Instrukcja R0 Układy Przełączające i PLC

7/25/2019 Instrukcja R0 Ukady Przeczajce i PLC

1/19

Polit echnika Lubel sk a, Wydz ia Mechani cz ny

Katedra Automatyzacjiul . Nadbystrzycka 36, 20-618 Lubl in

tel ./fax.:(+48 81) 5384267 e-mail :automat@poll ub.pl ; wm.ka@pol lub.p

LABORATORIUM

PODSTAW AUTOMATYKI

Materiay pomocnicze do wicze nr A1, A2, A3

WPROWADZENIE DO UKADW

PRZECZAJCYCH ORAZDO BUDOWY I

PROGRAMOWANIA STEROWNIKW PLC

Wydzia Mechaniczny

Sala 406


2/19


3/19

Katedra Automatyzacji Politechniki Lubelskiej.Laboratorium Automatyki Przemysowej. Materiay pomocnicze do wicze nr A1, A2, A3.

Opracowa dr Pawe Staczek (ostatnia aktualizacja 21.02.2012)

SPIS TRECI

PRZEZNACZENIE OPRACOWANIA ................................................................. ............................................. 1

I. STYCZNIKOWE UKADY PRZECZAJCE........................................................................................ 1

UKADY PRZECZAJCE....................................................... ................................................................. ............ 1PODSTAWOWE FUNKCJE LOGICZNE...................................................................................................................... 2PRZEKANIKOWE UKADY STEROWANIA................................................................ ............................................. 3PRZEKANIKI CZASOWE....................................................................................................................................... 7

II. PROGRAMOWALNY STEROWNIK LOGICZNY (PLC) ........................................................................ 9

PODSTAWOWE ELEMENTY DIAGRAMU DRABINKOWEGO.................................................................................... 11

III. PYTANIA KONTROLNE ........................................................... ................................................................ 15

LITERATURA .................................................................................................................................................... 15


4/19

Katedra Automatyzacji Politechniki Lubelskiej.

Laboratorium Automatyki Przemysowej. Materiay pomocnicze do wicze nr A1, A2, A3.

Opracowa dr Pawe Staczek (ostatnia aktualizacja 21.02.2012)


5/19



Opracowa dr Pawe Staczek (ostatnia aktualizacja 21.02.2012) 1

PRZEZNACZENIE OPRACOWANIA

Niniejsze opracowanie jest wprowadzeniem teoretycznym do wicze

laboratoryjnych:

A1. Sterowanie modelem wtryskarki do tworzyw przy wykorzystaniu sterownika PLC.

A2. Sterowanie silnikiem krokowym przy wykorzystaniu sterownika PLC. Przetwornik

napicie->czstotliwo.

A3. Sterowanie manipulatorem binarnym przy wykorzystaniu sterownika PLC.

I. STYCZNIKOWE UKADY PRZECZAJCE

Ukady przeczajce

Ukady przeczajce to ukady automatyki przetwarzajce informacje dyskretne

(dwustanowe). W systemach automatyki przemysowej s to wszelkiego rodzaju ukady

sterujce dwustanowymi urzdzeniami wykonawczymi (typu zaczenie/wyczenie) na

podstawie dyskretnych sygnaw docierajcych z obiektu sterowania.

Typowymi rdami sygnaw dwustanowych w automatyce przemysowej s:

styki elektryczne przyciskw i przecznikw pulpitw sterowniczych (aktywowane

manualnie),

styki elektryczne wycznikw drogowych (kracowych) ruchomych podzespow

maszyn,

detektory obecnoci przedmiotw, czci, ludzi itp. (np. fotokomrki),

sygnalizatory graniczne wielkoci cigych (np. wyczniki termiczne, presostaty,

dyskretne sygnalizatory poziomu cieczy itp.),

styki (wyjcia) przekanikw czasowych (odmierzajcych zadane interway czasu).

