PLC-Programowalne sterowniki logiczne

Interface komunikacyjny może współpracować z: PC, USN(układ ster. Numerycznego), inny PLC

Od prędkości działania procesora logicznego zależy prędkość działania układu.

PLC często stanowi jednostkę nadrzędną nad PC.

Zegary i liczniki zmieniają swój stan co określoną liczbę impulsów.

Miedzynar. Norma IEC dopuszcza i normalizuje pięć sposobów opisu programów:

-lista instrukcji(IL)

-tekst strukturalny(ST)

-schemat zestykowy(LD)

-funkcjonalny schemat blokowy(FBD)

-schemat sekwencji funkcji(SFC)

Cechy PLC:

-instrukcje wykonywane w pętli(2000instr/2ms)

-budowa modułowa(można łączyć sterowniki)

-wykonują działania arytmetyczne,logiczne,PD i sterowanie silnikiem skokowym)

Zalety PLC:

-niezależność budowy i połączeń sprzętowych od programowania

-znacznie krótszy czas montażu i uruchomienia programu sterującego

-możliwość symulacji pracy off-line

-korekcja istniejącego programu

-możliwość automatycznego dokumentowania i kopiowania programów

-duża niezawodność działania, gdyż sterowanie i programy fizycznie się nie zużywają

-prosta i szybka instalacja, niewielkie wymiary gabarytowe

Wady PLC:

-duży koszt programatora

-brak uniwersalności programatorów

Cechy eksploatacyjne:

-przetwarzanie jedno- lub wielo- bitowe

-maksymalna liczba wejść i wyjść

-czas trwania cyklu

-liczba pamięci wew. Przeznaczonych do zapamiętywania np. wymiarów pośrednich

-pojemność pamięci (max liczba kroków programowych)

ELEMENTY AUTOMATYKI:

-nastawne

-regulatory

-wykonawcze

-pomiarowe

Elementy automatyki dzielimy na liniowe i nieliniowe, tych drugich jest w praktyce znacznie więcej.

Wyróżniamy dwa rodzaje układów sterowania:

-otwarty(bez sprzężenia zwrotnego)

-zamknięty(ze sprzężeniem zwrotnym)

W regulatorze następuje pomiar wielkości aktualnej i porównanie jej z wielkością zadaną oraz podjęcie pewnych zadań z podanym algorytmem.

Układy sterowania automatycznego:

-konwencjonalne

*zamknięte: stabilizacyjne, programowe, nadążne

*otwarte: z kompensacją zakłóceń, programowe

-rozgrywające

-adaptacyjne

*ekstremalne

*samonastawne

Konwencjonalne:

a) zamknięte

-układ stabilizacyjny- stała wartość zadana w(t)=const., ma utrzymywać wartość sygnału ster.

w pobliżu wartości zadanej

-ukł. Programowy-wartość w(t) jest z góry określoną funkcją czasu, czyli zmniejszająca się według pewnego programu w=f(t)

-ukł. nadążny(śledzący)-wartość w(t) jest funkcją czasu, ale nieznaną, zmiany funkcji są zależne od warunków i zmian zewnętrznych

b) Otwarte

-ukł. z kompensacją zakłóceń-likwidacja skutków zakłócenia występuje na drodze kompensacji, po przez wprowadzenie dodatkowych elementów do układu sterowania tzw. Korektorów zakłóceń

-ukł. programowe-w których wartość zadana jest z góry określoną czasu, położenia itd.

Klasyfikacja układów sterowania:

-ze względu na liczbę zmiennychsterowanych:

*jednej zmiennej

*wielu zmiennych

-ze względu na rodzaj elementów

*liniowe

*nieliniowe

-ze względu na sposób pomiaru zmiennej sterowanej

*analogowy

*cyfrowy

-kolejny rodzaj klasyfikacji wyróżnia:

*ukł. regulacji ciągłej

*ukł. regulacji dyskretnej

Cechy napędu posuwu:

1.zapewnie przemieszczenia ruchów roboczych z dużą prędkościa

2.zapewnienie ruchu zesp. Roboczych z programowalnym przemieszczeniem

Elementy składowe serwonapędu:

-silnik o regulowanej bezstopniowo prędkości

-mech. zmieniający ruch obrotowy na postępowy

-przekładnia bezluzowa

-ukł. sterowania prędkością wraz z zasilaniem

-ukł. pomiaru prędkości zespołu roboczego jako sprzężenie zwrotne prędkościowe

-ukł. sterowania położenia

-ukł. pomiaru drogi i prędkości zespołu roboczego jako sprzężenia zwrotnego położeniowego i prędkościowego

Cechy:

-zwiększenie prędkości ruchów roboczych dla tej samej lub większej dokładności ruchu

-poprawienie nierównomierności ruchu zwłaszcza dla małych prędkości

-zmniejszenie odporności na działania zakłóceń

-zmniejszenie gabarytów zewnętrznych przy nie zmienionych wielkościach eksploatacyjnych

-zmniejszenie nakładów związanych z okablowaniem

-zmniejszenie nakładów związanych z uruchomieniem i przestojami, dzięki wbudowanym systemom diagnostycznym(built-in)

RUCHY POSUWOWE

-ruch szybki -duże prędkości, mała dokładność pozycjonowania, nie koniecznie zadany tor ruchu

-ruch roboczy-małe prędkości, ściśle określony tor ruchu, duża dokładnośćpozycjonowania

Interpolator analogowy-dyskretne działanie interpolatora powoduje, że tor ruchu narzędzia nie jest linią prostą tylko schodkową, musimy posiadać urządzenia do rejestracji uchybu( otrzymanie zerowego uchybu powoduje utratę informacji ze sprzężenia zwrotnego)

1. Układy pomiarowe położenia i przemieszczenia:

-absolutne

-przyrostowe

-analogowe

-cyfrowe

-analogowocyfrowe

2. Wymagania

- duży zakres pomiarowy (dostosowany do długości osi, przy układach obrotowych konieczny reset licznika po łącznej sumie obrotów w jedną stronę przekraczającej ilość tysięcy stopni)

-wysoka dokładność pomiaru-najlepiej by pomiary były powtarzalne, a dokładność pomiaru dostosowana do dokładności potrzeb maszyny, odpowiednio manipulując tolerancjami można uzyskać różne dokładności

-praca w warunkach przemysłowych-odporność na drgania, zmiany temp., brud itp.

-sygnały wyjściowe

Architektura wieloprocesorowych układów starowania obrotami:

CMS - centralna magistrala systemowa

1.pakiet kontroli

2.interface komunikacji z PC nadrzędnym

3.procesor PLC

4.procesor centralny

5.pamięć RAM i EPROM

6.procesor sterowania ruchami w osiach serwonapędu

7.interface pulpitu sterującego i ekranu

8.pulpit ekranowy, monitor ekranowy

9.sterownik pamięci dyskretyzacji

10.pakiety wejść i wyjść dwuustawnych

11.interface WE/WY analogowy

12.interface WE/WY cyfrowy

13.sterowniki połączeń w serwonapędach

14. sterowniki napędów silników krokowych

15.procesor dodatkowych opcji np. diagnostyki

Linie sygnałowe CMS:

-szyna adresowa

-szyna danych

-szyna sterująca

Minimalizacją błędu:

-stosowanie bardziej wyrafinowanych regulatorów położenia poszczególnych serwonapędów

-stosowanie dodatkowych regulatorów ze sprzężeniem w przód „feedforward”

-stosowanie regulatorów ze sprzężeniem skośnym „cross coupling controller” CCC

Błędy wytwarzania:

-model CAD- związane z pewną tolerancją modelu powierzchni swobodnych i obliczeń wykorzystywanych w programach

-import/eksport - przenoszenie danych CSD pomiędzy różnymi programami

-CAM:

*tolerancje toru ścieżki narzędzia

*tolerancja interpolacji

*wprowadzenie wymiarów tolerowanych do maszyny

*postprocesor

*dokładność operatora MT

Sterowanie krzywkowe: stosujemy je gdy mamy do czynienia z nierównomiernym ruchem dosuwowym lub przesuwowym w obrabiarkach. Kształt krzywki to kształt drogi jaką musi wykonać napędzany zespół. Zastosowanie: sterowanie przesuwem stołu, narzędzi w prasach mechanicznych, urządzeniach do wytwarzania sprężyn, w automatach tokarskich.

Sterowanie kopiowe: jest to odmiana sterowania analogowego w funkcji drogi, takie sterowanie wykorzystujemy w produkcji seryjnej i wielkoseryjnej. Rodzaje kopiowania: bezpośrednie(palec wodzący przesuwa się po modelu); pośrednie(po przez serwomechanizm); ciągłe(w zależności od wychylenia palca wodzącego zmienia się w sposób ciągły prędkość ruchu posuwowego, stały kontakt palca ze wzorcem kierunek posuwu i przemieszczenia palca pokrywa się); przerywane(w zależności od wychylenia palca włącza się lub wyłącza posuw, zarys przedmiotu przybliżony przez linie stopniowa lub łamaną); jednokierunkowe(stała wartość posuwu); dwukordynatowe(stała prędkość wzdłuż kształtu, stosowane w frezowaniu); trójkordynatowe(3D). Zwykle stosuje się po kilka kopiałów na które mają naniesione naddatki, kopiał może być wykonany z drewna, stali. Przyczyny błędów: przemieszczenie zarysów, błędy związane z palcem wodzącym, tarcie w prowadzeniu palca powoduje histerezę działania gdy siły docisku SA małe, zbyt duża masa palca, za mała częstotliwość drgań własnych, błędy wzornika, zbyt mała sztywność statyczna lub dynamiczna modelu.

Rodzaje sterowania: ręczne(zadania przynajmniej jednego elementu układu wykonuje człowiek); automatyczne(bez interwencji człowieka za wyjątkiem wprowadzenia ręcznie wartości zadanej); stałowartościowe(regulator stara się utrzymać wartość rzeczywistą wielkości regulowanej na poziomie wartości zadanej np.: przy cięciu laserowym); nadążne(nadążanie wartości wielkości regulowanej za zmianami wartości zadanej np.: regulacja noża tokarskiego w obrabiarce cnc).

Sterowanie zderzakowe: żądane wymiary przedmiotu są zadawane przez odpowiednio ustawione zderzaki działające na łączniki drogowe w żądanych położeniach. Obecnie do sterowania sygnałami przełączającymi (sygnałami jednobitowymi, on-off) wykorzystywane są programowalne sterowniki logiczne, PLC (Programable Logic Controllers). Układy takie mają strukturę komputerową, przy czym procesor ma za zadanie wykonywać działania logiczne na sygnałach jednobitowych zgodnie z programem zapisanym w pamięci. Działanie w czasie rzeczywistym, niezbędne przy sterowaniu, uzyskuje się przez ciągłe obliczanie zadania sterowania, zapisanego w pamięci PLC.

Sterowanie numeryczne NC (Numerical Control): sterowanie takie odbywa się z wykorzystaniem danych liczbowych wprowadzanych do układu sterowania, pojedyncze kroki programu opisane są po przez parametry obróbki, liczby te, po wprowadzeniu do układu sterowania, są przetwarzane na sygnały sterujące zespołami obrabiarki.

Trajektorie ruchu narzędzia w obrabiarkach NC: interpolacja liniowa, kołowa, spline, paraboliczna, heliksowa(śrubowa)

Sterowanie Maszyn technologicznych

-włączanie/wyłącznie napędu głównego

- włączanie i wytłaczanie zespołu pomocniczych napędów

- zmiana parametrów pracy maszyny

- włączanie i kontrola innych wielkości fizycznych

- ustalanie kolejności ruchów poszczególnych czynności i ruchów maszyny

- nastawianie i kontrolwanie położeń liniowych i kątowych

- pomiary i nastawy dopuszczalnych obciążeń zespołów roboczych

- podawanie mocowanie wymiana PO i narzędzia, oraz oprzyrządowania

- nadzorowanie przebiegu pracy maszyny

Układ napędowy

- układ zasilania i sterowania pracy silnika napędowego

- silnik napędowy

- przekładnia

- zespół roboczy np. wrzeciono

Wymagania ogólne dotyczące silników

- zakres obrotów

-dostateczna moc P, dostateczny moment M

-dostepnośc, niski koszt, duża sprawność

-niezawodność, łatwość obsługi i konserwacji

- małe gabaryty i masa

Wymagania MT

-duża sztywność charakterystyki mechanicznej

-duzy zakres bezstopniowej zmiany obrotów

- przebieg dopuszczalnego obciążenia w funkcji obrotowej, kotry jest dostosowany

do obciążenia

-szybki rozruch

-zdolność do pracy serwonapędowej

Układy sekwencyjne-do określenia stanu wyjścia Y w chwili Tk nie wystarczy tylko

znajomość stanu wejścia X, lecz trzeba znać dodatkowo zmiany stanów wyjścia do

chwili Tk

Stan stabilny- jest stanem trwałym układu sekwencyjnego, jego zmiana

Możliwa jest dopiero po podaniu sygnału zewnętrznego. Stan pracy pamięci

Q odpowiada stanowi wzbudzenia q

Stan niestabilny- jest stanem nietrwałym układu sekwencyjnego.

Zjawisko hazardu- jest to związane z rzeczywistymi charakterystykami

Układów logicznych w syntezie układów logicznych. Układ zaprojektowany

Prawidłowo pod względem logicznym działa nieprawidłowo ze względu na

pojawienie się nie pożądanych krótkotrwałych sygnałów wyjściowych.

Zabezpieczamy się przed nim stosując układały antyhazardowe.

Wyścig niekrytyczny- układ po przejściu różnych dróg dochodzi do stanu tego

samego stanu stabilnego

Wyścig krytyczny- układa po przejściu różnych dróg dochodzi do różnych stanów

stabilnych ( w każdym przypadku inny)

Zamknięty cykl drgań- w układzie sekwencyjnym występuję wtedy gdy grupa

elementów pamięci przełączana jest cyklicznie do momentu pojawienia się

zewnętrznego sygnału wejściowego. Odpowiada to sytuacji gdy układ sekwencyjny

przechodzi wielokrotnie te same stany niestabilne dążąc do osiągnięcia stanu stab.

---