Laboratorium Automatyki. Instrukcja do ćwiczenia nr 7.
1
Ćwiczenie 7.
Sterownik PLC – Fanuc
Laboratorium Automatyki. Instrukcja do ćwiczenia nr 7.
2
1. Program
ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową, działaniem i sposobem programowania sterownika PLC. W
ramach zajęć należy zaprojektować i zrealizować algorytm sterowania procesem mieszania dwóch cieczy w
warunkach podwyższonej temperatury.
2. Sterownik
Sterownik PLC (ang. Programmable Logic Controller) jest programowalnym układem, którego program
zapisany w jego pamięci i wykonywany jest w sposób cykliczny. Cykl ten wykonywany jest przez procesor i
składa się z trzech podstawowych faz:
•
czytania aktualnego stanu wejść;
•
realizacji sekwencji programu sterującego. Wykonanie programu zaczyna się od adresu 0000 i
przebiega do końca programu lub ostatniego adresu pamięci;
•
uaktualnienia stanu wyjść.
Rys. 1. Zdjęcie sterownika programowalnego Micro PLC.
Wymienione powyżej trzy funkcje wykonywane są nieprzerwanie w celu pełnej kontroli procesu. Dodatkowo
sterownik w każdym cyklu sprawdza poprawność funkcji, aby potwierdzić prawidłowość wykonania operacji.
Całkowity czas cyklu wyrażony jest w milisekundach. Dla sterownika GE Fanuc Micro PLC wynosi on 6
milisekund na 1000 instrukcji binarnych. Funkcje matematyczne i inne bardziej złożone wykonywane są dłużej.
Obwody wej
ścia/wyjścia
Obwody wejścia/wyjścia są izolowane od obwodów elektronicznych sterownika poprzez optoizolatory.
Aktualny stan wszystkich wejść jest przechowywany w „tablicy wejść” sterownika (w pamięci RAM).
Laboratorium Automatyki. Instrukcja do ćwiczenia nr 7.
3
Wszystkie stany wejść/wyjść są reprezentowane w tablicy poprzez oznaczenia 1- włączone (aktywne) oraz 0-
wyłączone (nieaktywne). Sterownik wypracowuje stany wyjść zależnie od stanów wejść i programu logicznego.
Jednostka centralna CPU
Jednostka centralna CPU w sterowniku jest odpowiedzialna za koordynację, kolejność wykonywanych
operacji, wykorzystanie zasobów i kontrolę wszystkich elementów systemu. Główną częścią CPU jest
mikroprocesor, pamięć i system operacyjny. CPU wykonuje wszystkie instrukcje pojedynczo, w kolejności
zapisanej w programie sterującym.
Pami
ęć sterownika
W sterowniku standardowo znajduje się pamięć RAM. Zaletą tego typu pamięci jest możliwość
dynamicznego zapisywania i zmiany danych, wadą utrata zawartości w przypadku przerwy w zasilaniu. Dlatego
też sterownik zaopatrzony jest z baterię podtrzymującą, która zabezpiecza przed przypadkową utratą programu.
Bateria pozwala na przechowywanie programu przez okres 6 tygodni.
Typy danych
Jednostka centralna CPU przechowuje program sterując i stany wejść/wyjść w pamięci RAM. Tablice
wejść/wyjść odseparowane są od danych dostępnych w programie (np. rejestry). Każda wielkość dyskretna (np.
stan urządzeń wej/wyj) przechowywana jest w jednym bicie o odpowiadającym jej adresie.
Dane analogowe (np. temperatura, ciśnienie) lub wartości liczników i zegarów przechowywane są w rejestrach.
Rejestr zawiera 16 bitów.
•
Dane dyskretne
Dane dyskretne są przedstawiane w postaci 0 lub 1. Są one przechowywane w pamięci bitowej. W
sterowniku dysponujemy trzema typami danych dyskretnych:
-dyskretnymi wejściami – I
-dyskretnymi wyjściami – O
-stykami wewnętrznymi – C
•
Rejestry
Każdy rejestr jest 16 bitowy. Sterownik nie ma możliwości programowych odwołania się do
pojedynczego bitu. Podobnie jak dane dyskretne, również rejestry są reprezentowane w trzech typach:
- rejestry wejściowe – IR dla sygnałów analogowych
- rejestry wyjściowe – OR dla sygnałów analogowych
- rejestry wewnętrzne – R. Nie korespondują one z urządzeniami wejścia/wyjścia. Są to
Laboratorium Automatyki. Instrukcja do ćwiczenia nr 7.
4
najczęściej używane rejestry do przechowywania i przetwarzania danych.
Rys. 2. Przykład schematu drabinkowego.
Programowanie drabinkowe
Programowanie drabinkowe stało się amerykańskim standardem określonym normami. Obecnie jest
jednym z najbardziej rozpowszechnionym sposobem programowania sterowników PLC na rynku europejskim.
Nazwa sposobu programowania pochodzi od wyglądu diagramu. Przykładowa „drabinka” została pokazana na
rys. 2. Linie poziome odpowiadają operacjom logicznym, pionowe – zasilaniu. Przepływ sygnału następuje z
lewej na prawą stronę.
Procedura tworzenia szczebli.
Aby utworzyć nowy szczebel w menu Offline należy nacisnąć klawisz F1 OFFLINE/EDIT. Teraz
można wprowadzać elementy w miejscu podświetlonym kursorem. Użyć klawisza <ESC} w celu zaniechania
operacji.
1) W celu wprowadzenia wybranego elementu należy użyć odpowiadający mu klawisz funkcyjny, a
następnie nadać mu etykietę (najpierw podaje się mnemonikę elementu, później jego kolejny numer);
2) przesunąć strzałkami kursor w nową pozycję i wprowadzić kolejny element;
3) usunięcie elementu wykonuje się poprzez naciśnięcie na klawiaturze klawisza <Del>
4)
klawiszem <ESC> można wrócić do menu.