Typowymi dwustanowymi urzdzeniami wykonawczymi s wszelkiego rodzaju

urzdzenia oddziaujce na obiekt sterowania, wymagajce dostarczenia dyskretnego sygnau

nastawiajcego, na przykad:

dwustanowy elektrozawr pneumatyczny,

trjfazowy silnik elektryczny zaczany przekanikiem,


6/19



Opracowa dr Pawe Staczek (ostatnia aktualizacja 21.02.2012)2

grzejnik elektryczny zaczany przekanikiem,

lampka sygnalizacyjna (monitorujca sygna dyskretny),

Ukady przeczajce dzieli si na dwie kategorie:

ukady kombinacyjne to ukady przeczajce, w ktrych wartoci wyj s funkcj

wycznie sygnaw wejciowych, tzn. nie zale od czasu (stanw przeszych);

ukady sekwencyjneto ukady przeczajce, w ktrych wartoci wyj zale take od

stanw przeszych ukadu (stanw wyj).

Podstawowe funkcje logiczne

Ukady przeczajce mog by budowane z wykorzystaniem elementw logicznych,

tj. elementarnych ukadw realizujcych podstawowe funkcje logiczne:

negacja (zaprzeczenie, NOT): xy (1)

x y

0 1

1 0

suma (lub, OR): 21 xxy (2)

x1 x2 y

0 0 0

1 0 1

0 1 1

1 1 1

iloczyn (i, AND): 21 xxy (3)

x1 x2 y

0 0 0

1 0 0

0 1 0

1 1 1

Jak wida, sposb dziaania ukadu logicznego (w oglnoci przeczajcego) moe

by podany rwnowanie w postaci funkcji (formuy matematycznej), tabeli (tzw. tabeli

prawdy ukadu) a take przepisu sownego lub wykresu (diagramu). Za pomoc symbolu 0

oznacza si warto logicznfasz, przez 1 wartoprawd.

x y

x1x2

y

x1x2

y


7/19




Na podstawie praw algebry Boolea mona wykaza, e dowolnie zoony ukad

logiczny (kombinacyjny) mona zrealizowa wykorzystujc tylko jeden element logiczny o

dziaaniu: negacja sumyalbo negacja iloczynu:

negacja sumy (NOR): 21 xxy

x1 x2 y

0 0 1

1 0 0

0 1 0

1 1 0

negacja iloczynu (NAND): 21 xxy

x1 x2 y

0 0 1

1 0 1

0 1 1

1 1 0

Przekanikowe ukady sterowania

Ukady przeczajce w przemysowych systemach automatyki realizowane s

kilkoma sposobami, wymienionymi wedug chronologii upowszechnienia:

z wykorzystaniem elektrycznych elementw czeniowych (stykw i przekanikw),

z zastosowaniem elektronicznych ukadw logicznych (tzw. bramek logicznych),

przez uniwersalne urzdzenia mikroprocesorowe zwane programowalnymi sterownikami

logicznymi(z ang. PLCProgrammable Logic Controller).

Na rys.1. oraz rys.2. przedstawiono wybrane symbole stykw elektrycznych

stosowanych w elektrotechnice. Styki z rys.1. nosz nazw stykw zwiernych lub

rwnowanie stykw normalnie otwartych (NO, ang. normally opened). Styki te w

warunkach neutralnych (normalnych) pozostaj rozwarte (nie przewodz prdu) a zamykaj

si pod wpywem dziaania czynnika aktywujcego (doni operatora, najazdu krzywki,

przekroczenia ustalonego progu temperatury).

x1x2

y

x1x2

y


8/19


9/19




Rys.3. Symbol elektrycznych stykwprzecznych

Rys.4. Przykad ukadu stycznikowegorealizujcego funkcj negacji

W podobny sposb mona zrealizowa funkcj iloczynu logicznego (3) czc

szeregowo dwa styki normalnie otwarte rys.5. Napicie zasilajce arwkpojawi si w

punkcie Y(stan logiczny 1) tylko wtedy gdy jednoczenie nacinite zostan dwa przyciski

P1iP2.

Rys.6. demonstruje sposb realizacji funkcji sumy logicznej (2): Y=P1 P2.

Rys.5. Sposb realizacji funkcji iloczynulogicznego z wykorzystaniem stykw zwiernych

Rys.6. Ukad stycznikowy realizujcy funkcjsumy logicznej

Styki elektryczne wraz z elektromagnesem je aktywujcym tworz przekanik

elektryczny rys.7. Przekanik elektryczny ma zawsze jedn cewk, moe natomiast mie

wiele sprzonych ze sob stykw rnego rodzaju (NO, NC oraz przecznych). Pyncy

przez cewk przekanika prd powoduje jednoczesne przeczenie wszystkich stykw.

