Urządzenia I systemy automatyki I pomiarów spis treści



Pobieranie 135.3 Kb.
Strona4/5
Data29.04.2016
Rozmiar135.3 Kb.
1   2   3   4   5

4.2. STEROWNIKI PLC


Nazwa PLC oznacza dosłownie programowalne sterowniki logiczne (Programmable Logic Controllers). Są to urządzenia pracujące w czasie rzeczywistym, odporne na ciężkie warunki przemysłowe. W bardziej złożonych sterownikach PLC stosowane są systemy operacyjne czasu rzeczywistego. Podstawową zaletą tych sterowników jest modularna budowa oraz wysoki poziom sygnałów logicznych, często włączanych przy użyciu przekaźników. Wysoki poziom sygnałów i separacja galwaniczna zabezpieczają przed wpływem zakłóceń na działanie sterownika.

Pierwsze sterowniki logiczne powstały przed około dwudziestu latami. Różnorodność zastosowań tworzyła potrzebę dostosowywania ich do różnych potrzeb. Doprowadziło to do powstania programowalnych sterowników logicznych. Do dzisiaj nie ma jednak jednolitego standardu określającego ich parametry i sposób programowania. Sterowniki PLC produkuje obecnie szereg firm np. Siemens, ABB, AGE, Allen-Bradley, Mitsubishi i Idec.


4.2.1. Programowanie drabinkowe


W początkowym okresie użytkowania tych sterowników programowanie komputerowe była słabo znane, zastosowano więc drabinkową reprezentację programów sterowania, nawiązującą do znanych wówczas szerzej schematów sterowania przekaźnikowego. Programowanie polega na wprowadzeniu do pamięci sterownika, rozrysowanych uprzednio, układów przekaźników normalnie otwartych i normalnie zamkniętych, które, zależnie od potrzeby, są połączone szeregowo i równolegle. Przekaźniki te, zależnie od wysterowania, mogą przełączać przekaźniki w następnych obwodach lub powodować określoną akcję, np. włączenie lub wyłączenie silnika. Z czasem kłopotliwe ręczne rozrysowywanie kombinacji przekaźników zostało zastąpione programowaniem przy użyciu komputera.

Przykładowy program drabinkowy sterownika PLC przedstawiony dla sterownika Mitsubishi serii F1 dotyczy sterowania przenośników taśmowych (rys. 4.3). Jeden z przenośników dostarcza elementy, które spadają do pudełek, umieszczonych na drugim przenośniku. Do pudełka ładowane są po 4 elementy. Oznaczenia wejść i wyjść układu sterowania są następujące:



401

Fotokomórka badająca pozycję załadowczą pudełka,

402

Fotokomórka wykrywająca spadanie elementu,

403

Wyłącznik bezpieczeństwa,

430

Przekaźnik, który włącza napęd przenośnika dolnego,

431

Przekaźnik, który włącza napęd przenośnika górnego.




Rys. 4.3. Schemat sterowania układem przenośników



Rys. 4.4. Sygnały wejściowe i wyjściowe sterownika PLC dla układu przenośników

Rys. 4.5. Program sterowania układem przenośników w formie wykresu drabinkowego
Poszczególne szczeble programu drabinkowego zawierają informacje o stanie wejść oraz zmiennych logicznych programu. Są one przedstawione jako przekaźniki normalnie otwarte lub normalnie zamknięte. Przedstawione szczeble dotyczą wykonania następujących zadań:

  1. Start programu odpowiada zamknięciu przekaźnika M71, co powoduje impulsowe zwarcie przekaźników M100 i M101 .

  2. Zwarcie przekaźnika M100 powoduje skasowanie stanu licznika C60

  3. Impuls z fotokomórki X401 powoduje zliczenie impulsu przez licznik C60. Zliczanie obejmuje K=1 impulsów.

  4. Zerowy stan licznika C60 oraz stan spoczynkowy wyłącznika bezpieczeństwa X403 powodują przesuwanie się transportera z pudełkami Y430. Niezerowy stan licznika powoduje zatrzymanie transportera z pudełkami.

  5. Impuls kasujący M101 powoduje kasowanie licznika C61.

  6. Impulsy z fotokomórki X402 powodują zliczanie liczby spadających elementów do pudełka. Licznik C61 zlicza do K=4.

  7. Jeżeli wyłącznik bezpieczeństwa X403 nie wyłącza przesuwu przenośnika z pojedynczymi elementami i nadchodzi impuls X401 o spozycjonowaniu pudełka, za pośrednictwem przekaźnika Y431 rusza przenośnik górny z elementami. Jednocześnie włącza się obwód podtrzymania ruchu za pośrednictwem przekaźnika M102.


