Łukasz Przywarty 29.03.2009 r. nr albumu: 171018 Podstawy automatyki i robotyki Sprawozdanie z zajęć w laboratorium 021 Temat: Sterowniki przemysłowe PLC 1. Co to jest sterownik PLC? PLC (z angielskiego Programmable Logic Controller) jest to swobodnie programowalny sterownik (układ) w automatyce. Sterowniki PLC stosowane są do kontroli i sterowania skomplikowanymi procesami technologicznymi, a zasada ich działania opiera się na cyklicznym powtarzaniu zapisanego w pamięci sterownika programu. Sterownik na podstawie danych otrzymanych z programu analizuje stan wejść i ustala na wyjściach lub w pamięci odpowiednie stany i wartości. Bardziej szczegółowy schemat działania sterownika PLC obejmuje: zbieranie pomiarów za pośrednictwem modułów wejściowych (wykorzystuje się do tego czujniki analogowe i dyskretne oraz urządzenia pomiarowe), transmisję danych za pomocą modułów i łącz komunikacyjnych, wykonanie programów aplikacyjnych na podstawie przyjętych parametrów i uzyskanych danych o sterowaniu lub maszynie, generowanie sygnałów sterujących i przekazywanie ich poprzez moduły wyjściowe do elementów i urządzeń wykonawczych, (dodatkowo) realizację diagnostyki programowej i sprzętowej w celu zapewnienia poprawności działania. Początkowo funkcje sterowników PLC pełniły proste, odpowiednio połączone moduły logiczne oraz maszyny cyfrowe, przy pomocy których realizowano sterowania binarne z prostego poziomu obsługi. Następcami tych rozwiązań
stały się sterowniki PLC, między innymi urządzenie Modicon'a 1969 rok - oraz Simatic S3 Siemens'a 1975 rok. 2. Przykładowe sterowniki PLC GE FANUC Rx3i: członek rodziny programowanych kontrolerów automatyki PACSystems (PAC), główne cechy: szybki procesor i duża przepustowość, wsparcie dla otwartej komunikacji (przenoszenie aplikacji pomiędzy rożnymi platformami sprzętowymi), różnorodność modułów analogowych i dyskretnych, magistrala szeregowa i PCI w każdym gnieździe. VersaMax Nano: mimo niewielkich rozmiarów sterownik potrafi się komunikować w protokole SNP/SNP-X, MODBUS RTU lub Custom ASCII, a dzięki temu może być łatwo połączony z innymi sterownikami lub urządzeniami w sieć. Kolejna cecha sterownika Nano to możliwość przełączenia wejść sterownika do pracy w tryb jednego dwukierunkowego lub trzech jednokierunkowych liczników sygnałów przydatne w przypadku sterowania prostymi układami napędowymi czy pakującymi. Modicon Quantum: jeden z wydajnych sterowników firmy Modicon o modułowej i skalowalnej architekturze. Linia Quantum jest ukierunkowana na tzw. procesy ciągłe (trwale powiązane z urządzeniami produkcyjnymi, najczęściej przebiegają bez przerw w cyklu pracy trwającym 24 godziny na dobę) oraz inne procesy wymagające niezawodności i stabilności. Wykorzystano tu m.in. technologię Hot-Stanby umożliwiającą w przypadku awarii jednej z jednostek sterujących przełączenie na drugą jednostkę. Modicon Quantum wykorzystuje protokół komunikacyjny Modbus charakteryzujący się dostępem do nośnika master slave, wykrywaniem i sygnalizacją błędów, potwierdzeniem wykonania komend oraz zabezpieczeniem przed blokadą. Platforma Logix firmy Allen Bradley ControlLogix, CompactLogix, FlexLogix: cała rodzina sterowników posiadających: szeroką listę instrukcji, zadaniowy model programu, możliwość tworzenia klas zmiennych, wspólny pakiet narzędziowy
