Projekt sekwencyjnego układu przełączającego z wykorzystaniem sterownika programowalnego

Warszawa 2017

1 Cel ćwiczenia laboratoryjnego Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z zasadami działania i sposobami projektowania sekwencyjnych układów przełączających. W ramach ćwiczenia student zaprogramuje w języku drabinkowym sterownik przemysłowy PLC (ang. Programmable Logic Controller). 2 Wymagania wstępne W ramach przygotowania do ćwiczenia laboratoryjnego student powinien zapoznać się z treścią całej niniejszej instrukcji w stopniu pozwalającym na poprawną odpowiedź na wszystkie pytania sprawdzające zamieszczone w punkcie 7. Każdy student przystępujący do ćwiczenia powinien mieć przygotowany protokół zgodnie ze wzorem zamieszczonym w załączniku nr 3. 3 Wstęp teoretyczny Układ cyfrowy, w którym aktualny stan wyjść zależy nie tylko od aktualnego stanu wejść, ale również zależy od stanu w którym układ znajdował się wcześniej nazywamy układem sekwencyjnym lub układem z pamięcią (można spotkać określenie z pamięcią stanu). Przykładem elementarnego układu sekwencyjnego jest układ przełączający, który służy do zaświecenia lampy stołowej z ręcznie uruchamianym przyciskiem o jednym tzw. położeniu stabilnym. Jeśli lampa nie świeci się, to naciśnięcie przycisków powoduje jej zaświecenie. W przypadku gdy lampa jest włączona, to naciśniecie przycisku powoduje wyłączenie lampy. Przyciśniecie przycisku powoduje włączenie lub wyłączenie lampy zależnie od tego czy wcześniej była włączona czy wyłączona. W rozbudowanych układach sekwencyjnych zależności między wejściami i wyjściami stają się niejednoznaczne, co może prowadzić do tego, że tym samym wektorom wejściowym mogą opowiadać różne wektory wyjść. Wynika to z podstawowej właściwości układu sekwencyjnego mówiącej o tym, że wartość na wyjściu zależy od historii układu - pamięć stanu. Pamięć realizowana jest przez wprowadzenie sprzężenia zwrotnego. Informacja o stanie, w którym znajduje się układ jest przekazywana na wejście układu. Układ ten nazywa się blokiem pamięci. Blok pamięci odpowiedzialny jest za realizację funkcji stanu układu (Rys. 1). x0 Sygnały wejściowe...... UKŁAD REALIZUJĄCY FUNKCJĘ STANU WEWNĘTRZNEGO BLOK PAMIĘCI... y0... Sygnały stanu wewnętrznego Sygnały wyjściowe xn ym Rys. 1. Blok pamięci układu sekwencyjnego. W układzie automatycznej regulacji występuje sprzężenie zwrotne do wyznaczenia uchybu regulacji. W układzie sekwencyjnym nie rozróżnia się dodatniego i ujemnego sprzężenia zwrotnego. Sprzężnie zwrotne w układzie sekwencyjnym, to rozszerzenie wektora wejść o dodatkowe elementy, którymi są wyjścia bloku pamięci. mgr inż. Bartosz Brzozowski 2

3.1 Klasyfikacja układów sekwencyjnych Układy sekwencyjne dzielimy na: układy sekwencyjne asynchroniczne, układy sekwencyjne synchroniczne. W układach sekwencyjnych asynchronicznych zmiana stanu wewnętrznego następuje bezpośrednio i wyłącznie pod wpływem zmiany stanu wejść. Nowy stan wewnętrzny ustala się po pewnym czasie t określonym przez opóźnienie elementów, z których zbudowany jest układ realizujący funkcję. W układach synchronicznych zmiana stanu wewnętrznego może następować tylko w ściśle określonych chwilach czasu, wyznaczonych przez sygnał doprowadzony do specjalnego wejścia układu. Wejście to, nazywane jest taktującym lub zegarowym i oznaczane jest literą C (ang. clock). Stan wejść oddziałuje na stan wewnętrzny automatu tylko w chwilach czasu, gdy wejście zegarowe jest aktywne. Zmiana stanu wejść, gdy wejście zegarowe jest nieaktywne nie powoduje zmiany stanu wewnętrznego układu. 3.1.1 Przerzutnik asynchroniczny sr Najprostszymi układami sekwencyjnymi są przerzutniki asynchroniczne (Rys. 2). Przerzutnik tego typu posiada dwa wejścia: wejście wpisujące set (s), wejście zerujące reset (r). Rys. 2. Przerzutnik asynchroniczny. Układ posiada wyjście oraz wyjście zanegowane. Przerzutnik realizuje funkcję zgodnie z tabelą na rysunku 3. a) s r (t+1) b) 0 0 (t) 0 1 1 1 - (t) (t+1) s r 0 0 0-1 0 1 0 1 1-0 Rys. 3. Tabela wejść przerzutnika sr (a) i tabela przejść przerzutnika sr (b). 3.2 Automat skończony Modelem układu sekwencyjnego jest automat skończony. Rozróżnia się dwa podstawowe typy automatów: automat Mealy ego, automat Moore a. mgr inż. Bartosz Brzozowski 3

