Podstawy PLC. Programowalny sterownik logiczny PLC to mikroprocesorowy układ sterowania stosowany do automatyzacji procesów i urządzeń.

Transkrypt

1 Podstawy PLC Programowalny sterownik logiczny PLC to mikroprocesorowy układ sterowania stosowany do automatyzacji procesów i urządzeń. WEJŚCIA styki mechaniczne, przełączniki zbliżeniowe STEROWNIK Program sterujący wprowadzony do pamięci WYJŚCIA silniki, solenoidy Urządzenia wejścia (np. mechaniczne styki, przełączniki zbliżeniowe) oraz urządzenia wyjścia (np. silniki, solenoidy) z maszyny lub procesu, które mają być kontrolowane, są podłączone do sterownika. Użytkownik wprowadza sekwencję instrukcji (program) do pamięci sterownika. Urządzenie sterujące kontroluje wtedy w sposób ciągły stan wejść i wyjść, zgodnie z programem użytkownika. Przechowywany program może być modyfikowany, mogą być do niego dodane nowe funkcje sterowania, jak również dotychczasowe funkcje programu mogą być zmienione zgodnie z bieżącymi potrzebami, bez konieczności wymiany przewodów w urządzeniach wejścia i wyjścia. W wyniku tego powstaje system elastyczny, który może być wykorzystywany do sterowania zmiennymi zadaniami. Większość współczesnych, zautomatyzowanych fabryk stosuje programowalne sterowniki logiczne dla sterowania produkcją oraz procesami montażowymi. Przykładem może być przemysł motoryzacyjny, gdzie każdy nowy model pojazdu wymaga szeregu zmian i modyfikacji na linii produkcyjnej. Przez wiele lat zmiany te dokonywane przez elektryków i personel eksploatacyjny polegały na wymianie systemów przekaźnikowych i wymagały długotrwałych przestojów, bardzo kosztownych dla przedsiębiorstwa. Obecnie rolę systemów przekaźnikowych przejęły sterowniki logiczne, dzięki którym obsługa linii montażowej sprowadza się do zmiany oprogramowania. Sterownik programowalny jest "mózgiem" procesu przemysłowego lub maszyny, którą steruje. Elementami wykonawczymi w tych układach są zwykle rozbudowane układy pneumatyczne, hydrauliczne, elektryczne lub ich kombinacje.

2 1. Układy elektropneumatyczne Rozdział poświęcony jest omówieniu symboli i działania wybranych dwustanowych układów wykonawczych. Zrozumienie problematyki jest niezbędne, jeżeli chcemy przystąpić do zaprojektowania układu sterowania lub regulacji. Rozważmy elektropneumatyczny 5 - cio kanałowy, dwupozycyjny zawór elektromagnetyczny. Celem działania 5 - cio kanałowego zaworu przedstawionego na rys 1.1. jest pneumatyczne przesuwanie tłoka, czyli sprężanie i rozprężanie. Zawór jest sterowany elektrycznie za pomocą napięcia podłączonego do jego cewek elektromagnetycznych. A+ 1 2 Sprężone powietrze Rys.1.1. A) B) Zasilenie cewki lewej (1) powoduje, że zawór przyjmuje położenie jak na rys 1.1B. Dostarczone do cylindra powietrze powoduje przejście tłoka w położenie rozprężania oznaczone dalej jako A+. Zasilenie cewki prawej (2) powoduje, że zawór przyjmuje położenie jak na rys. 1.2B. Tłok przesuwa się w położenie sprężania oznaczone dalej jako A- i pozostaje tam aż do ponownego zasilenia cewki lewej (1). A- 1 2 Rys.1.2 A) B) Sprężone powietrze 2

3 2. Układy wielocylindrowe Po zapoznaniu się z układem jednocylindrowym sterowanym zaworem 5-cio kanałowym przejdziemy do omówienia układów dwu i więcej cylindrowych realizujących określone sekwencje działania. Rozważmy 3 - cylindrowy układ wyposażony w 6 krańcówek sygnalizujących skrajne położenia każdego tłoka (rys.2.) Załóżmy, że należy zrealizować sekwencję sterowania : Start A+ B+C+A-B-C-. Gdzie: + oznacza tłok w położeniu rozprężenia cylindra - oznacza tłok w położeniu sprężenia cylindra S1 S2 S3 S4 S5 S6 A+ A- B+ B- C+ C- Q 32.1 Q 32.2 I 32.1 I 32.2 I 32.3 I 32.4 I 32.5 I 32.6 Q 32.3 Q 32.4 Q 32.5 Q 32.6 Rys. 2. Układ do realizacji sekwencji sterowania - należy uzupełnić odpowiednie połączenia krańcówek i cewek zaworów Czytelnik, który zrozumiał omówioną ideę sterowania w układach elektropneumatycznych, będzie mógł bez kłopotu zrealizować projekt dowolnej sekwencji sterowania (niezależnie od ilości cylindrów w układzie). Jedynym ograniczeniem jest ilość wejść i wyjść wykorzystywanego sterownika programowalnego. 3

