„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

i NAUKI

Marek Szymański

Uruchamianie układów napędowych ze sterownikami
programowalnymi 311[08].Z4.04

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2005

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1

Recenzenci:
dr inż. Wacław Załucki
mgr inż. Edward Wilczopolski





Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Katarzyna Maćkowska




Konsultacja:
dr Bożena Zając



Korekta:
mgr inż. Jarosław Sitek




Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[08].Z4.04
„Uruchamianie układów napędowych ze sterownikami programowalnymi” zawartego
w modułowym programie nauczania dla zawodu technik elektryk.

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2005

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2

2. Wymagania wstępne

4

3. Cele kształcenia

5

4. Materiał nauczania

6

4.1. Budowa sterowników swobodnie programowalnych

6

4.1.1. Materiał nauczania
4.1.2. Pytania sprawdzające
4.1.3. Ćwiczenia
4.1.4. Sprawdzian postępów

6
8
9
9

4.2. Programowanie sterowników swobodnie programowalnych

9

4.2.1. Materiał nauczania
4.2.2. Pytania sprawdzające
4.2.3. Ćwiczenia
4.2.4. Sprawdzian postępów

9

13
13
16

4.3. Zastosowanie sterowników programowalnych w układach sterowania

wybranymi napędami elektrycznymi

16

4.3.1. Materiał nauczania
4.3.2. Pytania sprawdzające
4.3.3. Ćwiczenia
4.3.4. Sprawdzian postępów

16
17
17
18

5. Sprawdzian osiągnięć

19

6. Literatura

28

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3

1. WPROWADZENIE

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy i kształtowaniu umiejętności

z zakresu uruchamiania układów napędowych z wykorzystaniem sterowników swobodnie
programowalnych.

W poradniku zamieszczono:

− wymagania wstępne, które określają jakie umiejętności powinieneś posiadać przed

przystąpieniem do realizacji tej jednostki modułowej,

− cele kształcenia do osiągnięcia w tej jednostce modułowej,
− materiał nauczania zawierający informacje niezbędne do wykonania ćwiczeń w

poszczególnych rozdziałach,

− pytania sprawdzające dotyczące materiału nauczania,

− ćwiczenia,
− sprawdzian postępów,

− sprawdzian osiągnięć, składający się z testu pisemnego i praktycznego dotyczący całej

jednostki modułowej,

− literaturę.

Szczególną uwagę zwróć na dobieranie elementów i podzespołów układów sterowania ze

sterownikami swobodnie programowalnymi, montaż i uruchamianie układów oraz
programowanie sterowników PLC.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

− identyfikować układy sterowania silnikami elektrycznymi,
− rozpoznawać elementy elektrycznych układów napędowych,

− dobierać elementy elektrycznych układów napędowych,

− wyjaśniać strukturę elektrycznego układu napędowego,
− wykonywać połączenia elektryczne na podstawie schematu ideowego i montażowego,

− wyjaśniać działanie podstawowych funkcji logicznych,

− wyjaśniać zasadę sterowania silnikami prądu stałego i przemiennego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

− wyjaśnić zasadę działania sterowników swobodnie programowalnych,

− zidentyfikować sterownik ze względu na jego parametry,

− opisać strukturę typowych sterowników swobodnie programowalnych,
− opisać strukturę programu w różnych językach programowania zgodnych z normą IEC,

− obsłużyć oprogramowanie narzędziowe do sterownika,

− napisać program do sterownika sterującego elektrycznym układem napędowym,
− przetestować program korzystając z oprogramowania narzędziowego,

− dobrać elementy i podzespoły układu napędowego sterowanego sterownikiem swobodnie

programowalnym,

− połączyć układ sterowania ze sterownikiem PLC,
− uruchomić i przetestować układ sterowania wybranym napędem elektrycznym,

− dokonać niezbędnych poprawek w programie sterującym elektrycznym układem

napędowym.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Budowa sterowników swobodnie programowalnych

4.1.1. Materiał nauczania

Sterownik swobodnie programowalny (PLC) jest urządzeniem mikroprocesorowym

służącym do sterowania urządzeniami automatyki. Cechą charakterystyczną sterowników
PLC jest udostępnienie uprawnionemu użytkownikowi pełnego dostępu do programu.
Budowa sterownika jest bardzo zbliżona do budowy komputera osobistego.

Rys. 1. Budowa sterownika PLC [1]

Podstawowym elementem sterownika jest jednostka centralna (CPU), która zawiera

mikroprocesor oraz zestaw pamięci. Pamięć systemowa zawiera rozkazy i instrukcje
wewnętrzne sterownika. Jest to pamięć typu ROM. Do tej pamięci użytkownik nie ma
dostępu. Program użytkownika oraz wybrane zmienne procesowe przechowywane są
w pamięci użytkownika. Najczęściej jest to pamięć RAM lub EPROM. Pamięć ta ma
charakter modułowy i może być rozszerzana. Bieżące dane będące efektem przetwarzania
programu przechowane są w tzw. pamięci bieżącej (RAM).

