PLC -programovatelné automaty Automatizační technika

Bloková struktura programovatelného automatu

Definice PLC podle IEC 1131-1 Programovatelný logický automat (PLC) je číslicový elektronický systém navržený pro použití v průmyslovém prostředí, který používá programovatelnou paměť pro uložení uživatelsky orientovaných instrukcí sloužících k implementaci specifických funkcí, jako jsou logické funkce, funkce pro vytváření sekvencí, funkce pro časování, funkce pro čítání a funkce pro aritmetické výpočty, a to za účelem řízení různých typů výrobních strojů a procesů pomocí číslicových a analogových vstupů a výstupů

Funkce PLC

Různá označení pro PLC PLC - Programmable Logic Controller PC - Programmmable Controller SPS - Speicher Programmierbare Steuerung FPC - Free Programmable Controller PA - Programovatelný automat špatné překlady: kontrolér, řadič, regulátor,….

Vznik PLC 1968 - inženýři v automobilce General Motors hledali alternativní řešení ke komplexním elektromechanickým (reléovým) řídicím systémům nevýhody reléového řízení: pevné propojení obtížná změna řídicí funkce nákladné uvádění do provozu a údržba

Požadavky na nový řídicí systém jednoduché programování změny programu beze změn v zapojení menší, levnější a spolehlivější než odpovídající reléové řízení jednoduché uvádění do provozu jednoduchá a levná údržba

První PLC (sedmdesátá léta) jednoduchý systém umožňující připojení a zpracovávání binárních signálů pouze logické operace jednobitový procesor programování v grafickém jazyku podobném reléovým schématům zapojení (rekvalifikace dělníků)

PLC dnes průmyslový mikropočítač přizpůsobený nasazení v podmínkách průmyslové výroby odolný proti rázům, prachu, výkyvům teplot,vlhkosti, elekrickému i elekromagnetickému rušení klíčový prvek průmyslové automatizace

Třídění PLC Hlediska : velikost (počet I/O) provedení počet procesorů

Typy PLC - podle 1. velikosti I mikro PLC - (někdy název programovatelná relé) do 20 I/O, malá paměť, bez možnosti komunikace (např. Siemens: LOGO!, Mitsubishi: ALFA, Moeller: EASY) malá PLC (někdy označení mikro) - do 128 I/O, některá velmi výkonná i s možností komunikace (např. Festo: FEC20, FEC30, Siemens: S7-200, Teco: TECOMAT TC600 )

Typy PLC -podle 1. velikosti II střední výkonnostní třída - 128 až 512 I/O modulární provedení (např. Siemens SIMATIC S7-300, Festo FPC 404) nejvyšší výkonnostní třída - až tisíce I/O, vždy modulární provedení, velký formát karet (např. Festo FPC 405, Siemens SIMATIC S7-400) trend: distribuované systémy řízení

Typy PLC - podle 2. provedení kompaktní - vše v jednom - napájecí zdroj, CPU a vstupy a výstupy jsou v jednom modulu, PLC lze rozšiřovat pomocí dalších funkčních modulů modulární- různé typy modularity - napájecí zdroj, CPU a vstupy a výstupy jsou v samostatných modulech, tato PLC lze rozšířit o více modulů než kompaktní PLC

Kompaktní PLC - uživatelský pohled Ovládací prvky (RUN, STOP) a seřizovací prvky (trimmer) Pouzdro LED-vstupy Diagnostika chodu Vstupy LED-výstupy Výstupy Komunikační kanály

Pouzdro Kompaktní PLC: pouzdro, kazeta, vana montáž na lištu DIN do rozvaděče svorkovnice rozšíření pomocí kompaktních rozšiřujících modulů

Kompaktní PLC a rozšiřující modul

Modulární PLC - uživatelský pohled - tzv. konfigurace Modul napájení Modul CPU Signálové moduly(binární, analogové) Základní rám Expanzní (propojovací) moduly Rozšiřující rám Signálové moduly Komunikační moduly Speciální moduly

Základní a rozšiřující rám Modulární PLC: rám, nosná deska, lišta systémová a napájecí sběrnice zásuvné moduly (periferní jednotky) rozšiřující rám expanzní moduly (umožňují propojení základního a rozšiřujícího rámu) různé šířky rámů (11“,13“,15“,19“)

Modulární PLC

Typy PLC-podle 3. počtu procesorů Jednoprocesorová - některá mohou umožňovat i multitasking (kvaziparalelní běh několika procesů) Víceprocesorová - většina modulárních PLC (komunikační a speciální moduly mají většinou vlastní procesor) - je možný multiprocessing (paralelní běh několika procesů), např. FESTO FPC 404

