POLITECHNIKA ŚLĄSKA

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

KATEDRA MECHATRONIKI

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

Przedmiot:

Automatyzacja Procesów Technologicznych

Symbol

ćwiczenia:

APT1

Tytuł ćwiczenia:

Programowanie

przemysłowego

sterownika PLC

w języku schematów

drabinkowych LD

SPIS TREŚCI

Spis rysunków

2

1.

Cele ćwiczenia

3

2.

Podstawowe wiadomości

3

3.

Laboratoryjne stanowisko badawcze

5

3.1.

Obiekt badany

5

3.2.

Urządzenia dodatkowe

6

3.3.

Oprogramowanie

7

4.

Program ćwiczenia - wykaz zadań do realizacji

8

5.

Przykład realizacji zadania

8

5.1.

Sterowanie siłownikiem pneumatycznym

8

6.

Raport

12

7.

Pytania

12

Literatura

12

AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH – instrukcja do

ćwiczenia laboratoryjnego

Programowanie przemysłowego sterownika PLC w języku schematów drabinkowych LD

2

SPIS RYSUNKÓW

1.

Schemat drabinkowy stykowo-przekaźnikowego układu sterowania

3

2.

Symbole styków statycznych zwiernego (normalnie otwartego) i
rozwiernego (normalnie zamkniętego) stosowane w języku LD

4

3.

Symbole styków impulsowych zwiernych wrażliwego na zbocze opadające
i wrażliwego na zbocze narastające stosowane w języku LD

4

4.

Symbole cewek zwykłej oraz cewek zatrzaskiwanych ustawiającej (ang.
set) i kasującej (ang. reset) w języku LD

4

5.

Przykładowy program (jeden obwód) zapisany w języku LD

5

6.

Kompaktowy sterownik Simatic z serii S7-300 firmy Siemens

5

7.

Interfejs EasyPort D16

6

8.

Symulator wejść/wyjść cyfrowych

6

9.

Układ połączeń stanowiska laboratoryjnego

7

10.

Ekran wyboru modułów oprogramowania EasyVeep 2.18

7

11.

Ekran konfiguracji sprzętowej oprogramowania Step 7 Lite

8

12.

Konfiguracja sprzętowa oprogramowania EasyVeep

9

13.

Wybór wirtualnego procesu – zakładka Modules

9

14.

Przypisanie wejść i wyjść cyfrowych w wybranym procesie

10

15.

Sporządzenie tabeli symboli sterownika PLC

10

16.

Sporządzenie tabeli symboli sterownika PLC

11

17.

Implementacja algorytmu w postaci programu w języku drabinkowym

11

18.

Weryfikacja poprawności działania algorytmu realizowanego przez
sterownik PLC

12

AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH – instrukcja do

ćwiczenia laboratoryjnego

Programowanie przemysłowego sterownika PLC w języku schematów drabinkowych LD

3

1. CELE ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z następującymi zagadnieniami:

 Realizacja algorytmów sterowania w oparciu o język drabinkowy.

2. PODSTAWOWE WIADOMOŚCI

Język schematów drabinkowych LD (ang. Ladder Diagram) jest jednym z języków

programowania sterowników PLC ustanowionych w normie IEC 61131-3. Jest to język

należący do grupy języków graficznych, umożliwiający tworzenie programów z

wykorzystaniem standardowych symboli graficznych. Symbole te umieszcza się w obwodach

w sposób podobny do szczebli w schematach drabinkowych dla przekaźnikowych układów

sterowania (rys. 1).

Rys. 1. Schemat drabinkowy stykowo-przekaźnikowego układu sterowania.

