Uniwersytet zielonogórski wydział elektrotechniki, informatyki I telekomunikacji instytut inżynierii elektrycznej praca dyplomowa inżynierska współpraca sterowników plc z czujnikami pomiarowymi



Pobieranie 322.35 Kb.
Strona1/6
Data28.04.2016
Rozmiar322.35 Kb.
  1   2   3   4   5   6
UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI, INFORMATYKI I TELEKOMUNIKACJI

INSTYTUT INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ




PRACA DYPLOMOWA INŻYNIERSKA

Współpraca sterowników PLC

z czujnikami pomiarowymi

Pracę wykonał:



Marcin Wieczorek

Nr albumu :


Prowadzący:

dr inż. Grzegorz Kobyłecki

Zielona Góra, Wrzesień 2004

SPIS TREŚCI
1. Wstęp..................................................................................................................


    1. Wprowadzenie.................................................................................................................

1.2. Cel i zakres pracy............................................................................................................
2. Ogólne wiadomości na temat sterowników PLC.......................................
3. Przegląd sterowników PLC...............................................................................
2.1. Sterownik typu GE FANUC.........................................................................

2.2. Sterownik typu SIEMENS............................................................................

2.3. Sterownik typu ALLEY BRADLEY............................................................

2.4. Sterownik typu SCHNEIDER.......................................................................


4. Zastosowanie czujników pomiarowych w systemach ze sterownikami PLC
3.1. Pomiar prędkości obrotowej...................................................................

3.2. Pomiar temperatury................................................................................

3.3. Pomiar wielkości elektrycznych............................................................

3.4. Inne czujniki specjalne...........................................................................


5.Stanowisko laboratoryjne do badania czujników temperatury........................
4.1. Założenia.................................................................................................

4.2. Stanowisko laboratoryjne........................................................................

4.3. Oprogramowanie sterownika..................................................................

4.4. Wizualizacja.............................................................................................


6. Podsumowanie i wnioski końcowe...................................................................
7. Literatura i załączniki...........................................................................................


1. Wstęp

Programowalne sterowniki logiczne (PLC ang. Programmable Logic Controllers), nazywane także sterownikami programowalnymi, należą do szeroko rozumianej rodziny komputerów. Wykorzystywane są głównie w zastosowaniach przemysłowych. Praca PLC polega na monitorowaniu wejść analogowych i cyfrowych, podejmowaniu decyzji w oparciu o program (algorytm działania) użytkownika oraz odpowiednim sterowaniu wyjściami

Sterowniki swobodnie programowalne (PLC) coraz częściej wyposażone są

W przetworniki analogowo-cyfrowe oraz cyfrowo-analogowe. Umożliwia to


Połączenie sterowania procesem dyskretnym z regulacją wielkości ciągłych.

Zintegrowanie w jednym urządzeniu funkcji sterownika PLC i regulatora wymaga

jednak spełnienia szeregu wymagań wynikających z odmiennego charakteru

pracy obu tych urządzeń.


Sterowniki (PLC) stają się obecnie najczęściej stosowanym mikroprocesorowym


urządzeniem automatyki. Moc obliczeniowa stosowanych w nich systemów

mikroprocesorowych jest znaczna i dlatego obserwuje się stałe rozszerzanie

funkcji sterowników PLC.

Urządzenia te, zasadniczo przeznaczone do programowej realizacji układów

przełączających z uzależnieniami czasowymi oraz ilościowymi.

Odzwierciedla to struktura ich programowania stałego (systemowego).


Oprogramowanie stałe sterownika PLC powinno ułatwiać realizację takich


Zadań – typowych dla sterowania procesem produkcyjnym – jak np.:

  • Normalne (technologiczne) uruchomienie układu

  • Automatyczny restart po powrocie napięcia zasilania

  • Obsługa normalnego (technologicznego) wyłączania

  • Obsługa awaryjnego wyłączania wywołanego zanikiem napięcia zasilania

  • Obsługa awaryjnego wyłączania wywołanego zdarzeniami procesowymi

  • Natychmiastowe reakcje na wybrane zdarzenia zewnętrzne

  • Reagowanie na zawieszenie sterownika

2 Ogólne wiadomości na temat sterowników PLC

  • Podstawowe bloki funkcjonalne programowanego sterownika logicznego PLC.

