- Czytaniem podstawowych

schematÛw drabinkowych
oraz pos³ugiwaniem siÍ list¹
instrukcji PLC.

- Identyfikacj¹ rÛønic pomiÍ-

dzy sterownikami SIMATIC
S7-212 a†S7-214.

- Dobraniem w³aúciwych mo-

du³Ûw rozszerzaj¹cych porty
wejúciowe i†wyjúciowe.

Tak wiÍc - zapraszamy.

BÍdzie to automatyka w†pigu³-
ce!

Co to jest PLC?

Programowalne sterowniki

logiczne (PLC, ang. Program-
mable Logic Controllers), na-
zywane takøe sterownikami
programowalnymi, naleø¹ do
szeroko rozumianej rodziny
komputerÛw. Wykorzystywane
s¹ g³Ûwnie w†zastosowaniach
przemys³owych. Praca PLC po-
lega na monitorowaniu wejúÊ
analogowych i†cyfrowych, po-
dejmowaniu decyzji w†oparciu
o†program (algorytm dzia³ania)
uøytkownika oraz odpowied-
nim sterowaniu wyjúciami
(rys. 1).

Zasada dzia³ania PLC

Sterowniki PLC zbudowa-

ne s¹ z†modu³Ûw wejúciowych,
jednostki centralnej (CPU) oraz
modu³Ûw wyjúciowych (rys. 2).

Wejúcia PLC akceptuj¹ rÛø-

ne sygna³y wejúciowe, cyfrowe
lub analogowe, pochodz¹ce

z † z e w n Í t r z n y c h
urz¹dzeÒ (czujni-
kÛw), przetwarzane
nastÍpnie do posta-
ci sygna³Ûw logicz-
nych, ktÛre staj¹ siÍ
z r o z u m i a ³ e d l a
CPU.

Jednostka CPU

podejmuje decyzje
i†wykonuje funkcje
sterowania bazuj¹c

na instrukcjach programowych
zawartych w†pamiÍci. Modu³y
wyjúciowe przetwarzaj¹ funk-
cje sterowania z†CPU do takiej
postaci sygna³Ûw (cyfrowych
lub analogowych), jakich wy-
maga aplikacja.

I n s t r u k c j e p r o g r a m o w e

okreúlaj¹ co powinien wyko-
naÊ PLC przy okreúlonym sta-
nie wejúÊ i†w†danej sytuacji.
Dodatkowy interfejs operator-
ski (pulpit sterowniczy) umoø-
liwia wyúwietlanie informacji
o†realizowanym procesie ste-
rowania i†wprowadzanie no-
wych parametrÛw kontrol-
nych.

W†prezentowanym na rys.

3 przyk³adzie, przyciski (czuj-
niki) pod³¹czone do wejúÊ PLC
mog¹ byÊ uøyte do uruchomie-
nia lub zatrzymania silnika do-
³¹czonego do PLC poprzez
stycznik silnika, ktÛry spe³nia
rolÍ urz¹dzenia wykonawcze-
go.

Sterowanie
konwencjonalne

Przed pojawieniem siÍ PLC

wiele z†zadaÒ kontrolnych by-
³o rozwi¹zywanych przez ³¹-
czone ze sob¹ styczniki lub
przekaüniki. Taki sposÛb ste-
rowania nazywany jest czÍsto
sterowaniem konwencjonal-
nym.

Zasada pracy konwencjo-

nalnego uk³adu sterowania jest
okreúlona przez trwa³e po³¹-
czenie aparatury stycznikowo-
przekaünikowej i†elementÛw
obiektowych. Okablowanie
uk³adu jednoznacznie i†trwale
okreúla sposÛb jego funkcjono-
wania. Jakiekolwiek zmiany
lub rozbudowa uk³adu stero-
wania wymagaj¹ uzupe³nienia
aparatury kontrolnej i†ponow-
nego okablowywania.

Przyk³adowy uk³ad stero-

w a n i a k o n w e n c j o n a l n e g o
przedstawiono na rys. 4.

Sterowniki programowalne PLC

Podstawy, część 1

Korzystaj¹c z†uprzejmoúci firmy Siemens

publikujemy krÛtki kurs, prezentuj¹cy

podstawowe zagadnienia zwi¹zane

z†nowoczesnymi sterownikami PLC.

