Sterowniki programowalne PLC cz.2, automatyka, Automatyka

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
A U T O M A T Y K A
Sterowniki programowalne PLC
Podstawy, część 2
Czujniki
Czujnik jest elementem,
ktÛry przekszta³ca parametr
charakteryzuj¹cy zjawisko fi-
zyczne na sygna³ elektryczny
akceptowany przez PLC. Czuj-
niki do³¹czane s¹ do wejúÊ
PLC. Przyciski to jeden z†przy-
k³adÛw takich czujnikÛw. Syg-
na³ elektryczny wysy³any
z†przycisku do wejúcia PLC
wskazuje stan (otwarty/za-
mkniÍty) stykÛw przycisku
(
rys. 13
).
Rys. 15.
sowane do pomiaru pr¹du (najczÍúciej
spotykane zakresy to 0..20mA oraz
4..20mA) lub napiÍcia (np. 0..10V).
W†przyk³adzie prezentuj¹cym wykorzys-
tanie takiego wejúcia (
rys. 17
), czujnik
poziomu monitoruje poziom p³ynu
w†zbiorniku. Zaleønie od wynikÛw po-
miarÛw wykonanych przez czujnik po-
ziomu, wartoúÊ sygna³u dostarczanego
do PLC moøe zwiÍkszaÊ siÍ lub zmniej-
szaÊ, tak jak poziom cieczy w zbiorniku.
W†drugiej czÍúci artyku³u
przybliøymy nazewnictwo
stosowane przez
uøytkownikÛw sterownikÛw
PLC, dziÍki czemu ³atwiej
wspÛlnie przebrniemy przez
kolejne czÍúci kursu.
Element wykonawczy
Elementy wykonawcze umoøliwiaj¹
zainicjowanie sygna³em elektrycznym wy-
chodz¹cym z†PLC dzia³anie jakiegoú urz¹-
dzenia. Elementy wykonawcze systemu
sterowania s¹ pod³¹czane do wyjúÊ PLC.
Stycznik silnika jest jednym z†przyk³a-
dÛw elementu wykonawczego, ktÛry mo-
øe byÊ pod³¹czony do wyjúcia PLC (
rys.
14
). Zaleønie od wyjúciowego sygna³u
PLC, stycznik silnika bÍdzie zarÛwno uru-
chamiaÊ, jak i†zatrzymywaÊ silnik.
Wyjúcia dyskretne
Wyjúcie dyskretne jest wyjúciem,
ktÛre moøe byÊ w³¹czone (ON) lub wy-
³¹czone (OFF). Cewki przekaünikÛw
oraz lampki to przyk³adowe urz¹dzenia
wykonawcze pod³¹czane do wyjúÊ dys-
kretnych. Wyjúcia dyskretne mog¹ byÊ
rÛwnieø nazywane wyjúciami cyfrowy-
mi. W†przyk³adzie z†
rys. 18
lampka kon-
trolna moøe byÊ za³¹czana lub wy³¹cza-
na sygna³em z wyjúcia PLC, do ktÛrego
jest pod³¹czona.
Wejúcia dyskretne
Wejúcie dyskretne, okreúlane takøe
mianem ìwejúcia cyfrowegoî, moøe zna-
jdowaÊ siÍ w†jednym z†dwÛch stanÛw:
za³¹czone (ON) lub wy³¹czone (OFF).
Przyciski, prze³¹czniki dwustanowe,
wy³¹czniki kraÒcowe oraz czujniki zbli-
øeniowe to przyk³ady czujnikÛw dys-
kretnych, ktÛre s¹ pod³¹czane do dys-
kretnych (cyfrowych) wejúÊ sterowni-
kÛw (
rys. 15
). W†stanie za³¹czenia (ON)
dyskretne wejúcie odpowiada logicznej
jedynce lub stanowi wysokiemu. W†sta-
nie wy³¹czenia (OFF) dyskretne wejúcie
odpowiada logicznemu zeru lub stano-
wi niskiemu.