Program w języku LD jest zorganizowany w obwodach, będących zbiorami wzajemnie

połączonych elementów graficznych. Obwody są ograniczone z lewej i prawej strony przez

szyny prądowe, nie będące częściami obwodu. W języku LD wykonywanie programu polega

na „przepływie prądu”, podobnie jak w schemacie drabinkowym dla systemu przekaźników

elektromechanicznych. Przepływ ten odbywa się od lewej strony do prawej przy spełnieniu

pewnych reguł [1]. Elementy obwodów mogą być łączone pionowo i poziomo. Elementy

łączące mogą się znajdować w stanie 1 lub 0. Połączenia poziome w obwodach,

reprezentowane poprzez linie poziome, przekazują stan elementu znajdującego się

bezpośrednio po stronie lewej do elementu po stronie prawej. Połączenia pionowe z kolei,

reprezentowane przez linie pionowe należy interpretować z kolei jako sumę logiczną stanów

połączeń poziomych znajdujących się po lewej stronie połączenia pionowego. Stan połączenia

AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH – instrukcja do

ćwiczenia laboratoryjnego

Programowanie przemysłowego sterownika PLC w języku schematów drabinkowych LD

4

pionowego jest przekazywany jest przekazywany do wszystkich połączeń poziomych

znajdujących się po prawej stronie.

Podstawowymi elementami obwodów w języku LD są styki i cewki. Styk jest elementem

przekazującym do połączenia poziomego po prawej stronie styku stan będący wynikiem

mnożenia dwuwartościowego AND stanu połączenia po lewej stronie styku oraz wartości

przypisanej stykowi zmiennej dwuwartościowej, która może reprezentować wejście, wyjście

lub pamięć. Styk nie zmienia stanu zmiennej skojarzonej z nim. Symbole graficzne styków

statycznych (wrażliwe na wartość zmiennej dwuwartościowej address) przedstawiono na

rys. 2, a styków impulsowych (wrażliwe na zbocze zmiennej dwuwartościowej address)

stosowanych w języku LD są przedstawione na rys. 3.

Rys. 2. Symbole styków statycznych zwiernego (normalnie otwartego) i rozwiernego (normalnie

zamkniętego) stosowane w języku LD.

Rys. 3. Symbole styków impulsowych zwiernych wrażliwego na zbocze opadające i wrażliwego na

zbocze narastające stosowane w języku LD.

Cewka przekazuje stan połączeń z lewej strony na prawą bez zmian, powodując jednocześnie,

że przypisana jej zmienna dwuwartościowa przyjmuje wartość odpowiednią do tego stanu

połączeń i do zasady działania określonego typu cewki (zwykła, zatrzaskiwana).

Cewki mogą występować jako zwykłe, które zapamiętują aktualny stan połączeń, bądź

zatrzaskiwane, które wykorzystuje się do realizacji elementów pamiętających w postaci

przerzutnika SR lub RS. Symbole graficzne takich cewek w języku LD przedstawiono

na rys. 4.

Rys. 4. Symbole cewek zwykłej oraz cewek zatrzaskiwanych ustawiającej (ang. set) i kasującej (ang.

reset) w języku LD.

Na rys. 5 przedstawiono przykładowy program napisany w języku LD z wykorzystaniem

wyżej omówionych symboli.

AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH – instrukcja do

ćwiczenia laboratoryjnego

Programowanie przemysłowego sterownika PLC w języku schematów drabinkowych LD

5

Rys. 5. Przykładowy program (jeden obwód) zapisany w języku LD.

W powyższym przykładzie stan sygnału Q4.0 będzie wysoki, wówczas gdy spełniony będzie

co najmniej jeden z dwóch warunków:



sygnały I0.0 i I0.1 jednocześnie przyjmują wartość 1



sygnał I0.2 przyjmuje wartość 0

Powyżej opisane instrukcje i ich symbole graficzne są podstawowymi elementami języka

schematów drabinkowych, obejmującymi instrukcje logiki bitowej. Praktyczne

implementacje tego języka zawierają dodatkowo zbiór innych, bardziej rozbudowanych

instrukcji obejmujących m.in. instrukcje czasowe, licznikowe, operacje arytmetyczne na

liczbach stałoprzecinkowych i zmiennoprzecinkowych, instrukcje sterujące przebiegiem

programu i wiele innych. Szczegóły można znaleźć w dokumentacji technicznej danego

konkretnego sterownika.

3. LABORATORYJNE STANOWISKO BADAWCZE

3.1. Obiekt badany

 Kompaktowy sterownik programowalny PLC – Simatic CPU 313C 2DP (rys. 6).

