Mikroprocesorowe układy sterowaniamysinski.wieik.pk.edu.pl/SP/Sterowniki Programowalne czesc I.pdf · •Wejścia logiczne •Wyjścia logiczne •Wejścia analogowe •Wyjścia

2016-12-10

1

Mikroprocesorowe układy sterowania

Sterowniki Programowalne PLC

1 Semestr zimowy 2016/2017, WIEiK-PK

Mikroprocesorowe układy sterowania w automatyce przemysłowej

• Czujniki (przetworniki sygnałów) dwustanowe i analogowe • Układy czasowe (wyłączniki czasowe, przekaźniki czasowe) • Układy licznikowe (liczniki programowalne, zegary RTC) • Układy regulacji automatycznej (regulatory dwustanowe, regulatory

trójstanowe, regulatory ciągłe PID, regulatory ciągłe PID +Fuzzy Logic) • Przekaźniki programowalne • Sterowniki programowalne PLC (z ang. Programmable Logic Controller) • Programowalne Sterowniki Automatyki PAC (z ang. Programmable

Automation Controller) • Operator Panel & Programmable Logic Controller - OPLC – Sterownik

programowalny wyposażony w panel operatorski • Układy napędowe wraz sterownikiem PLC (Drive PLC) • Sterowniki numeryczne CNC (z ang. Computerized Numerical Control ,

komputerowe sterowanie numeryczne) • Komputery przemysłowe IPC (z ang. Industrial PC) • Dedykowane systemy sterowania, systemy wbudowane (z ang. embedded

system) • Panele operatorskie

Semestr zimowy 2016/2017, WIEiK-PK 2

2016-12-10

2

Przykłady urządzeń mikroprocesorowych z automatyki przemysłowej

Regulatory histerezowe- dwustanowe, ciągłe PID, regulatory temperatury


Licznik impulsów

Przykłady urządzeń mikroprocesorowych z automatyki przemysłowej


2016-12-10

3

Przykłady urządzeń mikroprocesorowych z automatyki przemysłowej - przekaźniki czasowe


Przekaźnik programowalny

Semestr zimowy 2016/2017, WIEiK-PK

Podstawowe cechy: • Wejścia logiczne • Wyjścia logiczne • Wejścia analogowe • Wyjścia analogowe • Interfejs komunikacyjny • Interfejs użytkownika (ekran + klawiatura)

Realizowane funkcje: • Funkcje logiczne • Układy czasowe • Układy licznikowe • Proste funkcje regulacji • Proste operacje matematyczne • Komunikacja z urządzeniami zewnętrznymi

6

2016-12-10

4

Przekaźnik programowalny


Podstawowe cechy: • Wejścia logiczne • Wyjścia logiczne • Wejścia analogowe • Wyjścia analogowe • Wejścia/wyjścia specjalizowane • Interfejsy komunikacyjne

Realizowane funkcje: • Rozbudowane funkcje logiczne • Rozbudowane i duża liczba układów czasowych • Rozbudowane i duża liczba układów licznikowych • Rozbudowane funkcje regulacji • Zaawansowane operacje matematyczne • Komunikacja z urządzeniami zewnętrznymi

Sterownik PLC

8 Semestr zimowy 2016/2017, WIEiK-PK

2016-12-10

5

Historia PLC

• Sterowniki PLC opracowane zostały na potrzeby amerykańskiego przemysłu samochodowego, gdzie zastąpić miały układy przekaźnikowe i elementy mechaniczne używane w systemach sterowania.

• W 1968 roku GM Hydramatic (dział biznesowy General Motors zajmujący się automatyką) złożył ofertę na propozycję wymiany stosowanych systemów elektrycznych na urządzenia elektroniczne. Konkurs wygrała firma Bedford Associates z Massachusetts.

• Pierwszym powstałym PLC było urządzenie pierwotnie nazywane "084", gdyż był to osiemdziesiąty czwarty projekt tej firmy.

• W latach 70. zeszłego wieku powstały również pierwsze kompaktowe sterowniki programowalne. • Za protoplastów tych urządzeń uznaje się PLC z serii PM firmy Mitsubishi Electric. Wykorzystywane one

były jedynie przez Mitsubishi w aplikacjach związanych z przemysłem samochodowym. • W 1981 roku firma Mitsubishi Electric wprowadziła na rynek serię sterowników Melsec F, które były

jednymi z pierwszych kompaktowych PLC sprzedawanych w Europie. • O sukcesie sterowników w znaczącym stopniu zadecydowało wprowadzenie do budowy PLC w roku 1977

przez firmę Allen-Bradley ośmiobitowego mikroprocesora Intel 8080. • Dzisiaj urządzenia PLC w zasadzie wyparły przekaźnikowe układy sterowania logicznego. Podstawową

zaletą nowego rozwiązania jest łatwość i szybkość dostosowywania sterowników do różnych zadań przez wymianę oprogramowania, a nie, jak to było wcześniej, przez przygotowanie odpowiedniej dokumentacji elektrycznej i okablowania szaf sterowniczych.

• W latach dziewięćdziesiątych zaczęto powszechnie wykorzystywać komputery PC do programowania sterowników. Napisanie programu czy też wprowadzenie do niego poprawek lub zmian stało się jeszcze prostsze.


