Sterowniki PLC Sterowniki PLC Podstawowe wiadomości Bartman Jacek jbartman@univ.rzeszow.pl
Warunki zaliczania Realizacja wszystkich ćwiczeń laboratoryjnych Pozytywna ocena z kolokwium końcowego Dopuszczalna 1 nieobecność na wykładzie Forma zajęć: Mechatronika Wykłady 15h/9h (s. niestacjonarne) Laboratorium 30h/18h (s. niestacjonarne) Prowadzący: dr inż. Jacek Bartman, konsultacje wt: 16.40-17.40 tyg. 2/4, czwartek 14.40 15.50, sala: A0B1-226, A0B1-206
Literatura 1. Sałat Robert, Korpysz Krzysztof, Obstawski Paweł Wstęp do programowania sterowników PLC WKŁ Warszawa 2010 2. Legierski Tadeusz, Kasprzyk Janusz, Wyrwał Janusz, Hajda Janusz Programowanie sterowników PLC WPKJS Gliwice 2008 3. Flaga Stanisław Programowanie sterowników PLC w języku drabinkowym BTC Legionowo 2010 4. Pawlak Marcin Sterowniki programowalne Wrocław 2010 http://www.dbc.wroc.pl/dlibra/docmetadata?id=7791&from=pubindex&dirids=107&lp=1267 5. Manuale dostępne na stronach producentów 6. Norma PN IEC 61131 Sterowniki programowalne.
Co poprzedzało sterownik PLC? Poprzednikami systemów sterowania programowalnego były: układy "programowane połączeniowo" (układy przekaźnikowostycznikowe), maszyny cyfrowe, przy pomocy których realizowano sterowania binarne z prostego poziomu obsługi. Przekaźniki mają określoną liczbę styków. Jest to ograniczenie, które zmusza do stosowania dodatkowych przekaźników w przypadku konieczności wysterowania kilku urządzeń jednocześnie.
Układy stycznikowo-przekaźnikowe a PLC Układy stycznikowo-przekaźnikowe pracochłonne projektowanie trudność wprowadzania zmian w algorytmach sterowania kłopotliwa diagnostyka Sterowniki PLC (ang. Programmable Logic Controller sterownik swobodnie programowalny) algorytm sterowania w postaci programu małe gabaryty mała energochłonność Współczesne układy automatyki trudno sobie wyobrazić bez sterowników PLC.
Norma IEC 61131-1. Definicja PLC W normie IEC 61131-1 sterownik programowalny zdefiniowano jako: cyfrowy system elektroniczny do stosowania w środowisku przemysłowym, który posługuje się pamięcią programowalną do przechowywania zorientowanych na użytkownika instrukcji oraz do implementowania specyficznych funkcji: logicznych, sekwencyjnych, taktujących, zliczających i arytmetycznych w celu sterowania przez cyfrowe lub analogowe wejścia i wyjścia szeroką gamą maszyn i procesów
Norma IEC 61131-1. Opis PLC Zarówno PLC, jak i związane z nim urządzenia peryferyjne są przeznaczone do łatwego połączenia w przemysłowy system sterowania i w prosty sposób spełniają funkcje przewidziane dla nich Sterowniki programowalne są komputerami przemysłowymi, które pracują pod kontrolą systemu operacyjnego czasu rzeczywistego
Norma IEC 61131-1. Zadania PLC Ogólne zadania sterowników PLC: zbieranie pomiarów za pomocą modułów wejściowych z cyfrowych i analogowych czujników i urządzeń pomiarowych, korzystając z uzyskanych danych o sterowanym procesie lub maszynie, transmitowanie danych za pomocą modułów i łączy komunikacyjnych wykonywanie programów aplikacyjnych, zawierających zakodowane algorytmy sterowania i przetwarzania danych, generowanie sygnałów sterujących adekwatnych do wyników obliczeń tych programów, przekazywanie sygnałów sterujących przez moduły wyjściowe do elementów i urządzeń wykonawczych. realizacja funkcji diagnostyki programowej i sprzętowej
Pozostałe cechy Odporne na zużycie niezawodne Prosta modyfikacja Produkcja seryjna Krótki czas realizacji zamówienia Produkt międzynarodowy znany i dostępny w różnych krajach Uniwersalne w małych oraz dużych zastosowaniach Ekonomiczne nawet przy małych zastosowaniach Niski koszt okablowania Niski koszt wykonania dokumentacji (tworzona automatycznie w PC wraz z projektem)
Pozostałe cechy Niski koszt magazynowania Zajmują mało miejsca Mały pobór mocy Łatwe do zastosowania Możliwa dalsza rozbudowa systemu Przyjazna diagnostyka Przemysłowe wykonanie Otwarta architektura (interfejsy komunikacyjne)
Historia PLC 1968 General Motors opracowuje koncepcję elektronicznego urządzenia do sterowania procesami dyskretnymi 1969 084 Modicon - pierwszy sterownik programowalny wykorzystujący jednostkę centralna (CPU) wykonaną z elementów dyskretnych, mającą pamięć o pojemności 1kB oraz obsługujący do 128 wejść i wyjść W kolejnych latach produkcję sterowników rozpoczynają: General Electronic, Omron 1974 - sterowniki programowalne rozbudowano o nowe funkcje, wprowadzając do nich liczniki, układy odliczające upływ czasu (tzw. Timery) oraz możliwość wykonywania obliczeń na liczbach operacje arytmetyczne.
