que des valeurs positives ou également des valeurs négatives. Si un opérande avec l'état "0" est transmis au paramètre, une normalisation unipolaire est effectuée. Un opérande avec l'état '1' entraîne une normalisation bipolaire. La sortie RET_VAL fournit un code d'erreur en cas d'erreur ou la valeur '0' en cas d'exécution sans erreur. Vous trouverez de plus amples informations sur le bloc UNSCALE dans l'aide en ligne de STEP 7. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 19 Connaissances de base de la technique analogique 2.4 Dénormalisation des valeurs analogiques Plages de mesure unipolaires et bipolaires La figure suivante montre la normalisation pour un actionneur commandé avec la valeur minimale 0 (0 V ou 0 mA) pour une valeur de programme de 0 % et avec la valeur maximale (10 V ou 20 mA) pour 100 % (+27648). Figure 2-9 Plage de mesure unipolaire La figure suivante montre la normalisation pour un actionneur commandé avec la valeur minimale 0 (-10 V ou -20 mA) pour une valeur de programme de 0 % (-27648) et avec la valeur maximale (+10 V ou +20 mA) pour 100 % (+27648). Figure 2-10 Plage de mesure bipolaire Traitement de valeurs analogiques 20 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.5 Erreur de linéarité 2.5 Erreur de linéarité Définition La linéarité caractérise la différence entre la conversion A/N ou N/A et la droite idéale d'une plage de mesure spécifique. L'erreur de linéarité est donc la mesure de cette différence entre la fonction de transfert réelle et la droite idéale. Les caractéristiques techniques indiquent l'écart en pourcentage rapporté à la plage nominale du module analogique. Afin de permettre une meilleure visibilité, la figure suivante montre une représentation agrandie de l'erreur de linéarité d'un CAN. Figure 2-11 Erreur de linéarité Exemple Une plage d'entrée de ± 10 V et une erreur de linéarité de ± 0,01 % donnent une erreur de ± 1 mV. L'erreur se calcule comme suit : 10 V · 0,01 % = 1 mV Les indications d'erreur de linéarité figurant dans les caractéristiques techniques sont déjà prises en compte dans la limite d'erreur pratique. Pour une description détaillée de la limite d'erreur pratique, référez-vous au paragraphe Limite d'erreur pratique et limite d'erreur de base (Page 23). Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 21 Connaissances de base de la technique analogique 2.6 Précision de répétabilité 2.6 Précision de répétabilité Définition La précision de répétabilité désigne l'écart maximal des valeurs de mesure/de sortie pour un même signal d'entrée ou une valeur de sortie si une autre valeur a été entre-temps appliquée ou fournie. Les autres paramètres restent inchangés, p. ex. le paramètre de température. La précision de répétabilité se rapporte à la plage nominale du module et est valable pour l'état stabilisé à une température donnée. Dispersion des valeurs de mesure La précision de répétabilité renseigne sur la variance des différents résultats de mesure. Plus la dispersion des résultats est faible, plus la précision de répétabilité est élevée. La précision de répétabilité est donc une propriété importante des dispositifs de mesure. Les caractéristiques techniques indiquent la précision de répétabilité en pourcentage à un état stabilisé à 25 °C rapporté à la plage d'entrée ou de sortie. Exemple La précision de répétabilité rapportée à la valeur de fin de plage de mesure indiquée est de ±0,02 % pour un module d'entrées analogiques. Cela correspond à une précision de répétabilité de 2 mV pour toute valeur au sein de la plage de mesure de ±10 V. Par exemple, si vous modifiez la valeur de mesure de 10 V à -10 V et revenez ensuite à une mesure de 10 V, l'écart de mesure s'élève au plus à ±2 mV. ① ② Bonne précision de répétabilité Mauvaise précision de répétabilité Figure 2-12 Précision de répétabilité des valeurs de mesure fournies Traitement de valeurs analogiques 22 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.7 Limite d'erreur pratique et limite d'erreur de base 2.7 Limite d'erreur pratique et limite d'erreur de base Introduction Vous trouverez ci-après les explications pour savoir comment déterminer la limite d'erreur pratique ou la limite d'erreur de base, et donc l'erreur de mesure ou l'erreur de sortie, à l'aide des caractéristiques techniques. Le concept Worst-Case garantit que le module ne dépasse pas la valeur spécifiée dans toute la plage de fonctionnement admissible. La précision des modules d'entrées ou de sorties analogiques ne représente qu'une partie de la précision de l'ensemble du circuit de mesure. Un circuit de mesure est normalement constitué d'un capteur de mesure, d'un transducteur de mesure, d'une distance de transfert et d'un module d'entrées ou sorties. Limite d'erreur pratique La limite d'erreur pratique est l'erreur de mesure ou de sortie totale du module analogique dans la plage nominale, à l'état stabilisé à une température donnée, dans la plage de température admise. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 23 Connaissances de base de la technique analogique 2.7 Limite d'erreur pratique et limite d'erreur de base Limite d'erreur de base La limite d'erreur de base est l'erreur de mesure ou de sortie totale dans la plage nominale, à l'état stabilisé à une température ambiante de 25 °C. Une température ambiante constante de 25 °C ne régnant que très rarement dans les installations, la limite d'erreur de base du module est une valeur plutôt théorique. La limite d'erreur pratique est donc prioritaire dans la pratique pour la sélection et l'évaluation d'un module. Remarque Les indications de limite d'erreur pratique et de limite d'erreur de base données en pourcentage dans les caractéristiques techniques se rapportent toujours à la valeur d'entrée ou de sortie la plus grande possible dans la plage nominale du module (valeur de fin de plage de mesure). L'illustration qui suit montre, à titre d'exemple, les limites d'erreur pratique et d'erreur de base par rapport à la courbe idéale. Figure 2-13 Limites d'erreur pratique et d'erreur de base Traitement de valeurs analogiques 24 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.7 Limite d'erreur pratique et limite d'erreur de base Exemple de détermination de l'erreur de sortie Un module de sortie analogique est utilisé pour la sortie de tension dans la plage de 0 à 10 V. Le module travaille à une température ambiante de 30 °C. La limite d'erreur pratique est ainsi applicable. Les caractéristiques techniques du module indiquent : ● Limite d'erreur pratique pour sortie de tension : ±0,1 % L'erreur de sortie est par conséquent de ± 10 mV (± 0,1 % de 10 V) dans toute la plage nominale du module. Pour une tension effective par ex. de 2,50 V, la tension de sortie peut se situer dans une plage allant de 2,49 V à 2,51 V. Remarque Plages de mesure bipolaires Le calcul s'applique également aux plages de mesure bipolaires. Pour une plage de mesure de ± 10 V et une erreur pratique de ± 0,1 %, l'erreur de sortie est également de ± 10 mV. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 25 Connaissances de base de la technique analogique 2.8 Erreur de température 2.8 Erreur de température Introduction En service, les modules analogiques sont soumis à des conditions qui influent sur leur précision et donc sur les résultats de mesure obtenus. Si, par exemple, la température de service du module diffère de la température ambiante de 25 °C, des erreurs de température se produisent. Ces erreurs de température sont, dans la plage de température admise, en deçà de la limite d'erreur pratique. Définition L'erreur de température caractérise la dérive maximale des valeurs de mesure ou de sortie occasionnée par une modification de la température ambiante autour du module analogique. La dérive maximale peut apparaître à une température ambiante quelconque. L'erreur de température est indiquée, selon le module utilisé, en pourcentage par degré Celsius et/ou en pourcentage par Kelvin, p. ex. ±0,005 %/K, et est exprimée par rapport à la valeur de fin de l'étendue de mesure du module analogique. Limites d'erreur pratique de la compensation L'erreur de température de la compensation de la température de soudure froide ne peut se produire qu'en cas de mesure réalisée par thermocouples. Lorsque le mode de fonctionnement "Soudure froide interne" est sélectionné, l'erreur de température de la compensation s'ajoute à l'erreur de température proprement dite. Dans les caractéristiques techniques, l'erreur de température de la compensation est indiquée soit en pour cent par rapport à la plage nominale physique du module analogique, soit en tant que valeur absolue en °C. Remarque Calcul de l'erreur lors de la mesure par thermocouple Afin de calculer l'erreur générale lors d'une mesure avec thermocouple, additionnez l'erreur de mesure par thermocouple et l'erreur de la mesure de compensation. Ces erreurs sont indiquées dans le manuel correspondant. Exemple Dans cet exemple, l'erreur générale de mesure de la température est calculée au moyen d'un thermocouple de type K. Le thermocouple de type K effectue des mesures dans une plage de température de -270 à 1372 °C. Dans les caractéristiques techniques, la limite d'erreur pratique indiquée pour le thermocouple de type K est >-200 °C ±2,4 K. L'erreur de température de la compensation est de ±6 °C. Pour une température mesurée >-200 °C, l'erreur de température générale se calcule comme suit : Erreur pratique (±2,4 K) + erreur de température de la compensation (±6 °C) = ±8,4 °C. Traitement de valeurs analogiques 26 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.9 Réjection des fréquences perturbatrices 2.9 Réjection des fréquences perturbatrices Définition La réjection des fréquences perturbatrices dans les modules d'entrées analogiques supprime les perturbations provoquées par la fréquence du réseau à tension alternative utilisé. La fréquence du réseau de tension alternative peut avoir une influence perturbatrice sur la valeur de mesure, en particulier pour les mesures dans les plages de tension basses et avec des thermocouples. Paramétrage La fréquence réseau utilisée pour l'exploitation de l'installation peut être réglée dans les paramètres sur le module p. ex. dans STEP 7. Figure 2-14 Réjection des fréquences perturbatrices Le temps de conversion varie en fonction de la réjection des fréquences perturbatrices paramétrée. Ce rapport est décrit dans les fiches techniques de chaque module. Pour la sélection de la réjection des fréquences perturbatrices appropriée, tenez compte des points suivants : Plus la fréquence paramétrée est élevée, plus le temps de conversion est court. Remarque Fréquence réseau Sélectionnez toujours la fréquence perturbatrice en fonction de la fréquence réseau utilisée. Si une autre fréquence est sélectionnée par ex. pour raccourcir le temps de conversion, la réjection ne sera alors plus correcte. Les caractéristique techniques indiquées, en particulier la précision, peuvent alors se situer en dehors de la plage spécifiée. Lissage Le lissage de valeurs analogiques permet d'obtenir une amélioration supplémentaire lors de la suppression de fréquences perturbatrices. Vous trouverez de plus amples informations sur le lissage de valeurs analogiques dans la section Lissage (Page 56). Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 27 Connaissances de base de la technique analogique 2.9 Réjection des fréquences perturbatrices Fréquences réseau utilisées La fréquence réseau est la fréquence utilisée dans un circuit électrique pour l'alimentation électrique via une tension alternative. Son unité est le Hertz et elle indique le nombre d'oscillations par seconde d'un signal périodique. Pour une fréquence réseau de 50 Hz par exemple, on a 50 oscillations par seconde. L'Europe, l'Australie et la plupart des pays d'Asie et d'Afrique utilisent une fréquence réseau de 50 Hz. L'Amérique du Nord et l'Amérique centrale, ainsi que la plupart des pays d'Amérique du Sud utilisent par contre une fréquence réseau de 60 Hz. On utilise les fréquences de 400 Hz principalement dans les réseaux de bord des avions, en aérospatial et dans le domaine militaire. Une des raisons est que les moteurs avec une fréquence réseau de 400 Hz sont plus légers et plus petits. Comme il n'est cependant pas possible de transporter de manière rentable de telles hautes fréquences sur une grande distance, les applications 400 Hz sont généralement très limitées dans l'espace. Pour l'alimentation du réseau ferroviaire, une fréquence de 16 2/3 Hz est utilisée en Allemagne, en Autriche et en Suisse. Certains modules de la gamme SIMATIC S7 prennent également en charge la suppression des fréquences perturbatrices pour cette fréquence réseau. La réjection des fréquences perturbatrices paramétrable est alors de 16,6 Hz. Traitement de valeurs analogiques 28 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.10 Défauts de mode commun (UCM) 2.10 Défauts de mode commun (UCM) Définition Les défauts de mode commun sont des tensions et courants perturbateurs sur les lignes de raccordement entre les appareils électriques et les composants. Ils se propagent à même position de phase et d'amplitude, tant dans le câble d'alimentation que dans le câble retour. Pour provoquer une véritable perturbation du signal utile, une autre voie de courant est nécessaire. La voie de courant est la plupart du temps définie par des potentiels de référence communs au signal utile et à la source de perturbation, par ex. mise à la terre ou connexion de masse. Défauts de mode commun dans les modules analogiques Un défaut de mode commun dans les modules analogiques d'entrée et de sortie survient lorsqu'il y a une différence entre leur potentiel de référence et celui des capteurs et actionneurs raccordés. Le défaut de mode commun survient de préférence dans le fonctionnement de modules analogiques avec des capteurs mis à la terre. En fonction de l'étendue de l'installation complète, il peut se créer des différences de tension entre les pièces de la machine qui possèdent des capteurs avec prise de terre intégrés et l'alimentation du module analogique. Ces différences agissent uniformément sur le chemin du signal positif et négatif et sont de ce fait considérées comme un défaut de mode commun. En cas de fonctionnement de capteurs sans prise de terre, l'apparition du défaut de mode commun est moins évidente qu'en fonctionnement avec une prise de terre. Cependant, des différences de tension apparaissent également du fait du couplage capacitif ou inductif, qui produisent également un défaut de mode commun. Selon que le fonctionnement est avec ou sans prise de terre, la tension de mode commun peut se manifester sous forme de tension continue ou de tension alternative. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 29 Connaissances de base de la technique analogique 2.10 Défauts de mode commun (UCM) Exemple La figure suivante représentant un module analogique à deux entrées (Ch1/Ch2) illustre des tensions perturbatrices couplées (UCM1/UCM2) dans les entrées, ainsi qu'une tension perturbatrice couplée (UCM3) entre ces entrées. La réjection de mode commun (Common Mode Rejection) décrit dans quelle mesure ces signaux perturbateurs peuvent être supprimés. Elle résulte de la formule suivante : CMR [dB] = 20 · log (UCM / Ua) Figure 2-15 Tension de mode commun couplée entre deux entrées En présence d'une tension de mode commun (UCM), le calcul de l'écart de mesure (Ua) s'effectue selon la formule Ua : Remarque Les données relatives à la réjection de mode commun (CMR) se trouvent sous la rubrique "Défaut de mode commun " dans les caractéristiques techniques du manuel du module analogique utilisé. Traitement de valeurs analogiques 30 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.11 Perturbation de mode série (USM) 2.11 Perturbation de mode série (USM) Définition Les perturbations de mode série sont des tensions et courants perturbateurs qui se propagent en sens inverse sur les lignes de raccordement. Ils ont des directions opposées dans le câble d'alimentation et dans le câble retour. Les défauts de mode série entraînent une chute de tension à l'impédance de réception, qui agit comme une tension de perturbation. Causes Les perturbations de mode série sont générées par couplage inductif ou capacitif. Lors du couplage inductif entre lignes voisines parcourues de courant, les flux magnétiques générés traversent respectivement l'autre ligne. Une tension de perturbation est ainsi induite dans la ligne. Il y a couplage galvanique quand différents circuits de courant influent l'un sur l'autre par des tronçons de ligne communs, par ex. une connexion de masse utilisée en commun. La figure suivante montre les perturbations de mode série comme une source de tension branchée en série sur le signal de mesure proprement dit (UM) (USM). L'indice "SM" est l'abréviation du terme anglais signifiant "Series Mode". La réjection de mode série (Series Mode Rejection) décrit dans quelle mesure les signaux perturbateurs peuvent être supprimés. Elle résulte de la formule suivante : SMR [dB] = 20 · log (USM / Ua) Figure 2-16 Perturbation capacitive ou inductive dans le câble de signaux La formule suivante s'applique pour calculer l'écart de mesure pour une tension (Ua). La formule suivante montre le calcul de l'écart de mesure pour un courant (Ia) avec l'utilisation d'une entrée de courant. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 31 Connaissances de base de la technique analogique 2.11 Perturbation de mode série (USM) Remarque Les données relatives à la réjection de mode série (SMR) se trouvent sous la rubrique "Défaut de mode série " dans les caractéristiques techniques du manuel du module analogique utilisé. La grandeur de la résistance d'entrée (Rein) est également indiquée dans les caractéristiques techniques. Traitement de valeurs analogiques 32 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.12 Réjection des tensions perturbatrices 2.12 Réjection des tensions perturbatrices Définition La réjection des tensions perturbatrices caractérise le facteur à hauteur duquel le signal de perturbation sera supprimé lors de la saisie des valeurs de mesure. Plus cette valeur est élevée, moins les perturbations faussent le signal de mesure. Les caractéristiques techniques distinguent entre "défaut de mode commun" et "défaut de mode série". La réjection des tensions perturbatrices est indiquée en décibels. Exemple La figure suivante montre l'écart de mesure pour des tensions de perturbation en Volt et une réjection des tensions perturbatrices de 0 à 120 dB. Figure 2-17 Réjection des tensions perturbatrices Pour une réjection des tensions perturbatrices de 40 dB et une tension de perturbation de 1 V, la valeur de mesure est faussée de seulement 0,01 V. Remarque Montage résistant aux perturbations Il est possible de réduire notablement les perturbations par un montage immune aux perturbations avec une mise à la terre et une isolation appropriées. Pour plus d'informations sur les moyens d'éviter les perturbations, référez-vous à la description fonctionnelle Montage sans perturbation des automates (http://support.automation.siemens.com/WW/view/fr/59193566). Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 33 Connaissances de base de la technique analogique 2.12 Réjection des tensions perturbatrices Réjection de mode commun Le tableau suivant montre les caractéristiques possibles sur la réjection de mode commun dans les caractéristiques techniques d'un module d'entrées analogiques : Réjection des tensions perturbatrices pour f = n x (f1 ± 1%), (f1 = fréquence de perturbation), , n = 1, 2, ... Défaut de mode commun > 100 dB Tension de mode commun, maxi 10 V Pour une fréquence perturbatrice paramétrée de 50 Hz, la suppression spécifiée des tensions parasites de perturbations de mode commun s'applique uniquement aux fréquences de 50 Hz ±1 %, 100 Hz ±1 %, 150 Hz ±1 %, … Pour toutes les autres fréquences, l'immunité aux perturbations est plus faible. Les perturbations résultant de la tension réseau faussent le signal utile mesuré avec un rapport de 100.000 : 1. Une amplitude de tension de perturbation de 1 V affecte le signal utile de 10 μV. La tension de mode commun (tension Common Mode ; UCM) indique l'écart maximal du potentiel entre deux voies ou entre une voie et la masse analogique admissible sans dépassement de la suppression des tensions parasites indiquée dans les caractéristiques techniques. Si la tension de mode commun maximale indiquée, par exemple 10 V, est dépassée, le signal analogique n'est pas traité correctement. En fonction du module utilisé, une telle erreur peut être diagnostiquée et signalée. La cause de ce dépassement peut être des différences d'alimentation ou des longueurs de câbles excessives. Réjection de mode série Le tableau suivant montre les données possibles sur la réjection de mode série dans les caractéristiques techniques d'un module d'entrée analogique : Réjection des tensions perturbatrices pour f = n x (f1 ± 1%), (f1 = fréquence de perturbation), n = 1, 2, ... Perturbation de mode série > 60 dB Pour une fréquence perturbatrice paramétrée de 50 Hz, la suppression spécifiée des tensions parasites de perturbations de mode série s'applique uniquement aux fréquences de 50 Hz ±1 %, 100 Hz ±1 %, 150 Hz ±1 %, … Pour toutes les autres fréquences, l'immunité aux perturbations est plus faible. En résultat de l'observation générale, on constate que les perturbations provenant de la tension réseau fausse le signal utile mesuré dans un rapport de 1000 : 1. Une amplitude de tension de perturbation de 1 V affecte le signal utile de 1 mV. Traitement de valeurs analogiques 34 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.13 Diaphonie entre les voies 2.13 Diaphonie entre les voies Origine du terme Dans la technique de télécommunication, le terme de diaphonie (Crosstalk/XT) désignait à l'origine le couplage indésirable de signaux vocaux entre les conducteurs de deux interlocuteurs distants. Définition La diaphonie entre voies de signal désigne les interférences entre deux voies séparées dues à des courants de fuite, des couplages capacitifs ou inductifs. La diaphonie entre les voies modifie le signal de l'amplitude du signal diaphonique. Causes Il n'est techniquement pas possible d'isoler les voies des différents modules de leurs conditions ambiantes. Des courants de fuite ou couplages perturbateurs peuvent provoquer une influence réciproque. Figure 2-18 Diaphonie entre deux voies La figure montre les effets de la diaphonie pour l'utilisateur sur la base de deux voies (Ch1/Ch2) d'un module d'entrée analogique. La diaphonie est la valeur du facteur de perturbation du signal utile sur une deuxième voieUa2 par le signal sur une première voie Ue1. L'écart de mesure (Ua1) se calcule selon la formule suivante : Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 35 Connaissances de base de la technique analogique 2.13 Diaphonie entre les voies Exemple d'atténuation diaphonique La valeur "Diaphonie entre les entrées" d'un module d'entrées analogiques à huit voies dans les caractéristiques techniques signifie p.ex. -100 dB pour une plage de mesure sur la voie 1 de -10 V à +10 V. Une tension avec amplitude de 10 V est appliquée. On doit maintenant examiner quelle erreur apparaît sur la voie 0 (plage de mesure ±10 V) et sur la voie 2 (plage de mesure ±80 mV) du fait de la diaphonie. 100 dB correspondent au facteur 100 000. Les valeurs de mesure sur les voies 0 et 2 à 7 sont affectées de 10 V / 100 000 = 100 μV. Cette perturbation résulte de l'addition ou de la soustraction du signal utile existant et a des effets différents selon les plages de mesure. ● Voie 0 : 100 μV / 10 V = 0,001 % ● Voie 2 : 100 μV / 80 mV = 0,125 % Une tension appliquée de 10 V sur la voie 1 altère la valeur de mesure sur la voie 0 de 0,001 % et la valeur de mesure sur la voie 2 de 0,125 %. L'erreur de mesure du fait de la diaphonie est de 0,001 % ou 0,125 % en fonction de la plage de mesure. La limite d'erreur de base prend déjà en compte les écarts entre les voies provoqués par la diaphonie. Calcul de l'écart de mesure Dans cet exemple, on calcule l'écart de mesure de la voie 1 si la tension de mesure varie de 10 V sur la voie 2. La valeur de la diaphonie (XT [dB]) est indiquée dans les caractéristiques techniques du manuel du module analogique utilisé. Si la tension de mesure varie de 10 V sur la voie 2, la valeur de mesure de la voie 1 diffère de 0,001 V. Traitement de valeurs analogiques 36 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.14 Diagnostic 2.14 Diagnostic Types de diagnostic pour les modules analogiques Les modules analogiques SIMATIC sont capables de diagnostiquer les erreurs. STEP 7 propose différents types de diagnostic pour les modules analogiques. Veuillez noter que les paramètres configurables varient selon le module analogique utilisé et la famille de produits. Vous trouverez de plus amples informations sur les types de diagnostic dans le manuel du module d'entrée ou de sortie analogique que vous utilisez. Pour sélectionner les types de diagnostic du module analogique utilisé, procédez de la manière suivante : 1. Ouvrez STEP 7. 2. Sélectionnez le module analogique souhaité dans la vue des appareils. 3. Sélectionnez l'onglet "Propriétés". 4. Dans la fenêtre d'inspection, sélectionnez les entrées ou la voie concernée du module analogique. Tableau 2- 2 Vue d'ensemble des erreurs diagnosticables Type de diagnostic Module d'entrées analogiques Module de sorties analogiques Rupture de fil ✓ ✓ Absence de tension d’alimentation L+ ✓ ✓ Débordement haut ✓ ✓ Débordement bas ✓ ✓ Défaut de mode commun ✓ - Court-circuit ✓ ✓ Surcharge - ✓ Soudure froide ✓ - Le diagnostic des modules analogiques s'effectue en cours d'exploitation et sur la base des grandeurs de sortie réelles, p. ex. courant ou tension. Si le courant ou la tension de sortie n'est plus présent en quantité suffisante, le module ne peut effectuer de diagnostic fiable. Les limites permettant le diagnostic sont indiquées dans les caractéristiques techniques du module concerné. Le module émet une alarme de diagnostic pour transmettre l'état diagnostiqué à la CPU. En présence de plusieurs diagnostics, le diagnostic ayant la priorité la plus haute est signalé à la CPU en premier. Le diagnostic est émis par l'intermédiaire des afficheurs à LED sur le module concerné, sur l'écran de la CPU, sur le serveur Web ou un appareil de contrôle-commande. Les types de diagnostic configurables varient selon le type de mesure et de sortie sélectionné. Les tableaux suivants illustrent la relation entre les types de diagnostic et de mesure ou de sortie d'un module d'entrées ou de sorties analogiques. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 37 Connaissances de base de la technique analogique 2.14 Diagnostic Diagnostic de modules d'entrées analogiques Tableau 2- 3 Types de diagnostic configurables d'un module d'entrées analogiques avec le type de mesure "Tension" Rupture de fil Absence (1 à 5 V) de tension d’alimentation L+ Débordement Débordement Défaut haut bas de mode commun Soudure froide Court-circuit S7-1500 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ - - ET 200MP ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ - - ET 200SP ✓ - ✓ ✓ - - ✓ ET 200AL - ✓ ✓ ✓ - - ✓ ET 200eco PN ✓ ✓ ✓ ✓ - - - ET 200pro - ✓ ✓* ✓* - - ✓ * Pour l'ET 200pro, les paramètres "Débordement haut" et "Débordement bas" sont regroupés dans le paramètre commun "Débordement haut/bas" Tableau 2- 4 Types de diagnostic configurables d'un module d'entrées analogiques avec le type de mesure "Courant (transducteur de mesure 4 fils)" Absence Rupture de fil de tension (4 à 20 mA) d’alimentation L+ Débordement Débordement Défaut haut bas de mode commun Soudure froide Court-circuit S7-1500 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ - - ET 200MP ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ - - ET 200SP ✓ ✓ ✓ ✓ - - ✓** ET 200AL - ✓ ✓ ✓ - - ✓** ET 200eco PN ✓ ✓ ✓ ✓ - - - ET 200pro - ✓ ✓* ✓* - - ✓ * Pour l'ET 200pro, les paramètres "Débordement haut" et "Débordement bas" sont regroupés dans le paramètre commun "Débordement haut/bas" ** Diagnostic uniquement pour l'alimentation du capteur Traitement de valeurs analogiques 38 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.14 Diagnostic Tableau 2- 5 Types de diagnostic configurables d'un module d'entrées analogiques avec le type de mesure "Courant (transducteur de mesure 2 fils)" Absence Rupture de fil de tension (4 à 20 mA) d’alimentation L+ Débordement Débordement Défaut haut bas de mode commun Soudure froide Court-circuit S7-1500 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ - - ET 200MP ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ - - ET 200SP ✓ ✓ ✓ - - - ✓** ET 200AL - ✓ ✓ ✓ - - ✓** ET 200eco PN ✓ ✓ ✓ ✓ - - - ET 200pro - ✓ ✓* ✓* - - ✓ * Pour l'ET 200pro, les paramètres "Débordement haut" et "Débordement bas" sont regroupés dans le paramètre commun "Débordement haut/bas" ** Diagnostic uniquement pour l'alimentation du capteur Tableau 2- 6 Types de diagnostic configurables d'un module d'entrées analogiques avec le type de mesure "Résistance (4 fils)" Absence Rupture de fil de tension d’alimentation L+ Débordement Débordement Défaut bas de mode haut commun Soudure froide Court-circuit S7-1500 ✓ ✓ ✓ ✓ - - - ET 200MP ✓ ✓ ✓ ✓ - - - ET 200SP ✓ ✓ ✓ ✓ - - - ET 200eco PN ✓ ✓ ✓ - - - - ET 200pro - ✓ ✓* ✓* - - - * Pour l'ET 200pro, les paramètres "Débordement haut" et "Débordement bas" sont regroupés dans le paramètre commun "Débordement haut/bas" Tableau 2- 7 Types de diagnostic configurables d'un module d'entrées analogiques avec le type de mesure "Résistance (3 fils)" Absence Rupture de fil de tension d’alimentation L+ Débordement Débordement Défaut bas de mode haut commun Soudure Court-circuit froide S7-1500 ✓ ✓ ✓ ✓ - - - ET 200MP ✓ ✓ ✓ ✓ - - - ET 200SP ✓ ✓ ✓ ✓ - - - ET 200AL - ✓ ✓ - - - - ET 200eco PN ✓ ✓ ✓ - - - - ET 200pro - ✓ ✓* ✓* - - - * Pour l'ET 200pro, les paramètres "Débordement haut" et "Débordement bas" sont regroupés dans le paramètre commun "Débordement haut/bas" Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 39 Connaissances de base de la technique analogique 2.14 Diagnostic Tableau 2- 8 Types de diagnostic configurables d'un module d'entrées analogiques avec le type de mesure "Résistance (2 fils)" Absence de tension d’alimentation L+ Rupture de fil Débordement Débordement Défaut haut de mode bas commun Soudure Court-circuit froide S7-1500 ✓ - - ✓ - - - ET 200MP ✓ - - ✓ - - - ET 200SP ✓ ✓ ✓ ✓ - - - ET 200AL - ✓ ✓ - - - - ET 200eco PN ✓ ✓ ✓ - - - - ET 200pro - ✓ ✓* ✓* - - - * Pour l'ET 200pro, les paramètres "Débordement haut" et "Débordement bas" sont regroupés dans le paramètre commun "Débordement haut/bas" Tableau 2- 9 Types de diagnostic configurables d'un module d'entrées analogiques avec le type de mesure "Résistance thermique (4 fils)" Absence de tension d’alimentation L+ Rupture de fil Débordemen Débordement Défaut t haut bas de mode commun Soudure Court-circuit froide S7-1500 ✓ ✓ ✓ ✓ - - - ET 200MP ✓ ✓ ✓ ✓ - - - ET 200SP ✓ ✓ ✓ ✓ - - - ET 200eco PN ✓ ✓ ✓ ✓ - - - ET 200pro - ✓ ✓* ✓* - - - * Pour l'ET 200pro, les paramètres "Débordement haut" et "Débordement bas" sont regroupés dans le paramètre commun "Débordement haut/bas" Tableau 2- 10 Types de diagnostic configurables d'un module d'entrées analogiques avec le type de mesure "Résistance thermique (3 fils)" Absence de tension d’alimentation L+ Rupture de fil Débordemen Débordement Défaut t haut bas de mode commun Soudure Court-circuit froide S7-1500 ✓ ✓ ✓ ✓ - - - ET 200MP ✓ ✓ ✓ ✓ - - - ET 200SP ✓ ✓ ✓ ✓ - - - ET 200AL - ✓ ✓ ✓ - - - ET 200eco PN ✓ ✓ ✓ ✓ - - - ET 200pro - ✓ ✓* ✓* - - - * Pour l'ET 200pro, les paramètres "Débordement haut" et "Débordement bas" sont regroupés dans le paramètre commun "Débordement haut/bas" Traitement de valeurs analogiques 40 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.14 Diagnostic Tableau 2- 11 Types de diagnostic configurables d'un module d'entrées analogiques avec le type de mesure "Résistance thermique (2 fils)" Absence Rupture de fil de tension d’alimentation L+ Débordement Débordement haut bas Défaut de mode commun Soudure froide Court-circuit S7-1500 - - - ✓ - - - ET 200MP - - - ✓ - - - ET 200SP ✓ ✓ ✓ ✓ - - - ET 200AL - ✓ ✓ ✓ - - - ET 200eco PN ✓ ✓ ✓ ✓ - - - ET 200pro - ✓ ✓* ✓* - - - * Pour l'ET 200pro, les paramètres "Débordement haut" et "Débordement bas" sont regroupés dans le paramètre commun "Débordement haut/bas" Tableau 2- 12 Types de diagnostic configurables d'un module d'entrées analogiques avec le type de mesure "Thermocouple" Absence Rupture de fil de tension d’alimentation L+ Débordement haut Débordement bas Défaut de mode commun Soudure froide Court-circuit S7-1500 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ - ET 200MP ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ - ET 200SP ✓ ✓ ✓ ✓ - ✓ - ET 200eco PN ✓ - ✓ ✓ - ✓ - ET 200pro - - ✓* ✓* - ✓ - * Pour l'ET 200pro, les paramètres "Débordement haut" et "Débordement bas" sont regroupés dans le paramètre commun "Débordement haut/bas" Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 41 Connaissances de base de la technique analogique 2.14 Diagnostic Diagnostic de modules de sorties analogiques Tableau 2- 13 Types de diagnostic configurables d'un module de sorties analogiques avec le type de mesure "Tension" Absence Rupture de fil de tension d’alimentation L+ Débordement haut Débordement bas Court-circuit Surcharge S7-1500 ✓ - ✓ ✓ ✓ - ET 200MP ✓ - ✓ ✓ ✓ - ET 200SP ✓ - ✓ ✓ ✓ - ET 200eco PN ✓ - - - ✓ ✓ ET 200pro - - - - ✓ - Tableau 2- 14 Types de diagnostic configurables d'un module de sorties analogiques avec le type de mesure "Courant" Absence de tension d’alimentation L+ Rupture de fil Débordement haut Débordement bas Court-circuit Surcharge S7-1500 ✓ ✓ ✓ ✓ - - ET 200MP ✓ ✓ ✓ ✓ - - ET 200SP ✓ ✓ ✓ ✓ - - ET 200eco PN ✓ ✓ - - - ✓ ET 200pro - ✓ - - - - Remarque Plages de mesure Veuillez noter que les types de diagnostic paramétrables dépendent non seulement du type de mesure ou de sortie choisi mais également de la plage de mesure concernée. Remarque Valeurs de sortie minimales En dessous d'une certaine valeur de courant ou de tension, certains défauts, comme la rupture de fil ou le court-circuit ne peuvent plus être diagnostiqués. Le diagnostic n'est à nouveau possible que lorsque cette valeur minimale est à nouveau dépassée. Traitement de valeurs analogiques 42 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.14 Diagnostic Absence de tension d’alimentation L+ Si vous voulez diagnostiquer une absence ou une insuffisance de tension d'alimentation L+ sur le module analogique, cochez la case d'option "Absence de tension d’alimentation L+". Si la tension d'alimentation est inexistante ou trop basse, la signalisation d'état et d'erreur du module analogique vous en informe. Cette information est également fournie à la CPU par le biais d'une inscription dans le tampon de diagnostic. En l'absence de tension d'alimentation, tous les autres types de diagnostic disponibles ne sont plus possibles. Rupture de fil La rupture de fil désigne un état défectueux dans lequel un circuit de courant électrique normalement fermé est interrompu quelque part et donc ne fonctionne plus. Rupture de fil sur les modules d'entrées analogiques Le diagnostic "Rupture de fil" permet une détection du défaut pendant que l'installation est en service. Dans STEP 7, vous définissez les propriétés du module avec différents paramètres. En fonction du module utilisé, il est par ex. possible de paramétrer la limite de courant à partir de laquelle une rupture de fil sera signalée. Figure 2-19 Paramétrage de la limite de courant Rupture de fil d'un module d'entrées analogiques dans STEP 7 La technique live-zero est en général utilisée pour détecter une rupture de fil. Pour le signal unifié live-zero 4 à 20 mA, la valeur de signal 4 mA est attribuée au début de la plage de mesure. Une rupture de fil entre l'entrée et le capteur est détectée en l'absence de courant. A la place d'un signal de courant, il est également possible d'utiliser un signal de tension de 1 à 5 V pour détecter une rupture de fil. Pour les modules d'entrées analogiques, cela veut dire que le diagnostic "Rupture de fil" ne peut être paramétré que dans la plage 4 à 20 mA ou 1 à 5 V. Pour les types de mesure "Résistance", "Résistance thermique" et "Thermocouple", un courant est appliqué à la ligne. En cas de rupture de fil, ce courant est interrompu et le module d'entrées analogiques détecte ainsi la rupture de fil. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 43 Connaissances de base de la technique analogique 2.14 Diagnostic Rupture de fil sur les modules de sorties analogiques On utilise le signal analogique sorti pour détecter la rupture de fil. Si l'intensité du courant est trop basse, la rupture de fil ne peut plus être diagnostiquée avec fiabilité. Dans ce cas, le diagnostic se désactive sans que l'état de diagnostic n'en soit modifié. La limite de courant permettant encore de diagnostiquer la rupture de fil est indiquée dans les caractéristiques techniques du module concerné. Débordement haut/bas La résolution de la plage de mesure d'un module d'entrées analogiques fait la distinction entre la plage nominale, les plages de dépassement haut/bas et le débordement haut/bas. Le tableau suivant affecte le nombre d'incréments qui composent le signal de mesure aux différentes plages de mesure de la tension. Tableau 2- 15 Plage de mesure de tension ±10 V d'un module d'entrées analogiques Valeur (incréments) Plage de mesure de tension Plage Décimal ±10 V 32767 > 11,759 V Débordement haut 32511 11,759 V Plage de dépassement haut 27648 10,0 V Plage nominale 0 0V -27648 -10 V 27649 -27649 Plage de dépassement bas -32512 -11,759 V -32768 < -11,759 V Débordement bas A partir de la valeur décimale 32512, la valeur lue se trouve au dessus de la plage de dépassement haut et elle n'est plus valide. Dans ce cas, l'état d'erreur "Débordement haut est diagnostiqué. La plage de dépassement haut correspond à la zone de tolérance avant d'atteindre le débordement. A partir de la valeur décimale -32513, la valeur lue se trouve en dessous de la plage de mesure paramétrée et elle n'est plus valide. Dans ce cas, l'état d'erreur "Débordement bas est diagnostiqué. La plage de dépassement bas correspond à la plage de dépassement haut uniquement pour les valeurs négatives. Une rupture de fil, une plage de mesure incorrecte ou un mauvais câblage peuvent être des causes possibles à l'origine du diagnostic "Débordement haut" ou "Débordement bas". Remarque Précision La précision mentionnée dans les caractéristiques techniques du module concerné est garantie uniquement à l'intérieur de la plage nominale. Traitement de valeurs analogiques 44 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.14 Diagnostic Défaut de mode commun La sélection de la case d'option "Mode commun" diagnostique un dépassement de la différence de potentiel admise UCM. Il y a un dépassement de la différence de potentiel admise UCM p. ex. entre le point de référence des entrées de mesure et la masse analogique MANA. Les causes possibles sont les suivantes : ● Erreur de câblage ● Environnements soumis à des perturbations électromagnétiques ● Mise à la terre défectueuse des capteurs de mesure ● Utilisation de câbles longs ● Capteur non raccordé ● Transducteur de mesure 2 fils raccordé à MANA Remarque Sur les transducteurs de mesure 4 fils, un capteur de courant connecté série entraîne une baisse de tension trop importante. Un dépassement de la différence de potentiel admissible UCM peut entraîner des erreurs de mesure et des dysfonctionnements. Afin de garantir que la valeur admise ne soit pas dépassée, installez un câble d'équipotentialité entre les entrées de mesure et la masse analogique MANA. Vous trouverez de plus amples informations au chapitre Raccordement des capteurs de mesure. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 45 Connaissances de base de la technique analogique 2.14 Diagnostic Court-circuit La sélection de la case d'option "Court-circuit" active le diagnostic de court-circuit d'une voie analogique. Le diagnostic est déclenché en cas de surcharge de la voie. Les causes possibles sont les suivantes : ● Erreur de câblage (p. ex. court-circuit entre des conducteurs aux points de raccordement ou sur le trajet du câble) ● Utilisation d'actionneurs incorrects ou défectueux (p. ex.court-circuit interne ou résistance d'entrée basse du fait d'un actionneur défaillant) On utilise le signal analogique sorti pour détecter un court-circuit. Si la tension est trop basse, il n'est plus possible de diagnostiquer un court-circuit de manière fiable. Dans ce cas, le diagnostic se désactive sans que l'état de diagnostic n'en soit modifié. La limite de tension permettant encore de diagnostiquer le court-circuit est indiquée dans les caractéristiques techniques du module concerné. Les modules SIMATIC sont équipés d'un circuit de protection spécial contre les courtcircuits. Le courant de court-circuit est limité de manière interne au module. La puissance du courant de court-circuit est précisée dans les caractéristiques techniques du manuel du module analogique utilisé. Remarque Surcharge Attention, en cas de surcharge, les modules sont soumis à une forte contrainte thermique. Cela peut avoir un effet négatif sur les voies de sortie. Une exploitation en surcharge permanente des modules de sorties analogiques n'est donc pas recommandée. Soudure froide Ce type de diagnostic est disponible uniquement sur les modules d'entrées analogiques pour le type de mesure "Thermocouple". La sélection de la case d'option "Soudure froide" permet de diagnostiquer un défaut sur la voie de référence pour la compensation de la température de la soudure froide d'un thermocouple. Sur la voie de référence du module, la température de soudure froide d'un thermocouple est déterminée à l'aide d'une résistance thermique (RTD) externe. Si un défaut intervient à la suite d'une rupture de fil p. ex., la température mesurée à la soudure froide du thermocouple n'est plus compensée. La température de référence peut ainsi se trouver en dehors de la plage autorisée. Pour plus d'informations sur le raccordement des thermocouples et des résistances thermiques ainsi que sur leur fonctionnement, référez-vous aux chapitres Thermocouples et Raccordement des capteurs de mesure. Traitement de valeurs analogiques 46 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.14 Diagnostic Surcharge La sélection de la case à cocher "Surcharge" active le diagnostic de la surveillance thermique du niveau de sortie. Le diagnostic "Surcharge" est déclenché lors du dépassement de la température admissible à la sortie et détecté pour chaque voie. Les causes possibles d'un dépassement de la température admissible sont les suivantes : ● Température ambiante trop élevée ● Sortie exploitée en dehors des spécifications Remarque Surcharge Attention, en cas de surcharge, les modules sont soumis à une forte contrainte thermique. Cela peut avoir un effet négatif sur les voies de sortie. Une exploitation en surcharge permanente des modules de sorties analogiques n'est donc pas recommandée. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 47 Connaissances de base de la technique analogique 2.15 Etat de la valeur 2.15 Etat de la valeur Etat de la valeur Quand une valeur analogique est erronée, le module analogique fournit pour la voie concernée les valeurs d'erreur 0x7FFF (valeur d'erreur pour débordement haut et tous les autres états d'erreur) ou 0x8000 (valeur d'erreur pour débordement bas). Ainsi, le programme utilisateur est en mesure de détecter et d'exploiter une erreur de voie. En outre, l'utilisateur a la possibilité d'exploiter le diagnostic système au moyen des messages de diagnostic liés à un événement. En plus des valeurs d'erreur 0x7FFF ou 0x8000 et des types de diagnostic configurables, les modules d'entrées et de sorties analogiques proposent des informations de diagnostic via la mémoire image des entrées (MIE). Elles sont appelées Etat de la valeur et elles sont transmises de manière synchrone avec les données utiles. L'état de la valeur (Quality Information = QI) fournit une information sur la validité du signal d'entrée. On distingue entre le niveau de qualité "Good" (signal valide = 1) et "Bad" (signal non valide = 0). Remarque L'utilisation de l'état de la valeur peut remplacer, pour les modules d'entrées analogiques, l'analyse des voies par les valeurs d'erreur 0x7FFF ou 0x8000. L'exploitation binaire de l'état de la valeur (0 ou 1) dans le programme utilisateur est plus simple et plus claire que l'exploitation des valeurs d'erreur. Pour les modules de sorties analogiques, l'état de la valeur vous informe si la valeur écrite peut aussi être émise par la voie correspondante. Avec l'état de la valeur, vous pouvez réagir également à cette information , sans devoir analyser pour cela les diagnostics du module. Traitement de valeurs analogiques 48 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.15 Etat de la valeur Exemple Valider l'état de la valeur d'un module d'entrées analogiques Pour valider l'état de valeur d'un module d'entrées analogiques, procédez de la manière suivante : ● Sélectionnez le module analogique souhaité dans STEP 7. ● Sélectionnez "Configuration AI" dans l'onglet "Propriétés" du module analogique. ● Activez le bouton "Etat de la valeur". Figure 2-20 Valider l'état de la valeur dans STEP 7 Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 49 Connaissances de base de la technique analogique 2.15 Etat de la valeur Quand vous validez l'état de la valeur, un octet de la plage d'adresses des entrées est occupé dans le module concerné. Chaque bit de cet octet est associé à une voie et informe si, par ex., la valeur de sortie spécifiée par le programme utilisateur est effectivement présente sur la borne du module (0= valeur non valide ; 1= valeur valide). Apparition d'une erreur En cas de rupture de fil sur un module d'entrées analogiques, par ex., l'état logique actuel est écrit dans la mémoire image et l'état de la valeur du signal est mis sur "non valide". Pour activer un voyant lumineux en cas d'erreur, par exemple, exploitez l'état de la valeur dans le programme utilisateur. Messages de diagnostic et état de la valeur Il est judicieux d'utiliser l'état de la valeur lorsque vous configurez des modules analogiques dans un produit d'une autre marque à l'aide d'un fichier GSD et que vous n'exploitez pas les messages de diagnostic selon un déclenchement par événement. Remarque L'état de la valeur constitue un diagnostic groupé qui ne donne à l'utilisateur qu'une information de type "Good" ou "Bad". L'utilisation de l'état de valeur ne permet pas d'identifier la cause d'erreur avec exactitude (par ex. rupture de fil, court-circuit dans le câble du capteur ou perte en tension de charge). Traitement de valeurs analogiques 50 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.16 Temps de conversion d'un module analogique 2.16 Temps de conversion d'un module analogique Temps de conversion de base et temps de conversion d'une voie d'entrée analogique Le temps de conversion de base est le temps minimal requis pour convertir les valeurs analogiques sur une voie. Outre le temps de conversion de base, le temps de conversion d'une voie proprement dit se compose, en fonction du module d'entrée analogique des éléments suivants : ● temps de traitement pour mesure de résistance ● temps de traitement pour surveillance de rupture de fil ● temps de traitement pour surveillance de débordement haut/bas ● Temps de traitement pour contrôle des défauts de mode commun Exemple La voie 6 d'un module d'entrées analogiques est utilisée pour une mesure de résistance dans la plage 6000 Ω, un temps d'intégration paramétré de 20 ms et une surveillance de rupture de fil active. Le temps de conversion de la voie se compose des grandeurs de mesure suivantes : Grandeurs de mesure Temps en ms Temps de conversion de base 27 Temps de traitement pour RTD/résistance (6000 Ω) 4 Temps de traitement pour surveillance de rupture de fil avec RTD/résistance et thermocouple 9 Temps de conversion de la voie 40 Temps de conversion des voies de sortie analogique Le temps de conversion d'une voie de sortie débute par le transfert de la valeur numérique provenant de la mémoire interne du module et se termine par la conversion numérique/analogique. Le temps de conversion ne comprend pas la durée d'établissement du signal analogique sur la borne du module. Pour plus d'informations sur la durée d'établissement, référez-vous au chapitre Durée d'établissement et de réponse des modules de sorties analogiques (Page 54). Remarque Relation entre diagnostic et temps de conversion Tandis que certains diagnostics sont exécutés parallèlement à la conversion et ne rallongent pas le temps de conversion, d'autres types de diagnostics peuvent entraîner un allongement du temps de conversion, comme dans l'exemple ci-dessus. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 51 Connaissances de base de la technique analogique 2.16 Temps de conversion d'un module analogique Temps de conversion sur modules analogiques High Speed Les modules analogiques High-Speed (modules HS) sont conçus pour un traitement rapide des signaux. C'est pourquoi ils proposent moins de types de diagnostic et de mesure que les modules standard (modules ST). Pour de plus amples informations sur les modules HS, référez-vous au chapitre Modules analogiques High Speed (Page 117). Traitement de valeurs analogiques 52 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.17 Temps de cycle d'un module analogique 2.17 Temps de cycle d'un module analogique Définition Le temps de cycle d'un module analogique est le temps nécessaire au module pour traiter toutes les voies utilisées. Le temps de cycle dépend du mode d'acquisition des valeurs de mesure utilisé, par ex. procédé multiplex ou acquisition parallèle des valeurs de mesure. Traitement séquentiel des valeurs de mesure Dans ce procédé, les voies analogiques dans le module sont traitées l'une après l'autre (traitement séquentiel). Pour les entrées analogiques, les valeurs sont connectées via un multiplexeur à un convertisseur et sont converties de manière séquentielle. Le temps de cycle du module analogique est la somme des temps de conversion de toutes les voies analogiques du module. STEP 7 permet de désactiver les voies analogiques non utilisées. Le temps de cycle du module s'en trouve ainsi diminué. La figure suivante présente sous forme schématique le temps de cycle d'un module analogique à n voies. Figure 2-21 Temps de cycle d'un module analogique dans le procédé multiplex Traitement parallèle des valeurs de mesure Dans ce procédé, les voies analogiques d'un module sont traitées simultanément (en parallèle) et non l'une après l'autre. Dans le cas du traitement parallèle des valeurs de mesure, le temps de cycle du module est généralement constant et indépendant du nombre de voies utilisées. Le traitement parallèle des valeurs de mesure, comme il est utilisé sur les modules analogiques High Speed par exemple, a pour but de réduire le temps de cycle. Pour de plus amples informations sur les modules HS, référez-vous au chapitre Modules analogiques High Speed (Page 117). Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 53 Connaissances de base de la technique analogique 2.18 Durée d'établissement et temps de réponse des modules de sorties analogiques 2.18 Durée d'établissement et temps de réponse des modules de sorties analogiques La durée d'établissement et le temps de réponse fournissent des informations sur la vitesse à laquelle la grandeur de sortie analogique spécifiée s'établit et est disponible pour le processus. Temps de réponse Le temps de réponse pour une nouvelle valeur de sortie est défini comme le temps entre la présence d'une valeur de sortie numérique dans la mémoire interne du module et le moment où la valeur est émise au niveau de la sortie analogique (avec une erreur résiduelle de 1 %). Le temps de réponse (tA) est la somme du temps de transfert (tX), du temps de conversion (tW) et de la durée d'établissement (tE) : tA = tX + tW + tE Durée d'établissement et temps de réponse des modules de sorties analogiques tA Temps de réponse tX Temps de transfert tZ Temps de cycle du module tW Temps de conversion tE Durée d'établissement t1 La nouvelle valeur de sortie numérique se trouve dans la mémoire interne du module t2 Le module reprend la valeur de sortie numérique et commence la conversion t3 Le module termine la conversion au niveau de la borne de la voie de sortie analogique et émet le signal analogique t4 Le signal est établi et la grandeur de sortie analogique spécifiée est atteinte (erreur résiduelle 1 %) Figure 2-22 Durée d'établissement et temps de réponse d'une voie de sortie Traitement de valeurs analogiques 54 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.18 Durée d'établissement et temps de réponse des modules de sorties analogiques Temps de transfert La CPU ou l'IM (Interface Module) écrit les nouvelles valeurs de sortie dans la mémoire interne du module de sorties analogiques. Le temps nécessaire pour cela n'est pas déterminé par la CPU/l'IM. La conversion de ces valeurs de sortie s'effectue de manière asynchrone par rapport à leur enregistrement dans la mémoire de transfert. Dans le cas le plus défavorable, le temps de transfert (tX) peut être égal au temps de cycle (tZ). C'est ce qui se passe quand, immédiatement après le transfert de la valeur, une nouvelle valeur est inscrite pour conversion par la CPU dans la mémoire interne du module. Cette nouvelle valeur est traitée seulement lors de la conversion suivante. La figure suivante montre l'accès acyclique, en mode non isochrone, du module de sorties analogiques aux valeurs de sortie de la mémoire interne. Pour de plus amples informations sur le mode isochrone, référez-vous à la section "Mode isochrone", chapitre Modules analogiques High Speed (Page 117). tX Temps de transfert t1 La nouvelle valeur de sortie numérique se trouve dans la mémoire interne du module t2 Le module reprend la valeur de sortie numérique et commence la conversion t3 Le module termine la conversion au niveau de la borne de la voie de sortie analogique et émet le signal analogique Figure 2-23 Transfert des valeurs de sortie Temps de conversion Le temps de conversion d'une voie de sortie débute par le transfert de la valeur numérique provenant de la mémoire interne du module (t2) et se termine par la conversion numérique/analogique (t3). Durée d'établissement La durée d'établissement commence par la sortie du signal analogique aux bornes du module (t3) et se termine lorsque la valeur de sortie est atteinte (t4). La valeur de sortie est dite "atteinte" lorsque le signal de sortie a atteint sa valeur définitive, avec une erreur résiduelle de plus ou moins 1 %. La durée d'établissement dépend du type de sortie du module et de la charge connectée. Du point de vue de la sortie analogique, la charge se compose du câble de liaison et de l'actionneur qui lui est raccordé. Pour le type de sortie "Courant", la durée d'établissement augmente lorsque les résistances ohmiques sont élevées. Les charges inductives provoquent une oscillation de la valeur de sortie. Pour le type de sortie "Tension", c'est la charge capacitive qui provoque l'oscillation. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 55 Connaissances de base de la technique analogique 2.19 Lissage 2.19 Lissage Utilisation du lissage La plupart des modules analogiques permettent de paramétrer un lissage du signal de mesure dans STEP 7. Le lissage des valeurs analogiques permet de réduire l'influence des signaux perturbateurs. Le lissage est recommandé pour les variations de signal lentes, p. ex. pour des mesures de température. Principe du lissage Chaque valeur de mesure est lissée par filtrage. Le module calcule des valeurs moyennes à partir d'un nombre défini de valeurs analogiques converties (numérisées). Le lissage ne doit pas être confondu avec l'intégration de valeurs de mesure sur un intervalle de temps donné. Le lissage des signaux de mesure ne peut donc pas filtrer une fréquence perturbatrice donnée. Il permet simplement de "calmer" les données, c'est-à-dire que les pics de perturbation surchargeant le signal de mesure sont supprimés. En fonction du module utilisé, l'utilisateur peut paramétrer 4 niveaux de lissage (aucun, faible, moyen, fort) ou plus. Le niveau détermine le nombre des valeurs analogiques utilisées dans le calcul des valeurs moyennes. Plus le facteur de lissage est élevé, plus le filtre est efficace. Figure 2-24 Choix des niveaux de lissage dans STEP 7 Procédé de lissage Un algorithme de lissage agit comme une moyenne gllissante sur un nombre paramétrable de valeurs de mesure (p.ex. 4, 8, 32). On intègre toujours la valeur la plus récente, la valeur la plus ancienne étant alors ignorée. Ce mécanisme permet de supprimer les pics de perturbation qui surchargent le signal de mesure. De plus, les écarts indiciels dans les signaux utiles ne se remarquent dans la donnée qu'après un certain temps (voir les exemples suivants). Les modules des différentes familles de produits utilisent différents algorithmes de lissage. Le lissage est soit linéaire, soit exponentiel. Les différences se font surtout sentir en cas de fort lissage et donnent lieu à une augmentation plus rapide ou plus lente en fonction du produit utilisé. Afin de savoir si le lissage peut être paramétré pour le module considéré et de connaître les particularités à prendre en compte, référez-vous au manuel du module d'entrées analogiques. Traitement de valeurs analogiques 56 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.19 Lissage Exemple 1 : lissage linéaire La figure suivante montre après combien de cycles du module (k) la valeur analogique lissée est présente à 100 % après une réponse indicielle, en fonction du lissage paramétré. Ceci vaut pour chaque changement de signal à l'entrée analogique. ① ② ③ ④ aucun lissage (k = 1) faible lissage (k = 4) moyen lissage (k = 16) fort lissage (k = 32) Figure 2-25 Lissage linéaire avec quatre niveaux de lissage Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 57 Connaissances de base de la technique analogique 2.19 Lissage Exemple 2 : Lissage exponentiel La figure suivante montre la réponse indicielle du lissage paramétré en fonction du nombre de cycles du module. ① ② ③ ④ aucun lissage (k = 1) faible lissage (k = 4) moyen lissage (k = 16) fort lissage (k = 32) Figure 2-26 Lissage exponentiel avec quatre niveaux de lissage Traitement de valeurs analogiques 58 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.20 Charge pour transducteurs de mesure 2 fils 2.20 Charge pour transducteurs de mesure 2 fils Transducteurs de mesure 2 fils Les transducteurs de mesure 2 fils sont des capteurs de courant qui convertissent la grandeur mesurée en un signal de courant de 4 à 20 mA. Le transducteur de mesure est alimenté en courant de sortie d'au moins 4 mA par deux câbles de raccordement. Pour de plus amples informations sur les types de raccordement des transducteurs 2 fils aux modules d'entrées analogiques, référez-vous au chapitre Raccordement des capteurs de courant (Page 74). Charge La charge précise le niveau admissible de la résistance externe d'une boucle de courant. Si la résistance externe est supérieure à la charge indiquée, le transducteur 2 fils est alimenté par une tension trop faible. La charge se compose de la résistance du transducteur et de toutes les autres résistances qui sont intégrées dans la boucle de courant. La charge maximale admissible du transducteur, p.ex. 820 Ω est indiquée dans les caractéristiques techniques du module analogique concerné. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 59 Connaissances de base de la technique analogique 2.20 Charge pour transducteurs de mesure 2 fils Exemple 1 : intégration d'un transducteur de mesure dans le circuit Conformément aux caractéristiques techniques du transducteur de mesure 2 fils utilisé, celui-ci doit avoir une tension d'alimentation minimale (Umin) de 8,5 V. Après application de la loi d'Ohm, vous pouvez calculer la résistance du transducteur utilisé (R2DMU) pour un courant de 20 mA. Pour une tension d'alimentation d'au moins 8,5 V, le transducteur possède une résistance de 425 Ω. La résistance est inférieure à 820 Ω. Vous pouvez donc connecter transducteur au module d'entrées analogiques (AI) sans que la charge maximale admissible soit dépassée. ① Transducteur de mesure 2 fils UV Borne pour tension d'alimentation sur la voie I+ Borne pour l'entrée de courant Umin Chute de tension sur le transducteur de mesure 2 fils Figure 2-27 Intégration d'un transducteur de mesure dans le circuit Traitement de valeurs analogiques 60 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Connaissances de base de la technique analogique 2.20 Charge pour transducteurs de mesure 2 fils Exemple 2 : intégration d'un transducteur de mesure et d'autres appareils Si plusieurs appareils de mesure sont connectés en série dans une boucle de courant, la somme de toutes les résistances raccordées ne doit pas dépasser la valeur de la charge maximale admissible. Si vous avez connecté un transducteur de mesure 2 fils avec une tension d'alimentation de 8,5 V, vous devez tenir compte de la résistance de l'appareil de mesure ② supplémentaire. Charge maximale admissible du transducteur de mesure : 820 Ω Résistance du transducteur de mesure pour une chute de tension de 8,5 V : 425 Ω Résistance maximale admissible des appareils supplémentaires raccordés : 395 Ω La résistance de l'appareil de mesure ne doit pas dépasser 395 Ω. ① ② ③ Transducteur de mesure 2 fils UV Borne pour tension d'alimentation sur la voie I+ Borne pour l'entrée de courant Umin Chute de tension sur le transducteur de mesure 2 fils Multimètre numérique Diode Zener RMess Résistance sur l'appareil de mesure UMess Chute de tension sur l'appareil de mesure Figure 2-28 Intégration d'un transducteur de mesure et d'autres appareils dans le circuit Calcul de la chute de tension admissible La résistance maximale admissible dans la boucle de courant s'élève à 395 Ω pour une intensité maximale de 20 mA. Après application de la loi d'Ohm, vous pouvez calculer la chute de tension sur l'appareil de mesure raccordé (UMess) de la manière suivante : UMess = RMess * I = 395 Ω * 0,020 A = 7,9 V La chute de tension sur l'appareil de mesure ne doit pas dépasser 7,9 V. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 61 3 Représentation des valeurs analogiques 3.1 Présentation Conversion des valeurs analogiques Les valeurs analogiques sont traitées par la CPU uniquement sous une forme numérisée. Les modules d'entrées analogiques convertissent le signal analogique en une valeur numérique pour le traitement par la CPU. Les modules de sorties analogiques convertissent la valeur de sortie numérique de la CPU en un signal analogique. Représentation des valeurs analogiques en résolution 16 bits Une valeur analogique numérisée d'une même plage nominale est la même qu'il s'agisse d'une valeur d'entrée ou de sortie. Les valeurs analogiques sont représentées sous forme de nombre en complément de 2 à virgule fixe. La correspondance est alors la suivante : Tableau 3- 1 Représentation des valeurs analogiques Résolution Valeur analogique Numéro de bit 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 VZ 214 213 212 211 210 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 Poids des bits Signe Le signe (VZ) de la valeur analogique est toujours au bit 15 : ● "0" → + ● "1" → - Résolution inférieure à 16 bits Si la résolution d'un module analogique est inférieure à 16 bits, la valeur analogique est sauvegardée alignée à gauche sur le module. Les positions de bits de poids faible non affectées sont remplies par des "0". Le nombre de valeurs mesurées représentables s'en trouve réduit. Les plages de valeurs des modules occupent un intervalle compris entre +32767 et -32768, quelle que soit la résolution. L'intervalle entre deux valeurs qui se suivent dépend de la résolution du module. Traitement de valeurs analogiques 62 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Représentation des valeurs analogiques 3.1 Présentation Exemple L'exemple suivant montre comment les bits de poids faible sont remplis par des "0" en cas de faible résolution. ● Le module avec une résolution de 16 bits peut incrémenter les valeurs par pas d'une unité (20 = 1). ● Le module avec une résolution de 13 bits peut incrémenter les valeurs par pas de 8 unités (23 = 8). Tableau 3- 2 Exemple : Profil binaire d'une valeur analogique de 16 bits et de 13 bits Résolution Valeur analogique Bit 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 16 bits VZ 214 213 212 211 210 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 VZ 214 213 212 211 210 29 28 27 26 25 24 23 0 0 0 13 bits VZ = signe Remarque Consultez les caractéristiques techniques des modules analogiques respectifs afin de connaître la résolution de votre module analogique. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 63 Représentation des valeurs analogiques 3.2 Représentation des plages d'entrées 3.2 Représentation des plages d'entrées Les tableaux suivants montrent la représentation numérisée des plages d'entrées bipolaires et unipolaires. La résolution est de 16 bits. Vous trouvez l'affectation des valeurs aux valeurs de mesure concrètes de chaque plage dans les manuels du module d'entrée analogique concerné. Tableau 3- 3 Plages d'entrées bipolaires Valeur déc. Valeur de mesure en % Mot de données Plage 215 214 213 212 211 210 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Débordement haut Plage de dépassement haut 32767 >117,589 0 1 32511 117,589 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 27649 100,004 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 27648 100,000 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0,003617 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0,000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 -0,003617 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 -27648 -100,000 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -27649 -100,004 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 -32512 -117,593 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 -32768 <-117,593 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Plage nominale Plage de dépassement bas Débordement bas Tableau 3- 4 Plages d'entrées unipolaires Valeur déc. Valeur de mesure en % Mot de données Plage 215 214 213 212 211 210 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 32767 >117,589 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Débordement haut 32511 117,589 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 27649 100,004 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 Plage de dépassement haut 27648 100,000 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0,003617 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0,000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 -0,003617 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 -4864 -17,593 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 -32768 <-17,593 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Plage nominale Plage de dépassement bas Débordement bas Traitement de valeurs analogiques 64 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Représentation des valeurs analogiques 3.3 Représentation des plages de sorties 3.3 Représentation des plages de sorties Les tableaux suivants montrent la représentation numérisée des plages de sorties bipolaires et unipolaires. La résolution est de 16 bits. Vous trouvez l'affectation des valeurs aux valeurs de sortie concrètes de chaque plage dans les manuels du module analogique. Tableau 3- 5 Plages de sortie bipolaires Valeur déc. Valeur de sortie en % Mot de données Plage 215 214 213 212 211 210 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 32511 117,589 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 Valeur de sortie maximale* 32511 117,589 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 27649 100,004 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 Plage de dépassement haut 27648 100,000 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Plage nominale 1 0,003617 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0,000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 -0,003617 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 -27648 -100,000 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -27649 100,004 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 -32512 -117,593 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 -32512 -117,593 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 Plage de dépassement bas Valeur de sortie minimale** * En présence de valeurs > 32511, la valeur de sortie est limitée à 117,589 % ou 0 % (0,0 V / 0,0 mA), en fonction du module utilisé. ** En présence de valeurs < -32512, la valeur de sortie est limitée à -117,593 % ou 0 % (0,0 V / 0,0 mA), en fonction du module utilisé. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 65 Représentation des valeurs analogiques 3.3 Représentation des plages de sorties Tableau 3- 6 Plages de sortie unipolaires Valeur déc. Valeur de sortie en % Mot de données Plage 215 214 213 212 211 210 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 32511 117,589 0 1 1 1 1 1 1 1 x x x x x x x x Valeur de sortie maximale* 32511 117,589 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 27649 100,004 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 Plage de dépassement haut 27648 100,000 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Plage nominale 1 0,003617 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0,000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Valeur de sortie minimale** * En présence de valeurs > 32511, la valeur de sortie est limitée à 117,589 % ou 0 % (0,0 V / 0,0 mA), en fonction du module utilisé. ** En présence de valeurs < 0, la valeur de sortie est limitée à 0 % (0,0 V / 0,0 mA). Traitement de valeurs analogiques 66 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Raccordement des capteurs de mesure 4.1 4 Présentation Introduction Ce chapitre décrit la marche à suivre de principe pour le raccordement des capteurs de mesure aux entrées analogiques. Les possibilités de raccordement concrètes sont décrites dans le manuel du module respectif. Une description détaillée de la pose des câbles, du blindage des câbles, de l'équipotentialité, etc. figure dans la description fonctionnelle Montage sans perturbation des automates (http://support.automation.siemens.com/WW/view/fr/59193566). Capteurs de mesure raccordables aux entrées analogiques Vous pouvez raccorder les capteurs de mesure suivants aux modules d'entrées analogiques, en fonction du type de mesure : ● Capteurs de tension ● Capteurs de courant – Transducteur de mesure 2 fils – Transducteur de mesure 4 fils ● Capteurs résistifs – Montage 4 fils – Montage 3 fils – Montage 2 fils ● Thermocouples Capteurs de mesure isolés et non isolés Il existe différents modèles de capteurs de mesure : ● Les capteurs de mesure isolés ne sont pas reliés sur site au potentiel de terre. Ils peuvent être utilisés sans séparation galvanique. ● Les capteurs de mesure non isolés sont reliés sur site au potentiel de terre. Pour les capteurs de mesure non isolés, le capteur doit être raccordé au châssis conducteur. Remarque : tous les capteurs de mesure non isolés doivent être reliés galvaniquement et être raccordés sur site au potentiel de terre. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 67 Raccordement des capteurs de mesure 4.1 Présentation Abréviations utilisées dans les figures Les abréviations utilisées dans les figures suivantes ont la signification suivante : AI Module d'entrée analogique M Connecteur pour masse L+ Connecteur pour tension d'alimentation Mn+/Mn- Entrée de mesure voie n ICn+/ICn- Sortie de courant alimentation de la résistance thermique (RTD) voie n Un+/Un- Entrée de tension voie n In+/In- Entrée de courant voie n COMP+/COMP- Entrée de compensation IComp+/IComp- Sortie de courant alimentation de la compensation UV Tension d'alimentation sur la voie (le connecteur peut être utilisé pour des transducteurs de mesure 2 fils (TM2F) ou bien pour des transducteurs de mesure 2/4 fils avec ET 200eco PN et ET 200pro). UCM Différence de potentiel entre les points de référence des entrées de mesure ou de la masse analogique MANA UISO Différence de potentiel entre les points de référence des entrées de mesure et le point central de mise à la terre MANA Point de référence de la masse analogique Lignes pour signaux analogiques Des câbles à paire torsadée blindés sont utilisées pour les signaux analogiques. L'immunité aux perturbations s'en trouve accrue. Traitement de valeurs analogiques 68 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Raccordement des capteurs de mesure 4.2 Raccordement des entrées analogiques avec connecteur MANA 4.2 Raccordement des entrées analogiques avec connecteur MANA Sur les modules d'entrées analogiques avec connecteur MANA, les potentiels de référence des entrées de mesure et le point central de mise à la terre sont séparés galvaniquement. Différence de potentiel limitée UISO (tension d'isolation) Veillez à ce qu'entre les points de référence de la masse analogique MANA et le point de mise à la terre central, la différence de potentiel admissible UISO ne soit pas dépassée. La cause d'une différence de potentiel UISO peut être : longueurs de câble admises dépassées. Afin de garantir que la valeur UISO admise ne soit pas dépassée, installez une ligne d'équipotentialité entre la borne MANA et le point central de mise à la terre. Différence de potentiel limitée UCM (tension de mode commun/common mode) Veillez à ce que la la différence de potentiel admissible UCM entre le point de référence des entrées de mesure et la masse analogique MANA ne soit pas dépassée. Les causes d'une différence de potentiel UCM peuvent être : ● Environnements soumis à des perturbations électromagnétiques ● Mise en œuvre de capteurs de mesure mis à la terre ● Utilisation de câbles de grande longueur Un dépassement de la différence de potentiel UCM admise peut provoquer des erreurs de mesure et des dysfonctionnements. La différence de potentiel UCM non admise est détectée par certains modules et signalée par une entrée dans le tampon de diagnostic de la CPU. Afin de garantir que la valeur admise UCM ne soit pas dépassée, installez une ligne d'équipotentialité entre les points de référence des entrées de mesure et la masse analogique MANA. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 69 Raccordement des capteurs de mesure 4.2 Raccordement des entrées analogiques avec connecteur MANA ① ② ③ Ligne d'équipotentialité Conducteur principal de terre Point central de mise à la terre Figure 4-1 Exemple : Potentiel de référence pour modules d'entrées analogiques avec connecteur MANA Traitement de valeurs analogiques 70 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Raccordement des capteurs de mesure 4.3 Raccordement des entrées analogiques sans connecteur MANA 4.3 Raccordement des entrées analogiques sans connecteur MANA Sur les modules d'entrées analogiques sans connecteur MANA, les potentiels de référence des entrées de mesure et le point central de mise à la terre sont séparés galvaniquement. Différence de potentiel limitée UISO (tension d'isolation) Veillez à ce que la différence de potentiel UISO admise entre les points de référence des entrées de mesure et le point central de mise à la terre ne soit pas dépassée. La cause d'une différence de potentiel UISO peut être : longueurs de câble admises dépassées. Afin de garantir que la valeur UISO admise ne soit pas dépassée, installez une ligne d'équipotentialité entre les points de référence des entrées de mesure et le point central de mise à la terre. Différence de potentiel limitée UCM (tension de mode commun/common mode) Veillez à ce que la différence de potentiel UCM admise entre les points de référence des entrées de mesure entre elles ne soit pas dépassée. Les causes d'une différence de potentiel UCM peuvent être : ● Environnements soumis à des perturbations électromagnétiques ● Mise en œuvre de capteurs de mesure mis à la terre ● Utilisation de câbles de grande longueur Un dépassement de la différence de potentiel UCM admise peut provoquer des erreurs de mesure et des dysfonctionnements. La différence de potentiel UCM non admise est détectée par certains modules et signalée par une entrée dans le tampon de diagnostic de la CPU. Afin de garantir que la valeur UCM admise ne soit pas dépassée, installez des lignes d'équipotentialité entre les points de référence des entrées de mesure ou, pour l'ET 200eco PN et ET 200pro, entre les points de référence des entrées de mesure et M. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 71 Raccordement des capteurs de mesure 4.3 Raccordement des entrées analogiques sans connecteur MANA ① ② ③ Ligne d'équipotentialité (sauf transducteur de mesure 2 fils et capteur résistif) Conducteur principal de terre Point central de mise à la terre Figure 4-2 Exemple : Potentiel de référence pour modules d'entrées analogiques sans connecteur MANA Traitement de valeurs analogiques 72 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Raccordement des capteurs de mesure 4.4 Raccordement des capteurs de tension 4.4 Raccordement des capteurs de tension La figure suivante montre comment raccorder un capteur de tension. Afin de garantir que la valeur UCM admise ne soit pas dépassée, installez des lignes d'équipotentialité entre les points de référence des entrées de mesure et la masse analogique MANA ou, pour l'ET 200eco PN et ET 200pro, entre les points de référence des entrées de mesure et M. ① Ligne d'équipotentialité (pour modules avec connecteur MANA exclusivement) Figure 4-3 Exemple : Raccordement de capteurs de tension à un module d'entrées analogiques Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 73 Raccordement des capteurs de mesure 4.5 Raccordement de capteurs de courant 4.5 Raccordement de capteurs de courant Les capteurs de courant se présentent sous la forme de transducteurs de mesure 2 fils et de transducteurs de mesure 4 fils. Le paragraphes suivants montrent comment alimenter en tension les capteurs de courant. Raccordement d'un transducteur de mesure 2 fils avec alimentation via le module Le transducteur de mesure 2 fils convertit la valeur de mesure en courant. Le transducteur de mesure 2 fils est alimenté en tension protégée contre les courts-circuits par les bornes du module d'entrées analogiques. C'est pourquoi le transducteur de mesure est souvent appelé "transducteur de mesure passif". Les transducteurs de mesure 2 fils sont souvent utilisés dans un environnement industriel, car ils requièrent peu de câblage. Si vous utilisez ce type de raccordement, vous devez régler dans STEP 7 le type de mesure "Courant (transducteur de mesure 2 fils)". Remarque Les transducteurs de mesure 2 fils doivent être des capteurs de mesure isolés. ① ② Transducteur de mesure 2 fils (TM2F) Ligne d'équipotentialité (pour modules avec connecteur MANA exclusivement) Figure 4-4 Exemple : Raccordement d'un transducteur de mesure 2 fils à un module d'entrées analogiques Traitement de valeurs analogiques 74 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Raccordement des capteurs de mesure 4.5 Raccordement de capteurs de courant Raccordement d'un transducteur 2 fils à l'entrée analogique du transducteur 4 fils La figure suivante montre comment alimenter un transducteur de mesure 2 fils avec l'alimentation L+ du module. Ceci constitue une alternative au type de raccordement proposé à la figure précédente. Si vous utilisez ce type de raccordement, vous devez régler dans STEP 7 le type de mesure "Courant (transducteur de mesure 4 fils)". Pour ce mode de raccordement, la séparation galvanique entre la tension d'alimentation L+ et le circuit analogique est supprimée. ① ② Transducteur de mesure 2 fils (TM2F) Ligne d'équipotentialité (pour modules avec connecteur MANA exclusivement) Figure 4-5 Exemple : Raccordement d'un transducteur 2 fils à l'entrée analogique du transducteur 4 fils Raccordement d'un transducteur de mesure 4 fils Les transducteurs de mesure 4 fils disposent de connecteurs pour l'alimentation en tension séparée. Ils sont alimentés de manière externe et souvent appelés "transducteurs de mesure actifs". Si vous utilisez ce type de raccordement, vous devez régler dans STEP 7 le type de mesure "Courant (transducteur de mesure 4 fils)". ① ② Transducteur de mesure 4 fils (TM4F) Ligne d'équipotentialité (pour modules avec connecteur MANA exclusivement) Figure 4-6 Exemple : Raccordement d'un transducteur de mesure 4 fils à un module d'entrées analogiques Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 75 Raccordement des capteurs de mesure 4.6 Raccordement de thermomètres à résistance et de résistances 4.6 Raccordement de thermomètres à résistance et de résistances En cas de mesure de résistance, le module fournit un courant constant via les bornes IC+ et IC-. Le courant constant est appliqué à la résistance à mesurer et est ensuite mesuré en tant que chute de tension. Il est important que les lignes de courant constant soient directement raccordées à la résistance thermique/résistance. Les mesures avec montage à 4 ou 3 fils compensent les résistances de ligne et atteignent ainsi une précision bien plus élevée que la mesure en montage 2 fils. Outre la résistance proprement dite, les mesures en montage 2 fils intègrent aussi les résistances de ligne. Vous devez donc vous attendre à des pertes de précision importantes dans les résultats de mesure. Les figures suivantes montrent des exemples de raccordement. Montage 4 fils d'une résistance thermique La tension générée sur la résistance thermique est mesurée à haute impédance sur les connecteurs M0+ et M0-. Faites attention à la polarité du câble raccordé (raccorder IC0+ et M0+ ainsi que IC0- et M0- à la résistance thermique). Veillez à ce que les câbles IC0+ et M0+ ainsi que les câbles IC0- et M0- soient raccordés directement à la résistance thermique. Figure 4-7 Exemple : montage 4 fils de la résistance thermique à un module d'entrées analogiques Traitement de valeurs analogiques 76 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Raccordement des capteurs de mesure 4.6 Raccordement de thermomètres à résistance et de résistances Montage 3 fils d'une résistance thermique Selon le module, il est nécessaire en cas de montage 3 fils sur des modules à 4 bornes (par voie) de poser un cavalier entre M0- et IC0- (voir figure suivante) ou entre M0+ et IC0+. Veillez à ce que les câbles IC0+ et M0+ soient raccordés directement à la résistance thermique. Utilisez des câbles avec des fils ayant tous la même section. L'ET 200AL, l'ET 200eco PN et l'ET 200pro ne requièrent pas de cavalier, car toutes les connexions nécessaires sont réalisées de manière interne dans le module. Figure 4-8 Exemple : montage 3 fils de la résistance thermique à un module d'entrées analogiques Montage 2 fils d'une résistance thermique En cas de montage 2 fils sur des modules à 4 bornes (par voie), vous devez poser des cavaliers sur le module entre M0+ et IC0+ et entre M0- et IC0- comme le montre la figure ci-après. Les résistances de ligne sont également mesurées et ne sont pas compensées. Pour des raisons physiques, ce type de mesure est moins précis que la mesure avec montage 3 ou 4 fils. Ce type de mesure a toutefois un câblage réduit, car les cavaliers requis peuvent être câblés directement sur le connecteur, ce qui permet d'économiser des câbles. L'ET 200AL, l'ET 200eco PN et l'ET 200pro ne requièrent pas de cavalier, car toutes les connexions nécessaires sont réalisées de manière interne dans le module. Figure 4-9 Exemple : montage 2 fils de la résistance thermique à un module d'entrées analogiques Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 77 Raccordement des capteurs de mesure 4.7 Raccordement de thermocouples 4.7 Raccordement de thermocouples Introduction Les thermocouples sont généralement prêts au fonctionnement à la livraison. Des supports protecteurs protègent les thermocouples contre la destruction par des forces mécaniques. Lignes de compensation Les lignes de compensation des thermocouples ont des marquages de couleur particuliers, car seule la ligne de compensation faite d'un matériau approprié doit être utilisée pour chaque thermocouple. Les lignes de compensation normalisées sont conformes à DIN EN 60584. Les températures maximales indiquées par le fabricant doivent être respectées. Possibilités de raccordement des thermocouples Vous avez différentes possibilités pour raccorder des thermocouples à un module d'entrées analogiques : ● directement ①. ● via une ligne de compensation ②. ● via une ligne de compensation sur une soudure froide, elle-même raccordée via un conducteur en cuivre parex. ③. ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ Thermocouple sans ligne de compensation Thermocouple avec ligne de compensation Thermocouple avec ligne de compensation et conducteur de liaison Ligne de compensation (même matériau que le thermocouple) Soudure froide externe Conducteur de liaison par ex. en cuivre Figure 4-10 Exemple : raccordement de thermocouples à un module analogique Traitement de valeurs analogiques 78 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Raccordement des capteurs de mesure 4.7 Raccordement de thermocouples Informations complémentaires Pour de plus amples informations, par exemple sur la sélection et le fonctionnement des thermocouples, référez-vous au chapitre Thermocouples (Page 80). Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 79 Thermocouples 5.1 5 Sélection des thermocouples Introduction Les thermocouples sont des dispositifs électriques permettant une mesure exacte de la température. Ils sont composés de deux métaux différents qui sont reliés entre eux en un point. Une température appliquée à ce point génère une différence de tension qui permet de mesurer la température. Les thermocouples mesurent les températures sur une plage large et sont proposés dans des gammes extrêmement robustes. C'est pourquoi on les trouve souvent dans les applications industrielles. Pour choisir le bon thermocouple, il convient de tenir compte des critères suivants : ● Plage de températures ● Environnement ambiant ● Prix Thermocouples mis à la terre Dans le cas d'un thermocouple mis à la terre, un conducteur conduisant l'électricité est fixé sur la paroi interne de la sonde. Ceci permet une bonne transmission thermique de de la sonde à la pointe de mesure du thermocouple. Thermocouples non mis à la terre Dans le cas d'un thermocouple non mis à la terre, il n'existe pas de connexion entre le thermocouple et la paroi de la sonde. Le temps de réponse aux variations de température est plus lent que sur les thermocouples mis à la terre. Le point de mesure est séparé galvaniquement. Traitement de valeurs analogiques 80 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Thermocouples 5.1 Sélection des thermocouples Type et plage de température Les thermocouples sont groupés en différents types en fonction des métaux ou alliages choisis pour le couple. Remarque De par leur composition physique, les thermocouples sont très imprécis en dehors de la plage de température spécifiée. Utilisez les thermocouples uniquement dans la plage de température spécifiée par le fabricant. Le tableau suivant donne le type, le métal ou l'alliage et la plage de températures des différents thermocouples. Type Métal ou alliage Plage de températures B PtRh-PtRh 250 à 1820 °C C W-Re 0 à 2 315 °C E NiCr-CuNi -270 à 1 000 °C J Fe-CuNi -210 à 1 200 °C K NiCr-Ni -270 à 1 372 °C L Fe-CuNi -200 à 900 °C N NiCrSi-NiSi -270 à 1 300 °C R PtRh-Pt (Pt 13 %) - 50 à 1769 °C S PtRh-Pt (Pt 10 %) -50 à 1 769 °C T Cu-CuNi -270 à 400 °C U Cu-CuNi -200 à 600 °C TXK/XKL NiCr-CuCr -200 à 800 °C Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 81 Thermocouples 5.2 Montage et mode de fonctionnement des thermocouples 5.2 Montage et mode de fonctionnement des thermocouples Montage des thermocouples Un thermocouple est composé de la sonde de mesure (thermocouple proprement dit) et d'éléments nécessaires au montage et au raccordement. Deux fils en métal/alliage différent sont soudés à leurs extrémités (jonction chaude). Le point de soudure est appelé point de mesure, tandis que les extrémités libres du thermocouple sont appelées point de raccordement. Les extrémités libres sont reliées à l'appareil d'analyse (par ex. module d'entrées analogiques) par des fils ou câbles isolés. Les thermocouples sont groupés en différents types en fonction des métaux ou alliages choisis pour former le couple, par exemple K, J, N. Le principe de mesure est le même pour tous les types de thermocouple. ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ Mesure de la tension Conducteur de liaison par ex. en cuivre Soudure froide Ligne de compensation (même matériau que le thermocouple) Point de raccordement Thermocouple avec conducteurs plus et moins Point de mesure Figure 5-1 Thermocouple Traitement de valeurs analogiques 82 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Thermocouples 5.2 Montage et mode de fonctionnement des thermocouples Fonctionnement des thermocouples Si le point de mesure est exposé à une autre température que les extrémités libre du thermocouple (point de raccordement), il se produit entre les extrémités libres une tension appelée tension thermique. La valeur de cette tension dépend de la différence de température entre le point de mesure et le point de soudure froide ainsi que du type de matériau utilisé dans le thermocouple. Un thermocouple mesure toujours une différence de température. La température des extrémités libres (soudure froide) doit être connue pour pouvoir déterminer la température du point de mesure. Il est possible de prolonger le thermocouple par des conducteurs de compensation depuis le point de raccordement. Cette mesure permet de placer la soudure froide à un endroit où la température peut être maintenue constante ou à un endroit où la sonde de température peut être installée facilement. Les conducteurs de compensation sont réalisés dans les mêmes matériaux que les fils du thermocouple. Les conducteurs allant de la soudure froide au module sont en cuivre. Remarque Veillez à ne pas inverser la polarité lors du montage pour éviter d'importantes erreurs de mesure. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 83 Thermocouples 5.3 Compensation de la température du point de soudure froide 5.3 Compensation de la température du point de soudure froide 5.3.1 Présentation Introduction Vous avez plusieurs possibilités pour acquérir la température de la soudure froide, afin d'obtenir une valeur de température correcte, à partir de la différence entre la soudure froide et le point de mesure. Selon l'endroit où vous avez besoin de la soudure froide, il est possible d'utiliser les différentes possibilités de compensation. Les possibilités de compensation qui vous sont offertes avec le module analogique utilisé figurent dans le manuel du module correspondant. Possibilités de compensation de la température de la soudure froide Tableau 5- 1 Possibilités de compensation : Explication et cas d'application Possibilités de compensation Signification Cas d'application / Particularité Soudure froide interne Fonctionnement • Avec ce type de compensation, la température de soudure froide est déterminée par un capteur déjà intégré au module d'entrées analogiques. Vous utilisez pour le raccordement des conducteurs de compensation réalisés dans les mêmes matériaux que le thermocouple. • Lorsque dans l'installation la température de la soudure froide et la température du module sont identiques, vous pouvez aussi utiliser des conducteurs réalisés dans des matériaux différents. • Avantages : Marche à suivre Raccordez le thermocouple directement ou avec des conducteurs de compensation au module de périphérie, voir chapitre Compensation par soudure froide interne (Page 87). – économique – pas de soudure froide externe – pas de câblage supplémentaire Traitement de valeurs analogiques 84 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Thermocouples 5.3 Compensation de la température du point de soudure froide Possibilités de compensation Signification Cas d'application / Particularité Voie de référence du module Propriétés • Avec ce type de compensation, la température de soudure froide est déterminée à l'aide d'une résistance thermique (RTD) externe. Vous mesurez la température directement sur la soudure froide. • Les températures mesurées dans toutes les voies que vous avez configurées pour ce type de compensation sont automatiquement corrigées à l'aide de la valeur de température de la soudure froide. • Avantages : Marche à suivre Raccordez le thermocouple directement ou avec des conducteurs de compensation à la soudure froide aux conducteurs de liaison. Raccordez les conducteurs de liaison aux bornes correspondantes du module. – Raccordez la résistance thermique (RTD) à la voie de référence du module. La résistance thermique (RTD) doit être placée dans la zone de la soudure froide, voir chapitre Compensation par voie de référence du module (Page 89). Voie de référence du groupe 0 Propriétés • La voie sert de récepteur pour la température de soudure froide du groupe 0 si "TC" (thermocouple...) • est paramétré. L'émetteur correspondant du groupe 0 est réglé sur la voie RTD. Marche à suivre Raccordez le thermocouple directement ou avec des conducteurs de compensation à la soudure froide aux conducteurs de liaison. Raccordez les conducteurs de liaison aux bornes correspondantes du module. la précision est améliorée par rapport à la compensation par soudure froide interne, mais une résistance thermique supplémentaire doit toutefois être installée et câblée. Vous mesurez la température directement sur la soudure froide. Les températures mesurées sur toutes les voies (récepteur) que vous avez configurées pour ce type de compensation sont automatiquement corrigées à hauteur de la valeur de température de la soudure froide (émetteur). Raccordez la résistance thermique (RTD) sur la voie de référence configurée du groupe 0 du module. La résistance thermique (RTD) doit être placée dans la zone de la soudure froide, voir chapitre Compensation voie de référence du groupe 0 (Page 91). Température de référence fixe Propriétés • Avec ce type de compensation, la température de soudure froide est enregistrée comme valeur fixe dans le module. Vous maintenez constante la température de la soudure froide et connaissez la valeur de température. • Pour obtenir une grande précision, il faut s'assurer que la température sur la soudure froide reste constante (ce qui peut être complexe en fonction de l'application). Marche à suivre Raccordez le thermocouple directement ou avec des conducteurs de compensation à la soudure froide aux conducteurs de liaison. Raccordez les conducteurs de liaison aux bornes correspondantes du module. Selon le module, soit vous pouvez entrer une valeur de température pour la soudure froide (par ex. 20 °C) lors de la compensation, soit la valeur de température pour le point de comparaison est déjà fixée par le module (0 °C), voir chapitre Compensation par température de référence fixe (Page 94). Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 85 Thermocouples 5.3 Compensation de la température du point de soudure froide Possibilités de compensation Signification Cas d'application / Particularité Température de référence dynamique Propriétés • Vous utilisez plusieurs modules sur la soudure froide, vous pouvez donc compenser toutes les voies via une valeur de température commune. • Pour l'acquisition de la valeur de température, vous avez besoin d'une résistance thermique (RTD) ou d'un thermocouple. • La température de la soudure froide est fixée à 0 °C pour ce type de compensation. Cela peut être réalisé par l'utilisation d'une boîte de compensation. Il faut une boîte de compensation par thermocouple. • Les thermocouples de type B ne requièrent pas de boîte de compensation. • La température de la soudure froide est déterminée par la valeur de résistance du Pt1000. • Toutes les voies du module d'entrées analogiques que vous sélectionnez pour ce type de compensation reçoivent la même température de soudure froide. Avec ce type de compensation, la température de soudure froide est déterminée par un module. Vous transmettez cette valeur de température dans le programme utilisateur via un enregistrement à d'autres modules. Marche à suivre Raccordez la résistance thermique (RTD) pour la soudure froide à l'une des voies de votre choix. La température de la soudure froide est transmise avec un bloc fonctionnel via les enregistrements de la CPU ou de l' IM au module, voir le paragraphe Compensation par température de référence dynamique (Page 97). Aucune/Compensation externe Propriétés Avec ce type de compensation, la température de la soudure froide est mesurée en dehors du module d'entrées analogiques. Pour cela, vous pouvez par ex. raccorder une boîte de compensation au thermocouple. Marche à suivre Reliez la boîte de compensation à l'embase du module d'entrées analogiques avec des câbles en cuivre, voir le chapitre "Aucune" ou compensation externe (Page 101). RTD (0) Propriétés Cette compensation est basée sur la mesure de la valeur de résistance d'un Pt1000 au point de contact d'un connecteur de compensation ou d'une valeur de résistance externe Pt1000. Marche à suivre Pour de plus amples informations sur les possibilités de raccordement avec et sans connecteur de compensation, référez-vous au chapitre Type de compensation RTD (0) (Page 103). Traitement de valeurs analogiques 86 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Thermocouples 5.3 Compensation de la température du point de soudure froide 5.3.2 Compensation par soudure froide interne Fonctionnement Pour la compensation par soudure froide interne, la soudure froide se trouve sur les bornes du module d'entrées analogiques. Raccordez les thermocouples ou les lignes de compensation directement aux entrées du module. La sonde interne de température mesure la température du module et fournit une tension de compensation. Veillez noter que la compensation par soudure froide interne n'a pas toujours la précision de la compensation externe ! Marche à suivre Etapes nécessaires lors du paramétrage : 1. Ouvrez le projet dans STEP 7. 