Automatyka i cała reszta świata..
Get Adobe Flash player

Tajemnice PLC… dajcie mi trochę czasu :):) Powoli uzupełniam .

Cóż to jest to tajemnicze PLC –  to Programowalny Sterownik Logiczny (ang. Programmable Logic Controller) – Jest to  urządzenie wyposażone w mikroprocesor, które możemy dowolnie zaprogramować do wykonywania określonych aplikacji.
W dużym uproszczeniu – to zminiaturyzowany komputer dedykowany do wykonywania określonych aplikacji w przemyśle. To zastosowanie właśnie narzuca na producentów określone wymagania – jak bezawaryjność, język programowania czy wyposażenie. Główne przeznaczenie – to sterowanie procesami technologicznymi czy urządzeniami. .

Wspólną cechą wszystkich sterowników PLC jest konieczność zapisania w jego pamięci algorytmu pracy, który zazwyczaj musi zostać wcześniej stworzony w narzędziu dedykowanym do określonego typu sterownika. Wszystkie sterowniki mają także możliwość podglądu aktualnie wykonywanych operacji, zmiany algorytmu, parametrów i ustawień. 

Sterowniki wyposażone są w określoną ilość urządzeń peryferyjnych – wejść, wyjść, portów. Dodatkowo większość sterowników posiada możliwość rozbudowy o kolejne gniazda/sloty/moduły w zależności od potrzeb naszej aplikacji.    Jednakże możliwa ich ilość jest ograniczona – na co trzeba zwrócić uwagę przed zakupem sprzętu.

Niektóre sterowniki ( prostsze) posiadają wbudowany panel operatorski. Inne – przystosowane są do podłączenia zewnętrznych paneli umożliwiających komunikację   operatora urządzenia  z urządzeniem.

Sterowniki PLC składają się z:
Jednostki centralnej (CPU) – czyli  serca urządzenia 🙂
Bloków wejść cyfrowych – wbudowanych w CPU oraz  zewnętrznych jako dołączane bloki wejść lub też moduły wejść  rozproszonych. Wejścia te przystosowane są do przyjmowania sygnałów cyfrowych – czyli obsługi 2 stanów : stanu wysokiego ( wejście wzbudzone przez przyłożenie do niego właściwego napięcia – np. 24 V DC) oraz stanu niskiego – ( wejście niewzbudzone – brak przyłożonego do niego napięcia). Podanie napięcia na konkretne wejście umożliwia odczytanie przez CPU informacji o zdarzeniu zewnętrznym ( zadziałaniu czujnika, uruchomieniu przełącznika, zwarcia styku przekaźnika itp). Zazwyczaj część tych wejść może być skonfigurowana programowo jako „szybkie” – tzn umożliwiają odczytywanie i liczenie impulsów o częstotliwości  nawet 100KHz ( 100 000 impulsów na sekundę).
Bloków wejść analogowych-wbudowanych w CPU lub jako zewnętrzne moduły. Wejścia te przystosowane są do odczytu płynnie zmieniającego się sygnału w zależności od modelu wejścia i możliwości jego podłączenia w zakresie
0…20 mA
4…20 mA
0…10 V
Wejścia analogowe służą do pomiarów m.in.: temperatury, poziomu produktu w zbiorniku, obrotów, ciśnienia, przepływu, odległości, itp. Pozwalają na płynny , wielostopniowy odczyt parametrów . Dokładność z jaką odczyt zostanie przyjęty zależy od wielu czynników. Podstawowym jest rozdzielczość wejścia analogowego. Parametr związany z przetwarzaniem sygnału  analogowego na cyfrowy. Określa on (w bitach), jak wiele poziomów cyfrowych może osiągnąć kontrolowany sygnał analogowy. Dla rozdzielczości sygnału 8 bitów poziomów tych będzie niewiele, bo tylko 256 ( dwa do potęgi ósmej). Jednak już rozdzielczość 12 bitów,  daje 4096 możliwych poziomów sygnału . Dla przykładu – mierzymy odległość od 100mm do 1500mm – czyli zakres pomiaru to 1400mm ( 1500 – 100) . Teraz przy rozdzielczości np. 6 bitów będziemy potrafili określić odległość z dokładnością do ok. 22mm ( 1400 / 64 ( czyli 2 do potęgi 6) ), ale już przy rozdzielczości 12 bitów dokładność osiągniemy na poziomie 0,32mm ( prawie 100 razy dokładniej). Należy jednak pamiętać że układ jest na tyle dokładny – jak dokładny jest jego najsłabszy element. Dlatego też nic nie da nam wejście o rozdzielczości 16 BIT gdy otrzymamy sygnał z przetwornika o rozdzielczości 8 BIT..)
Bloków wyjść cyfrowych wbudowanych w CPU oraz  zewnętrznych jako dołączane bloki wyjść lub też moduły wyjść  rozproszonych. Wyjścia te przystosowane są do wysyłania sygnałów cyfrowych – czyli obsługi 2 stanów : stanu wysokiego ( wyjście wzbudzone czyli pojawia się na nim napięcie  – np. 24 V DC) oraz stanu niskiego – ( wyjście niewzbudzone – brak na nim napięcia). Wysterowanie wyjście  cyfrowego umożliwia sterowanie przez CPU urządzeniami – przekaźnikami, stycznikami, falownikami, elektrozaworami itd. Sygnały te wykorzystane są także do komunikacji z innymi urządzeniami posiadającymi wejścia cyfrowe – jak np. falownikami.  Zazwyczaj część tych wyjść może być skonfigurowana programowo jako „szybkie” – tzn umożliwiają wysyłanie impulsów o określonej charakterystyce i częstotliwości  nawet 100KHz ( 100 000 impulsów na sekundę).
Bloków wyjść analogowych – działających podobnie jak wejścia analogowe – jednak zamiast przyjmowania zmiennego sygnału – wysyła go. Wyjścia te służą do regulacji prędkości, napięć, temperatury itp.
Bloków komunikacyjnych –  producenci sterowników umożliwiają wiele sposobów komunikacji sterownika w zewnętrznymi urządzeniami np. z  HMI ( panelami operatorskimi), drukarkami, innymi CPU, napędami, itd  , – przez wiele różnych protokołów komunikacyjnych. Bloki komunikacyjne są wbudowane w CPU lub podłączane jako osobne moduły. DO najczęściej występujących portów komunikacyjnych zaliczam : Ethernet ( 1x100Base), Serial (RS232C iRS422/485,) DeviceNEt (CAN), Profibus i wiele innych.
Pamięci ROM, PROM, EPROM, EEPROM -sterowniki poza wbudowaną pamięcią która można wykorzystać do zapisania aplikacji często posiadają możliwość rozszerzenia pamięci o dodatkowe karty pamięci. Obszar ten może być wykorzystywany np. do zwiększenia rozmiarów programu, archiwizacji danych i parametrów. Za pomocą tych kart można także wgrać nowe oprogramowanie.  Część z producentów sterowników akceptuje wyłącznie swoje karty pamięci ( oczywiście w odpowiedniej cenie.. ) Flagowym przykładem jest firma Siemens która za 24MB kartę Flash żąda niewiele poniżej 1000zł ( listopad 2012)
Bloków specjalnych zazwyczaj podłączanych jako osobne moduły . Możemy wymienić podstawowe występujące na rynku:
– moduły do przepływomierzy
-moduły bardzo szybkich wejść ( np. 500KH)
-moduły dla enkoderów absolutnych
-moduły pozycjonujące do napędów
– moduły wagowe ( do podłączenia czujników tensometrycznych)
– moduły pomiaru temeratury ( Termopara , PT100 itd)
I wiele innych. Ale nie będę się nad nimi skupiał ponieważ nie są potrzebne nikomu zaczynającemu przygodę z PLC – a bardziej doświadczeni sobie poradzą.

