Projekt sekwencyjnego układu przełączającego z wykorzystaniem sterownika programowalnego Podstawy automatyki i automatyzacji - Ćwiczenia Laboratoryjne

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA im. Jarosława Dąbrowskiego Projekt sekwencyjnego układu przełączającego z wykorzystaniem sterownika programowalnego Podstawy automatyki i automatyzacji - Ćwiczenia Laboratoryjne mgr inż. Bartosz Brzozowski Warszawa 2015

1 Wstęp teoretyczny Układ cyfrowy, w którym aktualny stan wyjść zależy nie tylko od aktualnego stanu wejść, ale również zależy od stanu w którym układ znajdował się wcześniej nazywamy układem sekwencyjnym lub układem z pamięcią (można spotkać określenie z pamięcią stanu). Przykładem elementarnego układu sekwencyjnego jest układ przełączający, który służy do zaświecenia lampy stołowej z ręcznie uruchamianym przyciskiem o jednym tzw. położeniu stabilnym. Jeśli lampa nie świeci się, to naciśnięcie przycisków powoduje jej zaświecenie. W przypadku gdy lampa jest włączona, to naciśniecie przycisku powoduje wyłączenie lampy. Przyciśniecie przycisku powoduje włączenie lub wyłączenie lampy zależnie od tego czy wcześniej była włączona czy wyłączona. W rozbudowanych układach sekwencyjnych zależności między wejściami i wyjściami stają się niejednoznaczne, co może prowadzić do tego, że tym samym wektorom wejściowym mogą opowiadać różne wektory wyjść. Wynika to z podstawowej właściwości układu sekwencyjnego mówiącej o tym, że wartość na wyjściu zależy od historii układu - pamięć stanu. Pamięć realizowana jest przez wprowadzenie sprzężenia zwrotnego. Informacja o stanie, w którym znajduje się układ jest przekazywana na wejście układu. Układ ten nazywa się blokiem pamięci. Blok pamięci odpowiedzialny jest za realizację funkcji stanu układu (Rys. 1). x 0 Sygnały wejściowe...... UKŁAD REALIZUJĄCY FUNKCJĘ STANU WEWNĘTRZNEGO BLOK PAMIĘCI... y 0... Sygnały stanu wewnętrznego Sygnały wyjściowe x n y m Rys. 1. Blok pamięci układu sekwencyjnego. W układzie automatycznej regulacji występuje sprzężenie zwrotne do wyznaczenia uchybu regulacji. W układzie sekwencyjnym nie rozróżnia się dodatniego i ujemnego sprzężenia zwrotnego. Sprzężnie zwrotne w układzie sekwencyjnym, to rozszerzenie wektora wejść o dodatkowe elementy, którymi są wyjścia bloku pamięci. 1.1 Klasyfikacja układów sekwencyjnych Układy sekwencyjne dzielimy na: układy sekwencyjne asynchroniczne, układy sekwencyjne synchroniczne. W układach sekwencyjnych asynchronicznych zmiana stanu wewnętrznego następuje bezpośrednio i wyłącznie pod wpływem zmiany stanu wejść. Nowy stan wewnętrzny ustala się po pewnym czasie t określonym przez opóźnienie elementów, z których zbudowany jest układ realizujący funkcję. W układach synchronicznych zmiana stanu wewnętrznego może następować tylko w ściśle określonych chwilach czasu, wyznaczonych przez sygnał doprowadzony do specjalnego wejścia układu. Wejście to, nazywane jest taktującym lub zegarowym i oznaczane jest literą C (ang. clock). Stan wejść oddziałuje na stan wewnętrzny automatu tylko w chwilach czasu, gdy wejście zegarowe jest aktywne. Zmiana stanu wejść, gdy wejście zegarowe jest nieaktywne nie powoduje zmiany stanu wewnętrznego układu. mgr inż. Bartosz Brzozowski 2