Obok jednostki centralnej podstawowymi elementami decydującymi o możliwościach

technicznych sterowników PLC są: moduł wejściowy i moduł wyjściowy. Najczęściej są to
moduły grupowane ósemkami. W zależności od charakteru przetwarzanych sygnałów moduły
te dzieli się na: analogowe (mogące przetwarzać ciągłe sygnały prądowe lub napięciowe) lub
cyfrowe (binarne), które przetwarzają wyłącznie sygnały o takim charakterze. Standardowo
sterowniki posiadają w wersji podstawowej moduły 8 lub 16 polowe. W prawie każdym
sterowniku istnieje możliwość zwiększenia liczby wejść lub wyjść poprzez dołączanie
modułów rozszerzeń. Moduły wejściowe i wyjściowe najczęściej przetwarzają sygnały
o standardowym napięciu (zwykle tożsamym z napięciem zasilania sterownika. Standardowo
są to napięcia: 24 V DC, 230 V AC, 12 V DC). Moduły wejściowe w sterowniku pełnią dwie

Modu

ł wej

ściowy

Pami

ęć

systemowa

Pami

ęć

rob

ocza

Mikroprocesor

Pami

ęć

danych

(u

żytkownika)

Modu

ł wyj

ściowy

Magistrala systemowa

sygna

ły wej

ści

owe

sygna

ły wyj

ściowe

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

7

zasadnicze funkcje: przetwarzają sygnał wejściowy oraz zapewniają dzięki zastosowaniu
elementów optoelektronicznych separację galwaniczną sterownika. Moduły wyjściowe różnią
się przede wszystkim obciążalnością prądową oraz szybkością działania. Najczęściej stosuje
się wyjścia tranzystorowe (standardowo

250

I

max

=

mA, częstotliwość łączenia 10 kHz) oraz

wyjścia przekaźnikowe stosowane do bezpośredniego sterowania niewielkimi obiektami
(standardowo 10

I

max

=

A dla obciążenia rezystancyjnego, częstotliwość łączenia 1 kHz).

L1

N

I0.0

I0.1

I0.2

I0.3

I0.4

I0.5

I0.6

I0.7

Q0.0

Q0.1

Q0.2

Q0.3

Q0.4

Q0.5

Q0.6

Q0.7

K1

Y1

B1

S1

S2

+24V

0V

Rys. 2. Przykładowy sposób podłączania urządzeń wejściowych i wyjściowych

Zasada podłączania urządzeń zewnętrznych jest następująca: napięcie generowane na

wyjściu sterownika musi być zgodne z napięciem znamionowym odbiornika (cewki
przekaźnika, cewki stycznika, silnika, elementu grzejnego, sygnalizatora itp.). Oznacza to, że
do wyjścia sterownika o obsłudze sygnałów standardowych 24 V DC nie można podłączyć
bezpośrednio żarówki sygnalizacyjnej 12 V DC ani silnika prądu przemiennego.
W przypadku odbiorników obowiązuje również zasada dopasowania prądowego odbiornika
tzn., że pobór prądu przez odbiornik nie może być większy od obciążenia znamionowego,
które podawane jest przez producentów najczęściej w odniesieniu do jednego wyjścia.
W

przypadku niewielkich obciążeń lub też zastosowania urządzeń pośredniczących

(przekaźniki, styczniki) stosuje się wyjścia tranzystorowe o prądzie obciążenia 0,125 A lub
0,250 A, w przypadku większych obciążeń należy zastosować wyjścia przekaźnikowe
o prądzie obciążenia 10 A (dla obciążenia rezystancyjnego) i 8 A dla obciążenia
indukcyjnego. Analogiczna zasada obowiązuje przy podłączaniu urządzeń wejściowych
(czujników, przetworników). Napięcie generowane na wyjściu czujnika nie powinno być
wyższe niż napięcie znamionowe sterownika (standardowo 230 V AC lub 24 V DC).
W przypadku wejść i wyjść analogowych standardowo stosuje się sygnały napięciowe
w zakresie od –5 V do +5 V DC, od 0 V do +10 V DC oraz sygnały prądowe w zakresie od
0 A do 0,250 A DC.

Sterowniki swobodnie programowalne programuje się poprzez tzw. programatory

(komputer, programator ręczny, programator zintegrowany ze sterownikiem) w jednym
z czterech języków programowania (zgodnie z normą IEC 1131). Lista instrukcji (lista

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

8

rozkazów) – IL, schemat drabinkowy – LD oraz schemat blokowy FBD. Stosunkowo rzadziej
spotykanym jest język strukturalny – ST.

Przykład programów napisanych w trzech najpopularniejszych językach programowania

przedstawia poniższa tabela.