Rys. 6. Kompaktowy sterownik Simatic z serii S7-300 firmy Siemens.

AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH – instrukcja do

ćwiczenia laboratoryjnego

Programowanie przemysłowego sterownika PLC w języku schematów drabinkowych LD

6

3.2. Urządzenia dodatkowe

 Komputer PC.

 Interfejs EasyPort D16 (rys. 7).

Rys. 7. Interfejs EasyPort D16.

Interfejs EasyPort służy do połączenia rzeczywistego sterownika PLC z wirtualnym

procesem realizowanym programowo (z wykorzystaniem oprogramowania EasyVeep) w

komputerze. Komunikacja z komputerem odbywa się poprzez interfejs szeregowy RS-

232C. Natomiast komunikacja ze sterownikiem może odbywać się poprzez dwa przyłącza

dające dostęp do 16 wejść i 16 wyjść cyfrowych. Opcjonalnie do interfejsu poprzez

wejścia/wyjścia cyfrowe można podłączyć symulator wejść/wyjść.

 Symulator wejść/wyjść cyfrowych IO SIM (rys. 8).

Rys. 8. Symulator wejść/wyjść cyfrowych.

Symulator wejść/wyjść po dołączeniu do jednego z portów wejść/wyjść cyfrowych

interfejsu EasyPort może być wykorzystywany do testowania działania wybranego

procesu wirtualnego.

Układ połączeń poszczególnych urządzeń tworzących stanowisko laboratoryjne jest

przedstawiony na rys. 9.

AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH – instrukcja do

ćwiczenia laboratoryjnego

Programowanie przemysłowego sterownika PLC w języku schematów drabinkowych LD

7

Rys. 9. Układ połączeń stanowiska laboratoryjnego.

3.3. Oprogramowanie

 EasyVeep 2.18 (rys. 10).

Rys. 10. Ekran wyboru modułów oprogramowania EasyVeep 2.18.

 Step 7 Lite (rys. 11).

AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH – instrukcja do

ćwiczenia laboratoryjnego

Programowanie przemysłowego sterownika PLC w języku schematów drabinkowych LD

8

Rys. 11. Ekran konfiguracji sprzętowej oprogramowania Step 7 Lite.

4. PROGRAM ĆWICZENIA – WYKAZ ZADAŃ DO REALIZACJI

 Zapoznanie się z komponentami stanowiska laboratoryjnego.

 Konfiguracja sprzętowa sterownika PLC.

 Wybór procesu, dla którego realizowane będzie sterowanie.

 Opracowanie algorytmu oraz jego implementacja w postaci języka drabinkowego w

sterowniku PLC.

 Przetestowanie poprawności działania programu.

5. PRZYKŁAD REALIZACJI ZADANIA

5.1. Sterowanie siłownikiem pneumatycznym

Poniżej przedstawiono implementację algorytmu prostego sterowania pneumatycznym

siłownikiem dwustronnego działania. Wciśnięcie przycisku monostabilnego ma spowodować

wysunięcie się tłoczyska siłownika z położenia spoczynkowego do położenia określonego

czujnikiem krańcowym, po czym tłoczysko wraca do położenia spoczynkowego.

W pierwszej kolejności należy uruchomić oprogramowanie Step7 Lite i wykonać

konfigurację sprzętową dostępnego sterownika (rys. 11).

AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH – instrukcja do

ćwiczenia laboratoryjnego

Programowanie przemysłowego sterownika PLC w języku schematów drabinkowych LD

9

W następnej kolejności należy uruchomić oprogramowanie EasyVeep i dokonać konfiguracji

sprzętowej w zakładce Settings (rys. 12).

Rys. 12. Konfiguracja sprzętowa oprogramowania EasyVeep.

W kolejnym kroku należy przejść do zakładki Modules i wybrać wirtualny proces, którym ma

sterować sterownik PLC (rys. 13).

Rys. 13. Wybór wirtualnego procesu – zakładka Modules.