1.1.1 Przerzutnik asynchroniczny sr Najprostszymi układami sekwencyjnymi są przerzutniki asynchroniczne (Rys. 2). Przerzutnik tego typu posiada dwa wejścia: wejście wpisujące set (s), wejście zerujące reset (r). Rys. 2. Przerzutnik asynchroniczny. Układ posiada wyjście oraz wyjście zanegowane. Przerzutnik realizuje funkcję zgodnie z tabelą na rysunku 3. a) s r (t+1) b) 0 0 (t) 0 1 1 1 - (t) (t+1) s r 0 0 0-1 0 1 0 1 1-0 Rys. 3. Tabela wejść przerzutnika sr (a) i tabela przejść przerzutnika sr (b). 1.2 Automat skończony Modelem układu sekwencyjnego jest automat skończony. Rozróżnia się dwa podstawowe typy automatów: automat Mealy ego, automat Moore a. 1.2.1 Automat Mealy ego Automatem skończonym Mealy ego (Rys. 4) nazywać będziemy układ: gdzie: X={x 0,x 1,x 2,,x n } wektor sygnałów wejściowych, S={s 0,s 1,s 2,,s r } wektor stanów wewnętrznych, Y={y 0,y 1,y 2,,y r } wektor sygnałów wyjściowych, funkcja przejść automatu Mealy ego =S x X, funkcja wyjść automatu Mealy ego =S x X. M=<X,S,Y,, > W automacie Mealy ego wartość stanu wewnętrznego zależy od bieżącej wartości stanu, w którym znajduje się automat oraz od sygnałów wejściowych. Wynika z tego, że równanie stanu automatu Mealy ego realizowane jest przez blok pamięci i przyjmuje postać: S(t+1)= (S(t),X(t)), mgr inż. Bartosz Brzozowski 3

Wartość na wyjściu automatu zależy od stanu, w którym znajduje się automat oraz od wartości wejściowej. To znaczy, że równanie wyjść automatu Mealy ego, realizowane przez blok wyjściowy ma postać: Y(t)= (S(t),X(t)). X Blok pamięci S Blok wyjściowy Y Rys. 4. Automat Mealy ego. 1.2.2 Automat Moore a Automatem skończonym Moore a (Rys. 5) nazywać będziemy układ: gdzie: =<X,S,Y,, > X={x0,x1,x2,,xn} wektor sygnałów wejściowych, S={s0,s1,s2,,sr} wektor stanów wewnętrznych, Y={y0,y1,y2,,yr} wektor sygnałów wyjściowych, funkcja przejść automatu Moore a, funkcja wyjść automatu Moore a, W automacie Moore a wartość stanu wewnętrznego zależy od bieżącej wartości stanu, w którym znajduje się automat oraz od sygnałów wejściowych. Równanie stanu automatu Moore a, realizowane przez blok pamięci przyjmuje postać taką samą jak w automacie Mealy ego: S(t+1)= (S(t),X(t)), Wartość na wyjściu automatu zależy tylko od stanu, w którym znajduje się automat, więc równanie wyjść automatu Moore a, realizowana przez blok wyjściowy: Y(t)= (S(t)). Jest to podstawowa cecha odróżniająca automat Moore a od automatu Mealy ego. X Blok pamięci S Blok wyjściowy Y Rys. 5. Automat Moore a. mgr inż. Bartosz Brzozowski 4

1.3 Opis układów sekwencyjnych Układ sekwencyjny opisywany jest przez: opis słowny, wykres czasowy, graf przejść i wyjść, tablicę przejść i wyjść. Opis słowny jest opisem działania układu, w którym podane są charakterystyczne informacje o wektorze wejściowym, stanach wewnętrznych układu i wektorze wyjściowym. Wykres czasowy określa wzajemne zależności pomiędzy sygnałami wejściowymi i wyjściowymi. Każdemu sygnałowi przyporządkowane są wartości 0 lub 1. Oś czasu nie jest skalowana najczęściej przedstawia tylko zależności pomiędzy odpowiednimi sygnałami wejściowymi i wyjściowymi. Tablica przejść opisuje funkcję przejść. W odpowiednich polach tabeli wpisuje się wartości następnych stanów. Pole określone jest przez wartość wektora wejściowego oraz stan bieżący. Tablica wyjść, opisuje funkcję wyjść i jest różna zależnie od typu automatu. W automacie Mealy ego wartość wektora wyjść wpisywana jest w te same pola, co tabela przejść, ponieważ wartość wyjściowa zależy od wektora wejść oraz od stanu układu. W automacie Moore a generuje się oddzielną tabelę, w której umieszcza się wartości wyjściowe automatu odpowiadające odpowiednim stanom. Należy zauważyć, że zawsze pierwotna tabela stanu i wyjść jest generowana dla automatu Moore a i dopiero po wprowadzeniu kolejnych przekształceń wyznacza się tabele Mealy ego albo pozostaje się przy automacie Moore a. Graf przejść i wyjść zawiera pełną informację o układzie. W grafie umieszczone są informacje o liczbie stanów wewnętrznych układu cyfrowego S i wektorze wejść i wyjść. Wierzchołki grafu odpowiadają stanom wewnętrznym układu. Gałęzie grafu odpowiadają wektorowi wejść i opisują przejście pomiędzy dwoma stanami. Gałąź jest wyposażona w zwrot, który określa kierunek przechodzenia z bieżącego stanu do następnego. Tak opisywana jest funkcja przejść. Stan wyjść w automacie opisuje się zależnie od typu automatu. W automacie Moore a wartości wyjściowe zależą bezpośrednio od stanu, w którym znajduje się automat. Wartości wyjściowe bezpośrednio przyporządkowane są wierzchołkom grafu. W automacie Mealy ego wartości wyjściowe zależą od stanu, w którym znajduje się automat i od wektora wejściowego. Dlatego, w tego typu automatach wartości wektora wyjść umieszczone są obok w gałęziach obok wektora wejściowego. 2 Projektowanie układów sterowania sekwencyjnego Punktem wyjścia do projektowania układu asynchronicznego jest opis słowny, przebieg czasowy sygnałów wejściowych i wyjściowych, graf lub tabela przejść i wyjść. Proces projektowania realizowany jest zgodnie z następującymi etapami: 1. Wyznaczenie grafu przejść i wyjść na podstawie opisu słownego lub przebiegów czasowych sygnałów wejściowych i wyjściowych. 2. Sporządzenie pierwotnej tabeli przejść i wyjść. 3. Redukcja pierwotnej tabeli przejść i wyjść. 4. Wyznaczenie funkcji przejść. 5. Wyznaczenie funkcji wyjść. mgr inż. Bartosz Brzozowski 5