3.2.1 Automat Mealy ego Automatem skończonym Mealy ego (Rys. 4) nazywać będziemy układ: gdzie: X={x 0,x 1,x 2,,x n } wektor sygnałów wejściowych, S={s 0,s 1,s 2,,s r } wektor stanów wewnętrznych, Y={y 0,y 1,y 2,,y r } wektor sygnałów wyjściowych, funkcja przejść automatu Mealy ego =S x X, funkcja wyjść automatu Mealy ego =S x X. M=<X,S,Y,, > W automacie Mealy ego wartość stanu wewnętrznego zależy od bieżącej wartości stanu, w którym znajduje się automat oraz od sygnałów wejściowych. Wynika z tego, że równanie stanu automatu Mealy ego realizowane jest przez blok pamięci i przyjmuje postać: S(t+1)= (S(t),X(t)), Wartość na wyjściu automatu zależy od stanu, w którym znajduje się automat oraz od wartości wejściowej. To znaczy, że równanie wyjść automatu Mealy ego, realizowane przez blok wyjściowy ma postać: Y(t)= (S(t),X(t)). X Blok pamięci S Blok wyjściowy Y Rys. 4. Automat Mealy ego. 3.2.2 Automat Moore a Automatem skończonym Moore a (Rys. 5) nazywać będziemy układ: gdzie: =<X,S,Y,, > X={x0,x1,x2,,xn} wektor sygnałów wejściowych, S={s0,s1,s2,,sr} wektor stanów wewnętrznych, Y={y0,y1,y2,,yr} wektor sygnałów wyjściowych, funkcja przejść automatu Moore a, funkcja wyjść automatu Moore a, W automacie Moore a wartość stanu wewnętrznego zależy od bieżącej wartości stanu, w którym znajduje się automat oraz od sygnałów wejściowych. Równanie stanu automatu Moore a, realizowane przez blok pamięci przyjmuje postać taką samą jak w automacie Mealy ego: S(t+1)= (S(t),X(t)), mgr inż. Bartosz Brzozowski 4

Wartość na wyjściu automatu zależy tylko od stanu, w którym znajduje się automat, więc równanie wyjść automatu Moore a, realizowana przez blok wyjściowy: Y(t)= (S(t)). Jest to podstawowa cecha odróżniająca automat Moore a od automatu Mealy ego. X Blok pamięci S Blok wyjściowy Y 3.3 Opis układów sekwencyjnych Układ sekwencyjny opisywany jest przez: opis słowny, wykres czasowy, graf przejść i wyjść, tablicę przejść i wyjść. Rys. 5. Automat Moore a. Opis słowny jest opisem działania układu, w którym podane są charakterystyczne informacje o wektorze wejściowym, stanach wewnętrznych układu i wektorze wyjściowym. Wykres czasowy określa wzajemne zależności pomiędzy sygnałami wejściowymi i wyjściowymi. Każdemu sygnałowi przyporządkowane są wartości 0 lub 1. Oś czasu nie jest skalowana najczęściej przedstawia tylko zależności pomiędzy odpowiednimi sygnałami wejściowymi i wyjściowymi. Tablica przejść opisuje funkcję przejść. W odpowiednich polach tabeli wpisuje się wartości następnych stanów. Pole określone jest przez wartość wektora wejściowego oraz stan bieżący. Tablica wyjść, opisuje funkcję wyjść i jest różna zależnie od typu automatu. W automacie Mealy ego wartość wektora wyjść wpisywana jest w te same pola, co tabela przejść, ponieważ wartość wyjściowa zależy od wektora wejść oraz od stanu układu. W automacie Moore a generuje się oddzielną tabelę, w której umieszcza się wartości wyjściowe automatu odpowiadające odpowiednim stanom. Należy zauważyć, że zawsze pierwotna tabela stanu i wyjść jest generowana dla automatu Moore a i dopiero po wprowadzeniu kolejnych przekształceń wyznacza się tabele Mealy ego albo pozostaje się przy automacie Moore a. Graf przejść i wyjść zawiera pełną informację o układzie. W grafie umieszczone są informacje o liczbie stanów wewnętrznych układu cyfrowego S i wektorze wejść i wyjść. Wierzchołki grafu odpowiadają stanom wewnętrznym układu. Gałęzie grafu odpowiadają wektorowi wejść i opisują przejście pomiędzy dwoma stanami. Gałąź jest wyposażona w zwrot, który określa kierunek przechodzenia z bieżącego stanu do następnego. Tak opisywana jest funkcja przejść. Stan wyjść w automacie opisuje się zależnie od typu automatu. W automacie Moore a wartości wyjściowe zależą bezpośrednio od stanu, w którym znajduje się automat. Wartości wyjściowe bezpośrednio przyporządkowane są wierzchołkom grafu. W automacie Mealy ego wartości wyjściowe zależą od stanu, w którym znajduje się automat i od wektora wejściowego. Dlatego, w tego typu automatach wartości wektora wyjść umieszczone są obok w gałęziach obok wektora wejściowego. mgr inż. Bartosz Brzozowski 5

