INSTYTUT AUTOMATYKI I ROBOTYKI P O L I T E C H N I K I W A R S Z A W S K IEJ Programowalny ministerownik procesów binarnych SIEMENS LOGO Materiały pomocnicze do zajęć w Laboratorium Automatyki Procesów Dyskretnych Opracowała: Ewa Chmiel Warszawa maj 2003
A.Wiadomości wstępne. LOGO! to uniwersalny moduł logiczny opracowany i produkowany przez firmę Siemens. W gabarytach 72 x 90 x 55 mm zawarto: Sterownik programowalny, Jednostkę operacyjną i wyświetlacz, 6 wejść i 4 wyjścia, interfejs dla dodatkowych modułów pamięci programu i połączenia z komputerem osobistym, gotowe do użycia podstawowe funkcje logiczne oraz funkcje specjalne, zegar sterujący czasu rzeczywistego. LOGO! to uniwersalne urządzenie służące do przełączania i sterowania w zastosowaniach domowych i przemysłowych. Ideą powstania LOGO! było stworzenie łatwego w obsłudze modułu do realizacji określonych funkcji, który zastąpiłby tradycyjne sterowania wykonane w oparciu o przekaźniki i styczniki. LOGO! posiada gotowe bloki funkcyjne, które w prosty sposób łączy się między sobą tworząc schemat połączeń, czyli program. Moduł LOGO! umożliwia rozwiązanie większości technicznych problemów związanych z obsługą urządzeń domowych i instalacji elektrycznych (np. oświetlenie klatki schodowej czy wystawy sklepowej). Może także zastąpić pokojowe przełączniki oświetlenia oraz sterowniki urządzeń mechanicznych i narzędzi (np. systemy sterowania bramą czy wentylacji). LOGO! znajduje również zastosowanie w wyspecjalizowanych systemach obsługi cieplarni. W produkcji seryjnej w małych urządzeniach, aparatach, w technice obsługi przełączników i instalacji, dostępne są również specjalne wersje LOGO! pozbawione jednostki sterowniczej i wyświetlacza. Schemat budowy LOGO! od frontu przedstawia poniższy rysunek: LOGO! zaopatrzony jest w wejścia i wyjścia, które określane są mianem konektorów. Każde wejście oznaczone jest literą I z numerem. Jeśli patrzymy na urządzenie z przodu, konektory wejść znajdują się u góry po prawej stronie. Wyjścia natomiast oznaczone są literą Q z numerem. Zaciski wyjściowe znajdują się w dolnej części LOGO!. Podczas programowania następuje przyporządkowanie wejść/wyjść do bloków programowych. Aby to wykonać należy wybrać wymagane połączenie z menu Co. LOGO! rozpoznaje następujące oznaczenia zacisków: wejścia: I1, I2, I3, I4, I5, I6 wyjścia: Q1, Q2, Q3, Q4 2
lo: 0 (OFF: wyłączone) (stałe zero) hi: 1 (ON: załączone) (stała jedynka) x: nie podłączone Wejścia i wyjścia mogą być w stanie 0 lub 1. 0 oznacza, że na tym wejściu brak napięcia, 1 oznacza, że jest. Jeśli nie zamierza się wykorzystać określonego wejścia bloku, oznacza się je jako x. Podłączenie wejść LOGO! Do wejść podłącza się czujniki, którymi mogą być: przyciski, przełączniki, fotokomórki lub wyłączniki zmierzchowe. LOGO! Rozpoznaje stan przełącznika jako 0 (przełącznik otwarty) przy 40V AC, natomiast stan 1 (przełącznik zamknięty) przy 79V AC. Aby jednak LOGO! rozpoznał odpowiednie stany po przełączeniu, nowy stan musi istnieć przez co najmniej 50 ms. Podłączanie: Podłączenie wyjść LOGO! Wyjścia LOGO! są typu przekaźnikowego. Styki przekaźników są izolowane od zasilacza i wejść. Możliwe jest podłączenie do wyjść różnego rodzaju obciążeń, takich jak lampy, świetlówki lub silniki. Należy jednak wziąć pod uwagę, iż podczas załączania maksymalny prąd wynosi 8A. B.Ponowne załączenie zasilania LOGO! LOGO! nie posiada włącznika zasilania. Zachowanie się urządzenia po podłączeniu zasilania zależy od następujących czynników: czy w pamięci urządzenia przechowywany jest program, czy jest podłączony jest zewnętrzny moduł z pamięcią programu, w jakim stanie znajdowało się urządzenie przed odłączeniem zasilania, czy podłączony jest przewód PC. Wszystkie możliwe reakcje LOGO! zestawiono w tabeli: 3