 

Sterownik po przejściu w Stan RUN ( praca) rozpoczyna cykliczne wykonywanie programu. czyli wykonuje  kolejno po sobie pojedyncze rozkazy programu w kolejności określonej w programie. Każdy cykl programu rozpoczyna się odczytaniem aktualnego stanu wejść ( a dokładniej ich obrazu)  i  zapisania  ich stanu (obraz ) w pamięci. Następnie rozpoczyna wykonywanie kolejnych rozkazów. Po ich wykonaniu i określeniu aktualnego  stanu wyjść, sterownik wpisuje stany wyjść do pamięci będącej obrazem wyjść procesu a system operacyjny wysterowuje odpowiednie wyjścia sterujące elementami wykonawczymi. Tak więc wszystkie połączenia sygnałowe spotykają się w układach (modułach) wejściowych sterownika, a program śledzi ich obraz i reaguje zmianą stanów wyjść w zależności od algorytmu.

Do programowanie PLC producenci sprzętu stwarzają i dostarczają ( lub sprzedają) własne narzędzia – środowisko programistyczne.  Języki te są zwykle mniej lub bardziej dokładną implementacją zaleceń normy IEC 61131-3, która to norma definiuje następujące warianty:
LD (Ladder Diagram) logika drabinkowa – schemat zbliżony do klasycznego rysunku technicznego elektrycznego;
FBD (Function Block Diagram) – diagram bloków funkcyjnych, sekwencja linii zawierających bloki funkcyjne;
ST (Structured Text) tekst strukturalny – język zbliżony do Pascala;
IL (Instruction List) lista instrukcji – rodzaj asemblera;
SFC (Sequential Function Chart) sekwencyjny ciąg bloków – sekwencja bloków programowych z warunkami przejścia.

Na rynku dostępnych jest wiele typów i modeli sterowników. Od prostych przekaźników programowalnych które można zakupić za 400 zł do skomplikowanych stacji których koszt zakupu przekracza  50 000.00zł
Dobór sterownika nie jest łatwy – szczególnie gdy nie mamy żadnych zdefiniowanych ulubionych dostawców.  Chyba najważniejszym parametrem poza najmniejszymi aplikacjami )jest budżet.  Tak naprawdę często ( nie zawsze) tę samą aplikację można wykonać za sprzęcie za 1500.00 zł jak i 7000.00. W zależności od wymagań, ilości punków we/wy ,zastosowania modułów specjalnych, konieczności zastosowania specyficznych rozwiązań ( jak pozycjonowanie napędów) – możemy wybrać z całej gałęzi dostępnych na rynku rozwiązań.  Od Siemensa, poprzez Unitronicsa, Omrona, Fuji, Lenze, itd…

Brać wybierać 🙂

Zobacz też :

………………..Programowanie PLC – pierwsze lekcje 

Pneumatyka – czyli zabawy sprężonym powietrzem

Automatyka i sterowanie

………………….Najczęściej wykorzystywane podzespoły w automatyce :

………………….czujniki optyczne,
…………………indukcyjne

Klasyfikacja IP