Zadanie: Napisać program realizujący funkcję iloczynu logicznego AND. Włączenie wejścia

o numerze I0.0 oraz I0.1 ma włączyć wyjście Q0.0.

IL A

I0.0

A I0.1
= Q0.0

LD

FBD

Tabela 1. Przykład programu sterującego

Program po napisaniu w odpowiednim edytorze stanowiącym oprogramowanie

programatora jest następnie kompilowany i trafia do pamięci danych.

Komunikacja pomiędzy sterownikiem a programatorem jest dostępna tylko w trybie pracy

„STOP” oraz „TERMINATE”, w tych trybach pracy program nie jest wykonywany.
Natomiast w trybie „RUN”, wtedy, gdy program jest wykonywany nie ma możliwości
ingerowania w jego strukturę.

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do zaplanowania ćwiczeń

i ich wykonania.
1. Co nazywamy sterownikiem swobodnie programowalnym (PLC)?
2. Jaka jest wewnętrzna struktura sterownika?
3. Jaką funkcję spełniają poszczególne elementy sterownika?
4. Jakie sygnały obsługuje sterownik PLC?
5. Jakie urządzenia można dołączać do sterownika PLC?
6. W jaki sposób można programować sterownik PLC?

I0.0

I0.1

Q0.0

NETWORK 1

&

I0.0

I0.1

Q0.0

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

9

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Identyfikacja i opis przykładowego sterownika PLC.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dokonać oględzin przykładowego sterownika znajdującego się w pracowni (lub jego kart

katalogowych) oraz ich instrukcji obsługi,

2) opisać strukturę wewnętrzną sterownika – przedstawić schemat blokowy sterownika,
3) określić możliwości podłączenia do sterownika urządzeń wejścia (rodzaj, ilość), urządzeń

wyjścia (rodzaj, ilość), możliwość obsługi sygnałów analogowych (rodzaj, ilość),
dodatkowe funkcje sterownika (©. moduł czasu rzeczywistego), język programowania,
rodzaj oprogramowania narzędziowego oraz sposoby programowania (bezpośredni,
z programatora ręcznego, z komputera) – wyniki zapisać w sprawozdaniu,

4) na podstawie przykładowego schematu układu sterowania określić rodzaj sterownika,

który można zastosować w podanym układzie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− instrukcja do ćwiczenia,

− sterowniki PLC (lub ich karty katalogowe), instrukcje do sterowników.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zdefiniować pojęcie sterownika PLC?

2) wymienić wszystkie elementy budowy sterownika PLC?

3) opisać przeznaczenie elementów i podzespołów sterownika PLC?

4) opisać przeznaczenie sterownika PLC na podstawie danych
znamionowych?

5) rozpoznać moduły wejścia/wyjścia sterownika?

6) określić sposób załączania i wyłączania sterownika?

4.2. Programowanie sterowników swobodnie programowalnych

4.2.1. Materiał nauczania

Sterowniki PLC można zaprogramować korzystając z jednej z dwóch podstawowych

metod:
− sterowanie sekwencyjne, które polega na tym, że program przechodzi do wykonania

kolejnych sekwencji instrukcji po spełnieniu warunków przejścia (tzw. Tranzycji);
w przypadku, gdy warunek tranzycji nie jest spełniony, program „czeka” na jego
spełnienie,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

10

− sterowanie kombinacyjne, które polega na załączaniu określonych wyjść wtedy, gdy

spełniona jest określona kombinacja sygnałów załączających bez względu na to, gdzie
w strukturze programu znajduje się sterowane wyjście.
Każda z metod ma określone wady i zalety. Wybór metody zależy przede wszystkim od

sposobu sterowania obiektem. W uproszczeniu można powiedzieć, że sterowanie
sekwencyjne występuje zawsze tam, gdzie proces sterowania wymaga podjęcia działań
w określonej kolejności (©. rozruch gwiazda-trójkąt).

Program składa się z rozkazów. Każdy rozkaz składa się z następujących elementów:

− adresu pozwalającego zidentyfikować jego położenie w programie,

− operacji, która ma być wykonana w rozkazie (©. włącz, wyłącz, skocz ©.),
− operandu (wejście, wyjście, merker, timer ©.).

W niektórych przypadkach rozkaz uzupełniony jest o komentarz.
Adres rozkazu tworzony jest automatycznie przy pisaniu programu i w zależności od

rodzaju sterownika istnieje możliwość jego zmiany.

Operacja wskazuje na rodzaj czynności, która ma być wykonana. Do najczęstszych

czynności należą: funkcje włączania i wyłączania (SET, RESET), operacji logicznych (©.
AND, OR, NOT), przerzutnika RS, operacji czasowych (TIMER) oraz licznikowych
(COUNTER). Do często spotykanych operacji należą operacje programowe (©. skok,
wywołanie procedury, zakończenie programu).