Zaczynamy od podstaw, ktore choÊ dla

wiÍkszoúci CzytelnikÛw s¹ oczywiste,

czasami mog¹ sprawiÊ nieco k³opotÛw.

Publikacja oparta jest na podrÍczniku

ìPodstawy sterownikÛw programowalnych

PLCî, przygotowanym przez specjalistÛw

firmy Siemens.

PodrÍcznik ten stanowi przystÍpny

wyk³ad o†sterownikach programowalnych

PLC. Przeznaczony jest dla wszystkich

poszukuj¹cych informacji z†zakresu podstaw

automatyki.

Silniki napêdów

Pompy

Lampki

Czujniki œwietlne

Przyciski

Prze³¹czniki

START

Q 0,0

Q 0,1

Q 0,2

Q 0,3

Q 0,4

Q 0,5

Q 0,6

Q 0,7

Q 1,0

Q 1,1

Q 1,2

I 1,0

I 1,1

I 1,2

I 1,3

I 1,4

I 1,5

SF

RUN

STOP

I 0,0

I 0,1

I 0,2

I 0,3

I 0,4

I 0,5

I 0,6

I 0,7

CPU214

SIMATIC

S7-200

Rys. 2.

Zalety PLC w stosunku do kon−
wencjonalnych rozwiązań ukła−
dów sterujących:

✓

Mniejszy rozmiar układu sterowania
niż w przypadku rozwiązań konwen−
cjonalnych.

✓

Łatwiejsze i szybsze dokonywanie
zmian w algorytmie działania.

✓

Centralnie dostępne funkcje nastaw−
cze, diagnostyczne i zabezpieczające.

✓

Aplikacje mogą być natychmiast, au−
tomatycznie dokumentowane.

✓

Aplikacje mogą być szybciej i znacz−
nie taniej powielane.

Stycznik silnika

(elem. wykonawczy)

Wyjœcie

PLC

Silnik

Przyciski Start/Stop

(czujniki)

Wejœcie

Rys. 1.

Rys. 3.

A U T O M A T Y K A

Wprowadzenie

Kurs STEP 2000 - Siemens

Technical Education Program
(program edukacji technicznej
firmy Siemens) obejmuje za-
kres podstawowych informacji
na temat sterownikÛw PLC
oraz zwi¹zanych z†nimi pro-
duktÛw automatyki z innych
rodzin. Po ukoÒczeniu kursu
podstaw PLC bez trudu pora-
dzimy sobie z:
- Identyfikacj¹ g³Ûwnych ele-

mentÛw PLC i†rozumieniem
realizowanych przez nie
funkcji.

- Przekszta³caniem liczb z†po-

staci dziesiÍtnej na binarn¹,
BCD oraz szesnastkow¹.

- I d e n t y f i k a c j ¹ t y p o w y c h

wejúÊ i†wyjúÊ cyfrowych
i†analogowych.

33

Elektronika Praktyczna 1/2000

A U T O M A T Y K A

Sterowanie z PLC

Takie same, a†takøe bar-

dziej skomplikowane zadania
mog¹ byÊ wykonane za pomo-
c¹ PLC.

ìOkablowanie po³¹czeÒ lo-

gicznychî pomiÍdzy urz¹dze-
niami i†stykami przekaünikÛw
wykonywane jest w†programie
zapisanym w†pamiÍci PLC. Na
zewn¹trz wymagane jest jedy-
nie proste pod³¹czenie apara-
tury obiektowej do wejúÊ
i†wyjúÊ sterownika. Opracowa-
nie aplikacji i†usuwanie b³Í-
dÛw jest znacznie ³atwiejsze
niø w†sterowaniu konwencjo-
nalnym. Znacznie ³atwiej two-
rzy siÍ i†modyfikuje program
w†PLC niø zmienia okablowa-
nie uk³adu.

Sterowniki PLC firmy
Siemens

Firma Siemens produkuje

kilka odmian sterownikÛw
PLC rodziny SIMATIC S7. S¹
to: S7-200, S7-300 oraz S7-400.