4 Zasada projektowania układów sterowania sekwencyjnego Punktem wyjścia do projektowania układu asynchronicznego jest opis słowny, przebieg czasowy sygnałów wejściowych i wyjściowych, graf lub tabela przejść i wyjść. Proces projektowania realizowany jest zgodnie z następującymi etapami: 1. Wyznaczenie grafu przejść i wyjść na podstawie opisu słownego lub przebiegów czasowych sygnałów wejściowych i wyjściowych. 2. Sporządzenie pierwotnej tabeli przejść i wyjść. 3. Redukcja pierwotnej tabeli przejść i wyjść. 4. Wyznaczenie funkcji przejść. 5. Wyznaczenie funkcji wyjść. Proces projektowania zostanie przedstawiony na przykładzie układu, którego tabela przejść i wyjść podana jest poniżej. Tabela 1. Tabela przejść i wyjść projektowanego układu asynchronicznego. n n+1 0 1 1 01 n 11 0 0 0 1 1 1 Układ będzie pracować synchronicznie zgodnie z taktami zegarowymi podawanymi na wejście dodatkowe clock. W układzie wartości wyjść równe są stanowi układu n : y = n W tabelo n+1 oznacza stan następny względem stanu n, taki zapis przedstawia następstwo stanów. Po wprowadzeniu wejścia zegarowego otrzymamy tabelę: n clock A B 000 001 011 01111 101 100 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 Zgodnie z tabelą, jeżeli sygnał zegarowy ma wartość 0 to jest utrzymywany aktualny stan niezależnie od stanu wejść A i B. Jeżeli sygnał zegarowy clock przyjmuje wartość 1, to występują trzy przypadki: 1. dla wektora wejściowego (A, B) [1 0] i [0 0] na wyjściu układu będzie wartość 1, 2. dla wektora wejściowego (A, B) [1 1] na wyjściu układu będzie wartość 0, 3. dla wektora wejściowego (A, B) [] na wyjściu układu będzie utrzymana wartość stanu n, tak jak dla clock=0. Układ posiada dwa stany wewnętrzne (stan wewnętrzny n ), które odpowiednio przyjmują wartość 0 i 1. Na rysunku 6 przedstawiony jest graf przejścia między poszczególnymi stanami. mgr inż. Bartosz Brzozowski 6

100 110 000 001 011 010 101 111 S1 = 0 S2 = 1 000 001 011 010 101 100 110 111 Rys. 6. Graf przejścia. Korzystając z tabel przejść (rys. 3.b) dla przerzutnika asynchronicznego rs wyznaczone zostaną tabele odpowiedzialne za wzbudzenie odpowiednio wejścia set i reset przerzutnika. W tabeli 1 sprawdzamy stan n, a następnie dla wektora wejściowego <A, B> określamy jaki będzie następny stan n+1, np. dla n = 0 i wektora wejściowego <1, 0> ( clock = 1) następny stan jest równy n+1 =1. Zgodnie z tabela przejść (rys. 3.b) aby przejść ze stanu 0 1 należy na wejściu set ustawić wartość 1 a na wejściu reset ustawiona jest wartość 0 (dla n =1 i wektora =<1, 0> wartość n+1 =1, co zgodnie z tabelą przejść przerzutnika sr przypisuje wejściu set wartość nieokreśloną -, natomiast wejściu reset wartość 0). W odpowiednich polach tabeli wzbudzeń wejścia set i reset umieszczamy wartość wynikające z tabeli przejść przerzutnika sr. Tabela dla wejścia ustawiającego S (set) jest następująca: n clock A B 000 001 011 01111 101 100 0 0 0 0 0 1 - - - - - 0 - - Abu wyznaczyć najprostszą postać funkcji wzbudzeń najwygodniej zastosować minimalizację funkcji logicznych metodą Karnaugh a. W tym celu warto przekształcić tabelę dla wejścia ustawiającego S w taki sposób aby stan odpowiadający wejściu clock (C) znalazł się razem ze stanem wewnętrznym n. Następnie zgodnie z zasadą minimalizacji metodą tablicy Karnaugh a należy zaznaczyć odpowiednie grupy i wypisać funkcję wzbudzeń dla wejścia set. C n 00 01 11 10 00 0 0 0 0 01 - - - - 11 - - 0-1 0 Funkcja wzbudzeń dla wejścia set jest następująca: S n = CB = (clock)b Analogicznie należy postąpić dla wejścia ustawiającego R (Reset), dla którego tabela jest następująca: n clock A B 000 001 011 01111 101 100 0 - - - - 0 - - 0 1 0 0 0 0 0 0 mgr inż. Bartosz Brzozowski 7

Tablica Karnaugh a po przekształceniach przyjmuje postać: C n 00 01 11 10 00 - - - - 01 0 0 0 0 11 0 0 10 0 - - 0 I ostatecznie funkcja wzbudzeń dla wejścia reset jest następująca: R n = C = (clock) clock S SET y A R CLR B Rys. 7. Realizacja układu sterowania. Podany przykład można zrealizować jako układ elektroniczny (Rys. 7) lub zaprogramować sterownik PLC (Rys 8). Rys. 8. Program napisany w języku drabinkowym. 5 Programowanie sterowników PLC W sterownikach PLC wykorzystuje się specjalne cewki, które umożliwiają zapamiętanie stanu. Stan zapamiętany jest przez cewkę SET (S), natomiast kasowany jest przez cewkę RESET (R). Wymienione cewki podlegają zasadom adresowania tak jak każdy inny element. Jednak przy adresowaniu cewek SET i RESET występuje pewne odstępstwo. Podstawową zasadą przy programowaniu sterowników jest przypisywanie niezależnych adresów dla każdego wyjścia (cewki). Cewki SET i RESET posiadają ten sam adres. Ponadto cewek SET i RESET o tych samych adresach może być więcej, zależnie od realizowanego adresu. Cewka w programie zawsze jest poprzedzona przez elementy stykowe, które można traktować jak funkcje wzbudzeń cewki SET i RESET. Jeżeli funkcja wzbudzeń przyjmie wartość logiczną 1, to cewka SET zapamięta tę wartość i przejście funkcji wzbudzeń w stan niski nie zmieni wartości zapisanej pod mgr inż. Bartosz Brzozowski 8

