Sterowniki PLC, Streszczenia z Algebra

Pobierz Sterowniki PLC i więcej Streszczenia w PDF z Algebra tylko na Docsity!

Sterowniki PLC

(LOGICZNE) STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC (ang. Programmable Logic Controllers ) są mikroprocesorowymi układami (komputerami przemysłowymi), które pod kontrolą systemu operacyjnego czasu rzeczywistego:

• zbierają pomiary za pośrednictwem modułów wejściowych z cyfrowych i analogowych zadajników, czujników oraz urządzeń pomiarowych;
• korzystając z uzyskanych danych o sterowanym procesie lub maszynie wykonują programy użytkownika, zawierające zakodowane algorytmy sterowania i przetwarzania danych;
• generują sygnały sterujące odpowiednie do wyników obliczeń tych programów i przekazują je poprzez moduły wyjściowe do elementów i urządzeń wykonawczych; a ponadto mają możliwość:
• transmitowania danych za pomocą modułów i łączy komunikacyjnych;
• realizacji funkcji diagnostyki programowej i sprzętowej. Wartości pomiarów zmiennych procesowych stanowią wejścia sterownika, zaś obliczone zmienne sterujące są jego wyjściami.

Rozwój PLC

Sterowanie za pomocą urządzeń PLC zawsze ewoluowało wraz z rozwojem techniki komputerowej, w tym głównie systemów mikroprocesorowych. U podstaw rozwoju PLC leży konieczność :

• (^) zapewnienia niezawodnej pracy w warunkach przemysłowych, zarówno jeśli chodzi część sprzętową, jak i oprogramowanie,
• (^) spełniania przez sterowniki surowych norm bezpieczeństwa dotyczących realizowanej za ich pomocą produkcji,
• (^) zapewnienia odporności na warunki środowiskowe, w tym na zaburzenia elektromagnetyczne. Dobry i nowoczesny sterownik musi również być odporny na błędy i sytuacje losowe. Źle podłączone okablowanie lub uszkodzenie wiązki kablowej nie może doprowadzić do zwarć i uszkodzenia sterownika. Umiejętność zabezpieczenia wyjść przed takimi sytuacjami wydaje się dzisiaj warunkiem koniecznym do istnienia PLC.

PLC a komputery przemysłowe

Obecnie większość jednostek centralnych sterowników PLC to

procesory specjalizowane z oprogramowaniem dedykowanym, co

oznacza, że od strony strukturalnej są to komputery z systemem

operacyjnym przeznaczonym dla konkretnej platformy sprzętowej.

Rezygnacja z otwartości systemu operacyjnego sterownika PLC daje

pewność działania i gwarancję bezpieczeństwa.

Specjalizowana struktura sprzętowa pozwala zwykle na uzyskanie

większych szybkości komunikacji wewnętrznej i niezawodne

przetwarzanie sygnałów.

Chociaż domeny użycia tradycyjnych sterowników oraz PC coraz

bardziej przenikają się to jednak rosnące wymagania użytkowników

dotyczące niezawodności i szybkości pracy układów sterujących

powinny powodować, że w przypadku typowych aplikacji automatyki

klasyczne sterowniki PLC będą w dalszym ciągu niezastąpione.

Normalizacja

Norma IEC 61131 obejmuje:

• ustalenie definicji i określenie głównych właściwości istotnych przy wyborze i stosowaniu sterowników programowalnych i związanych z nimi urządzeń peryferyjnych;
• specyfikację minimalnych wymagań dotyczących własności funkcjonalnych i konstrukcyjnych, warunków serwisowania, bezpieczeństwa i testów dla sterowników programowalnych;
• zdefiniowanie reguł składni i semantyki dla ogólnie stosowanych języków programowania, zestawu podstawowych elementów oprogramowania oraz środków, za pomocą których producent może rozbudowywać te podstawowe zestawy dla własnych implementacji PLC;
• podanie użytkownikowi ogólnych informacji i wskazówek;
• zdefiniowanie zasad komunikacji między sterownikami a innymi systemami elektronicznymi z użyciem określonych w normie ISO/IEC 9506 Specyfikacji Komunikatów w Procesie Wytwarzania (MMS, ang. Manufacturing Message Specification).