Przycisk normalnie otwarty (NO) zo-
sta³ uøyty w†przyk³adzie z†
rys. 16
. Jeden
styk przycisku jest pod³¹czony do pier-
wszego wejúcia PLC. Drugi styk przy-
cisku jest pod³¹czony do wewnÍtrznego
zasilacza 24VDC. Wiele sterownikÛw
wymaga oddzielnego zasilacza dla za-
silania wejúÊ. W†stanie otwartym na wej-
úciu PLC nie wystÍpuje napiÍcie. Jest
to stan wy³¹czenia (OFF). Kiedy przy-
cisk zostaje wciúniÍty, napiÍcie 24VDC
zostaje do³¹czone do wejúcia PLC. Jest
to stan za³¹czenia (ON).
Przycisk
(czujnik)
Wyjúcia analogowe
Wyjúcie analogowe jest wyjúciem, na
ktÛrym jest generowany sygna³ ci¹g³y
w†czasie. Na wyjúciu moøe byÊ wytwa-
rzany np. sygna³ napiÍciowy z†zakresu
0..10VDC, ktÛry steruje wskaünikiem
analogowym (wychy³owym). Przyk³a-
dowo, do wyjúÊ analogowych s¹
do³¹czane wskaüniki prÍdkoúci, ciÍøaru
i†temperatury. Sygna³ wyjúciowy moøe
byÊ rÛwnieø uøywany przy bardziej z³o-
PLC
Wejœcie 1
Rys. 13.
Wy³¹czenie
Logiczne 0
PLC
Wejœcie 1
24 VDC
PLC
Wyjœcie 1
Silnik
Wejúcia analogowe
Wejúcie analogowe to wejúcie, do
ktÛrego pod³¹cza siÍ sygna³ ci¹g³y. Ty-
powe wejúcia analogowe rÛøni¹ siÍ
w³aúciwoúciami, np. mog¹ byÊ przysto-
Za³¹czenie
Logiczna 1
PLC
Wejœcie 1
24 VDC
Rys. 14.
Rys. 16.
Elektronika Praktyczna 2/2000
37
0
1
 A U T O M A T Y K A
Przetwornik
poziom->sygna³ analogowy
21
). Element wyjúciowy lub instrukcja
reprezentuje efekt dzia³ania obwodu ste-
ruj¹cego. Prawa, pionowa linia, ktÛra
przedstawia powrotn¹ liniÍ zasilania na
schemacie sprzÍtowym sterowania jest
zazwyczaj pomijana na tego typu sche-
matach. Schemat drabinkowy naleøy
czytaÊ od lewej strony do prawej i†od
gÛry do do³u. Szczeble nazywane s¹
czasami obwodami lub sieciami. SieÊ
moøe posiadaÊ kilka elementÛw steru-
j¹cych, ale tylko jeden sygna³ wyjúcio-
wy.
I0,0
I0,1 Q0,0
( )
Sieæ dzia³añ 1
(Obwód 1)
I0,4
Q0,1
( )
PLC
Wejœcie
Sieæ dzia³añ 2
(Obwód 2)
I0,5
Element wyjœciowy
lub instrukcja
Przewód
zasilaj¹cy
Rys. 21.
Rys. 17.
ADDR INSTRUKCJA
OBWÓD 1
Kontrolka
0 LD I0.0
2 A I0.1
4 = Q0.0
PLC
Wyjœcia
Lista instrukcji (STL)
Instrukcja jest dla PLC rozkazem do
natychmiastowej realizacji. Lista in-
strukcji (STL) okreúla sposÛb dzia³ania
sterownika. PorÛwnanie listy instrukcji,
pokazanej na
rys. 22
, z†logik¹ drabin-
kow¹, pokazan¹ na rys. 21, wskazuje na
podobn¹ strukturÍ obydwu opisÛw.
Dzia³anie, jakie ma byÊ wykonane, jest
pokazane po lewej stronie. Operand (ad-
res), ktÛry poddany ma byÊ dzia³aniu
instrukcji (rozkazu), jest przedstawiony
po prawej stronie.
OBWÓD 2
6 NOP K0
Rys. 18.
Rys. 22.
