Programowalne sterowniki logiczne.pdf
(
889 KB
)
Pobierz
2 Programowalne sterowniki logiczne (PLC)
2 Programowalne sterowniki logiczne (PLC)
2.1 Wstęp
Wiele systemów jest sterowanych za pomocą prostych algorytmów tylko poprzez
wejścia binarne (0 - 1). Wyjściami tych systemów też są przeważnie sygnały binarne. Do
sterowania takich układów projektowane są proste układy elektroniczne. Coraz większe
zastosowanie znajdują elektroniczne układy typu ASIC, umożliwiające zaprogramowanie
złożonych algorytmów. Mikrokomputery nazywane sterownikami programowalnymi lub
programowalnymi sterownikami logicznymi PLC (Programmable Logic Controllers)
stosowane są do sterowania systemów, dla których nie istnieje potrzeba archiwizacji i
wizualizacji danych.
Sterowniki PLC są urządzeniami wszechstronnymi i zwartymi bazującymi na
standardowej architekturze mikroprocesorowej stosowanymi do sterowania maszyn i
procesów [5,6]. Są one zaprojektowane, aby ich programowanie i utrzymanie było proste.
Systemy PLC wymieniły starą logikę przekaźników. Sterowniki programowalny
(programmable controller – PC) jest w następujący sposób definiowany w 1978 przez NEMA
(National Electrical Manufacturers Association) jako:
„urządzenie przetwarzające cyfrowo, które stosuje Pamięć programowalną dla
wewnętrznego zapamiętywania instrukcji implementujących specyficzne funkcje:
logiczne, sekwencyjne, czasowe, zliczające i arytmetyczne do sterowania poprzez
cyfrowe lub analogowe wyjścia”
Zalety systemów PLC
•
znaczny wzrost wydajności w porównaniu z logiką przekaźników,
•
większa niezawodność,
•
mniejsze wydatki na utrzymanie ze względu na brak części poruszających się,
•
małe wymiary,
•
małe koszty.
Wady sterowników programowalnych
•
Wykrywanie błędów bardziej złożone niż w systemach przekaźnikowych,
•
Awaria PLC może całkowicie zatrzymać sterowany proces, w konwencjonalnych
awaria zakłócała sterowany proces,
•
Zewnętrzne zakłócenia mogą wpływać na zawartość pamięci PLC.
Rozwój systemów programowalnych sterowników logicznych rozpoczął się na początku
lat siedemdziesiątych i trwa do dziś. Na świecie istnieje ponad 100 liczących się firm
produkujących kilkaset modeli sterowników PLC. Największe znaczenie w produkcji i
zastosowaniu mają USA, Niemcy, Japonia i Francja. Większość firm produkuje sterowniki w
różnych klasach wielkości, z bogatym wyposażeniem wspomagającym programowanie,
testowanie i uruchamianie systemów. Istotnym zagadnieniem jest szybkie uzyskiwanie
prawidłowo działających programów.
Sterowniki spełniają szereg dodatkowych wymagań, których nie spełniają komputery
biurowe. Zaostrzone wymagania dotyczą zakresu temperatury pracy, wilgotności, odporności na
drgania i wstrząsy, zapylenie itp.
W systemach sterowania stosowany jest różny sprzęt komputerowy. Zwykle najniższy
poziom struktury sterowania bazuje na sterownikach programowalnych. W krajach wysoko
uprzemysłowionych programowalne sterowniki logiczne PLC (Programmable Logic Controllers)
są podstawowym środkiem sterownia i automatyzacji wszelkiego typu maszyn i urządzeń
technologicznych o binarnej strukturze funkcjonowania, takich jak obrabiarki, prasy wtryskarki
tworzyw sztucznych, linie zgrzewania, urządzenia do transportu technologicznego, urządzenia do
pakowania, urządzenia malarskie i galwanizerskie, urządzenia mieszająco - dozujące, sortujące,
ważące, itp. Stosuje się je także do automatyzacji całych procesów technologicznych w
hutnictwie, energetyce, przemyśle spożywczym, chemicznym, materiałów budowlanych itp.
2.2 Własności sterowników programowalnych
Sterownik programowalny PLC jest urządzeniem bazującym na mikroprocesorze,
posiadającym dodatkowo pamięć oraz urządzenia wejścia-wyjścia. Te elementy stanowią
integralną część sterownika. Zwykle Sterownik posiada połączenie do urządzenia
programującego i monitorującego.
W zależności od wielkości sterownika części składowe znajdują się w jednej zwartej
jednostce lub są rozproszone. Mały sterownik posiada do 40 połączeń wejść-wyjść, duży
natomiast ponad 128 połączeń lokalnych lub zdalnych z wieloma możliwościami stosowania
rozszerzeń.