Sterownik S7-200

Sterownik ten jest okreúla-

ny mianem mikro-PLC, a†to ze
wzglÍdu na swoje niewielkie
wymiary. Jednostka centralna
sterownika S7-200 zbudowana
jest w†postaci bloku, ze zinteg-
rowanym zasilaczem i†wejúcia-
mi/wyjúciami obiektowymi
(rys. 5). S7-200 moøe byÊ uøy-
wany w†mniejszych, samodziel-
nych aplikacjach, takich jak np.
podnoúniki, myjnie samocho-
dowe lub mieszarki. Moøe byÊ
takøe stosowany w†bardziej
kompleksowych aplikacjach
przemys³owych, takich jak li-
nie butelkowania i†pakowania.

Sterownik S7-200 dostÍp-

ny jest w†piÍciu wersjach: S7-
210, S7-212, S7-214, S7-215

i†S7-216. Jednostki S7-212, S7-
214 zostan¹ omÛwione w†ko-
lejnych odcinkach tego kursu.

Sterowniki S7-300 i†S7-400

Sterowniki PLC typu S7-

300 i†S7-400 s¹ uøywane
w†bardziej skomplikowanych
zastosowaniach, poniewaø ob-
s³uguj¹ znacznie wiÍksz¹ licz-
bÍ wejúÊ i†wyjúÊ obiektowych.
Oba sterowniki wykonano
w†technice modu³owej, dziÍki
czemu moøna je w†prosty spo-
sÛb rozbudowywaÊ. Zasilacz
oraz modu³y wejúÊ/wyjúÊ sta-
nowi¹ oddzielne bloki pod³¹-
czane do CPU. WybÛr pomiÍ-
dzy S7-300 lub S7-400 zaleøy
od stopnia z³oøonoúci procesu
sterowania i†moøliwoúci przy-
sz³ej rozbudowy.

Systemy liczbowe

Sterowniki programowalne

s¹ komputerami, ktÛre prze-
chowuj¹ informacje w†postaci
dwÛch stanÛw logicznych: 1
lub 0, nazywanych cyframi bi-
narnymi (bitami). Cyfry binar-
ne s¹ uøywane indywidualnie
lub wykorzystywane do przed-
stawiania wartoúci numerycz-
nych (liczbowych).

System dziesiÍtny

Sterowniki wykorzystuj¹

wiele systemÛw liczbowych.
Wszystkie systemy liczbowe
maj¹ te same trzy cechy: cyfry,
podstawÍ i†wagÍ.

System dziesiÍtny, ktÛry

jest powszechnie uøywany
w†øyciu codziennym, posiada
nastÍpuj¹ce cechy charakterys-
tyczne:
DziesiÍÊ cyfr: 0, 1, ,2, 3, 4, 5,

6, 7, 8, 9

PodstawÍ: 10
Wagi: 1, 10, 100, 1000...

System binarny

System binarny wykorzys-

tywany jest przez sterowniki
programowalne. System binar-
ny posiada nastÍpuj¹ce cechy
charakterystyczne:
Dwie cyfry: 0, 1
PodstawÍ: 2
Wagi: 1, 2, 4, 8, 16...

W†systemie binarnym je-

dynki i†zera zajmuj¹ w zapisie
okreúlone pozycje. Kaødej po-
zycji odpowiada jej waga (rys.
6). Pierwsza pozycja z prawej
posiada wagÍ 2

0

. Jest ona od-

powiednikiem dziesiÍtnych
jednoúci. Bit z tej pozycji jest
nazywany najmniej znacz¹cym
bitem. Waga binarna jest po-
dwajana z†kaød¹ kolejn¹ pozy-
cj¹. NastÍpna pozycja (druga
z†prawej) posiada wagÍ 2

1

, ktÛ-

ra odpowiada dziesiÍtnej dwÛj-
ce.

WartoúÊ dziesiÍtna jest po-

dwajana na kaødej kolejnej po-
zycji. Liczba na pozycji najda-
lej po lewej stronie jest nazy-
wana najbardziej znacz¹cym bi-
tem. W†naszym przyk³adzie,
najbardziej znacz¹cy bit posia-
da wagÍ binarn¹ 2

7

. Odpowia-

da to liczbie dziesiÍtnej 128.

Zamiana zapisu liczby
z†systemu binarnego
na dziesiÍtny

Poniøsze kroki mog¹ byÊ

wykorzystane do znalezienia
dziesiÍtnego odpowiednika
liczby zapisanej w†kodzie bi-
narnym (rys. 7).
1.Rozpocznij od prawej strony

do lewej (od najmniej zna-
cz¹cego do najbardziej zna-
cz¹cego bitu).

