Podstawy PLC

Podstawy PLC
Programowalny sterownik logiczny PLC (ang. Programmable Logic Controler) to
urządzenie mikroprocesorowe, posiadające szereg wejść/wyjść zarówno cyfrowych jak i
analogowych oraz porty transmisji danych, wykonywające określony program w sposób
cykliczny. Cechą charakterystyczną sterowników PLC jest możliwość swobodnego
programowania.
WEJŚCIA
styki mechaniczne, przełączniki zbliżeniowe
STEROWNIK
Program sterujący
wprowadzony do pamięci
WYJŚCIA
silniki, solenoidy
Urządzenia wejścia (np. mechaniczne styki, przełączniki zbliżeniowe) oraz urządzenia
wyjścia (np. silniki, solenoidy) z maszyny lub procesu, które mają być kontrolowane, są
podłączone do sterownika. Użytkownik wprowadza sekwencję instrukcji (program) do
pamięci sterownika. Urządzenie sterujące kontroluje wtedy w sposób ciągły stan wejść i
wyjść, zgodnie z programem użytkownika.
Przechowywany program może być modyfikowany, mogą być do niego dodane nowe
funkcje sterowania, jak również dotychczasowe funkcje programu mogą być zmienione
zgodnie z bieżącymi potrzebami, bez konieczności wymiany przewodów w urządzeniach
wejścia i wyjścia. W wyniku tego powstaje system elastyczny, który może być
wykorzystywany do sterowania zmiennymi zadaniami.
Większość współczesnych, zautomatyzowanych fabryk stosuje programowalne
sterowniki logiczne dla sterowania produkcją oraz procesami montażowymi.
Przykładem może być przemysł motoryzacyjny, gdzie każdy nowy model pojazdu
wymaga szeregu zmian i modyfikacji na linii produkcyjnej. Przez wiele lat zmiany te
dokonywane przez elektryków i personel eksploatacyjny polegały na wymianie systemów
przekaźnikowych i wymagały długotrwałych przestojów, bardzo kosztownych dla
przedsiębiorstwa. Obecnie rolę systemów przekaźnikowych przejęły sterowniki logiczne,
dzięki którym obsługa linii montażowej sprowadza się do zmiany oprogramowania.
Sterownik programowalny jest "mózgiem" procesu przemysłowego, inteligentnego budynku
lub maszyny, którą steruje. Elementami wykonawczymi w tych układach są zwykle
rozbudowane układy pneumatyczne, hydrauliczne, elektryczne lub ich kombinacje.
1. Układy elektropneumatyczne
Rozdział poświęcony jest omówieniu symboli i działania wybranych dwustanowych
układów wykonawczych. Zrozumienie problematyki jest niezbędne, jeżeli chcemy przystąpić
do zaprojektowania układu sterowania lub regulacji.
Rozważmy elektropneumatyczny 5 - cio kanałowy, dwupozycyjny zawór elektromagnetyczny.
Celem działania 5 - cio kanałowego zaworu przedstawionego na rys 1. jest pneumatyczne
przesuwanie tłoka, czyli sprężanie i rozprężanie. Zawór jest sterowany elektrycznie za pomocą
napięcia podłączonego do jego cewek elektromagnetycznych.
A+
1
2
Sprężone
powietrze
Rys.1.1 .
A)
B)
Zasilenie cewki lewej (1) powoduje, że zawór przyjmuje położenie jak na rys 1.1B.
Dostarczone do cylindra powietrze powoduje przejście tłoka w położenie rozprężania
oznaczone dalej jako A+.
Zasilenie cewki prawej (2) powoduje, że zawór przyjmuje położenie jak na rys. 1.2B.
Tłok przesuwa się w położenie sprężania oznaczone dalej jako A- i pozostaje tam aż do
ponownego zasilenia cewki lewej (1).
A-
1
2
Sprężone
powietrze
Rys.1.2
A)
B)
2
2. Układy wielocylindrowe
Po zapoznaniu się z układem jednocylindrowym sterowanym zaworem 5-cio
kanałowym przejdziemy do omówienia układów dwu i więcej cylindrowych realizujących
określone sekwencje działania.
Rozważmy 3 - cylindrowy układ wyposażony w 6 krańcówek sygnalizujących skrajne
położenia każdego tłoka (rys.2.)
Załóżmy, że należy zrealizować sekwencję sterowania : Start A+ B+C+A-B-C-.
Gdzie:
+ oznacza tłok w położeniu rozprężenia cylindra
- oznacza tłok w położeniu sprężenia cylindra
S2
S1
A+
A-
B+
I 32.1
Q 32.1
Q 32.2
S4
S3
S5
B-
C+
I 32.2
C-
I 32.3 I 32.4
Q 32.3
Q 32.4
S6
I 32.5 I 32.6
Q 32.5
Q 32.6
Rys. 2. Układ do realizacji zaprogramowanej sekwencji
(Należy uzupełnić odpowiednie połączenia krańcówek i cewek zaworów)
Czytelnik, który zrozumiał omówioną
ideę sterowania w układach
elektropneumatycznych, będzie mógł bez kłopotu zrealizować projekt dowolnej sekwencji
sterowania (niezależnie od ilości cylindrów w układzie) za pomocą sterownika PLC. Jedynym
ograniczeniem jest ilość wejść i wyjść wykorzystywanego sterownika programowalnego.
3
3. Zastosowania sterowników programowalnych w procesach sterowania.
Zadanie polega na sekwencyjnym sterowaniu trzech pneumatycznych cylindrów A, B, C
za pomocą sterownika PLC.