Sterownik PAC - Programmable Automation Controller

PAC – połączenie sterownika PLC i komputera PC Semestr zimowy 2016/2017, WIEiK-PK 10

2016-12-10

6

Sterownik PAC


Przykład zastosowania PLC – szafa sterownicza

http://psams.pl/dzial-budowy-maszyn/prefabrykacja-szaf-sterowniczych/


2016-12-10

7

STEROWNIKI PROGRAMOWALNE

• STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC (Programmable Logic Controllers) są komputerami przemysłowymi, które pracują pod kontrolą systemu operacyjnego czasu rzeczywistego.

• Do głównych zadań realizowanych przez sterowniki PLC należy: – zbieranie sygnałów pomiarowych za pośrednictwem modułów wejściowych z

analogowych i dyskretnych czujników oraz urządzeń pomiarowych, – wykonywanie zadanych programów (algorytmu działania) na podstawie

przyjętych parametrów i uzyskanych danych o sterowanym procesie lub maszynie,

– generowanie sygnałów sterujących zgodnie z wynikami obliczeń programu i przekazywanie ich poprzez moduły wyjściowe do elementów i urządzeń wykonawczych,

– transmitowanie danych za pomocą modułów i łącz komunikacyjnych, – realizowanie funkcji diagnostyki programowej i sprzętowej

• Wartości sygnałów pomiarowych zmiennych procesowych są wejściami sterownika, zaś obliczone zmienne sterujące, stanowią wyjścia sterownika.


Podział sterowników PLC

• Podział ze względu na budowę: – Sterowniki kompaktowe – brak możliwości rozbudowy,

ustalona liczba wejść/wyjść

– Sterowniki modułowe – możliwości rozbudowy, liczby wejść/wyjść zależna od użytkownika

– Sterowniki rozproszone (sprawdzić)

• Podział ze względu na ilość wejść/wyjść: – Małe sterowniki (nano sterowniki) do 32 wejść/wyjść

– Małe sterowniki (micro) do 128 wejść/wyjść

– Małe sterowniki o budowie modułowej do 256 wejść/wyjść

– Średnie sterowniki od 128 do 1024 wejść/wyjść

– Duże sterowniki powyżej 1024 wejść/wyjść Semestr zimowy 2016/2017, WIEiK-PK 14

2016-12-10

8

System mikroprocesorowy:

• pamięć ROM- Flash •pamięć RAM – SRAM •pamięć RAM – EEPROM •układy wejścia/wyjścia •interfejs szeregowy

Budowa sterownika PLC

Schemat blokowy sterownika PLC

Wejścia logiczne (dwustanowe)

Wejścia analogowe

(napięciowe, prądowe)

Wyjścia logiczne (dwustanowe)

Wyjścia analogowe

(napięciowe, prądowe)

Wejścia komunikacyjne

Wyjścia komunikacyjne

Zasilanie sterownika

Elementy sygnalizacyjne

Izolacja galwaniczna obwodów sterownika

Elementy stykowe


Elementy składowe PLC Sterownik PLC składa się z: • jednostki centralnej (CPU - 8, 16 lub 32-bitowe) wraz pamięciami (RAM, ROM ,

EEPROM). (Rozbudowane PLC mogą mieć kilka CPU)

• bloków wejść cyfrowych • bloków wejść analogowych • bloków komunikacyjnych • bloków wyjść cyfrowych • bloków wyjść analogowych • bloków specjalnych

– moduł licznika impulsów – moduł pozycjonowania osi – moduły sterowania silnikami – Zegar RTC

• układu zasilacza • modułów komunikacyjnych (np. RS232; RS485, CAN, sieć Ethernet) • elementów sygnalizacyjnych (diody LED, wyś. LCD) • prostych elementów stykowych i regulacyjnych, (prosta klawiatura,

potencjometr nastawny, przełączniki kodowe)


2016-12-10

9

Budowa sterownika PLC Podstawowe parametry wejść/wyjść w PLC

• Wejścia logiczne Stałoprądowe 12Vdc, 24Vdc, logika dodatnia - Stan „0” logiczne od -30V do +5V, Stan „1” logiczne od +15V do +30V

• Zmiennoprądowe 110Vac, 230Vac, Stan „0” logiczne od 0Vac do 40Vac, Stan „1” logiczne od 80Vac do 250Vac

• Wejścia analogowe – napięciowe 0-5V, 0-10V, +/-5V, +/-10V – prądowe 0-20mA, 4-20mA, +/-20mA – Wejścia dla czujników temperatur

• Rezystancyjne (RTD) - Pt100, Pt1000, Ni100) • Termopara – typu J, K, B, N, T

– Wejścia dla czujników mostkowych (np. tensometrycznych)

• Wyjścia logiczne – Stałoprądowe DC 12Vdc, 24Vdc, – Zmiennoprądowe AC 110Vac, 230Vac – Stało lub zmiennoprądowe DC lub AC (wyjścia przekaźnikowe)

– Wyjścia analogowe – napięciowe 0-5V, 0-10V, +/-5V, +/-10V – prądowe 0-20mA, 4-20mA, +/-20mA

• Interfejs komunikacyjny - szeregowy – RS232, RS422, RS485, CAN, Ethernet, .... • Elementy do wprowadzania danych – pojedyncze przyciski, klawiatura, potencjometr • Elementy do wizualizacji działania – diody LED, wyświetlacze LCD (alfanumeryczne,

graficzne) • Zasilanie sterowników PLC

– stałoprądowe 24Vdc, 48Vdc, – zmiennoprądowe 24Vac, 110Vac, 230Vac, (50Hz lub 60Hz)


