A U T O M A T Y K A
Sterowniki programowalne PLC
Podstawy, część 1
Korzystając z uprzejmości firmy Siemens
- Czytaniem podstawowych
publikujemy kr�tki kurs, prezentujący
schemat�w drabinkowych
oraz posługiwaniem si� listą
podstawowe zagadnienia związane
instrukcji PLC.
z nowoczesnymi sterownikami PLC.
- Identyfikacją r�łnic pomi�-
dzy sterownikami SIMATIC
Zaczynamy od podstaw, ktore choĘ dla
S7-212 a S7-214.
wi�kszości Czytelnik�w są oczywiste,
- Dobraniem właściwych mo-
duł�wrozszerzających porty
czasami mogą sprawiĘ nieco kłopot�w.
wejściowe i wyjściowe.
Publikacja oparta jest na podr�czniku
Tak wi�c - zapraszamy.
B�dzie to automatyka w piguł-
�Podstawy sterownik�w programowalnych
ce!
PLC�, przygotowanym przez specjalist�w
Co to jest PLC?
firmy Siemens.
Programowalne sterowniki
logiczne (PLC, ang. Program-
Podr�cznik ten stanowi przyst�pny
mable Logic Controllers), na-
wykład o sterownikach programowalnych
Wprowadzenie zywane takłe sterownikami
Kurs STEP 2000 - Siemens programowalnymi, nalełą do
PLC. Przeznaczony jest dla wszystkich
Technical Education Program szeroko rozumianej rodziny
poszukujących informacji z zakresu podstaw
(program edukacji technicznej komputer�w. Wykorzystywane
firmy Siemens) obejmuje za- są gł�wnie w zastosowaniach
automatyki.
kres podstawowych informacji przemysłowych. Praca PLC po-
na temat sterownik�w PLC lega na monitorowaniu wejśĘ
oraz związanych z nimi pro- analogowych i cyfrowych, po- nainstrukcjach programowych Sterowanie
dukt�w automatyki z innych dejmowaniu decyzji w oparciu zawartych w pami�ci. Moduły konwencjonalne
rodzin. Po uko�czeniu kursu o program(algorytm działania) wyjściowe przetwarzają funk- Przed pojawieniemsi� PLC
podstaw PLC bez trudu pora- ułytkownika oraz odpowied- cje sterowania z CPU do takiej wiele z zada� kontrolnych by-
dzimy sobie z: nim sterowaniu wyjściami postaci sygnał�w (cyfrowych ło rozwiązywanych przez łą-
- Identyfikacją gł�wnych ele- (rys. 1). lub analogowych), jakich wy- czone ze sobą styczniki lub
ment�w PLC i rozumieniem maga aplikacja. przeka�niki. Taki spos�b ste-
realizowanych przez nie Zasada działania PLC Instrukcje programowe rowania nazywany jest cz�sto
funkcji. Sterowniki PLC zbudowa- określają co powinien wyko- sterowaniem konwencjonal-
- Przekształcaniem liczb z po- ne są z moduł�w wejściowych, naĘ PLC przy określonym sta- nym.
staci dziesi�tnej na binarną, jednostki centralnej (CPU) oraz nie wejśĘ i w danej sytuacji. Zasada pracy konwencjo-
BCD oraz szesnastkową. moduł�w wyjściowych(rys.2). Dodatkowy interfejs operator- nalnego układusterowaniajest
- Identyfikacją typowych Wejścia PLCakceptująr�ł- ski(pulpitsterowniczy) umoł- określona przez trwałe połą-
wejśĘ i wyjśĘ cyfrowych nesygnały wejściowe,cyfrowe liwia wyświetlanie informacji czenie aparatury stycznikowo-
i analogowych. lub analogowe, pochodzące o realizowanym procesie ste- przeka�nikowej i element�w
z zewn�trznych rowania i wprowadzanie no- obiektowych. Okablowanie
urządze� (czujni- wych parametr�w kontrol- układu jednoznacznie i trwale
k�w), przetwarzane nych. określa spos�b jego funkcjono-
nast�pnie do posta- W prezentowanym na rys. wania. Jakiekolwiek zmiany
Silniki napędów
ci sygnał�w logicz- 3 przykładzie, przyciski (czuj- lub rozbudowa układu stero-
nych, kt�restająsi� niki) podłączone do wejśĘ PLC wania wymagają uzupełnienia
Lampki zrozumiałe dla mogą byĘ ułyte do uruchomie- aparatury kontrolnej i ponow-
Pompy
CPU. nialubzatrzymaniasilnika do- nego okablowywania.
SF I 0,0 I 1,0 Q 0,0 Q 1,0
RUN I 0,1 I 1,1 Q 0,1 Q 1,1 CPU214
STOP I 0,2 I 1,2 Q 0,2 Q 1,2
I 0,3 I 1,3 Q 0,3
I 0,4 I 1,4 Q 0,4
I 0,5 I 1,5 Q 0,5 Jednostka CPU łączonego do PLC poprzez Przykładowy układ stero-
SIMATIC I 0,6 Q 0,6
S7-200 I 0,7 Q 0,7
podejmuje decyzje stycznik silnika, kt�ry spełnia wania konwencjonalnego
i wykonuje funkcje rol� urządzenia wykonawcze- przedstawiono na rys. 4.
sterowania bazując go.
START
Przyciski
Czujniki S
wietlne
Przełączniki
Zalety PLC w stosunku do kon-
Rys. 1.
wencjonalnych rozwiązań ukła-
Stycznik silnika
(elem. wykonawczy)
dów sterujących:
Mniejszy rozmiar układu sterowania
Silnik
niż w przypadku rozwiązań konwen-
WyjS
cie
cjonalnych.
A
atwiejsze i szybsze dokonywanie
zmian w algorytmie działania.
PLC Centralnie dostępne funkcje nastaw-
cze, diagnostyczne i zabezpieczające.
Aplikacje mogą być natychmiast, au-
WejS
cie
tomatycznie dokumentowane.
Aplikacje mogą być szybciej i znacz-
Przyciski Start/Stop
nie taniej powielane.
Rys. 2. Rys. 3. (czujniki)
Elektronika Praktyczna 1/2000
33
A U T O M A T Y K A
7 6 5 4 3 2 1 0
OL
M
T1 2 2 2 2 2 2 2 2
L1
128 64 32 16 8 4 2 1
OL
M
T2
460 AVC L2 Silnik
OL
M
T3
0 0 0 1 1 0 0 0
L3
OL
Najbardziej znaczący bit Najmniej znaczący bit
1 M
CR Rys. 6.
128 64 32 16 8 4 2 1
0 0 0 1 1 0 0 0
Stop Start
8
2 CR
+16
24
Rys. 7.
Rys. 4. CR
128 64 32 16 8 4 2 1
Sterowanie z PLC i S7-216.Jednostki S7-212, S7-
0 0 1 0 1 0 0 0
Takie same, a takłe bar- 214 zostaną om�wione w ko-
dziej skomplikowane zadania lejnych odcinkach tego kursu.
mogą byĘ wykonane za pomo-
8
+32
cą PLC. Sterowniki S7-300 i S7-400
40
Rys. 8.
�Okablowanie połącze� lo- Sterowniki PLC typu S7-
gicznych� pomi�dzy urządze- 300 i S7-400 są uływane
Bit
niami i stykami przeka�nik�w w bardziej skomplikowanych
0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0
wykonywane jest w programie zastosowaniach, poniewał ob-
Bajt
zapisanym w pami�ci PLC. Na sługują znacznie wi�kszą licz-
zewnątrz wymagane jest jedy- b� wejśĘ i wyjśĘ obiektowych.
Słowo
nie proste podłączenie apara- Oba sterowniki wykonano
Rys. 9.
tury obiektowej do wejśĘ w technice modułowej, dzi�ki
i wyjśĘ sterownika. Opracowa- czemu mołna je w prosty spo- System binarny kich pozycjizwierającychje-
nie aplikacji i usuwanie bł�- s�b rozbudowywaĘ. Zasilacz System binarny wykorzys- dynki.
d�w jest znacznie łatwiejsze oraz moduły wejśĘ/wyjśĘ sta- tywany jest przez sterowniki 3.Dodaj wartości w kolumnie.
nił w sterowaniu konwencjo- nowią oddzielne bloki podłą- programowalne. System binar- W prezentowanym przy-
nalnym. Znacznie łatwiej two- czane do CPU. Wyb�r pomi�- ny posiada nast�pujące cechy kładzie naczwarteji piątej po-
rzy si� i modyfikuje program dzy S7-300 lub S7-400 zaleły charakterystyczne: zycji od prawej są jedynki.
w PLC nił zmienia okablowa- od stopnia złołoności procesu Dwie cyfry: 0, 1 WartośĘ dziesi�tna czwartej
nie układu. sterowania i mołliwości przy- Podstaw�: 2 pozycji od prawej wynosi 8,
szłej rozbudowy. Wagi: 1, 2, 4, 8, 16... a wartośĘ dziesi�tna pozycji
Sterowniki PLC firmy W systemie binarnym je- piątej od prawej to 16.
Siemens Systemy liczbowe dynki i zera zajmują w zapisie Dziesi�tny odpowiednikta-
Firma Siemens produkuje Sterowniki programowalne określone pozycje. Kałdej po- kiejliczby binarnej wynosi 24.
kilka odmian sterownik�w są komputerami, kt�re prze- zycji odpowiada jej waga (rys. Suma wag wszystkich pozycji,
PLC rodziny SIMATIC S7. Są chowują informacje w postaci 6). Pierwsza pozycja z prawej kt�re zwierają jedynki, jest
to: S7-200, S7-300 oraz S7-400. dw�ch stan�w logicznych: 1 posiada wag� 20. Jest ona od- liczbą dziesi�tnązapami�tywa-
lub 0, nazywanych cyframi bi- powiednikiem dziesi�tnych ną przez PLC.
Sterownik S7-200 narnymi (bitami). Cyfry binar- jedności. Bit z tej pozycji jest W kolejnym przykładzie
Sterownik ten jest określa- ne są uływane indywidualnie nazywany najmniejznaczącym (rys. 8) na czwartej i sz�stej
ny mianem mikro-PLC, a to ze lub wykorzystywane do przed- bitem. Waga binarna jest po- pozycji od prawej są jedynki.
wzgl�du na swoje niewielkie stawiania wartości numerycz- dwajana z kałdą kolejną pozy- WartośĘ dziesi�tna czwartej
wymiary. Jednostka centralna nych (liczbowych). cją. Nast�pna pozycja (druga pozycji od prawej wynosi 8
sterownika S7-200 zbudowana z prawej) posiada wag�21, kt�- a wartośĘ dziesi�tna pozycji
jest w postaci bloku, ze zinteg- System dziesi�tny ra odpowiada dziesi�tnej dw�j- sz�stej od prawej to 32. Dzie-
rowanym zasilaczem i wejścia- Sterowniki wykorzystują ce. si�tny odpowiedniktakiejlicz-
mi/wyjściami obiektowymi wiele system�w liczbowych. WartośĘ dziesi�tna jest po- by binarnej wynosi 40.
(rys. 5). S7-200 mołe byĘ uły- Wszystkie systemy liczbowe dwajana na kałdej kolejnej po-
wany w mniejszych,samodziel- majątesametrzycechy:cyfry, zycji. Liczba na pozycji najda-
nychaplikacjach,takichjak np. podstaw� i wag�. lej po lewej stronie jest nazy-
podnośniki, myjnie samocho- System dziesi�tny, kt�ry wana najbardziejznaczącym bi-
dowe lub mieszarki. Mołe byĘ jest powszechnie uływany tem. W naszym przykładzie,
takłe stosowany w bardziej w łyciu codziennym, posiada najbardziej znaczący bit posia-
kompleksowych aplikacjach nast�pującecechycharakterys- da wag� binarną 27. Odpowia-
przemysłowych, takich jak li- tyczne: da to liczbie dziesi�tnej 128.
nie butelkowania i pakowania. Dziesi�Ę cyfr: 0, 1, ,2, 3, 4, 5,
Sterownik S7-200 dost�p- 6, 7, 8, 9 Zamiana zapisu liczby
ny jest w pi�ciu wersjach: S7- Podstaw�: 10 z systemu binarnego
210, S7-212, S7-214, S7-215 Wagi: 1, 10, 100, 1000... na dziesi�tny
Rys. 10.
Poniłsze kroki mogą byĘ
wykorzystane do znalezienia
Liczby Liczby
dziesi�tnego odpowiednika dziesiętne BCD
0 0000
liczby zapisanej w kodzie bi-
SF I 0,0 I 1,0 Q 0,0 Q 1,0
CPU214
RUN I 0,1 I 1,1 Q 0,1 Q 1,1
1 0001
STOP I 0,2 I 1,2 Q 0,2 Q 1,2
narnym (rys. 7).
I 0,3 I 1,3 Q 0,3
2 0010
I 0,4 I 1,4 Q 0,4
0 2 0 5
I 0,5 I 1,5 Q 0,5 1.Rozpocznij od prawejstrony
3 0011
I 0,6 Q 0,6
SIMATIC
I 0,7 Q 0,7
S7-200
do lewej (od najmniej zna- 4 0100
5 0101
czącego do najbardziej zna- 0000 0010 0000 0101
6 0110
czącego bitu).
7 0111
2.Zapisz pod spodem repre-
8 1000
zentacj� dziesi�tną wszyst- 9 1001
Rys. 5. Rys. 11.
Elektronika Praktyczna 1/2000
34
A U T O M A T Y K A
System szesnastkowy
1 0
Tab. 1. Tabela konwersji liczb w postaciach:
16 16
System szesnastkowy jest
dziesiętnej, binarnej, BCD i szesnastkowej.
kolejnymsystemem uływanym
2 B
w sterownikach programowal- Dziesiętnie Binarnie BCD Szesnastkowo
nych. Posiada on nast�pujące
0 0 0000 0
cechy charakterystyczne:
11 x 1 = 11 1 1 0001 1
Szesnaście cyfr: 0, 1, ,2, 3, 4, 5,
2 10 0010 2
2 x 16 = 32
6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F
3 11 0011 3
43
Rys. 12.
Podstawa: 16
4 100 0100 4
Wagi: 1, 16, 256, 4096...
5 101 0101 5
Bity, bajty i słowa Dla pierwszych dziesi�ciu
6 110 0110 6
Kałda cyfra liczby binarnej cyfr systemu szesnastkowego
7 111 0111 7
jest bitem. Osiem bit�wtworzy wykorzystanych jest dziesi�Ę
8 1000 1000 8
bajt. Dwa bajty lub 16 bit�w cyfr systemu dziesi�tnego. Dla
9 1001 1001 9
tworzą jedno słowo (rys. 9). pozostałych sześciu cyfr wy-
korzystanych jest pierwszych 10 1010 0001 0000 A
Logiczne 0, logiczna 1 sześĘ liter alfabetu: 11 1011 0001 0001 B
Sterowniki programowalne A = 10 D = 13
12 1100 0001 0010 C
mogą rozr�łniĘ tylko dwa syg- B = 11 E = 14
13 1101 0001 0011 D
nały: włączone lub wyłączone. C = 12 F = 15
14 1110 0001 0100 E
Binarny system liczbowy jest System szesnastkowy jest
15 1111 0001 0101 F
systemem, w kt�rym wyst�pu- uływany w PLC, poniewał
16 1 0000 0001 0110 10
ją tylko dwie cyfry: 1 i 0. umołliwia czytelne przedsta-
17 1 0001 0001 0111 11
Binarna 1 wskazuje, łe wienie dułychliczb binarnych
18 1 0010 0001 1000 12
sygnał jest obecny lub prze- w stosunkowo małych prze-
19 1 0011 0001 1001 13
łącznik jest załączony. Binar- strzeniach, takich jak ekran
20 1 0100 0010 0000 14
ne 0 wskazuje, łe sygnał jest komputerowy lub wyświetlacz
. . . .
nieobecny lub przełącznik jest programatora. Kałda cyfra
. . . .
wyłączony (rys. 10). szesnastkowa reprezentuje
126 111 1110 0001 0010 0110 7E
kombinacj� wartości czterech
127 111 1111 0001 0010 0111 7F
Kod BCD bit�w binarnych.
128 1000 0000 0001 0010 1000 80
Binarne kodowanie dzie- Aby przekształciĘ liczb�
. . . .
si�tne (BCD) jest systemem dziesi�tną na postaĘ szesnas-
. . . .
liczb dziesi�tnych, w kt�rym tkową, naleły ją dzieliĘ kolej-
510 1 1111 1110 0101 0001 0000 1FE
kałda cyfra reprezentowana no przez najwi�kszą mołliwą
511 1 1111 1111 0101 0001 0001 1FF
jest przez cztery bity liczby pot�g� podstawy (16).
binarnej. Kod BCD jest cz�sto Na przykład,aby przekształ- 512 10 0000 0000 0101 0001 0010 200
uływany w urządzeniach wej- ciĘ dziesi�tne �28� do postaci
ściowych i wyjściowych ste- szesnastkowej, naleły wykonaĘ wag� odpowiednią dla danej
rownik�w. nast�pujące działanie: dziesi�t- cyfry, a nast�pnie zsumowanie Artykuł opracowany na
Przełącznik obrotowy (rys. ne �28� podzieliĘ przez 16, co tych iloczyn�w cząstkowych. podstawie podr�cznika �Pod-
11) jest jednym z przykład�w daje 1 i reszt� 12. Liczbie 12 W poniłszym przykładzie stawy sterownik�w programo-
urządzenia wejściowego, kt�re w zapisieszesnastkowymodpo- (rys. 12) szesnastkowa liczba walnych PLC� firmy Siemens.
wykorzystuje kod BCD. Liczby wiada C. Szesnastkowy odpo- 2B przekształcana jest do swo-
binarne są pogrupowane wiednik dziesi�tnej liczby 28 jego odpowiednika dziesi�tne- Ciąg dalszy artykułu zosta-
w czterocyfrowe grupy, kałda wynosi wobec tego �1C�. go tj. liczby 43. nie opublikowany w EP2/2000.
grupareprezentujeliczb� dzie- WartośĘ dziesi�tna liczby 160 = 1
si�tną. Czterocyfrowy przełącz- szesnastkowej otrzymywana 161 = 16
nik obrotowy (rys. 11) wyko- jest przez pomnołenie poszcze- B = 11
rzystuje 16 wejśĘ PLC (4 x 4). g�lnych cyfr tej liczby przez AC
Elektronika Praktyczna 1/2000
35