Załóżmy, że chcemy osiągnąć następującą sekwencję:
* cylindry A i B rozprężają się jednocześnie
* cylinder C rozpręża się
* cylindry A i B sprężają się równocześnie
* cylinder C spręża się.
Sekwencję powyższą można zapisać w postaci :
(A+)
(B+)
C+
(A-)
(B-)
C-
Tłoki A i B muszą przyjąć położenie rozprężenia zanim tłok C rozpocznie suw rozprężania.
Analogiczna sytuacja powtarza się w czasie sprężania.
S2
S1
A+
A-
B+
I 32.1
Q 32.1
S5
B-
C+
I 32.2
Q 32.2
S4
S3
I 32.3
Q 32.3
Q 32.4
WEJŚCIA
I 32.5 I 32.6
Q 32.5
Q 32.6
WYJŚCIA
Q 32.1
I 32.1
Q 32.2
I 32.2
PLC
I 32.3
START
C-
I 32.4
I 32.0
I 32.0
I 32.4
Q 32.3
Q 32.4
Q 32.5
I 32.5
Q 32.6
I 32.6
Rys. 3. Schemat układu elektropneumatycznego ze sterownikiem PLC
Schemat programu sterującego pokazano na rys. 4.
4
S6
Rys.4. Schemat programu sterowania ( IN1 - IN6 = krańcówki S1 – S6 )
Program uzupełniono segmentem z sygnałem IN8 = przycisk START, by uniknąć
przypadkowego uruchomienia zaprogramowanego cyklu , przy włączeniu zasilania sterownika.
Opis działania
• Sygnał wejściowy : I N 8- zamknięte, wymusza sygnały wyjściowe PLC: OUT1 i OUT3,
które sterują cewkami zawrotów elektromagnetycznych A i B. Tłoki A i B przechodzą w
stan rozprężenia A+ i B+.
• Równocześnie z zakończeniem suwu rozprężenia tych cylindrów, końcówki S2 i S4
generują sygnały wejściowe PLC: IN2 oraz IN4.
• Iloczyn logiczny - AND sygnałów IN2 oraz IN4 wymusza sygnał wyjściowy OUT5, który
steruje cewką zaworu elektromagnetycznego C odpowiedzialnego za rozpoczęcie suwu
rozprężania tłoka C+.
• ………………….
Czytelnik winien opisać, w sposób analogiczny dalszą część omawianego cyklu.
TEST PROGRAMU. Zanim podłączymy sterownik do modelu pneumatycznego należy
zweryfikować poprawność działania programu, w celu poprawienia ewentualnych błędów.
Należy skorzystać z przedstawionej poniżej tablicy testu programu i diod sygnalizujących PLC.
Tablicę tworzymy w oparciu o rys. 3-4, wymuszając kolejne stany sygnałów wejściowych (IN) i
obserwując sygnały wyjściowe (OUT) , co odpowiada reakcjom tłoków A, B, C na sygnały
wysyłane przez czujniki (krańcówki) położenia S1 ÷ S6. Tablica jest więc tablicą przyczynowo skutkową procesu:
(A+)
(B+)
C+
5
(A-)
(B-)
C-
Tablica testu programu wg rys.4.
Inicjacja
START
Krańcówki /Wejścia PLC
Elektrozawory / Wyjścia PLC
S1 , S3, S5 - ZAŁ
START- ZAŁ/WYŁ
S1 i S3 - WYŁ
S2 i S4 - ZAŁ
S6 - ZAŁ
S2 i S4 - WYŁ
S1 i S3 - ZAŁ
S6 - WYŁ
Q32.6 - WYŁ
Q32.1 i Q32.3 – ZAŁ/WYŁ
Q32.6 -WYŁ
Q32.5 - WYŁ
Q32.2 i Q32.4 - ZAŁ
Q32.5 - WYŁ
Q32.6 - ZAŁ
Q32.2 i Q32.4 - WYŁ
Inne ćwiczenia z modelem pneumatycznym.
Rozważmy sekwencję A+ B+ C+ C- B- A- . Wydaje się to być, na pierwszy rzut oka,
zadanie bardzo łatwe. Przygotowanie odpowiedniego schematu drabinkowego wymaga jednak
rozwiązania kilku problemów typowych dla programowania PLC.
Rozważmy pierwsze 3 szczeble schematu:
Dotychczas bez problemów ! Program realizuje wszystkie niezbędne uzależnienia. Jeżeli
nie zakończy się suw rozprężania cylindra A+, krańcówka S2 nie wymusi sygnału wejściowego
IN2 i tłok w cylindrze B nie rozpocznie suwu rozprężania. Przejdźmy jednak do czwartego
szczebla schematu drabinkowego
Przedstawiony schemat jest błędny, gdyż ze względu na stale aktywny sygnał OUT5
(suw rozprężania C+ cylindra C) nie może być wykonany suw sprężania C- tego cylindra Należy
zatem znaleźć metodę przełączenia sygnału OUT5 w stan nieaktywny, zanim sygnał OUT6
przyjmie stan aktywny.
Podobne zawieszenie się programu wystąpi w przypadku sygnałów sterujących
rozprężaniem i sprężaniem cylindra B (tj. OUT3→ B+ oraz OUT 4 → B-)
Jest to właśnie problem, który winniśmy rozwiązać wybierając spośród wielu możliwych
sposobów metodę, która zapewnia minimalną ilość szczebli programu.
6