Jeśli To LOGO! nie zawiera programu i nie jest Na ekranie LOGO! pojawia się następujący włożona karta pamięci lub włożona karta jest napis: No Program (brak programu) pusta LOGO! zawiera program, karta pamięci nie LOGO! wykorzystuje zapamiętany program i: jest włożona lub jest pusta, a: 1. LOGO! przed wyłączeniem był w trybie 1. Przechodzi do trybu RUN (praca) RUN (praca) lub parametryzacji 2. LOGO! przed wyłączeniem był w trybie 2. Przechodzi do głównego menu w trybie programowania programowania Włożona karta pamięci zawiera program, a: LOGO! automatycznie kopiuje program z karty pamięci i 1. Przechodzi do trybu RUN (praca) 1. LOGO! przed wyłączeniem był w trybie RUN (praca) lub parametryzacji 2. LOGO! przed wyłączeniem był w trybie programowania lub na wyświetlaczu był komunikat No Program 2. Przechodzi do głównego menu w trybie programowania Podczas uruchamiania sterownika warto pamiętać o czterech prostych zasadach: 1. Jeśli ani sterownik ani moduły programowe nie przechowują programu urządzenie pokazuje komunikat No Program (brak programu). 2. Jeśli program zapisany jest w module programowym, zostaje on automatycznie skopiowany do modułu podstawowego LOGO! zastępując przechowywany w nim dotąd program. 3. Jeśli w LOGO! lub na karcie pamięci znajduje się program, LOGO! funkcjonuje w takim trybie, jaki miało przed odłączeniem zasilania. 4. Jeżeli przynajmniej jedna funkcja jest trwale włączona lub została użyta funkcja działająca na stałe, bieżące wartości są również zachowywane po odłączeniu zasilania. UWAGA! Jeśli w trakcie uruchamiania programu nastąpi przerwa w zasilaniu, po jego przywróceniu program zostaje wykasowany. C.Stany pracy sterownika LOGO! Sterownik LOGO! może się znajdować w jednym z dwóch stanów: STOP oraz RUN. Stan STOP trwa wówczas, gdy na wyświetlany jest komunikat No Program lub kiedy przełączony zostaje w tryb programowania. W stanie tym: wejścia I1 do I6 nie są czytane, program nie jest wykonywany, styki przekaźników Q1 do Q4 są zawsze otwarte. LOGO! jest natomiast w stanie RUN, gdy na wyświetlaczu widnieje napis Run (po wybraniu START z głównego menu) lub LOGO! przełączony jest w tryb parametryzowania. Wówczas sterownik: czyta stany wejść I1 do I6, wylicza (zgodnie z programem) stany wyjść, złącza lub wyłącza przekaźniki Q1 do Q4. 4
D.Funkcje LOGO! D1.Funkcje podstawowe Funkcje podstawowe to proste funkcje logiczne oparte na algebrze Boole a (AND, OR,...). Podczas programowania bloki tych funkcji znaleźć można na liście GF. Wyróżnia się: Funkcja podstawowa Reprezentacja w LOGO! Uwagi AND iloczyn logiczny, szeregowe połączenie kilku normalnie otwartych styków OR suma logiczna, równoległe połączenie kilku normalnie otwartych styków NOT negacja (inwerter), styk rozwierny XOR (exclusive or) NAND (and not) NOR (or not) różnica symetryczna, szeregowe połączenie podwójnego zestyku przeł. negacja