Operand wskazuje na rodzaj komórki pamięci, której przypisywany jest stan powstały

w wyniku wykonania operacji. Jest to więc rodzaj zmiennej używanej przez program. Do
podstawowych operandów należą: wejścia cyfrowe (Input), oznaczane symbolem I lub E,
wyjścia cyfrowe (Output) oznaczane symbolem O, Q lub A, wejścia analogowe (AI), wyjścia
analogowe (AO lub AQ), merkery (wewnętrzne zmienne bitowe – M lub F), zmienne
czasowe (T) oraz licznikowe ©. W celu ułatwienia posługiwania się operandami
wprowadzono operandy absolutne (wskazujące na określone miejsce w pamięci sterownika)
oraz operandy symboliczne będące nazwami nadawanymi przez użytkownika.
Przyporządkowanie operandu symbolicznego do operandu absolutnego nazywa się listą
przyporządkowania (alokacji).

Operand absolutny

Operand symboliczny

Typ danych

Komentarz

I0.0

Przycisk START

BOOL

Styk zwierny
uruchamiany
przyciskiem

I0.1

Przycisk STOP

BOOL

Styk zwierny
uruchamiany
przyciskiem

Q0.0 Cewka

Y1 BOOL

Cewka
elektrozaworu
sterującego
siłownikiem 1.0

Tabela 2. Przykład listy alokacji

Każdy program składa się z ciągu instrukcji zapisanych w jednym z trzech języków

programowania IL, FBD, LD. W tabeli poniżej zaprezentowano najpopularniejsze operacje
wykonywane przez programy PLC:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

11

OPERACJE

Nazwa

IL FBD

LD

AND

A

OR

O

NOT

N

Przypisanie (na
czas trwania
sygnału
wyzwalającego)

=

Przypisanie
z podtrzymaniem
(włącz)

S

Wyłączenie
podtrzymania
(wyłącz)

R

Tabela 3. Operacje logiczne w różnych językach programowania

Programowanie funkcji dodatkowych

Moduł czasowy (timer)

Moduł czasowy jest licznikiem czasu umożliwiającym programowanie opóźnień

czasowych. Standardowo stosuje się dwie podstawy czasu modułów czasowych
(decydujących o rozdzielczości timera) są to 0,01 s oraz 1 s. Czas odmierzany jest
wielokrotnością odpowiedniej podstawy. Każdy sterownik posiada charakterystyczny sposób
programowania timerów. Poniżej przedstawiono sposób programowania timera dla
sterownika LOGO! Siemens, Systron S400 Schiele oraz FPC 101 FESTO.

&

≥ 1

=

RS

S

R

RS

S

R

S

R

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

12

Opóźnienie przy załączaniu:
FBD

Trg – wejście wyzwalające – sygnał wyzwalający powoduje włączenie odliczania czasu,
Par – czas odmierzany (liczba impulsów).

LAD

Oznaczenia:

− Start: operand bitowy wyzwalający działanie timera,

− Wartość zadana: operand słowny lub stała,

− Stop: operand bitowy zatrzymujący działanie licznika,
− Podstawa czasu: operand bitowy (jeżeli zmienna ma wartość 1, to podstawa

czasu ma wartość 1 s, w przeciwnym wypadku podstawa ma wartość 10 ms),

− Wartość czasu: zmienna wyjściowa (słowo) określająca aktualny stan timera,

− Wyjście: zmienna bitowa uzyskująca stan wysoki po zakończeniu odliczania

czasu nastawionego jako Wartość zadana.

IL

LOAD V1000 TO TP1

IF I0.0

THEN SET T1

Programowanie licznika zdarzeń

Funkcje liczące służą w technice sterowników programowalnych do zliczania impulsów.

Rozróżnia się liczniki liczące w górę (CU), liczące w dół (CD) oraz dwukierunkowe liczniki
zdarzeń. Za każdym razem zliczane są impulsy podawane na wejście zliczające.

Przykład dwukierunkowego licznika zdarzeń w języku LAD:

Trg

Par

S: (I, O, M)
T: (IW, OW, MW)
H: (I, O, M)
B: (I, O, M)
TW: (MW, AW)
A: (M, O)

Start

Wartość zadana

Stop

Podstawa czasu

Wartość czasu
Wyjście

S_CUD

CU
CD
S CV
PV CV_BCD
R Q

Zliczanie w górę

Zliczanie w dół

Ustawienie (włączenie) licznika

Wartość początkowa licznika

Kasowanie licznika

Wartość bieżąca
Wartość bieżąca BCD
Wyjście

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

13

Programowanie wejść i wyjść analogowych

W większości sterowników występuje moduł analogowy, który umożliwia obróbkę

sygnałów przyjmujących dowolną wartość z pewnego zakresu. Moduł ten wykorzystuje się
wtedy, gdy informacja z przetworników pomiarowych ma charakter ciągły. Do takich
sygnałów należy itp. temperatura, ciśnienie, poziom cieczy itp. Sygnał taki przetwarzany jest
na sygnał binarny najczęściej ośmiobitowy. Tak skwantowany sygnał porównywany jest
w komparatorze, który porównuje sygnał doprowadzany z urządzenia z sygnałem zadanym.
Aby wielkość fizyczna mogła być porównywana w komparatorze musi być ona przeliczona
na liczbę. Przykład: temperatura mierzona przez czujnik: 82

0

C, zakres temperatury 0-100

0

C.

