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
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
1
SPIS TREÅšCI
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 6
4.1.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 8
4.1.3. Ćwiczenia 9
4.1.4. Sprawdzian postępów 9
4.2. Programowanie sterowników swobodnie programowalnych 9
4.2.1. Materiał nauczania 9
4.2.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 13
4.2.3. Ćwiczenia 13
4.2.4. Sprawdzian postępów 16
4.3. Zastosowanie sterowników programowalnych w układach sterowania
wybranymi napędami elektrycznymi 16
4.3.1. Materiał nauczania 16
4.3.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 17
4.3.3. Ćwiczenia 17
4.3.4. Sprawdzian postępów 18
5. Sprawdzian osiągnięć 19
6. Literatura 28
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
2
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,
- literaturÄ™.
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
3
2. WYMAGANIA WST
PNE
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
4
3. CELE KSZTAA
CENIA
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
5
4. MATERIAA
NAUCZANIA
4.1. Budowa sterowników swobodnie programowalnych
4.1.1. Materiał nauczania
Sterownik swobodnie programowalny (PLC) jest urzÄ…dzeniem 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.
Magistrala systemowa
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
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
6
Pamięć
systemowa
(użytkownika)
Mikroprocesor
Pamięć danych
Pamięć robocza
Moduł wejściowy
Moduł wyjściowy
sygnały wyjściowe
sygnały wejściowe
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 Imax = 250 mA, częstotliwość łączenia 10 kHz) oraz
wyjścia przekaz
nikowe stosowane do bezpośredniego sterowania niewielkimi obiektami
(standardowo Imax = 10 A dla obciążenia rezystancyjnego, częstotliwość łączenia 1 kHz).
+24V
B1
S1 S2
0V
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
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
przekaz
nika, 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
(przekaz
niki, styczniki) stosuje się wyjścia tranzystorowe o prądzie obciążenia 0,125 A lub
0,250 A, w przypadku większych obciążeń należy zastosować wyjścia przekaz
nikowe
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 siÄ™ 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
7
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
NETWORK 1
Q0.0
I0.0 I0.1
FBD
I0.0
&
Q0.0
I0.1
Tabela 1. Przykład programu sterującego
Program po napisaniu w odpowiednim edytorze stanowiÄ…cym 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 strukturÄ™.
4.1.2. Pytania sprawdzajÄ…ce
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?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
8
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 (©. moduÅ‚ czasu rzeczywistego), jÄ™zyk 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
9
- 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 okreÅ›lonej kolejnoÅ›ci (©. rozruch gwiazda-trójkÄ…t).
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 (©. wÅ‚Ä…cz, wyÅ‚Ä…cz, skocz ©.),
- operandu (wejÅ›cie, wyjÅ›cie, 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
czynnoÅ›ci należą: funkcje wÅ‚Ä…czania i wyÅ‚Ä…czania (SET, RESET), operacji logicznych (©.
AND, OR, NOT), przerzutnika RS, operacji czasowych (TIMER) oraz licznikowych
(COUNTER). Do czÄ™sto 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 uÅ‚atwienia posÅ‚ugiwania siÄ™ operandami
wprowadzono operandy absolutne (wskazujące na określone miejsce w pamięci sterownika)
oraz operandy symboliczne będące nazwami nadawanymi przez użytkownika.
PrzyporzÄ…dkowanie operandu symbolicznego do operandu absolutnego nazywa siÄ™ listÄ…
przyporzÄ…dkowania (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
sterujÄ…cego
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
10
 Nazwa OPERACJE
IL FBD LD
AND
&
A
OR
e" 1
O
NOT
N
Przypisanie (na
czas trwania
=
sygnału
=
wyzwalajÄ…cego)
Przypisanie
S
z podtrzymaniem
S
S
RS
(włącz)
R
Wyłączenie
S
podtrzymania
R
RS
R
R
(wyłącz)
Tabela 3. Operacje logiczne w różnych językach programowania
Programowanie funkcji dodatkowych
Moduł czasowy (timer)
Moduł czasowy jest licznikiem czasu umożliwiającym programowanie opóz
nień
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.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
11
Opóz
nienie przy załączaniu:
FBD
Trg
Par
Trg  wejście wyzwalające  sygnał wyzwalający powoduje włączenie odliczania czasu,
Par  czas odmierzany (liczba impulsów).
LAD
Start
S: (I, O, M)
Wartość zadana
T: (IW, OW, MW)
Stop
H: (I, O, M)
Podstawa czasu
B: (I, O, M)
Wartość czasu
TW: (MW, AW)
Wyjście
A: (M, O)
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:
S_CUD
Zliczanie w górę CU
Zliczanie w dół CD
Wartość bieżąca
Ustawienie (włączenie) licznika S CV
Wartość bieżąca BCD
Wartość początkowa licznika PV CV_BCD
Wyjście
Kasowanie licznika R Q
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
12
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: 820 C, zakres temperatury 0-1000 C.
Przetwornik ośmiobitowy (zakres 0-1000 C podzielony jest na 255 poziomów binarnych):
255×82oC
a = H" 209
100oC
4.2.2. Pytania sprawdzajÄ…ce
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 siÄ™ 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
13
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
14
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).
