WYKORZYSTANIE STEROWNIKÓW PLC W TWORZENIU UKŁADÓW STEROWANIA W PRZEMYŚLE ROLNO-SPOŻYWCZYM

Transkrypt

1 Inżynieria Rolnicza 11(109)/008 WKORZSTANIE STEROWNIKÓW PLC W TWORZENIU UKŁADÓW STEROWANIA W PRZEMŚLE ROLNO-SPOŻWCZM Marek Ścibisz, Halina Pawlak Katedra Podstaw Techniki, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie Streszczenie. W artykule omówiono prezentowane w trakcie zajęć z przedmiotu Pomiary i komputerowe przetwarzanie danych układy sterowania spotykane w przemyśle rolno- -spożywczym. Stosując sterowniki PLC firmy OMRON studenci nabierają umiejętności projektowania podstawowych elementów linii technologicznych (układy wykluczające, kolejnościowe, blokady bezpieczeństwa, zmiany receptur itp.). Artykuł przedstawia również wnioski dotyczące zalet i ograniczeń w prowadzeniu zajęć dydaktycznych z wykorzystaniem sterowników PLC. Słowa kluczowe: technika komputerowa, sterownik PLC, przemysł rolno-spożywczy Wprowadzenie W przemyśle rolno-spożywczym, podobnie jak i w innych gałęziach, do sterowania procesami technologicznymi w większości przypadków wykorzystuje się urządzenia dwustanowe, tzn. mogące znajdować się w dwóch stanach: włączony (ON) lub wyłączony (OFF). Tego typu urządzenia to włączniki, przyciski, styczniki, przekaźniki, buczki, lampki sygnalizacyjne, łączniki krańcowe itp. Do opisu takich urządzeń można wykorzystać prawa algebry Boole a [Mączyński i in. 1980] z założeniem, że stan ON odpowiada 1 logicznej, a stan OFF 0 logicznemu. Przy tych założeniach układy realizujące określone procedury można zapisać w postaci zależności logicznych. W realizacji technicznej sygnałowi podstawowemu X (włączenie) odpowiada styk normalnie otwarty (NO), natomiast sygnałowi zanegowanemu X (wyłączenie) - styk normalnie zamknięty (NC). Układy bezpieczeństwa realizowane są poprzez konieczność jednoczesnego wciśnięcia (przytrzymania) kilku elementów sterujących. Może to wymagać przyśnięcia wybranych przycisków lub kontroli zamknięcia wszystkich osłon. Ten typ sterowania zabezpieczającego opisywany jest w logice koniunkcją: = X X... X 1 n (1) W realizacji technicznej odpowiada to szeregowemu połączeniu styków NO, związanych z elementami zabezpieczeń (np. przyciski, wyłączniki krańcowe). 41