Sterowniki PLC zbudowane są z: modułów wejściowych, jednostki centralnej

(CPU) oraz modułów wyjściowych.

Wejścia PLC akceptują różne sygnały wejściowe, cyfrowe lub analogowe;

pochodzące z zewnętrznych urządzeń (czujników) przetwarzane następnie do

postaci sygnałów logicznych, które stają się zrozumiale 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.

Instrukcje programowe określają, co powinien wykonać PLC przy

określonym stanie wejść i w danej sytuacji.

Dodatkowy interfejs operatorski (pulpit sterowniczy) umożliwia wyświetlanie

informacji o realizowanym procesie sterowania i wprowadzanie nowych

parametrów kontrolnych.


- wymiary

- maks. liczba we/wy cyfrowych oraz analogowych

- maks. pamięć programu

- maksymalna ilość dołączanych modułów

- interfejsy umożliwiające rozszerzenie (np. IM365 lub IM360/361)

- moc obliczeniowa CPU

- protokół komunikacyjny z innymi elementami systemu (np. MPI,

PROFIBUS, Ethernet)

- czas wykonania instrukcji

- interfejsy do systemów IT i sieci WWW

- zakres temperatur pracy

- rodzaj szyny na której montowany jest sterownik

- możliwości programowania (obsługiwane języki programowania: FBD,

SFC)

- odporność mechaniczna




  • Pamięci danych i programu w programowanych sterownikach logicznych.

W pamięci sterownika wyodrębniona jest pewna ilość miejsca do przechowywania chwilowych wyników operacji. W sterownikach PLC rozróżniamy 4 tryby adresowania: bitowo, bajtowo, wyrazowo oraz przy pomocy dwóch słów. Adresując słownie operujemy na 16-tu bitach i przy pomocy dwóch słów na 32-ch bitach.



Pamięć w sterowniku służy do przechowywania programu oraz informacji pośrednich, powstających w trakcie jego wykonywania. Jest to pamięć typu RAM, nieulotna np. EPROM lub EEPROM. Podział pamięci na pamięć operacyjną i pamięć programu nie jest sztywny. Najczęściej w trakcie uruchamiania i testowania, program jest zapisywany w pamięci operacyjnej RAM. Ostateczna jego wersja może być tam pozostawiona albo zapisana na “trwałe” w pamięci stałej.


  • Układy wejścia i wyjścia programowanych sterowników logicznych.



Wejście dyskretne – określane także mianem: „wejścia cyfrowego”, może znajdować się w jednym z dwóch stanów: załączone (ON) lub wyłączone (OFF). Przyciski, przełączniki dwustanowe, wyłączniki krańcowe oraz czujniki zbliżeniowe to przykłady czujników dyskretnych, które są podłączane do dyskretnych (cyfrowych) wejść sterowników. W stanie załączenia (ON) dyskretne wejście odpowiada logicznej jedynce lub stanowi wysokiemu. W stanie wyłączenia (OFF) dyskretne wejście odpowiada logicznemu zeru lub stanowi niskiemu. Wiele sterowników wymaga oddzielnego zasilacza dla zasilania wejść. W stanie otwartym na wejściu PLC nie występuje napięcie. Jest to stan wyłączenia (OFF). Kiedy przycisk zostaje wciśnięty, napięcie np.: 24VDC zostaje dołączone do wejścia PLC. Jest to stan załączenia (ON).
Wyjście dyskretne – jest wyjściem, które może być włączone (ON) lub wy łączone (OFF). Zamieniają sygnały binarne sterownika na sygnały prądu stałego lub przemiennego potrzebne do wysterowania urządzeń wyjściowych. Cewki przekaźników oraz lampki to przykładowe urządzenia wykonawcze podłączane do wyjść dyskretnych. Wyjścia dyskretne mogą być również nazywane wyjściami cyfrowymi.
Wejście analogowe – to wejście, do którego podłącza się sygnał ciągły. Typowe wejścia analogowe różnią się właściwościami. np. mogą być przystosowane do pomiaru prądu (spotykane zakresy to 0..20mA oraz 4..20mA) lub napięcia (np. 0..10V).
Wyjście analogowe – jest wyjściem, na którym jest generowany sygnał ciągły w czasie. Na wyjściu może być wytwarzany np. sygnał napięciowy zakresu 0..10VDC, który steruje wskaźnikiem analogowym (wychyłowym). Przykładowo, do wyjść analogowych są dołączane wskaźniki prędkości, ciężaru i temperatury. Sygnał wyjściowy może być również używany przy bardziej złożonych zastosowaniach, takich jak np. zamiana prądu na ciśnienie, które reguluje pneumatycznym zaworem przepływu itp.