Normalizacja

W 1996 r ukazały się polskie tłumaczenia pierwszej i drugiej części normy, oznaczone odpowiednio jako: PN-IEC 61131-1:1996. Sterowniki programowalne – Postanowienia ogólne PN-IEC 61131-2:1996. Sterowniki programowalne – Wymagania i badania dotyczące sprzętu. W 1998 ukazała się trzecia część normy, oznaczona jako PN-EN 61131-3:1998. Sterowniki programowalne – Języki programowania W 2002 r część piąta: PN-EN 61131-5:2002. Sterowniki programowalne - Komunikacja.

Podział sterowników

Ze względu na architekturę sterownika PLC można wyróżnić:

• sterowniki kompaktowe (zazwyczaj określonego przeznaczenia)
• sterowniki modułowe (swobodnie konfigurowalne) – średnie i duże (rodziny sterowników) Sterowniki kompaktowe należą do klasy najmniejszych, tzw. nano- (do 32 wejść/wyjść) lub mikrosterowników oraz małych (do 128 wejść/wyjść) sterowników PLC o sztywnej architekturze. Przeznaczone są głównie do sterowania niewielkimi maszynami lub prostymi procesami. Często wyposażane są w zintegrowany panel operatorski – są to tzw. sterowniki OPLC W jednej obudowie znajduje się tu:
• (^) zasilacz (PS, ang. Power Supply),
• (^) jednostka centralna (CPU, ang. Central Proccessing Unit),
• (^) niewielka liczba wejść i wyjść cyfrowych, rzadziej analogowych. Granice między poszczególnymi grupami produktów zacierają się - coraz częściej spotyka się urządzenia kompaktowe o otwartej architekturze, pozwalające na elastyczny dobór zasobów sprzętowych, czyli innymi słowy, rozbudowę za pomocą dedykowanych modułów.

Sterowniki OPLC (Graphic O perator Panel & PLC ) Coraz częściej spotyka się małe i średnie sterowniki ze zintegrowanym panelem operatorskim tzw. OPLC np. SIMATIC C7 firmy Siemens czy seria VISION firmy Unitronics. SIMATIC C7 – Siemens VISION 230 - Unitronics

Rodziny sterowników

Liczący się na rynku producenci wprowadzają na rynek całe rodziny sterowników projektowanych stosując zasadę wzajemnej kompatybilności. Koncepcja ta ma na celu możliwość wybrania sterownika PLC odpowiedniego dla wymagań użytkownika, jednocześnie gwarantując możliwość włączenia go do większych systemów sterowania. Wszystkie sterowniki z rodziny:

• są programowane w tym samym języku i przy użyciu tego samego pakietu programowego;
• posiadają takie same zmienne programowe oraz taką samą strukturę danych i budowy modułów I/O (moduły, płyty łączeniowe, drivery, kable łączeniowe itp.);
• posiadają możliwość przenoszenia programów między modelami oraz korzystania z tych samych opcji w każdym modelu. Poszczególne modele w ramach rodziny różnią się przede wszystkim możliwościami sprzętowymi. Ze względu na charakterystykę sprzętową można rozróżnić następujące klasy sterowników:
• (^) przekaźniki inteligentne,
• (^) sterowniki małe – na ogół kompaktowe (jednomodułowe) obsługujące do ok. 200 punktów,
• (^) sterowniki średnie – modułowe – do ok. 400 wejść/wyjść,
• (^) sterowniki duże – kasetowe – o wielu tysiącach wejść i wyjść.

