System sterowania – system, który wydziela się z otoczenia przy rozpatrywaniu sterowania nazywa się zwykle systemem sterowania.Przy rozpatrywaniu systemów pod kątem sterowania podstawowe znaczenie ma przepływ i przetwarzanie informacji.
Model systemu – powstaje przez ograniczenie liczby zmiennych tylko do tych, które najlepiej opisują system z przyjętego punktu widzenia, uproszczenie zależności (związków) wiążących zmienne wyjściowe ze zmiennymi wejściowymi.
Podział systemów (modeli systemów):
- związki między zmiennymi systemu można określić z prawdopodobieństwem równym 1
-
TAK:
System deterministyczny
NIE:
- związki między zmiennymi systemu zmieniają się z upływem czasu
TAK
System niestacjonarny
NIE
System stacjonarny
- wyjścia w danej chwili czasu są funkcją tylko wejść w tej chwili ?:
System bez pamięci
NIE, zależą również od poprzedniego działania, od historii
Sterownik – jeżeli system sterowania, czyli zorganizowany zbiór środków sprzętowych i programowych, tworzy pewną całość konstrukcyjną, to nazywamy go sterownikiem.
Wyróżnia się następujące elementy automatyki:1. Pomiarowe (czujniki, przetworniki, termostaty, itd.).2. Zadające (nastawniki, panele sterujące, klawiatury, itp.).3. Regulatory, które mogą być sprzętowe lub realizowane komputerowo.4. Wykonawcze (siłowniki, silniki, styczniki, grzałki, pompy, itp.).
Układ sterowania tworzą:
obiekt,
sterownik,
panel operatorski (pulpit operatora).
X1 - wektor sygnałów określających stan obiektu – wektor stanu
X2 - wektor sygnałów pochodzących od operatora
Y1 - wektor sygnałów uruchamiających zespoły wykonawcze
Y2 - wektor sygnałów dla operatora
Procesy:
- Procesy o współrzędnych stanu będących ciągłymi funkcjami czasu
(procesy ciągłe).
Procesy o współrzędnych stanu będących nieciągłymi funkcjami czasu
(procesy nieciągłe).
Procesy ciągłe – procesy przepływu mas, energii oraz przemian fizycznych oraz chemicznych opisane takimi współrzędnymi stanu jak:
- natężenie przepływu,
- temperatura,
- poziom,
- ciśnienie,
- stężenie.
Procesy nieciągłe - o współrzędnych stanu będących binarnymi funkcjami czasu – BINARNE, są to procesy zmian stanu załączenia maszyn i urządzeń
opisane dwuwartościowymi współrzędnymi stanu (0, 1).
Sygnał – jest to przebieg zmian wybranej wielkości fizycznej, którą wykorzystuje się do przekazywania informacji (natężenie prądu, napięcie, ciśnienie). Tę wybraną wielkość fizyczną nazywa się nośnikiem informacji.
Wielkość fizyczna może być: analogowa(nieskończoną liczbę wartości
) lub cyfrowa(skończoną liczbę wartości
).
Proces zamiany wielkości analogowej na cyfrową polegający na podziale pewnego ciągłego obszaru zmienności tej wielkości na skończoną liczbę przedziałów
nazywamy kwantowaniem.
Przy przetwarzaniu informacji analogowej zmiennej w czasie (np. falę akustyczną lub dźwięk na płycie CD), proces zamiany wielkości analogowej na cyfrową (kwantowanie), musi zostać poprzedzone tzw. próbkowaniem.
Próbkowanie to podział na osi czasu (t).Kwantowanie to podział na osi s(t).
fp > 2fgr fp - częstotliwość próbkowania
Sterownik logiczny:
Y=F(X)
1. Y(ti) = F[X(ti)] - układy logiczne bez pamięci (kombinacyjne)
2. Y(ti) = F[X(≤ti)] - układy logiczne z pamięcią (sekwencyjne)
Istnieje: k=2^n stanów
Gdzie:
k – ilość stanów na wejściu,
n - ilość zmiennych dwójkowych.
Stany numerujemy od 0 – tzw. stan zerowy (wszystkie zmienne mają wartość 0), aż do 2n-1 – tzw. stan jednynkowy (wszystkie zmienne mają wartość 1).
Liczba różnych funkcji logicznych, realizowanych przez układ logiczny „m*”:
m*=2^k
k – ilość stanów na wejściu
1.Technika stykowa.
2.Technika półprzewodnikowa.
3.Technika programowa.
Technika stykowa:
Logiczna jedynka – możliwość przepływu prądu.
Logiczne zero – brak możliwości przepływu prądu.
Zestyk normalnie otwarty:
Zestyk normalnie zwarty
Przekaźniki:
- normalnie otwarty
- normalnie zwarty
- z pamiecia otwarty
- z pamiecia zwarty
- z pamiecią reagujacy na zbocze narastające
- z pamiecią reagujacy na zbocze opadające
- typy SET
- typu RESET
Technika stykowa umożliwia realizację trzech podstawowych operacji:
Technika półprzewodnikowa:
Sterownik logiczny Sterownik PLC
:
- program można zapisać za pomocą równań logicznych,
dla sterownika logicznego te równania są równaniami prostymi (zmienna niezależna tylko X),
- sterownik PLC realizuje funkcje uwikłane (zmienne niezależne X i Y),
w sterowniku logicznym równania rozwiązywane są w tym samym czasie, natomiast sterownik PLC rozwiązuje równania instrukcja po instrukcji w danym równaniu i kolejno równanie po równaniu.