n n+1 0 1 1 01 n 11 0 0 0 1 1 1 Proces projektowania zostanie przedstawiony na przykładzie układu, którego tabela przejść i wyjść podana jest powyżej. Układ będzie pracować synchronicznie zgodnie z taktami zegarowymi podawanymi na wejście dodatkowe clock. W układzie wartości wyjść równe są stanowi układu n : y = n W tabelo n+1 oznacza stan następny względem stanu n, taki zapis przedstawia następstwo stanów. Po wprowadzeniu wejścia zegarowego otrzymamy tabelę: n clock A B 000 001 011 01111 101 100 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 Zgodnie z tabelą, jeżeli sygnał zegarowy ma wartość 0 to jest utrzymywany aktualny stan niezależnie od stanu wejść A i B. Jeżeli sygnał zegarowy clock przyjmuje wartość 1, to występują trzy przypadki: 1. dla wektora wejściowego (A, B) [1 0] i [0 0] na wyjściu układu będzie wartość 1, 2. dla wektora wejściowego (A, B) [1 1] na wyjściu układu będzie wartość 0, 3. dla wektora wejściowego (A, B) [] na wyjściu układu będzie utrzymana wartość stanu n, tak jak dla clock=0. Układ posiada dwa stany wewnętrzne (stan wewnętrzny n ), które odpowiednio przyjmują wartość 0 i 1. 000 001 011 010 101 111 110 100 S 1 /0 S 2 /1 111 Rys. 6. Graf przejścia. 000 001 011 010 100 101 110 Na rysunku 6 przedstawiony jest graf przejścia między poszczególnymi stanami. Korzystając tabel przejść (rys. 4.b) dla przerzutnika asynchronicznego rs wyznaczone zostaną tabele odpowiedzialne za wzbudzenie odpowiednio wejścia set i reset przerzutnika. W tabeli 1 sprawdzamy stan n a następnie dla wektora wejściowego <A, B> określamy jaki będzie następny stan n+1, np. dla n = 0 i wektora wejściowego <1, 0> ( clock = 1) następny stan jest równy n+1 =1. Zgodnie z tabela przejść (rys. 4.b) aby przejść ze stanu 0 1 należy na wejściu set ustawić wartość 1 a na wejściu reset ustawiona jest wartość 0 (dla n =1 i wektora =<1, 0> wartość n+1 =1, co zgodnie z tabelą przejść przerzutnika sr przypisuje wejściu set wartość nieokreśloną -, natomiast wejściu reset wartość 0). W odpowiednich polach tabeli wzbudzeń wejścia set i reset umieszczamy wartość wynikające z tabeli przejść przerzutnika sr. mgr inż. Bartosz Brzozowski 6