adresem przyporządkowanym tej cewce. Zapamiętany stan pod adresem cewki SET jest utrzymywany tak długa, aż funkcja wzbudzeń cewki RESET przejdzie w stan wysoki. Wtedy nastąpi wyzerowanie stanu pod wskazanym adresem (SET ustaw, RESET zeruj). Zależnie od położeni funkcji SET i RESET, występuj zjawisko dominacji danego polecenia. Sterownik PLC wykonuje kolejne linie. Polecenie wykonane później jest dominującym. Jeżeli jednocześnie zostaną aktywowane wejścia SET i RESET, to o stanie zapamiętanym pod adresem cewek będzie wartość ustawiona w niższej linii programu (Rys. 9). Dominacja wejścia RESET Dominacja wejścia SET Rys. 9. Dominacja w przerzutniku sr. Oprócz cewki SET i RESET wykorzystane zostaną cewki zbocza narastającego i zbocza opadającego. Cewki te umożliwiają zmianę stanu tylko przy przechodzeniu ze stanu niskiego do wysokiego lub ze stanu wysokiego do niskiego. Cewki te wykorzystywane zostaną do realizacji funkcji zegara, co umożliwi przełączenie stanów w określonych momentach. Wykorzystanie tych cewek jest niezbędne ze względu na rozróżnienie zmiany stanów. W trakcie realizacji zadania niezbędne jest przełączanie zmiany stanów przez zewnętrzny sygnał zegarowy, który jest symulowany przez dodatkowe wejście wraz z cewką z narastającym lub opadającym zboczem. Cewki te znajdują się na pasku narzędziowym (rys. 10). Cewki ze zboczem narastającym i opadającym Cewki SET i RESET Rys. 10. Cewki na pasku narzędziowym. mgr inż. Bartosz Brzozowski 9

6 Opis stanowiska laboratoryjnego Podczas realizacji ćwiczenia wykorzystany zostanie jeden z trzech sterowników programowalnych opisanych poniżej. W zależności od rodzaju sterownika należy w odpowiedni sposób skonfigurować projekt w programie Proficy Machine Edition, aby program napisany w języku drabinkowym LD został poprawnie uruchomiony. 6.1 Sterownik GE Fanuc VersaMax Micro Controller VersaMAX Micro PLC IC200UDR020 posiada 12 wejść prądu stałego oraz 8 normalnie otwartych wyjść. W sterowniku PLC wykorzystywane jest napięcie wejściowe na poziomie +24VCD. Dwanaście konfigurowalnych wejść prądu stałego DC może być wykorzystywanych jako standardowe wejścia pracujących w logice dodatniej lub ujemnej. Są one wówczas kompatybilne z dużym zakresem różnych typów urządzeń wejściowych takich jak przyciski, czujniki krańcowe, elektroniczne czujniki zbliżeniowe. Poza tym osiem wejść może być zastosowanych dla szybkich liczników (Highspeed Counter). Osiem normalnie otwartych wyjść przekaźnikowych zwiernych typu A (SPST single pole single throw) może sterować różnymi urządzeniami wyjściowymi takimi jak startery silników, cewki lub wskaźniki. Rys. 11 Sterownik VersaMAX Micro PLC IC200UDR020. 6.2 Sterownik GE PACSystems RX3i Kontroler PACSystems RX3i stanowi podstawę przemysłowej łączności internetowej. Jest to potężny, modułowy programowalny sterownik dla automatyki (Programmable Automation Controller). RX3i posiada pojedynczy silnik sterujący i uniwersalne środowisko programowania, aby zapewnić przenośność aplikacji na różnych platformach sprzętowych. Dzięki zintegrowanej platformie kontroli krytycznej, logice, ruchu, HMI, kontroli procesów i wysokiej dostępności w oparciu o technologię GE Reflective Memory, RX3i zwiększa wydajność systemu i elastyczność. Sterownik można dostosować do własnych potrzeb wybierając zestaw płyt bazowych (Backplane), jednostek centralnych, modułów wejścia i wyjścia oraz kart komunikacyjnych. Podczas ćwiczenia laboratoryjnego wykorzystane zostaną dwie konfiguracje sprzętowe. Pierwsza wykorzystuje płytę bazową z 12 miejscami na moduły oraz jednostkę centralną CPU310, druga płytę bazową z 7 miejscami i jednostką centralną CPE305. mgr inż. Bartosz Brzozowski 10

Wspólna platforma oprogramowania dla wszystkich sterowników GE - Proficy Machine Edition zapewnia uniwersalne środowisko do programowania, konfiguracji i diagnostyki dla całej rodziny PACSystems. W ćwiczeniu wykorzystywane będą dwie konfiguracje sterowników PACSystems. 6.2.1 RX3i 12 Slot Backplane z jednostką CPU310 Rys. 12 Sterownik PACSystem RX3i, 12 Slot Backplane z jednostką CPU310. 6.2.2 RX3i 7 Slot Backplane z jednostką CPE305 Rys. 13 Sterownik VersaMAX Micro PLC IC200UDR020. mgr inż. Bartosz Brzozowski 11