Przetwornik ośmiobitowy (zakres 0-100

0

C podzielony jest na 255 poziomów binarnych):

209

C

100

C

82

255

a

o

o

≈

×

=

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do zaplanowania ćwiczeń

i ich wykonania.
1. Jak działają bloki funkcyjne realizujące operacje logiczne AND, OR, NOT?
2. Jak działa przerzutnik RS?
3. Jak programuje się licznik zdarzeń?
4. Jak programuje się timer?
5. Do czego służą wejścia i wyjścia analogowe?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Programowanie podstawowych funkcji logicznych w sterowniku programowalnym.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z instrukcją obsługi sterownika,
2) uruchomić sterownik i programator (w przypadku, gdy nie jest on zintegrowany ze

sterownikiem),

3) uruchomić oprogramowanie narzędziowe,
4) napisać program realizujący kolejno: funkcję AND, OR, NOT,
5) skompilować program,
6) uruchomić program i przetestować go (w trybie symulacji lub z wykorzystaniem testera),
7) powtórzyć punkty 2–6 programując dostępne w sterownikach timery w zakresie 0-10 s.
8) powtórzyć punkty 2–6 programując licznik zdarzeń zliczający w górę i w dół do 10.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− instrukcja do ćwiczenia,

− sterowniki PLC wraz z programatorami i oprogramowaniem,

− instrukcje do sterowników,
− tester do zadawania sygnałów wejściowych i symulacji działania wyjść.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

14

Ćwiczenie 2

Programowanie wyjść analogowych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z instrukcją obsługi sterownika,
2) uruchomić sterownik i programator (w przypadku, gdy nie jest on zintegrowany ze

sterownikiem),

3) uruchomić oprogramowanie narzędziowe,
4) napisać program generujący sygnał napięciowy na wyjściu analogowym proporcjonalny

do napięcia na wejściu analogowym,

5) skompilować program,
6) uruchomić program i przetestować go (w trybie symulacji lub z wykorzystaniem testera),
7) powtórzyć punkty 2–6 dla programu, który włącza kolejno wyjścia cyfrowe lub zmienia

poziom sygnału na wyjściu analogowym w zależności od poziomu napięcia na wejściu
analogowym (zakres napięciowy podzielić na trzy zakresy).

Wyposażenie stanowiska pracy:

− instrukcja do ćwiczenia,
− sterowniki PLC wraz z programatorami i oprogramowaniem wyposażone w moduły

analogowe,

− instrukcje do sterowników,

− tester do zadawania sygnałów wejściowych i symulacji działania wyjść.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) uruchomić sterownik?

2) uruchomić programator ?

3) obsłużyć oprogramowanie narzędziowe?

4) napisać program realizujący funkcje logiczne OR, AND, NOT?

5) napisać program realizujący funkcję przerzutnika RS

6) programować liczniki zdarzeń

7) programować timery

8) przetestować działanie programu?

4.3. Zastosowanie sterowników programowalnych w układach

sterowania wybranymi napędami elektrycznymi

4.3.1. Materiał nauczania

W celu rozwiązania zadania sterowniczego z wykorzystaniem sterowników swobodnie

programowalnych należy wykonać następujące czynności:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

15

1) przeanalizować opis technologiczny układu – określić warunki sterowania,
2) narysować niezbędne schematy połączeń (oddzielnie układu wykonawczego i oddzielnie

układu sterowania),

3) sporządzić listy alokacji (na podstawie schematu),
4) napisać program do sterownika,
5) załadować i przetestować program,
6) połączyć układ wykonawczy i podłączyć go do sterownika,
7) uruchomić układ.

W celu ułatwienia działania układu możliwe jest opracowanie graficzne jego działania.

W tym celu wykorzystuje się jedną z dwóch metod: diagram droga-krok oraz metodę
GRAFCET. W układach sterowania silnikami elektrycznymi bardziej przydatna jest druga
z wyżej wymienionych metod. W metodzie tej opisuje się kolejne sekwencje (kroki) działania
układu oraz określa się warunki przejścia pomiędzy nimi (tzw. Warunki tranzycji).