W zakładce Modules można znaleźć dokładny opis wybranego procesu wirtualnego. Ponadto

podana jest informacja ile wejść i wyjść cyfrowych jest wykorzystywanych oraz jakie

urządzenia są do nich przyłączone. Przypisanie wejść i wyjść cyfrowych do konkretnych

urządzeń jest również przedstawione w zakładce Conn (rys. 14).

AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH – instrukcja do

ćwiczenia laboratoryjnego

Programowanie przemysłowego sterownika PLC w języku schematów drabinkowych LD

10

Rys. 14. Przypisanie wejść i wyjść cyfrowych w wybranym procesie.

W tym momencie można przystąpić do sporządzenia tabeli symboli dla sterownika PLC w

środowisku Step 7 Lite (rys. 15). Tabela ta ułatwia programowanie sterownika poprzez

zastąpienie adresów rzeczywistych wejść i wyjść adresami symbolicznymi.

Rys. 15. Sporządzenie tabeli symboli sterownika PLC.

W celu zasymulowania wybranego procesu należy przejść do zakładki Display w

oprogramowaniu EasyVeep (rys. 16). Stany wyjść cyfrowych można zmieniać za pomocą

AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH – instrukcja do

ćwiczenia laboratoryjnego

Programowanie przemysłowego sterownika PLC w języku schematów drabinkowych LD

11

myszy klikając na przyciski A0-A15, a stany wejść i wyjść można obserwować na

wirtualnych lampkach. Ponadto można obserwować animację zachowania procesu.

Rys. 16. Sporządzenie tabeli symboli sterownika PLC.

Mając dokładne rozeznanie jak powinien działać wybrany układ należy opracować algorytm

sterowania i zaimplementować go w języku drabinkowym w oprogramowaniu

Step7 Lite (rys. 17).

Rys. 17. Implementacja algorytmu w postaci programu w języku drabinkowym.

AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH – instrukcja do

ćwiczenia laboratoryjnego

Programowanie przemysłowego sterownika PLC w języku schematów drabinkowych LD

12

Aby zweryfikować poprawność napisanego programu należy go załadować do sterownika,

przełączyć sterownik w tryb RUN, a następnie przełączyć program EasyVeep na zakładkę

Emulate (rys. 18). Następnie należy kliknąć myszką wirtualny przycisk znajdujący się w

dolnej części ekranu i obserwować poprawność działania układu poprzez obserwację animacji

oraz stanów wejść i wyjść sterownika PLC.

Rys. 18. Weryfikacja poprawności działania algorytmu realizowanego przez sterownik PLC.

6. RAPORT

Raport z przeprowadzonego ćwiczenia laboratoryjnego powinien zawierać:

 Opis wybranego procesu wirtualnego

 Przebieg ćwiczenia (główne czynności).

 Listing (zrzut ekranowy) napisanego programu sterownika PLC wraz z dokładnymi

komentarzami.

 Podsumowanie i wnioski.

7. PYTANIA

1. Jaka jest geneza języka schematów drabinkowych LD ?

2. Jakie są podstawowe elementy obwodów w języku LD ?

LITERATURA

1. Kasprzyk J.: Programowanie sterowników przemysłowych. Wydawnictwa Naukowo-

Techniczne, Warszawa 2006.

AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH – instrukcja do

ćwiczenia laboratoryjnego

Programowanie przemysłowego sterownika PLC w języku schematów drabinkowych LD

13

2. Simatic S7. Programowalny sterownik S7-1200. Podręcznik systemu.

www.siemens.com

.

3. Simatic. TIA Portal STEP 7 Basic V10.5. Getting Started.

www.siemens.com

4. Simatic. Function Block Diagram (FBD) for S7-300 and S7-400 Programming. Reference

Manual.

www.siemens.com

5. Programowanie przemysłowego sterownika PLC w języku funkcjonalnych schematów

blokowych FBD. Automatyzacja Procesów Technologicznych - instrukcja do ćwiczenia

laboratoryjnego, Katedra Mechatroniki, 2011

Opracowanie: Damian Krawczyk

Gliwice 2011