WYDZIAŁ MECHANICZNY ENERGETYKI I LOTNICTWA

POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ

Zakład Teorii Maszyn i Robotów

Laboratorium Podstaw Automatyki i Sterowania IV

Instrukcja do ćwiczenie nr 9

Programowanie sterownika PLC

Zakład Teorii Maszyn i Robotów

Laboratorium Podstaw Automatyki i Sterowania

2

Wstęp

Wiele nowoczesnych linii produkcyjnych wykorzystuje do sterowania proste

programowalne urządzenia lokalne, działające autonomicznie, połączone ze sterownią lub
z

nadzorującym proces systemem komputerowym. Przykładem takich urządzeń

są programowalne sterowniki logiczne (PLC).

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z programowalnymi sterownikami logicznymi.

W ramach

ćwiczenia studenci zapoznają się z konstrukcją sterowników, ich zastosowaniami

oraz z podstawami programowania sterowników logicznych.

Wprowadzenie teoretyczne

Podstawowe zagadnienia z algebry Boole'a

Algebrą Boole'a nazywany jest następujący zbiór:

<B, +, *, , o, i>

gdzie:

B

–

zbiór wartości

+, * – operacje 2-

argumentowe na elementach należących do B

– operacja 1-argumentowa na eleme

ntach należących do B

o, i

–

wyróżnione elementy zbioru B

Dla każdego a, b, c należącego do B spełnione są następujące zależności:

o

a

a

i

a

a

B

a

i

a

a

o

a

c

a

b

a

bc

a

ac

ab

c

b

a

a

b

b

a

a

b

b

a

B

b

a

B

b

a

a

B

a

=

⋅

=

+

∈

∃

∀

=

⋅

=

+

+

+

=

+

+

=

+

⋅

=

⋅

+

=

+

∈

⋅

∈

+

∈

)

5

(

)

4

(

)

)(

(

)

(

)

3

(

)

2

(

)

1

(

W praktyce wyróżnione wartości i, o zastępowane są wartościami 0 i 1.

Podstaw

owe zależności to tzw. prawa de Morgana:

b

a

b

a

b

a

b

a

+

=

⋅

⋅

=

+

)

2

(

)

1

(

Charakterystyka ogólna programowalnych sterowników logicznych

Sterownik PLC, czyli programowalny sterownik logiczny, charakteryzuje się

następującymi cechami związanymi z rozwinięciem nazwy:

•

sterownik -

urządzenie służące do sterowania, czyli celowego

wpływania na odbywający się proces technologiczny;

•

logiczny -

wewnątrz urządzenia odbywa się przetwarzanie binarne,

generowane sygnały wyjściowe są binarne, a sygnały wejściowe, prócz binarnych, w

szczególnych przypadkach mogą być analogowe, jednak ich przetwarzanie (np.

progowanie) odbywa się binarnie;

•

programowalny -

istnieje możliwość szybkiej zmiany programu

sterowania.

Sterowniki PLC są produkowane przez szereg czołowych producentów systemów

s

terowania, m.in.: Siemens, Moeller, Mitsubishi, Omron i inne. Założeniem konstruktorów

sterowników było udostępnienie użytkownikom urządzenia, które zastąpiłoby skomplikowane

Zakład Teorii Maszyn i Robotów

Laboratorium Podstaw Automatyki i Sterowania

3

układy automatyki, zrealizowane za pomocą urządzeń przekaźnikowych. W realizacji okazało

się, że sterowniki oferują znacznie większe możliwości, dlatego obecnie są powszechnie

stosowane w mniej i bardziej skomplikowanych układach automatyki.

Sterownik powinien prawidłowo funkcjonować bez jakichkolwiek dodatkowych

elementów i w warunkac

h przemysłowych. Ponadto programowanie sterownika powinno

odbywać się w sposób łatwy dla użytkownika, za pomocą komputera klasy PC z możliwością

symulacji pracy sterownika. Czas trwania przestoju związanego ze zmianą oprogramowania

powinien być jak najkrótszy, a ponadto sterownik nie może gubić programu po wyłączeniu

zasilania. Możliwości sterownika powinny być co najmniej takie, jakie mają układy

przekaźnikowe.