Rys. 4.6. Graf sterowania układu przenośników


Sterownik F1 Mitsubishi zawiera 32 timery i 30 liczników. Program może wykorzystywać ponad 100 instrukcji.

4.2.2. Proste sterowniki PLC


W zależności od zastosowań stosuje się prostsze lub bardziej skomplikowane wersje sterowników PLC. Większość z nich ma budowę modułową, umożliwiającą odpowiednie skonfigurowanie wejść i wyjść sterownika pod względem ich rodzaju i liczby.

Prostszym sterownikiem PLC, niż ;przedstawiony na wstępie F1 Miubishi, jest sterownik SmartRelay firmy Idec z Japonii, który wytwórca nazywa także “inteligentnym przekaźnikiem”. Jego podstawowe parametry są przedstawione w tabeli 4.1.


Tabela 4.1. Podstawowe parametry sterownika SmartRelay

Wersje zasilania

230VAC, 24VAC, 24VDC, 12/24VDC

Panel czołowy

z wbudowanym pulpitem operatorskim lub bez pulpitu

Poziomy sygnałów wejściowych

24VDC, 230VDC i inne

Liczba wejść

8

Wejścia analogowe

010V

Wyjścia

przekaźnikowe 10A lub tranzystorowe 0.3A

Liczba wyjść

4

Programowanie

z pulpitu lub komputera PC

Funkcje logiczne

AND, OR, NAND, NOR, XOR, NOT

Funkcje sekwencyjne

symulacja przekaźników typu RS i T oraz liczników rewersyjnych

Funkcje czasowe

opóźnienia załączenie lub wyłączenia sygnału

Programowanie

tygodniowe

Sterownik SmartRelay może pracować w temperaturze 055C przy wilgotności 595% bez agresywnych gazów.



Przykładem prostego modułowego sterownika tej samej firmy jest sterownik MicroSmart, który można konfigurować dla 10 do 88 sygnałów. Oferuje ona trzy moduły podstawowe:

  • 6 wejść oraz 4 wyjścia,

  • 9 wejść oraz 7 wyjść,

  • 14 wejść oraz 10 wyjść

oraz wiele modułów rozszerzeń, w tym analogowych. Przy programowaniu można używać 75 rozkazów. Sterownik może komunikować się z otoczeniem za pośrednictwem portów RS-232 i RS-485 oraz za pośrednictwem modemu. Montowany jest na szynie DIN. Ceny tego rodzaju sterowników zaczynają się od 120USD.
Innym przykładem sterowników PLC mogą być sterowniki Allen Bradley SLC 500, które są rodziną małych sterowników o konstrukcji modularnej, sterowanych 32-bitowym mikroprocesorem. Mogą być wyposażone we wsuwane moduły wejściowe i wyjściowe w liczbie do 30 sztuk. Moduły te stanowią między innymi:

  • wejścia i wyjścia logiczne o różnym poziomie sygnałów napięcia i prądu stałego oraz zmiennego, a także przekaźnikowe,

  • wejścia i wyjścia analogowe napięciowe i prądowe,

  • porty sprzężenia szeregowego.

Programuje się z ręcznego terminala z klawiatura lub z komputera, wyposażonego w specjalne oprogramowanie. Programowanie odbywa się metodą drabinek, w których szczeble mogą stanowić rysunki przekaźników NO i NZ. Instrukcje składają się między innymi z:

  • instrukcji operacji arytmetycznych i porównania,

  • instrukcji logicznych,

  • instrukcji czasowych i licznika,

  • instrukcji sterujących wyjściami,

  • instrukcji specjalnych, służących np. do zaprogramowania regulatora PID.