Spryna powrotna przywraca normalne pooenie stykw przekanika po zaniku prdu

cewki.

Cewka przekanika oraz jego styki mog by umiejscowione na schemacie

elektrycznym w rnych odlegych od siebie miejscach (nawet na innych arkuszach

COM

NC

NO

P1

MY

+ -

Y

+ -

P2

M

P1Y

+ -

M

P1

P2


10/19




dokumentacji). O przynalenoci stykw przekanika do cewki przekanika decyduje ich

identyczne oznaczenie (np.K1)rys.8.

Rys.7. Wybrane symbole przekanikwelektrycznych

Rys.8. Przekanik elektryczny w roli elementu

negujcego XY

W ukadach sterowniczych stosuje si napicia bezpieczne (w przeciwiestwie do

czci siowej). Z reguy jest to 24V prdu staego (rzadziej przemiennego). Jeeli w danym

punkcie (na danym zacisku) ukadu sterowniczego panuje napicie bliskie bd rwne 0V to

mwimy, e sygna ma warto logicznego zera 0 (fasz). Napicie bliskie bd rwne

napiciu zasilania ukadu (typowo 24V) oznacza, e sygna ma warto 1 (prawda).

Przekanik ze stykami NC moe peni funkcj negacji rys.8. Jeeli sygnaem

wejciowym jest obecno napicia sterowniczego na zacisku X, to obecno napicia

zasilajcego na zacisku Yjest rwne X . Sygna wejciowy doprowadzony do zaciskuXmoe

pochodzi ze stykw: przycisku sterowniczego, wycznika termicznego, innego przekanika

itp. Od zacisku wyjciowego Ysygna (prd) moe przepywa do urzdzenia wykonawczego

(silnika, elektrozaworu itp.) lub do cewki przekanika realizujcego na przykad kolejn

funkcj logiczn w ukadzie przeczajcym.

Na rys.9. oraz 10. przedstawiono schematy ukadw przekanikowych realizujcych

funkcje iloczynu oraz sumy logicznej.

cewka

styk(styki)

K1

K2

Y

+ -

K1

X

K1

M


11/19




Rys.9. Sposb realizacji funkcji iloczynulogicznego 21 XXY z wykorzystaniem

przekanikw

Rys.10. Ukad przekanikowy realizujcy funkcjsumy logicznej 21 XXY

Przekaniki czasowe

Przekaniki elektryczne, w ktrych pooenie stykw zaley zarwno od sygnauzasilania cewki jak i od czasu nazywane s przekanikami czasowymi. Najczciej stosowane

w ukadach automatyki przekaniki czasowe realizuj nastpujce funkcje:

opnione zaczanie(ang. DelayOn),

opnione wyczanie(ang. DelayOff).

Symbole oraz sposb dziaania przekanikw czasowych przedstawiono na rys.11.

oraz 12. Czas opnienia moe by zmieniany przy pomocy pokrta lub potencjometru na

obudowie przekanika. Przekaniki z funkcj opnionego wyczania wymagaj cigego

zasilania (niezalenie od sygnau wejciowego).

Y

+ -

K2

X2

K1

K1

X1

K2

Y

+ -

K2X2

K1

X1

K2

K1


12/19




Rys.11. Symbol oraz diagram dziaaniaprzekanika czasowego typu opnione

zaczanie

Rys.12. Symbol oraz diagram dziaaniaprzekanika czasowego typu opnione

wyczanie

t0

1wy(R)

0

1we(U)

DELAY-ON

U

R

Kt3

DELAY-OFF

t0

1wy(R)

0

1we(S)

S

R

Kt4


13/19




II. Programowalny sterownik logiczny (PLC)

Programowalne sterowniki logiczne(z ang. Programmable Logic Controller PLC)

to rodzina urzdze cyfrowych przeznaczonych do realizacji zoonych ukadwprzeczajcych. Pierwsze urzdzania tego typu opracowane zostay dla potrzeb

przemysowych ukadw automatyki, gdzie byy wykorzystywane do sterowania prac

maszyn, przebiegiem procesw oraz caych cigw technologicznych. Z czasem sterowniki

PLC upowszechniy si take w innych obszarach gospodarki, midzy innymi w ukadach

automatyki budynkw, domw jednorodzinnych a nawet mieszka (np. programowalne

centrale alarmowe).

