Moduł 7 Podstawy użytkowania urządzeń sieci automatyki przemysłowej

Moduł 7 Podstawy użytkowania urządzeń sieci automatyki przemysłowej 1. Sterowniki programowalne logicznie 1.1. Sterowanie z wykorzystaniem sterownika PLC 1.2. Pojęcie i funkcje sterownika programowalnego logicznie PLC 1.3.Budowa sterownika SIMATIC S7 200 1.4. Zasada działania sterownika programowalnego logicznie PLC 1.5. Podstawy programowania sterownika PLC 1.6. Języki programowania sterowników programowalnych logicznie 1.7. Układy czasowe używane w programach sterowniczych sterownika SIMATIC S7 200 1.8. Liczniki w sterownikach PLC

Moduł został opracowany na zasadzie analizy przypadku (case study). W tym też celu do analizy zagadnień związanych z urządzeniami sieci automatyki przemysłowej zostaną wykorzystane zagadnienia dotyczące sterowników PLC. Są to elektroniczne urządzenia sterujące pracą urządzeń automatyki przemysłowej. 1. Sterowniki programowalne logicznie 1.1. Sterowanie z wykorzystaniem sterownika PLC Zasadniczą cechą zastosowania urządzenia programowalnego, jakim jest sterownik PLC do sterowania procesami przemysłowymi jest wbudowanie logiki działania układu do pamięci sterownika o dostępie swobodnym, najczęściej typu RAM z podtrzymaniem bateryjnym lub EEPROM, która stanowi pamięć programu sterownika. Rys. 7.1. Schemat elektryczny układu sterowania z zastosowaniem sterownika PLC [1]. Źródło: Hörnemann E., Hübscher H., Klaue J., Schierack K., Stolzenburg R. Elektrotechnika. Instalacje elektryczne i elektronika przemysłowa. WSiP. Warszawa 1998 Elementy, które generują sygnały wyjściowe z obiektu np. informacja o przesunięciu, ruchu elementów, sygnały zadające z pulpitu itp. stanowią wejścia dla sterownika. Muszą one wysyłać sygnały o odpowiednim poziomie napięcia czy prądu, zależnie od konfiguracji modułu wejściowego sterownika. Przykładem urządzenia wyjściowego binarnego obiektu jest czujnik indukcyjny obecności materiału, natomiast urządzenia wyjściowego analogowego przetwornik rezystancja/prąd dla czujnika PT100 do pomiaru temperatury. Sygnały, które sterują elementami wykonawczymi np. przekaźnikami, stycznikami, elementami mocy itp. są wyprowadzane z modułu wyjść sterownika PLC. Tutaj również cewki lub inne elementy składowe urządzeń wykonawczych muszą być dopasowane do rodzaju sygnału wysyłanego przez moduł wyjściowy sterownika PLC. Odpowiedni standard sygnału binarnego uzyskuje się w tym przypadku poprzez użycie, np. wbudowanego w moduł wyjściowy przekaźnika dwupołożeniowego o odpowiednich parametrach elektrycznych. Poziom i rodzaj tego sygnału zależy od zastosowanego na obiekcie urządzenia wykonawczego. Przykładem urządzenia 2

wykonawczego binarnego jest stycznik (jego cewka jest sterowana sygnałem elektrycznym z modułu wyjściowego sterownika), a urządzenia analogowego wykonawczego silnik elektryczny prądu stałego, którego obroty regulujemy napięciem stałym, pochodzącym z bloku wyjść analogowych sterownika. Algorytm sterowania, oparty dotychczas na wykorzystaniu łączników elektrycznych i styków do realizacji funkcji logicznych, jest zamieniany na program i ładowany do pamięci sterownika. Jedną z metod, która realizuje proces tworzenia programu jest metoda LAD. Niezbędne urządzenie do tego celu to programator, przystosowany do konkretnego typu sterownika i posiadający możliwość pisania programu lub komputer PC z zainstalowanym do tego celu oprogramowaniem, np. STEP 7. Przesył programu do sterownika odbywa się najczęściej złączem szeregowym w standardzie RS 232 lub RS 485. Zastosowanie sterownika PLC w układach sterowania procesami przemysłowymi ma następujące zalety: łatwą realizację koncepcji sterowania w postaci programu sterującego, ładowanego do sterownika poprzez łącze szeregowe, np. RS 232, elastyczność w zmianie koncepcji programu sterującego, polegająca na napisaniu i szybkim załadowaniu nowego programu sterującego, możliwość przenoszenia oprogramowania między sterownikami PLC tego samego typu przez użycie nośnika pamięci półprzewodnikowej, możliwość pracy sterowników PLC w sieciach przemysłowych LAN oraz w sieciach diagnostycznych, możliwość współpracy sterownika z urządzeniami do zapisu parametrów sterowania i dokumentacji procesu, łatwą realizację testowania operandów we/wy sterownika przy użyciu wskaźników LED, właściwych dla danego bloku. Do wad użycia sterownika PLC w kontroli i monitoringu procesów należy zaliczyć: konieczność posiadania urządzeń programujących sterownik wraz z zainstalowanym oprogramowaniem o parametrach związanych ze stosowanym PLC, umiejętność programowania i konfiguracji sterownika PLC, umiejętność projektowania schematów elektrycznych z zastosowaniem sterowników PLC. 1.2. Pojęcie i funkcje sterownika programowalnego logicznie PLC Sterowniki programowalne PLC (Programmable Logic Controllers) są komputerami przemysłowymi, które pod kontrolą systemu operacyjnego czasu rzeczywistego: zbierają pomiary za pośrednictwem modułów wejściowych z analogowych i dyskretnych czujników oraz urządzeń pomiarowych, transmitują dane za pomocą modułów i łącz komunikacyjnych, wykonują programy aplikacyjne na podstawie przyjętych parametrów i uzyskanych danych o sterowanym procesie lub maszynie, generują sygnały zgodnie z wynikami obliczeń tych programów i przekazują je poprzez moduły wyjściowe do elementów i urządzeń wykonawczych, realizują funkcje diagnostyki programowej i sprzętowej. 3

