Inżynieria Rolnicza 11(109)/2008

241

WYKORZYSTANIE STEROWNIKÓW PLC
W TWORZENIU UKŁADÓW STEROWANIA
W PRZEMYŚLE ROLNO-SPOŻYWCZYM

Marek Ścibisz, Halina Pawlak

Katedra Podstaw Techniki, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie

Streszczenie. W artykule omówiono prezentowane w trakcie zajęć z przedmiotu „Pomiary
i komputerowe przetwarzanie danych” układy sterowania spotykane w przemyśle rolno-
-spożywczym. Stosując sterowniki PLC firmy OMRON studenci nabierają umiejętności pro-
jektowania podstawowych elementów linii technologicznych (układy wykluczające, kolejno-
ściowe, blokady bezpieczeństwa, zmiany receptur itp.). Artykuł przedstawia również wnioski
dotyczące zalet i ograniczeń w prowadzeniu zajęć dydaktycznych z wykorzystaniem sterow-
ników PLC.

Słowa kluczowe: technika komputerowa, sterownik PLC, przemysł rolno-spożywczy

Wprowadzenie

W przemyśle rolno-spożywczym, podobnie jak i w innych gałęziach, do sterowania

procesami technologicznymi w większości przypadków wykorzystuje się urządzenia dwu-
stanowe, tzn. mogące znajdować się w dwóch stanach: „włączony (ON)” lub „wyłączony
(OFF)”. Tego typu urządzenia to włączniki, przyciski, styczniki, przekaźniki, buczki,
lampki sygnalizacyjne, łączniki krańcowe itp. Do opisu takich urządzeń można wykorzy-
stać prawa algebry Boole’a [Mączyński i in. 1980] z założeniem, że stan ON odpowiada
„1” logicznej, a stan OFF – „0” logicznemu.

Przy tych założeniach układy realizujące określone procedury można zapisać w postaci

zależności logicznych.

W realizacji technicznej sygnałowi podstawowemu X (włączenie) odpowiada styk nor-

malnie otwarty (NO), natomiast sygnałowi zanegowanemu

X

(wyłączenie) - styk normal-

nie zamknięty (NC).

Układy bezpieczeństwa realizowane są poprzez konieczność jednoczesnego wciśnięcia

(przytrzymania) kilku elementów sterujących. Może to wymagać przyśnięcia wybranych
przycisków lub kontroli zamknięcia wszystkich osłon. Ten typ sterowania zabezpieczają-
cego opisywany jest w logice koniunkcją:

n

X

.......

X

X

Y

⊗

⊗

⊗

=

2

1

(1)

W realizacji technicznej odpowiada to szeregowemu połączeniu styków NO, związa-

nych z elementami zabezpieczeń (np. przyciski, wyłączniki krańcowe).

Marek Ścibisz, Halina Pawlak

242

Innym zadaniem bezpieczeństwa jest możliwość wyłączania procesu z kilku punktów.

W logice zapisywane jest to w postaci zaprzeczenia alternatywy:

n

n

X

.......

X

X

X

.......

X

X

Y

⊗

⊗

⊗

=

⊕

⊕

⊕

=

2

1

2

1

(2)

W realizacji technicznej jest to szeregowe połączenie styków NC.
Możliwość uruchamiania procesu z kilku punktów opisywana jest w logice alternatywą.

n

X

.......

X

X

Y

⊕

⊕

⊕

=

2

1

(3)

To rozwiązanie jest realizowane poprzez równoległe połączenie styków NO.
Z kolei zabezpieczenie procesu przed przypadkowym włączeniem jest osiągane poprzez

konieczność jednoczesnego wykonania kilku czynności. Jest to zapisywane w postaci
zaprzeczenia koniunkcji:

n

n

X

.......

X

X

X

.......

X

X

Y

⊕

⊕

⊕

=

⊗

⊗

⊗

=

2

1

2

1

(4)

W technice realizowane jest to poprzez równoległe połączenie styków NC.
W blokadzie kolejnościowej (ustalającej kolejność wykonywanych procedur) w linii

uruchamiającej urządzenie umieszczany jest styk NO urządzenia, które powinno być włą-
czone wcześniej. Zaś w blokadzie wykluczającej wstawiany jest styk NC urządzenia, blo-
kującego.