System rozproszony na moduł CPU/pamięć, moduły wejścia-wyjścia (I/O racks) i odległe
moduły, które mogą być oddalone nawet o setki metrów od modułu głównego. Duże jednostki
PLC posiadają również moduły analogowe wejścia-wyjścia i możliwość użycia programów
wspomagających złożone operacje nie występujące w sterownikach przekaźnikowych.
Podstawową różnicą pomiędzy PLC a innymi urządzeniami mikroprocesorowymi, jest to
że zaprojektowane są dla środowiska przemysłowego. Np. stosują ekranowanie w celu
zabezpieczenia przed zakłóceniami elektrycznymi. Modularna budowa PLC umożliwia łatwą
wymianę i dodawanie modułów. Wspomagają standaryzowane połączenia i poziomy sygnałów i
są zaprojektowane dla łatwego zaprogramowania przez osoby nie znające języków
programowania.
Pamięć PLC dzieli się na pamięć programu zawartą w EPROM/ROM i pamięć
operacyjną. Pamięć RAM jest wykorzystywana do wykonywania programu i jako pamięć
chwilowa dla zapamiętywania danych wejściowych i wyjściowych. Typowa wielkość pamięci
stosowanej w sterownikach wynosi około 1KB dla małych sterowników, kilka KB dla średnich i 10-
20KB dla większych sterowników w zależności od potrzeb. Dla większości sterowników możliwe
jest zwiększanie pamięci w sposób prosty.
Urządzenia wejścia-wyjścia stanowią sprzęg pomiędzy zewnętrznymi procesami.
Urządzenia PLC są typowymi urządzeniami logicznymi, bazującymi na napięciu 5v. Ponieważ
zewnętrzne procesy wymagają większych mocy i napięć, dlatego moduły I/O są izolowane w
sposób optyczny lub inny. Typowe napięcie przetwarzania sterowników należy do zakresu 5V -
240V, prądy z zakresu 0.1A do kilku A, co nie powoduje konieczności dołączania dodatkowych
urządzeń dopasowujących.
Przy programowaniu sterowników stosowany jest zwykle system skrośny (rys. 2.1). W
systemie tym programy są tworzone na komputerze głównym (zwykle jest to komputer PC z
systemem Windows), następni kompilowane. Program skompilowany jest ładowany na sterownik
programowalny. To samo łącze, po którym jest ładowany program wynikowy, może być użyte do
śledzenia wykonania programu na sterowniku, a sterownik od tej pory pracuje samodzielnie.
PC- Komputer główny
Łącze szeregowe
PLC
Rys. 2.1. System skrośny programowania sterowników.
2.2.1 Zasada działania sterowników programowalnych
Programowalne sterowniki logiczne, najogólniej definiując, mają strukturę komputerów
uniwersalnych, lecz zorientowane są na procesy sterowania logicznego. Wynikają stąd dwie
podstawowe ich własności: programowanie zadań odbywa się z wykorzystaniem specjalnych
języków zorientowanych na zapis funkcji logicznych, a ich budowa jest dostosowana do
bezpośredniego połączenia ze sterowanym obiektem. Wykonywanie programu sterowania polega
na szeregowo-cyklicznym przetwarzaniu rozkazów programu. Kolejne rozkazy są wykonywane
szeregowo jeden po drugim, a po wykonaniu wszystkich cykl jest powtarzany, niezależnie od
przebiegu sterowanego procesu technologicznego. Cykl powtarzania programu jest na tyle
szybki, że sterowany obiekt reaguje na związki logiczne pomiędzy jego wejściami a wyjściami,
wynikające z algorytmu jego pracy, tak jakby były one realizowane równolegle w czasie
rzeczywistym.
Bloki układów wejścia/wyjścia służą do elektrycznego dopasowania sygnałów
dwustanowych, pochodzących ze sterowanego obiektu i wysyłanych przez sterownik do obiektu
sterowanego. Bloki te realizują również separację galwaniczną sterownika od obiektu
sterowanego, zmniejszając zagrożenie przed uszkodzeniem i przed zakłóceniami elektrycznymi
systemu sterowania. Układy wejścia/wyjścia umożliwiają bezpośrednie podłączenie sterownika
do obiektu sterowanego.
•
Sterowniki PLC mogą być wyposażone w różne rodzaje pamięci (rys. 2.2):
DRAM (dynamic RAM) – W pamieciach DRAM dane przechowywane są w komórkach
pamięci o charakterze pojemnościowym, wymagających okresowego odświeżania w celu
utrzymania zawartości komórki. Pamięci tego typu są wolniejsze ze wzgldu na
konieczność odświeżania, a czas dostępu wynosi przeciętnie 50-60 ns. Wymagane jest
zasilanie bateryjne do utrzymania zawartości takich pamięci po wyłączeniu prądu.