Podstawowym przeznaczeniem sterownika PLC jest realizacja ukadw

przeczajcych (kombinacyjnych i sekwencyjnych) budowanych dotd tradycyjnie na

elementach czeniowych (stykach i przekanikach). Charakterystyczn cech sterownikw

jest to, e ukad logiczny realizujcy dan funkcj (algorytm sterowania) jest zapisany w

pamici sterownika pod postaci wirtualnego ukadu stycznikowego i jest przetwarzany przez

mikroprocesor. W ten sposb urzdzenie wielkoci tostera moe pod wzgldem

funkcjonalnym zastpi du tradycyjn szaf sterownicz.

Sterownik PLC wyposaony jest w zestaw wej, do ktrych przyczane s dyskretne

(dwustanowe) sygnay elektryczne rys.II.1. Analogicznie jak w przypadku przeczajcych

ukadw stycznikowych rdem tych sygnaw mog by: styki przyciskw sterowniczych,

wyczniki drogowe ruchomych czci maszyn, sygnalizatory graniczne (poziomu, termiczne,

cinienia) itp. Sterownik przetwarza te sygnay zgodnie z wirtualnym algorytmem (ukadem

przeczajcym) zapisanym w jego pamici i udostpnia rezultaty poprzez swoje wyjcia,

ktrymi na og s styki przekanikw elektrycznych wewntrz sterownika (rys.II.1 .). Do

zaciskw stykw wyjciowych sterownika podczane s z reguy urzdzenia wykonawcze,

np. silniki, elektrozawory, grzejniki, klimatyzatory, owietlenie itp.


14/19




PLC24V

P1(START)

I0

0V

P2(STOP)

I1

I2

Q0

Q1

Q2

uP

~230V

M

L1(GOTOWY)

C

F1(PRZEGRZANIE)

L2(PRZEGRZANIE)

Rys.II.1. Przykadowy ukad sterowania z programowalnym sterownikiem logicznym (PLC)

Sowo programowalny w nazwie sterownikw PLC oznacza, e funkcja ukadu

przeczajcego realizowanego przez PLC moe by z zasady dowolna i zaley wanie od

sposobu zaprogramowania przez projektanta ukadu automatyki.

Najpopularniejszym jzykiem programowania sterownikw jest diagram drabinkowy

(z ang. Ladder Diagram LD). Programowanie w tym jzyku przypomina projektowanie

przeczajcego ukadu stycznikowego. Na rys.II.2. przedstawiono schemat przykadowego

ukadu przeczajcego zrealizowanego w technice stycznikowej. Rys.II.3. przedstawia

funkcjonalnie rwnowany mu diagram drabinkowy przy zaoeniu, e elementy ukadu

poczone s zgodnie z rys.II.1.


15/19




Rys.II.2. Ukad przeczajcy zrealizowany wtechnice stycznikowej

Rys.II.3. Diagram drabinkowy w pamicisterownika z rys.II.1. funkcjonalnie rwnowany

ukadowi przeczajcemu z rys.II.2

Podstawowe elementy diagramu drabinkowego

Diagram drabinkowy jest w istocie wirtualnym ukadem elektrycznym

(stycznikowym) zoonym z elementw przedstawionych w tab. II.1. Elementy czy si

wirtualnymi przewodami elektrycznymi na wywietlaczu sterownika lub na ekranie

komputera penicego rol programatora. Dwie pionowe linie diagramu drabinkowego

(rys.II.3) symbolizuj przewody elektryczne z napiciem sterowniczym (np. linia lewa24V,

linia prawa0V).

Przekaniki wejciowe sterownikw PLC (w skrcie wejcia) przeznaczone do

podczania sygnaw dyskretnych oznaczane s typowo du literI(z ang. Inputwejcie),po ktrej widnieje numer kolejny wejcia, np.I0, I1, I2, ... I9, Ia, Ib, ... If. Oznaczenia a, b, c

... f s notacj liczb 10, 11, 12 ... 15 w systemie szesnastkowym. Niektrzy producenci

urzdze stosuj konwencj oznacze ze znakiem %: %I0, %I1, %I2, ...