  • Budowa i parametry dwustanowych układów wejścia sterowników logicznych.

Najprostsze w działaniu czujniki dwustanowe taki jak: przyciski, przełączniki i styki, mogą mieć zestyki zwarte w stanie czuwania (NC) lub rozwarte (NO).


Wejścia dyskretne, nazywane również wejściami cyfrowymi (ang. digital inputs) zamieniają pochodzące z urządzeń (przyciski, przełączniki, wyłączniki krańcowe, etc.) sygnały prądu stałego lub przemiennego na sygnały logiczne (dwustanowe) akceptowane przez sterownik.

W produkowanych obecnie sterownikach do takiej zamiany wykorzystywany jest zazwyczaj przetwornik optyczny, zapewniający dodatkowo optoizolację pomiędzy obwodami wejściowymi a magistralą sterownika (patrz rys. 4.3). W przypadku wejść prądu stałego polaryzacja źródła zasilania obwodów wejściowych zależy od typu zastosowanego układu wejściowego:

-       ujście (ang. SINK IN) tzn. z polaryzacją dodatnią (patrz rys. 4.3 a) nazywane układami o logice dodatniej (najczęściej spotykane),

-       źródło (ang. SOURCE IN) tzn. z polaryzacją ujemną (patrz rys. 4.3 b) nazywane układami o logice ujemnej.


W zależności od typu i wykonania sterownika dwustanowe sygnały wejściowe mogą mieć postać sygnałów napięciowych prądu stałego lub przemiennego o wartości “1”od 5V do 220V (najbardziej rozpowszechnione jest 24V).


  • Budowa i parametry dwustanowych układów wyjścia sterowników logicznych



Wyjścia dyskretne, nazywane również wyjściami cyfrowymi (ang. digital outputs) zamieniają sygnały binarne sterownika na sygnały prądu stałego lub przemiennego potrzebne do wysterowania urządzeń wyjściowych (cewki styczników, lampki kontrolne, etc.).

Zamiany tych sygnałów dokonuje się poprzez zamykanie lub otwieranie zasilanych z zewnętrznego źródła obwodów wyjściowych za pomocą przekaźników (wyjścia przekaźnikowe, ang. Relay Output ) lub łączników tranzystorowych (wyjście „napięciowe”).


W przypadku obwodów wyjściowych z łącznikami tranzystorowymi istnieją dwa rozwiązania (podobnie jak w przypadku wejść prądu stałego):

  • źródło (ang. SOURCE OUT) - najczęściej spotykane

- ujście (ang. SINK OUT)
Budowa i parametry analogowych układów wejścia sterowników logicznych.

Zamieniają pochodzące z czujników sygnały analogowe (ciągłe) na sygnały cyfrowe. Konwersja tych sygnałów realizowana jest za pomocą przetworników analogowo-cyfrowych ADC (ang. Analog to Digital Converter).


Parametrami charakteryzującymi przetworniki ADC i DAC są:

-       zakres napięć wejściowych/wyjściowych (najczęściej ±10 V),

-       rozdzielczość – napięcie przypadające na najmniej znaczący bit przetwornika,

-       czas przetwarzania,

-       częstotliwość przetwarzania.
Budowa i działanie analogowych układów wyjścia sterowników logicznych.

Zamieniają sygnały cyfrowe na sygnały ciągłe sterujące urządzeniami wykonawczymi. Konwersja tych sygnałów realizowana jest za pomocą przetworników cyfrowo-analogowych DAC (ang. Digital to Analog Converter).