øonych zastosowaniach, takich jak np.
zamiana pr¹du na ciúnienie, ktÛre re-
guluje pneumatycznym zaworem prze-
p³ywu (
rys. 19
).
Oprogramowanie
Oprogramowanie jest wykorzystywa-
ne przez komputer lub PLC. Zawiera
ono instrukcje, ktÛre kieruj¹ dzia³aniem
sprzÍtu.
CPU
(jednostka centralna)
Jednostka centralna sterownika PLC
(CPU) to system mikroprocesorowy, ktÛ-
ry zawiera pamiÍÊ systemow¹ oraz po-
dejmuje decyzje okreúlaj¹ce sposÛb dzia-
³ania sterownika (
rys. 20
). CPU moni-
toruje wejúcia i†podejmuje decyzje
w†oparciu o†instrukcje zapisane w†pa-
miÍci programu. CPU odpowiada za re-
alizacjÍ wszystkich procesÛw sterowa-
nia: prze³¹czania, zliczania, synchroni-
zacjÍ i†porÛwnanie danych oraz opera-
cje sekwencyjne.
SprzÍt
Sterownik programowalny, progra-
mator oraz kable po³¹czeniowe s¹ przy-
k³adami sprzÍtu (
rys. 24
).
Programowanie
Program sk³ada siÍ z†jednej lub kil-
ku instrukcji, ktÛre realizuj¹ zadanie.
Programowanie sterownikÛw polega na
konstruowaniu zestawÛw prostych in-
strukcji. W†przyk³adzie schematu dra-
binkowego z†rys. 21 sygna³y I0.0, I0.1
oraz Q0.0 reprezentowa³y operandy
pierwszych instrukcji. W†przyk³adzie
tym, jeúli I0.0 i†I0.1 s¹ pobudzone, to
wyjúcie Q0.1 takøe zostanie pobudzo-
ne. Sygna³ami wejúciowymi mog¹ byÊ
stany prze³¹cznikÛw, przyciskÛw lub
stykÛw. I0.4, I0.5 oraz Q0.1 reprezen-
tuj¹ operandy kolejnych instrukcji. Jeú-
li jedno z†wejúÊ I0.4 lub I0.5 jest po-
budzone, to wyjúcie Q0.1 takøe zosta-
nie pobudzone. Ca³y zestaw instrukcji
jest przechowywany w†pamiÍci jednos-
tki centralnej PLC i†nazywany progra-
mem.
Oprogramowanie systemowe
Oprogramowanie systemowe jest
szczegÛlnym oprogramowaniem aplika-
cyjnym lub uøytkowym zapisanym
w†pamiÍci typu EPROM i†dostarczane
wraz ze sprzÍtem. Oprogramowanie sys-
temowe nadaje sterownikowi jego pod-
stawow¹ funkcjonalnoúÊ.
Logika drabinkowa
Logika drabinkowa (LAD) to jÍzyk
uøywany do programowania PLC. W lo-
gice drabinkowej s¹ wykorzystywane
komponenty w†postaci schematu linio-
wego do opisania sterowania.
Podzia³ pamiÍci
PamiÍÊ S7-200 podzielona jest na
trzy obszary: pamiÍÊ programu, pamiÍÊ
danych oraz pamiÍÊ znacznikÛw.
PamiÍÊ programu przechowuje logikÍ
drabinkow¹ (LAD) lub listÍ instrukcji
programowych (STL). Ten obszar pa-
miÍci steruje sposobem wykorzysty-
wania danych i†stanÛw wejúÊ/wyjúÊ.
Instrukcje zapisywane s¹ przy wyko-
rzystaniu programatorÛw, takich jak
np. dla PC, a†nastÍpnie ³adowane do
pamiÍci programu sterownika progra-
mowalnego.
Schemat drabinkowy
Lewa, pionowa linia schematu dra-
binkowego reprezentuje zasilanie urz¹-
dzenia lub obwodÛw sterowania (
rys.
PÍtla programowa
Program zawarty w†PLC wykonywa-
ny jest w†pÍtli jako powtarzaj¹cy siÍ
proces nazywany skanowaniem (
rys.