2 Marek Ścibisz, Halina Pawlak Innym zadaniem bezpieczeństwa jest możliwość wyłączania procesu z kilku punktów. W logice zapisywane jest to w postaci zaprzeczenia alternatywy: = X X... X = X X... X n 1 n 1 () W realizacji technicznej jest to szeregowe połączenie styków NC. Możliwość uruchamiania procesu z kilku punktów opisywana jest w logice alternatywą. = X X... X 1 n (3) To rozwiązanie jest realizowane poprzez równoległe połączenie styków NO. Z kolei zabezpieczenie procesu przed przypadkowym włączeniem jest osiągane poprzez konieczność jednoczesnego wykonania kilku czynności. Jest to zapisywane w postaci zaprzeczenia koniunkcji: = X X... X = X X... X n 1 n 1 (4) W technice realizowane jest to poprzez równoległe połączenie styków NC. W blokadzie kolejnościowej (ustalającej kolejność wykonywanych procedur) w linii uruchamiającej urządzenie umieszczany jest styk NO urządzenia, które powinno być włączone wcześniej. Zaś w blokadzie wykluczającej wstawiany jest styk NC urządzenia, blokującego. Przedstawione wyżej podstawowe zasady technicznej realizacji układów informatyki dają podstawy do opracowywania układów sterowania w przemyśle rolno-spożywczym. Informatyka techniczna w PLC Proces technologiczny może być zapisany w postaci równań logicznych. Jednak w praktyce częściej posługujemy się opisami związanymi ze schematami elektrycznymi odzwierciedlającymi cykl produkcyjny. Wiernym odbiciem schematów elektrycznych w programowaniu sterowników PLC jest schemat drabinkowy (diagram ladder). Przy czym zastępuje się tu symbole elektryczne odpowiadającymi im symbolami zrozumiałymi przez program komputerowy obsługujący daną rodzinę sterowników PLC. Niestety poszczególni producenci (Telemechanique, Siemens, Omron itp.) posiadają własne oprogramowania. Niemniej ogólna zasada tworzenia programów jest podobna. Różnice są głównie w wykorzystanych symbolach urządzeń wejścia i wyjścia oraz ich opisie. Różne są również języki maszynowe i struktura sterowników, ale nie ma to wpływu na zasady tworzenia programów sterujących. Umiejętność pisania programu dla jednego typu sterowników pozwala bardzo szybko dostosować się do pracy z pozostałymi grupami. W zajęciach dydaktycznych w Zakładzie Elektrotechniki i Systemów Pomiarowych Katedry Podstaw Techniki Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie wykorzystywane są sterowniki firmy Omron. Do ich programowania potrzebna jest znajomość języka SysWin lub nowsze rozwiązanie w postaci programu CX-programmer. Podstawowe symbole wykorzystywane w tych językach przedstawiono na rys.1 [Omron 005]. 4

3 Wykorzystanie sterowników PLC... a. b. c. Rys. 1. Podstawowe symbole elektryczne i ich odpowiedniki w programie CX-programmer: a. styk NO; b. styk NC; c. element wykonawczy Fig.1. Basic electrical symbols and their equivalents in the CX-programmer application: a. NO contact; b. NC contact; c. executive element Dodatkowo w programach pojawiają się funkcje zastępujące elementy techniki łączeniowej, takie jak liczniki czy timery. Ponadto pojawiają się funkcje logiczne, porównania itp., które w układach rzeczywistych wymagały stosowania rozbudowanych układów przekaźnikowych lub dodatkowych układów elektronicznych. Układy sterowania z wykorzystaniem sterowników PLC W trakcie zajęć omawiane są przykłady układów sterowania ze sterownikami PLC, które znajdują zastosowanie m.in. w przemyśle rolno-spożywczym [Omron 004, Pijanowski 006]. W początkowej fazie realizowany jest podstawowy układ włącz wyłącz z podtrzymaniem (rys. ), umożliwiający załączenie do pracy określonego urządzenia poprzez przyciśnięcie określonego przycisku. Pozwala to na zapoznanie studentów z zasadami adresowania urządzeń wejścia i wyjścia w sterowniku. Dodatkowo uwzględnia się również współpracę urządzeń ze sobą. Wprowadzana jest blokada kolejnościowa i blokada wykluczająca. Rys.. Fig.. Układ sterowania włącz wyłącz z podtrzymaniem i blokadą kolejnościową ON OFF control system with support and sequence interlock 43

4 Marek Ścibisz, Halina Pawlak Podczas realizacji prostych układów sterowania pokazywana jest możliwość wykorzystania tych samych wejść, które mogą być zdefiniowane jako NC i jednocześnie jako NO. Jest to sytuacja niemożliwa do realizacji w tradycyjnych układach stycznikowoprzekaźnikowych. W następnym etapie uwzględniane są złożone warunki włączenia lub wyłączenia urządzenia (rys. 3). Rys. 3. Fig. 3. Układ sterowania ze złożonymi warunkami włączenia lub wyłączenia urządzeń Control system with complex conditions for equipment switching on or off W tym bloku zagadnień przedstawiane są układy sterowania realizujące blokady bezpieczeństwa, wielomiejscowość załączania lub wyłączania urządzeń. W kolejnym etapie wprowadzane są funkcje czasu lub zliczania (rys. 4). W tej części studenci poznają możliwość wykorzystania funkcji uzależniających pracę urządzeń od czasu lub ilości zdarzeń. Zapoznają się z funkcjonowaniem wirtualnych elementów Timer oraz Counter. Elementy te odpowiadają przekaźnikom czasowym oraz licznikom. Rys. 4. Fig. 4. Układ sterowania z uwzględnianiem funkcji czasu Control system taking into account time function 44