Dlatego programowalne sterowniki logiczne są wyposażone w zasilacz zamontowany

na urządzeniu i są wykonywane w standardowych obudowach dostosowanych do

zamocowania za pomocą szyny DIN. Producenci gwarantują poprawna pracę sterowników w

warunkach przemysłowych, czyli w określonych parametrach dotyczących temperatury,

wilgotności, zanieczyszczenia powietrza gazami, zapylenia, odporności na zakłócenia
elektromagnetyczne oraz wibracje, charakterystycznych dla typowych warunków

przemysłowych.

Wewnątrz sterownika znajduje się miniaturowy komputer z zestawem urządzeń

wejścia i wyjścia oraz z oprogramowaniem pozwalającym na wykonywanie przesłanego z

zewnątrz lub przygotowanego na miejscu programu sterującego. Całość charakteryzuje się

możliwością pracy bezprzerwowej i bardzo wysoką niezawodnością, także w trudnych

warunkach przemysłowych.

Program sterujący pozwala na przetwarzanie danych dochodzących poprzez wejścia.

Mogą to być dane o charakterze binarnym (0-1) lub analogowe (zwykle 0-10V). Wejścia

sterownika mają pewne ograniczenia odnośnie częstotliwości (rzędu 10Hz), lecz często

stosuje się w sterownikach specjalnie wydzielone wejścia pozwalające na przetwarzanie

sygnałów o wyższych częstotliwościach (nawet do 100kHz). Wyjścia ze sterowników są

zwykle wyjściami o charakterze binarnym, zależnie od zastosowań stosuje się wyjścia
tranzystorowe, tyrystorowe lub

przekaźnikowe. Liczba wejść i wyjść jest uzależniona od

modelu sterownika. Do konkretnych zastosowań zamawia się sterowniki o odpowiedniej

liczbie wejść i wyjść, ta liczba przekłada się na cenę sterowników.

Zależnie od modelu sterowniki mogą być opcjonalnie wyposażone w wyświetlacz

LCD (za pomocą którego można wyświetlać komunikaty, zmieniać datę i godzinę, zmieniać

parametry programu, a nawet modyfikować program sterownika), zegar czasu rzeczywistego.

W fazie programowania można zwykle zadeklarować, które funkcje powinny pamiętać stan

mimo zaniku zasilania. Stan ten jest zapisany w tzw. pamięci remanentnej. Niektóre

parametry można zmieniać podczas pracy sterownika z panelu kontrolnego. Programista

decyduje, które parametry mogą być zmieniane, a w razie potrzeby dostęp do nich jest

zabezpieczany hasłem.

Bardziej zaawansowane sterowniki mają możliwość podawania na wyjścia sygnałów

modulowanych PWM do sterowania silnikami, są przystosowane do pracy w sieciach

komputerowych, do współpracy z panelami operatorskimi, a nawet są wyposażane w łącza do

transmisji bezprzewodowej z innymi sterownikami lub komputerami sterującymi. W
komputerowych systemach sterowania sterowniki logiczne w charakterze sterowników

lokalnych wchodzą w skład najniższej warstwy systemu sterowania, odpowiedzialnej za

bezpośrednią współpracę z urządzeniami sterowanymi.

Przetwarzanie danych odbywa się w pętli nieskończonej, tzn. program sterujący

wykonuje się cyklicznie, a długość cyklu jest zależna od wielkości tego programu.

Charakterystyka Siemens Logo!

W ramach zajęć wykorzystywane będą sterowniki logiczne LOGO! firmy Siemens.

Dostępny model to 0BA2L-24RCL. Charakteryzuje się on następującymi cechami:

Zakład Teorii Maszyn i Robotów

Laboratorium Podstaw Automatyki i Sterowania

4

Cecha

Własności 0BA2L-24RCL

Własności spotykane w innych

modelach PLC

(jeśli są istotnie różne)

Napięcie zasilania

24V DC

12V DC, 24V AC, 230V AC/DC

Tolerancja napięcia
zasilania

+/- 15%

Ochrona przed odwrotną

polaryzacją

TAK

Liczba wejść cyfrowych

12

6, 8, 16, ...

Liczba wejść analogowych 0

2, 4

Liczba wejść szybkich
liczników

0

2

Izol

acja galwaniczna wejść NIE

Liczba wyjść cyfrowych

8

4, 6, 12, 16, ...