Przedstawione wyżej podstawowe zasady technicznej realizacji układów informatyki

dają podstawy do opracowywania układów sterowania w przemyśle rolno-spożywczym.

Informatyka techniczna w PLC

Proces technologiczny może być zapisany w postaci równań logicznych. Jednak

w praktyce częściej posługujemy się opisami związanymi ze schematami elektrycznymi
odzwierciedlającymi cykl produkcyjny. Wiernym odbiciem schematów elektrycznych
w programowaniu sterowników PLC jest schemat drabinkowy (diagram ladder). Przy czym
zastępuje się tu symbole elektryczne odpowiadającymi im symbolami zrozumiałymi przez
program komputerowy obsługujący daną rodzinę sterowników PLC. Niestety poszczególni
producenci (Telemechanique, Siemens, Omron itp.) posiadają własne oprogramowania.
Niemniej ogólna zasada tworzenia programów jest podobna. Różnice są głównie w wyko-
rzystanych symbolach urządzeń wejścia i wyjścia oraz ich opisie. Różne są również języki
maszynowe i struktura sterowników, ale nie ma to wpływu na zasady tworzenia progra-
mów sterujących. Umiejętność pisania programu dla jednego typu sterowników pozwala
bardzo szybko dostosować się do pracy z pozostałymi grupami.

W zajęciach dydaktycznych w Zakładzie Elektrotechniki i Systemów Pomiarowych

Katedry Podstaw Techniki Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie wykorzystywane są
sterowniki firmy Omron. Do ich programowania potrzebna jest znajomość języka SysWin
lub nowsze rozwiązanie w postaci programu CX-programmer. Podstawowe symbole wyko-
rzystywane w tych językach przedstawiono na rys.1 [Omron 2005].

Wykorzystanie sterowników PLC...

243

a. b.

c.

Rys. 1. Podstawowe symbole elektryczne i ich odpowiedniki w programie CX-programmer:

a. styk NO; b. styk NC; c. element wykonawczy

Fig.1.

Basic electrical symbols and their equivalents in the CX-programmer application: a. NO
contact; b. NC contact; c. executive element

Dodatkowo w programach pojawiają się funkcje zastępujące elementy techniki łącze-

niowej, takie jak liczniki czy timery. Ponadto pojawiają się funkcje logiczne, porównania
itp., które w układach rzeczywistych wymagały stosowania rozbudowanych układów prze-
kaźnikowych lub dodatkowych układów elektronicznych.

Układy sterowania z wykorzystaniem sterowników PLC

W trakcie zajęć omawiane są przykłady układów sterowania ze sterownikami PLC, któ-

re znajdują zastosowanie m.in. w przemyśle rolno-spożywczym [Omron 2004, Pijanowski
2006].

W początkowej fazie realizowany jest podstawowy układ „włącz – wyłącz” z podtrzy-

maniem (rys. 2), umożliwiający załączenie do pracy określonego urządzenia poprzez przy-
ciśnięcie określonego przycisku. Pozwala to na zapoznanie studentów z zasadami adreso-
wania urządzeń wejścia i wyjścia w sterowniku. Dodatkowo uwzględnia się również
współpracę urządzeń ze sobą. Wprowadzana jest blokada „kolejnościowa” i blokada „wy-
kluczająca”.

Rys. 2. Układ sterowania „włącz – wyłącz” z podtrzymaniem i blokadą „kolejnościową”
Fig. 2.

ON – OFF” control system with support and “sequence” interlock

Marek Ścibisz, Halina Pawlak

244

Podczas realizacji prostych układów sterowania pokazywana jest możliwość wykorzy-

stania tych samych wejść, które mogą być zdefiniowane jako NC i jednocześnie jako NO.
Jest to sytuacja niemożliwa do realizacji w tradycyjnych układach stycznikowo-
przekaźnikowych.

W następnym etapie uwzględniane są złożone warunki włączenia lub wyłączenia urzą-

dzenia (rys. 3).

Rys. 3. Układ sterowania ze złożonymi warunkami włączenia lub wyłączenia urządzeń
Fig. 3.

Control system with complex conditions for equipment switching on or off

W tym bloku zagadnień przedstawiane są układy sterowania realizujące blokady „bez-

pieczeństwa”, wielomiejscowość załączania lub wyłączania urządzeń.