iloczynu logicznego, równoległe połączenie kilku normalnie zamkniętych styków negacja sumy logicznej, szeregowe połączenie kilku normalnie zamkniętych styków Uwaga: Na ćwiczeniu przydatna jest znajomość tablic logicznych (stanów) wymienionych funkcji. Krótkie omówienie funkcji: AND: Wyjście (Q) z bloku jest równe 1 tylko wtedy, gdy I1, I2 oraz I3 równają się 1 (tzn. są zwarte). OR: Wyjście (Q) z bloku jest równe 1 zawsze kiedy, gdy I1 lub I2 lub I3 równają się 1 (tzn. są zwarte). Innymi słowy, jedno wejście musi być w stanie 1. NOT: Wyjście (Q) jest równe 1, kiedy wejście równa się 0, i odwrotnie. Innymi słowy, NOT neguje stan na wejściu. XOR: Wyjście (Q) przyjmuje stan 1, jeśli na jego wejścia podano stany logiczne o różnych wartościach. NAND: Wyjście (Q) jest równe 0, gdy stany na wszystkich wejściach (I1, I2, I3) mają wartość 1 (tzn. Są zwarte). NOR: Wyjście (Q) jest równe 1, jeśli na wszystkich wejściach( I1, I2, I3) jest stan 0 (tzn. styki przełączników są rozwarte). D2.Funkcje specjalne Podczas wprowadzania programu do LOGO! dostępne są również funkcje specjalne takie jak: 5
Funkcja specjalna Reprezentacja w LOGO! Uwagi On-delay (opóźnione Trg wejście, wyzwolenie impulsu załączenie) dla załączenia i wyłączenia wyjścia; T czas po którym wyjście Q jest załączane; Off-delay (opóźnione Trg wejście, wyzwolenie impulsu wyłączenie) dla załączenia i wyłączenie wyjścia; R wejście, kasuje czas dla opóźnionego wyłączenia i ustawia wyjście Q na 0; T czas po którym wyjście Q jest załączane. Pulse relay (przekaźnik Trg wejście, wyzwolenie impulsu impulsowy) dla załączenia i wyłączenie wyjścia, R wejście, resetuje przekaźnik impulsowy i ustawia wyjście na 0. Clock (time switch) (zegar sterujący) Latching relay (przekaźnik zatrzaskowy) Parametry No1, No2, No3 służą do ustawiania czasów załączenia i wyłączenia dla trzech krzywek zegara. S ustawianie wyjścia Q na 1, R resetowanie wyjścia Q na 0 Clock pulse generator (generator impulsów) Retentive on-delay (podtrzymane opóźnienie załączenia) Counter up and down (licznik dwukierunkowy) En służy do załączania i wyłączania generatora impulsów, T czas, po którym wejście jest załączane lub wyłączane. Trg wejście, wyzwolenie impulsu dla załączenia i wyłączenie wyjścia, R resetuje czas dla opóźnienia załączania i ustawia wyjście na 0, T czas po którym wyjście Q jest załączane. R resetuje wewnętrzną wartość licznika i ustawia wyjście Q na 0, Cnt służy do zliczania zmian ze stanu 0 na 1 (maksymalna częstotliwość zliczania 5Hz), Par wyjście jest ustawiane, gdy wartość zliczona jest większa lub równa wartości Par. Uwagi: We wszystkich funkcjach R posiada najwyższy priorytet ze wszystkich wejść. Zakres nastaw czasu w funkcjach wykorzystujących parametr T wynosi 0,05 s... 99:59 h. Po zaniku zasilania stan aktualny liczników i zdarzeń jest kasowany. Funkcje są wykorzystywane w LOGO! w postaci kompletnych bloków. Każdy wstawiony do programu blok, otrzymuje swój numer. Numer bloku pojawia się w górnej części, po prawej stronie wyświetlanego bloku. E.Praca z LOGO! podstawowe zasady: 6