Charakter wyjść

przekaźnikowe

tranzystorowe

Obciążalność wyjść

10A

0,3A

20A (dodatkowe moduły mocy)

Częstotliwość przełączania 2Hz (zależnie od charakteru

obciążenia)

do 10Hz

Zegar czasu rzeczywistego TAK

Wyświetlacz

TAK

Zabezpieczenie przed

zanikiem napięcia

5ms

do 50ms

Podtrzymanie pracy zegara 80 godzin

Sterownik posiada pewną wielkość pamięci, dlatego wielkość programów jest

ograniczona. Oprogramowanie do przygotowywania i symulacji pracy sterowników

uniemożliwia przekroczenie dopuszczalnej wielkości programów sterujących.

Sposoby przygotowania programu

Programowania sterowników dokonuje się za pomocą firmowego programu LogSoft

Comfort. Można wybrać sposób przygotowywania programu: jako schemat blokowy lub tzw.

schemat drabinkowy. Przetwarzanie może się odbywać przy użyciu takich elementów, jak:

bramki, przerzutniki , przekaźniki z opóźnieniami, liczniki, generatory, timery itp. Niektóre
bardziej zaawansowane sterowniki u

dostępniają programowanie w języku zbliżonym do

asemblera, co w znaczący sposób zwiększa możliwości urządzeń.

Sterownik można również programować z panelu za pomocą wyświetlacza LCD, taki

sposób programowania jest jednak niezwykle uciążliwy. Funkcje podstawowe i funkcje

specjalne sterownika LOGO! zostaną omówione w dalszej części.

Przebieg ćwiczenia

Podstawowe zasady programowania

Program LogoSoft pozwala na przygotowanie programu dla sterowników PLC typu

LOGO! firmy Siemens oraz na zasymulowanie ich działania z tym programem. W

laboratorium dostępne są wersje Demo oprogramowania, które są darmowe i można je pobrać

przez Internet ze stron firmy Siemens. W wersji Demo zablokowana jest możliwość

wysyłania programu i odczytu do i ze sterownika. Prowadzący zajęcia ma na swoim

komputerze zainstalowaną wersję pełną (płatną), dzięki czemu programowanie sterowników

możliwe jest tylko za pośrednictwem komputera osoby prowadzącej zajęcia. Po uruchomieniu

programu i określeniu sposobu przygotowywania programu (schemat blokowy) można

rozpocząć programowanie.

Zakład Teorii Maszyn i Robotów

Laboratorium Podstaw Automatyki i Sterowania

5

Najpierw należy wybrać typ sterownika - w przypadku zajęć laboratoryjnych ma to

być sterownik 0BA2.L. Jeżeli w programie ustawiony jest inny, to wyboru należy dokonać
przez menu:

Narzędzia -> Wybierz typ LOGO!

Na

stępnie można przejść do programowania. Jako pierwsze ćwiczenie należy

wykonać połączenie kilku wejść z wyjściami.

Wybór wejść odbywa się przez wybranie zbioru narzędzi Styki [Co] (pasek narzędzi z

lewej strony okna aplikacji).

Bloki wejść oznaczane są symbolami I1 do I12. Analogicznie bloki wyjść są

oznaczane symbolami Q1 do Q8

. W zbiorze styków można również znaleźć wartości stałe: lo

-

wartość niska (logiczne 0) i hi - wartość wysoka (logiczna 1). Do dyspozycji jest też 8

znaczników jednobitowych (M1 do M8

), które spełniają rolę jednobitowych komórek

pamięci. Umieszczanie bloków na schemacie wykonuje się intuicyjnie myszką.

Połączenia pomiędzy blokami można wykonywać metodą przeciągania myszką za

pomocą narzędzia Podłącz. Usuwanie połączeń lub bloków można zrealizować poprzez ich

zaznaczenie i następnie wciśnięcie klawisza Del.

Klikając prawym klawiszem myszy na bloki wejść i wyjść można wejść w okienko

zmian parametrów bloków, w tym pr

zypadku zmienić ich numery oraz dodać komentarz, co

jest przydatne w celu dobrego udokumentowania projektu. W parametrach bloków

wejść

można także zmienić charakter wyłączników symulujących wejścia: bistabilne (każde

kliknięcie zmienia stan), monostabilne normalnie włączone lub wyłączone, fala prostokątna o

określonej częstotliwości.