Główni producenci sterowników PLC, PAC

Sterowniki PLC, PAC: • Siemens • ABB • Allen Bradley • B&R • Bosch Rexroth • General Electric • Fanuc • Fatek • Fuji • Mitsubishi Electric • National Instruments • Omron • Panasonic • Phoenix Contact • Pro-face • Schneider Electric • Saia Burgess • Toshiba • VIPA


Przewidywania rynku PLC, PAC na świecie (http://www.arcweb.com/study-brochures/study-PLC-ww.pdf)

2016-12-10

10

Wejście logiczne pojedyncze

Źródło zasilania obwodu wejściowego

Klucz

Układ czujnika

Sterownik

Io

Uwe

uziemienie

Obwód wejściowy

CPU

Izolacja galwaniczna na optoizolatorach

Wejścia logiczne typu DC 24V lub AC 230V

Semestr zimowy 2016/2017, WIEiK-PK Przykład wejścia typu DC

19

czujnik

Wejście logiczne wielokrotne

Źródło zasilania obwodu

wejściowego

Sterownik

Io

Obwód wejściowy

CPU

Izolacja galwaniczna Wejścia logiczne, prąd

wpływający

COM

czujnik

czujnik

X2

X1

X0


2016-12-10

11

Wejścia analogowe napięciowe

Ochrona wejścia

Uwe Rwe W ADC

Uwy czujnika

AGND

Iwe

Obwód pomiarowy z wejściem pojedynczym

Ochrona wejścia

+Uwe Rwe

ADC

Uwy czujnika

AGND

Iwe

Obwód pomiarowy z wejściem różnicowym

AGND

Wr +

- -Uwe Iwe

AGND

Możliwa izolacja galwaniczna

CPU

CPU

Zakresy +5V, +10V, +/-10V



Wejście napięciowe pojedyncze

UWE RWE

W A/C

Sygnał napięciowy z czujnika

AGND

Iwe

Obwód pomiarowy z wejściem pojedynczym

AGND

UWY MCU

DGND

Zalety i wady wejścia pojedynczego: •mała liczba przewodów, •małe koszty przy krótkich odległościach, •małe koszty i prostota układu pomiarowego, •słaba odporność na zakłócenia, •słabe tłumienie sygnałów tzw. wspólnych

AGND1 ∆UGND

VREF

Wewnętrzny system pomiarowy

Dzielnik wejściowy, filtr DP, wzmacniacz pojedynczy, przetwornik A/C i mikrokontroler

zakłócenia

C

R1

R2

DGND

UX

Filtr DP RKABLA

RKABLA1

22

2016-12-10

12


Wejście napięciowe różnicowe

∆Uwe

Rwe WR K

A/C

Sygnał napięciowy z czujnika

Iwe

Obwód pomiarowy z wejściem różnicowym

AGND

Uwy

MCU

DGND

Zalety i wady wejścia pojedynczego: •dobra odporność na zakłócenia, •silne tłumienie sygnałów tzw. wspólnych •większa liczba przewodów, •większe koszty przy dużych odległościach, •większe koszty i bardziej skomplikowany

układ pomiarowy,

AGND1 ∆UGND

VREF

Wewnętrzny system pomiarowy

Dzielnik wejściowy, filtr DP, wzmacniacz różnicowy, przetwornik A/C i mikrokontroler

zakłócenia

C

R1 R2

DGND C

R1

+

- R2

Iwe

Ux

UW2 UW1

Wejściowe Napięcie Różnicowe ∆Uwe= UW1 - UW2

Wejściowe Napięcie dla przet. A/C

UX= K*(UW1 - UW2)

∆Ux

Filtr DP

RKABLA

RKABLA

RKABLA1

UW- UW+

23


Transmisja prądowa sygnałów

• Zalety i wady przesyłania sygnałów w postaci prądowej: – większa odporność na zakłócenia, – eliminacja wpływu rezystancji połączeń (kabla), – możliwość zasilania czujnika i przesyłania sygnału tymi samymi

przewodami, – wymagana zamiana sygnału na postać prądową, konwerter

napięcie/prąd, – wymagany rezystor pomiarowy do zamiany prądu na napięcie

• Sygnały analogowe i logiczne mogą być przesyłane za pomocą wymuszania prądu w obwodzie, tzw. pętla prądowa.

• Można przesyłać łącznie sygnał analogowy i logiczny, np. tak jest w standardzie HART (4-20mA), do szeregowej transmisji danych.