1. Zmiana trybu pracy Strukturę logiczną sterowania wprowadza się w trybie programowania. Przełączenie do trybu programowanie odbywa się przez jednoczesne wciśnięcie trzech klawiszy:, oraz klawisza OK. Wartość czasów i parametrów zmienia się w trybie parametryzowania. Przełączenie w ten tryb odbywa się przez jednoczesne naciśnięcie dwóch klawiszy ESC i OK. 2. Wejścia i wyjścia. Programowanie układu rozpoczyna się zawsze od jego wyjścia posuwając się w kierunku wejść. Możliwe jest połączenie kilku wejść z jednym wyjściem, ale nie da się skojarzyć jednego wejścia z kilkoma wyjściami. 3. Kursor i przemieszczanie kursora W trakcie programowania układu, kiedy kursor ma postać znaku podkreślenia, można go przemieszczać: Przesuwaj kursora po układzie używając klawiszy:,,,, przyciśnij OK dla wyboru połączenie, bloku, przyciśnij ESC, aby zrezygnować z wykonywanej operacji. Jeśli natomiast kursor przyjmuje postać wypełnionego kwadratu, można wybrać konektor lub blok: Używając klawiszy, wybierz konektor/blok, potwierdź swój wybór klawiszem OK., naciśnij ESC, aby powrócić do pierwszego kroku. F.Przykładowy program Konwersja schematu ideowego na reprezentację blokową. Rozważmy następujący schemat ideowy: Aby przekształcić układ na bloki, należy przejść przez układ od wyjścia do wejść. 1.Przy wyjściu Q1 jest szeregowe połączenie normalnie otwartego zestyku S3 z innym elementem układu. Szeregowe połączenie odpowiada blokowi AND: 2.S1 oraz S2 są połączone równolegle, co w LOGO! odpowiada blokowi OR: 7
W ten sposób otrzymany opis układu jest kompletny. G.Przykładowe zastosowania LOGO! warto używać, gdy: można zastąpić kilka przekaźników pośredniczących przy pomocy wbudowanych funkcji LOGO!, istnieje dążenie, aby zaoszczędzić na oprzewodowaniu i robotach instalacyjnych (ponieważ oprzewodowanie jest realizowane w LOGO!), istnieje dążenie do zredukowania przestrzeni zajmowanej przez elementy systemu sterującego w centrali rozdzielczej, istnieje potrzeba stopniowego dodania lub zmiany poszczególnych funkcji bez konieczności instalowania dodatkowych elementów lub zmiany oprzewodowania, chce się zapewnić dodatkowe funkcje: zabezpieczenie domu, system ogrzewania, system chłodzenia. G1.Drzwi automatyczne Często spotyka się automatyczne systemy sterowania drzwi wejściowych do supermarketów, banków, szpitali i innych budynków publicznych. Wymagania stawiane takim układom: - kiedy ktoś się zbliża do drzwi, muszą się one otworzyć automatycznie, - drzwi muszą pozostawać otwarte dopóki ktoś jest w przejściu, - kiedy przejście się opróżni, drzwi muszą się automatycznie zamknąć po upływie krótkiego czasu. 8
Rozwiązanie klasyczne. Kiedy ktoś wkroczy w obszar detekcji czujników B1 lub B2 drzwi otwierają się dzięki K3. Kiedy obszar detekcji obejmowany przez te dwa czujniki jest pusty przez określony czas, to K4 umożliwia zamknięcie drzwi. Rozwiązanie z LOGO! Dzięki zastosowaniu modułu logicznego LOGO! można uprościć układ sterowania podłączając czujniki ruchu, włączniki krańcowe i styczniki. Wówczas schemat blokowy wygląda następująco: Użyte elementy to: K1 stycznik otwarcie, K2 stycznik zamknięcie, S1 wyłącznik krańcowy zamknięte, S2 wyłącznik krańcowy otwarte, B1 detektor ruchu na podczerwień na zewnątrz, B2 detektor ruchu na podczerwień na wewnątrz, Q1 wyłącznik sieciowy, Q2 wyłącznik zabezpieczający silnik. 9