Podstawą projektowania układów logicznych są postacie kanoniczne funkcji logicznych:
-Postać alternatywna (suma iloczynów wszystkich zmiennych lub ich negacji).
-Postać koniunkcyjna (iloczyn sum wszystkich zmiennych lub ich negacji).
Aby uzyskać postać kanoniczną dowolnej funkcji należy skorzystać z
twierdzenia o rozkładzie.
Każde wyrażenie strukturalne może być rozłożone na składniki jedynki
lub czynniki zera.
Wynika stąd, iż każda funkcja może być przedstawiona w postaci koniunkcji tych czynników zera (alternatyw elementarnych zupełnych), dla których funkcje fi mają wartość zero.
Postać taka jest tylko jedna dla danej funkcji i nosi nazwę normalnej zupełnej postaci koniunkcyjnej lub kanonicznej postaci koniunkcyjnej.
Aby uprościć układ logiczny należy postacie kanoniczne minimalizować:
1.Metoda algebraiczna
2.Metoda tablic Karnaugha (czyt. Karno)
3.Metody komputerowe.
Przedstawić analizę, tzn. znaleźć wartości sygnału wyjściowego dla wszystkich kombinacji wartości sygnałów wejściowych.
Projektowanie układu logicznego polega na opracowaniu jego schematu, który spełnia najlepiej postawione mu zadanie (jest układem optymalnym).
Analiza i synteza układów logicznych.:
I.Postać alternatywna
Dana jest funkcja za
pomocą tablicy
Alternatywna postać kanoniczna umożliwia realizację każdej funkcji za pomocą funktorów:
- negacji
- sumy,
- iloczynu.
II. Postać koniunkcyjna
Koniunkcyjna postać kanoniczna umożliwia realizację dowolnej funkcji za pomocą funktorów:
- negacji,
- sumy
- iloczynu
Każdą funkcję logiczną można zrealizować za pomocą funktorów negacji sumy NOR, gdyż dla jednego argumentu negacja sumy stanowi zwykłą negację.
Do realizacji dowolnej funkcji logicznej wystarczą
funktory:
- NOT i OR
- NOT i AND
- Tylko NOR
- Tylko NAND
Budowa i zasada działania sterowników PLC:
Ze względu na ilość obsługiwanych
„punktów” (łączna ilość wejść i wyjść):
- małe – do 64 punktów,
- średnie – do 512 punktów,
- duże – pow. 512 punktów.
Ze względu na sposób budowy:
1. kompaktowe (o sztywnej architekturze), najczęściej małe,
2. modułowe,
- moduły montowane na firmowej płycie bazowej,
- - jednostka centralna znajduje się w płycie bazowej,
- - jednostka centralna zajmuje jeden slot,
- modułowe montowane na szynie DIN.
3. rozproszone,
4. sterowniki budowane na bazie komputera przemysłowego, tzw. soft PLC.
Zasada pracy sterownika PLC polega na pobieraniu z pamięci zapisanych tam zależności logicznych uzależniających wartości sygnałów wyjściowych od określonych sygnałów wejściowych i wyjściowych i przesyłaniu tych zależności do zespołu logicznego.
W zespole logicznym podstawiane są aktualne wartości argumentów występujących w danym równaniu. Wartości te są pobierane z rejestrów: wejściowego i wyjściowego. Po rozwiązaniu równania określającego dany sygnał wyjściowy, uzyskana wartość jest wprowadzana do rejestru wyjściowego. Wartość sygnału wyjściowego spełnia w aktualnym stanie układu wymagania cyklu pracy zapisanego w pamięci w postaci równań.
Ze względu na to, że równania opisujące żądany cykl pracy są rozwiązywane w zespole logicznym jedno po drugim, instrukcja po instrukcji, mimo dużej szybkości działania rozwiązanie wszystkich równań trwa od kilku do kilkudziesięciu milisekund. W tym czasie działa sterowana maszyna i zmieniają się sygnały wejściowe; zmieniają się również sygnały wyjściowe. Trzeba zastosować środki zaradcze, gdyż równania podane na początku programu sterującego zapisanego w pamięci byłyby rozwiązywane dla innego stanu układu, niż równania podane w dalszej części programu. Można temu zapobiec przez „zamrożenie” określonego stanu wejść i wyjść na czas jednego cyklu obliczeniowego.
Wyjścia Y w cyklu następnym są funkcją aktualnie wysłanych wyjść oraz wejść, które były zbuforowane w chwili ukończenia poprzedniego cyklu.
Opisany sposób działania PLC powoduje opóźnienie reakcji na zmianę sygnałów wejściowych co najmniej o czas trwania jednego cyklu obliczeniowego.
1.Tekstowe
- lista instrukcji (ang. Instruction List IL) – język niskiego poziomu bardzo podobny do asemblera,
- tekst strukturalny (ang. Structured Text ST) – przypomina języki algorytmiczne wysokiego poziomu.
2.Języki graficzne
- język schematów drabinkowych (ang. Ladder Diagram) – analogia do realizacji sterowania w technice stykowej,
- język schematów blokowych (ang. Function Block Diagram) – analogia do realizacji sterowania w technice półprzewodnikowej.
Podstawowe zasady przy pisaniu programu sterującego w języku LD na sterownikach GE Fanuc:
1. Program wykonywany jest wg kolejności szczebli występujących w schemacie drabinkowym, od szczebla pierwszego do ostatniego.
2. Sygnał (prąd) przepływa od lewej strony szczebla (od szyny zasilającej) do prawej.
3. Jeśli w szczeblu występują połączenia równolegle, to najpierw sprawdzana jest linia położona najniżej.
...
mzg1