4.2.3. Rozbudowane systemy sterowników PLC


W poprzednich paragrafach prezentowane były proste sterowniki PLC, które są przeznaczone do sterowania pojedynczymi procesami przemysłowymi lub niewielką grupą procesów. W przemyśle do wytworzenia określonego wyrobu, np. samochodu, leku lub półprzewodnikowego układu scalonego, stosuje się jednak często wiele różnorodnych procesów technologicznych, realizowanych przez wiele maszyn i urządzeń. Stosuje się wówczas np. sterowanie: dopływem gazów technologicznych, ciśnieniem reaktorów, temperaturą reaktorów, procesami obróbki plastycznej, napędem walców, transportem materiałów i komponentów pomiędzy magazynem i urządzeniami technologicznymi, urządzeniami testującymi, sortownikiem wyrobów gotowych itp. Dla kompleksowego sterowania tego rodzaju procesami technologicznymi należy użyć sterowników bardziej złożonych niż omawiane w poprzednio. Sterowanie procesami składowymi wymaga często jednoczesnego uwzględniania większej ilości informacji o aktualnym stanie danego procesu, podczas gdy łączność z pozostałymi procesami składowymi ogranicza się do przekazywania jedynie częściowych lub syntetycznych informacji o stanie danego procesu, a niewielkie opóźnienia w przekazywaniu tej informacji nie odgrywają często dużego znaczenia. Ponadto na ogół stosowana jest struktura hierarchiczna systemu. W związku z tym łączność pomiędzy procesami składowymi zachodzi często za pośrednictwem układu sterowania, który w stosunku do wspomnianych sterowników procesów elementarnych jest układem nadrzędnym w skali lokalnej lub globalnej.

Grupę bardziej rozbudowanych systemów można przedstawić na przykładzie systemu sterowania ControlLogix firmy Allen-Bradley. Może być w nim zastosowany system operacyjny czasu rzeczywistego. Za pomocą tego systemu można realizować dowolną kombinacje układów sterowania sekwencyjnego, procesami sterowania ciągłego lub napędami.

W systemie tym można zastosować zaawansowaną diagnostykę i programowanie symboliczne. Usprawnienie i przyśpieszenie komunikacji pomiędzy modułami systemu uzyskano dzięki pracy sieciowej. Komunikacyjne moduły systemu ControlLogix umożliwiaja pracę w otwartych sieci takich jak Ethernet, ControlNet i DeviceNet. Dzięki temu jest możliwa integracja z wieloma urządzeniami, przystosowanymi do pracy w tych sieciach.

W przypadku konfiguracji większego systemu sterowania należy dokonać kolejno następujących czynności [3]:



  1. Specyfikacja urządzeń sprzężenia z obiektem sterowania (wejścia i wyjścia, w tym napędowymi czyli sterowania ruchem)

  2. Określenie topologii systemu i modułów komunikacyjnych

  3. Określenie wymagań dotyczących procesora

  4. Określenie liczby kaset

  5. Wybór zasilacza zapewniającego odpowiednią moc

  6. Wybór oprogramowania

Podstawowe parametry urządzeń sprzężenia z obiektem były już omawiane poprzednio, dlatego zagadnienie to zostanie obecnie pominięte.

Topologia systemu określa rozłożenie komponentów systemu oraz konfigurację sieci. Należy w etapie określania topologii zadecydować o fizycznym rozmieszczeniu sterowników względem obiektu sterowania, który może być rozległy terytorialnie. Aby zwiększyć efektywność pracy wydzielonych procesów, związana z przesyłaniem informacji, należy je w całości obsługiwać przez pojedyncze sterowniki. Ponadto rozwiązanie takie ułatwia przyszłe zmiany w systemie sterowania, gdyż można je dokonywać przez wymianę całych urządzeń i modułów oprogramowania. W zależności od przyjętej topologii kasetach można umieszczać jeden lub kilka modułów komunikacyjnych. Przykład topologii systemu sterowania jest przedstawiony na rys. 4.7. Wykorzystane są w nim moduły sprzętowe i programowe firmy Allen-Bradley [3].


Rys. 4.7. System sterowania o mieszanym sposobie sprzężenia

W systemie tego rodzaju wyróżnia się trzy główne poziomy sieci:


  1. Sieć informacyjna, która:

  • zapewnia połączenia systemu wspomagania zarządzania przedsiębiorstwem z systemami wytwarzania,

  • łączy komputery nadrzędne różnych typów procesów wytwarzania,

  • posiada przepustowość, która pozwala na przesyłanie dużej ilości informacji,

  • zapewnia standardowa obsługą sieci.

  1. Sieć sterowania, która

  • umożliwia pracę w czasie rzeczywistym,

  • jest niezawodna,

  • zapewnia komunikacje typu partnerskiego,

  • łączy procesor programowalny z urządzeniami, pulpitami operatorskimi, komputerami PC itp.,

  • zapewnia możliwość programowania i konfiguracji urządzeń.

  1. Sieć do obsługi urządzeń obiektowych, która:

  • redukuje koszty okablowania, ponieważ urządzenie nie musi być bezpośrednio połączone kablami z procesorem,

  • zapewnia diagnostykę na poziomie urządzeń obiektowych,

  • łączy urządzenia, pochodzące od różnych wytwórców.