Dodatkowe funkcje i możliwości rozbudowy służące zwiększeniu komfortu: dodatkowe przełączniki kontrolne z funkcjami: Open Automatic Closed, możliwość dołączenia brzęczyka na wyjściu LOGO!, tak aby ostrzegał o zamykaniu drzwi, możliwość zainstalowania funkcji pozwalających na otwieranie drzwi zależnie od czasu i kierunku (Np. otwieranie tylko podczas godzin pracy, możliwość otwierania po godzinach pracy tylko od wewnątrz, itp.). G2.System klimatyzacji Systemy klimatyzacji i wentylacji stosowane są, aby zapewnić dostawy świeżego powietrza do pomieszczenia lub/i wypompowania z nich zużytego powietrza. Wymagania stawiane takim układom: - pomieszczenie jest wyposażone w wentylator wyciągowy i wentylator świeżego powietrza, - obydwa wentylatory są nadzorowane przez czujniki przepływu, - ciśnienie w pomieszczeniu nie może przekroczyć określonej wartości (np. ciśnienia atmosferycznego), - wentylator wwiewowy może być włączony jedynie, gdy czujnik przepływu sygnalizuje prawidłowe działanie wentylatora wywiewowego, - przy uszkodzeniu jednego z wentylatorów włącza się lampa ostrzegawcza. Rozwiązanie konwencjonalne: Zastosowane elementy: K1 stycznik liniowy, K2 - stycznik liniowy, Q1 wyłącznik sieciowy, Q2 wyłącznik zabezpieczający silnik, Q3 - wyłącznik zabezpieczający silnik, S0 wyłącznik stop, S1 wyłącznik start, S2 czujnik przepływu, S3 czujnik przepływu, H1 lampka ostrzegawcza, H2 lampka ostrzegawcza. 10
Rozwiązanie z LOGO! Ponieważ system monitorowania pracy wentylatorów wymaga zastosowania obwodu nadzorującego, zawierającego czujniki przepływu i jeszcze kilka dodatkowych urządzeń, taki układ korzystnie jest zastąpić jednym LOGO!. Wówczas schemat blokowy ma postać: Korzyści z zastosowania LOGO!: Zastosowanie modułu logicznego pozwala na zmniejszenie liczby wymaganych elementów przełączających. Pozwala to zaoszczędzić czas konieczny do wykonania instalacji, a także miejsca w centrali rozdzielczej. Możliwe są także opcje dodatkowe: wolne wyjście Q4 może zostać użyte do sygnalizowania błędu lub zaniku napięcia zasilania, możliwe staje się wyłączenie wentylatorów poprzez układ sekwencyjny. Dodatkowe funkcje nie wymagają zastosowania żadnych dodatkowych elementów zewnętrznych. H.Przykładowy przebieg ćwiczenia: 1. Zapoznanie z budową i sposobem obsługi stanowiska laboratoryjnego. 2. Zapoznanie z panelem obsługi LOGO!. 11
3. Zaprogramowanie prostego układu kombinacyjnego (np. układ do głosowania). Do symulowania stanów wejść i sygnalizacji stanów wyjść należy wykorzystać środki obsługi (przełączniki bistabilne, lampki) zamontowane w obudowie sterownika. 4. Realizacja zadania sterowania zespołem siłowników pneumatycznych według opisu podanego przez prowadzącego zajęcia: opracowanie wstępnego algorytmu sterowania (w postaci cyklogramu), zestawienie i połączenie osprzętu pneumatycznego zgodnie z treścią zadania, przeprowadzenie syntezy układu sterowania (metodami formalnymi lub na drodze intuicyjnej), formalizacja zadania sterowania i przygotowanie oprogramowania, zestawienie niezbędnego okablowania (połączenie sterownika z obiektem), uruchomienie układu sterowania. Spis treści: A. Wiadomości wstępne... 2 B. Ponowne załączenie zasilania LOGO!... 3 C. Stany pracy sterownika LOGO!... 4 D. Funkcje LOGO! Funkcje podstawowe... 5 Funkcje specjalne... 5 E. Praca z LOGO! podstawowe zasady Zmiana trybu pracy... 7 Wejścia i wyjścia... 7 Kursor i przemieszczanie kursora... 7 F. Przykładowy program... 7 G. Przykładowe zastosowania Drzwi automatyczne... 8 System klimatyzacji... 10 H. Przykładowy przebieg ćwiczenia... 11 12