Na rys.II.1. przedstawiono ukady wejciowe wewntrz sterownika w postaci

przekanikw elektrycznych (In). W rzeczywistoci stosuj si tam ukady

pprzewodnikowe (transoptory) jednak takie ich przedstawienie uatwia zrozumienie dziaa

wej sterownika.

P1(START) P2

(STOP)K1

K1

L2(PRZEGRZANIE)

C

F1(PRZEGRZANIE)

K2

M

~230V

K2

K2

L1(GOTOWY)

I2(PRZEGRZANIE)

I0(START)

I1(STOP)

Q0(SILNIK)

Q0(SILNIK)

Q1(PRZEGRZANIE)

I2(PRZEGRZANIE)

Q2(GOTOWY)

I2(PRZEGRZANIE)

24V 0V


16/19




Tab.II.1. Podstawowe elementy jzyka drabinkowego

Symbol Opis Dziaanie

Styki zwierne (NO) przekanika wejciowegosterownika (ukadu wejciowego) o numerze n

Symbol przewodzi prd jeli do zaciskuwejciowego In sterownika dopywanapicie sterownicze

Styki rozwierne (NC) przekanika wejciowego onumerze n

Symbol przewodzi prd jeli do zaciskuwejciowego In sterownika nie dopywanapicie sterownicze

Cewka przekanika wyjciowego sterownika onumerze n

Jeeli przez symbol przepywa prd(dociera napicie) to styki zwierne(NO) przekanika wyjciowego nzamykaj si, a styki rozwierne (NC)otwieraj si

Styki zwierne (NO) przekanika wyjciowego

sterownika o numerze n

Symbol przewodzi prd jeli przez cewk

przekanika wyjciowego Qnprzepywaprd

Styki rozwierne (NC) przekanika wyjciowegosterownika numerze n

Symbol przewodzi prd jeli przez cewkprzekanika wyjciowego Qn nieprzepywaprd

Wejcie Set (zaczajce) przekanikawyjciowegosterownika o numerze n

Jeeli przez symbol popynie prd tostyki zwierne (NO) przekanikawyjciowego n zamykaj si, a stykirozwierne (NC) otwieraj si i zostaj wtych pooeniach nawet po zaniku prdu

(patrz take wejcieResetponiej)

Wejcie Reset (wyczajce) przekanikawyjciowegosterownika o numerze n

Jeeli przez symbol popynie prd tostyki zwierne (NO) przekanikawyjciowego n otwieraj si, a stykirozwierne (NC) zamykaj si i zostaj wtych pooeniach nawet po zaniku prdu(patrz take wejcie Setpowyej)

Przekaniki wyjciowe sterownikw PLC oznacza si liter Q oraz numerem

kolejnym: Q0, Q1, Q2.... (ewentualnie %Q0, %Q1, %Q2...). Naley podkreli, e przekanik

Qnskada si zarwno z cewki:

jak i ze stykw oznaczonych take Qn (analogicznie jak w tradycyjnych ukadach

stycznikowych):

In

In

Qn

Qn

Qn

S

Qn

Qn

R

Qn

Qn Qn


17/19




Specjalnego wyjanienia wymaga stosowanie symbolu stykw skojarzonych z

wejciami sterownika In. Styki wejciowe In naley rozumie jako styki elektryczne

wirtualnych przekanikw wewntrz sterownika (w rzeczywistoci s tam transoptory)

przeczanenapiciem elektrycznym przyoonym do zacisku wejciowego sterownika (tj. do

cewki wirtualnego przekanikaIn)patrz take rys. II.1. NIE NALEY zatem utosamia

symbolu stykw wejciowych I n (NO lub NC) z rzeczywistym stykiem elektrycznym

podczonym do wejcia sterownika!

Znajc podstawy programowania w diagramie drabinkowym przeanalizowane

zostanie dziaanie przykadowego ukadu przeczajcego, ktrego schemat tradycyjny

(przekanikowy) przedstawia rys.II.2. natomiast odpowiednik wirtualny rys. II.3.