23
). Skanowanie PLC rozpoczyna siÍ
w†momencie odczytania przez CPU sta-
nÛw wejúÊ. Program aplikacji wykonuje
siÍ wykorzystuj¹c stany wejúÊ. Po za-
koÒczeniu programu CPU wykonuje we-
wnÍtrzn¹ diagnostykÍ oraz zadania ko-
munikacyjne. Obieg pÍtli programowej
koÒczy siÍ uaktual-
nieniem stanÛw
wyjúÊ, a nastÍpnie
rozpoczyna siÍ od
pocz¹tku. Czas cyklu
zaleøy od rozmiaru
programu, liczby
wejúÊ/wyjúÊ oraz od
liczby niezbÍdnych
procesÛw komunika-
cji.
Miernik
PamiÍÊ danych wykorzystywana jest
jako obszar roboczy oraz zawiera ob-
szary dla obliczeÒ, chwilowego prze-
chowywania wynikÛw poúrednich
i†sta³ych. PamiÍÊ danych zawiera ob-
szary dla obs³ugi licznikÛw czasu,
licznikÛw zdarzeÒ oraz wejúÊ i†wyjúÊ
analogowych. DostÍp do przestrzeni
danych jest moøliwy z†poziomu pro-
gramu steruj¹cego.
PLC
Wyjœcia
I
P
Przetwornik pr¹d - ciœnienie
Zasilanie
Zawór przep³ywu
sterowany powietrzem
Rys. 19.
10,0
10,1 Q0,0
( )
001
10,4
Q0,1
( )
SF
RUN
STOP
I 0,0
I 0,1
I 0,2
I 0,3
I 0,4
I 0,5
I 0,6
I 0,7
I 1,0
I 1,1
I 1,2
I 1,3
I 1,4
I 1,5
Q 0,0
Q 0,1
Q 0,2
Q 0,3
Q 0,4
Q 0,5
Q 0,6
Q 0,7
Q 1,0
Q 1,1
Q 1,2
CPU214
Odczyt
wejϾ
Wykonanie
programu
10,5
Cykl
PLC
S7-200
Uaktualnienie
wyjϾ
Diagnostyka
Komunikacja
Rys. 20.
Rys. 23.
38
Elektronika Praktyczna 2/2000
A U T O M A T Y K A
SF
RUN
STOP
I 0,0
I 0,1
I 0,2
I 0,3
I 0,4
I 0,5
I 0,6
I 0,7
I 1,0
I 1,1
I 1,2
I 1,3
I 1,4
I 1,5
Q 0,0
Q 0,1
Q 0,2
Q 0,3
Q 0,4
Q 0,5
Q 0,6
Q 0,7
Q 1,0
Q 1,1
Q 1,2
CPU214
Micro/WIN dla sys-
temu operacyjnego
Windows. Programa-
tory PG720 i†PG740
posiadaj¹ fabrycznie
zainstalowane op-
rogramowanie STEP
7†Micro. Programator
PG702 uøywa Bo-
olíowskiego zestawu
instrukcji. Jeúli wy-
korzystywany jest
komputer osobisty to
oprogramowanie
STEP 7-Micro instalowane jest podobnie
jak kaøde inne oprogramowanie.
S7-200
Rys. 24.
PamiÍÊ znacznikÛw przechowuje sta-
ny poúrednie obwodÛw sterowni-
czych.
Kable po³¹czeniowe PPI
Kable po³¹czeniowe wymagane s¹
dla transmisji danych z†programatora do
PLC. Komunikacja moøe mieÊ miejsce
tylko wtedy gdy dwa urz¹dzenia ìmÛ-
wi¹î tym samym jÍzykiem lub uøywaj¹
tego samego protoko³u. Komunikacja po-
miÍdzy programatorem firmy Siemens
a†sterownikiem S7-200 nazywana jest
protoko³em PPI (punkt-do-punktu). Do
pod³¹czenia programatorÛw PG720,
PG740 lub PG702 wymagane s¹ odpo-
wiednie kable. ZakoÒczone 9-stykowym
z³¹czem typu D-Sub. Jest to szeregowe
po³¹czenie kompatybilne ze z³¹czem
MPI programatorÛw i†stanowi ono zara-
zem standardowe z³¹cze dla po³¹czenia
innych elementÛw sterowniczych.