2.Zapisz pod spodem repre-

zentacjÍ dziesiÍtn¹ wszyst-

kich pozycji zwieraj¹cych je-
dynki.

3.Dodaj wartoúci w†kolumnie.

W†prezentowanym przy-

k³adzie na czwartej i†pi¹tej po-
zycji od prawej s¹ jedynki.
WartoúÊ dziesiÍtna czwartej
pozycji od prawej wynosi 8,
a†wartoúÊ dziesiÍtna pozycji
pi¹tej od prawej to 16.

DziesiÍtny odpowiednik ta-

kiej liczby binarnej wynosi 24.
Suma wag wszystkich pozycji,
ktÛre zwieraj¹ jedynki, jest
liczb¹ dziesiÍtn¹ zapamiÍtywa-
n¹ przez PLC.

W†kolejnym przyk³adzie

(rys. 8) na czwartej i†szÛstej
pozycji od prawej s¹ jedynki.
WartoúÊ dziesiÍtna czwartej
pozycji od prawej wynosi 8
a†wartoúÊ dziesiÍtna pozycji
szÛstej od prawej to 32. Dzie-
siÍtny odpowiednik takiej licz-
by binarnej wynosi 40.

T1

T3

T2

M

M

OL

Silnik

M

OL

OL

OL

CR

CR

Stop

Start

M

CR

L1
L2
L3

460 AVC

1

2

Rys. 4.

Q 0,0

Q 0,1

Q 0,2

Q 0,3

Q 0,4

Q 0,5

Q 0,6

Q 0,7

Q 1,0

Q 1,1

Q 1,2

I 1,0

I 1,1

I 1,2

I 1,3

I 1,4

I 1,5

SF

RUN

STOP

I 0,0

I 0,1

I 0,2

I 0,3

I 0,4

I 0,5

I 0,6

I 0,7

CPU214

SIMATIC

S7-200

Rys. 5.

0

0

0

1

1

0

0

0

1

2

4

8

16

32

64

128

2

7

2

6

2

5

2

4

2

3

2

2

2

1

2

0

Najmniej znacz¹cy bit

Najbardziej znacz¹cy bit

0

0

0

1

1

0

0

0

1

2

4

8

16

32

64

128

8

+16

24

0

0

1

0

1

0

0

0

1

2

4

8

16

32

64

128

8

+32

40

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

S³owo

Bajt

Bit

Rys. 6.

Rys. 7.

Rys. 8.

Rys. 9.

Rys. 10.

0

0

2

5

0000 0010 0000 0101

Liczby

dziesiêtne

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Liczby

BCD

0000

0001

0010

0011

0100

0101

0110

0111

1000

1001

Rys. 11.

34

Elektronika Praktyczna 1/2000

A U T O M A T Y K A

wagÍ odpowiedni¹ dla danej
cyfry, a†nastÍpnie zsumowanie
tych iloczynÛw cz¹stkowych.

W†poniøszym przyk³adzie

(rys. 12) szesnastkowa liczba
2B przekszta³cana jest do swo-
jego odpowiednika dziesiÍtne-
go tj. liczby 43.

16

0

= 1

16

1

= 16

B

= 11

AC

2

B

16

1

16

0

11 x 1 = 11
2 x 16 = 32

43

Rys. 12.

Artyku³ opracowany na

podstawie podrÍcznika ìPod-
stawy sterownikÛw programo-
walnych PLCî firmy Siemens.

Ci¹g dalszy artyku³u zosta-

nie opublikowany w EP2/2000.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

A

B

C

D

E

F

10

11

12

13

14

.

.

7E

7F

80

.

.

1FE

1FF

200

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

.

.

126

127

128

.

.

510

511

512

0

1

10

11

100

101

110

111

1000

1001

1010

1011

1100

1101

1110

1111

1 0000

1 0001

1 0010

1 0011

1 0100

.

.

111 1110

111 1111

1000 0000

.

.

1 1111 1110

1 1111 1111

10 0000 0000

0000

0001

0010

0011

0100

0101

0110

0111

1000

1001

0001 0000

0001 0001

0001 0010

0001 0011

0001 0100

0001 0101

0001 0110

0001 0111

0001 1000

0001 1001

0010 0000

.