24

2016-12-10

13


Wielokanałowy pomiar napięcia

V0

COM

AIN0

AIN1

AIN2

Multiplekser analogowy

A/C W MCU

UX

Wybór kanału

V1

V2

UX

DGND AGND

25

Wejścia analogowe prądowe

Uwe

Rp W ADC

AGND

Obwód pomiarowy trójprzewodowy z wejściem 0-20mA

AGND

Izolacja galwaniczna

CPU

Zakresy 0-20mA, 4-20mA, +/-20mA

Przetwornik pomiarowy

Uwe

Rp W ADC

AGND

Iwe 4-20mA

Obwód pomiarowy dwuprzewodowy z wejściem 4-20mA

AGND

CPU

Napięcie zasilania przetwornika ok. 12-30Vdc

Przetwornik pomiarowy

Uz

Napięcie zasilania przetwornika ok. 12-30Vdc

Iwe 0-20mA


2016-12-10

14


Rodzaje wyjść prądowych

C/A

IWY

Obwód wyjściowy prądowy 0-20mA lub 4-20mA (tzw. pętla prądowa), prąd wypływający, (ang. source current), jeden koniec odbiornika podłączony do masy

UWY

AGND

RODB

VZAS Napięcie zasilające konwerter U/I, 24Vdc

RKABLA

MCU UWY Konwerter

U/I

RKABLA

RODBMAX

DGND

C/A

IWY

Obwód wyjściowy prądowy 0-20mA lub 4-20mA, prąd wpływający (ang. sink current), jeden koniec odbiornika podłączony do plus zasilania

UWY

AGND

RODB

VZAS

RKABLA

MCU UWY Konwerter

U/I

RKABLA

RODBMAX

DGND 24Vdc

Możliwa izolacja galwaniczna

27


Budowa wyjścia napięciowego

UWY RODB

W C/A

AGND

Iwy

Obwód wyjściowy napięciowy

AGND

MCU

DGND

Zalety i wady wyjścia napięciowego: •małe koszty przy krótkich odległościach, •małe koszty i prostota układu wyjściowego, •słaba odporność na zakłócenia, •wpływ rezystancji kabla

VREF

Wewnętrzny obwód wyjściowy

Mikrokontroler, przetwornik C/A, wzmacniacz , filtr DP

zakłócenia

C

R1

Filtr DP RKABLA

RKABLA

UODB

RODB MIN

Izolacja sygnałów cyfrowych

Izolacja sygnałów analogowych

Zalety i wady izolacji galwanicznej •bardzo dobra odporność na zakłócenia, •Możliwość doprowadzenia sygnałów

analogowych na różne potencjały, •większa liczba elementów, zmniejszona

dokładność wyjściowa, •większe koszty układu wyjściowego i bardziej

skomplikowany układ wyjściowy, •dodatkowe źródła zasilania

28

2016-12-10

15

Wyjście logiczne pojedyncze

Obciążenie Źródło zasilania

Klucz

Układ sterowania

Sterownik Io

Uk Uo

uziemienie


Izolacja galwaniczna

• Obciążenie może mieć charakter typu R, RL, RLE, RC • Źródło zasilania może być typu DC, AC, DC+AC • W zależności od realizacji klucza, prąd w obwodzie może

płynąć tylko w jednym kierunku (DC) lub w obu (AC)

29

Wyjścia logiczne – prąd wpływający, obciążenie nieuziemione

Układ sterowania

Sterownik

Io2

Vp

R01

COM

X0

X1

X2

R04

R03

Io1

Io3


2016-12-10

16

Wyjścia logiczne – prąd wypływający, obciążenie uziemione

Układ sterowania

Sterownik

Io2

Vp

COM

X0

X1

X2

R02

R03

Io1

Io3

R01

Odbiornik typu R, RL, RC, RLE, (zasilane DC, AC, DC+AC)


Wyjścia logiczne w PLC

• Stałoprądowe (DC) tranzystorowe (do ok. 60V, ok. 1A) – Tranzystorowe , NPN, NO (normalnie otwarty), – Tranzystorowe , typu PNP, NO (normalnie otwarty), – Przekaźnik półprzewodnikowy mocy typu DC na tranzystorach MOSFET lub

IGBT • Zalety: małe gabaryty, duża częstotliwość przełączania, mała moc pobierana na

przełączenie • Wady: mała odporność na zwarcia, przeciążenia i przepięcia

• Zmiennoprądowe (AC) (do ok. 250Vac, ok. 5A) – Przekaźnik elektromagnetyczny – wyjście typu AC, DC, DC+AC

• Zalety: większa odporność na zwarcia, przeciążenia i przepięcia, mały spadek napięcia na stykach

• Wady: ograniczone parametry dla zasilania DC, niska częstotliwość przełączania, większe gabaryty, występowanie drgań zestyków

– Przekaźnik półprzewodnikowy (SSR – Solid State Relay) – wyjście tylko AC (triak, tyrystor) • Zalety: brak drgań zestyków, możliwość włączenia w zerze • Wady: tylko jedna para styków, spadek napięcia na kluczu – radiator,


2016-12-10

17

Programowanie sterowników PLC

W związku z coraz powszechniejszym stosowaniem sterowników PLC pojawiła się konieczność ich standaryzacji i dlatego została opracowana i wydana w 1992 roku przez Międzynarodową Komisję Elektroniki (International Electronical Commission IEC) norma IEC 1131 "Programmable Controllers". Norma międzynarodowa IEC 1131 dotyczy sterowników programowalnych i związanych z nimi urządzeń peryferyjnych takich jak: • narzędzia do programowania i uruchamiania, • wyposażenie testujące, • interfejsy człowiek-maszyna (MMI). • Norma obejmuje: • informacje ogólne (General Informations), • standardy, wymagania i badania dotyczące sprzętu (Equipment and Test

Requirements), • języki programowania (Programming Languages), • wytyczne dla użytkownika (User Guidelines), • specyfikacja usług komunikowania-standardy w zakresie wymiany

informacji (Messaging Services).



