W roku 1976 na rynek europejski weszła zachodnioniemiecka firma Siemens-Nixdorf oferując systemy SIMATIC.

Transkrypt

1 1 Sterowniki PLC Wprowadzenie Programowalne sterowniki PLC służą do sterowania pracą maszyny lub urządzenia technologicznego. Są one zawsze dopasowane do określonego obiektu sterowania. Sterownik PLC steruje obiektem zgodnie z programem zapisanym w pamięci np. EPROM. Zmiana algorytmu sterowania obiektu odbywa się przez zmianę zawartości pamięci programu. Jak każdy komputer, sterownik PLC pracuje według modelu IPO (Input-Process-Output). Zawiera, więc elementy wejścia, blok opracowania informacji wejściowej i elementy sygnałów wyjściowych. Opracowanie informacji wejściowej realizuje mikroprocesor według programu zapisanego w pamięci. PLC pracuje cyklicznie: 1. Odczytanie stanu wejść. Stany wszystkich wejść zostają odczytane i zapamiętane w pamięci operacyjnej. Mówimy o odczytaniu obrazu wejść 2. System operacyjny jednostki centralnej wypracowuje na podstawie powyższych informacji według programu zapisanego w pamięci obraz stanów wyjść 3. Przesłanie stanów wyjść do urządzeń wykonawczych lub transmisji danych. 4. Powrót do punktu 1. Czas cyklu wynosi około 10ms. Historia rozwoju techniki PLC Za ojców techniki PLC uznaje się Richarda Morleya (Modicon) i Odo J. Strugera (Allen Bradley). Do końca lat sześćdziesiątych sterowanie maszyn odbywało się w tradycyjnej technice przekaźnikowostycznikowej. W 1968 roku wprowadzono w USA przemyśle samochodowym sterowanie nowego typu, w którym algorytm działania był zapisany w pamięci, a nie przez odrutowanie. W 1970 roku w Chicago zaprezentowano system sterowania obrabiarek działający na zasadzie cyklicznego obiegu pamięci programu. System pozwalał realizować różne zadania sterownicze przy zachowaniu niezmiennej części sprzętowej tylko przez zmianę zawartości pamięci programu. W roku 1976 na rynek europejski weszła zachodnioniemiecka firma Siemens-Nixdorf oferując systemy SIMATIC. W Polsce produkcję systemów PLC rozpoczęła w 1977 roku firma MERA ZAP w Ostrowie Wielkopolskim sterownikiem o nazwie INTELSTER PC4K. Konstrukcja PLC Konstrukcje sterowników PLC są dostosowane zwykle do wbudowania w szafach sterowniczych zawierają najczęściej następujące moduły:

2 2 - Zasilacz potrzeb własnych. Istnieją konstrukcje zasilane napięciem 24V DC lub 230V AC. - Moduł jednostki centralnej CPU. Zawiera mikroprocesor, pamięć operacyjną sterującą mikroprocesor oraz pamięć EPROM zawierającą program sterujący obiektem. Moduł ten jest również wyposażony w złącze RS232 do komunikacji z komputerem lub pulpitem sterowniczym wyświetlającym teksty. Zawiera on też gniazdo dla akumulatora buforowego. - Moduły wejść dwustanowych (cyfrowych). Są to karty elektroniczne z diodami LED na ściance czołowej. Zawierają układy elektroniczne dopasowujące standard napięciowy sygnałów logicznych obiektu sterowania (24V DC lub 230V AC) do standardu modułu CPU (5V). Obwody elektryczne sygnałów wejściowych modułu są izolowane galwanicznie transoptorami. Karta modułu wejściowego zawiera zwykle 8 lub 16 wejść. - Moduły wejść analogowych. Zawierają przetworniki analogowo-cyfrowe (A/C) ośmio- lub szesnastobitowe. Poziomy standardowe sygnałów wejściowych: -10V V lub 4mA... 20mA. - Moduły komunikacyjne. Służą do transmisji informacji, np. do pulpitów sterowniczych obsługi lub innych PLC. - Moduły wyjść dwustanowych sterujące cewkami przekaźników, styczników lub zaworów Elektromagnetycznych. Standardowe napięcie wyjściowe: +24V DC. Istnieją również moduły z wbudowanymi przekaźnikami. Wtedy wyjściem jest zestyk 230V, 10A AC. Moduł może zawierać 8 lub 16 wyjść. - Moduły wyjść sygnałów analogowych. Sygnały mają poziomy standardowe: -10V V lub 4mA... 20mA. Rys. 1. Przykładowe szafy sterownicze z blokami PLC. Inne rozwiązanie konstrukcyjne przedstawia rysunek 2.

3 3 Rys. 2. Sterowniki PLC Firmy Allen- Bradley zabudowane w szafie sterowniczej. Interesującym rozwiązaniem konstrukcyjnym przeznaczonym dla miniautomatyzacji jest PLC o nazwie LOGO produkcji Siemens. Ten PLC jest bardzo łatwy do programowania, ponieważ bloki funkcyjne są prezentowane na wbudowanym ekranie i nastawy programuje się klawiaturą na przyrządzie. Rys. 3. Przykładowy sterownik PLC Firmy Siemens.