4 3. Zastosowania sterowników programowalnych w procesach sterowania. Zadanie polega na sekwencyjnym sterowaniu trzech pneumatycznych cylindrów A, B, C za pomocą sterownika PLC. Załóżmy, że chcemy osiągnąć następującą sekwencję: * cylindry A i B rozprężają się jednocześnie * cylinder C rozpręża się * cylindry A i B sprężają się równocześnie * cylinder C spręża się. Sekwencję powyższą można zapisać w postaci : (A+) C+ (A-) C- (B+) (B-) Tłoki A i B muszą przyjąć położenie rozprężenia zanim tłok C rozpocznie suw rozprężania. Analogiczna sytuacja powtarza się w czasie sprężania. S1 S2 S3 S4 S5 S6 A+ A- B+ B- C+ C- Q 32.1 Q 32.2 I 32.1 I 32.2 I 32.3 I 32.4 I 32.5 I 32.6 Q 32.3 Q 32.4 Q 32.5 Q 32.6 WEJŚCIA WYJŚCIA I 32.0 START I 32.0 I 32.1 I 32.2 I 32.3 I 32.4 I 32.5 I 32.6 PLC Q 32.1 Q 32.2 Q 32.3 Q 32.4 Q 32.5 Q 32.6 Rys. 3. Schemat układu elektropneumatycznego ze sterownikiem PLC Schemat programu sterującego pokazano na rys. 4. 4

5 Rys.4. Schemat programu sterowania ( IN1 - IN6 = krańcówki S1 S6 ) Program uzupełniono segmentem z sygnałem IN8 = przycisk START, by uniknąć przypadkowego uruchomienia zaprogramowanego cyklu, przy włączeniu zasilania sterownika. Opis działania Sygnał wejściowy : I N 8- zamknięte, wymusza sygnały wyjściowe PLC: OUT1 i OUT3, które sterują cewkami zawrotów elektromagnetycznych A i B. Tłoki A i B przechodzą w stan rozprężenia A+ i B+. Równocześnie z zakończeniem suwu rozprężenia tych cylindrów, końcówki S2 i S4 generują sygnały wejściowe PLC: IN2 oraz IN4. Iloczyn logiczny - AND sygnałów IN2 oraz IN4 wymusza sygnał wyjściowy OUT5, który steruje cewką zaworu elektromagnetycznego C odpowiedzialnego za rozpoczęcie suwu rozprężania tłoka C+.. Czytelnik winien opisać, w sposób analogiczny dalszą część omawianego cyklu. TEST PROGRAMU. Zanim podłączymy sterownik do modelu pneumatycznego należy zweryfikować poprawność działania programu, w celu poprawienia ewentualnych błędów. Należy skorzystać z przedstawionej poniżej tablicy testu programu i diod sygnalizujących PLC. Tablicę tworzymy w oparciu o rys. 3-4, wymuszając kolejne stany sygnałów wejściowych (IN) i obserwując sygnały wyjściowe (OUT), co odpowiada reakcjom tłoków A, B, C na sygnały wysyłane przez czujniki (krańcówki) położenia S1 S6. Tablica jest więc tablicą przyczynowo - skutkową procesu: (A+) C+ (A-) C- (B+) (B-) 5

6 Tablica testu programu wg rys.4. Krańcówki /Wejścia PLC Elektrozawory / Wyjścia PLC Inicjacja S1, S3, S5 - ZAŁ Q WYŁ START START- ZAŁ/WYŁ Q32.1 i Q32.3 ZAŁ/WYŁ S1 i S3 - WYŁ Q32.6 -WYŁ S2 i S4 - ZAŁ Q WYŁ S6 - ZAŁ Q32.2 i Q ZAŁ S2 i S4 - WYŁ Q WYŁ S1 i S3 - ZAŁ Q ZAŁ S6 - WYŁ Q32.2 i Q WYŁ Inne ćwiczenia z modelem pneumatycznym. Rozważmy sekwencję A+ B+ C+ C- B- A-. Wydaje się to być, na pierwszy rzut oka, zadanie bardzo łatwe. Przygotowanie odpowiedniego schematu drabinkowego wymaga jednak rozwiązania kilku problemów typowych dla programowania PLC. Rozważmy pierwsze 3 szczeble schematu: Dotychczas bez problemów! Program realizuje wszystkie niezbędne uzależnienia. Jeżeli nie zakończy się suw rozprężania cylindra A+, krańcówka S2 nie wymusi sygnału wejściowego IN2 i tłok w cylindrze B nie rozpocznie suwu rozprężania. Przejdźmy jednak do czwartego szczebla schematu drabinkowego Przedstawiony schemat jest błędny, gdyż ze względu na stale aktywny sygnał OUT5 (suw rozprężania C+ cylindra C) nie może być wykonany suw sprężania C- tego cylindra Należy zatem znaleźć metodę przełączenia sygnału OUT5 w stan nieaktywny, zanim sygnał OUT6 przyjmie stan aktywny. Podobne zawieszenie się programu wystąpi w przypadku sygnałów sterujących rozprężaniem i sprężaniem cylindra B (tj. OUT3 B+ oraz OUT 4 B-) Jest to właśnie problem, który winniśmy rozwiązać wybierając spośród wielu możliwych sposobów metodę, która zapewnia minimalną ilość szczebli programu. 6