RSLogix5000. Platforma Logix podczas komunikacji może korzystać z sieci: Ethernet IP L32E, ControlNet L32C, DeviceNet L32D oraz z tradycyjnego portu szeregowego. ControlLogix - sterownik dedykowany do aplikacji wymagających największej prędkości i wydajności, łączących wiele rodzajów sterowania (max 32 zadania). CompactLogix sterownik stosowany do aplikacji maszynowych, gdzie potrzeba jest ograniczona ilość wejść/wyjść oraz ograniczone potrzeby komunikacji sieciowej. FlexLogix sterownik o szerokim zastosowaniu, pozwala na łatwe dystrybuowanie lokalnych wejść/wyjść w pobliżu sensorów i elementów wykonawczych. 3. Wizualizacja w automatyce a) Programy SCADA (skrót od ang. 'Systemu Sterowania Nadrzędnego i Wizualizacji) są wykorzystywane do zbierania danych z obsługiwanego procesu i przesyłania ich do centralnego komputera, w którym używane są one do sterowania i zarządzania procesami. Podstawowe funkcje systemów SCADA: komunikacja ze sterownikami PLC i urządzeniami wykonawczymi, graficzne przedstawienie procesu na ekranie, zadawanie parametrów wyjściowych i odczytywanie parametrów wejściowych, a także zapamiętywanie i prezentowanie historii zmian (trendów), sterowanie automatyczne. Wizualizacja w programach SCADA znacznie ułatwia diagnostykę sprzętową ponieważ pomaga określić stany napędów, zaworów, czujników itp. W wyniku tego operator otrzymuje graficzne i tekstowe dane pokazujące możliwe źródło błędu. Programy SCADA czuwają także nad stabilnością procesów, a w wyniku nieautoryzowanego lub nietypowego działania wyświetlają komunikat ostrzegawczy. Przykładem programu SCADA jest InTouch. b) Panel operatorski (ang. HMI) poprzez odpowiednia konfigurację przycisków, pokręteł czy przełączników umożliwia komunikację z urządzeniami, w tym ze sterownikami PLC. Współczesne panele
operatorskie najczęściej wyposażone są w ekrany dotykowe. Panel operatorski podobnie jak program SCADA jest wykorzystywany do ustawienia parametrów wyjściowych i odczytywania wejściowych, a także do gromadzenia danych oraz ich wizualizacji. 4. Opis możliwości sterowników PLC na przykładzie fragmentu linii produkcyjnej Podczas zajęć wykorzystano: panel operatorski w sieci sterowników PLC: Modicon XBT G6330 panel wyposażony w dotykowy ekran dotykowy o przekątnej 12.1, sterowniki PLC, sieć UniTelway RS485 wprowadzona przez firmę Telemechanique i wykorzystywana dla obecnie produkowanych i popularnych sterowników firmy Modicon, fragment linii produkcyjnej. Ilustracja 1: Schemat sieci Z poziomu panelu operatorskiego rozpoczęto proces pomiaru (sterowanie ręczne). Klocek był badany czujnikami pod kątem koloru, grubości, materiału, z którego jest wykonany itp. Gdy spełnione są zadane kryteria klocek przemieszcza się dalej, jeśli nie klocek jest odrzucany. Droga pokonana przez
klocek jest kontrolowana przez sieć czujników obecności, które lokalizują przedmiot i w odpowiednim momencie dają sygnał do rozpoczęcia odpowiednich działań np. obróbki klocka. 