SRAM (static RAM) – Pamięci statyczne pracują na zasadzie przerzutników, dane w nich
pozostają tak długo dopóki się do niej zapisze nowe dane. Pamięci te cechują się
szybkim czasem dostępu rzędu 10-20ns.
ROM (Read Only Memory) jest pamięcią, której zawartość można tylko odczytać i nie
ulega zniszczeniu przy wyłączeniu zasilania. W pamięciach takich przechowywane są
części lub cały system operacyjny.
EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) – jest pamięcią typu ROM, której
zawartość można zmienić stosując pewne dodatkowe środki. Polega to zwykle na
wystawieniu tego układu zawierającego okno kwarcowe na układzie na działanie
promieni ultrafioletowych.
EEPROM (Electricaly Erasable Programmable Read Only Memory) – jest pamięcią typu
ROM, której zawartość można zmienić przy użyciu elektrycznych impulsów.
•
•
•
•
Większość sterowników programowalnych jest dostosowanych do przechowywaniu programu
aplikacji w tego typu pamięciach. Użytkownik za pomocą programatora zapisuje program
wynikowy do tego typu pamięci, a następnie dokonuje wymiany starych układów pamięci z
poprzednią wersją na układy pamięci z nową wersją. Pamięci EPROM i EEPROM zachowują
program i wszystkie dane, także w przypadku zaniku zasilania.
Łącze konsoli
zegar
CPU
Łącze szeregowe
drugi CPU
Wejście – napięcie DC
sprzęgsyfrowy
drugi CPU
drugi CPU
Wejście – napięcie AC
spzęgcyfrowy
drugi CPU
Sprzęg
analogowo-cyfrowy
Sprzęg
Cyfrowo-analogowy
Sprzęg
Licznika impulsów
Sprzęg
Wyjść przekaźnikowych
magistrala
(adresowa, danych i sterowania)
Rys. 2.2. Podstawowa struktura sterownika programowalnego.
2.2.2 Parametry sterowników programowalnych.
W tabeli 2.1 zawarto ważniejsze parametry [3] wybranych producentów sterowników
programowalnych. Jedną z charakterystycznych cech sterowników jest liczba wejść i wyjść
cyfrowych. W większości zastosowań wystarcza niewielka liczba takich wejść i wyjść. Ponieważ
program typowego sterownika polega na cyklicznym wykonaniu tego samego ciągu instrukcji,
dlatego szybkość sterownika programowalnego określana jest przez czas wykonania tysiąca
instrukcji. Proste programy sterownika nie zajmują zbyt dużo miejsca w pamięci, dlatego typowe
sterowniki wyposażane są w mniejszą pamięć RAM niż komputery osobiste.
Firma
Typ
I/O
Szybkość czas
dla 1000 instrukcji
RAM
Allen-Bradley
Micrologix 1000
SLC 500
PLC-5
PLC-5/250
16-32
20-960
128-3072
do 4.1K
do 2ms
0.5-8ms
<1ms
<1ms
do 1Kb
1K-24Kb
8K-100Kb
do 8Mb
GE Fanuc Automation
90 Micro
Seria 90-30
Seria 90-70
14
1K
12K
1ms
0.18ms
0.4ms
6Kb
80Kb
512Kb
PEP Modular Computers
Smart I/O
8-88
3Mb
Siemens
Simatic S5-90U
Simatic S5-95U
Simatic S5-100U
Simatic S5-115U
Simatic S5-135U/155U
Simatic TI500/TI505
Simatic S7-200
Simatic S7-300
Simatic S7-400
14-208
32-480
do 448
do 2K
32.8K
8.2K
64
1024
128K
2ms
2ms
0.8ms
0.1ms
0.18ms
0.06ms
0.8ms
0.3ms
0.08ms
4Kb
20Kb
20Kb
384Kb
1664Kb
1920Kb
4Kb
48Kb
512Kb
Tab. 2.1. Podstawowe parametry wybranych sterowników PLC.
Sterowniki mogą być przeznaczone nie tylko do wykonywania prostych operacji. Tabela 2
podaje różne rodzaje operacji, które mogą być realizowane przez sterowniki: r - zadania czasu
rzeczywistego, m - wielozadaniowość, II - moduły do obliczeń równoległych, f - obliczenia
zmiennoprzecinkowe, pid - sterowanie typu PID, fz - logika fuzzy.
Programowanie sterowników nie musi być realizowane na poziomie bliskim maszynie.
Świadczy o tym coraz bogatsze oprogramowanie oferowane dla sterowników programowalnych.