Kiedy uøywany jest komputer oso-
bisty jako programator konieczny jest
specjalny kabel PC/PPI. Kabel ten umoø-
liwia komunikacjÍ pomiÍdzy szerego-
wym interfejsem PLC a†szeregowym in-
terfejsem RS-232 komputera osobistego.
Prze³¹czniki DIP na kablu PC/PPI s¹
uøywane do wybrania odpowiedniej
szybkoúci (prÍdkoúci transmisji) z†jak¹
s¹ przekazywane informacje pomiÍdzy
PLC a†komputerem.
AC
Wymagania podstawowe
Aby stworzyÊ lub zmieniÊ program
interfejsowy konieczne jest posiadanie
nastÍpuj¹cego wyposaøenia (
rys. 25
):
- Sterownik programowalny - PLC.
- Urz¹dzenie programuj¹ce.
- Oprogramowanie narzÍdziowe.
- Kabel po³¹czeniowy.
PLC
S7-200 jest nazw¹ w³asn¹ jednego ze
sterownikÛw programowalnych firmy Sie-
mens. Przyk³ady ÊwiczeÒ w†trakcie tego
kursu bazuj¹ na sterowniku S7-200 z†po-
wodu jego nieskomplikowanej obs³ugi.
Programator
Program tworzony jest w†programa-
torze (PG) a†nastÍpnie przesy³any do
sterownika PLC. Program dla S7-200
moøe byÊ tworzony przy zastosowaniu
rÍcznego programatora PG702 lub pro-
gramatorÛw uniwersalnych typu PG720
lub PG740 firmy Siemens z†zainstalo-
wanym oprogramowaniem STEP 7†Mic-
ro/Dos lub Micro/WIN.
Komputer osobisty (PC) z†zainstalo-
wanym oprogramowaniem STEP 7†Mic-
ro/Dos lub Micro/WIN moøe byÊ takøe
wykorzystany jako programator sterow-
nikÛw serii SIMATIC S7-200.
PG 702 jest niewielkim rÍcznym pro-
gramatorem, przeznaczonym wy³¹cznie
do wspÛ³pracy ze sterownikami SIMA-
TIC S7-200. Urz¹dzenie to wyko-
rzystuje Boolíowski zestaw instruk-
cji wbudowany w†S7-200. Funkcja
Boole'owska jest funkcj¹ logiczn¹,
w†ktÛrej s¹ moøliwie dwie wartoúci,
ON (za³¹czona) lub OFF (wy³¹czo-
na). Programator PG 702 jest przy-
datny dla dokonywania modyfikacji
lub wyszukiwania usterek.
Artyku³ opracowany na podstawie
podrÍcznika ìPodstawy sterownikÛw
programowalnych PLCî firmy Siemens.
Oprogramowanie
narzêdziowe
STEP 7 - Micro/DOS
Micro/WIN
Urz¹dzenie
programuj¹ce
Disk 1 of 2
Micro/DOS
Step 7-Micro/DOS Programming Package
Version: 1,1
Setup Instructions:
1. Insert disk 1 in drive A or B:
2. At DOS prompt type A: INSTALL or B: INSTALL
3. Fellow Instruction prompts, insert
Oprogramowanie
Oprogramowanie narzÍdziowe
s³uøy do realizacji programowego
opisu zasady dzia³ania sterowanego
urz¹dzenia. Oprogramowanie narzÍ-
dziowe dla sterownikÛw S7-200 nosi
nazwÍ STEP7-Micro. Jest ono do-
stÍpne w†wersji STEP 7 Micro/Dos
dla systemu operacyjnego DOS, na-
zywanego, a†takøe w†wersji STEP 7
Kabel po³¹czeniowy
PC/PPI
PLC S7-200
Rys. 25.
Elektronika Praktyczna 2/2000
39
[ Pobierz całość w formacie PDF ]