Sterowniki PLC/PAC

Uwagi wstęne

-Sterowniki PLC/PAC są jednymi z najczęściej stosowanych w przemyśle cyfrwych urządzeń sterujących

-Skróty nazw oznaczają Programmable Logic Controller i Programmable Automation Controller

-Pod względem konstrukcyjnym obie wersje nie różnią się między sobą nazwa PAC jest raczej chwytem marketingowym i oznacza PLC o większych możliwościach obliczeniowych i platformą programową o większej otwartości.

-Sterowniki PLC pierwotnie były dedykowane wyłącznie do realizacji sterowania logicznego , obecnie (zwłaszcza wersje PAC) są w stanie realizować większość zadań sterowania za wyjątkiem sterowania numerycznego i robotyki.

-Kostrukcja i zasady programowania sterowników PLC są znormalizowane.

Generalne założenia dotyczące systemów PLC:

-Łatwe programowanie i rekonfiguracja(sprzętowa i programowa) w zależności od potrzeb.

-Konstrukcja modułowa i łatwość napraw i utrzymania w ruchu poprzez wymianę modułów

-Wyższa niezawodność mniejsze wymiary i pobór energii niż systemy przekaźnikowe

-Cena porównywalna ze sprzętem przekaźnikowym

Uwagi

-Konfiguracja jest budowana z modułów ściśle pod kątem wymagań określonej aplikacji

-W ramach jednej "rodziny" sterowników jest dostępna duża liczba różnych modułów o różnych możliwościach i cenie

-Lokalizacja modułów na szynie jest ściśle okreslona i determinuje np. Ich adresy

-W praktyce często stosowana jest konfiguracja rozproszona, gdy moduły sygnałowe są połaczone z CPU za pośrednictwem sieci.

Podstawowe typy modułów sterownika PLC:

-Zasilacze

-jednostki centralne (CPU)

-moduły komunikacyjne np ETHERNET

-moduły sygnałów procesowych:(wejścia binarne, analogowe, wyjścia binarne, analogowe)

-Specjalizowane moduły "inteligentne" z własnymi procesami i układami wejść i wyjśc np.:pozyjonowanie osi ,regulacja temperatury

Dodatkowe elementów PLC:

Panele operatorskie - są to autonomiczne elementy o różnej funkcjonalności od prostej aż do bardzo rozbudowanej. Te bardziej rozbudowane pracują np pod windowsami ce i mogą być platformą sprzętową dla aplikacji SCADA i stopnia nadrzędnego.

Sieć przemysłowa:

-Do połączenia rozproszonej konfiguracji pojedynczego PLC

-do połączenia sterownika PLC z innymi elementami systemu(np komputer)

-sieć przemysłowa może siędość znacznie różnic od ETHERNETU

Kompaktowy sterownik "hard PLC". Cechy:

-W jednej obudowie jest CPU zasilacz i zespół wejści wyjśc

-rozwiązanie dedykowane do prostszych aplikacji i tańsze niż sterownik modułowy

-większość sterowników kompaktowych ma możliwość rozbudowy o dodatkowe wejścia i wyjścia.

System sterowania "soft PLC"

Idea:Interfejs procesowy oraz metody programowania są te same co dla systemu hard plc.; Jednostka centralna jest zrealizowana wirtualnie pod nadzorem systemu WINDOWS

Zalety:Znacznie większa moc obliczeniowa w stosunku do systemu hard PLC; intergracja na jednej platformie sprzętowo-programowej systemu SCADA i CPU sterownika(i ew. Środowiska konfiguracyjnego)

Wady:Praca pod nadzorem systemu WINDOWS (zawodność działania)

Cykl programowy PLC i regulatora cyfrowego:

od „odczyt wejść” do „uaktualnienie wejść”: czas odpowiedzi T₀

od początku do końca: czas cyklu Ts

Czas cyklu ( ang. Cycle Time, Scan Time) Ts Jest to czas trwania 1 cyklu programowego, od inicjalizacji do diagnostyki.

Czas odpowiedzi ( ang. Response Time) To Jest to czas od odczytu wejścia do zapisu skojarzonego z tym wejściem wyjścia.

Podczas pracy sterownika wartości Ts oraz To nie są stałe, lecz zmieniają się w pewnym zakresie i można jedynie oszacować ich minimalne i maksymalne wartości:

Dokładność zależy od oszacowań producenta

W przypadku regulatorów PID i innych prostych urządzeń nie mamy wpływu na wartość Ts oraz To, natomiast mamy wpływ na te parametry i mogą one być szacowane oraz mierzone w przypadku systemów PLC.

Przykład szacowania wartości To dla sterownika PLC (SIEMENS):

T_omin=T_R+Tos+Tu+Tw+T_Di+T_Do+T_T

T_omax=2T_R+2Tos+2Tu+2Tw+T_Di+T_Do+T_T+2T_DP

TR - czas odczytu wejść,Tos -czas wykonania systemu operacyjnego,Tu - czas wykonania programu użytkownika,TW - czas zapisu wyjść,TDi -czas opóźnienia wejść,TDo -czas opóźnienia wyjść,

Oszacowanie czasu obsługi wejść i wyjść:

T_R+T_W=K+A*LB₀+B*LB_1%3+D*LB_DP

LB - liczba bajtów czytanych lub zapisywanych:

0 - na szynie 0,

1-3 - na szynach 1 - 3,

DP- w układach rozproszonych wejść /wyjść

K, A, B, D - stałe, równe w przypadku CPU 315 SIEMENS SIMATIC S7 300: K = 109 [us] , A= 10.6 [us] , B = 12.6 [us] , D = 10 [us] .