4 W sprzedaży są jeszcze inne wersje konstrukcyjne LOGO, np. LOGO 230RC, dla standardu napięć wejściowych 230V AC. 4 Języki programowania Programowanie sterowników PLC odbywa się w specjalnych językach programowania (najczęściej graficznych). Na żądanie amerykańskiego przemysłu samochodowego producenci systemów PLC rozwinęli języki programowania, które na ekranie monitora pozwalają graficznie projektować i symulować działanie programu sterowania podobnie jak to jest przyjęte w technice stykowej lub bezstykowej. LD (Ladder Diagram) logika drabinkowa. Schemat zbliżony do klasycznego rysunku technicznego elektrycznego. Przykład: Rys. 4. Przykładowy program zapisany w języku drabinkowym, dotyczący sterowania zaworu zastosowanego do napełniania zbiornika cieczą. FBD (Function Block Diagram) diagram bloków funkcyjnych. Przypomina schemat logiczny funkcji stosowany w rysunku dla techniki bezstykowej. Stosowany w języku STEP7 dla sterownika SIMATIC7. Przykład: Rys. 5. Program napełniania zbiornika cieczą zapisany przy pomocy diagramu bloków funkcyjnych w języku FBD. Oprócz powyżej zaprezentowanych, najczęściej stosowanych, języków programowania LD i FDB stosuje się jeszcze inne języki: IL (Instruction List) zmodyfikowany Assembler, język bezpośrednio programujący rejestry mikroprocesora. ST (Structured Text) język bardzo podobny do Pascal SFC (Sequential Function Chart) sekwencyjny ciąg bloków programowych z warunkami przejścia

5 5 Każdy język programowania używa argumentów, które zostają w programie z sobą skojarzone lub zmienione. Podstawowe argumenty dla programowania: - Wejście (ang. Input) Jest połączone z przyporządkowanym aparatem obiektu sterowania (zestykiem, fotokomórką, inicjatorem magnetycznym) - Wyjście (ang. Output) jest połączone z przyporządkowanym elementem wykonawczym obiektu sterowania (cewka przekaźnika, cewka zaworu elektromagnetycznego, sterownik przekształtnika sterującego prędkość obrotową silnika) - Pseudoadres (ang. Flag) określa miejsce w programie z wynikiem pośrednim. Jego znaczenie określa programista. - Licznik (ang. Counter) może liczyć wprzód i w tył albo startować od zadanej wartości. - Czas (ang. Timer) może realizować dowolne funkcje przekaźnika czasowego. Zalety i wady PLC Zalety: - brak zestyków przekaźnikowych (oksydacja) - małe wymiary w porównaniu z układami stykowymi - niezawodne w działaniu - tania długotrwała eksploatacja - możliwość budowania sieci informatycznych z innymi PLC - szybka analiza błędów - możliwość zmiany programu na odległość (np. przez sieć internetową) - niewielkie problemy przy zmianie odrutowania. Wady: - wymagana jest dodatkowa infrastruktura (programatory, oprogramowanie ( software), ochrona danych) - niezbędny jest wysoko kwalifikowany personel - istnieje niebezpieczeństwo manipulacji Przykład miniautomatyzacji sterowania drzwi wejściowych z zastosowaniem PLC LOGO230RC firmy Siemens. Automatyczne sterowanie drzwi ma zastosowanie w supermarketach, szpitalach, budynkach publicznych, bankach itp. Po zbliżeniu się osoby drzwi muszą się otworzyć Drzwi muszą być tak długo otwarte, aż żadna osoba nie znajduje się w przejściu Jeżeli w przejściu nie ma osób, drzwi muszą się zamknąć po krótkim czasie wyczekiwania, (np. 4 sekundy)

6 6 Napęd drzwi silnikiem elektrycznym ze sprzęgłem ciernym. Unika się w ten sposób skaleczenia przypadkowo zaciśniętych osób. Całe urządzenie jest zasilane poprzez wyłącznik główny. Rys. 6. Widok miejsc zabudowy czujników i wyłączników krańcowych przy drzwiach zamykanych i otwieranych automatycznie przez rozsuwanie. Przykładowe rozwiązania sterowania otwierania drzwi rozsuwanych metoda tradycyjną i przez zastosowanie sterownika PLC przedstawiono na rysunku 7.

7 7 (a) (b) Rys. 7. (a) Schemat ideowy układu sterowania otwierania i zamykania drzwi rozsuwanych oraz (b) realizacja tej samej funkcji przez zastosowanie sterownika PLC. Rys. 8. Diagram bloków funkcyjnych w języku FBD dotyczący sterowania drzwi rozsuwanych przy pomocy sterownika PLC.