Rys 3 Przykład graficznego opisu działania urządzenia

Powyższy opis należy czytać w sposób następujący:
Jeżeli spełnione są warunki tranzycji 1 (sygnał S1 lub S2) to zostanie włączony silnik M1

oraz sygnalizator pracy (lampka) H1. Obydwa urządzenia włączone są z podtrzymaniem (S),
zaś sygnalizator dodatkowo z opóźnieniem 5 s (D). Stan ten trwa aż do spełnienia warunku
tranzycji 2 (sygnał S3), który powoduje wyłączenie obydwu sygnałów (R). W powyższy
sposób można opisać działanie dowolnego układu określając „kroki”, w których działa układ
oraz warunki przejścia pomiędzy nimi. Krok startowy oznaczony na rysunku cyfrą 1
powinien być zaznaczony podwójną ramką. Jeżeli sygnały są pamiętane (S), oznacza to, że
będą one aktywne aż do momentu ich odwołania (R). Jeżeli sygnał ma być aktywny tylko
w kroku, w którym się pojawia, mówimy, że jest on niepodtrzymywany i oznaczamy literą N.

Inną metodą graficznego opisu działania układu są diagramy funkcyjne. Diagram

funkcyjny opisuje przebieg ruchów i współdziałanie pomiędzy elementami układu sterowania
(lub maszyny). Diagramy funkcyjne dzieli się na diagramy drogowe opisujące w sposób
liniowy ruchy poszczególnych elementów maszyny oraz diagramy stanów, które w układzie
współrzędnych prezentują zarówno sposób przemieszczania się elementów urządzenia lub
maszyny jak również zależności pomiędzy działaniem tych elementów. W diagramach
funkcyjnych stosuje się następujące symbole:

1

3

2

S1 lub S2

S3

S włączyć silnik M1 M1

SD włączyć sygnalizator H1 H1
z opóźnieniem 5 s

R wyłączyć silnik M1 M1

R wyłączyć sygnalizator H1 H1

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

16

Ruch prostoliniowy

Ruch obrotowy

Ruch do elementu
sygnałowego (czujnika)

Sygnał START

Sygnał STOP

Sygnał START/STOP

Sygnalizator uruchamiany w
położeniu krańcowym

Opóźnienie czasowe

T

2s

Rozgałęzienie sygnałów

Suma logiczna sygnałów
(OR)

Iloczyn logiczny sygnałów
(AND)

Tabela 4. Symbole stosowane w diagramach funkcyjnych [1]

4.3.2. Pytania sprawdzające

Ponieważ niniejszy rozdział stanowi podsumowanie umiejętności z dwóch
poprzednich rozdziałów nie przewiduje się zastosowania dodatkowych pytań sprawdzających.

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Programowanie i uruchamianie układu załączania silnika indukcyjnego z dwóch różnych

miejsc.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z instrukcją obsługi sterownika,
2) uruchomić sterownik i programator (w przypadku, gdy nie jest on zintegrowany ze

sterownikiem),

3) uruchomić oprogramowanie narzędziowe,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

17

4) napisać program pozwalający na uruchomienie i zatrzymanie silnika indukcyjnego

z dwóch miejsc,

5) skompilować program,
6) uruchomić program i przetestować go (w trybie symulacji lub z wykorzystaniem testera),
7) połączyć układ sterowania zgodnie ze schematem połączeń,
8) uruchomić i przetestować działanie układu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− instrukcja do ćwiczenia,

− sterowniki PLC wraz z programatorami i oprogramowaniem wyposażone w moduły

analogowe,

− instrukcje do sterowników,

− tester do zadawania sygnałów wejściowych i symulacji działania wyjść,
− silnik indukcyjny trójfazowy wraz z aparaturą łączeniową (stycznik, przyciski).

Ćwiczenie 2

Programowanie i uruchamianie układu zmieniającego kierunek wirowania silnika prądu

stałego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z instrukcją obsługi sterownika,
2) uruchomić sterownik i programator (w przypadku, gdy nie jest on zintegrowany ze

sterownikiem),

3) uruchomić oprogramowanie narzędziowe,
4) napisać program pozwalający na uruchomienie i zmianę kierunku wirowania silnika

prądu stałego,

5) skompilować program,
6) uruchomić program i przetestować go (w trybie symulacji lub z wykorzystaniem testera),
7) połączyć układ sterowania zgodnie ze schematem połączeń,
8) uruchomić i przetestować działanie układu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− instrukcja do ćwiczenia,

− sterowniki PLC wraz z programatorami i oprogramowaniem wyposażone w moduły

analogowe,

− instrukcje do sterowników,
− tester do zadawania sygnałów wejściowych i symulacji działania wyjść,

− silnik prądu stałego wraz z aparaturą łączeniową (styczniki, przyciski).