Wartości pomiarów zmiennych procesowych są wejściami sterownika, zaś obliczone zmienne sterujące stanowią wyjścia sterownika. Głównym zadaniem sterownika jest więc reagowanie na zmiany wejść przez obliczanie wyjść według zaprogramowanych reguł sterowania lub regulacji. Reakcja ta może być zależna od wyników operacji arytmetyczno-logicznych wykonanych dla aktualnych wartości wejść sterownika, jego zmiennych wewnętrznych oraz od zaprogramowanych warunków czasowych. Może ona także zależeć od operacji wykonanych na danych transmitowanych w sieciach łączących wiele elementów pomiarowych, sterowników, regulatorów czy też komputerów. 1.3.Budowa sterownika SIMATIC S7 200 Sterowniki programowalne serii S7 200 są najmniejszymi z całej rodziny sterowników programowalnych SIMATIC S7. Jednostka centralna CPU oraz wejścia i wyjścia są zintegrowane elementami PLC. Wejścia monitorują dwustanowe urządzenia obiektowe, takie jak przełączniki i czujniki. Wyjścia natomiast sterują urządzeniami, takimi jak silniki i pompy. We wszystkich sterownikach S7 200 występuje przełącznik wyboru trybu pracy. Kiedy przełącznik trybu znajduje się w prawym położeniu (RUN), to CPU jest w trybie pracy i wykonuje program. Natomiast kiedy przełącznik trybu znajduje się w lewym położeniu (STOP), to działanie CPU jest wstrzymane. Kiedy przełącznik trybu znajduje się w środkowym położeniu (TERM), to tryb pracy można wybrać z przyłączonego programatora. Sterowniki S7 200 są rozbudowywalne. Moduły rozszerzające zawierają dodatkowe wejścia i wyjścia. Są one podłączone do jednostki bazowej poprzez złącza magistrali. Dla zainstalowanego modułu rozszerzającego osłona portu magistrali musi być usunięta. Aby podłączyć moduł rozszerzający do PLC S7 200, należy połączyć złącze magistrali rozszerzającej jednostki bazowej i modułu rozszerzającego. Wskaźniki stanu CPU odzwierciedlają bieżący tryb pracy CPU. Jeśli na przykład przełącznik trybu znajduje się w prawym położeniu (RUN), to zapalony jest zielony wskaźnik RUN. Kiedy zaś przełącznik trybu znajduje się w położeniu STOP, świeci się żółty wskaźnik STOP. Wskaźniki stanów wejść/wyjść zobrazowują stan załączenia lub wyłączenia odpowiednich wejść i wyjść. Kiedy wejście znajduje się w stanie wysokim (1) lub wyjście jest załączone (1), to zapalony zostaje odpowiedni wskaźnik LED. S7 200 może być podłączony zarówno do napięcia zasilania 24 VDC jak i 120/230 VAC, zależnie od typu CPU. Zaciski do podłączenia zewnętrznego zasilania umieszczone są po prawej stronie górnej listwy zaciskowej. Wejścia i wyjścia S7 200 opisane są na listwie zaciskowej oraz przy wskaźnikach ich stanu. Te alfanumeryczne symbole identyfikują adresy wejść/wyjść, do których podłączone są urządzenia. Zewnętrzne adresy używane są przez CPU do określenia, które wejścia powinny być załączone lub wyłączone. Symbolem I są oznaczone wejścia cyfrowe, a Q wyjścia cyfrowe. Pierwszy numer wskazuje bajt, a drugi numer bit w tym bajcie. Na przykład adres I0.0 to wejście przypisane do bitu 0 w bajcie 0 w przestrzeni wejść sterownika. Urządzenia wejściowe, takie jak przełączniki, przyciski oraz inne czujniki dwustanowe, podłączone są do listwy zaciskowej znajdującej się pod dolną osłoną PLC. Urządzenia wyjściowe, takie jak przekaźniki, są podłączone do listwy zaciskowej znajdującej się pod górną osłoną PLC. Podczas testowania programu nie jest konieczne podłączanie urządzeń wyjściowych. Wskaźniki 4