Tabela dla wejścia ustawiającego S (set) jest następująca: n clock A B 000 001 011 01111 101 100 0 0 0 0 0 1 - - - - - 0 - - Abu wyznaczyć najprostszą postać funkcji wzbudzeń najwygodniej zastosować minimalizację funkcji logicznych metodą Karnaugh a. W tym celu warto przekształcić tabelę dla wejścia ustawiającego S w taki sposób aby stan odpowiadający wejściu clock (C) znalazł się razem ze stanem wewnętrznym n. Następnie zgodnie z zasadą minimalizacji metodą tablicy Karnaugh a należy zaznaczyć odpowiednie grupy i wypisać funkcję wzbudzeń dla wejścia set. C n 00 01 11 10 00 0 0 0 0 01 - - - - 11 - - 0-1 0 Funkcja wzbudzeń dla wejścia set jest następująca: S n = CB = (clock)b Analogicznie należy postąpić dla wejścia ustawiającego R (Reset), dla którego tabela jest następująca: n clock A B 000 001 011 01111 101 100 0 - - - - 0 - - 0 1 0 0 0 0 0 0 Tablica Karnaugh a po przekształceniach przyjmuje postać: C n 00 01 11 10 00 - - - - 01 0 0 0 0 11 0 0 10 0 - - 0 I ostatecznie funkcja wzbudzeń dla wejścia reset jest następująca: R n = C = (clock) clock S SET y A R CLR B Rys. 7. Realizacja układu sterowania. Podany przykład można zrealizować jako układ elektroniczny (Rys. 7) lub zaprogramować sterownik PLC (Rys 8). mgr inż. Bartosz Brzozowski 7

Rys. 8. Program napisany w języku drabinkowym. 3 Programowanie sterowników PLC W sterownikach PLC wykorzystuje się specjalne cewki, które umożliwiają zapamiętanie stanu. Stan zapamiętany jest przez cewkę SET (S), natomiast kasowany jest przez cewkę RESET (R). Wymienione cewki podlegają zasadom adresowania tak jak każdy inny element. Jednak przy adresowaniu cewek SET i RESET występuje pewne odstępstwo. Podstawową zasadą przy programowaniu sterowników jest przypisywanie niezależnych adresów dla każdego wyjścia (cewki). Cewki SET i RESET posiadają ten sam adres. Ponadto cewek SET i RESET o tych samych adresach może być więcej, zależnie od realizowanego adresu. Cewka w programie zawsze jest poprzedzona przez elementy stykowe, które można traktować jak funkcje wzbudzeń cewki SET i RESET. Jeżeli funkcja wzbudzeń przyjmie wartość logiczną 1, to cewka SET zapamięta tę wartość i przejście funkcji wzbudzeń w stan niski nie zmieni wartości zapisanej pod adresem przyporządkowanym tej cewce. Zapamiętany stan pod adresem cewki SET jest utrzymywany tak długa, aż funkcja wzbudzeń cewki RESET przejdzie w stan wysoki. Wtedy nastąpi wyzerowanie stanu pod wskazanym adresem (SET ustaw, RESET zeruj). Dominacja wejścia RESET Dominacja wejścia SET Rys. 9. Dominacja w przerzutniku sr. mgr inż. Bartosz Brzozowski 8

Zależnie od położeni funkcji SET i RESET, występuj zjawisko dominacji danego polecenia. Sterownik PLC wykonuje kolejne linie. Polecenie wykonane później jest dominującym. Jeżeli jednocześnie zostaną aktywowane wejścia SET i RESET, to o stanie zapamiętanym pod adresem cewek będzie wartość ustawiona w niższej linii programu (Rys. 9). Oprócz cewki SET i RESET wykorzystane zostaną cewki zbocza narastającego i zbocza opadającego (Rys. 9). Cewki te umożliwiają zmianę stanu tylko przy przechodzeniu ze stanu niskiego do wysokiego lub ze stanu wysokiego do niskiego. Cewki te wykorzystywane zostaną do realizacji funkcji zegara, co umożliwi przełączenie stanów w określonych momentach. Wykorzystanie tych cewek jest niezbędne ze względu na rozróżnienie zmiany stanów. W trakcie realizacji zadania niezbędne jest przełączanie zmiany stanów przez zewnętrzny sygnał zegarowy, który jest symulowany przez dodatkowe wejście wraz z cewką z narastającym lub opadającym zboczem. Cewki te znajdują się na pasku narzędziowym (rys. 10). Cewki ze zboczem narastającym i opadającym Cewki SET i RESET Rys. 10. Cewki na pasku narzędziowym. 4 Przebieg ćwiczenia. Proszę zaprojektować sekwencyjny układ sterowania dla podanego przez prowadzącego zadania. Przed przystąpieniem do wykonania ćwiczenia należy zapoznać się z załącznikami zawartymi w instrukcji. Następnie, należy zaprogramować sterownik PLC, z użycie języka LD, którego działanie powinno być zgodne z postawionym zadaniem. Każdy ze studentów przygotowuje oddzielny program i przedstawia prowadzącemu wraz z protokołem najpóźniej na zakończenie ćwiczenia laboratoryjnego. Przed zajęciami należy dokładnie zapoznać się z metodami projektowania układów sekwencyjnych. 5 Sprawozdanie Po przeprowadzeniu ćwiczenia, każdy ze studentów przygotowuje indywidualnie sprawozdanie, które zawiera: 1. Treść zadania. 2. Graf. 3. Tabelę przejść i wyjść. 4. Tabelę funkcji wzbudzeń wejścia SET i RESET. 5. Funkcje logiczne wzbudzeń wejścia SET i RESET. 6. Program napisany w języku LD (rysunek przedstawiający program w języku drabinkowym). mgr inż. Bartosz Brzozowski 9