Ćwiczenie 3

Programowanie i uruchamianie układu zmieniającego kierunek obrotów silnika

indukcyjnego z przełącznikiem gwiazda-trójkąt.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z instrukcją obsługi sterownika,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

18

2) uruchomić sterownik i programator (w przypadku, gdy nie jest on zintegrowany ze

sterownikiem),

3) uruchomić oprogramowanie narzędziowe,
4) napisać program pozwalający na uruchomienie i zmianę kierunku wirowania silnika

indukcyjnego,

5) skompilować program,
6) uruchomić program i przetestować go (w trybie symulacji lub z wykorzystaniem testera),
7) połączyć układ sterowania zgodnie ze schematem połączeń,
8) uruchomić i przetestować działanie układu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− instrukcja do ćwiczenia,
− sterowniki PLC wraz z programatorami i oprogramowaniem,

− instrukcje do sterowników,

− tester do zadawania sygnałów wejściowych i symulacji działania wyjść,
− silnik indukcyjny trójfazowy wraz z aparaturą łączeniową (styczniki, przyciski).

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) narysować schemat połączeń do sterownika?

2) utworzyć na podstawie rysunku listę alokacji?

3) napisać program?

4) połączyć i uruchomić układ?

5) przetestować działanie programu?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

19

5.

SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1. Przeczytaj uważnie instrukcję – masz na tę czynność 10 minut. Jeżeli są wątpliwości,

zapytaj nauczyciela.

2. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
3. Na rozwiązanie zadań masz 30 minut.
4. Pracuj samodzielnie. W trakcie rozwiązywania zadań nie możesz korzystać z żadnych

pomocy.

5. Zaznacz poprawną odpowiedź, zaczerniając właściwe pole w karcie odpowiedzi.
6. W przypadku pomyłki weź złą odpowiedź w kółko i zaznacz właściwą.
7. W każdym zadaniu jest tylko jedna poprawna odpowiedź.
8. Po zakończeniu testu podnieś rękę i zaczekaj, aż nauczyciel odbierze od Ciebie pracę.

Zestaw zadań testowych

Zadanie 1.
Cechą charakterystyczną właściwą wyłącznie sterownikom swobodnie programowalnym jest:

a) możliwość przetwarzania

sygnałów analogowych

b) możliwość programowania w różnych

językach

c) dostęp do programu zapisanego

w pamięci RAM

d) możliwość korzystania z różnego

rodzaju programatorów

Zadanie 2.
W skład typowego sterownika swobodnie programowalnego wchodzą co najmniej:

a) CPU,

moduły wejść i wyjść

cyfrowych, pamięć operacyjna,
pamięć systemowa, pamięć
danych, magistrala systemowa

b) moduły wejść i wyjść cyfrowych,

pamięć operacyjna, pamięć systemowa,
pamięć danych, magistrala systemowa,
programator

c) CPU,

moduły wejść analogowych,

pamięć operacyjna, pamięć
systemowa, pamięć danych,
magistrala systemowa

d) CPU,

moduły wejść i wyjść cyfrowych,

pamięć operacyjna, interfejs
komunikacyjny, pamięć danych,
magistrala systemowa

Zadanie 3.
Zadaniem cyfrowego modułu wejściowego w sterowniku programowalnym jest:

a) separacja

galwaniczna

i przetwarzanie sygnałów
analogowych

b) przetwarzanie

sygnałów cyfrowych

i analogowych oraz dostosowanie
poziomu napięcia wejściowego

c) przetwarzanie

sygnałów

analogowych oraz dopasowanie
prądowe sygnałów

d)

separacja galwaniczna i przetwarzanie
wyłącznie sygnałów binarnych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

20

Zadanie 4.
Który z poniższych fragmentów programów jest napisany w języku LD według normy
IEC1131:

a)

IF I 0.0

THEN

SET O 0.0

b)

A I 0.0

A I 0.1

= Q O 0.0

c)

d)

Zadanie 5.
Zgodnie z normą IEC1131 w skład bloków programowych mogą wchodzić

a)

listy alokacji i bloki danych

b)

bloki sekwencyjne i bloki
organizacyjne

c) konfiguracja

sprzętowa i bloki

organizacyjne

d) programy

źródłowe i bloki funkcyjne

Zadanie 6.
Lista alokacji pozwala przyporządkować

a)

operand absolutny i symboliczny b)

operand wejściowy i operand
wyjściowy

c)

operand czasowy i operand
licznikowy

d) operand

markujący i operand

wejściowy

Zadanie 7.
Wskaż instrukcję realizującą funkcję NAND:

a)

b)

c)

d)

&

I0.0

I0.1

Q0.0

I0.0 I0.1 Q0.0

&

=1

>=1

>1

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

21

Zadanie 8.
Typowym zadaniem sterowników PLC w układach sterowania napędami elektrycznymi jest:

a)

zmiana kierunku wirowania
wirnika silnika

b)

regulacja momentu obrotowego

c)

zabezpieczanie silnika przed
zwarciem

d) regulacja

prędkości obrotowej silnika

Zadanie 9.
W napędzie szlabanu wykorzystano silnik prądu stałego 24 V o mocy 100 W. Który z niżej
wymienionych sterowników może sterować silnikiem bezpośrednio:

a)

LOGO 12 L

b)

LOGO 12 RC

c)

LOGO 230 RLC

d)