stanu (diody LED) sygnalizują aktywny stan wyjść cyfrowych. Sterowniki programowalne PLC obsługują także sygnały analogowe. Typowe sygnały analogowe mieszczą się w zakresach 0...10 VDC lub 4...20 ma. Sygnały analogowe używane są do przedstawiania zmieniających się wartości, takich jak prędkość, temperatura, ciężar i poziom. CPU nie analizuje tych sygnałów w postaci analogowej, lecz przekształca je do postaci cyfrowej. W tym celu wykorzystuje się moduł przetwornika o rozdzielczości 12 bitów, przekształcający sygnały z wejść analogowych. Wartości cyfrowe transmitowane są z modułu konwertera do CPU do dalszego wykorzystania w programie. W sterownikach serii S7 200 dostępne są dwa analogowe moduły rozszerzające. Moduł wejść analogowych EM231 posiada 3 wejścia analogowe. Moduł mieszany EM235 3 wejścia analogowe oraz 1 wyjście analogowe. Czujnik obiektowy, który wykonuje pomiary zmieniającej się wartości, podłączany jest do przetwornika. Przetwornik pomiarowy jest urządzeniem, które odczytuje zmieniający się sygnał z czujnika i przetwarza go na standardowe zmienne napięcie lub prąd wyjściowy. Wyjście sygnału z przetwornika pomiarowego podłączane jest do wejścia przetwornika analogowo-cyfrowego. Wyjścia analogowe współpracują z urządzeniami obiektowymi sterowanymi ciągłymi wartościami napięcia lub prądu. Wyjścia analogowe mogą być wykorzystane jako źródła sygnału dla rejestratorów, elektrycznych napędów silników, mierników analogowych i regulatorów ciśnienia. Podobnie jak wejścia analogowe, wyjścia analogowe podłączane są do urządzeń sterowanych przez dodatkowe przetworniki wyjściowe. Przetwornik pobiera z wyjścia standardowy sygnał napięciowy lub prądowy i zależnie od wymagań wzmacnia, tłumi lub zamienia na inny sygnał, który steruje urządzeniem. Rys. 7.2. Wygląd sterownika SIMATIC S7 200. [1] Źródło: Hörnemann E., Hübscher H., Klaue J., Schierack K., Stolzenburg R. Elektrotechnika. Instalacje elektryczne i elektronika przemysłowa. WSiP. Warszawa 1998 5

Rys. 7.3. Sterownik SIMATIC S7 200. [1] Źródło: Hörnemann E., Hübscher H., Klaue J., Schierack K., Stolzenburg R. Elektrotechnika. Instalacje elektryczne i elektronika przemysłowa. WSiP. Warszawa 1998 Rys. 7.4. Podłączone urządzenia wyjściowe. [1] Źródło: Hörnemann E., Hübscher H., Klaue J., Schierack K., Stolzenburg R. Elektrotechnika. Instalacje elektryczne i elektronika przemysłowa. WSiP. Warszawa 1998 1.4. Zasada działania sterownika programowalnego logicznie PLC Sterowniki PLC zbudowane są z modułów wejściowych, jednostki centralnej oraz modułów wyjściowych. Wejścia PLC akceptują różne sygnały wejściowe, cyfrowe lub analogowe pochodzące z zewnętrznych urządzeń (czujników), przetwarzane następnie do postaci sygnałów logicznych, które stają się zrozumiałe dla CPU. 6

Jednostka CPU podejmuje decyzje i wykonuje funkcje sterowania, bazując na instrukcjach programowych zawartych w pamięci. Moduły wyjściowe przetwarzają funkcje sterowania z CPU do takiej postaci sygnałów (cyfrowych lub analogowych), jakich wymaga aplikacja. Instrukcje programowe określają, co powinien wykonać PLC w danej sytuacji i przy określonym stanie wejść. Dodatkowy interfejs operatorski (pulpit sterowniczy) umożliwia wyświetlanie informacji o realizowanym procesie sterowania i wprowadzenie nowych parametrów kontroli. Sterowniki programowalne są komputerami, które przechowują informacje w postaci dwóch stanów logicznych 1 lub 0, nazywanych cyframi binarnymi (bitami). Cyfry binarne są używane indywidualnie lub wykorzystywane do przedstawiania wartości numerycznych (liczbowych). 1.5. Podstawy programowania sterownika PLC Właściwy program sterowniczy składa się z rozkazów programowych zapisanych jeden pod drugim w postaci listy rozkazów. Istotna dla działania sterownika, a tym samym i całego układu sterowania jest kolejność zapisu poszczególnych rozkazów. Kolejność zapisu rozkazów wynika z zasad programowania. Każdy rozkaz jest poprzedzony numerem (adresem), który decyduje o kolejności występowania rozkazu w programie sterowniczym. Sterownik wykonuje rozkazy w kolejności wynikającej z adresów. Każdy rozkaz tworzą następujące elementy: OPERACJA określająca rodzaj funkcji logicznej, OPERAND określający sygnały wejściowe i wyjściowe sterownika powiązane ze sobą funkcjami logicznymi. ROZKAZ = ADRES + OPERACJA + OPERAND OPERAND = SYMBOL + ADRES OPERANDU (PARAMETR) Program sterowniczy sporządzony za pomocą komputera lub programatora ręcznego jest przesyłany do sterownika i zapamiętany w jego pamięci. Do sterownika są przesyłane tylko operacje i operandy. Adresy poszczególnych operacji są wstawiane automatycznie na etapie pisania programu. Rozkazy znajdujące się w programie sterowniczym są następnie przetwarzane przez system mikroprocesorowy sterownika. System operacyjny mikroprocesora określa sposób opracowywania poszczególnych rozkazów programowych. Na początku każdego programu są sprawdzane stany operandów (np. wejścia, wyjścia sterownika) i zapamiętywane w rejestrze pośrednim. Jeśli tuż po wpisaniu do rejestru zmieni się na krótko stan operandu, to nie zmienia to zapamiętanego wcześniej stanu. Następnie kolejno są wykonywane rozkazy zapamiętane w pamięci programu, tzn. operandy wiązane są ze sobą zgodnie z programem sterowniczym określonymi funkcjami logicznymi. Wyniki tych działań są zapisywane w akumulatorze i przygotowane do ewentualnej dalszej obróbki. Po opracowaniu wszystkich rozkazów programu sterowniczego końcowe wyniki funkcji logicznych są przesyłane do rejestru wyjściowego, gdzie są przyporządkowywane do odpowiednich wyjść sterownika. Wyjścia oddziałują na człony wykonawcze, a te z kolei na obiekt sterowania. Potem 7