.

0001 0010 0110

0001 0010 0111

0001 0010 1000

.

.

0101 0001 0000

0101 0001 0001

0101 0001 0010

Tab. 1. Tabela konwersji liczb w postaciach:
dziesiętnej, binarnej, BCD i szesnastkowej.

Dziesiętnie

Binarnie

BCD

Szesnastkowo

Bity, bajty i†s³owa

Kaøda cyfra liczby binarnej

jest bitem. Osiem bitÛw tworzy
bajt. Dwa bajty lub 16 bitÛw
tworz¹ jedno s³owo (rys. 9).

Logiczne 0, logiczna 1

Sterowniki programowalne

mog¹ rozrÛøniÊ tylko dwa syg-
na³y: w³¹czone lub wy³¹czone.
Binarny system liczbowy jest
systemem, w†ktÛrym wystÍpu-
j¹ tylko dwie cyfry: 1†i†0.

Binarna 1†wskazuje, øe

sygna³ jest obecny lub prze-
³¹cznik jest za³¹czony. Binar-
ne 0†wskazuje, øe sygna³ jest
nieobecny lub prze³¹cznik jest
wy³¹czony (rys. 10).

Kod BCD

Binarne kodowanie dzie-

siÍtne (BCD) jest systemem
liczb dziesiÍtnych, w†ktÛrym
kaøda cyfra reprezentowana
jest przez cztery bity liczby
binarnej. Kod BCD jest czÍsto
uøywany w†urz¹dzeniach wej-
úciowych i†wyjúciowych ste-
rownikÛw.

Prze³¹cznik obrotowy (rys.

11) jest jednym z†przyk³adÛw
urz¹dzenia wejúciowego, ktÛre
wykorzystuje kod BCD. Liczby
b i n a r n e s ¹ p o g r u p o w a n e
w†czterocyfrowe grupy, kaøda
grupa reprezentuje liczbÍ dzie-
siÍtn¹. Czterocyfrowy prze³¹cz-
nik obrotowy (rys. 11) wyko-
rzystuje 16 wejúÊ PLC (4 x†4).

System szesnastkowy

System szesnastkowy jest

kolejnym systemem uøywanym
w†sterownikach programowal-
nych. Posiada on nastÍpuj¹ce
cechy charakterystyczne:
Szesnaúcie cyfr: 0, 1, ,2, 3, 4, 5,

6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F

Podstawa: 16
Wagi: 1, 16, 256, 4096...

Dla pierwszych dziesiÍciu

cyfr systemu szesnastkowego
wykorzystanych jest dziesiÍÊ
cyfr systemu dziesiÍtnego. Dla
pozosta³ych szeúciu cyfr wy-
korzystanych jest pierwszych
szeúÊ liter alfabetu:

A†= 10

D†= 13

B†= 11

E†= 14

C†= 12

F†= 15

System szesnastkowy jest

uøywany w†PLC, poniewaø
umoøliwia czytelne przedsta-
wienie duøych liczb binarnych
w†stosunkowo ma³ych prze-
strzeniach, takich jak ekran
komputerowy lub wyúwietlacz
programatora. Kaøda cyfra
szesnastkowa reprezentuje
kombinacjÍ wartoúci czterech
bitÛw binarnych.

Aby przekszta³ciÊ liczbÍ

dziesiÍtn¹ na postaÊ szesnas-
tkow¹, naleøy j¹ dzieliÊ kolej-
no przez najwiÍksz¹ moøliw¹
potÍgÍ podstawy (16).

Na przyk³ad, aby przekszta³-

ciÊ dziesiÍtne ì28î do postaci
szesnastkowej, naleøy wykonaÊ
nastÍpuj¹ce dzia³anie: dziesiÍt-
ne ì28î podzieliÊ przez 16, co
daje 1†i†resztÍ 12. Liczbie 12
w†zapisie szesnastkowym odpo-
wiada C. Szesnastkowy odpo-
wiednik dziesiÍtnej liczby 28
wynosi wobec tego ì1Cî.

WartoúÊ dziesiÍtna liczby

szesnastkowej otrzymywana
jest przez pomnoøenie poszcze-
gÛlnych cyfr tej liczby przez

35

Elektronika Praktyczna 1/2000