LOGO 24 RLC

Zadanie 10.
W układzie sterowania nawrotnego silnikiem indukcyjnym wykorzystano sterownik
SIMATIC S7 serii 200. Jakie urządzenie powinno znaleźć się pomiędzy wyjściem cyfrowym
sterownika a silnikiem:

a) przekaźnik b)

stycznik

c) wyłącznik nadmiarowo-prądowy d) czujnik

Zadanie 11
Do modułu wejściowego sterownika programowalnego można przyłączyć:
a) cewkę przekaźnika b)

elektrozawór

c) czujnik zbliżeniowy d)

cewkę stycznika

Zadanie 12
W przypadku programu sekwencyjnego napisanego w języku IL następny krok programu
wykonywany jest w przypadku:

a) spełnienia wszystkich warunków tranzycji
znajdujących się przed krokiem, który ma
być wykonywany

b) spełnienia przynajmniej jednego warunku
tranzycji znajdującego się przed krokiem,
który ma być wykonywany

c) nie wymaga spełnienia żadnych warunków d) spełnienia warunków tranzycji

znajdujących się po kroku, który ma być
wykonywany

Zadanie 13
W metodzie GRAFCET rozkaz załączenie podtrzymane z opóźnieniem oznaczane jest
symbolem:
a) R

b) SD

c) S

d) D

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

22

Zadanie 14
Który z poniżej przedstawionych programów będzie załączał wyjście Q1 po 5 sekundach od
jednoczesnego pojawienia się sygnałów na wejściu I1 i I2?

a)

I1

I2

Trg

T=5s

Q1

T

b)

c)

d)

I1

I2

Trg

T=5s

Q1

T

RS

R

S

Zadanie 15
Który z poniższych rysunków przedstawia koniunkcję sygnałów ?

a)

b)

c)

d)

I1

I2

Trg

T=5s

Q1

T

R

S

I1

I2

Trg

T=5s

Q1

T

R

S

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

23

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko ……………………………………………………………………………

Uruchamianie układów napędowych ze sterownikami programowalnymi

Zaznacz poprawną odpowiedź.

Odpowiedź

Nr zadania

A B C D

Punkty

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

24

TEST PRAKTYCZNY

Instrukcja dla ucznia

1. Przystępujesz do rozwiązania testu praktycznego z techniki sterowania.
2. Rozwiązanie zadania polega na narysowaniu diagramu droga - krok, odpowiednich

schematów połączeń, dobraniu elementów potrzebnych do rozwiązania zadania,
połączeniu układu i jego uruchomieniu. Dodatkowo musisz zaprogramować sterownik
PLC.

3. Schematy możesz narysować korzystając z przyborów kreślarskich lub komputera.
4. Po narysowaniu diagramu oraz schematów połączeń zgłoś ten fakt nauczycielowi.
5. Kolejność rozwiązania zadania jest ustalona w poleceniach.
6. W trakcie rozwiązywania zadań nie możesz korzystać z żadnych pomocy.
7. Na rozwiązanie wszystkich zadań praktycznych masz łącznie 90 minut.
8. Przeliczenie punktów na ocenę szkolną przedstawi nauczyciel po zakończeniu testu.

Powodzenia!

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

25

Opis działania układu:

Na parkingu jest 8 miejsc parkingowych. Układ sterowania parkingiem uruchamiany jest

przełącznikiem START/STOP. Po uruchomieniu układu zapala się zielone światło - parking
jest gotowy do pracy. Po zbliżeniu się samochodu do wjazdu (fotokomórka 1) automatycznie
podnoszony jest szlaban napędzany silnikiem prądu stałego (24 V) jeżeli są jeszcze wolne
miejsca na parkingu. Szlaban zamyka się po upływie 4 sekund od wjechania samochodu na
parking (zanik sygnału z fotokomórki 1). Samochody wjeżdżające na parking i wyjeżdżające
z parkingu są zliczane (na wyjeździe znajduje się fotokomórka 2). Po zapełnieniu parkingu
zmienia się światło z zielonego na czerwone (parking zajęty) i szlaban wjazdowy nie podnosi
się nawet w przypadku pojawienia się samochodu. Samochód, który nie wjechał na parking
nie może być zliczany.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

26

Arkusz odpowiedzi:

Diagram droga - krok

Schemat połączeń układu wykonawczego

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

27

Schemat połączeń do sterownika:

Program:

I

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

P L C

O

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

+24 V

0V

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

28

6. LITERATURA

1. Szmid D.: Mechatronika. REA, Warszawa 2002
2. Kotlarski W., Grad J.: Aparaty i urządzenia elektryczne. WSiP, Warszawa 1999
3. Niestępski S. i inni.: Instalacje elektryczne. Oficyna Wydawnicza Politechniki

Warszawskiej, Warszawa 2001

4. Reuter H., Heeg R.: Technika sterowników z programowalna pamięcią. WSiP, Warszawa

1998