Oszacowanie czasu wykonania programu użytkownika:

F = 1.15 ( dla CPU 315 )

Tinstr - czasy wykonania wszystkich instrukcji programu

Czas wykonania pojedynczej instrukcji programu jest zdeterminowany przez: Typ CPU;Typ instrukcji;typ danych na jakich ta insrukcja jest wykonana

Czasy wykonania timerów:

T_T=8n; n = ilość timerów użytych w programie

WNIOSKI ( tylko system „Hard-PLC”):

-Operacje wykonywane na danych typu DINT są znacznie szybsze, niż na danych typu REAL, przy tej samej precyzji.

-W przypadku wysokich wymagań dot czasu cyklu należy pamiętać o wyłączaniu nie używanych wejść i wyjść,

-Sterownik „hard PLC” nie nadaje się do realizacji zadań sterowania numerycznego i robotyki, gdyż te zadania wymagają wykonywania dużej ilości szybkich obliczeń z użyciem funkcji trygonometrycznych.

-Oszacowania podawane przez producenta sprzętu są zwykle bardzo „ostrożne” i opisują najgorsze możliwe przypadki.

Zasady programowania sterowników PLC

Ogólne zasady programowania opisane w normie:

-Model i elementy oprogramowania

-typy danych

-typy zmiennych

-języki i metody programowania

Zasady nieomówione (zleżne od systemu sprzętu)

-zasady adresacji

-"nieformalne" elementy oprogramowania

-metody implementacji niektórych elementów

Konfiguracja - element na najwyższym poziomie jest to całość oprogramowania sterownika determinująca jego pracę. Obejmuje zarówno OS jak i program użytkownia

Zasób - Element opisujący platformę sprzętową do realizacji programu. Program aby był wykonywalny musi być załadowany do zasobu np symulator PLC jest symulatorem zasobu.

Program - Jest to logiczne połączenie wszystkich elementów konstrukcji potrzebnych do założonego przetworzenia sygnałów wymaganego do sterowania maszyny lub procesu przez system PLC

Zadanie - Element nadzorujący wykonanie programu lub pewnej jego logicznej całości

Blok funkcyjny - element dynamiczny o wielu wejściach i wyjściach

-bloki funkcyjne są podstawowym narzędziem programowania obiektowego systemów PLC

-wyjścia bloku są zdeterminowane zarówno przez wejścia jak i przez historię działania bloku (część zmiennych jest zapamiętywana z poprzednich wywołań)

-"na zewnątrz" bloku są dostępne wyłącznie zmienne wejśiowe i wyjśiowe a nie są dostępne zmienne wewnętrzne

Standardowe bloki funkcyjne są częścią firmware'u sterownika i są dostępne w każdym systemie PLC:-elementy bistabilne,-elementy detekcji zbocza,-liczniki,-timery.

Niektóre (nie wszystkie systemy PLC umożliwiają budowę własnych FB podczas budowy oprogramowania.

Funkcja Element statyczny o wielu wejściach i zwracający jedną wartość określonego typu.

-Funkcyjne są również podstawowym narzędziem programowania obiektowego systemów PLC

-Wartość wyjścia funkcji jest zdeterminowana wyłącznie przez wartość jej wejść (funkcja nie posiada „pamięci”).

-„na zewnątrz” funkcji są dostępne wyłącznie zmienne wejściowe i jej wyjście, a nie są dostępne zmienne wewnętrzne

W każdym systemie PLC dostępny jest dość duży zestaw funkcji standardowych

-funkcje konwersji typu,

-funkcje arytmetyczne i matematyczne,

-funkcje porównania,

-funkcje wyboru,

-funkcje operujące na danych typu STRING,

-funkcje operujące na danych typu czasowego,

Niektóre (nie wszystkie) systemy PLC umożliwiają budowę własnych funkcji podczas budowy oprogramowania.

Zmienna globalna -Zmienna dostępna dla wszystkich elementów programu, zasobu lub konfiguracji.

-Zmienne globalne umożliwiają szybką wymianę danych w obrębie programu,

-Zaburzona jest sekwencyjność wykonania programu,

-„Dobre narzędzie do budowy zupełnie niezrozumiałych programów”,

-Szczegóły definiowania i stosowania zależne są od konkretnego systemu.

Zmienna bezpośrednio reprezentowana -Zmienna, której nazwą jest adres(wejścia, wyjścia lub komórki pamięci wewnętrznej).

Zasady adresacji są zależne od systemu i pomimo ogólnych podobieństw różnią się pomiędzy sobą.

Przykładowo: adresy wejścia binarnego w 3 systemach:

SIEMENS: 10.0, GEFANUC: %l1, ALLEN_BRADLEY: l1:0.0/0

Ścieżka dostępu -Element oprogramowania zapaeniający wymianę danych z innymi konfiguracjami lub konfiguracją a innym elementem(np. systemem SCADA)

---