następuje proces ponownego opracowywania rozkazów, z uwzględnieniem aktualnych stanów operandów zapamiętanych w rejestrze pośrednim. Sterownik z programowalną pamięcią pracuje sekwencyjnie, tzn. rozkazy programowe są opracowywane kolejno jeden po drugim. Pracuje on również cyklicznie, co oznacza, że opracowywanie rozkazów programowych jest ciągle powtarzane. Czas opracowania wszystkich rozkazów zawartych w danym programie sterowniczym jest nazywany czasem cyklu. Przez zmienne rozumie się takie dane, których wartości mogą zmieniać się w trakcie pracy sterownika, np. dane skojarzone z wejściami, wyjściami lub pamięcią sterownika. W deklaracji zmiennej podaje się typ, do jakiego należy. Tabela 7.1. Rodzaje zmiennych programu PLC. Oznaczenie Rozmiar Komentarz I 1 bit Wejście bezpośrednie sterownika (Input) Q 1 bit Wyjście bezpośrednie sterownika (Output) M. 1 bit Pamięć (Memory) SM 1 bit Znacznik specjalny (Special Memory Bits) IB 8 bitów Bajt wejść bezpośrednich QB 8 bitów Bajt wyjść bezpośrednich MB 8 bitów Bajt pamięci SMB 8 bitów Bajt znaczników specjalnych IW 16 bitów Słowo wejściowe QW 16 bitów Słowo wyjściowe MW 16 bitów Słowo pamięci ID 32 bity Podwójne słowo wejściowe QD 32 bity Podwójne słowo wyjściowe MD 32 bity Podwójne słowo pamięci Norma IEC 1131 3 definiuje elementarne typy danych, jakie mogą być używane w systemach sterownikowych. Typ określa zbiór wartości, jakie mogą przyjmować dane, a zarazem zbiór operacji, które mogą być na nich wykonane. W tabeli poniżej przedstawiono zestaw elementarnych typów danych dopuszczonych w normie. 8

Tabela 7.2. Zestaw elementarnych typów danych dopuszczonych w normie. Lp. Słowo kluczowe Typ danej Liczba bitów 1 BOOL Logiczna 1 2 SINT Całkowita 8-bitowa 8 3 INT Całkowita 16-bitowa 16 4 DINT Całkowita 32-bitowa 32 5 LINT Całkowita 64-bitowa 64 6 USINT Całkowita 8-bitowa bez znaku 8 7 UINT Całkowita 16-bitowa bez znaku 16 8 UDINT Całkowita 32-bitowa bez znaku 32 9 ULINT Całkowita 64-bitowa bez znaku 64 10 REAL Liczba rzeczywista 32 11 LREAL Liczba rzeczywista 64-bitowa 64 12 TIME Czas trwania 8/16/32 13 DATE Data 32 14 BYTE Bajt 8 15 WORD Słowo 16 16 DWORD Ciąg 32-bitów (słowo podwójne) 32 Źródło: Norma IEC 1131 Programowanie sterowników PLC przy użyciu wybranej metody konstrukcji programu sterującego wymaga od programisty użycia właściwego, dopuszczalnego dla środowiska trybu przedstawiania operandów używanych w programie. Są nimi dane i zmienne procesowe. Norma IEC 1131 3 definiuje elementarne typy danych, jakie mogą być używane w systemach sterowania z zastosowaniem sterowników PLC. W systemach programowania PLC wartości danych, używane w programie sterującym, przedstawiane są najczęściej w postaci: 9

liczbowej, ciągu znaków, czasowej. Tabele poniżej przedstawiają ten typ prezentacji. Tabela 7.3. Deklaracja danych w postaci liczbowej. Komentarz Przykład deklaracji liczby Liczba całkowita -14, 12, 0, +10, 567_125 Liczba rzeczywista -15.3. 0.0, 0.321, 2.23987_12 Liczba dwójkowa 2#1011_1010 Liczba szesnastkowa 16#ff, KHEA Logiczne zero i jedynka 0, 1 Logiczne FAŁSZ i PRAWDA FALSE, TRUE Tabela 7.4. Deklaracja danych w postaci ciągu znaków. Przykład deklaracji ciągu Komentarz Ciąg pusty o zerowej długości A Ciąg o długości 1 zawierający znak A Ciąg o długości 1 zawierający znak odstępu $ Ciąg o długości 1 zawierający znak Tabela 7.5. Deklaracja danych w postaci czasowej. Przykład deklaracji danych TIME T#12ms, T#12.4s, t#14ms TIME#10ms, time#45s T#5d_12h_10m_12s_4ms Time#12d_10h_13m_7s_2ms Komentarz Bez podkreśleń, z krótkim przedrostkiem Jak wyżej, z długim przedrostkiem Z podkreśleniem z przedrostkiem krótkim Jak wyżej, z długim przedrostkiem Z chwilą inicjacji danych (przypisaniu im miejsca w pamięci) przyporządkowana jest im wartość początkowa domyślna lub wartość definiowana w deklaracji typu z wykorzystaniem operatora podstawienia : = jak pokazano w tabeli poniżej. 10