Zakład Teorii Maszyn i Robotów

Laboratorium Podstaw Automatyki i Sterowania

6

Uzyskany schemat - program sterownika -

można zasymulować wybierając z paska

narzędzi Symulację.

W dolnej części ekranu pojawiają się wtedy przyciski, których stan bezpośrednio

przekłada się na stan wejść. Stan zapalenia bądź zgaszenia ikon żarówek przedstawia stan
od

powiednich wyjść. Stan wysoki na poszczególnych połączeniach jest symbolizowany

kolorem czerwony, a stan niski -

kolorem niebieskim. Symulację można w dowolnym

momencie

restartować lub wyłączyć.

Sprawdzenie działania bramek logicznych

Należy wstawić trzy wejścia i sześć wyjść.
Po wybraniu zestawu funkcji podstawowych [GF] mamy do dyspozycji

trójwejściowe (w wersji dla sterownika 0BA2.L) bramki logiczne AND, NAND, OR i

NOR. Można także zastosować jednowejściową bramkę logiczną NOT i dwuwejściową

bramkę XOR (Exclusive-Or). Dostępne są także tzw. bramki zboczowe, których działanie

nie będzie omawiane.

Należy do każdego z wyjść sterownik dołączyć wyjście jednej z wymienionych

wyżej bramek. Należy przeprowadzić symulację wszystkich bramek i sprawdzić, czy

działają zgodnie z podanymi tablicami prawdy. Poniższe tabele są zbudowane dla

elementów dwuwejściowych. Przekształcenie na elementy trójwejściowe (lub o większej

liczbie wejść) nie powinno stanowić problemu.

AND

b

a

y

⋅

=

a

b

y

0

0

0

1

0

0

0

1

0

1

1

1

OR

b

a

y

+

=

a

b

y

0

0

0

1

0

1

0

1

1

1

1

1

NOT

a

y

=

a

y

0

1

1

0

NAND

b

a

y

⋅

=

a

b

y

0

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

0

NOR

b

a

y

+

=

a

b

y

0

0

1

1

0

0

0

1

0

1

1

0

EX-OR

b

a

y

⊕

=

a

b

y

0

0

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

Zakład Teorii Maszyn i Robotów

Laboratorium Podstaw Automatyki i Sterowania

7

Sprawdzenie działania wybranych funkcji specjalnych

Należy symulacyjnie sprawdzić działanie wszystkich (lub wybranych przez

prowadzącego) funkcji specjalnych, dostępnych pod przyciskiem [SF].

Testowanie

należy przeprowadzić podłączając wszystkie wejścia i wyjścia bloków

funkcji specjalnych, a ponadto sprawdzając ustawienia w okienku dialogowym własności
bloków.

Przekaźniki czasowe

We wszystkich blokach tego typu konieczne jest ustawienie wartości czasu

opóźnienia, wprowadzanego przez dany przekaźnik. Symbole graficzne na blokach

symbolizują wykresy czasowe działania przekaźników w typowych warunkach.

Należy sprawdzić w przypadku każdego z przekaźników sposoby powracania do stanu

zasadniczego (wyłączenie) oraz przetestować działanie w przypadkach, gdy czas trwania

impulsu wzbudzającego jest krótszy, niż ustawiony czas zadziałania.

1. Przekaźnik z opóźnionym

włączeniem

2. Przekaźnik z opóźnionym

wyłączaniem (czas

opóźnienia odmierzany od

zbocza opadającego)

3. Przekaźnik z opóźnionym

włączeniem i wyłączeniem

4. Przekaźnik z opóźnionym

włączeniem z podtrzymaniem
(wyzwalany zboczem

narastającym)

5. Przekaźnik czasowy (czas
trwania impulsu odmierzany
od ostatniego zbocza

narastającego)

6. Przekaźnik czasowy
wyzwalany zboczem

narastającym (czas trwania
impulsu odmierzany od
ostatniego zbocza

narastającego)

Wyłączniki czasowe

Należy bez symulowania sprawdzić sposób ustawiania obu wyłączników. Należy

zwrócić uwagę na uzależnienie działania wyłącznika z zegarem tyogdniowym od dni tygodnia

oraz na jego niezależne programy włączania i wyłączania.

7. Wyłącznik czasowy - zegar
tygodniowy

8. Wyłącznik czasowy - zegar
roczny

Zakład Teorii Maszyn i Robotów

Laboratorium Podstaw Automatyki i Sterowania

8

Generatory

Należy uruchomić każdy z generatorów przy różnych wartościach parametrów czasowych.

9. Generator symetryczny

(współczynnik wypełnienia
50%)

10. Generator asymetryczny
(dowolny czas trwania stanu
wysokiego i niskiego)

11. Generator losowy

Przekaźniki impulsowe

Należy zbadać działanie przekaźników. W przypadku przekaźnika RS określić, który z

sygnałów zmieniających stan ma wyższy priorytet.

12. Przekaźnik zatrzaskowy
(RS)

13. Przekaźnik impulsowy

(zbocze narastające zmienia
stan)

Liczniki

Należy zapoznać się ze sposobem działania licznika impulsów. Należy rozpoznać

wejście kierunku zliczania i zbadać zachowanie licznika przy przekraczaniu progu

zapamiętanej wartości. Nie należy symulować licznika godzin pracy, a tylko zapoznać się z

ustawieniami. W detektorze częstotliwości należy sprawdzić reakcję na częstotliwość sygnału

wejściowego mniejszą lub większą od nastawionej.

14. Licznik impulsów

15. Licznik godzin pracy

16.Detektor częstotliwości

Inne

Należy sprawdzić działanie pozostałych bloków funkcyjnych, ze szczególnym

zwróceniem uwagi na sposób programowania bloku komunikatów.

17. Komunikaty

Przygotowanie prostego programu dla windy

W trakcie zajęć należy zapoznać się z modelem dźwigu towarowego i dokonać jego

oprogramowania według następujących wskazówek.

Zakład Teorii Maszyn i Robotów

Laboratorium Podstaw Automatyki i Sterowania

9

Opis modelu dźwigu towarowego

Wejścia:
I1 -

przycisk wymuszający ruch dźwigu na piętro (stacjonarny)

I2 -

przycisk wymuszający ruch dźwigu na parter (stacjonarny)

I3 -

czujnik krańcowy na piętrze - miejsce zatrzymania

I4 -

czujnik krańcowy na piętrze - przekroczenie miejsca

zatrzymania
I5 -

czujnik krańcowy na parterze - miejsce zatrzymania

I6 -

czujnik krańcowy na parterze - przekroczenie miejsca

zatrzymania
I7 -

czujnik zamknięcia drzwi na górze (1 - drzwi zamknięte)

I8 -

czujnik przeciążenia (1)

I9 -

czujnik przeciążenia (2)

I10 -

przycisk wymuszający ruch dźwigu na piętro (w kabinie)

I11 -

przycisk wymuszający ruch dźwigu na parter (w kabinie)

I12 -

przycisk wymuszający zatrzymanie (w kabinie)

Wyjścia:
Q1 -

Oświetlenie kabiny

Q2 -

Kontrolka na piętrze (dół)

Q3 -

Kontrolka na piętrze (góra)

Q4 -

Ruch windy w dół

Q5 -

Ruch windy w górę

Q6 - niewykorzystany
Q7 -

Zmiana prędkości (0 -

wolno, 1 - szybko)
Q8 -

Kierunek jazdy (góra/dół)

Sterowanie silnikiem:
Stan zatrzymania: Q4 = 0, Q5 = 0, Q7 - dowolnie, Q8 - dowolnie
Jazda powolna: Q7 = 0, jazda szybka: Q7 = 1

Jazda w dół: Q8=1, po ok. 0,5s: Q4 = 1 (przekaźnik z opóźnionym włączaniem)

Jazda w górę: Q8 = 0, po ok. 0,5s: Q5 = 1
Uwaga: Jednoc

zesne włączenie Q4 = 1 i Q8 = 0 lub Q5 = 1 i Q8 = 1 może spowodować

zwarcie!