7 Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego Przed przystąpieniem do wykonania ćwiczenia należy zapoznać się z treścią instrukcji, załącznikami zawartymi w instrukcji oraz z metodami projektowania układów sekwencyjnych. Podczas ćwiczenia każdy student będzie miał za zadanie zaprojektować dwa sekwencyjne układy sterowania dla podanych przez prowadzącego zadań dla jednego z przydzielonych sterowników omówionych w punkcie 6 instrukcji. Następnie, należy zaprogramować sterownik PLC, z użyciem języka LD, którego działanie powinno być zgodne z postawionymi zadaniami. 8 Sprawozdanie Po przeprowadzeniu ćwiczenia, każdy ze studentów przygotowuje indywidualnie sprawozdanie, które zawiera: 1. Opis zastosowanego sterownika PLC. 2. Treści zadań. 3. Grafy przejścia. 4. Tabelę przejść i wyjść. 5. Tabelę funkcji wzbudzeń wejścia SET i RESET. 6. Funkcje logiczne wzbudzeń wejścia SET i RESET. 7. Programy napisane w języku LD (rysunek przedstawiający program w języku drabinkowym). 8. Zestawienie wejść i wyjść układu sekwencyjnego z fizycznymi adresami wejść i wyjść w sterowniku PLC (przykładowa tabela zamieszczona poniżej). Lp. Nazwa Adres Typ 1. A %I00001 Wejście 2. B %I00002 Wejście 3. Clock %I00012 Wejście 4. y %00001 Wyjście 9 Pytania sprawdzające 1. Proszę omówić najprostszy układ sekwencyjny 2. Proszę omówić typu automatów skończonych i podać najważniejsze różnice między nimi. 3. Proszę omówić sposoby opisu układów sekwencyjnych. 4. Proszę wyznaczyć graf przejść i wyjść ć na podstawie tabeli przejść i wyjść. 5. Proszę wyznaczyć tabelę przejść i wyjść na podstawie grafu przejść i wyjść. 6. Proszę wyznaczyć funkcję wzbudzeń dla wejścia set. 7. Proszę wyznaczyć funkcję wzbudzeń dla wejścia reset. 8. Proszę wykonać rysunek przedstawiający program w języku drabinkowym dla podanej funkcji wzbudzeń. 9. Proszę omówić zasadę programowania sterowników PLC w języku LD. 10. Proszę omówić rodzaje cewek stosowanych w programowaniu sterownika PLC. 11. Proszę scharakteryzować rodzaje sterowników wykorzystywanych w ćwiczeniu. mgr inż. Bartosz Brzozowski 12

10 Zadania Proszę zaprojektować układ sekwencyjny, którego poszczególne stany podane są w tabelach poniżej, natomiast wyjście y= n,. W zadaniu należy uwzględnić dodatkowe wejście zegarowe, które synchronizuje pracę układu sekwencyjnego. 1. 2. 3. 4. 5. 6. n+1 00 0 0 0 01 1 1 1 11 0 0 0 10 n n+1 00 n 01 1 1 1 11 0 0 0 10 0 0 0 n+1 00 n 01 1 1 1 11 n 10 0 0 0 n+1 00 n 01 1 1 1 11 0 0 0 10 n n+1 00 n 01 n 11 1 1 1 10 0 0 0 n+1 00 n 01 0 0 0 11 1 1 1 10 0 0 0 mgr inż. Bartosz Brzozowski 13

7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. n+1 00 n 01 0 0 0 11 1 1 1 1 1 1 n+1 00 n 01 1 1 1 11 1 1 1 10 0 0 0 n+1 0 1 1 01 n 11 1 1 1 10 0 0 0 n+1 00 n 01 n 11 0 0 0 1 1 1 n+1 00 n 01 0 0 0 11 n 1 1 1 n+1 00 n 01 0 0 0 11 1 1 1 10 n n+1 0 1 1 01 n 11 0 0 0 10 n mgr inż. Bartosz Brzozowski 14

14. 15. 16. n+1 00 0 0 0 01 1 1 1 11 0 0 0 10 n n+1 00 0 0 0 01 1 1 1 11 n 10 n n+1 00 0 0 0 01 1 1 1 11 1 1 1 10 n 17. 18. 19. 20. n+1 00 0 0 0 01 n 11 1 1 1 10 n n+1 00 0 0 0 01 n 11 n 1 1 1 n+1 0 1 1 01 n 11 n 10 0 0 0 n+1 0 1 1 01 0 0 0 11 n 10 n mgr inż. Bartosz Brzozowski 15

11 Załączniki Załącznik 1 - Instrukcja użytkowania programu Proficy Machine Edition Szczegółową instrukcję dotyczącą oprogramowania Proficy Machine Edition można znaleźć na stronie dystrybutora korzystając z poniższego linku: https://www.astor.com.pl/wsparcie/dokumentacjatechniczna/pobierz/ge/oprogramowanie%20narz%c4%99dziowe/proficy%20machine%20edition/po dr%c4%99czniki/gfk1918f-pl.pdf Na potrzeby ćwiczenia laboratoryjnego przygotowana została bardzo uproszczona instrukcja. Uruchomienie programu "Proficy Machine Editor" nastąpi po wybraniu następującej ikony: Po uruchomieniu pojawi się okno umożliwiające utworzenie nowego projektu "Create a new project" lub wczytanie istniejącego: Open an existing project. mgr inż. Bartosz Brzozowski 16