7. Zestawienie wejść i wyjść układu sekwencyjnego z fizycznymi adresami wejść i wyjść w sterowniku PLC (przykładowa tabela zamieszczona poniżej). Lp. Nazwa Adres Typ 1. A %I00001 Wejście 2. B %I00002 Wejście 3. Clock %I00012 Wejście 4. x %00010 Wyjście 5. y %00001 Wyjście Przykładowe elementy sprawozdania można znaleźć w punkcie 2 instrukcji. 6 Pytania sprawdzające przygotowanie do zajęć 1. Proszę omówić najprostszy układ sekwencyjny 2. Proszę omówić typu automatów skończonych i podać najważniejsze różnice między nimi. 3. Proszę omówić sposoby opisu układów sekwencyjnych. 4. Proszę wyznaczyć graf przejść i wyjść ć na podstawie tabeli przejść i wyjść. 5. Proszę wyznaczyć tabelę przejść i wyjść na podstawie grafu przejść i wyjść. 6. Proszę wyznaczyć funkcję wzbudzeń dla wejścia set. 7. Proszę wyznaczyć funkcję wzbudzeń dla wejścia reset. 8. Proszę wykonać rysunek przedstawiający program w języku drabinkowym dla podanej funkcji wzbudzeń. 7 Zadania Proszę zaprojektować układ sekwencyjny, którego poszczególne stany podane są w tabelach poniżej, natomiast wyjście y= n,. W zadaniu należy uwzględnić dodatkowe wejście zegarowe, które synchronizuje pracę układu sekwencyjnego. 1. 2. n+1 00 0 0 0 01 1 1 1 11 0 0 0 10 0 0 0 n+1 00 n 01 1 1 1 11 0 0 0 10 0 0 0 mgr inż. Bartosz Brzozowski 10

3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. n+1 00 n 01 1 1 1 11 n 10 0 0 0 n+1 00 n 01 1 1 1 11 0 0 0 10 n n+1 00 n 01 n 11 1 1 1 10 0 0 0 n+1 00 n 01 0 0 0 11 1 1 1 10 0 0 0 n+1 00 n 01 0 0 0 11 1 1 1 1 1 1 n+1 00 n 01 1 1 1 11 1 1 1 10 0 0 0 n+1 0 1 1 01 n 11 1 1 1 10 0 0 0 mgr inż. Bartosz Brzozowski 11

10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. n+1 00 n 01 n 11 0 0 0 1 1 1 n+1 00 n 01 0 0 0 11 n 1 1 1 n+1 00 n 01 0 0 0 11 1 1 1 10 n n+1 0 1 1 01 n 11 0 0 0 10 n n+1 00 0 0 0 01 1 1 1 11 0 0 0 10 n n+1 00 0 0 0 01 1 1 1 11 n 10 n n+1 00 0 0 0 01 1 1 1 11 1 10 n mgr inż. Bartosz Brzozowski 12

Załącznik 1 Instrukcja użytkowania programu Proficy Machine Editor Uruchomienie programu Proficy Machine Editor nastąpi po wybraniu ikony znajdującej się na pulpicie (Rys. A. 1) lub z menu Start. Odnalezienie ikony jest uzależnione od sytemu operacyjnego, który zainstalowany jest na komputerze. Rys. A. 1. Ikona programu Proficy Machine Edition. Rys. A. 2. Uruchomienie nowego projektu. Po uruchomieniu programu pojawi się okno (Rys. A. 2) umożliwiające utworzenie nowego projektu Create a new project using lub wczytać istniejący Open an existing project. W zadaniu proszę wybrać nowy pusty projekt Empty project. Pojawi się okno, w którym wpisujemy nazwę projektu (Rys. A. 3). W ćwiczeniu proszę podać numer grupy. mgr inż. Bartosz Brzozowski 13