W tab. 2.2 podawane są następujące typy oprogramowania: tr - pakiety treningowe, pc -
oprogramowanie komputerów osobistych (PC), iec- zgodność z IEC1131 dla wszystkich
wariantów, f - bloki funkcyjne, i - schematy drabinkowe, l - lista instrukcji, s - schematy przebiegu
sekwencji instrukcji, h - programator przenośny.
Coraz większe wymagania związane są integracją sterownika z otoczeniem. Sterowniki
wyposażone są w różne sprzęgi umożliwiające transmisję danych. W tabeli 15.2 podano typy
łączy komunikacyjnych: e - Ethernet i jego odmiany, a - ARCnet, f -FIP, c - CAN, p-Profibus, l -
LONWorks, m - Modbus, m+ - Modbus+, s - Interbus-S, d - DeviceNet, as - ASInet, fo -
światłowody (fibre optics), r - fale radiowe.
Stosowane są rozwiązania bazujące na języku naturalnym, przykładem może być
narzędzie CASE firmy Siemens o nazwie APT, którego celem jest zapewnienie prostoty
programowania sterowników.
Typ
Operacje
Programowanie
Transmisja
Micrologix 1000
SLC 500
PLC-5
PLC-5/250
r
r,f,pid
r,f,pid,dmr
r,m,II,f,pid,dmr
pc, l, h
tr,pc,l,s,h
tr,pc,l,i,s,h
pc,l,s
m,d,fo,r
e,p,m,f,fo,r
e,m,d,fo,r
90 Micro
Seria 90-30
Seria 90-70
r,pid
r,pid,II
r,m,II,f,fz,pid,d/tmr
tr,pc,iec,l,i,h
tr,pc,iec,l,i,s,h
tr,pc,iec,l,s
m
e,f,c,m,d,s,d,r
e,f,p,m,s,d,sd,fo,r
Smart I/O
r,m
tr,pc,iec
p,m,d
Simatic S5-90U
Simatic S5-95U
Simatic S5-100U
Simatic S5-115U
Simatic S5-135U/155U
Simatic TI500/TI505
Simatic S7-200
Simatic S7-300
Simatic S7-400
r
r,fz
r,fz
r,f,pid,d,fz
r,f,II,pid,d,fz
r,f,pid,d
r
r,f,pid,fz
r,II,f,pid,fz
tr,pc,f,l,i,s,h
pc,f,l,i,s,h
pc,f,l,i,s,h
p,c,f,l,i,s,h
pc’C’,f,l,i,s,h
pc,l,i,APT
tr,pc,iec,l,i
tr,pc,iec,f,l,i,s
pc,iec,fl,is
as,m
p,m,as
as,m
e,p,m,m+,as,fo
e,p,m,m+,as,fo
a,p,m,m+,as,fo
RS485,ascii
p,as,fo,m+,RS485
e,p,as,fo,m,RS485
Tab. 2.2 Parametry wybranych sterowników PLC.
2.2.2 Metody programowania sterowników
Dla języków programowania sterowników PLC opracowano standardy IEC
(International Electrotecnical Comission). Istnieje pięć podstawowych metod konstrukcji
oprogramowania sterowników w standardzie IEC 1131-3. Przykładem takiego
zaawansowanego systemu jest pakiet ISaGRAF, który uruchamiany jest pod Windows,
natomiast aplikacje programowe uruchamiane są na rodzinie sterowników PLC typu PEP
9000 w środowisku systemu operacyjnego czasu rzeczywistego OS9. Funkcje pakietu są
dostępne w dwóch trybach pracy, normalnym służącym do konstruowania programu oraz
drugim, służącym do kontroli działania programu. Program posiada procedury testujące oraz
możliwości podglądu wykonania programu w trybie symulacyjnym i na systemie docelowym.
ISaGRAPH posiada pięć ęzyków programowania zgodnych ze standardem
IEC1131 - 3, z których można korzystać na raz w jednym programie. Są to:
•
•
•
•
•
sekwencyjne schematy funkcyjne (SFC - Sequential Function Chart),
bloki funkcyjne (FBD - Function Block Diagramm ),
schematy drabinkowe (LD - Ladder Diagram )
lista instrukcji (IL - Instruction List),
tekst strukturalny (ST - Structured Text ).
Plik z chomika:
pilot1216
Inne pliki z tego folderu:
Simatic - instrukcje sieciowe.pdf
(464 KB)
STEP5 Manual.pdf
(5609 KB)
Sterowanie PLC z zastosowanie falownika.pdf
(40 KB)
Sterowniki programowalne PLC - Siemens.ppt
(346 KB)
Sterowniki Simatic S-5.pdf
(1741 KB)
Inne foldery tego chomika:
- II w.św. - Pacyfik, Azja
- II w.św. - Rosja - ZSRR
- II w.św. Afryka, Atlantyk
- ★ Oszukać Umysł
ENCYKLOPEDIA KOŚCIELNA
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin