UNIWERSYTET

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI, INFORMATYKI I TELEKOMUNIKACJI

INSTYTUT INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ

PRACA DYPLOMOWA INŻYNIERSKA

Współpraca sterowników PLC

z czujnikami pomiarowymi                      

Pracę wykonał:

Nr albumu :

Prowadzący:

                                          SPIS TREŚCI

1. Wstęp..................................................................................................................

1.1  Wprowadzenie.................................................................................................................

1.2. Cel i zakres pracy............................................................................................................                                                 

2. Ogólne wiadomości na temat sterowników PLC.......................................

3. Przegląd sterowników PLC...............................................................................

     2.1. Sterownik typu GE FANUC.........................................................................

     2.2. Sterownik typu SIEMENS............................................................................

     2.3. Sterownik typu ALLEY BRADLEY............................................................

     2.4. Sterownik typu SCHNEIDER.......................................................................

4. Zastosowanie czujników pomiarowych w systemach ze sterownikami PLC

    3.1. Pomiar prędkości obrotowej...................................................................

     3.2. Pomiar temperatury................................................................................

     3.3. Pomiar wielkości elektrycznych............................................................

     3.4. Inne czujniki specjalne...........................................................................

5.Stanowisko laboratoryjne do badania czujników temperatury........................

    4.1. Założenia.................................................................................................

     4.2. Stanowisko laboratoryjne........................................................................

     4.3. Oprogramowanie sterownika..................................................................

     4.4. Wizualizacja.............................................................................................

6. Podsumowanie i wnioski końcowe...................................................................

7. Literatura i załączniki...........................................................................................

1. Wstęp

Programowalne sterowniki logiczne (PLC ang. Programmable Logic Controllers), nazywane także sterownikami programowalnymi, należą do szeroko rozumianej rodziny komputerów. Wykorzystywane są głównie w zastosowaniach przemysłowych. Praca PLC polega na monitorowaniu wejść analogowych i cyfrowych, podejmowaniu decyzji w oparciu o program (algorytm działania) użytkownika oraz odpowiednim sterowaniu wyjściami

Sterowniki swobodnie programowalne (PLC) coraz częściej wyposażone są

W przetworniki analogowo-cyfrowe oraz cyfrowo-analogowe. Umożliwia to

Połączenie sterowania procesem dyskretnym z regulacją wielkości ciągłych.

Zintegrowanie w jednym urządzeniu funkcji sterownika PLC i regulatora wymaga

jednak spełnienia szeregu wymagań  wynikających z odmiennego charakteru

pracy obu tych urządzeń.

Sterowniki (PLC) stają się obecnie najczęściej stosowanym mikroprocesorowym

urządzeniem automatyki. Moc obliczeniowa stosowanych  w nich systemów

mikroprocesorowych jest znaczna i dlatego obserwuje się stałe rozszerzanie

funkcji sterowników PLC.

Urządzenia te, zasadniczo przeznaczone do programowej realizacji układów

przełączających z uzależnieniami czasowymi oraz ilościowymi.

Odzwierciedla to struktura ich programowania stałego (systemowego).

Oprogramowanie stałe sterownika PLC powinno ułatwiać realizację takich

Zadań – typowych dla sterowania procesem produkcyjnym – jak np.:

·        Normalne (technologiczne) uruchomienie układu

·        Automatyczny restart po powrocie napięcia zasilania

·        Obsługa normalnego (technologicznego) wyłączania

·        Obsługa awaryjnego wyłączania wywołanego zanikiem napięcia zasilania

·        Obsługa awaryjnego wyłączania wywołanego zdarzeniami procesowymi

·        Natychmiastowe reakcje na wybrane zdarzenia zewnętrzne

·        Reagowanie na zawieszenie sterownika

2 Ogólne wiadomości na temat sterowników PLC

·        Podstawowe bloki funkcjonalne programowanego sterownika logicznego PLC.

Sterowniki PLC zbudowane są z: modułów wejściowych, jednostki centralnej

(CPU) oraz modułów wyjściowych.

Wejścia PLC akceptują różne sygnały wejściowe, cyfrowe lub analogowe; 

pochodzące z zewnętrznych urządzeń (czujników) przetwarzane następnie do

postaci sygnałów logicznych, które stają się zrozumiale dla CPU.

Jednostka CPU podejmuje decyzje i wykonuje funkcje sterowania bazując na

instrukcjach programowych zawartych w pamięci. Moduły wyjściowe

przetwarzają funkcje sterowania z CPU do takiej postaci sygnałów

(cyfrowych lub analogowych), jakich wymaga aplikacja.

Instrukcje programowe określają, co powinien wykonać PLC przy

określonym stanie wejść i w danej sytuacji.

Dodatkowy interfejs operatorski (pulpit sterowniczy) umożliwia wyświetlanie

informacji o realizowanym procesie sterowania i wprowadzanie nowych

parametrów kontrolnych.

·        Podstawowe parametry programowanych sterowników logicznych PLC.

        - wymiary

        - maks. liczba we/wy cyfrowych oraz  analogowych

        - maks. pamięć programu

        - maksymalna ilość dołączanych modułów

        - interfejsy umożliwiające rozszerzenie (np. IM365 lub IM360/361)

        - moc obliczeniowa CPU

- protokół komunikacyjny z innymi elementami systemu (np. MPI,

   PROFIBUS, Ethernet)

        - czas wykonania instrukcji

        - interfejsy do systemów IT i sieci WWW

        - zakres temperatur pracy

        - rodzaj szyny na której montowany jest sterownik

- możliwości programowania (obsługiwane języki programowania: FBD,

     SFC)

        - odporność mechaniczna

·        Pamięci danych i programu w programowanych sterownikach logicznych.

W pamięci sterownika wyodrębniona jest pewna ilość miejsca do przechowywania chwilowych wyników  operacji. W sterownikach PLC rozróżniamy 4 tryby adresowania: bitowo, bajtowo, wyrazowo oraz przy pomocy dwóch słów. Adresując słownie operujemy na 16-tu bitach i przy pomocy dwóch słów na 32-ch bitach.

Pamięć w sterowniku służy do przechowywania programu oraz informacji pośrednich, powstających w trakcie jego wykonywania. Jest to pamięć typu RAM, nieulotna np. EPROM lub EEPROM. Podział pamięci na pamięć operacyjną i pamięć programu nie jest sztywny. Najczęściej w trakcie uruchamiania i testowania, program jest zapisywany w pamięci operacyjnej RAM. Ostateczna jego wersja może być tam pozostawiona albo zapisana na “trwałe” w pamięci stałej.

·        Układy wejścia i wyjścia programowanych sterowników logicznych.

Wejście dyskretne – określane także mianem: „wejścia cyfrowego”, może znajdować się w jednym z dwóch stanów: załączone (ON) lub wyłączone (OFF). Przyciski, przełączniki dwustanowe, wyłączniki krańcowe oraz czujniki zbliżeniowe to przykłady czujników dyskretnych, które są podłączane do dyskretnych (cyfrowych) wejść sterowników. W stanie załączenia (ON) dyskretne wejście odpowiada logicznej jedynce lub stanowi wysokiemu. W stanie wyłączenia (OFF) dyskretne wejście odpowiada logicznemu zeru lub stanowi niskiemu. Wiele sterowników wymaga oddzielnego zasilacza dla zasilania wejść. W stanie otwartym na wejściu PLC nie występuje napięcie. Jest to stan wyłączenia (OFF). Kiedy przycisk zostaje wciśnięty, napięcie np.: 24VDC zostaje dołączone do wejścia PLC. Jest to stan załączenia (ON).

Wyjście dyskretne – jest wyjściem, które może być włączone (ON) lub wy łączone (OFF). Zamieniają sygnały binarne sterownika na sygnały prądu stałego lub przemiennego potrzebne do wysterowania urządzeń wyjściowych. Cewki przekaźników oraz lampki to przykładowe urządzenia wykonawcze podłączane do wyjść dyskretnych. Wyjścia dyskretne mogą być również nazywane wyjściami cyfrowymi.