Etapy pracy:

1. Proste sterowanie dźwigiem

Ruch w górę - po krótkim naciśnięciu dowolnego przycisku kierunku "w górę" (przekaźnik z

opóźnionym włączaniem z podtrzymaniem lub RS)

Ruch w dół - po krótkim naciśnięciu dowolnego przycisku kierunku "w dół"
Zatrzymanie -

po osiągnięciu przełącznika krańcowego (reset odp. przekaźnika)

Oświetlenie kabiny stale czynne

Zalecane krótkie opóźnienie po wydaniu dyspozycji ruchu (do 0.5s)

2.

Dodatkowe wyłączanie ruchu

Zatrzymywanie ruchu dźwigu po naciśnięciu przycisku "STOP"

Zablokowanie przyjmowania dyspozycji ruchu w określonym kierunku przy realizacji ruchu
w kier. przeciwnym

3. Sygnalizacja

Odpowiednia kontrolka świeci, gdy dźwig stoi na parterze / piętrze (pobrać sygnał z

wyłącznika krańcowego)

Odpowiednia kontrolka pulsuje, kiedy jest realizowany ruch w górę/w dół (sygnały z

przekaźników jazdy)

4. Uwzględnienie wyłącznika drzwiowego

Zatrzymywanie ruchu i blokowanie możliwości ruszenia przy otwartych drzwiach szybu

dźwigu

5. Oszczędzanie oświetlenia kabiny

Oświetlenie jest zapalone przy:

• otwarciu drzwi kabiny
• ruchu kabiny

Zakład Teorii Maszyn i Robotów

Laboratorium Podstaw Automatyki i Sterowania

10

Oświetlenie gaśnie po kilku sekundach od ustania warunków zapalających (przekaźnik z

opóźnionym wyłączeniem)

6. Uz

ależnienie działania dźwigu od kierunku jazdy i obciążenia

Jeżeli jedziemy w dół, to dźwig jedzie szybko

Jeżeli jedziemy w górę, to dźwig ma jechać wolniej

Jeżeli dźwig jest przeciążony (I8=1 i I9=1), to dźwig stoi, a ponadto pulsuje oświetlenie

wewnątrz kabiny

7. Dodatkowe wyłączanie ruchu

Zadziałanie czujników krańcowych (2) powoduje unieruchomienie dźwigu

8. Wyświetlanie komunikatów

Sygnalizacja stanu ruchu: GÓRA, DÓŁ (blok komunikatów)

Sygnalizacja stanu przeciążenia
Sygnalizacja stanu otwarcia drzwi

9. Inne

Inicjowanie zjazdu w dół o określonej godzinie (odpowiedni wyłącznik czasowy)

Przyspieszanie na określony czas po pewnym czasie od rozpoczęcia ruchu (zestaw

przekaźników czasowych)
Licznik godzin pracy silnika

(wynik wyprowadzić na blok komunikatów)

Zadanie projektowe

Z ćwiczenia z programowania sterownika PLC każdy ze studentów otrzymuje dwie

oceny. Jedną otrzymuje się za sprawdzian wiadomości po ćwiczeniu ("zejściówka"), a drugą

za indywidualnie wykonane ćwiczenie projektowe. Oprogramowanie do ćwiczenia

projektowego można ściągnąć przez Internet ze stron firmy Siemens (linki na stronie Zakładu
TMiR)

lub od. Jako zadanie projektowe prowadzący wybiera jeden z następujących tematów

(szczegółowa specyfikacja założeń znajduje się u prowadzącego, każdy z tematów ma kilka

możliwych opcji):

•

sterowanie taśmociągiem ze stopniowaniem prędkości

•

sterowanie oświetleniem klatki schodowej uzależnione od piętra przyciśnięcia

•

sterowanie silnikiem z użyciem uruchamiania za pomocą kodu

•

sterowanie światłami ulicznymi na przejściu dla pieszych

•

symulowanie obecności mieszkańców w mieszkaniu (wł. i wył. świateł)

•

komparator dwu wartości (potrzebna umiejętność minimalizacji funkcji)

•

układ alarmu samochodowego

•

sterowanie napędem kilku żaluzji

•

temat własny - zatwierdzony przez prowadzącego.

Studenci zobowiązani są oddać rozwiązane zadania w wyznaczonym przez

prowadzącego terminie wraz z przygotowanym opisem wykonanego projektu.