PROGRAMOWANIE METODĄ GRAFPOL STEROWNIKÓW PLC STERUJĄCYCH PROCESAMI TECHNOLOGICZNYMI W ODLEWNIACH PROGRAMOWANIE METODĄ GRAFPOL STEROWNIKÓW PLC STERUJĄCYCH PROCESAMI TECHNOLOGICZNYMI W ODLEWNIACH Łukasz DWORZAK 1 Tadeusz MIKULCZYŃSKI 2 W pracy zaprezentowano zastosowanie metody Grafpol modelowania i programowania procesów technologicznych sterowników PLC do syntezy programu użytkowego sterowania procesami technologicznymi w odlewniach. Praktyczną realizację przedstawiono na przykładzie mieszarki turbinowej MTP-3000 firmy Technical. Wstęp Odlewanie w formach wykonywanych z klasycznych mas formierskich jest wciąż podstawową technologią stosowaną do wytwarzania odlewów. Przed przystąpieniem do wykonania formy konieczne jest sporządzenie odpowiedniej masy do czego wykorzystywane są przede wszystkim mieszarki turbinowe. Ze względu na złożoność tych urządzeń oraz różne algorytmy ich pracy niezbędne jest właściwe zaprogramowanie układu sterowania. W tym celu pomocne są różnego rodzaju metody modelowania i programowania sterowników PLC. W Laboratorium Podstaw Automatyzacji Instytutu Technologii Maszyn i Automatyzacji Politechniki Wrocławskiej prowadzone są prace z zakresu metod szybkiego i prostego modelowania i programowania sterowników PLC, których wyniki znajdują zastosowanie również w branży odlewniczej. W niniejszej pracy przedstawione zostanie praktyczne zastosowanie metody Grafpol modelowania i programowania sterowników PLC, bez konieczności graficznej analizy sygnałów wyjściowych procesu metodą MTS [1] na etapie realizacji pamięci. Poszczególne etapy modelowania metodą Grafpol przedstawiono na rys. 1 Rys. 1. Etapy modelowania wg metody Grafpol 1 mgr inż., Politechnika Wrocławska 2 prof. dr hab. inż., Politechnika Wrocławska, tadeusz.mikulczynski@pwr.wroc.pl 135
Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urządzenia odlewnicze 1. Modelowanie i programowanie procesu przerobu masy formierskiej w mieszarce turbinowej Do przedstawienia praktycznego zastosowania metody Grafpol modelowania i programowania sterowników PLC wybrano mieszarkę turbinową MTP-3000 firmy Technical. Schemat funkcjonalny urządzenia przedstawiono na rys. 2. Ze względu na ciągłą pracę, od momentu włączenia mieszarki, elementy oznaczone 1, 2 i 3 nie są one brane pod uwagę na etapie modelowania procesu. Praca pozostałych podzespołów mieszarki jest realizowania i sygnalizowana w następujący sposób: klapa wysypowa (4) napędzana siłownikiem hydraulicznym sterowanym elektrozaworem 4/2 monostabilnym oznaczenie cewki 4Y1, sygnalizacja zamknięcia 4S1, sygnalizacja otwarcia 4S2, dozownik wody (5) sterowany elektrozaworem 2/2 monostabilnym oznaczenie cewki 5Y1, sygnalizacja otwarcia 5S2, sygnalizacja zamknięcia 5S1, waga tensometryczna masy (6) napędzana siłownikiem pneumatycznym sterowanym elektrozaworem 5/2 monostabilnym oznaczenie cewki 6Y1, sygnalizacja zamknięcia 6S1, sygnalizacja otwarcia 6S2, sygnalizacja zważenia porcji masy 6S3, dozownik masy do wagi (7) napędzany dwoma silnikami sterowanymi stycznikiem monostabilnym oznaczenie cewki 7Y1, sygnalizacja zatrzymania silnika 7S1, waga tensometryczna masy (8) napędzana siłownikiem pneumatycznym sterowanym elektrozaworem 5/2 monostabilnym oznaczenie cewki 8Y1, sygnalizacja zamknięcia 8S1, sygnalizacja otwarcia 8S2, sygnalizacja zważenia porcji masy 8S3, dozownik dodatków do wagi (9) napędzany dwoma silnikami sterowanymi stycznikiem monostabilnym oznaczenie cewki 9Y1, sygnalizacja zatrzymania silnika 9S1, 136
PROGRAMOWANIE METODĄ GRAFPOL STEROWNIKÓW PLC STERUJĄCYCH PROCESAMI TECHNOLOGICZNYMI W ODLEWNIACH Rys. 2. Schemat funkcjonalny mieszarki turbinowej MTP-3000, gdzie: 1 - stacja hydrauliczna, 2 - turbina z napędem, 3 - misa z napędem, 4 - klapa wysypowa, 5 - dozownik wody, 6 - waga tensometryczna masy, 7 - dozownik masy do wagi, 8 - waga tensometryczna dodatków, 9 - dozownik dodatków do wagi Mieszarka ma pracować zgodnie z przedstawionym na rys. 3 algorytmem, który zaklasyfikować można jako procedurę złożoną. Składa się on bowiem z ośmiu procedur sekwencyjnych (PS1-PS8) tworzących trzy procedury współbieżne (PW1-PW3) oraz kilku kroków czasowych. 137
Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urządzenia odlewnicze a) b) Rys. 3. a) algorytm procesu zapisany za pomocą sieci Grafpol GP, gdzie sygnalizacja poszczególnych etapów procesu mieszania jest następująca: 4A+ otwarcie klapy wysypowej; 4A- zamknięcie klapy wysypowej; 5A+ otwarcie dozownika wody; 5A- zamknięcie dozownika wody; 6A+, 8A+ otwarcie wag tensometrycznych; 6A- 8A- zamknięcie wag tensometrycznych; 7A+, 9A+ dozowanie masy i dodatków do wag; 7A-, 9A- zaprzestanie dozowania masy i dodatków do wag, b) odwzorowanie zbioru etapów elementarnych zbiorem sygnałów wyjściowych układu sterowania (np. sterownika PLC) Algorytm procesu stanowi podstawę do opracowania algorytmu sterowania na podstawie którego jest realizowana pamięć. Algorytm sterowania wraz ze zrealizowaną pamięcią pozwala na wyznaczenie równania schematowego. Równanie schematowe stanowiące sumę funkcji wszystkich zmiennych wyjściowych algorytmu sterowania (Y) 138
PROGRAMOWANIE METODĄ GRAFPOL STEROWNIKÓW PLC STERUJĄCYCH PROCESAMI TECHNOLOGICZNYMI W ODLEWNIACH oraz elementarnych komórek pamięci (M), jest podstawą do zapisu programu użytkowego sterownika PLC za pomocą dowolnego języka zdefiniowanego w normie PN-EN 61131-3. W celu wyznaczenia równania schematowego dla powyższego przykładu zastosowano zasady określania warunków zapisu i kasowania komórek pamięci opisane w pracach [2, 3], zasady syntezy sekwencyjnych algorytmów sterowani zawierających kroki czasowe oraz zasady syntezy współbieżnych algorytmów sterowania opisane w pracy [4]. Dzięki temu zrealizowano algorytm sterowania wraz z pamięciami, który zapisano za pomocą sieci Grafpol GS (rys. 4). Rys. 4. Algorytm sterowania wraz ze zrealizowaną pamięcią zapisany za pomocą sieci Grafpol GS, gdzie: ti* - i-ta tranzycja z uwzględnioną pamięcią Na podstawie sieci Grafpol GS wyznaczono równanie schematowe (1) 139
Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urządzenia odlewnicze Rys. 5. Wydruk programu sterownika PLC zapisany za pomocą języka LD (FESTO FEC 440) 140
PROGRAMOWANIE METODĄ GRAFPOL STEROWNIKÓW PLC STERUJĄCYCH PROCESAMI TECHNOLOGICZNYMI W ODLEWNIACH Opracowane równanie schematowe (1) stanowi podstawę do zapisu algorytmu sterowania wraz ze zrealizowaną pamięcią jako programu użytkowego sterownika PLC. Wydruk programu zapisanego za pomocą języka LD dla sterownika FESTO przedstawiono na rys. 5. Zakończenie Rys. 5. (cd.) Wydruk programu sterownika PLC zapisany za pomocą języka LD (FESTO FEC 440) W pracy przedstawiono sposób szybkiego i łatwego wyznaczania postaci równania schematowego procedur złożonych w oparciu o metodę Grafpol dla przykładu mieszarki turbinowej. Dzięki opracowanym zasadom czas syntezy równania schematowego dla przedstawionego algorytmu procesu wyniósł około 10 minut. Jest to istotne skrócenie czasu syntezy w porównaniu z metodą MTS. Istotną zaletą metody jest także konieczność użycia niewielkiej ilości komórek pamięci oraz możliwość implementacji opracowanego równania schematowego jako program użytkowy zapisany za pomocą języków programowania sterowników zgodnych z normą PN-EN 61131-3. 141
Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urządzenia odlewnicze Literatura [1] T. Mikulczyński, Z. Samsonowicz, Automatyzacja dyskretnych procesów produkcyjnych: metody modelowania procesów dyskretnych i programowania PLC, WNT, Warszawa 1997 [2] Ł. Dworzak, S. Ciskowski, T. Mikulczyński, M. Bogdan, Synteza metodą Grafpol sekwencyjnych algorytmów sterowania, Pomiary, Automatyka, Robotyka. 2009, R. 13, nr 2, s. 686-694 [3] Ł. Dworzak, T. Mikulczyński, Synthesis of sequential control algorithms for pneumatic drives controlled by monostable valves, Archives of Foundry Engineering. 2009, vol. 9, iss. 3, s. 35-40 [4] Ł. Dworzak, T. Mikulczyński, J. Barycki, Synteza metodą Grafpol współbieżnych algorytmów sterowania napędami pneumatycznymi sterowanymi zaworami bistabilnymi, Napędy i sterowania hydrauliczne i pneumatyczne 2009: krajowy sektor w warunkach turbulentnego rynku : międzynarodowa konferencja naukowotechniczna, Wrocław, 7-9 października 2009. Wrocław: Ośrodek Doskonalenia Kadr SIMP, [2009]. s. 66-73 142