Aplikační oblasti PLC Podle časopisu Control Engineering : 87 % pro řízení strojů 58 % pro řízení procesů 40 % pro řízení pohybů velká aplikační oblast budoucnosti: řízení budov

PLC hardware Obvyklá výstavba kompaktních a modulárních PLC a související problematika

Zdroj nejčastěji 24 V DC nebo 230 V AC buď integrován v modulu CPU nebo v samostatném modulu řada modulů zdrojů s různými výkony (podle potřeby dalších periferních jednotek) pozor na správnou konfiguraci! (vyspělá programovací prostředí podporují správný výběr zdrojového modulu )

Centrální procesorová jednotka - -CPU (Central Processor Unit) jádro PLC určující výkonnost jednoprocesorová i víceprocesorová (matematické koprocesory, komunikační procesory, vstupně-výstupní procesory) operační rychlost posuzována podle doby cyklu (doba zpracování 1000 logických instrukcí) … 10-1 až 101 milisekund různá CPU pro daný typ automatu (rychlost, oper. paměť, cena)

Cyklické vykonávání programu 1. Čtení vstupů 2. Zpracování programu 4. 1. 3. 3. Vysílání výstupů 4. Režie systému (aktualizace systémových proměnných, komunikace) 2. 1+2+3+4=“scan”, smyčka, cyklus

Cesta I/O signálů v PLC Input Image (obraz vstupů) Input Modul Senzor Program pro PLC Output Image (obraz výstupů) Output Modul Aktor

CPU - paměťový prostor Systémová paměť - systémový program, (operační systém) - EPROM Paměť dat - systémové registry, uživatelské registry, zápisníkové registry ( merkery, flagy), čítače, časovače, vyrovnávací registry pro obrazy vstupů a výstupů (Input Image, Output Image) - RAM (RWM) Uživatelská paměť- uživatelský program (soubor tzv. procesů) - EPROM (EEPROM)

Moduly binárních (digitálních) vstupů - DI-princip Detekce chybného napětí Zpoždění signálu (filtrace) Optočlen (fotodioda + fototranzistor) Galvanické oddělení Vstupní signál z TP Signál přicházející do CPU Signalizace (LED)

Moduly binárních (digitálních) vstupů - DI - typy stejnosměrné: 5V, 12V,24V,48V střídavé: 24V,48V, 115V,230V uspořádání do skupin po 4, 8, 16, 32 společný vodič pro napětí kladné resp. záporné polarity (pro senzory s výstupním tranzistorem typu PNP resp. NPN)

Moduly binárních (digitálních) výstupů -DO-princip Optočlen (fotodioda + fototranzistor) Zesílení signálu Ochrana před zkratem Galvanické oddělení Signál přicházející od CPU Výstupní signál do TP Signalizace (LED)

Moduly binárních (digitálních) výstupů - DO - typy pro stejnosměrné spínané napětí se spínacími prvky tranzistorovými typu NPN i PNP: 24V,48V pro střídavé spínané napětí : 24 až 250V AC,24 až 48V AC, 115V až 230V AC se spínacími jednotkami triakovými pro stejnosměrné i střídavé napětí (do 250 V AC/ 60V DC) se spínacími prvky reléovými

Analogové vstupní moduly (AI) např. pro připojení senzorů teploty, vlhkosti, tlaku, hladiny, síly, polohy, rychlosti důležitá část: A/D převodník (šířka 8 nebo 12 bitů) - přesnost převodu některé s galvanickým oddělením specializované typy (pro termočlánky či odporové teploměry)

Analogové výstupní moduly (AO) pro ovládání akčních členů či zařízení se spojitým vstupním signálem - např. servopohony, frekvenční měniče, ručkové měřicí přístroje … D/A převodník (8 nebo 12 bitů) napěťové proudové - aktivní - akční člen napájen přímo z automatu, omezen jeho max. odpor - pasivní- akční člen musí mít vlastní zdroj proudu

Systémové programové vybavení Uživatelské programové vybavení PLC -SW vybavení Systémové programové vybavení Uživatelské programové vybavení

Systémové programové vybavení I Systémový program (operační systém - OS) HW závislý - každý výrobce jiný systém jednoúlohové zpracovávání uživatelského programu bez přerušení víceúlohové zpracovávání (multitasking) na jednom procesoru příp. i s přerušením víceúlohové zpracovávání (multitasking) na více procesorech včetně přerušení

Časovače

Časovače

Časovače

Čítače

Čítače

Tlačítka