Wejście analogowe – to wejście, do którego podłącza się sygnał ciągły. Typowe wejścia analogowe różnią się właściwościami. np. mogą być przystosowane do pomiaru prądu (spotykane zakresy to 0..20mA oraz 4..20mA) lub napięcia (np. 0..10V).

Wyjście analogowe – jest wyjściem, na którym jest generowany sygnał ciągły w czasie. Na wyjściu może być wytwarzany np. sygnał napięciowy zakresu 0..10VDC, który steruje wskaźnikiem analogowym (wychyłowym). Przykładowo, do wyjść analogowych są dołączane wskaźniki prędkości, ciężaru i temperatury. Sygnał wyjściowy może być również używany przy bardziej złożonych zastosowaniach, takich jak np. zamiana prądu na ciśnienie, które reguluje pneumatycznym zaworem przepływu itp.

·        Budowa i parametry dwustanowych układów wejścia sterowników logicznych.

Najprostsze w działaniu czujniki dwustanowe taki jak: przyciski, przełączniki i styki, mogą mieć zestyki zwarte w stanie czuwania (NC) lub rozwarte (NO).

Wejścia dyskretne, nazywane również wejściami cyfrowymi (ang. digital inputs) zamieniają pochodzące z urządzeń (przyciski, przełączniki, wyłączniki krańcowe, etc.) sygnały prądu stałego lub przemiennego na sygnały logiczne (dwustanowe) akceptowane przez sterownik.

W produkowanych obecnie sterownikach do takiej zamiany wykorzystywany jest zazwyczaj przetwornik optyczny, zapewniający dodatkowo optoizolację pomiędzy obwodami wejściowymi a magistralą sterownika (patrz rys. 4.3). W przypadku wejść prądu stałego polaryzacja źródła zasilania obwodów wejściowych zależy od typu zastosowanego układu wejściowego:

-       ujście (ang. SINK IN) tzn. z polaryzacją dodatnią (patrz rys. 4.3 a) nazywane układami o logice dodatniej (najczęściej spotykane),

-       źródło (ang. SOURCE IN) tzn. z polaryzacją ujemną (patrz rys. 4.3 b) nazywane układami o logice ujemnej.

W zależności od typu i wykonania sterownika dwustanowe sygnały wejściowe mogą mieć postać sygnałów napięciowych prądu stałego lub przemiennego o wartości “1”od 5V do 220V (najbardziej rozpowszechnione jest 24V).

·        Budowa i parametry dwustanowych układów wyjścia sterowników logicznych

Wyjścia dyskretne, nazywane również wyjściami cyfrowymi (ang. digital outputs) zamieniają sygnały binarne sterownika na sygnały prądu stałego lub przemiennego potrzebne do wysterowania urządzeń wyjściowych (cewki styczników, lampki kontrolne, etc.).

Zamiany tych sygnałów dokonuje się poprzez zamykanie lub otwieranie zasilanych z zewnętrznego źródła obwodów wyjściowych za pomocą przekaźników (wyjścia przekaźnikowe, ang. Relay Output ) lub łączników tranzystorowych (wyjście „napięciowe”).

W przypadku obwodów wyjściowych z łącznikami tranzystorowymi istnieją dwa rozwiązania (podobnie jak w przypadku wejść prądu stałego):

-         źródło (ang. SOURCE OUT) - najczęściej spotykane

-    ujście (ang. SINK OUT)

Budowa i parametry analogowych układów wejścia sterowników logicznych.

Zamieniają pochodzące z czujników sygnały analogowe (ciągłe) na sygnały cyfrowe. Konwersja tych sygnałów realizowana jest za pomocą przetworników analogowo-cyfrowych ADC (ang. Analog to Digital Converter).

Parametrami charakteryzującymi przetworniki ADC i DAC są:

-       zakres napięć wejściowych/wyjściowych (najczęściej ±10 V),

-       rozdzielczość – napięcie przypadające na najmniej znaczący bit przetwornika,

-       czas przetwarzania,

-       ...