Tabela 7.6. Domyślne wartości początkowe dla danych typu elementarnego. Typy danych Wartości początkowe BOOL, SINT, INT, DINT, LINT 0 USINT, UINT, UDINT, ULINT 0 BYTE, WORD, DWORD, LWORD 0 REAL, LREAL T#0S DATE D#0001 01 01 TIME_OF_DAY TOD#00:00:00 DATE_AND_TIME DT#0001-01-01-00:00:00 STRING (PUSTY CIĄG ZNAKÓW) 1.6. Języki programowania sterowników programowalnych logicznie Język schematów drabinkowych LAD należy do grupy języków graficznych i umożliwia realizację zadania sterowania za pomocą standaryzowanych symboli graficznych. Symbole te umieszcza się w obwodach w sposób podobny do szczebli w schematach drabinkowych dla przekaźnikowych układów sterowania. Obwód (network) jest definiowany jako zbiór wzajemnie połączonych elementów graficznych. Z obwodem może być skojarzona etykieta, która ma postać nazwy lub liczby dziesiętnej bez znaku zakończonego dwukropkiem. Nazwy etykiety stosuje się lokalnie w zakresie elementu organizacyjnego oprogramowania, w którym występuje. Obwód LAD ograniczony jest z lewej i prawej strony przez szyny prądowe. Nie są one elementami obwodu. Prawa szyna może być rysowana w sposób jawny lub pozostawać w domyśle. Języki graficzne są używane do przedstawienia przepływu odpowiedniej wielkości przez kolejne obwody reprezentujące pewną strategię sterowania. W przypadku języka LAD wykonywanie programu polega na przepływie prądu, analogicznie jak w schemacie drabinkowym dla systemu przekaźników elektromechanicznych. Przepływ prądu następuje z lewej do prawej strony. Elementy obwodu mogą być ze sobą połączone poziomo lub pionowo. Stan elementów łączących oznacza się jako ON lub OFF, odpowiednio do wartości 1 i 0. Określenie stan połączeń jest synonimem do określenia przepływ prądu. Połączenie poziome przedstawia się jako linię poziomą. Przekazuje ono stan elementu znajdującego się bezpośrednio po stronie lewej do elementu po stronie prawej. Połączenie pionowe przedstawia się jako linię pionową przecinającą się z jedną lub więcej liniami poziomymi na każdym końcu. Stan połączenia pionowego odpowiada sumie logicznej OR dla stanów połączeń poziomych, które występują po lewej stronie połączenia pionowego, tzn.: jeżeli wszystkie stany połączeń poziomych po lewej stronie połączenia pionowego są w stanie OFF, to stan tego połączenia jest także w stanie OFF, 11

jeżeli przynajmniej jedno połączenie poziome po lewej stronie połączenia pionowego jest w stanie ON, to połączenie pionowe jest także w stanie ON. Stan połączenia pionowego powinien być przekazany wszystkim dołączonym po prawej stronie połączeniom poziomym, natomiast nie może być przekazywany do jakiegokolwiek elementu po lewej stronie połączenia pionowego. Styk jest elementem przekazującym do połączenia poziomego po prawej stronie styku. Stan będący wynikiem mnożenia logicznego AND stanu linii łączącej po lewej stronie styku oraz wartości przypisanej mu logicznej zmiennej wejściowej, wyjściowej lub pamięciowej. Styk nie modyfikuje wartości skojarzonej z nim zmiennej. Cewka przekazuje stan połączeń z lewej strony na prawą bez zmian, powodując jednocześnie zapamiętanie stanu połączenia po swej lewej stronie przez przypisaną jej zmienną logiczną. Oprócz cewek standardowych występują również cewki z zapamiętaniem stanu. Działanie tych cewek jest podobne do ich standardowych odpowiedników, ale z taką cewką kojarzona jest zmienna zachowywana. Oznacza to, że wartość zmiennej przypisanej do takiej cewki jest zapamiętana po zatrzymaniu zasobu, w którym jest zdefiniowana i odtwarzana po jego ponownym uruchomieniu. Tabela 7.7. Symbole styków. NOT P N Styk zwierny (normalnie otwarty) Stan połączenia z lewej strony styku jest przenoszony na prawą stronę, jeżeli skojarzona zmienna logiczna ma wartość 1. W przeciwnym razie prawe połączenie jest w stanie OFF. Styk rozwierny (normalnie zamknięty) Stan połączenia z lewej strony styku jest przenoszony na prawą stronę, jeżeli skojarzona zmienna logiczna ma wartość 0. W przeciwnym razie prawe połączenie jest w stanie OFF. Styk negacji Gdy dochodzi do niego sygnał, jego styk jest otwarty. Styk reagujący na zbocze narastające Połączenie z prawej strony styku jest w stanie ON w czasie jednego wykonania, jeśli połączenie z lewej strony jest w stanie ON, a skojarzona zmienna logiczna zmieniła wartość z 0 na 1. Poza tym stan połączenia z prawej strony jest OFF. Styk reagujący na zbocze spadające Połączenie z prawej strony styku jest w stanie ON w czasie jednego wykonania, jeśli połączenie z lewej strony jest w stanie ON, a skojarzona zmienna logiczna zmieniła wartość z 1 na 0. Poza tym stan połączenia z prawej strony jest OFF. 12

