Zastosowanie sterownika PLC w modelowaniu i symulacji prostych układów automatyki

Transkrypt

1 CHRZAN Marcin 1 WINIARSKI Mariusz 2 MAKOWSKI Marcin 3 NOWOCIEŃ Artur 4 Zastosowanie sterownika PLC w modelowaniu i symulacji prostych układów automatyki WSTĘP W artykule przedstawiono możliwości zastosowania sterownika PLC do sterowania prostymi układami automatyki. Stanowisko dydaktyczne zbudowano w oparciu o kompaktowy sterownik PLC Twido firmy Schneider Electric, który umożliwia tworzenie programów wsadowych dla sterownika TWIDO TWDLCAA10DRF. Programy wsadowe tworzone są w oparciu o narzędzie TwidoSoft, które umożliwia łatwe i szybkie programowanie tych sterowników. Stworzony program w środowisku TwidoSoft przesyłany jest do sterownika PLC za pomocą protokołu TCP/IP, a następnie realizowany przez sterownik. Zastosowany w stanowisku laboratoryjnym sterownik kompaktowy Twido może być skonfigurowany do dołączenia modułów rozszerzeń wejść/wyjść oraz modułów opcjonalnych, takich jak: wtykany moduł HMI, pamięć, zegar czasu rzeczywistego, a także dodatkowe porty komunikacyjne RS 485 lub RS 232. [3] Stanowisko dydaktyczne oferuje rodzaj elastycznego systemu, który umożliwia dowolną konfigurację tworzonych programów, od najprostszych, jak na przykład sterowanie automatem schodowym, bądź pracą silnika, poprzez bardziej zaawansowane polegające na sterowaniu pracą kilku transporterów taśmowych, czy sterowanie wybraną częścią linii produkcyjnej. Sam rodzaj tworzonego programu zależy od potrzeby oraz założeń autora do przeprowadzenia danej symulacji wybranego układu automatyki. 1 OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA STANOWISKA LABORATORYJNEGO Stanowisko dydaktyczne przeznaczone jest do nauki języków programowania, w oparciu o sterownik TWIDOTWDLCDA10DRF firmy Schneider Electric, w aplikacji współpracy z innymi elementami elektroniki i elektroenergetyki. Współpracujące ze sobą elementy, z których zbudowane jest stanowisko dydaktyczne umożliwiają: naukę programowania sterownika PLC Twido w trzech językach: IL (Lista Instrukcji), LD (schematów drabinkowych), Grafcet, poznanie i zastosowanie protokołu komunikacyjnego TCP/IP, poznanie działania oraz możliwości wykorzystania podstawowych elementów elektroniki i elektroenergetyki (przełączników, przycisków, czujników, silników itp.), poznanie metod wykorzystania i zastosowania sterownika PLC Twido, poznanie możliwości komunikacyjnych sterowników oraz części składowych samego sterownika. 1 Uniwersytet Technologiczno Humanistyczny im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu, Wydział Transportu i Elektrotechniki; Radom; ul. Malczewskiego m.chrzan@uthrad.pl 2 Uniwersytet Technologiczno Humanistyczny im. Kazimierza Pułaskiego, Wydział Transportu i Elektrotechniki, Radom, ul. Malczewskiego 29, mariusz_winiarski@o2.pl student studiów doktoranckich 3 Uniwersytet Technologiczno Humanistyczny im. Kazimierza Pułaskiego, Wydział Transportu i Elektrotechniki, Radom, ul. Malczewskiego 29, m.makowski@uthrad.pl student studiów doktoranckich 4 Uniwersytet Technologiczno Humanistyczny im. Kazimierza Pułaskiego, Wydział Transportu i Elektrotechniki, Radom, ul. Malczewskiego 29, a.nowocien@uthrad.pl student studiów doktoranckich 2702

2 Rys. 1.Stanowisko do symulacji układów automatyki z zastosowaniem sterownika PLC[źródło własne] Stanowisko pokazane na rysunku 1, składa się ze sterownika PLC Twido, zasilacza, kolorowych przycisków i diod, protokołu komutacyjnego oraz komputera PC. Do budowy stanowiska użyto sterownika kompaktowego TWIDO TWDLCAA10DRF firmy Schneider Electric, który cechuje się niewielkimi rozmiarami. Pozwala to na modelowanie prostych układów automatyki występujących w rzeczywistych obiektach produkcyjnych i transportowych. W tym przypadku elementy wykonawcze sterowane są bezpośrednio z wyjść przekaźnikowych sterownika PLC. Schemat podłączenia sygnałów wejściowych i wyjściowych do sterownika Twido przedstawiono na rysunku

