Politechnika Gdańska Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki Katedra Systemów Geoinformatycznych Aplikacje Systemów Wbudowanych Programowalne Sterowniki Logiczne (PLC) Krzysztof Bikonis Gdańsk, 2016
Programowalne sterowniki logiczne PLC (Programmable Logic Controllers), nazywane także sterownikami programowalnymi, należą do rodziny systemów wbudowanych. Wykorzystywane są głównie w zastosowaniach przemysłowych. Praca sterowników PLC polega na monitorowaniu wejść analogowych i cyfrowych, podejmowaniu decyzji w oparciu o program (algorytm działania) użytkownika oraz odpowiednim sterowaniu wyjściami. 2
3
4
5
6
7
Wejście PLC akceptuje różne sygnały wejściowe, cyfrowe, lub analogowe, pochodzące z zewnętrznych urządzeń (czujników), przetwarzane następnie do postaci sygnałów logicznych, które stają się zrozumiałe dla CPU. Jednostka CPU podejmuje decyzje i wykonuje funkcje sterowania bazując na instrukcjach programowych zawartych w pamięci. Moduły wyjściowe przetwarzają funkcje sterowania z CPU do takiej postaci sygnałów (cyfrowych, lub analogowych), jakich wymaga aplikacja. Dodatkowy interfejs operatorski (pulpit sterowniczy) umożliwia wyświetlanie informacji o realizowanym procesie sterowania i wprowadzanie nowych parametrów kontrolnych. 8
Powiązanie sterownika PLC z obiektem 9
Pamięć podzielona jest na obszary Obszar systemu operacyjnego Obszar pamięci programu użytkownika Obszar wejść (stany wejść po odczycie) Obszar wyjść (stany wyjść przed zapisem na fizyczne wyjścia) Obszar zmiennych (wyniki obliczeń) Obszar liczników (parametry konfiguracyjne) Obszar zegarów (wartość aktualna zliczonego czasu) 10
Sterowanie konwencjonalne, to stałe połączenia aparatury stycznikowo- przekaźnikowej i elementów obiektowych. Okablowanie połączeń logicznych pomiędzy urządzeniami i stykami przekaźników wykonywane jest w programie zapisanym w pamięci PLC. 11
Elementy wykonawcze umożliwiają zainicjowanie sygnałem elektrycznym wychodzącym z PLC działanie jakiegoś urządzenia. Czujniki są elementami, które przekształcają parametry charakteryzujące zjawiska fizyczne na sygnały elektryczne akceptowane przez PLC. 12
Wejście dyskretne może znajdować się w jednym z dwóch stanów: załączone (ON) lub wyłączone (OFF). Przyciski Przełączniki dwustanowe Wyłączniki krańcowe Czujniki zbliżeniowe 13
Sterownik PLC Wejście analogowe to wejście, do którego podłącza się sygnał ciągły mogą być przystosowane do pomiaru prądu (0.. 20 ma, 4.. 20 ma), lub napięcia (0.. 10 V). 14
Sterownik PLC Wyjście dyskretne jest wyjściem, które może być włączone (ON) lub wyłączone. 15
Sterownik PLC Wyjście analogowe jest wyjściem, na którym jest generowany sygnał ciągły w czasie (np. sygnał napięciowe 0.. 10 V). 16
Jednostka centralna sterownika PLC (CPU) To system mikroprocesorowy, który zawiera pamięć systemową oraz podejmuje decyzje określające sposób działania sterownika Monitoruje wejścia i podejmuje decyzje w oparciu o instrukcje zawarte w pamięci programu Odpowiada za realizację wszystkich procesów sterowania: przełączania, zliczania, synchronizację i porównanie danych oraz operacje sekwencyjne 17
Logika drabinkowa (LAD) to jeden z języków używanych do programowania PLC. W logice drabinkowej są wykorzystywane komponenty w postaci schematu liniowego do opisania sterowania. Schemat drabinkowy 18
19
Programowanie Program składa się z jednej, lub kilku instrukcji Instrukcje realizują zadanie Programowanie sterowników polega na konstruowaniu zestawów prostych instrukcji Pierwsza instrukcja Druga instrukcja 20
Kolejność przetwarzania programu 21
Schemat przetwarzania programu drabinkowego 22
Pętla programowa Program wykonywany jest w pętli, jako powtarzający się proces nazywany skanowaniem Czas cyklu zależy od rozmiaru programu, liczby wejść/wyjść oraz od liczby niezbędnych procesów komunikacji 23
Przykłady aplikacji Włącznik 24
Przykłady aplikacji Włącznik 25
Przykłady aplikacji Włącznik 26
Wejścia i wyjścia analogowe Typowe zakresy 0.. 10 V i 4.. 20 ma Służą do przedstawiania zmieniających się wartości prędkości, temperatury, ciężaru i poziomu Sygnały ciągłe przetwarzana są do postaci cyfrowej 27
Liczniki czasu Rozpoczyna zliczanie po otrzymaniu sygnału zezwolenia Wyjście jest w stanie 0 tak długo, jak aktualnie odmierzany czas jest krótszy od wartości zadanej Kiedy aktualnie zmierzony czas będzie dłuższy od wartości zadanej, to wyjście będzie w stanie 1 28
Liczniki zdarzeń Porównują zakumulowaną wartość zliczoną z wartością zadaną Zliczają zdarzenia do nastawionej wartości w celu realizacji kolejnego kroku algorytmu Wykonywanie określonego zadania do momentu, kiedy licznik osiągnie nastawioną wartość zadaną 29
Przykłady aplikacji Napełnianie zbiornika 30
Przykłady aplikacji Napełnianie zbiornika 31
Przykłady aplikacji Napełnianie zbiornika 32
Przykłady aplikacji Napełnianie zbiornika 33
Przykłady aplikacji Sygnalizator 34
Przykłady aplikacji Sygnalizator 35
Przykłady aplikacji Sygnalizator 36
Przykłady aplikacji Sygnalizator 37
Światowy rynek producentów PLC 38
Sterownik GE Fanuc Micro 90 sterujący modelem linii montażowej. W modelu występują czujniki następujących typów: optyczne (5), indukcyjne (4), pojemnościowe (1) oraz klawisze sterujące (2). Jako elementy wykonawcze zestaw zawiera: transportery łańcuchowe (1), transportery taśmowe (1) i wybijaki elektromagnetyczne (3). 39
Sterownik GE Fanuc Versa Max wraz z modelem sygnalizacji świetlnej na skrzyżowaniu. Do wejść sterownika podłączone są następujące elementy modelu: klawisze symulujące działanie pętli indukcyjnych schowanych pod nawierzchnią drogi (4), klawisz żądania zapalenia zielonego światła na przejściu dla pieszych. Wyjścia występujące w modelu (diody LED) realizują sygnalizację świetlną na skrzyżowaniu (11). 40
Sterownik STESAR wraz z modelem windy. Model windy wykorzystywany w zestawie podaje na wejścia sterownika następujące informacje: położenie kabiny windy (4 czujniki optyczne), informację o osiągnięciu pozycji krańcowej górnej/dolnej (1). Do dyspozycji jest również pulpit sterowniczy posiadający 24 klawisze do wykorzystania przy sterowaniu modelem windy. 41
42