•
Bloki funkcyjne – styki wej
ść
Styk wejściowy jest zawsze pierwszą instrukcją szczebla. Programista może wybrać jeden z czterech
styków wejść:
-| |-
F1
styk otwarty – przewodzi sygnał, gdy wartość logiczna przypisanej
zmiennej wynosi 1
Laboratorium Automatyki. Instrukcja do ćwiczenia nr 7.
5
-|/|-
Shift F1
styk zamknięty – przewodzi sygnał, gdy wartość logiczna przypisanej
zmiennej wynosi 0
-|↑|-
F2
styk uaktywniany narastającym zboczem impulsu na czas jednego cyklu
-|↓|-
Shift F2
styk uaktywniany opadającym zboczem impulsu na czas jednego cyklu
Styki wejściowe mogą mieć następujące mnemoniki:
I
wejście fizyczne
C
styk wewnętrzny
O
wyjście fizyczne
•
Bloki funkcyjne – styki wyj
ść
Styki wyjścia są zawsze ostatnimi stykami w szczeblu. Z menu Offline wybrać klawisz F3 [-( )-],
pojawi się kolejne podmenu:
-()-
F1
styk wyjścia, normalnie otwarty, w momencie podania sygnału
powoduje ustawienie wartości logicznej wyjścia na 1
-(SET)
F2
styk przerzutnika RS – ustawia wartość logiczną na 1 do
momentu podania sygnału na styk sprzężony (RST)
-(RST)-
F3
styk przerzutnika RS – zmienia stan wyjścia na logiczne 0 (do
czasu uaktywnienia styku SET)
-(MCR)-
F4
gdy styk ten zostanie ustawiony na wartość logiczną 1, szczeble
znajdujące się między nim a stykiem -(END)- są opuszczane.
Ustawienie 0 nie powoduje żadnych zmian w wykonywanym
programie
-(SKIP)-
F5
ustawienie tego styku na wartość 1 powoduje, że program
sterujący podtrzyma trwale stany wyjść znajdujących się
pomiędzy nim a -(END)-
-(END)-
F6
styk sprzężony z MCR i SKIP (koniec procedury)
•
Bloki funkcyjne – przeka
źniki czasowe i liczniki
Klawiszem F4 uzyskuje się dostęp do menu zawierającego po dwa typy przekaźników czasowych
(nazywanych tutaj potocznie zegarami) i liczników:
F1
zegar z wyjściem normalnie uaktywnianym po zadanym czasie
(normalnie wyłączonym)
Laboratorium Automatyki. Instrukcja do ćwiczenia nr 7.
6
F2
zegar z wyjściem ustawianym na 0 po zadanym czasie (normalnie załączonym)
F3
licznik w górę
F4
licznik w dół
Zegar zlicza czas co 0.1 sekundy, tak więc chcąc np. uaktywnić wyjście po 10 sekundach należy wybrać funkcję
[On Timer]. W miejscu rejestru wpisać jego numer np. R1, a poniżej wartość stałej czasowej np. 100
(100*0.1=10).
Licznik zlicza impulsy podawane na jego górne wejście.
Na wejście bloków (z lewej strony) podawane są dwa sygnały:
górny – podanie sygnału o logice 1 powoduje uruchomienie zegara/licznika;
dolny – podanie sygnału na to wejście powoduje wyzerowanie rejestru zliczającego.
Jeżeli rejestry, na których przeprowadzana jest operacja zliczania nie są rejestrami z pamięcią, ich wartość
zostanie wyzerowana przy awarii zasilania.
•
Bloki funkcyjne - pozostałe
Oprócz wyżej wymienionych bloków funkcyjnych istnieją także funkcje matematyczne, funkcje
przepisywania oraz bloki funkcji logicznych. Wszystkie z nich są szczegółowo opisane z instrukcji obsługo
sterownika Micro PLC firmy GE FANUC.
3. Cz
ęść obiektowa – model procesu.
W ramach zajęć w laboratorium należy zaprogramować sterownik PLC za pomocą diagramu
drabinkowego tak, aby zapewnił on prawidłowe sterowanie procesem mieszania dwóch cieczy. Zarówno do
sterowania jak i kontroli warunków procesu technologicznego użyto tylko wejść/wyjść binarnych. Stanowią on
kolejno:
- wejście 1 sterownika – pierwszy czujnik poziomu cieczy
- wejście 2 sterownika – drugi czujnik poziomu cieczy
- wejście 3 sterownika – czujnik temperatury
- wyjście 1 sterownika – sterowanie zaworem cieczy A
- wyjście 2 sterownika – sterowanie zaworem cieczy B
- wyjście 3 sterownika – załączenie grzałki
- wyjście 4 sterownika – sterowanie zaworem odprowadzającym mieszaninę ze
zbiornika.
Laboratorium Automatyki. Instrukcja do ćwiczenia nr 7.
7
Proces technologiczny powinien przebiegać wg następującego schematu.
1. Nalać cieczy A do poziomu 60 l (na tej wysokości znajduje się pierwszy czujnik poziomu).
2. Nalać 40 l cieczy B (na poziomie 100 l znajduje się drugi czujnik poziomu).
3. Włączyć grzałkę umieszczoną na spodzie zbiornika i podgrzewać mieszaninę do temperatury 70 st. C.
4. Po osiągnięciu zadanej temperatury (wskaże to odpowiedni czujnik) wyłączyć grzałkę i opróżnić
zbiornik.
5. Proces powtarzać cyklicznie.
Sterownik PLC
Wirtualny proces
Rys. 3. Stanowisko laboratoryjne.
Sterowanie
Pomiar