Tabela 7.8. Symbole cewek. 1 2 3 4 5 6 ----( )---- ----( / )---- ----( S )---- ----( R )----- ----( P. )---- ----( N )---- Cewka Stan połączenia z lewej strony cewki jest przenoszony na prawą stronę i zapamiętany w skojarzonej zmiennej logicznej. Cewka negująca Stan połączenia z lewej strony cewki jest przenoszony na prawą stronę a jego odwrotność jest zapamiętywana w skojarzonej zmiennej logicznej. Cewka ustawiająca Skojarzona zmienna przyjmuje wartość 1, jeżeli połączenie z lewej strony jest w stanie ON i nie zmieni się aż do chwili wyzerowania przez cewkę kasującą. Cewka kasująca Skojarzona zmienna przyjmuje wartość 0, jeżeli połączenie z lewej strony jest w stanie ON i nie zmieni się aż do chwili ustawienia przez cewkę ustawiającą. Cewka reagująca na zbocze narastające Skojarzona zmienna logiczna przyjmuje wartość 1 na czas jednego wykonania, jeśli połączenie z lewej strony zmieniło stan z OFF na ON. Stan połączenia z lewej strony jest zawsze przenoszony na prawą. Cewka reagująca na zbocze opadające Skojarzona zmienna logiczna przyjmuje wartość 1 na czas jednego wykonania, jeśli połączenie z lewej strony zmieniło stan z ON na OFF. Stan połączenia z lewej strony jest zawsze przenoszony na prawą. W języku LAD mogą także występować standardowe funkcje i bloki funkcyjne z następującymi wyjątkami: parametry aktualne funkcji mogą być opcjonalnie pokazane przez wypisanie odpowiednich danych lub zmiennych na zewnątrz bloku, w sąsiedztwie nazw parametrów formalnych umieszczonych wewnątrz bloku, każdy blok powinien zawierać przynajmniej jedno wejście i wyjście logiczne, by umożliwić przepływ prądu przez blok. Język listy instrukcji STL składa się z sekwencji instrukcji, z których każda powinna zaczynać się w nowej linii. Instrukcja powinna zawierać nazwę operatora z ewentualnymi modyfikatorami oraz operand (jeden lub więcej, oddzielone przecinkami, w zależności od wymagań operatora). Operatorami mogą być stałe lub zmienne. Instrukcja może być poprzedzona przez etykietę zakończoną dwukropkiem, natomiast ewentualny komentarz powinien być ostatnim elementem linii. Między instrukcjami można wprowadzać puste linie. 13

Listę standardowych operandów przedstawia tabela poniżej. Tabela 7.9. Lista standardowych operandów. Rozkaz LD bit LDN bit A bit AN bit O bit ON bit NOT EU ED Ładuj operand Ładuj z negacją AND Negacja AND OR Negacja OR Negacja Komentarz Detekcja zbocza narastającego impulsu pochodzącego od analizowanego operandu bitowego. Detekcja zbocza opadającego impulsu pochodzącego od analizowanego operandu bitowego. = bit Przyporządkowanie S_ bit, N R_bit, N Ustaw bit, począwszy od N Zeruj bit, począwszy od N Tabela 7.10. Instrukcje typu Timer oraz Counter. Rozkaz Komentarz CTU Cxxx, PV Licznik UP (liczący w górę) CTUD Cxxx, PV Licznik DOWN (liczący w dół) CTD Cxxx, PV Licznik UP/DOWN (liczący góra/dół) TON Txxx, PT Czasomierz typu ON TOF Txxx, PT Czasomierz typu TOF TONR Txxx, PT Czasomierz typu RESET Tabela 7.11. Instrukcje operacji logicznych na stosie. Rozkaz ALD OLD Komentarz Łączenie w iloczynie Łączenie w sumie 14

Język schematów bloków funkcyjnych FBD należy do grupy języków graficznych. Realizacja programu w języku FBD opiera się na przepływie sygnału analogicznie do przepływu sygnału pomiędzy elementami systemu przetwarzania sygnału. Przepływ sygnału następuje z wyjścia (z prawej strony) funkcji lub bloku funkcyjnego do przyłączonego wejścia (z lewej strony) następnej funkcji lub bloku funkcyjnego. Metoda FBD polega na graficznym tworzeniu programu PLC przez użycie gotowych bloczków, które obrazują funkcje logiczne wykonywane przez program. Tworzenie programu tą metodą przypomina tworzenie struktury z bramek logicznych. Tabela poniżej przedstawia wybrane instrukcje FBD. Tabela 7.12. Wybrane instrukcje FBD. Postać FBD Opis Iloczyn logiczny dwóch operandów bitowych Suma logiczna dwóch operandów bitowych Negacja sygnału wejściowego 1.7. Układy czasowe używane w programach sterowniczych sterownika SIMATIC S7 200 Liczniki czasu to urządzenia, które zliczają przyrosty czasu. Znalazły one zastosowanie na przykład w sygnalizacji świetlnej. Liczniki czasu używane są w tym przypadku do odmierzania odcinków czasu między zmianami świateł. Liczniki te reprezentowane są w schemacie drabinkowym przez prostokąt. 15