Języki programowania sterowników (Norma IEC 1131-3 ) • Języki tekstowe:

– Język listy instrukcji IL (Instruction List) – Język strukturalny ST (Structured Text)

• Języki graficzne: • Język schematów drabinkowych LD (Ladder Diagram) • Język schematów bloków funkcyjnych FBD (Function Block Diagram) • Sekwencyjny język graficzny SFC (Sequential Function Chart) • CFC-Graficzny edytor schematów funkcji

• Klasyczne języki programowania (jeżeli producent PLC to dopuszcza) – język C, C++, asembler

Graf sekwencji SFC (Sequential Function Chart) - sposób tworzenia struktury wewnętrznej programu za pomocą grafów zawierających etapy (kroki) i warunki przejścia między tymi etapami. Graf taki może być wykorzystany w jednym z wymienionych wyżej języków w celu otrzymania odpowiedniej struktury programu użytkownika.


2016-12-10

18


Język drabinkowy LD

Język Instrukcji IL

Język graficzny blokowy FBD

Język graficzny SFC

Język strukturalny ST


Język graficzny blokowy FBD


2016-12-10

19

Język drabinkowy LD

• Jest to język graficzny używający standaryzowanych symboli graficznych. Symbole umieszcza się w obwodach w sposób podobny do szczebli w schematach drabinkowych dla przekaźnikowych układów sterowania.

• Obwód LD (Ladder Diagram) jest po obydwu stronach ograniczony przez szyny prądowe. Szyny te nie są elementami obwodu. Prawa szyna może być rysowana w sposób jawny lub pozostawać w domyśle.

• W języku LD mogą występować standardowe funkcje i bloki funkcyjne. • Język LD pozwala budować zależności logiczne z wykorzystaniem graficznej

reprezentacji wyrażeń boolowskich złożonych ze styków i cewek (elementów 1-bitowych).

• Podstawowymi elementami języka LD są: – styki statyczne: styk zwierny i styk rozwierny, – styki impulsowe: styk reagujący na zbocze narastające i styk reagujący na zbocze, – cewka zwykła i cewka negująca, – cewki z zatrzaskiem: cewka ustawiająca i cewka kasująca, – cewki z zapamiętaniem stanu, cewka ustawiająca z zapamiętaniem stanu i cewka kasująca z

zapamiętaniem stanu, – cewki impulsowe: cewka reagująca na zbocze narastające i cewka reagująca na zbocze

opadające.


Symbol Rodzaj Opis

--( )-- Boolean (bit)

Stan występujący po lewej stronie jest kopiowany do przypisanej zmiennej i na prawą stronę

--( / )-- Boolean

Stan występujący po lewej stronie jest kopiowany do przypisanej zmiennej w taki sposób ,że dla stanu "ON" z lewej strony do zmiennej przepisywany jest stan "OFF" i na odwrót (Negacja).

--( P )-- Boolean Do zmiennej jest przepisywany "ON" tylko na jeden cykl programu po zmianie stanu z lewej strony z "OFF" na "ON" tzw. zbocze narastające

--( N )-- Boolean Do zmiennej jest przepisywany "ON" tylko na jeden cykl programu po zmianie stanu z lewej strony z "ON" na "OF" tzw. zbocze opadające

--( S )-- Boolean Stan występujący po lewej stronie jest kopiowany "zatrzaskowo„ do przypisanej zmiennej. Powrót zmiennej do stanu "OFF" możliwy jest tylko przy użyciu cewki RESET

--( R )-- Boolean W przypadku wystąpienia stanu "ON" po lewej stronie zmienna jest resetowana do stanu "OFF"

Elementy języka drabinkowego Oznaczenia i symbole stosowane przy tworzeniu programów na sterowniki

PLC w języku drabinkowym – styki wyjściowe


2016-12-10

20

Elementy języka drabinkowego Oznaczenia i symbole stosowane przy tworzeniu programów na

sterowniki PLC w języku drabinkowym – styki wejściowe

Symbol Rodzaj Opis

|----- Symbol ten oznacza początek linii , występuje zawsze skrajnie po lewej stronie i jego stan jest równy 1 "TRUE" - lewa strona drabinki

------| Symbol ten oznacza koniec linii , występuje zawsze skrajnie po prawej stronie - prawa strona drabinki.

--| |-- Boolean (bit)

Stan występujący po lewej stronie jest przenoszony na prawą stronę w momencie występowania w przypisanej zmiennej stanu "1 - TRUE" . W każdym innym przypadku stan z prawej strony równy jest "0 – FALSE„

--|/|-- Boolean Stan występujący po lewej stronie jest przenoszony na prawą stronę w momencie występowania w przypisanej zmiennej stanu "0 - FALSE". W każdym innym przypadku stan z prawej strony równy jest "0 - FALSE„

--|P|--

Boolean Stan występujący po lewej stronie jest przenoszony na prawą stronę na jeden cykl programu w momencie przejścia zmiennej ze stanu "0 - FALSE" na "1 - TRUE". W każdym innym przypadku stan z prawej strony równy jest "0 - FALSE„. Jest to tzw. zbocze narastające ( z ang. positive transition ) . W praktyce działanie wygląda w ten sposób , że w momencie pojawienia się sygnału "1" w przypisanej zmiennej sygnał z lewej strony symbolu jest przenoszony tylko w tym samym cyklu wykonywania programu , w cyklu kolejnym nie ma znaczenia utrzymywanie się sygnału "1" w przypisanej zmiennej - sygnał nie będzie przenoszony.