W kolejnym etapie wprowadzane są funkcje czasu lub zliczania (rys. 4).
W tej części studenci poznają możliwość wykorzystania funkcji uzależniających pracę

urządzeń od czasu lub ilości zdarzeń. Zapoznają się z funkcjonowaniem wirtualnych ele-
mentów „Timer” oraz „Counter”. Elementy te odpowiadają przekaźnikom czasowym oraz
licznikom.

Rys. 4. Układ sterowania z uwzględnianiem funkcji czasu
Fig. 4.

Control system taking into account time function

Wykorzystanie sterowników PLC...

245

Kolejnym etapem jest wprowadzenie funkcji specjalnych, umożliwiających realizację

wcześniej poznanych zagadnień przy wykorzystaniu innych procedur (rys. 5). Studenci
poznają funkcje SET (ustawienie bitu na „1”), RSET (ustawienie bitu na „0”), KEEP (prze-
rzutnik) czy MOV (przesunięcie zawartości komórek pamięci z jednego pod drugi adres).

Rys. 5. Układ sterowania z uwzględnianiem funkcji specjalnych
Fig. 5

Control system taking into account special functions

Podsumowanie

Tworzenie programów dla sterowników PLC pozwala na:

– rozwój logicznego myślenia o procesie produkcyjnym – działanie układów opiera się na

wykorzystaniu algebry Boole’a

– usystematyzowaną analizę procesu technologicznego – poszczególne elementy stero-

wania procesem są wyodrębnione w liniach („szczeblach”) schematu drabinkowego

– analizę pracy urządzeń – funkcja „monitoring” umożliwia wizualizację przepływu

sygnałów sterujących w cyklu produkcyjnym
Prawidłowe nauczanie wymaga wielu stanowisk dydaktycznych wyposażonych w ste-

rowniki PLC. Związane jest to z dużymi nakładami finansowymi. Jednakże niektórzy pro-
ducenci udostępniają swoje oprogramowanie bezpłatnie. Stąd studenci mają możliwość
zapoznania się z techniką tworzenia układów sterowania również w domu. Natomiast
w trakcie zajęć mogą sprawdzić funkcjonowanie programu w rzeczywistym sterowniku PLC.

Ostatnio pojawiły się również emulatory sterowników PLC wykorzystujące wejścia RS

232 komputera. Wymagają one dodatkowego kabla połączeniowego i niestety są płatne,
lecz cena jest niższa, niż zakup „normalnego” sterownika.

Te utrudnienia nie powinny jednak być przeszkodą we wprowadzaniu tego typu zajęć

na studiach w uczelniach przyrodniczych, szczególnie na kierunkach związanych z techni-
ką komputerową. Sterowniki PLC są ciągle modernizowane i przystosowywane do różnych

Marek Ścibisz, Halina Pawlak

246

warunków przemysłowych. Stąd też ich powszechne wykorzystanie w przemyśle, w tym
również i w rolno-spożywczym.

Bibliografia

Mączyński M., Muszyński J., Traczyk T., Żakowski W. 1980. Matematyka. T 1. PWN. Warszawa.

s. 9-15.

Pijanowski E. 2006. Ogólna technologia żywności. WNT. Warszawa. ISBN 8320428890
Materiały szkoleniowe Omron. 2004. Pomysłowe rozwiązania. Warszawa. s. 11-23.
Materiały szkoleniowe Omron. 2005. Sterownik mikroprocesorowy CPM1A. Warszawa. s. 30-36.

USING PLC CONTROLLERS TO BUILD CONTROL
SYSTEMS IN AGRICULTURAL AND FOOD INDUSTRY

Abstract. The article discusses control systems employed in agricultural and food industry demon-
strated during classes in the subject of “Measurements and computer data processing”. When using
the PLC controllers manufactured by OMRON, students acquire skills in the field of designing basic
elements of processing lines (excluding systems, sequential systems, safety interlocks, recipe modifi-
cations, etc.). Moreover, the article presents conclusions regarding advantages and limitations in
conducting classes using the PLC controllers.

Key words: computer technology, PLC controller, agricultural and food industry

Adres do korespondencji:
Marek Ścibisz; email: [e-mail]
Katedra Podstaw Techniki
Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie
ul. Doświadczalna 50a
20-280 Lublin