Przekaźniki inteligentne (smart relay)

Można wyróżnić grupę najmniejszych sterowników kompaktowych obsługujących do kilkunastu wejść/wyjść cyfrowych zwykle przekaźnikowych (rzadziej analogowych), często zintegrowanych z małym wyświetlaczem. Stanowią one rozwiązanie mało elastyczne, ale bardzo ekonomiczne. Do grupy tej należy najprostszy nanosterownik SIEMENS LOGO! - jest to uniwersalne urządzenie służące do przełączania i sterowania w zastosowaniach domowych i przemysłowych. Moduł LOGO! umożliwia sterowanie oświetleniem, roletami, żaluzjami, systemami grzewczymi i klimatyzacyjnymi oraz szeregiem innych urządzeń w gospodarstwie domowym. LOGO! znajduje również zastosowanie w przemyśle do budowy układów sterowania i automatyzacji maszyn. LOGO! posiada dopuszczenia do zastosowań na statkach morskich.

Rodziny sterowników SIMATIC S

Średni sterownik SIMATIC S7-300 jest sterownikiem przeznaczonym do wykonywania zadań wymagających niskich i średnich mocy obliczeniowych (automatyzacji maszyn, linii produkcyjnych i obiektów technologicznych). Sterownik ma budowę modułową, dzięki czemu może być łatwo dopasowany do wymagań użytkownika - można go rozbudować maksymalnie do 32 modułów, rozłożonych w kasecie centralnej i trzech kasetach rozszerzenia. Poszczególne komponenty sterownika mocowane są na szynie montażowej DIN. Magistrala komunikacyjna jest integralną częścią każdego modułu, łączenie poszczególnych modułów odbywa się za pośrednictwem złącza magistrali. S7-300 jest najbardziej popularnym i najczęściej stosowanym w przemyśle sterownikiem PLC. Stanowi uniwersalną platformę systemów automatyki. Umożliwia budowę zarówno zdecentralizowanych jak i rozproszonych układów sterowania, opartych o magistralę PROFIBUS DP. Dostępne interfejsy komunikacyjne PROFIBUS i Industrial Ethernet umożliwiają łączenie sterowników w jednolity i zintegrowany system sterowania produkcją. Maksymalna liczba we/wy cyfr.: 65 536 Maksymalna liczba we/wy analog.: 4 096

Rodziny sterowników SIMATIC S

Duży sterownik SIMATIC S7-400 jest najbardziej wydajnym sterownikiem rodziny S7. Może być stosowany do realizacji skomplikowanych funkcji sterowania oraz do automatyzacji dużych obiektów technologicznych. Moduły mocowane są na specjalnej magistrali komunikacyjnej – tzw. „backplane”. maks. liczba I/O cyfrowych: 131056/ maks. liczba I/O analogowych: 8192/ maks. pamięć programu: 4 Mbytes komunikacja: MPI, PROFIBUS, Ethernet możliwość pracy wieloprocesorowej interfejsy do systemów IT i sieci WWW

Funkcjonalny schemat sterownika PLC

Fazy cyklu programowego sterownika PLC

Sterownik pracuje w cyklu programowym (ang. Program Sweep), w którym:

• w fazie aktualizacji stanu wejść występuje przepisanie wartości wejść z modułów wejściowych do odpowiadających im obszarów w pamięci danych sterownika (oznaczonych tu jako %In, gdzie n jest numerem wejścia);
• w fazie wykonania programu realizowany jest jeden przebieg programu użytkownika – kolejne instrukcje programu przekazywane są z pamięci programu do mikroprocesora, który je dekoduje, wykonuje odpowiednie działania i zapisuje wynik obliczeń w pamięci danych.
• w fazie aktualizacji wyjść następuje przepisanie obliczonych wartości wyjść (oznaczonych tu jako %Qn, gdzie n jest numerem wyjścia) z odpowiedniego obszaru danych do modułów wyjściowych, które generują sygnały sterujące.