1
S1 lub S2
S włączyć silnik M1 M1
2
SD włączyć sygnalizator H1 H1
z opóz
nieniem 5 s
S3
R wyłączyć silnik M1 M1
3
R wyłączyć sygnalizator H1 H1
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 opóz
nieniem 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:
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
15
Ruch prostoliniowy
Ruch obrotowy
Ruch do elementu
sygnałowego (czujnika)
Sygnał START
Sygnał STOP
Sygnał START/STOP
Sygnalizator uruchamiany w
położeniu krańcowym
Opóz
nienie 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 sprawdzajÄ…ce
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
16
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
17
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
18
5. SPRAWDZIAN OSI
GNI
Ć
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 poprawnÄ… odpowiedz
, zaczerniając właściwe pole w karcie odpowiedzi.
6. W przypadku pomyłki wez
złą odpowiedz
w kółko i zaznacz właściwą.
7. W każdym zadaniu jest tylko jedna poprawna odpowiedz
.
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 b) możliwość programowania w różnych
sygnałów analogowych językach
c) dostęp do programu zapisanego d) możliwość korzystania z różnego
w pamięci RAM rodzaju programatorów
Zadanie 2.
W skład typowego sterownika swobodnie programowalnego wchodzą co najmniej:
a) CPU, moduły wejść i wyjść b) moduły wejść i wyjść cyfrowych,
cyfrowych, pamięć operacyjna, pamięć operacyjna, pamięć systemowa,
pamięć systemowa, pamięć pamięć danych, magistrala systemowa,
danych, magistrala systemowa programator
c) CPU, moduły wejść analogowych, d) CPU, moduły wejść i wyjść cyfrowych,
pamięć operacyjna, pamięć pamięć operacyjna, interfejs
systemowa, pamięć danych, komunikacyjny, pamięć danych,
magistrala systemowa magistrala systemowa
Zadanie 3.
Zadaniem cyfrowego modułu wejściowego w sterowniku programowalnym jest:
a) separacja galwaniczna b) przetwarzanie sygnałów cyfrowych
i przetwarzanie sygnałów i analogowych oraz dostosowanie
analogowych poziomu napięcia wejściowego
c) przetwarzanie sygnałów d) separacja galwaniczna i przetwarzanie
analogowych oraz dopasowanie wyłącznie sygnałów binarnych
prądowe sygnałów
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
19
Zadanie 4.
Który z poniższych fragmentów programów jest napisany w języku LD według normy
IEC1131:
a) b)
IF I 0.0 A I 0.0
THEN A I 0.1
SET O 0.0 = Q O 0.0
c) d)
I0.0
&
Q0.0
I0.0 I0.1 Q0.0
I0.1
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 d) programy z
ródłowe i bloki funkcyjne
organizacyjne
Zadanie 6.
Lista alokacji pozwala przyporządkować
a) operand absolutny i symboliczny b) operand wejściowy i operand
wyjściowy
c) operand czasowy i operand d) operand markujÄ…cy i operand
licznikowy wejściowy
Zadanie 7.
Wskaż instrukcję realizującą funkcję NAND:
a) b)
=1
>=1
c) d)
&
>1
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
20
Zadanie 8.
Typowym zadaniem sterowników PLC w układach sterowania napędami elektrycznymi jest:
a) zmiana kierunku wirowania b) regulacja momentu obrotowego
wirnika silnika
c) zabezpieczanie silnika przed d) regulacja prędkości obrotowej silnika
zwarciem
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 urzÄ…dzenie powinno znalez
ć się pomiędzy wyjściem cyfrowym
sterownika a silnikiem:
a) przekaz
nik b) stycznik
c) wyłącznik nadmiarowo-prądowy d) czujnik
Zadanie 11
Do modułu wejściowego sterownika programowalnego można przyłączyć:
a) cewkÄ™ przekaz
nika 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 b) spełnienia przynajmniej jednego warunku
znajdujących się przed krokiem, który ma tranzycji znajdującego się przed krokiem,
być wykonywany 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 opóz
nieniem oznaczane jest
symbolem:
a) R b) SD
c) S d) D
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
21
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) b)
R
I1
I1
S
I2
I2
Trg
Trg
Q1
Q1
T
T=5s
T
T=5s
c) d)
R
I1 R
I1
RS
S
S
I2
I2
Trg
Trg
Q1
Q1
T T
T=5s T=5s
Zadanie 15
Który z poniższych rysunków przedstawia koniunkcję sygnałów ?
a) b)
c) d)
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
22
KARTA ODPOWIEDZI
ImiÄ™ i nazwisko & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &
Uruchamianie układów napędowych ze sterownikami programowalnymi
Zaznacz poprawnÄ… odpowiedz
.
Nr zadania Odpowiedz
Punkty
A B C D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Razem:
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
23
TEST PRAKTYCZNY
Instrukcja dla ucznia
1. Przystępujesz do rozwiązania testu praktycznego z techniki sterowania.
2. RozwiÄ…zanie 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
24
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 sÄ… zliczane (na wyjez
dzie 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
25
Arkusz odpowiedzi:
Diagram droga - krok
Schemat połączeń układu wykonawczego
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
26
Schemat połączeń do sterownika:
+24 V
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
0V
Program:
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
27
6. LITERATURA
1. Szmid D.: Mechatronika. REA, Warszawa 2002
2. Kotlarski W., Grad J.: Aparaty i urzÄ…dzenia 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
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
28