Rys. A. 3. Zdefiniowanie nazwy projektu. Po wprowadzeniu powinno pojawić się okno, które przestawione jest poniżej (Rys. A. 4). Rys. A. 4. Okno główne programu Proficy Machine Edition dla zdefiniowanego projektu. Następnie należy przeprowadzić konfigurację sterownika PLC. Wybieramy myszką w oknie Navigator nazwę projektu (Rys. A. 5) a następnie klikamy prawym przyciskiem myszki i wybieram kolejne pola jak przedstawiono na rysunku poniżej (Add Target-GEFanuc Controller-VersaNano/Micro PLC). Wybierając sterownik definiujemy zadanie (target). W projekcie można zdefiniować wiele zadań dla różnych sterowników. mgr inż. Bartosz Brzozowski 14

Rys. A. 5. Przyporządkowanie zadania do projektu. Po wyborze sterownika pojawi się okno Navigator, które przedstawione jest na poniższym rysunku (Rys. A. 6). Rys. A. 6. Okno "Navigator". Następnie zmieniamy nazwę zadania (Rys. A. 7). Wybieramy pole Target1 i klikamy prawym przyciskiem myszy. Z menu kontekstowego wybieramy pole Rename. Następnie wpisujemy nazwę zadania. Podczas ćwiczenia laboratoryjnego należy nadać zadaniu nazwę odpowiadającą według wzorca: imię _ pierwsza litera nazwiska Proszę nie używać znaków z języka polskiego!!! mgr inż. Bartosz Brzozowski 15

Rys. A. 7. Ustawienie nazwy zadania. W następnym kroku należy zdefiniować typ sterownika wykorzystywany w zadania. W oknie Navigator rozwijamy pole Hardware Configuration (Rys. A. 8). W polu tym znajduje się zakładka CPU w nawiasie podany jest typ aktualnie przyjętej jednostki. Program po utworzeniu zadania, ustawia domyślne CPU. W ćwiczeniu posługujemy się innym CPU niż domyślnie ustawione. W związku z powyższym należy kliknąć prawym przyciskiem na jednostce CPU i z rozwiniętego menu kontekstowego wybrać pole Replace Module (Rys. A. 8). Nie dodajemy jednostkę CPU tylko ją zamieniamy. Pojawi się okno, które umożliwia wybór odpowiedniej jednostki CPU (Rys. A. 9). Wybór jednostki CPU przeprowadzamy na podstawie numeru znajdującego się na panelu czołowym sterownika (Rys. A. 9). Po wybraniu odpowiedniego sterownika i zatwierdzeniu wyboru okno Navigator powinno wyglądać jak na Rys. A. 9. Rys. A. 8. Wybór jednostki CPU. mgr inż. Bartosz Brzozowski 16

Rys. A. 9. Typ jednostki CPU (IC200UDR020). Po konfiguracji sterownika można przystąpić do programowania w języku drabinkowym. Po napisaniu programu i podłączeniu sterownika do komputera można przeprowadzić procedurę komunikacji. Wybieramy na pasku narzędziowym przełącznik przejścia z trybu off-line do on-line (charakterystyczny piorun - Rys. A. 10). Uruchomiona zostanie procedura komunikacyjna. Podczas komunikacji pojawi się okno sygnalizujące połączenie Conecting (Rys. A. 10). mgr inż. Bartosz Brzozowski 17

Rys. A. 10. Przejście w tryb on-line. Komunikacja ze sterownikiem. Rys. A. 11. Okno "Navigator" po komunikacji ze sterownikiem. Przejście w tryb on-line z monitorowaniem stanu sterownika. Na rysunku przedstawiony jest widok okna Navigator po wykonaniu procedury komunikacyjnej (Rys. A. 11). Znajdujący się obok zadania prostopadłościan zmienił kolor na niebieski co oznacza komunikację ze sterownikiem (przejście w tryb on-line) i monitorowanie jego stanu. Sterownik nie realizuje programu ale jest gotowy do pracy. Załącznik 2 Programowanie w języku drabinkowym LD. Podana poniżej instrukcja nie obejmuje pełnej problematyki programowania, tylko porusza aspekty niezbędne do zrealizowania ćwiczenia. Przygotowanie programu można podzielić na następujące etapy. Etap pierwszy obejmuje przygotowanie struktury programu w języku LD. Na tym etapie wykorzystując myszkę należy umieścić odpowiednie elementy takie jak styk normalnie rozwarte, styki normalnie zwarte i cewki. Poszczególne elementy muszą być połączone w odpowiednią strukturę. mgr inż. Bartosz Brzozowski 18

