KWALIFIKACJA ELM6 - PAŹDZIERNIK 2016

PYTANIE NR 9.
Którego rodzaju wyjścia musi posiadać sterownik PLC, aby w układzie sterowania z zastosowaniem tego sterownika możliwa była modulacja szerokości impulsu – PWM?
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
PWM polega na szybkim przełączaniu sygnału dwustanowego i zmianie wypełnienia impulsów. Do takiej pracy potrzebne jest wyjście cyfrowe zdolne do częstego przełączania, typowo tranzystorowe. Wyjścia przekaźnikowe są ograniczone mechaniką styków, a wyjścia analogowe nie generują impulsów PWM bez dodatkowych funkcji/układów.

Pełne wyjaśnienie:

PWM (modulacja szerokości impulsu) jest metodą sterowania, w której sygnał ma charakter dwustanowy (0/1), a wartość "średnia" dla odbiornika wynika z wypełnienia, czyli stosunku czasu stanu wysokiego do okresu. Kluczowym wymaganiem technicznym jest więc możliwość szybkiego i wielokrotnego przełączania wyjścia.

Odpowiedź "Binarne tranzystorowe." jest właściwa, ponieważ wyjścia tranzystorowe (np. typu NPN/PNP) są elementami półprzewodnikowymi i nadają się do pracy z większą częstotliwością przełączeń niż wyjścia mechaniczne. Dzięki temu mogą realizować przebieg impulsowy PWM bez nadmiernego zużycia elementu wykonawczego.

Dlaczego pozostałe odpowiedzi są niepoprawne?

  • "Binarne przekaźnikowe." – przekaźnik ma styki mechaniczne i ograniczoną szybkość oraz żywotność przy częstym przełączaniu. Przy PWM (zwłaszcza o wyższej częstotliwości) prowadzi to do szybkiego zużycia, drgań styków i niestabilnej pracy.
  • "Analogowe prądowe." – wyjście analogowe prądowe (np. 4–20 mA) służy do płynnego zadawania wartości analogowej, a nie do generowania impulsów o regulowanym wypełnieniu. To inny rodzaj sygnału i inne zastosowanie.
  • "Analogowe napięciowe." – podobnie, wyjście analogowe napięciowe (np. 0–10 V) daje poziom analogowy, a nie przełączany przebieg impulsowy. PWM można czasem przekształcać na sygnał "quasi-analogowy" filtrem, ale to nadal wymaga źródła impulsów, czyli wyjścia cyfrowego zdolnego do przełączania.

W praktyce w PLC spotyka się także funkcje "szybkich wyjść" lub dedykowane moduły PWM. Egzaminacyjnie najważniejsze jest skojarzenie: PWM = szybkie przełączanie binarne, więc potrzebne jest wyjście binarne tranzystorowe, a nie przekaźnikowe ani analogowe.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
PWM to modulacja szerokości impulsu: wyjście cyfrowe przełącza się między 0 i 1, a sterowanie realizuje się przez zmianę wypełnienia (czasu stanu wysokiego w okresie). Odbiornik "widzi" wartość średnią zależną od wypełnienia.
Wyjście tranzystorowe przełącza się szybko, bo nie ma części mechanicznych. Przekaźnik ma styki i ograniczoną szybkość oraz żywotność przy częstym przełączaniu, więc przy PWM mógłby się szybko zużywać i pracować niestabilnie.
W teorii może przełączać 0/1, ale w praktyce nie nadaje się do PWM o typowych częstotliwościach, bo styki mają bezwładność i ograniczoną liczbę cykli łączeniowych. Stosuje się je raczej do wolnego załącz/wyłącz.
Wyjście binarne (cyfrowe) ma dwa stany logiczne: załączone/wyłączone. Może być zrealizowane sprzętowo jako tranzystorowe lub przekaźnikowe. Dla PWM kluczowe jest, aby było to wyjście zdolne do szybkiego przełączania.
Wyjścia analogowe (napięciowe lub prądowe) podają wartość ciągłą, np. 0–10 V lub 4–20 mA. PWM wymaga impulsów 0/1 i zmiany wypełnienia. To inne podejście do sterowania, choć PWM można filtrować do "prawie analogowego".
PWM stosuje się m.in. do regulacji prędkości silników DC, sterowania jasnością LED, sterowania grzałkami (z odpowiednim elementem mocy) oraz podawania sygnału sterującego do driverów i przekształtników, które oczekują wejścia PWM.
Częsty błąd to uznanie, że skoro sterowanie ma dać "wartość pośrednią", to potrzebne jest wyjście analogowe. Drugi błąd to traktowanie przekaźnika jako uniwersalnego wyjścia do wszystkiego, bez uwzględnienia ograniczeń szybkości przełączania.
Nie zawsze. Wyjścia tranzystorowe są dobrym "nośnikiem" dla PWM, ale w wielu sterownikach potrzebne są funkcje szybkich wyjść lub odpowiednia konfiguracja sprzętowa/programowa. Zależy to od rodziny PLC i jego parametrów.
W dokumentacji szukaj informacji o typie wyjścia (tranzystor/przekaźnik), maksymalnej częstotliwości przełączania, czasach narastania/opadania oraz funkcjach typu "high-speed output" lub "PWM output". To parametry krytyczne dla modulacji.
Wyjście analogowe warto wybrać, gdy urządzenie wykonawcze ma wejście analogowe (np. falownik 0–10 V, przetwornik 4–20 mA) i oczekuje sygnału ciągłego. PWM wybiera się, gdy steruje się mocą/średnią wartością przez szybkie przełączanie.
info

Statystycznie 44% uczniów zna prawidłową odpowiedź. trudne

Specjaliści zwracają uwagę: "PWM polega na szybkim przełączaniu sygnału dwustanowego i zmianie wypełnienia impulsów."

Źródła:

  • IEC 61131-2: Programmable controllers – Part 2: Equipment requirements and tests (wymagania dla interfejsów I/O PLC)
  • Siemens, "SIMATIC S7-1200 Programmable controller System Manual" (rozdziały o wyjściach cyfrowych i zastosowaniach szybkich wyjść/PWM), dokumentacja producenta
  • Schneider Electric, "Modicon M221 Logic Controller – Hardware Guide" (sekcje opisujące typy wyjść: tranzystorowe vs przekaźnikowe i ograniczenia przełączania), dokumentacja producenta

Materiały:

  • Podręczniki i skrypty z podstaw PLC (wejścia/wyjścia, elementy wykonawcze)
  • Dokumentacje producentów PLC dotyczące wyjść cyfrowych i funkcji szybkich wyjść/PWM
  • Materiały dydaktyczne z automatyki: sygnały, modulacje, sterowanie dwustanowe

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego