WYDZIAŁ INŻYNIERII MECHANICZNEJ I MECHATRONIKI PODSTAWY AUTOMATYZACJI
Ćwiczenie laboratoryjne nr 5
Temat: Programowanie sterowników PLC Prowadzący: dr inż. Mariusz Sosnowski
Kierunek studiów: Zarządzanie i Inżynieria Produkcji
Nr grupy: ZiIP 1-32 B
Imię i Nazwisko: Alicja Piosik
Data wykonania ćwiczenia: 14.01.2013

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową, zasadą działania, zastosowaniem i przede wszystkim programowaniem sterowników PLC za pomocą języka drabinkowego LD. Ćwiczenie laboratoryjne ma na celu przybliżenie języka programowania i implementacji w sterownikach PLC.

1. Wstęp teoretyczny.

Sterowniki programowalne PLC (z ang. Programmable Logic Controller) są komputerami przemysłowymi, które pod kontrolą systemu operacyjnego czasu rzeczywistego:

• zbierają pomiary za pośrednictwem modułów wejściowych z analogowych i dyskretnych czujników oraz urządzeń pomiarowych,

• transmitują dane za pomocą modułów i łącz komunikacyjnych,

• wykonują programy aplikacyjne na podstawie przyjętych parametrów i uzyskanych danych o sterowanym procesie lub maszynie,

• generują sygnały sterujące zgodnie z wynikami obliczeń tych programów i przekazują je poprzez moduły wyjściowe do elementów i urządzeń wykonawczych,

• realizują funkcje diagnostyki programowej i sprzętowej.

Wartości pomiarów zmiennych procesowych są wejściami sterownika, zaś obliczone zmienne sterujące stanowią wyjścia sterownika.

Głównym zadaniem sterownika jest reagowanie na zmiany wejść przez obliczanie wyjść według zaprogramowanych reguł sterowania lub regulacji. Reakcja ta może być zależna od wyników operacji arytmetyczno-logicznych wykonanych dla aktualnych wartości wejść sterownika, jego zmiennych wewnętrznych oraz od zaprogramowanych warunków czasowych. Może ona także zależeć od operacji wykonanych na danych transmitowanych w sieciach łączących wiele elementów pomiarowych, sterowników, regulatorów czy też komputerów. Sterowniki programowalne można podzielić ze względu na ich architekturę na dwie podstawowe grupy:

• sterowniki kompaktowe, należące do klasy małych sterowników o sztywnej architekturze, których cecha konstrukcyjna jest integracja wszystkich niezbędnych do działania podzespołów funkcjonalnych w jednej obudowie;

• sterowniki modułowe, należące do klasy średnich i dużych sterowników o elastycznej architekturze, w których własności funkcjonalne użytkownik sam konfiguruje poprzez dobór odpowiednich modułów funkcjonalnych, instalowanych w specjalnych kasetach lub na szynie montażowej.

Na rysunku 1 przedstawiono ogólny schemat budowy typowego sterownika programowalnego o budowie kompaktowej.

Rys. 1 Schemat budowy kompaktowego sterownika PLC

W odróżnieniu od klasycznego systemu mikroprocesorowego, sterowniki programowalne pracują według określonego cyklu, którego schemat ogólny przedstawiono na rysunku 2. W cyklu pracy sterownika PLC można wyróżnić kilka charakterystycznych etapów, które są powtarzane w nieskończonej pętli. Zasada pracy cyklicznej dotyczy wszystkich sterowników programowalnych, niezależnie od ich budowy i producenta. Poznanie i zrozumienie tej zasady jest niezbędne do dalszej nauki programowania sterowników programowalnych.

Rys. 2 Cykl pracy sterownika PLC.

Język programowania jest to uporządkowany ciąg symboli, instrukcji i wyrażeń, które w sposób jednoznaczny zapisują sposób działania sterownika programowalnego. Na rysunku 3. przedstawiono ogólny podział języków programowania sterowników PLC.

Rys. 3 Ogólny podział języków programowania sterowników PLC.

LD – Schemat Drabinkowy (ang. Ladder Diagram) – opiera sie na symbolach schematów elektrycznych układów sterowania wykonanych w technice stykowo-przekaźnikowej. Podstawowymi symbolami języka drabinkowego są styki, przedstawiające wartości logiczne sygnałów wejściowych i zmiennych boolowskich oraz dwustanowe wyjścia, będące odzwierciedleniem cewek przekaźnika, które służą do wysterowania wyjść dyskretnych oraz przypisania wartości logicznych do zmiennych boolowskich. Oprócz tego w schematach drabinkowych wykorzystuje sie bloki funkcyjne, używane do opisu bardziej złożonych funkcji (liczniki, timery, komparatory, operacje arytmetyczne, itp.).

W języku drabinowym rozróżnia sie dwa rodzaje instrukcji: instrukcje stykowe oraz instrukcje bloków funkcyjnych. Instrukcje stykowe służą do wykonywania operacji na pojedynczych bitach. Stanowią również programowy interfejs dla wejściowych i wyjściowych sygnałów dyskretnych sterownika. Podstawowe symbole instrukcji stykowych przedstawiono w tabeli 1.

Tab. 1 Podstawowe symbole instrukcji stykowych.

1. Tok projektowania.

   • Funkcja logiczna do zaprojektowania:

$$y = x_{1} + \overset{\overline{}}{x_{2}} + x_{3}$$

Zakładamy, że w układzie:

x1 = M1

x2 = M2

x3 = M3

• Sporządzenie tablicy prawdy.

(Sporządzając tablicę prawdy przyjmujemy logikę pozytywną:

1 – jest sygnał,

0 – brak sygnału.)

x1	x2	x3	$$\overset{\overline{}}{x_{2}}$$	y
0	0	0	1	1
0	0	1	1	1
0	1	0	0	0
0	1	1	0	1
1	0	0	1	1
1	0	1	1	1
1	1	0	0	1
1	1	1	0	1

Tab. 2 - Tablica prawdy.

• Schemat zrealizowanego układu.

Rys. 4 – Schemat układu.

• Tok postępowania.

Po sporządzeniu tablicy prawdy i dodaniu wszystkich potrzebnych elementów układu do obszaru roboczego w programie Multisim przystąpiono do ich podłączania.

Sygnał wejściowy x1 został podłączony do cewki M1, sygnał x2 został podłączony do cewki M2, a sygnał x3 do cewki M3.

Po uruchomieniu symulacji zauważono, że układ działa zgodnie z tablicą prawdy sporządzoną na początku ćwiczenia.

• Przykładowe działanie układu.

Rys. 5 – x1 = 0, x2 = 1, x3 = 0

Rys. 6 – x1 = 1, x2 = 1, x3 = 0

1. Wnioski.

Przeprowadzone ćwiczenie umożliwiło nam zaimplementowanie programu sterującego za pomocą schematu drabinkowego do sterownika PLC w oprogramowaniu symulacyjnym Multisim. Pierwszym krokiem jaki należało podjąć było sporządzenie tablicy prawdy, a następnie stworzenie odpowiedniego schematu drabinkowego. Po wykonaniu powyższych działań, w oknie projektu należało umieścić wszystkie potrzebne elementy układu. W celu zaimplementowania programu sterującego za pomocą języka LD, przystąpiono do odpowiednich połączeń fizycznych. Na koniec uruchomiono symulację, aby sprawdzić czy układ działa zgodnie z tablicą prawdy.