Historia PLC 1976 wprowadzenie kaset sterowania zdalnego (oddalone wejścia i wyjścia) za pomocą połączeń komunikacyjnych 1977 - Allen-Bradley Corporation wykorzystuje mikroprocesor Intel 8080 do budowy sterownika programowalnego - powstaje sterownik programowalny w dzisiejszym rozumieniu tego słowa. 1980 - zastosowano w systemie sterownika programowalnego inteligentne moduły obiektowe, wprowadzono funkcje komunikacyjne i zastosowano mikrokomputery do programowania sterowników. Wejście na rynek PLC firm japońskich (Mitsubishi) z małymi PLC o dużych możliwościach funkcjonalnych i stosunkowo niskich cenach upowszechnienie sterowników
Historia PLC 1985 - zaczęto stosować układy sterowania wykorzystujące sieci sterowników programowalnych, programy wizualizacyjne i rozproszone hierarchicznie układy sterowania. Koniec lat 80 wykorzystanie komputerów IBM PC do programowania sterowników Lata 90 te szybki rozwój: oprogramowanie SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), panele operatora (MMI, HMI), sieci komunikacyjne, moduły inteligentne itp. 1992 wprowadzono w UE normę IEC 1131 systematyzującą zagadnienia sterowników PLC (aktualnie zastąpiona przez IEC 61131
Historia PLC Obecnie główny wysiłek producentów sterowników jest skoncentrowany na rozwoju możliwości pracy sterowników programowalnych w sieciach (przemysłowych oraz ogólnego przeznaczenia, takich jak np. Internet) oraz na rozwoju metod i technik programowania sterowników POLSKA STERISS (Katowice), SA-100 (Zielona Góra)
Podział sterowników Ze względu na liczbę wejść i wyjść: nanosterowniki mające kilka wejść i wyjść, sterowniki małe - mające do kilkudziesięciu wejść i wyjść dyskretnych oraz możliwość obsługi do kilku wejść i wyjść analogowych, sterowniki średnie - mogące obsługiwać do kilkuset wejść i wyjść dyskretnych oraz kilkudziesięciu wejść i wyjść analogowych, sterowniki duże mogące obsługiwać do kilkudziesięciu tysięcy wejść i wyjść obu typów (dyskretnych i analogowych).
Podział sterowników Ze względu na konstrukcję: sterowniki kompaktowe w jednej obudowie znajdują się wszystkie konieczne elementy sterownika jak CPU, pamięć, zasilacz, oraz zwykle niewielka liczba wejść i wyjść zwykle tylko cyfrowych. Niektóre posiadają niewielki wyświetlacz i klawiaturę sterowniki modułowe poszczególne elementy występują jako oddzielne moduły połączone przez wspólną szynę lub gniazda, sterowniki rozproszone poszczególne podzespoły są oddalone od siebie.
Sterowniki kompaktowe przeznaczone są do małych i średnich zadań automatyzacji. mają najczęściej sztywną architekturę, liczba wejść oraz wyjść jest określona i zależy od typu sterownika. Liczba wejść waha się od 8 do 16, a liczba wyjść od 6 do 14. występują jednak sterowniki kompaktowe, w których zastosowano wymienne płytki modułów obwodów wejściowych i wyjściowych, dzięki czemu użytkownik może dopasować liczbę wejść i wyjść do swoich potrzeb. zasilane napięciem przemiennym AC 230V, lub napięciem stałym DC 24V. gdy sterownik jest przystosowany do zasilania napięciem przemiennym, posiada wewnętrzny zasilacz napięcia stałego, Gdy sterownik jest przystosowany do zasilania napięciem stałym, należy zastosować osobny zewnętrzny zasilacz.