--|N|--

Boolean Stan występujący po lewej stronie jest przenoszony na prawą stronę na jeden cykl programu w momencie przejścia zmiennej ze stanu "1 - TRUE" na "0 - FALSE". W każdym innym przypadku stan z prawej strony równy jest "0 - FALSE„. Jest to tzw. zbocze opadające ( z ang. negative transition ) . W praktyce działanie wygląda w ten sposób , że w momencie pojawienia się sygnału "1" w przypisanej zmiennej sygnał nie jest przenoszony dalej . Sygnał z lewej zostanie przeniesiny dopiero kiedy stan zmiennej zmieni się na "0" i to tylko w tym samym cyklu wykonywania programu.


Symbol Rodzaj Opis

I, X

Input Wejście

W każdym sterowniku PLC mają takie samo oznaczenie , mogą być przypisywane tylko do symboli styków informują o stanie wejść na sterowniku

O, Y

Output Wyjście

W każdym sterowniku PLC mają takie samo oznaczenie , mogą być przypisywane zarówno do symboli cewek (wtedy ustawiają konkretne wyjście sterownika) jak i styków gdzie informują o stanie wyjść .

M Marker Znacznik

Tym symbolem określa się zmienne wewnętrzne sterownika , wykorzystywane są jako cewki i styki, elementy pośrednie programu .

Elementy języka drabinkowego Oznaczenia i symbole stosowane przy tworzeniu programów na sterowniki PLC w

języku drabinkowym


UWAGA !!! Symbole literowe stosowane przy tworzeniu programów w języku drabinkowym mogą być inne w zależności od firmy, która

wyprodukowała sterownik PLC i oprogramowanie.

40

2016-12-10

21

Elementy języka drabinkowego - przykłady

Funkcja NOT

Funkcja AND

+24V

MCU Ro2

Ro1

+24V

I0.1

I0.0

COM1

Q0.0

Q0.1

230V/50Hz

Interfejs komunikacyjny

Styki czujników wejściowych Odbiorniki

Funkcja NAND

Funkcja OR

Funkcja NOR

Funkcja XOR

COM2


Elementy języka instrukcji IL

Lista Instrukcji – (Instruction List) jest to język w formule zbliżony do asemblera, opisany w taki sposób aby był zrozumiały dla większości automatyków nie mających do tej pory styczności ze sterownikami PLC ani z programowaniem w asemblerze. Przeważnie każdemu elementowi w języku drabinkowym odpowiada jakaś funkcja w języku instrukcji. Prawie każde oprogramowanie w języku drabinkowym można przekonwertować do postaci języka instrukcji.


Najpopularniejsze języki programowania PLC według raportu z 2009, Automatyka B2B

42

2016-12-10

22

Elementy języka instrukcji IL

Symbol Rodzaj Opis

LD Bool, word , integer

"Załaduj„ Załadowanie wartości zmiennej do aktywnego rejestru (z informatyki odpowiednikiem byłoby ładowanie na stos) .Zmienna występująca zwykle po prawej od wyrażenia może być właściwie dowolnego typu , uzależnione to jest od operatora , który wystąpi po niej.

ST Bool, word , integer

"Ustaw„ Zapamiętanie (przepisanie) wartości z aktywnego rejestru do zmiennej.

S Bool "Ustaw" Zapamiętanie tzw. zatrzaskowe wartości zmiennej "1", zmiana stanu możliwa jest tylko przez funkcję Kasuj

R Bool "Kasuj" stan zmiennej jest resetowany do "0"

AND Bool Operator logiczny "I"

OR Bool Operator logiczny "LUB"

ADD, SUB, MUL DIV

Bool, word, integer

Dodawanie, odejmowanie, mnożenie , dzielenie

GT, GE, EQ, NE, LE,LT

Bool, word, integer

Większe niż : ">„ , Większe lub równe : " ≥ „ , Równe : " = " , Nie równe : " ≠ " , Mniejsze lub równe : " ≤ " , Mniejsze : " < „


Język FBD • FBD jest językiem graficznym, który pozwala budować rozbudowane

aplikacje wykorzystując gotowe bloki funkcyjne lub procedury znajdujące się w bibliotece.

• Pisanie aplikacji w tym języku polega na wyborze odpowiedniego bloku funkcyjnego i umieszczeniu na ekranie edytora graficznego.

• Funkcje te w programie są widziane jako prostokąty realizujące zależności pomiędzy zmiennymi wejściowymi a zmiennymi wyjściowymi.

• Wejścia i wyjścia funkcji, łączone między sobą tworzą strukturę programu. • Bloki funkcyjne mogą być podzielone na następujące grupy:

– bloki funkcyjne umożliwiające tworzenie struktury programu, – funkcje Boolowskie, – funkcje arytmetyczne, – funkcje logiczne, – funkcje porównania, – funkcje manipulacji na bitach, – funkcje zegara, funkcje licznika, – funkcje przetwarzania sygnałów ciągłych, funkcje generowania sygnału, – funkcje matematyczne, funkcje trygonometryczne, funkcje manipulacji na

bitach, – funkcje konwersji, funkcje operacji na stringach, funkcje operacji na tablicach.