Rys. 7.5. Schemat licznika czasu. Źródło: Opracowanie własne Licznik czasu rozpoczyna zliczanie po otrzymaniu sygnału zezwolenia. Wyjście licznika czasu jest w stanie logicznym 0 tak długo, jak aktualnie odmierzany czas jest krótszy od wartości zadanej czasu. Kiedy aktualnie zmierzony czas będzie dłuższy od wartości zadanej, to wyjście licznika czasu zmieni się do stanu logicznej 1. Sterownik S7 200 używa trzech typów członów czasowych: opóźnienie po załączeniu (TON), opóźnienie po załączeniu z podtrzymaniem (TON) oraz układ czasowy z opóźnionym wyjściem (TOF). Liczniki czasu w S7 200 mają następujące podstawy czasu: 1 ms, 10 ms i 100 ms. Maksymalna wartość zliczona wynosi odpowiednio 32,767 sekund, 327,67 sekund i 3276,7 sekund. Wykorzystując inne bloki programowe, liczniki czasu można zaprogramować dla dłuższych przedziałów czasowych. Opóźnienie po załączeniu (TON) Sygnał wyzwalający (logiczna 1) na wejściu (IN) licznika czasu typu TON rozpoczyna odliczanie ustawionego czasu PT. Po osiągnięciu wartości zadanej, załączony jest bit stanu licznika czasu (bit T). Bit T jest wewnętrznym stanem licznika i nie jest pokazany na jego graficznym symbolu. Licznik zeruje odliczone wartości czasu, kiedy wejście wyzwalające zmienia stan logiczny na 0. Zakres zliczanych jednostek czasu określony parametrem PT wynosi max. + 32767. Gdy wartość bieżąca zrówna się z wartością zadaną PT, timer zostaje uaktywniony bit wyjściowy timera Txxx ustawia się na 1. Rys. 7.6. Symbol licznika typu TON. 16

Podstawa czasu Max. wartość Numer licznika 1 ms 32.767 sekund T32, T96 10 ms 327.67 sekund T33-T36, T97-T100 100 ms 3276.7 sekund T37-763,T101-T255 W poniższym przykładzie, wykorzystującym liczniki czasu, przełącznik podłączony jest do wejścia 1 (I0.3), a lampka do wyjścia 2 (Q0.1). Kiedy przełącznik zostaje zamknięty, wejście 1 przyjmuje stan logiczny 1, który powoduje wyzwolenie licznika czasu T37. Wybrano podstawę czasu o wartości 100 ms, zaś wartość zadana (PT) jest równa 150. Odpowiada to 15 sekundom. Lampka zapali się więc po 15 sekundach od momentu załączenia przełącznika. Jeśli przełącznik zostanie otwarty przed upłynięciem 15 sekund, to lampka zostanie wyłączona. Ponowne załączenie spowoduje, że licznik czasu rozpocznie odliczanie od zera. Rys. 7.7. W kolejnym programie zilustrowano przykładowo elastyczność systemu PLC rysunek poniżej. Poprzez przeprogramowanie styku T37 na styk normalnie zamknięty, funkcja układu została zmieniona, aby spowodować wyłączenie światła wskaźnika tylko wtedy, gdy licznik czasu jest wyłączony. Zmiana funkcjonowania została wykonana bez modernizacji okablowania wejść/wyjść sterownika. 17

Rys. 7.8. Opóźnienie po załączeniu z podtrzymaniem (TONR) Licznik czasu TONR działa w podobny sposób jak TON. Istnieje tylko jedna różnica. TONR zlicza czas, gdy wejście wyzwalające jest załączone, lecz nie jest kasowany, kiedy zostanie ono wyłączone. Tego typu licznik czasu musi być skasowany za pomocą instrukcji kasowania RESET (R). Timer zlicza jednostki czasu, gdy pierwszym bitem stosu jest 1 i zatrzymuje naliczoną wartość, gdy bit ten równa się 0. Zliczanie czasu jest kontynuowane, gdy pierwszy stos ponownie będzie miał wartość 1. Zakres zliczanych jednostek czasu określony parametrem PT wynosi max. +32767 jednostek czasu. Gdy wartość bieżąca zrówna się z wartością zadaną, PT timer zostaje uaktywniony bit wyjściowy timera Txxx ustawia się na 1. Rys. 7.9. Symbol licznika typu TONR. Podstawa czasu Max. wartość Typ licznika 1 ms 32.767 sekund T0, T64 10 ms 327.67 sekund T1-T4,T65-T68 100 ms 3276.7 sekund T5-T31,T69-T95 18

