STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

Pojęcie Sterownika

Sterowniki PLC to komputery przemysłowe zaopatrzone w system wejść wyjść (WE/WY)  dzięki którym sterownik może komunikować Się z obiektem sterowania i może realizować na nim zadany algorytm sterowania. Możemy wyodrębnić 2 grupy sterowników w zależności od rodzaju wejść i wyjść jakie posiadają:

1)     binarne sygnał przyjmuje wartości dyskretne (0 odpowiada 0V, 1 odpowiada 24V)

2)     analogowe sygnał może przyjmować wartości w zadanym zakresie (np 4-24V)

Mogą też istnieć sterowniki o mieszanych wejściach i wyjściach

Różnice pomiędzy PLC a układami tradycyjnymi

Dawniej układy budowano głównie w oparciu o przekaźniki ( hardwarowo ), co zajmowało wiele miejsca, powodowało sporą komplikację układu i małą niezawodność. Nie było także możliwości zmiany w strukturze sterowania. W momencie pojawienia się układów scalonych program był na stałe zapisywany w pamięci układu dyskretnego co zwiększyło niezawodność ale wciąż nie dawało możliwości używania jednego układu do wielu zastosowań(wąska specjalizacja). Dopiero pojawienie się mikrokontrolerów oraz pamięci kasowalnych można było zapewnić komunikację z komputerem i możliwość układania dowolnych algorytmów sterujących.    

Zasada działania i przetwarzania informacji

Cechą charakterystyczną działania sterowników PLC jest to, że realizują one sterowanie w oparciu o program, tj. sekwencję instrukcji programowych. Sygnały z procesu (obiektu) traktowane jako nośnik informacji przekazywa­ne są przez moduły wejściowe do jednostki centralnej CPU(CPU (Central Processing Unit) - jednostka centralna - lub mikroprocesor (pojedyncza jednostka układu scalonego) w przypadku mikrokomputera - może pobierać, odkodować i wykonywać instrukcje oraz przesyłać in­formacje do i z innych źródeł za pomocą głównej ścieżki transferu da­nych, czyli magistrali. Jednostka centralna jest układem scalonym, który pełni rolę „mózgu" komputera. W niektórych przypadkach termin ten obejmuje zarówno procesor, jak i pamięć komputera lub główną konsolę komputera.). Moduły wejść cy­frowych przetwarzają poziom zewnętrznych sygnałów binarnych z procesu na wewnętrzny poziom sygnałów sterownika. Moduły wejść analogowych przetwa­rzają sygnały ciągłe z procesu na postać cyfrową przystosowaną do dalszej ob­róbki przez CPU. W oparciu o program sterowania, CPU przetwarza te sygnały i w zależności od ich stanu, a także w oparciu o stan wewnętrznych komórek pamięci prze­chowujących pośrednie wyniki przetwarzania, tj. liczników, timerów , rejestrów i flag decyduje o:

Ø      wysterowaniu odpowiednich flag (znacznik używany przez komputer przy przetwarzaniu lub interpreto­waniu informacji; sygnał wskazujący na istnienie lub stan konkretnego warunku. Flagi wykorzystuje się w takich dziedzinach, jak komunikacja i przetwarzanie informacji) lub wyjść sterownika,

Ø      przejściu do dalszych części programu pomijając określone jego frag­menty.

Moduły wyjść binarnych przetwarzają wewnętrzny poziom sygnałów ste­rownika na zewnętrzne sygnały o poziomie sygnałów wymaganych przez pro­ces. Moduły wyjść analogowych przetwarzają wartości cyfrowe o poziomie sygnałów sterownika na sygnały analogowe o poziomie i zakresie wymaganym przez proces (np. liczbę całkowitą na prąd stały o natężeniu 4-20 mA).

Budowa Sterownika PLC

źródło [1]

Cykl pracy sterownika

Część logiczna programu sterującego wykonywana jest w sposób powtarzal­ny do momentu zatrzymania za pośrednictwem instrukcji z programatora, prze­łącznika RUN-STOP lub innego urządzenia zewnętrznego. Ciąg operacji ko­niecznych do jednorazowego wykonania programu sterującego nazywany jest cyklem pracy sterownika. Oprócz wykonania części logicznej programu sterującego, cykl pracy sterownika zawiera również fazy gromadzenia danych z urzą­dzeń wejściowych, wysłania informacji do urządzeń wyjściowych, przeprowa­dzenia wewnętrznej inicjacji sterownika, obsługi programatora oraz komunika­cji z innymi urządzeniami. Jako przykład przedstawiony zostanie standardowy cykl pracy sterowników z serii 90-20, 90-30 firmy GE Fanuc  .

Cykl standardowy składa się z siedmiu faz:

źródło [1]

Gdy sterownik wykonuje wszystkie fazy cyklu standardowego, mówimy, że pracuje w trybie pracy RUN. Inne możliwe tryby pracy to tryb zatrzymania ste­rownika z nieaktywnymi wejściami (STOP/NO 10), tryb zatrzymania sterowni­ka z odczytem wejść i ustawianiem wyjść (STOP/IO SCAN). W trybie STOP logiczna część programu nie jest wykonywana. Każdy z wymienionych trybów pracy sterownika jest uaktywniany przez parametry konfiguracyjne lub zdarze­nia wynikłe w trakcie pracy systemu.

Forma programu sterującego

Do programowania sterowników PLC służą języki problemowe, tj. opraco­wane do formułowania zadań z określonej dziedziny, w tym przypadku z dzie­dziny sterowania. Języki te w większości są zgodne z międzynarodową normą IEEE 1131-3. Konsekwencją takiej unifikacji jest stosowanie w językach pro­gramowania sterowników wiodących firm, podobnej listy rozkazów oraz bardzo zbliżonej formy graficznej i architektury programów sterujących. Forma

programu: źródło [1]       

Przykładowy Program

Należy skonstruować algorytm sterowania obiektem z jednego miejsca z możliwością awaryjnego wyłączania:

schemat funkcjonalny

schemat drabinkowy

1J run

3J blokada

5J stop

1M sterowanie cewką 1M

3Q cewka wykonawcza

Bibliografia

[1] L. Kaszycki "Sterowniki PLC układy i zastosowanie" .  Prace seminaryjne IEIAO