5 Wykorzystanie sterowników PLC... Kolejnym etapem jest wprowadzenie funkcji specjalnych, umożliwiających realizację wcześniej poznanych zagadnień przy wykorzystaniu innych procedur (rys. 5). Studenci poznają funkcje SET (ustawienie bitu na 1 ), RSET (ustawienie bitu na 0 ), KEEP (przerzutnik) czy MOV (przesunięcie zawartości komórek pamięci z jednego pod drugi adres). Rys. 5. Fig. 5 Układ sterowania z uwzględnianiem funkcji specjalnych Control system taking into account special functions Podsumowanie Tworzenie programów dla sterowników PLC pozwala na: rozwój logicznego myślenia o procesie produkcyjnym działanie układów opiera się na wykorzystaniu algebry Boole a usystematyzowaną analizę procesu technologicznego poszczególne elementy sterowania procesem są wyodrębnione w liniach ( szczeblach ) schematu drabinkowego analizę pracy urządzeń funkcja monitoring umożliwia wizualizację przepływu sygnałów sterujących w cyklu produkcyjnym Prawidłowe nauczanie wymaga wielu stanowisk dydaktycznych wyposażonych w sterowniki PLC. Związane jest to z dużymi nakładami finansowymi. Jednakże niektórzy producenci udostępniają swoje oprogramowanie bezpłatnie. Stąd studenci mają możliwość zapoznania się z techniką tworzenia układów sterowania również w domu. Natomiast w trakcie zajęć mogą sprawdzić funkcjonowanie programu w rzeczywistym sterowniku PLC. Ostatnio pojawiły się również emulatory sterowników PLC wykorzystujące wejścia RS 3 komputera. Wymagają one dodatkowego kabla połączeniowego i niestety są płatne, lecz cena jest niższa, niż zakup normalnego sterownika. Te utrudnienia nie powinny jednak być przeszkodą we wprowadzaniu tego typu zajęć na studiach w uczelniach przyrodniczych, szczególnie na kierunkach związanych z techniką komputerową. Sterowniki PLC są ciągle modernizowane i przystosowywane do różnych 45

6 Marek Ścibisz, Halina Pawlak warunków przemysłowych. Stąd też ich powszechne wykorzystanie w przemyśle, w tym również i w rolno-spożywczym. Bibliografia Mączyński M., Muszyński J., Traczyk T., Żakowski W Matematyka. T 1. PWN. Warszawa. s Pijanowski E Ogólna technologia żywności. WNT. Warszawa. ISBN Materiały szkoleniowe Omron Pomysłowe rozwiązania. Warszawa. s Materiały szkoleniowe Omron Sterownik mikroprocesorowy CPM1A. Warszawa. s USING PLC CONTROLLERS TO BUILD CONTROL SSTEMS IN AGRICULTURAL AND FOOD INDUSTR Abstract. The article discusses control systems employed in agricultural and food industry demonstrated during classes in the subject of Measurements and computer data processing. When using the PLC controllers manufactured by OMRON, students acquire skills in the field of designing basic elements of processing lines (excluding systems, sequential systems, safety interlocks, recipe modifications, etc.). Moreover, the article presents conclusions regarding advantages and limitations in conducting classes using the PLC controllers. Key words: computer technology, PLC controller, agricultural and food industry Adres do korespondencji: Marek Ścibisz; marek.scibisz@up.lublin.pl Katedra Podstaw Techniki Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie ul. Doświadczalna 50a 0-80 Lublin 46