LABORATORIUM AUTOMATYKA i ROBOTYKA Inne funkcje sterownika PLC część 2 1. Wstęp Niektóre sterowniki PLC poza wejściami binarnymi ( zerojedynkowymi ) dysponują wejściami analogowymi. Te które takich wejść nie mają zazwyczaj można rozszerzyć dodając moduł wejść analogowych. Przykładem sterownika z wejściami analogowymi jest sterownik Siemens LOGO!. Zapoznajmy się więc z częścią jego możliwości w tym zakresie. Wejść (styków) analogowych jest 8: Styku takiego nie można łączyć bezpośrednio z połączeniami binarnymi (symbolizowane jest to pogrubieniem połączenia - rysunek). Ćwiczenie ma na celu pokazanie sposobu ich wykorzystania w przykładowej aplikacji sterownika LOGO!. 2. Opis funkcji analogowych sterownika LOGO! Do przetwarzania wielkości analogowych służą bloki z grupy Analogi. Właściwości wybranych bloków z tej grupy pokazano poniżej: Komparator analogowy: Jak widać blok ten ma dwa wejścia. Służy on do porównania podanych na nie wielkości. Oznacza to że wyjście tego układu (czyli styk SF001) zewrze się (w układzie skonfigurowanym jak na rysunku) w momencie gdy stan wejścia pierwszego będzie większy od drugiego o 200, natomiast rozewrze się gdy różnica między wejściem pierwszym a drugim zmniejszy się poniżej 100. Progowy przełącznik analogowy: Blok ten ma jedno wejście. Działa ona w taki sposób, że po przekroczeniu pewnej progowej wartości (w układzie skonfigurowanym jak na rysunku będzie to 500) styk sterowany tym blokiem (czyli SF002) zewrze się. Gdy wielkość wejściowa wróci poniżej 500 - styk się rozewrze. Jak widać, podobnie jak w komparatorze, zależnie od kierunku zmian styk może zwierać i rozwierać się przy różnej wartości wejścia, czyli np. może się zewrzeć przy 500, ale już rozewrzeć przy 300 (wystarczy że na taką wartość ustawimy parametr Off).
Wzmacniacz analogowy: Ten blok jest blokiem czysto analogowym. Ustawiając parametr Gain wpływamy na wzmocnienie. Oznacza to że np. jeżeli Gain ustawimy na 5 i na wejściu układu (oczywiście analogowym) pojawi się wartość 30, to na styku (analogowym!) sterowanym tym blokiem pojawi się wartość 5x30=150. Watchdog analogowy: Blok ten ma dwa wejścia, jedno analogowe, jedno cyfrowe. Może on być wykorzystany np. jako zabezpieczenie (alarm w układzie). Działa on w sposób następujący: W momencie gdy na wejściu cyfrowym pojawi się jedynka, układ zapamiętuje jaka jest w tym momencie wartość na jego wejściu analogowym. Od tego momentu, przechowuje on tę wartości w pamięci i styk sterowany tym blokiem (czyli styk SF004) zwiera się w momencie, gdy (jeśli układ jest skonfigurowany jak na rysunku) wartość wejściowa przekroczy wartość zapamiętaną o 50 w górę, lub o 100 w dół. Progowy przełącznik analogowy ze strefą: Blok ten służy do zwierania określonego styku (w tym przypadku SF005) w momencie gdy wartość na jego wejściu znajduje się w określonym zakresie, co w tym przypadku oznacza że styk SF005 będzie zwarty w momencie gdy na wejściu znajdzie się wartość z zakresu 100-109 (ponieważ: Off=100, Delta=10).
Multiplekser analogowy: Układ ten służy do sterowania stykiem analogowym (w tym przypadku SF006), poprzez przełączanie tam albo określonej sztywno wartości albo wyjścia któregoś z bloków/styków analogowych znajdujących się w układzie. Wejścia są 3, wszystkie są cyfrowe. Na wejście pierwsze (En czyli Enable) musi być podana 1, aby multiplekser działał, jeżeli będzie tam zero, na wyjściu SF006 będzie 0. Dwa pozostałe wejścia (S1 i S2) służą do wyboru co podać na wyjście. Działa to tak: jeżeli S1=0, S1=0 wtedy SF006=V1, jeżeli S1=0, S1=1 wtedy SF006=V2, jeżeli S1=1, S1=0 wtedy SF006=V3, jeżeli S1=1, S1=1 wtedy SF006=V4. Wartości V1, V2, V3, V4 można konfigurować wewnątrz bloku multipleksera. Arytmetyka: Blok ten jak sama nazwa wskazuje służy do wykonywania prostych działań matematycznych (dodawanie, odejmowanie, mnożenie, dzielenie). Można mu skonfigurować do 4 wielkości wejściowych na których ma on wykonać do 3 operacji arytmetycznych w określonej (konfigurowalnej) kolejności. W podanym przykładzie układ będzie podawał na styk analogowy SF009 wielkość która wyniknie z operacji: ((V1+V2)*V3)-V4, gdzie: V1 to wielkość na styku SF3+, V2=1, V3=20 i V=5. Dodatkowo do przetwarzania i wykorzystywania przebiegów analogowych służą bloki: Generator rampy, Regulator PI i PWM (Pulse Width Modulation). Można sobie o nich poczytać w helpie:) Kilka uwag: Praktycznie każdą wartość w danym bloku analogowym można wyświetlić na wyświetlaczu (blok Komunikaty). Jak widać każdy z opisanych bloków ma parametr Point. Decyduje on o dokładności wyświetlania wartości analogowej na wyświetlaczu, jest równy ilości miejsc po przecinku.