3 Rys. 2. Schemat podłączenia sygnałów wejściowych i wyjściowych do sterownika TWIDO[źródło własne] W tabeli 1 przedstawiono przyporządkowania wejść i wyjść sterownika TWIDO w prezentowanym stanowisku dydaktycznym. Tab. 1. Podłączenia wejść oraz wyjść do sterownika TWIDO [źródło własne] WEJŚCIA Adres Opis Symbol Komentarz I0.0 I0.1 Brama optyczna (opcjonalnie) BO Zestyk NO I0.2 Przycisk zielony P1 Zestyk NO I0.3 Przycisk żółty P2 Zestyk NO I0.4 Przycisk czerwony P2 Zestyk NO I0.5 Czujnik kontaktronowy CK Zestyk NO WYJŚCIA Q0.0 Dioda zielona D1 Q0.2 Dioda żółta D2 Q0.3 Dioda czerwona D3 2 STEROWNIK PLC FIRMY TWIDO TWDLCAA10DRF Stanowisko dydaktyczne wyposażone jest w nowoczesny sterownik kompaktowy TWIDO TWDLCAA10DRFfirmySchneider Electric, który przedstawiony został na rysunku

4 Rys. 3.Widok ogólny sterownika TWIDO TWDLCAA10DRF[źródło własne] Prezentowany w stanowisku sterownik w wersji kompaktowej zasilanyjestz zasilacza napięcia stałego o wartości 24V i posiada: 6 wejść cyfrowych w jednej wspólnej linii (zasilanych napięciem 24V DC), 4 wyjścia przekaźnikowe (maksymalny prąd obciążenia 2A na wyjście, 8A na wspólną linię). Zwiększenie ilości wejść i wyjść sterownika można uzyskać poprzez zastosowanie modułów rozszerzeń. Możliwe jest zastosowanie maksymalnie 14 modułów wejść/wyjść dyskretnych i 4 moduły wejść/wyjść analogowych. Ponadto sterowniki te mogą być wyposażone w inne elementy opcjonalne takie jak: wkładki z pamięcią, wkładki z zegarem czasu rzeczywistego (RTC), adaptery komunikacyjne, moduły wyświetlacza operatorskiego, symulatory wejściowe, kable do programowania, kable do dyskretnych wejść/wyjść, zestawy kabli i interfejsów TeleFast. Domyślnie wszystkie wejścia i wyjścia sterowników są skonfigurowane, jako wejścia i wyjścia dyskretne. Jednak do niektórych wejść i wyjść, mogą być podczas konfiguracji przypisane specjalne zadania, takie jak: wejście RUN/STOP, wejścia zatrzaskowe, wejścia i wyjścia szybkiego zliczania (szybkie liczniki jednokierunkowe 5 khz, bardzo szybkie liczniki dwukierunkowe 20 khz, wyjście stanu sterownika, wyjścia generatora z modulacją szerokości impulsu (PWM), wyjścia generatora impulsów prostokątnych (PLS). [1] Niektóre funkcje wejść i wyjść sterowników mogą być uruchamiane przez program napisany w TwidoSoft. Są to: 2705

5 generatory z modulacją szerokości impulsu (PWM), generatory impulsów prostokątnych (PLS), szybkie liczniki i bardzo szybkie liczniki. [1] Sterownik TWIDO TWDLCAA10DRF programowany jest przy wykorzystaniu środowiska TwidoSoft. Utworzony program w TwidoSoft przesyłany jest za pomocą protokołu komunikacyjnego TCP/IP z komputera do sterownika poprzez port komunikacyjny RS OPROGRAMOWANIE TWIDOSOFT TwidoSoft jest graficznym środowiskiem do tworzenia i konfigurowania sterowników Twido. TwidoSoft pozwala na tworzenie programów w różnych językach oraz ich transfer do pracującego sterownika Twido. [2] TwidoSoft jest programem przeznaczonym na komputery pracujące z systemem operacyjnym Microsoft Windows. [2] Rys. 4. Okno aplikacji TwidoSoft [źródło własne] Podstawowe cechy oprogramowania TwidoSoft: standardowy interfejs użytkownika Windows, program i konfiguracja sterowników Twido, komunikacja i sterowanie sterownika. Sterownik z komputerem połączony jest przy użyciu protokołu TCP/IP, który musi być zainstalowany w komputerze. [2] Programy sterujące Twido tworzone są przy pomocy niżej opisanych języków: IL (Instruction List - lista instrukcji) to szereg wyrażeń logicznych, które zapisane są, jako kolejne instrukcje boolowskie, np.: 2706