2. Sélectionnez le module analogique souhaité et la voie correspondante dans la vue des appareils. 3. Choisissez l'onglet "Général" dans la fenêtre d'inspection du module sélectionné. 4. Sélectionnez la zone "Entrées/Mesure". 5. Choisissez comme "Type de mesure la valeur "Thermocouple. 6. Choisissez comme "Soudure froide" la valeur "Soudure froide interne" . Figure 5-2 Soudure froide interne Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 87 Thermocouples 5.3 Compensation de la température du point de soudure froide Raccordement des thermocouples Raccordez les thermocouples directement ou par l'intermédiaire des conducteurs de compensation aux entrées du module. ① ② ③ ④ Thermocouple sans ligne de compensation Thermocouple avec ligne de compensation Ligne de compensation (même matériau que le thermocouple) Soudure froide interne Figure 5-3 Exemple : Raccordement des thermocouples pour la compensation par soudure froide interne Traitement de valeurs analogiques 88 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Thermocouples 5.3 Compensation de la température du point de soudure froide 5.3.3 Compensation par voie de référence du module Fonctionnement Avec ce type de compensation, la température de soudure froide est déterminée à l'aide d'une résistance thermique (RTD) externe. Certains modules ont leur voie de référence propre. Marche à suivre Etapes nécessaires lors du paramétrage : 1. Ouvrez le projet dans STEP 7. 2. Sélectionnez le module analogique souhaité et la voie correspondante dans la vue des appareils. 3. Choisissez l'onglet "Général" dans la fenêtre d'inspection du module sélectionné. 4. Sélectionnez la zone "Entrées/Mesure". 5. Choisissez comme "Type de mesure" la valeur "Thermocouple". 6. Choisissez comme "Soudure froide" la valeur "Voie de référence du module". Figure 5-4 Voie de référence du module Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 89 Thermocouples 5.3 Compensation de la température du point de soudure froide Raccordement de thermocouple/résistance thermique Raccordez le thermocouple directement ou avec des conducteurs de compensation à la soudure froide aux conducteurs de liaison. Raccordez les conducteurs de liaison aux bornes correspondantes du module. Raccordez la résistance thermique à l'aide de conducteurs de liaison, d'un matériau de votre choix, aux bornes correspondantes du module. ① ② ③ ④ ⑤ Thermocouple Ligne de compensation (même matériau que le thermocouple) Conducteur de liaison par ex. en cuivre Résistance thermique (RTD) Soudure froide Figure 5-5 Exemple : raccordement de thermocouple/résistance thermique pour compensation par voie de référence du module Traitement de valeurs analogiques 90 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Thermocouples 5.3 Compensation de la température du point de soudure froide 5.3.4 Compensation voie de référence du groupe 0 Fonctionnement Pour ce type de compensation, l'une des voies d'un module sur laquelle est raccordé une résistance thermique (RTD) agit en tant que "émetteur de température de référence". Les autres voies avec des thermocouples connectés peuvent être compensées au moyen de cette température de référence (récepteur de température de référence). Les températures mesurées sur toutes les voies (récepteur) que vous avez configurées pour ce type de compensation sont automatiquement compensées à hauteur de la valeur de température de la soudure froide (émetteur). La température de soudure froide est déterminée à l'aide d'une résistance thermique (RTD) externe. Marche à suivre Etapes nécessaires lors du paramétrage : 1. Ouvrez le projet dans STEP 7. 2. Sélectionnez le module analogique souhaité et la voie correspondante dans la vue des appareils. 3. Choisissez l'onglet "Général" dans la fenêtre d'inspection du module sélectionné. 4. Sélectionnez la zone "Entrées/Mesure". 5. Pour la voie de chaque module que vous définissez comme émetteur : Choisissez comme "Type de mesure" p. ex. la valeur "Résistance thermique (4 fils). Choisissez comme "Soudure froide" la valeur Voie de référence du groupe 0". Figure 5-6 Emetteur : Voie de référence du groupe 0 Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 91 Thermocouples 5.3 Compensation de la température du point de soudure froide 6. Pour les voies définies comme récepteurs : Choisissez comme "Type de mesure" la valeur "Thermocouple". Choisissez comme "Soudure froide" la valeur Voie de référence du groupe 0". Figure 5-7 Récepteur : Voie de référence du groupe 0 Traitement de valeurs analogiques 92 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Thermocouples 5.3 Compensation de la température du point de soudure froide Raccordement de thermocouple/résistance thermique L'exemple suivant montre : ● un module analogique avec résistance thermique comme émetteur de température de référence et ● deux modules analogiques avec thermocouple comme récepteur de température de référence. Raccordez les thermocouples directement ou avec des lignes de compensation à la soudure froide aux conducteurs de liaison. Raccordez les conducteurs de liaison aux bornes correspondantes du module. Raccordez la résistance thermique à l'aide de conducteurs de liaison, d'un matériau de votre choix, aux bornes correspondantes du module. ① ② ③ ④ ⑤ Thermocouple Ligne de compensation (même matériau que le thermocouple) Conducteur de liaison par ex. en cuivre Résistance thermique (RTD) Soudure froide Figure 5-8 Exemple : raccordement de thermocouple/résistance thermique pour compensation du groupe 0 Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 93 Thermocouples 5.3 Compensation de la température du point de soudure froide 5.3.5 Compensation par température de référence fixe Fonctionnement Avec ce type de compensation, la température de soudure froide est enregistrée comme valeur fixe dans le module. Marche à suivre Etapes nécessaires du paramétrage : 1. Ouvrez le projet dans STEP 7. 2. Sélectionnez le module analogique souhaité dans la vue des appareils. 3. Choisissez l'onglet "Général" dans la fenêtre d'inspection du module sélectionné. 4. Sélectionnez la zone "Entrées/Mesure". 5. Choisissez comme "Type de mesure la valeur "Thermocouple. 6. Choisissez comme "Soudure froide" la valeur "Température de référence fixe". 7. Définissez la température de la soudure froide dans la zone "Température de référence fixe", par ex. 20 °C. Figure 5-9 Température de référence fixe Traitement de valeurs analogiques 94 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Thermocouples 5.3 Compensation de la température du point de soudure froide Conditions thermiques pour le réglage "Température de référence fixe" La figure suivante montre les possibilités de raccordement des thermocouples à condition que la température du module soit maintenue (par ex avec montage dans une armoire électrique climatisée) à une température de référence fixe de 20 °C. La soudure froide se trouve dans le module. ① ② ③ Thermocouple sans ligne de compensation Thermocouple via ligne de compensation Ligne de compensation (même matériau que le thermocouple) Figure 5-10 Exemple 1 : raccordement d'un thermocouple à un module analogique pour compensation via "Température de référence fixe" Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 95 Thermocouples 5.3 Compensation de la température du point de soudure froide La figure suivante montre les possibilités de raccordement des thermocouples à condition que la température de la soudure froide (en dehors du module) soit maintenue à une température de référence fixe (20 °C). ① ② ③ ④ Thermocouple avec ligne de compensation et conducteur de liaison Ligne de compensation (même matériau que le thermocouple) Soudure froide Conducteur de liaison par ex. en cuivre Figure 5-11 Exemple 2 : raccordement d'un thermocouple à un module analogique pour compensation via "Température de référence fixe" Traitement de valeurs analogiques 96 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Thermocouples 5.3 Compensation de la température du point de soudure froide 5.3.6 Compensation par température de référence dynamique Fonctionnement Ce type de compensation permet de manipuler la valeur de température de la soudure froide pour compenser la température via le programme utilisateur. La valeur de température peut être par ex. utilisée par tout autre module de la station. Pour cela, la température de la soudure froide est transmise avec l'instruction WRREC (SFB 53) via les enregistrements. La structure des enregistrements est décrite dans le manuel du module concerné. Condition requise Projet STEP 7 incluant les éléments suivants : ● Programme utilisateur avec instruction WRREC (SFB 53) pour la transmission des enregistrements avec température de référence ● Module analogique pour l'acquisition de la température du produit mesuré avec thermocouple (TC) ● Module analogique pour la mesure de la température de soudure froide avec résistance thermique (RTD) Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 97 Thermocouples 5.3 Compensation de la température du point de soudure froide Module analogique pour l'acquisition de la température du produit mesuré avec thermocouple (TC) Etapes nécessaires lors du paramétrage : 1. Ouvrez le projet dans STEP 7. 2. Sélectionnez le module analogique souhaité et la voie correspondante dans la vue des appareils. 3. Choisissez l'onglet "Général" dans la fenêtre d'inspection du module sélectionné. 4. Sélectionnez la zone "Entrées/Mesure". 5. Choisissez comme "Type de mesure" la valeur "Thermocouple". 6. Choisissez comme "Soudure froide" la valeur Température de référence dynamique". Figure 5-12 Température de référence dynamique Traitement de valeurs analogiques 98 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Thermocouples 5.3 Compensation de la température du point de soudure froide Module analogique pour la mesure de la température de soudure froide avec résistance thermique (RTD) Etapes nécessaires lors du paramétrage : 1. Ouvrez le projet dans STEP 7. 2. Sélectionnez le module analogique souhaité et la voie correspondante dans la vue des appareils. 3. Choisissez l'onglet "Général" dans la fenêtre d'inspection du module sélectionné. 4. Sélectionnez la zone "Entrées/Mesure". 5. Choisissez comme "Type de mesure" la valeur "Résistance thermique (4 fils)". Figure 5-13 Réglage pour le type de mesure Résistance thermique (RTD) Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 99 Thermocouples 5.3 Compensation de la température du point de soudure froide Raccordement de thermocouple/résistance thermique En cas de compensation de température au moyen de la température de référence dynamique, raccordez les thermocouples aux entrées du module à l'aide de conducteurs de liaison. La température est dans ce cas déterminée par une résistance thermique (RTD) à la soudure froide. La température de soudure froide ainsi déterminée est transmise au module analogique avec thermocouple à l'aide de l'instruction WRREC via des enregistrements. ① ② ③ ④ ⑤ Thermocouple Ligne de compensation (même matériau que le thermocouple) Conducteur de liaison par ex. en cuivre Résistance thermique (RTD) Soudure froide Figure 5-14 Exemple : raccordement de thermocouple/résistance thermique pour compensation par température de référence dynamique Traitement de valeurs analogiques 100 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Thermocouples 5.3 Compensation de la température du point de soudure froide 5.3.7 "Aucune" ou compensation externe Fonctionnement La température de soudure froide des thermocouples est mesurée en dehors du module d'entrée analogique, par ex. via une boîte de compensation située sur le thermocouple. La température de la soudure froide est fixée à 0° pour ce type de compensation. La boîte de compensation renferme un circuit en pont étalonné pour une température de soudure froide déterminée (température d'équilibre). Les bornes pour les extrémités de la ligne de compensation du thermocouple constituent le point de soudure froide. Quand la température de la soudure froide s'écarte de la température d'équilibre, la résistance du pont dépendant de la température varie. Il se produit une tension de compensation positive ou négative qui s'ajoute à la tension thermoélectrique. Remarque Les thermocouples de type B ne requièrent pas de boîte de compensation. Marche à suivre Etapes nécessaires du paramétrage : 1. Ouvrez le projet dans STEP 7. 2. Sélectionnez le module analogique souhaité dans la vue des appareils. 3. Choisissez l'onglet "Entrées" et la voie concernée dans la fenêtre d'inspection du module sélectionné. 4. Dans la zone "Mesure", sélectionnez comme "Type de mesure" la valeur "Thermocouple". 5. Selon le module utilisé, sélectionnez comme "Soudure froide" la valeur "Aucune" ou "Compensation externe". Figure 5-15 Aucune soudure froide Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 101 Thermocouples 5.3 Compensation de la température du point de soudure froide Raccordement de la boîte de compensation La boîte de compensation est montée sur les conducteurs de liaison d'un seul thermocouple. L'alimentation de la boîte de compensation doit être à potentiel flottant. Le bloc d'alimentation doit posséder un filtrage suffisant, par exemple par un enroulement de blindage mis à la terre. Chaque voie peut utiliser un type de thermocouple possible, pris en charge par le module analogique, indépendamment des autres voies. Chaque voie doit avoir sa propre boîte de compensation. Exemple de raccordement "Aucune" ou compensation externe Reliez la boîte de compensation à l'embase du module d'entrée analogique avec des câbles en cuivre. ① ② Conducteurs en cuivre ③ Thermocouple par ex. boîte de compensation (par voie) ; le thermocouple de type B ne requiert pas de boîte de compensation Figure 5-16 Exemple de raccordement "Aucune" compensation comme soudure froide Traitement de valeurs analogiques 102 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Thermocouples 5.3 Compensation de la température du point de soudure froide 5.3.8 Type de compensation RTD (0) Fonctionnement La température de soudure froide est déterminée en mesurant la valeur de résistance d'un Pt1000 au point de contact du connecteur de compensation M12. La mesure de résistance n'est permise que sur la prise ronde X1 (voie 0). Toutes les voies du module dotées de ce type de compensation reçoivent la même température de soudure froide. Marche à suivre Etapes nécessaires du paramétrage : 1. Ouvrez le projet dans STEP 7. 2. Sélectionnez le module analogique souhaité dans la vue des appareils. 3. Choisissez l'onglet "Entrées" dans la fenêtre d'inspection du module sélectionné. 4. Dans la zone "Mesure", sélectionnez comme "Type de mesure" la valeur "Thermocouple". 5. Sélectionnez comme "Soudure froide" la valeur "RTD (0)". Figure 5-17 Type de compensation RTD (0) Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 103 Thermocouples 5.3 Compensation de la température du point de soudure froide Exemple de raccordement Raccordement avec connecteur de compensation M12 Raccordez le thermocouple directement ou avec des lignes de compensation sur le connecteur de compensation M12. Montez le connecteur de compensation M12 sur la prise ronde X1 (voie 0) du CM IO 4 x M12 sur le 4 AI TC High Feature. Raccordement sans connecteur de compensation M12 Pour acquérir la température de soudure froide, raccordez un Pt1000 externe (avec α = 003851) aux bornes 1 et 3 à l'aide de câbles en cuivre. La résistance thermique Pt1000 doit être placée dans la zone de la soudure froide. Raccordez les thermocouples aux bornes 2 et 4 par des câbles en cuivre depuis la soudure froide. Raccordement d'autres thermocouples D'autres thermocouples peuvent être raccordés aux prises rondes X2 à X4 sur le CM IO 4 x M12 du 4 AI TC High Feature. La température de soudure froide acquise par la mesure de la valeur de résistance à la prise ronde X1 s'applique à toutes les voies du module que vous avez sélectionnées pour ce type de compensation. La figure suivante montre un exemple de raccordement "RTD (0)" comme soudure froide avec connecteur de compensation M12 et résistance thermique Pt1000 intégrée : ① ② ③ Raccordement direct du thermocouple ou avec lignes de compensation Thermocouple Connecteur de compensation M12 (bornes 1 et 3 occupées par Pt1000 interne) uniquement sur prise ronde X1. La valeur de comparaison du connecteur de compensation M12 sur la prise ronde X1 s'applique également aux thermocouples sur X2, X3 et X4. Figure 5-18 Exemple de raccordement "RTD (0)" comme soudure froide dans le connecteur de compensation M12 Traitement de valeurs analogiques 104 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Thermocouples 5.3 Compensation de la température du point de soudure froide La figure suivante montre un exemple de raccordement "RTD (0)" comme soudure froide avec résistance thermique Pt1000 externe : ① ② Connecteur M12 uniquement sur la prise ronde X1 ③ Thermocouple Pt1000 externe (α = 0,003851) dans la zone de la soudure froide avec câbles en cuivre aux bornes 1 et 3. La valeur de comparaison du Pt1000 externe à la prise ronde X1 s'applique également aux thermocouples sur X2, X3 et X4. Figure 5-19 Exemple de raccordement "RTD (0)" comme soudure froide avec Pt1000 externe Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 105 6 Raccordement des charges/actionneurs 6.1 Présentation Introduction Ce chapitre décrit la marche à suivre de principe pour le raccordement des charges/actionneurs aux sorties analogiques. Les possibilités de raccordement concrètes sont décrites dans le manuel du module respectif. Une description détaillée de la pose des câbles, du blindage des câbles, de l'équipotentialité, etc. figure dans la description fonctionnelle Montage sans perturbation des automates (http://support.automation.siemens.com/WW/view/fr/59193566). Abréviations utilisées dans les figures Les abréviations utilisées dans les figures ci-après ont la signification suivante : AQ Module de sorties analogiques M Connecteur pour masse L+ Connecteur pour tension d'alimentation Sn+/Sn- Ligne Sense voie n QVn+/QVn- Sortie de tension voie n QIn+/QIn- Sortie de courant voie n MANA Point de référence de la masse analogique UISO Tension d'isolation Lignes pour signaux analogiques Des câbles à paire torsadée blindés sont utilisées pour les signaux analogiques. L'immunité aux perturbations s'en trouve accrue. Traitement de valeurs analogiques 106 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Raccordement des charges/actionneurs 6.2 Raccordement des charges/actionneurs 6.2 Raccordement des charges/actionneurs Potentiel de référence pour modules de sorties analogiques avec connecteur MANA Sur les modules de sorties analogiques, il n'y a pas de liaison galvanique entre le point de référence de la masse analogique MANA et le point central de mise à la terre. Veillez à ce que la différence de potentiel admissible UISO entre les points de référence de la masse analogique MANA et le point central de mise à la terre ne soit pas dépassée. La cause d'une différence de potentiel UISO peut être : longueurs de ligne admises dépassées. Si vous voulez être sûr que la valeur UISO admise ne soit pas dépassée, installez une ligne de compensation de potentiel entre la borne MANA et le point de mise à la terre central. ① ② ③ ④ Charge sur sortie de tension Ligne d'équipotentialité Conducteur principal de terre Point central de mise à la terre Figure 6-1 Exemple : potentiel de référence pour un module de sorties analogiques avec connecteur MANA Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 107 Raccordement des charges/actionneurs 6.2 Raccordement des charges/actionneurs Potentiel de référence pour modules de sorties analogiques sans connecteur MANA Sur les modules de sorties analogiques, il n'y a pas de liaison galvanique entre les points de référence des circuits de sortie analogique et le point central de mise à la terre. Veillez à ce que la différence de potentiel UISO admise entre les points de référence des circuits de sortie analogiques et le point central de mise à la terre ne soit pas dépassée. La cause d'une différence de potentiel UISO peut être : longueurs de ligne admises dépassées. Afin de garantir que la valeur UISO admise ne soit pas dépassée, installez sur chaque circuit de sortie analogique une ligne d'équipotentialité au point central de mise à la terre. ① ② ③ ④ Charge sur sortie de tension Ligne d'équipotentialité Conducteur principal de terre Point central de mise à la terre Figure 6-2 Exemple : potentiel de référence pour un module de sorties analogiques sans connecteur MANA Traitement de valeurs analogiques 108 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Fonctions prises en charge 7.1 Calibrage des modules analogiques 7.1.1 Présentation 7 Calibrage Le calibrage contrôle les valeurs de processus mesurées par le module d'entrées analogiques ou émises par le module de sorties analogiques, détermine l'écart par rapport aux valeurs réelles et compense l'erreur de mesure ou de sortie. Calibrage des modules analogiques Les modules analogiques de SIMATIC sont calibrés avant la livraison et ils possèdent une très grande stabilité à long terme, ce qui rend inutile le calibrage en cours d'exploitation. Certaines directives, comme celles de la FDA (Food and Drug Administration), exigent néanmoins un calibrage de tous les composants d'un circuit de mesure à intervalles réguliers. Les modules d'entrées et de sorties analogiques sont concernés par cette mesure. En particulier sur les installations qui utilisent des capteurs pour l'acquisition ou le traitement de tensions ou de courants relativement faibles, effectuer un recalibrage peut s'avérer utile. Cela permet de compenser les influences de la température et/ou induites par les câbles sur le résultat des mesures. Lorsque vous effectuez un calibrage, les nouvelles valeurs sont acquises et enregistrées de manière rémanente sur le module. Mais les valeurs de calibrage déterminées en usine avant la livraison du module ne sont pas perdues. Vous pouvez revenir aux valeurs d'origine à tout moment. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 109 Fonctions prises en charge 7.1 Calibrage des modules analogiques Remarque Les valeurs de calibrage de chaque voie sont enregistrées de manière rémanente sur le module en fonction de la plage de mesure. Elles ne s'appliquent donc qu'à la plage de mesure dans laquelle le calibrage utilisateur a été effectué. Quand une voie dont les valeurs de calibrage utilisateur sont opérantes est reparamétrée dans un autre mode de mesure, les valeurs de calibrage qui s'appliquent par la suite sur cette voie et pour cette plage sont celles enregistrées en usine. Mais les valeurs de calibrage utilisateur restent mémorisées. Elles ne sont écrasées que si la voie est à nouveau calibrée par l'utilisateur. Mais si cette voie est ramenée à sa plage de mesure initiale sans nouveau calibrage utilisateur, les valeurs de calibrage utilisateur déterminées précédemment seront de nouveau opérantes. Reportez-vous au manuel correspondant pour savoir si le module analogique que vous utilisez prend en charge la fonction "Calibrage". Etendue des fonctions Le groupe "Calibrage" propose les fonctions suivantes : ● Détermination du calibrage en cours de toutes les voies ● Calibrage d'une voie ● Abandon d'une opération de calibrage en cours ● Restauration des paramètres d'usine du calibrage d'une voie Traitement de valeurs analogiques 110 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Fonctions prises en charge 7.1 Calibrage des modules analogiques 7.1.2 Calibrage des modules analogiques Calibrage manuel Pour démarrer l'opération de calibrage manuel, les conditions suivantes doivent être remplies : ● Il y a une liaison en ligne entre STEP 7, la CPU correspondante et le module analogique devant être calibré. ● Vous avez appelé la vue "En ligne & Diagnostic" du module analogique sélectionné depuis le contexte du projet et vous vous trouvez dans la zone "Fonctions > Calibrage". ● La configuration correspond à la structure réelle de la station. ● Aucune étape de calibrage en cours sur le module analogique (quand vous voulez démarrer le calibrage). ● Pour effectuer le calibrage, il faut appliquer au module une tension de charge de 24 V. ● La dernière étape lancée a été exécutée avec succès (quand vous voulez poursuivre ou terminer le calibrage). Marche à suivre L'écran de base du calibrage s'affiche une fois la fonction "Calibrage" démarrée. Après chaque nouvelle sélection d'une voie, le module lit les informations générales et les valeurs de calibrage suivantes : ● Calibrage : indique si les valeurs de calibrage opérantes sont des valeurs usine ou proviennent d'un calibrage utilisateur. ● Type de mesure : informe sur le type de mesure choisi. ● Plage de mesure : plage de mesure paramétrée actuellement pour la voie sélectionnée. ● Gain : correction de gain opérante du convertisseur analogique-numérique. ● Décalage : correction d'offset opérante du convertisseur analogique-numérique. Figure 7-1 Tableau calibrage Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 111 Fonctions prises en charge 7.1 Calibrage des modules analogiques Pour démarrer l'opération de calibrage, procédez de la manière suivante : 1. Choisissez dans le tableau récapitulatif la ligne de la voie à calibrer. 2. Cliquez sur le bouton "Démarrer le calibrage manuel". 3. Parcourez maintenant les étapes dans la zone "Calibrage manuel". 4. Suivez les instructions du champ "Instruction". 5. Cliquez ensuite sur "Suivant". Pendant le calibrage utilisateur, les valeurs de calibrage requises pour la voie sélectionnée sont à nouveau déterminées conformément à la plage de mesure qui a été paramétrée pour cette voie. Remarque Le calibrage peut être effectué aussi bien en mode MARCHE qu'en mode ARRET de la CPU. En mode MARCHE de la CPU, le module fournira pendant la durée du calibrage la dernière valeur acquise avant le début de l'opération. Pendant le calibrage utilisateur, la voie à calibrer du module ne peut pas traiter de nouvelles valeurs de processus. Jusqu'à la fin du calibrage, toutes les valeurs d'entrées analogiques du module sont mises à 0x7FFF ("valeur analogique non valide"). Si vous avez validé l'état de la valeur, l'état de la valeur du signal passe à "non valide" pendant la durée du calibrage. Pendant le calibrage utilisateur, vous devez mettre à disposition une tension et/ou une température. Pour cela, utilisez le câblage externe correspondant et un transducteur de mesure externe pour tension/température. Le champ "Instruction" contient les numéros des broches auxquelles appliquer le stimulus de calibrage. Le premier numéro désigne le pôle positif, le second le pôle négatif. La précision du calibrage dépend de la précision de la tension/température mise à disposition. Remarque Pour garantir que le module conservera la précision de mesure spécifiée après le calibrage utilisateur, il faut que la tension/température mise à disposition présente une précision au moins double de celle spécifiée pour le module. Les tensions ou températures imprécises entraînent un calibrage incorrect. Traitement de valeurs analogiques 112 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Fonctions prises en charge 7.1 Calibrage des modules analogiques La figure suivante montre un exemple de calibrage d'une voie avec le type de mesure "Tension" et la plage de mesure "± 10 V". Figure 7-2 Calibrage manuel ● Instruction Le champ "Instruction" indique quelles actions l'utilisateur doit effectuer au cours de l'étape actuelle du calibrage. Effectuez les actions indiquées et confirmez avec le bouton "Suivant". Le module exécute alors les actions requises pour l'étape actuelle du calibrage. Quand l'étape de calibrage a été effectuée correctement, le module passe à l'étape suivante. Les instructions du champ "Instruction" doivent être exécutées. Par exemple, après que vous avez appliqué la tension/masse aux bornes 3/4, ces connexions doivent rester établies pendant l'exécution de l'étape de calibrage suivante. ● Etat : selon le type de mesure paramétré, plusieurs étapes sont nécessaires pour calibrer une voie. Le champ "Etat" indique si la dernière étape du calibrage était correcte ou non. En cas d'erreur pendant le traitement d'une étape de calibrage, l'erreur s'affiche ici et le calibrage de la voie est annulé. Toutes les valeurs enregistrées jusque-là sont supprimées. Les valeurs actives avant le calibrage utilisateur redeviennent opérantes. Remarque Calibreurs Lorsque le diagnostic "Rupture de fil" est activé sur les modules d'entrées analogiques, un courant d'essai est appliqué à la ligne pour les types de mesure "Résistance", "Résistance thermique" et "Thermocouple". Avec certains calibreurs, l'application de ce courant d'essai peut fausser les valeurs mesurées. C'est pourquoi la surveillance de rupture de fil est automatiquement désactivée pendant le calibrage sur de nombreux modules analogiques. Pour éviter que les résultats des mesures ne soient faussés, nous vous recommandons de désactiver le diagnostic "Rupture de fil" pendant la durée de calibrage des modules d'entrées analogiques. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 113 Fonctions prises en charge 7.1 Calibrage des modules analogiques Résultat Le calibrage modifie les réglages de la voie. Apparition d'une erreur Lorsqu'une erreur se produit pendant l'opération de calibrage, le module annule le calibrage. Toutes les valeurs de calibrage enregistrées jusque-là sont perdues. La voie à calibrer conserve ensuite les paramètres qu'elle avait avant le début de l'opération de calibrage. Traitement de valeurs analogiques 114 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Fonctions prises en charge 7.1 Calibrage des modules analogiques 7.1.3 Annuler le calibrage Condition requise ● Vous avez appelé la vue "En ligne & Diagnostic" du module analogique sélectionné depuis le contexte du projet et vous vous trouvez dans la zone "Fonctions > Calibrage". ● La CPU correspondante est en ligne. ● Une opération de calibrage est en cours sur le module analogique. Marche à suivre Pour annuler une opération de calibrage en cours, cliquez sur le bouton "Annuler". Résultat L'opération de calibrage est annulée. La voie à calibrer conserve ensuite les paramètres qu'elle avait avant le début de l'opération de calibrage. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 115 Fonctions prises en charge 7.1 Calibrage des modules analogiques 7.1.4 Restaurer les réglages usine des modules analogiques Condition requise ● Vous avez appelé la vue "En ligne & Diagnostic" du module analogique sélectionné depuis le contexte du projet et vous vous trouvez dans la zone "Fonctions > Calibrage". ● La CPU correspondante est en ligne. Marche à suivre Procédez comme suit pour rétablir les paramètres d'usine sur la voie d'un module analogique : 1. Choisissez dans le tableau de la vue d'ensemble la ligne de la voie à réinitialiser. 2. Cliquez sur le bouton "Restaurer les paramètres d'usine". Résultat La voie reprend le paramétrage par défaut qu'elle possédait à la livraison. Remarque Lorsque vous restaurez les réglages usine de la voie actuelle, les valeurs de calibrage initiales enregistrées à l'état de livraison du module, redeviennent valables. D'éventuelles valeurs de calibrage utilisateur pour cette voie sont perdues. Vous ne pouvez pas restaurer ces valeurs de calibrage utilisateur. Traitement de valeurs analogiques 116 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Modules analogiques High Speed 8.1 8 Notions de base Des modules analogiques High Speed (HS) sont à la disposition de l'utilisateur pour les exigences élevées en terme de performance et de rapidité. Ces modules analogiques HS ont pour caractéristique principale des temps de cycle plus courts que sur les modules analogiques standard (ST). Pour cela, les modules d'entrées et de sorties disposent de composants avec des temps de transit et de conversion extrêmement courts. De plus, toute l'architecture des modules est conçue pour un traitement rapide des signaux. Les modules analogiques HS convertissent les valeurs de mesure et de sortie parallèlement. Chaque voie du module dispose de son propre convertisseur analogique-numérique ou numérique-analogique. Ainsi, le temps de cycle correspond quasiment au temps de conversion et il est indépendant du nombre de voies activées. Ceci s'applique aussi bien à l'entrée analogique qu'à la sortie analogique. Cela permet d'exploiter les modules HS en mode isochrone rapide. Outre l'isochronisme, les modules analogiques HS offrent des avantages également en mode non isochrone (libre). Grâce à la rapidité du traitement des signaux de processus, les modules analogiques HS sont en mesure de détecter des variations des valeurs de processus plus rapidement et de réagir à ces événements avec les blocs de programme appopriés (par ex. blocs d'organisation d'alarme de processus ou blocs d'organisation d'alarme cyclique). Vous trouverez de plus amples informations sur les différents blocs d'organisation dans l'aide en ligne de STEP 7. Mode isochrone Par isochronisme, on entend le couplage synchrone ● de l'acquisition et la sortie de signaux par la périphérie décentralisée ● de la transmission de signaux via PROFIBUS ou PROFINET ● du traitement de programme avec la cadence d'émission du PROFIBUS ou PROFINET équidistant. Il en résulte un système qui acquiert et traite ses signaux d'entrée et fournit les signaux de sortie à intervalles de temps constants. Le mode isochrone garantit des temps de réaction du processus définis et parfaitement reproductibles ainsi que le traitement isochrone et équidistant des signaux en périphérie décentralisée. Si le mode isochrone est configuré, le système de bus et les modules de périphérie sont synchrones. Les données d'entrée et de sortie transférées sont couplées à une "tâche isochrone" dans la CPU. Ainsi, les données d'un cycle sont toujours cohérentes. Toutes les données de la mémoire image sont regroupées logiquement et dans le temps. Cela exclut quasiment les gigues résultant de l'acquisition de données d'anciennetés différentes dans le programme utilisateur. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 117 Modules analogiques High Speed 8.1 Notions de base La reproductibilité temporelle de tous les déroulements permet de maîtriser avec fiabilité même les processus à évolution rapide. L'isochronisme contribue à une grande qualité de régulation et donc à une meilleure précision de la fabrication. En même temps, les variations possibles des temps de réaction du processus sont considérablement réduites. L'exécution isochrone peut être utilisée pour une cadence de machine plus élevée. Des temps de cycle plus courts augmentent la vitesse de traitement et contribuent ainsi à une réduction des coûts du produit. Cadences d'émission Lorsque vous configurez l'isochronisme, les données d'entrée et de sortie sont synchronisées temporellement au sein d'une cadence d'émission (cycle). Les données des modules d'entrées sont lues et transférées dans l'IM simultanément pendant le cycle n. Pendant le cycle n+1, les données sont disponibles dans la CPU et elles peuvent être traitées. Pendant le cycle n+2 suivant, la CPU copie les données dans l'IM. Les modules de sortie fournissent alors les données simultanément dans la même cadence d'émission. Il en ressort que l'acquisition – le traitement – la sortie s'effectuent en trois cycles. Vous trouverez de plus amples informations sur la configuration du mode isochrone dans l'aide en ligne de STEP 7. ① ② ③ Les valeurs de mesure des modules d'entrées sont acquises et copiées dans l'IM Les valeurs de mesure sont traitées et les valeurs de sortie calculées Les valeurs de sortie sont copiées dans l'IM et fournies par les modules de sorties Figure 8-1 Modèle à 3 cycles Suréchantillonnage L'utilisation de la fonction de suréchantillonnage des modules d'entrées ou de sorties analogiques implique une configuration isochrone. Sur les modules d'entrées analogiques, la cadence d'émission paramétrée est subdivisée en sous-cadences à temps équidistants. Les cadences d'émission peuvent être divisées en 2 à 16 sous-cadences. Chaque sous-cadence lit une valeur de mesure. Les valeurs de mesure lues d'un cycle de données sont copiées dans l'IM dans la cadence d'émission suivante et elles sont à la disposition de la CPU traitante une cadence d'émission plus tard. Sur les modules de sorties analogiques, la cadence d'émission paramétrée est également subdivisée en sous-cadences à temps équidistants. Les cadences d'émission peuvent être divisées en 2 à 16 sous-cadences. Chaque sous-cadence fournit une valeur de sortie. Dans une cadence d'émission, les valeurs de sortie sont copiées dans l'IM par la CPU et écrites dans le processus une cadence d'émission plus tard. Traitement de valeurs analogiques 118 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Modules analogiques High Speed 8.1 Notions de base Les valeurs lues ou émises sont transférées dans les données utiles du module analogique. La plage d'adresses du module s'agrandit donc et passe de 2 octets de données utiles par voie à 16 x 2 octets de données utiles par voie. Si vous divisez la cadence d'émission en moins de 16 sous-cadences, les adresses non utilisées sont remplies avec la valeur d'erreur 0x7FFF à l'entrée. A la sortie, les valeurs des adresses non utilisées sont ignorées. Comme, par principe, les sous-cadences doivent se trouver au sein d'une cadence d'émission, le suréchantillonnage requiert chaque fois une cadence d'émission supplémentaire pour copier les données dans l'IM, contrairement au modèle à 3 cycles du mode isochrone. Il en résulte un modèle à 5 cycles. ① ② ③ ④ ⑤ La cadence d'émission est subdivisée en sous-cadences qui acquièrent chacune la valeur de mesure Les valeurs de mesure sont copiées dans l'IM Les valeurs de mesure sont traitées et les valeurs de sortie calculées La CPU copie les valeurs de sortie dans l'IM Les valeurs de sortie sont écrites dans le processus Figure 8-2 Modèle à 5 cycles La cadence d'émission d'un périphérique IO présente, sur la base des modules configurés, une période d'actualisation minimale possible, c'est-à-dire l'intervalle de temps au cours duquel un périphérique IO/contrôleur IO du réseau IO PROFINET reçoit de nouvelles données. Les modules avec fonctionnalité de suréchantillonnage offrent toutefois la possibilité de réduire encore plus la période d'actualisation pour leurs voies sans que la cadence d'émission de la station S7 entière doive être raccourcie. La subdivision de la cadence d'émission en sous-cadences à temps équidistants permet donc une vitesse de traitement des signaux encore plus élevée. Exemple Dans la pratique, l'utilisation du suréchantillonnage est judicieuse lorsque l'installation isochrone fonctionne seulement avec une cadence d'émission particulière (par ex. 1 ms) en raison des modules utilisés, mais que les valeurs de processus doivent être échantillonnées plus rapidement. Le suréchantillonnage et la division de la cadence d'émission en 4 sous-cadences, par exemple, permet d'échantillonner les valeurs de processus toutes les 250 µs. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 119 Modules analogiques High Speed 8.1 Notions de base Configurer le suréchantillonnage Activez l'option "Mode isochrone" dans le périphérique IO utilisé et réglez les paramètres correspondants ("cadence d'émission", etc.). Vous définissez le nombre de sous-cadences dans le module analogique décentralisé correspondant à l'aide du paramètre "Fréquence d'échantillonnage" pour les modules d'entrées analogiques et "Fréquence de sortie" pour les modules de sorties analogiques. Par exemple, si vous configurez une "fréquence d'échantillonnage" de 4 "valeurs/cycle" pour une "cadence d'émission" de 1 ms, la cadence d'émission est divisée en 4 sous-cadences et les valeurs de processus sont échantillonnées toutes les 250 µs. Temps de cycle d'un module d'entrées analogiques Si vous avez configuré la propriété système "Isochronisme" pour des modules HS, tous les modules d'entrées analogiques sont synchronisés simultanément à l'intérieur de la cadence d'émission (cycle) ①. Le temps de cycle se compose des intervalles de temps suivants : tZ = t1 + t2 + t3 + t4 ① ② Instant de synchronisation pour tous les modules d'entrée analogique en mode isochrone et en même temps, instant du signal d'entrée converti dans ce cycle à la borne. Le signal d'entrée numérisé est transféré au bus interne tZ Temps de cycle t1 Durée entre le début du cycle et la synchronisation t2 Temps d'exécution inhérent au matériel jusqu'au convertisseur analogique-numérique t3 Temps de traitement des valeurs d'entrée numérisées dans le module t4 Temps de transfert du bus interne tW Temps de conversion du module Figure 8-3 Temps de cycle d'un module d'entrées analogiques Traitement de valeurs analogiques 120 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Modules analogiques High Speed 8.1 Notions de base Temps de cycle d'un module de sorties analogiques Pour les modules de sorties analogiques, l'instant de synchronisation se réfère à la sortie du convertisseur numérique-analogique ②. Puisque pour les modules de sorties l'impédance de l'actionneur raccordé et celle du câble de raccordement ne sont pas connues, mais qu'elles ont une grande influence sur le temps de transfert du signal, la durée d'établissement ne peut pas entrer comme valeur fixe dans le calcul. Les manuels respectifs des modules de sorties donnent à titre indicatif des durées d'établissement pour des charges typiques. Dans la pratique, une mesure au moyen d'un oscilloscope est cependant nécessaire pour déterminer avec précision la durée d'établissement. En raison de temps de cycles très courts et de charges capacitives élevées, la durée d'établissement peut même dépasser la fin du cycle proprement dite. Le temps de cycle se compose des intervalles de temps suivants : tZ = t1 + t2 + t3 ① ② Les valeurs de sortie sont disponibles sous forme numérique dans le module tZ Temps de cycle t1 Temps de transfert du bus interne t2 Temps de traitement des données dans le module jusqu'à la sortie sur le convertisseur numérique-analogique t3 Durée d'établissement du matériel jusqu'à la consigne de la valeur de sortie tW Temps de conversion du module Instant de synchronisation pour tous les modules de sortie analogique en mode isochrone et en même temps, instant de sortie des données dans le convertisseur numérique-analogique Figure 8-4 Temps de cycle d'un module de sorties analogiques Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 121 Modules analogiques High Speed 8.1 Notions de base Cas d'application typiques En principe, l'isochronisme se prête à toutes les applications dans lesquelles des valeurs de mesure doivent être acquises de manière synchrone, les déplacements coordonnés et les réactions du processus définies et exécutées simultanément. Les domaines d’application de l'isochronisme sont donc très variés. Des applications typiques sont par ex. l'acquisition temporelle et spatiale précise de signaux binaires pour l'assurance qualité. Mais les applications hydrauliques avec régulations de position et de pression profitent elles aussi du transfert de données isochrone et équidistant. L'exemple suivant montre la mise en œuvre de l'isochronisme dans le processus de production d'arbres à cames. Ces derniers doivent être mesurés avec précision sur plusieurs points de mesure pour assurer la qualité. ① ② Valeurs de mesure Arbre à cames Figure 8-5 Mesure d'arbres à cames La propriété système Isochronisme et la simultanéité de l'acquisition des valeurs de mesure qui en résulte permettent d'effectuer des mesures en continu ; le temps consacré aux mesures s'en trouve réduit. Il en résulte le déroulement suivant : ● Rotation continue de l'arbre à cames ● Durant la rotation continue a lieu la mesure synchrone des positions et de la déviation des cames ● Traitement de l'arbre à cames suivant Ainsi, une seule rotation de l'arbre à cames suffit pour la mesure synchrone de toutes les positions de l'arbre à cames et des valeurs de mesure correspondantes. Le cycle machine augmente à une précision de mesure égale ou supérieure. Traitement de valeurs analogiques 122 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Modules analogiques High Speed 8.2 Comparaison des modules ST et des modules HS 8.2 Comparaison des modules ST et des modules HS Le chapitre suivant vous donne un aperçu d'autres différences importantes entre les modules analogiques standard et les modules analogiques High Speed. Les valeurs numériques indiquées sont des exemples de modules choisis. Attention, les indications peuvent varier d'un module à l'autre. Vous trouverez les indications précises dans le manuel du module analogique que vous utilisez. Procédé de conversion Conversion de valeur instantanée C'est souvent la conversion de valeur instantanée qui est utilisée sur les modules HS pour convertir des signaux analogiques en informations numériques. Pour ce faire, un échantillon de très courte durée est prélevé sur le signal de mesure, puis converti en une donnée numérique. L'information numérique ainsi obtenue représente donc une valeur instantanée du signal de mesure. La conversion de valeur instantanée est utilisée lorsque des variations rapides de valeurs de processus doivent être acquises, par exemple dans une application Motion Control. Il s'agit ici d'acquérir et de traiter rapidement, en interaction avec des transducteurs appropriés, les grandeurs physiques qui varient très rapidement. Les plages d'entrée sont d'abord la tension, le courant et la résistance, cette dernière en particulier pour les potentiomètres de position. Comme le signal de mesure est converti en peu de temps, les signaux perturbés peuvent entraîner des mesures faussées. En effet, les entrées analogiques qui fonctionnent selon le procédé de conversion de la valeur instantanée ne peuvent pas déterminer si la valeur de signal échantillonnée correspond au signal attendu ou s'il s'agit d'un signal parasite superposé. Elles convertissent toujours la valeur détectée "à l'instant". Il convient donc d'étudier minutieusement la tâche de mesure prévue quant aux exigences temporelles. Conversion par intégration Les modules standard fonctionnent généralement selon le principe de la conversion par intégration. Lors de la conversion par intégration, le signal de mesure est évalué sur une période définie (temps d'intégration). Comparée à la conversion de valeur instantanée, cette conversion est plus lente mais aussi moins sensible aux parasites. Si vous choisissez pour la conversion une période correspondant à une ou plusieurs périodes de la fréquence du réseau environnant, cette fréquence perturbatrice présente partout et éventuellement superposée au signal sera rejetée par principe. Pour cela, les modules SIMATIC offrent la possibilité de régler par paramétrage la fréquence du réseau sur laquelle l'installation est exploitée. Le cas échéant, la résolution et le temps de conversion varient en fonction de la réjection des fréquences perturbatrices paramétrée. Ces dépendances sont décrites dans les caractéristiques techniques du module respectif. Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 123 Modules analogiques High Speed 8.2 Comparaison des modules ST et des modules HS Les entrées analogiques avec méthode par intégration se prêtent à un emploi universel. La pose du câblage pour ces entrées analogiques demande certes aussi le plus grand soin, mais en raison de l'acquisition de signaux plus lente et moins sensible aux parasites, les exigences ne sont pas du même ordre que pour les entrées analogiques à conversion de valeur instantanée. Figure 8-6 Alors qu'avec la conversion de valeur instantanée, une perturbation influence directement la valeur fournie à l'application, son effet est minime avec la méthode par intégration. Traitement de valeurs analogiques 124 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Modules analogiques High Speed 8.2 Comparaison des modules ST et des modules HS Compatibilité électromagnétique Toute l'architecture des modules HS est conçue pour un traitement rapide des signaux. Pour utiliser des modules HS, le montage résistant aux perturbations est donc d'une importance capitale. Respectez donc les règles suivantes lors du câblage de modules HS avec des capteurs et des actionneurs : ● Maintenir les câbles aussi courts que possible ● Utiliser des câbles blindés et torsadés par paire ● Raccorder le blindage à basse impédance sur les étriers de connexion respectifs ● Boucle de ligne courte entre connexion des blindages et raccordement des bornes Remarque Montage résistant aux perturbations Pour l'utilisation de modules HS en particulier, tenez compte des remarques dans la description fonctionnelle Montage sans perturbation des automates (http://support.automation.siemens.com/WW/view/fr/59193566). Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 125 Modules analogiques High Speed 8.2 Comparaison des modules ST et des modules HS Influence de la charge sur la durée d'établissement Les durées d'établissement de la consigne pouvant être obtenues avec des modules de sorties analogiques dépendent, entre autres, de la charge appliquée. Pour pouvoir exploiter les temps de conversion rapides, seules les petites charges (par ex. 47 nF max.) indiquées dans les caractéristiques techniques sont autorisées avec les modules HS. Lors de l'utilisation de modules de sortie, le type de charge influence la façon dont la consigne s'établit. Les charges capacitives entraînent une réduction du temps de montée en raison de l'opération de charge et elles peuvent occasionner une suroscillation du signal de sortie. Les charges inductives retardent l'augmentation du courant par inversion magnétique entraînant également une réduction du temps de montée. La figure suivante représente le signal de sortie sans/à faible ①, moyenne ② charge capacitive et à charge capacitive élevée ③. ① ② ③ Courbe caractéristique d'un signal sans/à faible charge capacitive tE Durée d'établissement t1 Le module termine la conversion au niveau de la borne de la voie de sortie analogique et émet le signal analogique t2 t3 t4 Signal avec une charge capacitive de 47 nF Signal avec une charge capacitive de 100 nF Le signal ① est établi et la grandeur de sortie analogique spécifiée est atteinte (erreur résiduelle 1 %) Le signal ② est établi et la grandeur de sortie analogique spécifiée est atteinte (erreur résiduelle 1 %) Le signal ③ est établi et la grandeur de sortie analogique spécifiée est atteinte (erreur résiduelle 1 %) Figure 8-7 Influence de différentes charges sur la durée d'établissement Traitement de valeurs analogiques 126 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Modules analogiques High Speed 8.2 Comparaison des modules ST et des modules HS Influence de la longueur de câble sur la durée d'établissement Les câbles longs entre la source du signal et le module sont vulnérables aux perturbations. La longueur des câbles doit donc être maintenue aussi courte que possible, en particulier pour les modules HS. Les câbles ont une composante capacitive et inductive et exercent donc aussi une influence sur le comportement d'établissement du signal. L'exemple suivant représente le saut de la tension de sortie d'un module de sortie HS avec un câble court, moyennement long et long. La suroscillation du signal d'entrée augmente avec la longueur du câble, allongeant aussi le temps qu'il faut pour atteindre la consigne. tE Durée d'établissement t1 Le module termine la conversion au niveau de la borne de la voie de sortie analogique et émet le signal analogique t2 Le signal, qui passe par un câble court, est établi et la grandeur de sortie analogique spécifiée est atteinte (erreur résiduelle 1 %) t3 Le signal, qui passe par un câble de 20 m de long, est établi et la grandeur de sortie analogique spécifiée est atteinte (erreur résiduelle 1 %) t4 Le signal, qui passe par un câble de 200 m de long, est établi et la grandeur de sortie analogique spécifiée est atteinte (erreur résiduelle 1 %) Figure 8-8 Influence de longueurs de câble différentes sur la durée d'établissement Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 127 Modules analogiques High Speed 8.2 Comparaison des modules ST et des modules HS Influence de l'échelon de valeur sur la durée d'établissement La figure suivante montre l'influence de l'importance de l'échelon entre différentes valeurs de sortie sur la durée d'établissement pour les modules de sorties analogiques. La ligne en pointillés indique à quel instant le signal a atteint la consigne. Le signal atteint la consigne d'autant plus tard que l'échelon de valeur est important. Figure 8-9 Durée d'établissement de cinq signaux analogiques différents avec différents échelons de valeur Traitement de valeurs analogiques 128 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Index A Abréviations, 68, 106 Actionneurs, 11, 106, 107 Annulation de la mise à l'échelle, 19 Atténuation de la diaphonie, 36 Autre support, 4 B Blocs SCALE, 17 UNSCALE, 19 C Câbles pour signaux analogiques, 68, 106 Calibrage, 109 annuler, 115 Capteurs, Capteurs de mesure Capteurs de courant, 10, 59, 74 Capteurs de tension, 10, 73 Capteurs résistifs, 10 raccorder, 67, 74 Résistance thermique, 76 Thermocouples, 10, 27, 78, 82 Capteurs résistifs Montage 4 fils, 76 Catalogue en ligne, 4 CEM, 33 Charge, 55, 59 Charges, 106, 107 Chute de tension, 61 Common Mode, 69, 71 Compensation aucune/externe, 101 Voie de référence du groupe 0, 91 Compensation externe Vue d'ensemble, 86 Compensation par RDT(0), 103 Soudure froide interne, 87 Température de référence dynamique, 97 Température de référence fixe, 94 Voie de référence du module, 89 Composition de thermocouples, 81 Connaissances de base requises, 3 Connexion de masse, 31 Conversion analogique-numérique, 11, 21, 53 numérique-analogique, 11, 21 Conversion des valeurs analogiques, 62 Couplage capacitif, 35 galvanique, 31 inductif, 31, 35 courant, 10 CPU, 11, 62, 69, 71 D Dénormalisation, 19 Dérive, 26 Diaphonie, 35 Diode Zener, 61 Dispersion des valeurs de mesure, 22 Documentation supplémentaire, 7 Domaine de validité de la documentation, 3 Durée d'établissement, 55 E Erreur Erreur de linéarité, 21 Erreur de sortie, 25 Erreur de température, 26 ET 200AL, 7 ET 200eco PN, 7 ET 200MP, 7 ET 200pro, 7 Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 129 Index ET 200SP, 7 Etat de la valeur, 48 F Fichier GSD, 50 fonctionnement de thermocouples, 83 Fréquence réseau 16 2/3 Hz, 28 400 Hz, 28 50 Hz, 28 60 Hz, 28 G grandeurs analogique, 9 physique, 10 I Impédance de réception, 31 L Limite d'erreur de base, 15 Limite d'erreur de base, 15 Limite d'erreur pratique, 15, 23 Linéarité, 21 Lissage exponentiel, 58 linéaire, 57 M Mode isochrone Suréchantillonnage, 118 Modules analogiques High Speed Mode isochrone, 117 Modules de sorties analogiques, 62, 107 Modules d'entrées analogiques, 62, 67 Montage de thermocouples, 82 Multimètre numérique, 61 N Normalisation, 17 Normes EN 61131, 15 FDA, 109 O Organes de réglage, 11 P Paramètres d'usine Restaurer les voies sur, 116 Plage de mesure bipolaire, 25 Plage de mesure de température de thermocouples, 81 Plage de tension, 27 Plages de mesure Débordement bas, 44 Débordement haut, 44 Plage de dépassement bas, 44 Plage de dépassement haut, 44 Plage nominale, 44 Plages de mesure de tension Débordement bas, 14 Débordement haut, 14 Plage de dépassement bas, 14 Plage de dépassement haut, 14 Plage nominale, 14 Point de mesure, 82 Potentiel de référence, 71, 107 Précision, 15 Précision de répétabilité, 22 Pression, 9 PROFIBUS, 117 PROFINET, 117 Q QI (Quality Information), 48 R Réjection de mode commun, 30 Réjection de mode série, 31, 34 Réjection des fréquences perturbatrices, 27 Réponse indicielle, 57 Traitement de valeurs analogiques 130 Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC Index Représentation des valeurs analogiques, 62 Représentation binaire des plages de sortie, 65 Représentation binaire des plages d'entrée, 65 Représentation binaire des plages d'entrées, 64 Résistance, 10 Résistance thermique Montage 2 fils, 77 Montage 3 fils, 77 raccorder, 76 Résolution, 13, 62 RTD (0) Vue d'ensemble, 86 Rupture de fil, 43 S S7-1500, 7 Signaux analogique, 9 binaire, 9 traiter, 12 Signe (VZ), 62 Soudure froide, 82 Soudure froide interne, 87 Vue d'ensemble, 84 Step 7, 4 Types de diagnostic, 37 Absence de tension d’alimentation, 43 Court-circuit, 46 Débordement haut/bas, 44 Défaut de mode commun, 45 Erreur de voie de référence, 45 Rupture de fil, 43 Soudure froide, 46 Surcharge, 47 V Vitesse, 9 Voie de référence du groupe 0 Vue d'ensemble, 85 Voie de référence du module Vue d'ensemble, 85 Voies calibrer, 111 Restaurer les réglages usine, 116 T Température, 9 Température de référence dynamique Vue d'ensemble, 86 Température de référence fixe Vue d'ensemble, 85 Température de soudure froide, 84 Temps de conversion, 27, 51, 55 temps de conversion de base, 51 Temps de réponse, 54 Temps de transfert, 55 tension, 10 Tension continue, 71 Tension de mode commun, 69 Tension de perturbation, 31 Tension d'isolation, 69, 71 Thermocouples raccorder, 78 Thermomètre à résistance voir Résistance thermique, 76 TIA Portal, 4 Transducteurs de mesure, 74 2 fils, 59, 74 4 fils, 75 Traitement de valeurs analogiques Description fonctionnelle, 06/2014, A5E03461440-AC 131