W zadaniu proszę wybrać nowy pusty projekt Empty project, jeżeli w istniejących projektach nie ma nazwy grupy osoby wykonującej ćwiczenie. Pojawi się okno, w którym wpisujemy nazwę projektu. W ćwiczeniu jako nazwę projektu proszę podać numer grupy. Po zaakceptowaniu pojawi się następujące okno: Następnie należy przeprowadzić konfigurację sterownika PLC. Wybierając sterownik definiujemy zadanie (target). W projekcie można zdefiniować wiele zadań dla różnych sterowników. Wybieramy myszką w oknie Navigator nazwę projektu a następnie klikamy prawym przyciskiem myszki i wybieramy sterownik odpowiadający urządzeniu przydzielonym przez prowadzącego. W zależności od rodzaju zastosowanego sterownika (rozdział 6) konfiguracja zadania będzie się nieznaczenie różniła. mgr inż. Bartosz Brzozowski 17

W celu poprawnego przeprowadzenia konfiguracji należy zwrócić szczegółową uwagę na zastosowany sterownik! W przypadku sterownika GE VersaMax Micro jest to Add Target->GE Intelligent Controller- >VersaMax Nano/Micro PLC. W przypadku sterownika GE PACSystem RX3i jest to Add Target->GE Intelligent Controller- >PACSystem RX3i. Po wyborze sterownika pojawi się okno "Navigator", które przedstawione jest na poniższym rysunku: Następnie należy zmienić nazwę zadania. Klikając prawym przyciskiem myszy na Target1, z menu kontekstowego należy wybrać Rename. Podczas ćwiczenia laboratoryjnego należy nadać zadaniu nazwę według wzorca: imię _ pierwsza litera nazwiska Proszę nie używać znaków z języka polskiego!!! mgr inż. Bartosz Brzozowski 18

W następnym kroku należy zdefiniować typ sterownika wykorzystywany w zadaniu. W oknie Navigator rozwijamy pole Hardware Configuration. W przypadku zastosowania sterownika VersaMax Micro należy zmienić w Main Rack jednostkę CPU z domyślnej, na podstawie numeru znajdującego się na panelu czołowym sterownika w miejscu zaznaczonym na poniższym rysunku. Aby zmienić jednostkę główną należy kliknąć prawym przyciskiem na jednostce CPU i z rozwiniętego menu kontekstowego wybrać pole Replace Module. Pojawi się okno, które umożliwia wybór odpowiedniej jednostki CPU. W przypadku sterownika PACSystem RX3i, po rozwinięciu Hardware Configuration znajduje się zakładka "Rack 0", w nawiasie podany jest typ aktualnie przyjętej płyty bazowej Backplane. Program po utworzeniu zadania, ustawia domyślne Rack 0. W ćwiczeniu wykorzystywany będzie jeden z dwóch typów szyn (Rack) zgodnie z opisem zamieszczonym w rozdziale 6. W związku z powyższym mgr inż. Bartosz Brzozowski 19

należy kliknąć prawym przyciskiem na zakładce "Rack 0" i z rozwiniętego menu kontekstowego wybrać pole Replace Rack. Pojawi się okno, które umożliwia wybór odpowiedniej jednostki "Rack 0". Wybór Rack0 przeprowadzamy na podstawie numeru znajdującego się na płycie bazowej sterownika. Następnie na każdym kolejnym miejscu (Slot) płyty bazowej (Rack) należy ustawić bloki zgodne z rzeczywistą konfiguracją fizycznego sprzętu. Konfigurację przeprowadzamy w tej samej kolejności jakiej moduły umieszczone są w płycie bazowej, wybierając z list rozwijalnych moduł na podstawie jego numeru. Najczęściej znajduje się on w górnej części każdego modułu. mgr inż. Bartosz Brzozowski 20

W pierwszej kolejności należy wybrać odpowiedni moduł zasilający oraz jednostkę centralną. W celu zamiany modułu należy kliknąć prawym przyciskiem myszy na moduł do zamiany i kliknąć Replace Module. W przypadku zmiany źródła zasilania na Slot 0 może zwolnić się Slot 1, wówczas należy przesunąć moduł jednostki centralnej z pozycji Slot 2 na Slot 1. W tym celu należy kliknąć i przytrzymać lewym przyciskiem myszy moduł do przesunięcia oraz przenieść go na odpowiednią pozycję i wówczas dopiero dokonać jego zamiany. W przypadku zamiany jednostki centralnej na CPE305 oraz dodania modułu komunikacji Ethernet pojawia się w oknie Navigator symbol informujący o konieczności zmiany parametrów modułu. mgr inż. Bartosz Brzozowski 21

Klikając dwukrotnie na ikonę z symbolem lub prawym przyciskiem i z listy wybrać Configure. Pojawi się okno z parametrami (Parameters) w którym należy wpisać adres IP oraz maskę podsieci. Adres IP należy wpisać zgodnie z numerem wpisanym na module, natomiast maska jest jednakowa dla wszystkich sterowników i wynosi 255.255.255.0. Następnie we wszystkich kolejnych miejscach (Slot) należy dodać moduły zgodnie z rzeczywistą, fizyczną konfiguracją sprzętu wykorzystywanego w ćwiczeniu. W tym celu należy kliknąć prawym przyciskiem myszy i wybrać Add Module. mgr inż. Bartosz Brzozowski 22