Sterowniki kompaktowe Sztywna architektura sterowników kompaktowych implikuje ograniczenia Moduły rozszerzeń lokalnych, dołączane bezpośrednio do magistrali sterownika usuwają ograniczenia Dla niektórych typów sterowników określona jest kolejność lub miejsce, na którym można umieścić moduł rozszerzenia lokalnego Są też sterowniki, do których moduły rozszerzeń lokalnych można podłączać w dowolnej kolejności. EFEKT: Z modułami rozszerzeń sterownik kompaktowy zyskuje elastyczność sterownika modułowego
Sterowniki kompaktowe - rozbudowa
Sterowniki modułowe przeznaczone są do średnich i dużych zadań automatyzacji. Stosowane są głównie do sterowania procesami technologicznymi i produkcyjnymi. mają elastyczną architekturę, liczbę wejść oraz wyjść dobiera się odpowiednio do potrzeb systemu automatyki. Sterownik S7-300 - firmy SIEMENS Sterownik PCD4 - firmy SAIA
Sterowniki modułowe W konstrukcji tych sterowników dominują dwa rozwiązania. Wkładanie modułów (zasilacza, CPU, modu łów we/wy, modułów specjalizowanych) w sztywną podstawę z gniazdami. Elementy podstawy są wykonywane w różnych wielkościach i mogą służyć do zamontowania od 2 do 6 modułów. Poszczególne moduły sterownika mocuje się na szynie montażowej DIN. Każdy moduł jest wyposażony w magistralę komunikacyjną, a łączenie poszczególnych modułów odbywa się za pośrednictwem złącza magistrali.
Sterowniki modułowe
Zastosowania Sterowniki PLC znajdują zastosowanie przy rozwiązywaniu dużych i małych zadań automatyki. Mogą sterować pojedynczą maszyną lub ciągiem technologicznym, małą instalacją oświetleniową lub całym procesem produkcyjnym, mogą być użyte w fabryce oraz nawet w urządzeniach domowych.
Zastosowania Mechanika Maszyny powszechnego użytku oraz wykonania specjalne Automatyka Technika sterowania i regulacji Ochrona środowiska Gospodarka wodna, utylizacja odpadów przemysłowych, oczyszczalnie ścieków Obsługa budynków Grzanie wentylacja, rozdział energii, zabezpieczenia etc.
Zastosowania
Zastosowania
Typowe zastosowania średnich i dużych sterowników
Cechy wspólne sterowników programowalnych Uniwersalność Programowalność Funkcjonalność Niezawodność Komfort obsługi Elastyczność
Cechy wspólne sterowników programowalnych Uniwersalność Możliwość realizacji różnych algorytmów sterowania bez konieczności zmian struktury urządzeń, czy połączeń w układzie przy zmieniających się warunkach procesu sterowania. Programowalność Realizacja algorytmu sterowania w postaci ciągu instrukcji wpisywanych do pamięci sterownika typu EEPROM, EPROM lub RAM. Z cechą tą związane jest opracowanie specjalnych zbiorów instrukcji uwzględniających warunki przemysłowe, w których przebiega proces. Funkcjonalność Możliwość bezpośredniego połączenia z urządzeniami sterującymi, pomiarowymi i wykonawczymi.
Cechy wspólne sterowników programowalnych Niezawodność Wzajemna separacja galwaniczna układów wewnętrznych sterownika i podłączonych urządzeń zewnętrznych zapobiega przeniesieniu się zbyt dużego potencjału w stanach awaryjnych. Zwiększeniu niezawodności służy wprowadzenie programowej kontroli obwodów wejściowych i wyjściowych oraz diagnostyki systemowej i obiektowej, zasilanie awaryjne z akumulatorów lub UPS-ów. Komfort obsługi Oprogramowanie narzędziowe zainstalowane w PC lub programatorze pozwala na całkowite przygotowanie programu zawierającego algorytm sterowania, począwszy od konfiguracji sprzętowej a kończąc na uruchomieniu systemu, włączając w to przeprowadzenie symulacji i przetestowanie pracy układu sterowania przy równoczesnej sygnalizacji stanu układów wejść i wyjść. Elastyczność Możliwość doboru sterownika programowalnego w zależności od rodzaju i stopnia złożoności procesu technologicznego.
Producenci PLC Produkcją i sprzedażą sterowników PLC zajmuje się kilkadziesiąt firm na świecie Czołowi producenci to: SIEMENS, Allen-Bradley, GE Fanuc, Mitsubishi, Schneider, Omron, Telemecanique
Producenci PLC popularność marek