Parametrami charakteryzującymi przetworniki ADC i DAC są:

-       zakres napięć wejściowych/wyjściowych (najczęściej ±10 V),

-       rozdzielczość – napięcie przypadające na najmniej znaczący bit przetwornika,

-       czas przetwarzania,

-       częstotliwość przetwarzania.


  • Norma IEC 1131-3 dla programowanych sterowników logicznych.


Norma IEC 1131 składa się z pięciu części:

- Informacje ogólne,

- Sprzęt i wymagania testowe,

- Języki programowania,

- Wytyczne użytkownika,

- Wymiana informacji.


Część trzecia normy, IEC 1131-3, dotyczy języków programowania i stanowi jej najważniejszą część. Przede wszystkim dzięki niej ujednolicono koncepcję programowania PLC tak, aby w oparciu o wprowadzone zasady, użytkownik był w stanie programować bez większych trudności różne systemy PLC.
W części trzeciej normy IEC 1131 zostały zdefiniowane pojęcia podstawowe, zasady ogólne, model programowy i komunikacyjny oraz podstawowe typy i struktury danych. Określono w niej dwie grupy języków programowania: języki tekstowe i graficzne.

W grupie języków tekstowych zdefiniowane zostały następujące języki:



  • Język listy instrukcji IL (Instruction List), będący odpowiednikiem

języka typu assembler

  • Język strukturalny ST (Structured Text), który jest odpowiednikiem

języka algorytmicznego wysokiego poziomu
Do grupy języków graficznych opisanych w normie IEC 1131-3 należą:

  • Język schematów drabinkowych LD (Ladder Diagram), podobny do

stykowych obwodów przekaźnikowych

  • Język schematów blokowych FBD (Function Block Diagram), będący

odpowiednikiem schematów przepływu sygnału dla obwodów logicznych

przedstawionych w formie połączonych bramek logicznych oraz bloków

funkcyjnych takich jak w języku LD.
W normie IEC 1131-3 przedstawiono także sposób tworzenia struktury wewnętrznej programu w postaci grafu sekwencji SFC (Sequential Function Chart), który pozwala na opisywanie zadań sterowania sekwencyjnego za pomocą grafów zawierających etapy (kroki) i warunki przejścia (tranzycji) między tymi etapami.



  • Języki programowania sterowników logicznych.

Program składa się z jednej lub kilku instrukcji, które realizują zadanie.

Programowanie sterowników polega na konstruowaniu zestawów prostych

instrukcji.




Języki tekstowe:


  • Język listy instrukcji IL (Instruction List), będący odpowiednikiem języka typu assembler

Język listy instrukcji IL składa się z sekwencji instrukcji, z których każda

powinna zaczynać się w nowej linii. Instrukcja powinna zawierać nazwę

operatora z ewentualnymi modyfikatorami oraz operand (jeden lub więcej,

oddzielone przecinkami, w zależności od wymagań operatora). Operandami

mogą być stałe lub zmienne.

Przykład:

add 1  dodawanie 1

st counter  Przesłanie wartości wyniku bieżącego do operandu




  • Język STL, będący językiem mnemonicznym, o strukturze podobnej do wewnętrznego języka mikroprocesorów (asemblera).

Język ten pozwala wykorzystać wszystkie zasoby sterownika poprzez dostęp

do wszystkich jego rejestrów (pozwala na użycie funkcji i instrukcji

niedostępnych w innych językach). Instrukcja jest dla PLC rozkazem do

natychmiastowej realizacji. Lista instrukcji STL określa sposób i działanie

sterownika.
Tworzenie programu sterującego PLC z wykorzystaniem listy instrukcji STL

polega na używaniu właściwych tej metodzie rozkazów, wynikających z

konfiguracji sterownika i za pomocą reguł programowania sterownika

umieszczaniu ich we właściwych miejscach edytora programu wraz z

operandami.


  • Język strukturalny ST (Structured Text), który jest odpowiednikiem języka algorytmicznego wysokiego poziomu

Podstawowymi elementami tego języka są wyrażenia i polecenia. Wyrażenie

stanowi element języka, który z chwilą wykonania dostarcza wartość

odpowiadającą jednemu z typów danych. Wyrażenie składa się z operatorów

i operandów. Operandem może być zmienna, stała, wywoływana funkcja

lub inne wyrażenia.