Pojawia się katalog z wieloma zakładkami, w których należy zidentyfikować i odnaleźć odpowiednie moduły. Ostatnim modułem w obu konfiguracjach sterowników PACSystems RX3i są symulatory wejść dyskretnych (Input Simulator) IC693ACC300. Po dwukrotnym kliknięciu tego modułu w oknie Navigator pojawia się okienko z parametrami, w którym bardzo istotna jest pozycja Reference Address. Podany w tej pozycji adres jest adresem pierwszego przełącznika w symulatorze ( A1 ). Długość adresów (Length) oznacza ile kolejnych adresów (uwzględniając Reference Address) jest zarezerwowanych dla danego modułu. W przypadku symulatora wejść dyskretnych dostępne jest 16 wejść. Oznacza to, że dla przykładu pokazanego na powyższym rysunku, wejściom symulatora odpowiadają następujące adresy: A1 %I00193 A2 %I00194 A3 %I00195 A4 %I00196 A5 %I00197 A6 %I00198 A7 %I00199 A8 %I00200 B1 %I00201 B2 %I00202 B3 %I00203 B4 %I00204 B5 %I00205 B6 %I00206 B7 %I00207 B8 %I00208 Adresy te będą niezbędne podczas przypisywania adresów i nazw do przełączników w napisanym programie drabinkowym. Podczas przypisywania adresów do cewek wyjściowych istotna będzie wiedza dotycząca dostępnych, zarezerwowanych adresów w module wyjść cyfrowych. mgr inż. Bartosz Brzozowski 23

Załącznik 2 - Programowanie sterownika w języku drabinkowym LD. Podana poniżej instrukcja nie obejmuje pełnej problematyki programowania, tylko porusza aspekty niezbędne do zrealizowania ćwiczenia. Przygotowanie programu można podzielić na następujące etapy. Etap pierwszy obejmuje przygotowanie struktury programu w języku LD. Na tym etapie wykorzystując myszkę należy umieścić odpowiednie elementy takie jak styk normalnie rozwarte, styki normalnie zwarte i cewki. Poszczególne elementy muszą być połączone w odpowiednią strukturę. Na rysunkach podane są kolejne kroki niezbędne do zbudowania programu. Przed przygotowaniem programu należy w zakładce Navigator rozwinąć gałąź Logic/Program Blocks/_MAIN. Następnie dwukrotnie klikamy na polu _MAIN. Powinno pojawić się okno główne jak przedstawione na poniższym rysunku. Proces budowania programu sprowadza się do przenoszenia odpowiednich bloczków z paska narzędziowego i umieszczaniu w kolejnych wierszach i kolumnach zgodnie z zakładaną funkcją jaką ma realizować sterownik. Na rysunku przedstawiony jest pasek narzędziowy ze stykiem normalnie otwartym, stykiem normalnie zamkniętym i cewką. Styk normalnie otwarty oznacza rozwarcie styku przy braku sygnału sterującego. Można powiedzieć, że taki styk jest zawsze rozwarty przy braku zasilania. Natomiast styk normalnie zamknięty jest przeciwieństwem styku normalnie otwartego. Przy braku sygnału sterującego styki są zwarte. Styk normalnie otwarty jest realizacją wejścia mgr inż. Bartosz Brzozowski 24

niezanegowanego natomiast normalnie zamknięty wejścia zanegowanego. Cewka jest elektem wyjściowym. Element ten ma wiele znaczeń i należy rozumieć go jako ten element, który realizuje funkcje logiczną zdefiniowaną przez styki. W naszym przypadku będzie to dioda zapalająca się na symulatorze. Element ten nosi nazwę cewki ponieważ symbolizuje on cewkę przekaźnika, która włącza kolejne styki. W ćwiczeniu wykorzystywana będzie jedna cewka pracująca w dwóch trybach set oraz reset zgodnie z opracowaną funkcją przełczającą. Podczas programowania sterowników wykorzystujemy struktury złożone. Styki mogą być łączone szeregowo, równolegle, szerowo-równolege i równolegle szeregowo. Na rysunku poniżej przedstawiono strukturę szeregową odpowiednik AND, równoległą - OR, negacje - NOT oraz strukturę równoległo szeregową, która odpowiada bramce XOR. Podczas tworzenia złożonych struktur niezbędne jest wstawianie pionowych i poziomych linii łączących poszczególne elementy struktury. Do tego służy Horizontal\Vertical Wire, znajdujący się na pasku narzędziowym. Po zaznaczeniu myszką i najechaniu kursorem myszy w wybrany punkt, narzędzie samo definiuje czy wstawić pionową czy poziomą kreskę. Jeżeli uznamy, że ustawienie jest prawidłowe to klikamy w wybranym punkcie myszą. Usuwanie elementów oraz linii sprowadza się do zaznaczenia wybranego elementu, włączenia prawym przyciskiem myszy menu kontekstowego i wybraniu pola Delete lub naciśnieciu klawisza klawiatury Delete. mgr inż. Bartosz Brzozowski 25