Na rysunkach podane są kolejne kroki niezbędne do zbudowania programu. Przed przygotowaniem programu należy w zakładce Navigator rozwinąć gałąź Logic/Program Blocks/_MAIN. Następnie dwukrotnie klikamy na polu _MAIN. Powinno pojawić się okno główne jak przedstawione na rysunku B.1. Klikając na łapce przełączmy do trybu pracy online. Okno z szarego zmieni się na białe. Rys. B. 1. Przełączenie bloku głównego programu do trybu online. Proces budowania programu sprowadza się do przenoszenia odpowiednich bloczków z paska narzędziowego i umieszczaniu w kolejnych wierszach i kolumnach. Na rysunku B.2, B.3, B.4 przedstawiony jest pasek narzędziowy ze stykiem normalnie otwartym, cewką i stykiem normalnie zamkniętym. Styk normalnie otwarty oznacza rozwarcie styku przy braku sygnału sterującego. Można powiedzieć, że taki styk jest zawsze rozwarty przy braku zasilania. Natomiast styk normalnie zamknięty jest przeciwieństwem styku normalnie otwartego. Przy braku sygnału sterującego styki są zwarte. Cewka jest elektem wyjściowym. Element ten ma wiele znaczeń i należy rozumieć go jako ten element, który realizuje funkcje logiczną zdefiniowaną przez styki. W naszym przypadku będzie to dioda zapalająca się na symulatora. Element ten nosi nazwę cewki ponieważ symbolizuje on cewkę przekaźnika, która włącza kolejne styki. Rys. B. 2. Wstawianie styku normalnie otwartego. Rys. B. 3. Wstawianie cewki. mgr inż. Bartosz Brzozowski 19

Rys. B. 4. Styk normalnie zamknięty. Podczas programowania sterowników wykorzystujemy struktury złożone. Styki mogą być łączone szeregowo, równolegle, szerowo-równolege i równolegle szeregowo. Na rysunku poniżej przedstawiono strukturę szeregową odpowiednik AND, równoległą - OR, negacje - NOT oraz strukturę równoległo szeregową, która odpowiada bramce XOR. Rys. B. 5. Struktury złożone. mgr inż. Bartosz Brzozowski 20

Rys. B. 6. Wstawianie dodatkowych linii. Podczas tworzenie złożonych struktur niezbędne jest wstawianie pionowych i poziomych linii łączących poszczególne elementy struktury. Do tego służy Horizontal\Vertical Wire (rys. B.6), znajdujące się na pasku narzeczowym. Po zaznaczeniu myszka i najechaniu kursorem myszy w wybrany punkt, narzędzie samo definiuje czy wstawić pionową czy poziomą kreskę. Jeżeli uznamy, że ustawienie jest prawidłowe to klikamy w wybranym punkcie myszą. Usuwanie elementów oraz linii sprowadza się do zaznaczenia wybranego elementu, włączenia prawym przyciskiem myszy menu kontekstowego i wybraniu pola Delete (rys. B.7) lub naciśnieciu klawisza klawiatury Delete. Rys. B. 7. Usuwanie linii i elementów programu. mgr inż. Bartosz Brzozowski 21

Etap drugi obejmuje nadanie adresów poszczególnym elementom. Każdemu wejściu sterownika odpowiada adres w pamięci. Format adresu w sterowniku jest następujący: % Mnemonik określający obszar pamięci kolejny numer zaczynający się od 1 Adres jest poprzedzony znakiem %. Mnemonik określa obszar pamięci do którego ma być przypisany element. Podczas realizacji zadania będziemy posługiwać się następującymi mnemonikami: I obszar wejść %I0001 oznacza wejście sterownika bit nr 1, obszar wyjść np. %0001 - oznacza wyjście sterownika bit nr 1. Adres wprowadzamy przez kliknięcie dwukrotnie lewym przyciskiem myszy na wybranym elemencie a następnie wpisaniu adresu w otwartym menu. W aktywnym polu można wpisać adres lub użyć formy skróconego zapisu podając numer bitu a następnie obszar pamięci, do której ma być zapisany. Po wprowadzeniu adresu nad stykiem lub cewką powinien pojawić się adres. Na rysunku B.8 przedstawiono kolejne etapy wprowadzania adresu. Rys. B. 8. Ustawianie adresów wejść. Etap trzeci. Po utworzeniu struktury i wprowadzeniu adresów można zapisać program do pamięci sterownika a następnie uruchomić go. Jest to ostatni trzeci etap przy programowaniu sterowników PLC. Wybieramy na pasku narzędziowym przełącznik przejścia z trybu off-line do on-line (charakterystyczny piorun - Rys. A. 10). Uruchomiona zostanie procedura komunikacyjna. Podczas komunikacji pojawi się okno sygnalizujące połączenie Conecting (Rys. A. 10). Na pasku narzędziowym poszukujemy pola do zapisu programu i uruchomienia sterownika Download and Start Active Target (rys. B.9). Po wyborze przycisku otworzy się okno, które umożliwia zapis programu, konfiguracji sterownika lub warunków początkowych (rys. B.10 i B.11). Podczas realizacji zadania wybieramy zapis tylko programu Logic (rys. B.11). mgr inż. Bartosz Brzozowski 22