Układ czasowy z opóźnionym wyjściem (TOF) Licznik typu TOF jest używany do opóźniania wyłączania dla określonego czasu po przejściu wejścia w stan OFF. Kiedy wejście będzie w stanie ON licznik włącza się i aktualna wartość wynosi 0. Kiedy wejście będzie w stanie OFF, licznik zlicza dla czasu wstępnie ustalonego. Kiedy określony czas zostanie osiągnięty, bit licznika ustawia się w stanie OFF i zliczanie zostaje zatrzymane. Jeśli wejście jest ustawione w stanie OFF, w czasie krótszym niż wstępnie wyznaczona wartość licznika, licznik zlicza pozostały czas. Rys. 7.10. Schemat licznika typu TOF. Podstawa czasu Max. wartość Typ licznika 1 ms 32.767 sekund T32, T96 10 ms 327.67 sekund T33-T36,T97-T100 100 ms 3276.7 sekund T37-T63,T101-T255 1.8. Liczniki w sterownikach PLC Liczniki zdarzeń w PLC zapewniają takie same funkcje jak liczniki mechaniczne. Liczniki porównują zakumulowaną wartość zliczoną z wartością zadaną. Aplikacje, które najczęściej wykorzystują liczniki zdarzeń są następujące: zliczanie zdarzeń do nastawionej wartości zadanej i w celu realizacji kolejnego kroku algorytmu, wykonywanie określonego zadania do momentu, kiedy licznik osiągnie nastawioną wartość zadaną. Na przykład maszyna pakująca butelki może wykorzystywać licznik zdarzeń do zliczania butelek w grupy po sześć do pakowania. Liczniki w schemacie drabinkowym reprezentowane są przez prostokątne bloki. Liczniki zwiększają/zmniejszają wartość zliczoną o jeden za każdym razem, kiedy na wejściu zmienia się sygnał z niskiego (logiczne 0) na wysoki (logiczna 1). Liczniki są kasowane podczas wykonywania instrukcji kasowania RESET. Sterownik S7 200 posiada trzy typy liczników: licznik zliczający w górę CTU, licznik zliczający w dół CTD, licznik zliczający góra/dół CTUD. 19

Licznik w górę CTU Licznik w górę ma dwa wejścia do sterowania bitem stanu licznika (bit C). Wejście CU jest wejściem zliczanych impulsów. Każdorazowa zmiana stanu na wejściu CU licznika (ze stanu 0 do stanu 1) powiększa wartość zliczoną o jeden. Wejście R służy do kasowania. Wartość zadana licznika pamiętana jest na wejściu PV. Jeżeli aktualna wartość zliczona jest równa lub większa od wartości zadanej, to wyjście (bit C) zmienia stan na 1. Licznik zlicza do wartości maksymalnej, tj. 32767. Symbol licznika CTU przedstawia rysunek poniżej. Rys. 7.11. Symbol graficzny licznika CTU. Licznik góra/dół CTUD W liczniku dwukierunkowym są wykorzystywane trzy wejścia do sterowania bitem wyjściowym licznika (bit C). Wejście CU jest wejściem zliczającym w górę. Każda zmiana sygnału na wejściu CU ze stanu 0 na stan 1 powiększa zliczoną wartość o jeden. Wejście CD to wejście zliczające w dół. Każda zmiana na CD ze stanu 0 do stanu 1 pomniejsza zliczoną wartość o jeden. Wejście R służy do kasowania. Nastawiona wartość licznika pamiętana jest na wejściu PV. Jeśli aktualnie liczona wartość równa jest lub większa od wartości nastawionej w PV, to wyjście (bit C) zmienia wartość na 1. Licznik zlicza w górę do maksymalnej wartości 32767 i w dół do wartości minimalnej 32767. Symbol licznika CTUD przedstawia rysunek poniżej. Rys. 7.12. Symbol licznika typu CTUD. 20

Bibliografia: 1. Hörnemann E., Hübscher H., Klaue J., Schierack K., Stolzenburg R. Elektrotechnika. Instalacje elektryczne i elektronika przemysłowa. WSiP. Warszawa 1998. 2. Jones A., Ohlund J. Programowanie sieciowe. RM. Warszawa 2000. 3. Krysiak K. Sieci komputerowe. Kompendium. Helion 02/2003. 4. Krzyżanowski R. Urządzenia zewnętrzne komputerów. MIKOM. Warszawa 2003. 5. Mikulik J. System telewizji dozorowej STVD. Forum. Warszawa 2005. 6. Pieniak J. Anteny telewizyjne i radiowe. WKŁ. Warszawa 2001. 7. Schmidt D., Baumann A., Kaufmann H., Paetzold H., Zippel B. Mechatronika. REA. Warszawa 2002. 8. Sportack M. Sieci Komputerowe. Księga Eksperta. Helion. Gliwice 1999. 9. Tanenbaum A. S. Sieci komputerowe. Tłumaczenie: A. Grażyński, A. Jarczyk. Helion 10/2004. 10. Technika sterowników z programowalną pamięcią. Praca zbiorowa. WSiP. Warszawa 1998. 11. Pokorski M. Poradnik instalatora CATV. POKOSAT Magazyn. 12. Stallings W. Organizacja i architektura systemu komputerowego. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne. Warszawa 2002. 13. Wojtuszkiewicz K. Jak Działa Komputer. WYDANIE II. MIKOM. Warszawa 2002. Netografia: 1. www.festo.pl 2. www.siemens.pl 21