6 Rys. 5.Fragment kodu programu w języku IL [źródło własne] LD (LadderDiagrams schemat drabinkowy) to graficzny sposób przedstawienia wyrażeń logicznych, np.: Rys. 6.Fragment kodu programu w języku LD [źródło własne] Grafcet Twido wspiera używanie listy instrukcji Grafcetu, lecz nie jest to Grafcet graficzny. Grafcet jest analityczną metodą, dzielącą system sterowania sekwencyjnego na serię kroków, do których przypisane są akcje, przejścia i warunki. Poniższe ilustracje pokazują przykłady instrukcji Grafcetu, zaprezentowane odpowiednio w programach napisanych w językach IL i LD (rysunek 7 i 8). [2] 2707

7 Rys. 7.Instrukcja Grafcetu napisana w języku IL [źródło własne] Rys. 8.Instrukcja Grafcetu napisana w języku LD[źródło własne] Języki programowania sterownika TWIDO zachowują odwracalność, co pozwala na dowolne odwrócenie programu napisanego w języku IL na LD lub odwrotnie. WNIOSKI Przedstawione w artykule stanowisko dydaktyczne pozwala na modelowanie prostych układów automatyki przemysłowej oraz symulację procesów produkcyjnych i transportowych. Małe wymiary sterownika, niewielka moc obliczeniowa jednostki centralnej, niskie koszty zakupu powodują, że sterownik stosowany jest w aplikacjach sterujących niewielką ilością urządzeń 2708

8 wykonawczych. Przykładem może być sterowanie urządzeniami w inteligentnym budynku, gdzie sterownik może sterować urządzeniami wentylacji, klimatyzacji, a także oświetleniem wewnątrz i na zewnątrz budynku, jak i otwieraniem i zamykaniem bramy wjazdowej, czy drzwi garażowych. Innym przykładem może być sterowanie sygnalizacją świetlną na skrzyżowaniu dróg, czy sterowanie reklamą świetlną na zewnątrz budynku. Wadą tego typu sterownika jest jego budowa kompaktowa, z której wynika, że nie nadaje się on do zastosowania podczas budowania dużych linii przemysłowych, gdzie wymagane jest zastosowanie sterownika o dużej mocy obliczeniowej, z możliwością jego rozbudowy o dodatkowe moduły wejść / wyjść. Stanowisko dydaktyczne oferuje możliwość poznania zintegrowanego środowiska narzędziowego TwidoSoft oraz naukę trzech języków programowania sterowników PLC: LD, IL oraz Grafcet. Stopniowanie złożoności tworzonych programów pozwala na opanowanie każdego z wymienionych języków, a także na zaobserwowanie współpracy poszczególnych elementów elektroniki i elektroenergetyki w rzeczywistych warunkach pracy. Streszczenie W artykule przedstawiono możliwość budowy dowolnych układów sterowania, opartych na sterownikach PLC, wykorzystywanych w automatyce przemysłowej. Do wykonania stanowiska zaadoptowano sterowniki PLC TWIDO TWDLCAA10DRF firmy Schneider Electric, przyciski, diody sygnalizujące pracę poszczególnych urządzeń oraz komputer z zainstalowanym oprogramowaniem TwidoSoft. W przedstawionych układach do komunikacji między sterownikiem PLC a komputerem zastosowano protokół komunikacyjny TCP/IP. Stanowiska mogą być zastosowane do symulacji prostych układów sterowania stosowanych w przemyśle. Wykorzystując konfiguracje urządzeń przedstawionych w artykule, możliwe jest poszerzanie umiejętności projektowania elementów poszczególnych układów przemysłowych. Application ofplcin the modelingand simulationof simpleautomation systems Abstract The article presents the opportunity to build any control system based on PLC controllers used in industrial automation. To create the workstand PLC TWIDO TWDLCAA10DRF Schneider Electric, buttons, LEDs indicating operation of the devices and a computer with software installed Twido were adapted. In the presented systems for communication between the PLC and the computer communication protocol TCP / IP was used. Workstand can be used to simulate a simple control systems used in the industry. Using the device configurations presented in the article, it is possible to strengthen the skills of individual design elements of industrial system. BIBLIOGRAFIA 1. Dokumentacja techniczna, Twido. Sterowniki programowalne. Instrukcja programowania.twd USE 10AEWersja Internet: 3. Schneider Electric, Twido Telemecanique. Sterownik programowalny. Katalog 4. Schneider Electric, Twido programmable controllers. Hardware Reference Guide. TWD USE 10AE eng Version