(poczenia ze sterownikiem wedug rys.II.1). Sygnaami wejciowymi do obu ukadw s:

przyciskP1(START) ze stykami zwiernymi, ktrego nacinicie zacza w sposb trway

silnik elektrycznyM(silnik ma pracowa take po zwolnieniu przyciskuP1),

przycisk P2 (STOP) ze stykami rozwiernymi wyczajcy zasilanie silnika (przycisk

STOP ma priorytet wyszy ni przycisk START nacinite jednoczenie powoduj

wyczenie silnika),

wycznik termiczny silnika F1 ze stykami rozwiernymi rozwarcie stykw w wyniku

przegrzania silnika wycza zasilanie silnika (wycznik F1 ma priorytet wyszy ni

przycisk START zadziaanie wycznika z jednoczenie przycinitym przyciskiem

START powoduje wyczenie silnika).

Sygnaami wyjciowymi z rozwaanych ukadw s:

zasilanie silnika elektrycznegoM,

lampka kontrolna L1(GOTOWY), ktra wieci gdy styki wycznika termicznego F1s

zamknite,

lampka kontrolna L2(PRZEGRZANIE), ktra wieci gdy styki wycznika termicznego

F1s otwarte.

W ukadzie stycznikowym funkcja podtrzymania stanu zaczenia silnika

zrealizowana jest przez przekanik K1 (styki zwierne K1poczone rwnolegle z P1).

Analogicznie jest w diagramie drabinkowym rol podtrzymania peni styk przekanika

wyjciowego Q0.

LampkaL2(GOTOWY) zasilana jest bezporednio ze stykw normalnie zamknitych

wycznikaF1. W przypadku diagramu drabinkowego styki zwierne wejcia I2s zamknite

jeli do zacisku wejciowego dopywa napicie przez zamknite stykiF1. Zamknite stykiI2zasilaj cewk przekanika wyjciowego Q2 i lampka L2 wieci. UWAGA! Czsto


18/19




popenianym bdem jest utosamianie stykw wirtualnego przekanika wejciowego

(I 2) z rzeczywistym stykiem fizycznie podczonym do wejcia sterownika (F1) i

machinalne zastosowanie stykw normalnie zamknitych I 2 zamiast

zwiernych . Takie rozumowanie prowadzi do bdnego dziaania ukadu!

W ukadzie stycznikowym przekanik K2 realizuje funkcj negacji sygnau z

wycznika termicznegoF1(lampkaL2nie wieci jeli stykiF1s zamknite). W diagramie

drabinkowym do tej samej roli wykorzystano rozwierne styki wejciaI2.


19/19




III. PYTANIA KONTROLNE

1. Co to s ukady przeczajce w automatyce?

2. Wyjanij rnice midzy przeczajcymi ukadami kombinacyjnymi a sekwencyjnymi.

3. Podaj tabel prawdy dla nastpujcej funkcji logicznej: 321 )( xxxy .

4. Narysuj schemat ukadu logicznego z poprzedniego polecenia uywajc symboli

podstawowych bramek logicznych.

5. Narysuj schemat elektryczny ukadu stycznikowego realizujcego funkcj podan w

poleceniu 3. Niech wejciami do ukadu bd stany przyciskw ze stykami zwiernymi lub

rozwiernymi (do wyboru) a wyjciem zawiecenie lampki kontrolnej.

6. Narysuj schemat elektryczny ukadu stycznikowego realizujcego funkcj podan w

poleceniu 3 przy zaoeniu, e wszystkie przyciski wej maj tylko styki zwierne.

7. Narysuj diagram drabinkowy realizujcy funkcj logiczn z polecenia 3. Niech przyciski

wej maj styki zwierne i s podczone odpowiednio do wej I1, I2, I3. Lampka

kontrolna (wyjcie) podczona jest do stykw przekanika wyjciowego Q0.

8. Narysuj diagram czasowy wyjaniajcy dziaanie przekanika czasowego z funkcj

opnione zaczanie (Delay-Off).

9. Objanij dziaanie elementw diagramu drabinkowego:Qn

S oraz

Qn

R .

LITERATURA

1. Waligrski S.: Ukady przeczajce. Elementyteorii i projektowanie

2. Grodzki L.:Podstawy techniki cyfrowej

3. Siwiski J.: Ukady przeczajce w automatyce

4. Flaga S.:Programowanie Sterownikw PLC w jzyku drabinkowym

5. Jegierski T., Wyrwa J., Kasprzyk J., Hajda J.:Programowanie sterownikw PLC

6. Ruda A.: Sterowniki programowalne PLC

Instrukcja R0 Układy Przełączające i PLC

Documents

Transcript of Instrukcja R0 Układy Przełączające i PLC