Rys. B. 9. Włączenie procedury zapisu do pamięci sterownika (Download and Start Active Target). Rys. B. 10. Zapis programu do sterownika. Rys. B. 11. Okno zapisu - konfiguracja sprzętowa, zapis programu, zapis warunków początkowych. mgr inż. Bartosz Brzozowski 23

Rys. B. 12. Aktywacja wyjść sterownika. Rys. B. 13. Sterownik w trybie on-line uruchomiony program. Program w edytorze _MAIN zgodny z programem w sterowniku. Po prawidłowym zapisaniu programu pojawi się pytanie o aktywacje wyjść (rys. B.12). Zaznaczamy zgodę na aktywację. Następnie żądając przełącznikami odpowiednie wektory wejściowe możemy testować prawidłowość działania przygotowanego programu. Na rysunku B.12 przedstawione jest okno po zapisaniu programu. Obok zadania pojawił się zielony sześcian, który sygnalizuje pracę sterownika w trybie on-line z uruchomionym programem i zapisany program jest zgodny z programem zbudowanym w edytorze _MAIN. mgr inż. Bartosz Brzozowski 24

Załącznik 3 Przedmiot: Podstawy automatyki i automatyzacji Temat ćwiczenia laboratoryjnego: Nazwa grupy szkoleniowej: Projekt sekwencyjnego układu przełączającego z wykorzystaniem sterownika programowalnego... Imię i nazwisko wykonującego ćwiczenie:. Numer legitymacji/albumu/indeksu:. Data wykonania ćwiczenia: Imię i nazwisko prowadzącego ćwiczenie: mgr inż. Bartosz Brzozowski Tabela oceny wykonania ćwiczenia: Lp.. Zadanie Poprawnie? Tak Nie 1. Narysowanie grafu przejścia między stanami 2. Wypełnienie tabel przejść i wyjść oraz funkcji wzbudzeń 3. Wyznaczenie funkcji logicznych wzbudzeń 4. Program napisany w języku LD 5. Poprawnie działający program w języku LD Ocena

Protokół Projekt sekwencyjnego układu przełączającego z wykorzystaniem sterownika programowalnego 1. Treść zadania Proszę zaprojektować układ sekwencyjny, którego poszczególne stany podane są w tabeli poniżej, natomiast wyjście y= n,. W zadaniu należy uwzględnić dodatkowe wejście zegarowe, które synchronizuje pracę układu sekwencyjnego. n n+1 00 01 11 10 2. Tabela przejść i wyjść. n 0 1 clock A B 000 001 011 01111 101 100 3. Graf mgr inż. Bartosz Brzozowski 1

Protokół Projekt sekwencyjnego układu przełączającego z wykorzystaniem sterownika programowalnego 4. Tabela funkcji wzbudzeń wejścia SET i RESET. SET n 0 1 clock A B 000 001 011 01111 101 100 RESET n 0 1 clock A B 000 001 011 01111 101 100 5. Funkcje logiczne wzbudzeń wejścia SET i RESET. mgr inż. Bartosz Brzozowski 2

Protokół Projekt sekwencyjnego układu przełączającego z wykorzystaniem sterownika programowalnego 6. Zestawienie wejść i wyjść układu sekwencyjnego z fizycznymi adresami wejść i wyjść w sterowniku PLC Lp. Nazwa Adres Typ 1. 2. 3. 4. 5. 7. Program napisany w języku LD (rysunek przedstawiający program w języku drabinkowym). mgr inż. Bartosz Brzozowski 3