Przykład:

if trigger.q then

counter := counter + 1;

if counter >= 4 then

counter := 0;

end_if;
Języki graficzne




  • Język schematów drabinkowych LD (Ladder Diagram), podobny do stykowych obwodów przekaźnikowych

Umożliwia realizację zadania sterowania za pomocą standaryzowanych

symboli graficznych. Symbole te umieszcza się w obwodach w sposób

podobny do szczebli (rungs) w schematach drabinkowych dla przekaźników

układów sterowania. Wykonanie programu w języku LD polega na

"przepływie prądu", analogicznie jak w schemacie drabinkowym dla

systemu przekaźników elektromechanicznych. Przepływ prądu następuje z

lewej strony do prawej.






  • Język schematów blokowych FBD (Function Block Diagram), będący odpowiednikiem schematów przepływu sygnału dla obwodów logicznych przedstawionych w formie połączonych bramek logicznych oraz bloków funkcyjnych takich jak w języku LD.



Grafy


  • graf sekwencji SFC (Sequential Function Chart), który pozwala na opisywanie zadań sterowania sekwencyjnego za pomocą grafów zawierających etapy (kroki) i warunki przejścia (tranzycji) między tymi etapami.

Program utworzony przy pomocy sieci SFC składa się z dwóch poziomów.

Poziom pierwszy zawiera reprezentację graficzną sieci, numer

identyfikacyjny kroku i tranzycji oraz komentarz. Poziom drugi zawiera kod

akcji zapisany np. w języku ST oraz opis warunków tranzycji.


  • Język drabinkowy sterowników PLC.

  Język schematów drabinkowych LD należy do grupy języków graficznych i umożliwia realizację zadania sterowania za pomocą standaryzowanych symboli graficznych. Symbole te umieszcza się w obwodach w sposób podobny do szczebli (rungs) w schematach drabinkowych dla przekaźników układów sterowania.



Obwód jest definiowany jako zbiór wzajemnie połączonych elementów graficznych. Obwód LD ograniczony jest z lewej i prawej strony przez szyny prądowe. Szyny te nie są elementami obwodu. Prawa szyna może być rysowana w sposób jawny lub pozostawać w domyśle.

Wykonanie programu w języku LD polega na "przepływie prądu", analogicznie jak w schemacie drabinkowym dla systemu przekaźników elektromechanicznych. Przepływ prądu następuje z lewej strony do prawej.


Styk (contact) jest elementem przekazującym do połączenia poziomego po prawej stronie styku stan będący wynikiem mnożenia logicznego AND stanu linii łączącej po lewej stronie styku oraz wartości przypisanej mu logicznej zmiennej wejściowej, wyjściowej lub pamięciowej. Styk nie modyfikuje wartości skojarzonej z nim zmiennej.
Symbole standardowych styków:



Styki statyczne

1



Styk zwierny (normalnie otwarty)
Stan połączenia z lewej strony styku jest przenoszony
na prawą stronę jeżeli skojarzona zmienna logiczna ma wartość 1.

2



Styk rozwierny (normalnie zamknięty)
Stan połączenia z lewej strony styku
na prawą stronę, jeżeli skojarzona zmienna logiczna ma wartość 0.

Styki impulsowe

3



Styk reagujący na zbocze narastające
Połączenie z prawej strony styku jest w stanie ON w czasie jednego wykonania, jeśli połączenie z lewej strony jest w stanie ON a skojarzona zmienna logiczna zmieniła wartość z 0 na 1. Poza tym stan połączenia z prawej strony jest w stanie OFF.

4



Styk reagujący na zbocze opadające
Połączenie z prawej strony styku jest w stanie ON w czasie jednego wykonania, jeśli połączenie z lewej strony jest w stanie ON a skojarzona zmienna logiczna zmieniła wartość z 1 na 0. Poza tym stan połączenia z prawej strony jest w stanie OFF.
  1   2   3   4   5   6


©absta.pl 2016
wyślij wiadomość

    Strona główna