2016-12-10

23

Najpopularniejsze języki programowania PLC – opinia krajowych dostawców sterowników programowalnych


SEKWENCYJNY JĘZYK GRAFICZNY (SFC) • Język ten jest podstawowym językiem zdefiniowanym w normie IEC 1131-3. Opisuje on operacje,

wykorzystując prostą reprezentację graficzną dla poszczególnych kroków procesu i warunków nazywanych tranzycjami. Wyrósł on na gruncie metod opisu automatów sekwencyjnych, do których zalicza się : – metodę polegającą na użyciu grafu przejść (każdy węzeł grafu jest związany ze stanem automatu, natomiast

łuk grafu jest określony przez zmienną logiczną lub funkcję kilku zmiennych) – metodę tablicy stanów (liczba kolumn rośnie wykładniczo ze wzrostem liczby wejść np. dla 20 wejść w tablicy

stanów potrzeba więcej niż milion kolumn) – ściśle związaną z fizyczną realizacją metodę schematów drabinkowych opierającą się na analogii do

schematów przekaźnikowych.

• Wzrost złożoności systemów sterowania sekwencyjnego doprowadził do zdefiniowania w roku 1977 metody Grafcet. Wykorzystuje ona formalizm sieci Petriego typu P/T (Pozycja/Tranzycja) zmodyfikowany dla procesów dyskretnych.

• Zaletą jej jest zapis funkcji sekwencyjnych w sposób niezależny od realizacji sprzętowej i programowej. Na założeniach metody Grafcet w normie IEC 1131-3 zdefiniowano sposób opisu działania sterownika w postaci sekwencji SFC (Sequential Function Chart).

• Proces cykliczny jest podzielony na kolejne kroki oddzielone warunkami logicznymi. Formalizm ten może być wykorzystany przy programowaniu sterownika w celu stworzenia odpowiedniej struktury wewnętrznej programu.

• Zwykle do opisu poszczególnych akcji związanych z krokami i warunkami wykorzystuje się inne języki. Język ten umożliwia równoległe przejście pomiędzy dwoma krokami lub tranzycjami, co oznacza , że istnieje w nim możliwość równoległego przetwarzania części programu.


2016-12-10

24

Wybór języka programowania PLC Wybór właściwego języka

Mając do dyspozycji kilka różnych języków programowania, przed wyborem konkretnego z nich należałoby odpowiedzieć sobie na kilka kluczowych pytań. Oczywiście naturalną tendencją jest pozostawanie przy tym języku, który znamy. Jednak zawsze warto wziąć pod uwagę umieszczoną poniżej listę cech innych języków: – łatwość nadzoru przez użytkownika końcowego: SFC, – powszechność i akceptacja języka: LD, – znajomość i akceptacja w Europie: IL lub ST, – prędkość wykonywania przez PLC: IL lub ST, – aplikacje wykorzystujące głównie cyfrowe We/Wy oraz prosta regulacja ciągła: LD lub FBD, – łatwość dokonywania zmian w kodzie: LD, – łatwość i umiejętność obsługi przez młodych inżynierów: ST, – łatwość w implementacji skomplikowanych operacji matematycznych: ST, – aplikacje, które cechują powtarzające się operacje lub procesy wymagające łączenia i jednoczesności

operacji: SFC.

• Ponieważ nie wszyscy dostawcy sterowników PLC lub PAC dostarczają programy narzędziowe w pełni zgodne z normą IEC61131-3, na wybór języka programowania może również wpłynąć wykorzystywana w projekcie platforma sprzętowa.

• W rzeczywistości większość pozaeuropejskich dostawców nie oferuje tej funkcjonalności lub posiada bardzo ograniczone spektrum opcji, np. oferując jedynie język drabinkowy i SFC.

• W przypadku małych sterowników – „mikro” PLC – kwestią kluczową z punktu widzenia różnorodności języków programowania może być również brak wystarczającej ilości pamięci oraz zbyt mała prędkość procesora.

• Wielu programistów skazanych jest na pracę z konkretnym sprzętem. Jeśli jednak programista ma wpływ na wybór platformy sprzętowej, powinien dobrać najbardziej odpowiedni dla danej aplikacji język lub grupę języków.


Przykład sterownika modułowego PLC PCD2.M480,

Kaseta główna z szybkim procesorem Motorola Coldfire 5407@162 MHz, 1MB pamięci RAM (rozszerzalnej o 1MB pamięci Flash EPROM typu R400), obsługa do 64 gniazd modułów we/wy (do 1024 we/wy), port USB, do 8 łączy komunikacyjnych: gniazdo A dla modułów PCD7.F1xx, gniazda B1, B2 dla różnych kombinacji modułów funkcyjnych PCD7.F5xx, sieci PROFIBUS DP, S-Net oraz Ethernet TCP/IP 10/100 Mbit/s, wbudowany Web-Server.


2016-12-10

25

Sterownik PCD2.M480

Schemat blokowy sterownika PCD2.M480, firmy SAIA


Najbardziej znane na polskim rynku marki sterowników


Raport z 2009, Automatyka B2B

50

2016-12-10

26

Komputery przemysłowe – podstawowe informacje

Komputer przemysłowy (IPC) – komputer przeznaczony do działania w warunkach przemysłowych (np. w halach fabrycznych). Charakteryzuje się większą odpornością na warunki zewnętrzne i zwiększonym poziomem niezawodności działania.

• Rynkiem dla takich komputerów są głównie zakłady przemysłowe, chociaż można je stosować także jako komputery wbudowane. Zasadniczym celem ich wykorzystania jest kontrola i sterowanie procesami przemysłowymi. Jednak architektura logiczna takiego komputera może być w pełni kompatybilna z komputerami osobistymi klasy PC. Dzięki temu może to być sprzęt do specyficznych zastosowań i jednocześnie dobrze udokumentowany, i powszechnie znany.

• Architektura – IA-32 (Intel x86-32) system GNU/Linux, Microsoft Windows. Ze względu na zastosowanie w kontrolowaniu procesów, zwykle uruchamiane są na nich systemy operacyjne czasu rzeczywistego takie jak QNX, RTLinux lub Windows CE.


Komputery przemysłowe Cechy charakterystyczne komputerów przemysłowych • zwarta budowa (brak "odstających" elementów), • możliwość dołączenia modułów (karty typu PCI) lub np. według standardu PC-104 -

forma "wieżyczki", • duża wytrzymałość na warunki środowiskowe - przykładowy komputer przemysłowy

może pracować bezbłędnie gdy: – temperatura powietrza: 0°C - 60°C (przechowywanie: -40°C - 85°C), – wilgotność wynosi: 0% - 95% (ale bez kondensacji pary wodnej), – oddziałują na niego wibracje, – powietrze jest zapylone,

• brak konieczności stosowania wentylatorów do chłodzenia płyty głównej i procesora, • chipset ze zintegrowaną kartą graficzną, sieciową, kontrolerem dysków, • możliwość bezpośredniego podłączenia wyświetlacza LCD do płyty głównej.

Przykładowe wyposażenie komputera przemysłowego • Zintegrowany w chipsecie kontroler grafiki pozwala uzyskać niezależne obrazy w

wysokiej rozdzielczości poprzez wyjścia DVI, HDMI i LVDS (opcjonalnie). • Szerokie możliwości komunikacyjne: porty Gigabit Ethernet ( z Wake On LAN), porty

szeregowy: konfigurowalne jako RS-232/422/485 natomiast kolejne 2 RS-422/485 są izolowane do 7,5kV.

• 6 portów USB 2.0 , 8-bitowe DIO oraz wyjście Audio typu Dual Chanel. Dodatkowo w standardowym wyposażeniu otrzymujemy 6 programowalnych przycisków funkcyjnych umieszczonych na froncie obudowy.


2016-12-10

27

IPC - Industrial Personal Computer Przykłady komputerów przemysłowych


IPC - Industrial Personal Computer Przykłady komputerów przemysłowych


2016-12-10

28

Rozwój PLC, PAC, IPC

• Funkcjonalność i technologia sterowników programowalnych jest cały czas rozwijana. Na rynku PLC widoczna jest miniaturyzacja oraz zwiększanie ich możliwości funkcyjnych.

• W wyniku wprowadzania zmian coraz łatwiejsze staje się zarządzanie siecią, łączenie PLC z urządzeniami peryferyjnymi i włączanie ich do systemów sterowania. Rozbudowywane są moduły komunikacyjne.

• Stosowane są również zdalne moduły we/wy z użyciem sieci Ethernet, PROFInet, PROFIbus itp. Następuje integracja sterowników ze światem IT. PLC współpracują z webserwerami, FTP, SQL, WWW, GSM itd. PLC przejmuje funkcje dedykowanych modułów, np. do sterowania ruchem. Widoczny jest wzrost szybkości, mocy obliczeniowej i pamięci sterowników, dzięki czemu można sterować coraz większymi procesami w czasie rzeczywistym.

• Zauważalnym trendem na rynku PLC jest zdecydowanie większa swoboda komunikacji. Dodatkowo otwarte standardy ułatwiają integrację i skracają czas uruchomienia systemu. PLC są również oparte na systemach embedded (Windows, Linux).

• Coraz częściej PLC stosuje się w automatyce domowej - proste sterowanie modułami oświetleniowymi, kontrolą dostępu, bramami itp.

• Kontrolery PAC są naturalną drogą rozwoju sterowników PLC, dlatego znaczący producenci PLC już oferują lub wkrótce będą mieli je w ofercie.

• Komputery przemysłowe IPC w obecnej chwili nie stanowią silnej konkurencji dla PLC. Rozwiązania z IPC znajdują swoje zastosowania w urządzeniach, gdzie konieczne jest połączenie wysoko specjalizowanych modułów, np. pomiarowych z wykorzystaniem połączeń ethernetowych, lub wymagana jest komunikacja z systemami informatycznymi.

• W przyszłości kontrolery PAC i IPC będą stanowić konkurencję dla PLC. Urządzenia te są coraz tańsze, a oferują znaczną różnorodność rozwiązań. W wielu przypadkach sterowanie PLC jest zastępowane systemami PAC i IPC, mają też dużą moc obliczeniową.


Documents

Mikroprocesorowe układy sterowaniamysinski.wieik.pk.edu.pl/SP/Sterowniki Programowalne czesc I.pdf · •Wejścia logiczne •Wyjścia logiczne •Wejścia analogowe •Wyjścia