Głównym modułem systemu sterowania jest moduł ControlLogix. W jednej kasecie systemu ControlLogix można umieścić jeden lub kilka procesorów Logix5550. Jeden procesor może obsługiwać maksymalnie 128000 wejść i wyjść cyfrowych oraz 4000 wejść analogowych. Może kontrolować zarówno wejścia i wyjścia lokalne jak i zdalne za pośrednictwem sieci ControlNet, DeviceNet i Universal Remote I/O.

W skład przykładowego systemu wchodzą również prostsze sterowniki PLC: typu SLC 500, opisywany poprzednio, oraz jeszcze prostszy typu MicroLogix.

System sterowania ControlLogix jest systemem opartym na modelu “klient-serwer”, który wykorzystuje komponenty systemu ControlLogix oraz sieć ControlNet.

Sprzężenie prezentowanego sytemu sterowania z systemem wspomagania zarządzania przedsiębiorstwem zachodzi za pośrednictwem sieci Ethernet przy wykorzystaniu protokołu TCP/IP. Jest to otwarta sieć służąca do szybkiej wymiany informacji. Duża szybkość transmisji (10Mbps i 100Mbps) umożliwia szybką komunikacje wielu komputerów, sterowników i innych urządzeń na duże odległości.

Sieć ControlNet jest szybką siecią otwartą wykorzystywaną do transmisji informacji systemu, pracującego w czasie rzeczywistym. Z kolei sieć DeviceNet jest otwartą siecią komunikacyjną, która pozwala na przyłączenie prostych urządzeń przemysłowych , takich jak czujniki i urządzenia wykonawcze ze sterownikami wysokiego poziomu. Pozostałe wyszczególnione na rysunku rodzaje sieci mają również znaczenie lokalne.


4.2.4. Programowanie sterowników PLC


Jak przedstawiono, pierwotnie sterowniki PLC były programowane z wykorzystaniem wykresów drabinkowych, których szczeble stanowią m.in. graficzne reprezentacje styków i cewek przekaźników oraz innych elementów takich jak liczniki. Istotna wadą programów, bazujących na wykresach drabinkowych, był brak unifikacji i trudności w przenoszeniu ich na inne platformy sprzętowe.

Obecnie większość inżynierów nie musi odnosić programu do schematów przekaźnikowych gdyż jest obeznana dobrze, a na dodatek przyzwyczajona, do środowiska Windows firmy Microsoft oraz do oprogramowania pracującego w tym środowisku, takiego jak Visual Basic, Visual C++. Środowisko to umożliwia zastosowanie doskonalszych metod programowania sterowników PLC niż wykresy drabinkowe.

Potrzeba przenoszenia oprogramowania pomiędzy różnymi platformami sprzętowymi pociąga za sobą rozwój oprogramowania, w tym stosowanie systemów otwartych. Tworzenie tych systemów prowadzi do standaryzacji danych, struktur interfejsów, platform itp.

Standard IEC 61131 dotyczy sterowników programowanych, zaś część IEC 61131-3 dotyczy oprogramowania tych sterowników. Standard IEC 61131-3 na początku określa elementy oprogramowania, takie jak: dane, zmienne, konfiguracja, zasoby, zadania, moduły programowe. Wprawdzie dopuszczone jest stosowanie elementów definiowanych przez użytkownika, jednak wykorzystywanie powszechnie stosowanych elementów programowania zmniejsza możliwość powstawania błędów. Druga część wspomnianego standardu dotyczy języków oprogramowania.

Jednym z pięciu standardowych języków jest sekwencyjny blokowy schemat funkcyjny programu (sequential function charts), jednak w rzeczywistości jest to metoda logicznej organizacji programu. Dwa ze standardowych języków są językami tekstowymi, zaś dwa pozostałe są językami graficznymi. Programy tekstowe stanowią listę instrukcji zbliżonych do assemblera oraz strukturalizowany tekst zbliżony do Pascala. Języki graficzne stanowią wykres drabinkowy oraz funkcyjny wykres blokowy, który jest wykresem odpowiadającym schematowi obwodów. Standard dopuszcza bloki napisane przez użytkownika w języku C, przedstawione w postaci wykresu drabinkowego, strukturalnego tekstu oraz list instrukcji. Takie bloki mogą być zapamiętywane i używane jako bloki różnych programów, co czyni je silnym narzędziem.




1   2   3   4   5


©absta.pl 2019
wyślij wiadomość

    Strona główna