Dla treningu spójrzmy na układ na rysunku poniżej: Jak działa? Popatrzmy, blok SF001 to komparator analogowy, blok SF002 to przełącznik progowy ze strefą, blok SF003 to blok sterowania wyświetlaczem sterownika, no i są 3 wejścia do układu, 2 analogowe (AI1 i AI2) i jedno cyfrowe (I1). Więc: styki skonfigurowane jako SF001 zewrą się w momencie gdy wartość wejścia AI1 będzie o 100 większa niż wartość na wejściu AI2. styk skonfigurowany jako SF002 zewrze się w momencie gdy wartość wejścia AI1 będzie znajdować się w zakresie od 200 do 249. A skoro tak, to: wyjście Q1 zaświeci się w momencie gdy wartość wejścia AI1 będzie o 100 większa niż wartość na wejściu AI2. wyjście Q2 w momencie gdy wartość wejścia AI1 będzie o 100 większa niż wartość na wejściu AI2 i gdy wartość na wejściu AI1 zmieści się między 200 a 250. A co z wyświetlaczem? W momencie gdy zewrzemy styk I1 załączy się i wyświetli skonfigurowane dla niego wartości.
3. Przebieg ćwiczenia 3.1. Wykorzystując sterownik LOGO! i jego funkcje analogowe zrealizuj następujący układ: Niech układ ma 3 wejścia analogowe (AI1, AI2, AI3), do których przyłączone są czujniki temperatury dające sygnał z zakresu 0-10V (co w sterowniku jest równoznaczne z wartościami 0-1000), przy czym sygnał jest proporcjonalny do temperatury na zasadzie: 0V to -30ºC, 10V to 70 ºC. Najpierw więc należy przeliczyć wartości z wejść na wartości temperatury. Najłatwiej jest to zrobić podając wejścia na bloki Wzmacniacz analogowy i w nich odpowiednio ustawiając parametry Gain (wzmocnienie) i Offset (przesunięcie). Warto też od razu wstawić wyświetlacz (Komunikaty) i na nim wyświetlać każdą z 3 temperatur (z opisem która jest która i jednostką - ºC). No i dodatkowo: Obliczyć i wyświetlić na wyświetlaczu wartość średnią temperatury (najłatwiej to zrobić korzystając z bloku Arytmetyka). Zaświecić wyjściem Q1 w momencie gdy średnia temperatura przekroczy 50 ºC (najłatwiej to zrobić korzystając z bloku Progowy przełącznik analogowy). Zaświecić Q2 w momencie gdy dowolna z temperatur spadnie poniżej 0 ºC. 3.2. W protokole należy umieścić zrzut ekranu ze zrealizowanego systemu plus ewentualnie nasuwające się wnioski. Jak ktoś ma chęć na plusa to może dorzucić do systemu dodatkowe funkcje. 4. Literatura 1) Chochowski A., Cieślak H., Laskowski P., Mirski T., Laboratorium automatyki, Wydawnictwo SGGW, Warszawa 1999 2) Flaga S., Programowanie sterowników PLC w języku drabinkowym, Wydawnictwo btc, Legionowo 2010 3) Kiczkowiak T., Ociepa Z., Tarnowski W., Wachowicz E., Wachowicz M., Laboratorium z podstaw automatyki, Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Koszalińskiej, Koszalin 1999 4) Kwaśniewski J., Sterowniki PLC w praktyce inżynierskiej, Wydawnictwo btc, Legionowo 2008 5) Nowakowski W., LOGO! w praktyce, Wydawnictwo btc, Warszawa 2006 Opracowanie ćwiczenia: Seweryn Lipiński