Etap drugi obejmuje nadanie adresów poszczególnym elementom. Każdemu wejściu sterownika odpowiada adres w pamięci. Format adresu w sterowniku jest następujący: % Mnemonik określający obszar pamięci kolejny numer zaczynający się od 1 Adres jest poprzedzony znakiem %. Mnemonik określa obszar pamięci do którego ma być przypisany element. Podczas realizacji zadania będziemy posługiwać się następującymi mnemonikami: I obszar wejść %I0001 oznacza wejście sterownika bit nr 1, obszar wyjść np. %0001 - oznacza wyjście sterownika bit nr 1. Dla każdego adresu można przypisać dowolną nazwę zmiennej. Nazwę zmiennej wprowadzamy przez kliknięcie dwukrotnie lewym przyciskiem myszy na wybranym elemencie, lub prawym przyciskiem i wybór Edit a następnie wpisaniu jej w otwartym menu. Nad elementem pojawi się wówczas nazwa. W aktywnym polu można również bezpośrednio wpisać adres lub użyć formy skróconego zapisu podając numer bitu a następnie obszar pamięci, do której ma być zapisany (i wejścia; q wyjścia). Po wprowadzeniu adresu nad stykiem lub cewką powinien pojawić się adres. Poniżej okna Navigator powinno znajdować się okno Inspector. Po kliknięciu lewym przyciskiem na dowolną zmienną w napisanym programie drabinkowym można edytować nazwy (Name) oraz adresy elementów fizycznych przypisywanych do danych elementów programu (Ref Adress), zgodnie z wcześniej określoną bazą zarezerwowanych adresów dla każdego z modułów. mgr inż. Bartosz Brzozowski 26

Etap trzeci. Po utworzeniu struktury i wprowadzeniu adresów można zapisać program do pamięci sterownika a następnie uruchomić go. Jest to ostatni trzeci etap przy programowaniu sterowników PLC. Aby skonfigurować połączenie komputera ze sterownikiem należy odpowiednio ustawić interfejs komunikacyjny. W tym celu należy kliknąć lewym przyciskiem na aktywne zadanie. Następnie w oknie Inspector należy znaleźć pozycję Physical Port. W przypadku sterownika GE VersaMax Micro jest to Interfejs szeregowy i port COM1 W przypadku sterownika GE PACSystem RX3i jest to ETHERNET. I należy dodatkowo wpisać adres IP karty, do której podłączony został przewód komunikacyjny, zgodny z IP wpisanym podczas konfiguracji modułu. Wybieramy na pasku narzędziowym przełącznik przejścia z trybu off-line do on-line (charakterystyczny). Uruchomiona zostanie procedura komunikacyjna. Podczas komunikacji pojawi się okno sygnalizujące połączenie Conecting. Na pasku narzędziowym poszukujemy ikony do zapisu programu i uruchomienia sterownika Download and Start Active Target. Po wyborze przycisku otworzy się okno, które umożliwia zapis programu, konfiguracji sterownika lub warunków początkowych. Podczas realizacji zadania wybieramy zapis tylko programu Logic. mgr inż. Bartosz Brzozowski 27

Załącznik 3 Protokół ćwiczenia laboratoryjnego Przedmiot: Podstawy automatyki i automatyzacji Temat ćwiczenia laboratoryjnego: Nazwa grupy szkoleniowej: Projekt sekwencyjnego układu przełączającego z wykorzystaniem sterownika programowalnego... Imię i nazwisko wykonującego ćwiczenie:. Numer legitymacji/albumu/indeksu:. Data wykonania ćwiczenia: Imię i nazwisko prowadzącego ćwiczenie: mgr inż. Bartosz Brzozowski Tabela oceny wykonania ćwiczenia: Lp.. 1. Opis sterownika 2. Zrealizowane zadanie 1 3. Zrealizowane zadanie 2 Zadanie Poprawnie? Tak Nie Ocena

1. Konfiguracja sterownika Rodzaj sterownika: Zastosowane moduły: Nazwa Przeznaczenie Opis 2. Treść pierwszego zadania Proszę zaprojektować układ sekwencyjny, którego poszczególne stany podane są w tabeli poniżej, natomiast wyjście y= n,. W zadaniu należy uwzględnić dodatkowe wejście zegarowe, które synchronizuje pracę układu sekwencyjnego. n n+1 00 01 11 10 Tabela przejść i wyjść. n 0 1 clock A B 000 001 011 01111 101 100 mgr inż. Bartosz Brzozowski 2

Graf Tabela funkcji wzbudzeń wejścia SET i RESET. SET n 0 1 clock A B 000 001 011 01111 101 100 RESET n 0 1 clock A B 000 001 011 01111 101 100 Funkcje logiczne wzbudzeń wejścia SET i RESET. mgr inż. Bartosz Brzozowski 3

Zestawienie wejść i wyjść układu sekwencyjnego z fizycznymi adresami wejść i wyjść w sterowniku PLC Lp. Nazwa Adres Typ 1. 2. 3. 4. 5. Program napisany w języku LD (rysunek przedstawiający program w języku drabinkowym). mgr inż. Bartosz Brzozowski 4

3. Treść drugiego zadania Proszę zaprojektować asynchroniczny układ sekwencyjny, na podstawie grafu przejść wyznaczonego przez prowadzącego. Graf Tabela przejść i wyjść Funkcje wzbudzeń C 000 001 010 011 100 101 110 111 n D1 D2 mgr inż. Bartosz Brzozowski 5

Zestawienie wejść i wyjść układu sekwencyjnego z fizycznymi adresami wejść i wyjść w sterowniku PLC Lp. Nazwa Adres Typ 1. 2. 3. 4. 5. Program napisany w języku LD (rysunek przedstawiający program w języku drabinkowym). mgr inż. Bartosz Brzozowski 6