5. Wykorzystanie Internetu do zmiany stanów sterownika PLC Podczas zajęć użyto: sterownik SIEMENS S7-200 kompaktowy sterownik PLC przeznaczony do wykonywania niskokosztowych systemów sterowania, program dostępowy do sterownika PLC S7 MicroWin 4.0 dedykowany specjalnie do obsługi sterownika S7, jego obsługa odbywa się poprzez okno przeglądarki internetowej, sieć Internet zapewniającą komunikację ze sterownikiem. Obsługa sterownika S7-200 jest bardzo prosta. Otwieramy dowolną przeglądarkę, wpisujemy odpowiedni adres (w tym konkretnym przypadku 156.17.40.140) oraz dane dostępowe. Dzięki wykorzystaniu języka Java możemy wymuszać (poprzez aplikację S7 MicroWin 4.0) zmiany stanu na sterowniku. Zaktualizowany stan jest wyświetlony w oknie przeglądarki. 6. Wykorzystanie układów regulacji Podczas zajęć użyto: urządzenie wykonawcze obiektu regulacji (elementy wykonawcze: napęd taśmociągu, napęd wentylatora, przepustnica), komputer z oprogramowaniem SCADA, sterowniki PLC. Urządzenie wykonawcze zasadniczo potrafi zrealizować dwa zadania: Segregacja kulek według koloru ZPC (Zielona, Pomarańczowa, Czerwona) lub CPZ (Czerwona, Pomarańczowa, Zielona). Po umieszczeniu kulek w buforach (przez operatora) następuje ich przesunięcie tak aby rura z podciśnieniem mogła dokonać segregacji. Podczas gdy jedna kulka jest zasysana pozostałe dwie kulki przesuwają się po taśmociągu. Segregacja trwa tak długo, aż uzyskamy żądaną kolejność. Regulacja PID po umieszczeniu kulek w buforach (przez operatora)
następuje tak jak w poprzednim przypadku ich przesunięcie. Gdy pomarańczowa kulka znajduje się bezpośrednio pod rurą rozpoczyna się proces regulacji. Kulka jest zasysana do góry, a następnie utrzymywana na zadanej wysokości. Wykonanie tej operacji umożliwia regulator PID. Aby zakończyć zadanie potrzebne jest działanie operatora, po czym kulki wracają do lewego, skrajnego położenia taśmociągu. 7. Projekt sterowania RSLogix5000 Schematy elektryczne projektu: Ilustracja 2: Ilustracja 3: Ilustracja 4:
Program RSLogix5000 jest pakietem narzędziowym dołączonym do platformy Logix. RSLOgix5000 wykorzystuje język drabinkowy LD (język drabinkowy wywodzi się z symboli stosowanych w systemach automatyki bazujących na przekaźnikach i jest graficzną reprezentacją działań wykonywanych przez sterownik) Ilustracja 5: Okno programu RSLogix5000 Ilustracja 6: Projekt sterowania w języku drabinkowym Lewa, pionowa linia schematu drabinkowego reprezentuje zasilanie obwodów
sterowania, natomiast prawa pionowa linia jest powrotną linią zasilania (masą). Schemat drabinkowy czytamy od lewej do prawej strony, od góry do dołu (szczebel linia pozioma - po szczebelku). Przepływ sygnału logicznego w każdym ze szczebli jest kontrolowany przez prosty zestaw funkcji programistycznych, pracujących podobnie jak przekaźniki i styki. To czy styk prześle sygnał logiczny wzdłuż szczebla zależy od wartości zmiennej związanej z tym stykiem w programie. Jeżeli styk lub inna funkcja występująca w szczeblu nie przesyła dalej sygnału logicznego pozostałe elementy szczebla nie są wykonywane. W naszym przypadku zmienienie stanu przełącznika (góra dół) powoduje uruchomienie konkretnej czynności w odpowiadającym danemu stanowisku fragmencie linii produkcyjnej. 8. Wykorzystane materiały: dokumentacja techniczna, broszury i ulotki reklamowe poszczególnych sterowników PLC, dokumentacja urządzenia wykonawczego obiektu regulacji praca dyplomowa P. Więzowskiego i R. Saternusa, notatki własne z laboratorium, prezentacja: Programowanie systemów sterowania 1, dr inż. K. Dzierżek, mgr inż. T. Huścio, Politechnika Białostocka, Wikipedia.