Distribuované systémy Vypracoval: Martin Vyoral

Osnova Co je programovatelný automat Blokové schéma typického PLC automatu Typy programovatelných automatů Popis jednotlivých částí automatu Třídění PLC Automatů Malé programovatelné automaty SLC 500TM Malé programovatelné automaty MicroLogic 1000 Komunikační rozhraní RS–232 a DH- 485 Přehled instrukcí programovatelného automatu SLC 500TM a MicroLogic 1000 RSLinx RSLogic 500 Programování PLC automatů Úlohy

Co je programovatelný automat Programovatelný automat: je uživatelský programovatelný řídící systém přizpůsobený pro řízení průmyslových a technologických procesů nebo strojů. Nejčastěji se označuje zkratkou PLC (Programmable Logic Controller), česká zkratka je PA (Programovatelný automat). Původně byli navrženy k řešení úloh logického řízení, často jako přímá náhrada pevné releové logiky. V součastných aplikacích se zvyšuje podíl úloh regulačního typu, monitorování i úloh měření. Mezi výrobce PLC automatů patří například:ABB, Allen-Bradley, AEG, B+R, Eberle, Klöckner Moeller, Festo, GE, H+B, Idec, Matsushita, Mitsubishi, Omron, Saia, Siemens, Telemechanique.

Typy programovatelných automatů Mikro PLC – Nabízejí pevnou sestavu vstupů a výstupů, kompaktní provedení, malé rozměry a nízkou cenu. Jejich funkční a programátorský komfort je obvykle redukován na nezbytné minimum, komunikační možnosti obvykle chybějí. Kompaktní PLC – Nabízejí určitou i když omezenou variabilnost. Uživatel může k základnímu modulu připojit jeden,nebo několik přídavných modulů z omezeného sortimentu s pevnou kombinací vstupů a výstupů Modulární PLC – Větší volnost ve volbě konfigurace, možnost zasouvat libovolné moduly, jeden systém může být tvořen několika rámy, rozšiřovací moduly mohou být připojeny na vzdálenosti stovek metrů. Programovatelné pracovní stanice – Sdružují funkce PLC a operátorského panelu. Výhody – integrace funkcí, praktické konstrukční provedení výhodný poměr cena/výkon, široké možnosti uplatnění i tam, kde bylo použití tradičního PLC s odděleným operátorským panelem dosud cenově nedostupné.

Blokové schéma typického PLC automatu Programovatelný automat se skládá: Centrální procesorové jednotky Systémové paměti Uživatelské paměti Vstupních a výstupních jednotek pro připojení řízeného systému Komunikačních jednotek pro komunikaci se souřadnými i nadřazenými řídícími systémy Navzájem jsou propojeny systémovou sběrnicí

Popis jednotlivých částí automatu CPU (centrální počítačová jednotka) – je jádrem celého prog. Automatu. Určuje jeho výkonost.Může být jednoprocesorová, nebo víceprocesorová. Důležitým parametrem CPU je operační rychlost. Paměťový prostor se může dělit na paměť uživatelskou, systémovou a paměť dat. Binární vstupní jednotky – slouží k připojování prvků pro tvorbu vstupů s dvouhodnotovým charakterem výstupního signálu např. tlačítka,přepínače……… Binární výstupní jednotky – slouží k připojování nejrůznějších akčních členů s dvouhodnotovým charakterem vstupního signálu, např. různá optická i akustická signalizační zařízení,cívky relé, stýkačů atd. Analogové vstupní jednotky – zprostředkují kontakt prog. Automatu se spojitým prostředím (snímače, inteligentní přístroje s analog. vstupy atd.) Důležitou součástí je A/D převodník s rozsahem 8nebo 12 bitů. Analogové výstupní jednotky - slouží pro ovládání různých akčních členů či zařízení se spojitým charakterem vstupního signálu, jako jsou např. spojité servopohony, frekvenční měniče, ale třeba i ručkové měřící přístroje apod. Nezbytnou součástí je D/A převodník. Speciální jednotky – mohou mít specializované moduly pro řešení regulačních úloh ( např. regulátor PID ), nebo pro řešení regulačních úloh s využitím fuzzy logiky a fuzzy regulace.

Třídění PLC Automatů dle různých hledisek Kompaktní PA (KPA) - menší - měly původně pevně danou konfigurací integrovaných modulů a byly uzavřeny v jednom  pouzdře. Pouzdro se montuje přímo do výrobku, je snaha o určitý stupeň modularity a je možno i u malých aplikací přizpůsobit sestavu. Typickými aplikačními oblastmi jsou např. řízení klimatizačních zařízení a technického vybavení v budovách, ovládání garážových vrat, zvedacích plošin, mycích linek, prodejních automatů, balicích strojů apod. KPA mohou ale sloužit i jako komponenty v distribuovaných řídicích systémech. Modulární PA jsou vhodné pro automatizační úlohy středního a velkého rozsahu. Je tvořen v podstatě pevným procesorovým jádrem s napájecím zdrojem umístěným v rámu, ke kterému se přes sběrnici připojují místní i vzdálené periferní jednotky. Kromě i analogové vstupně výstupní jednotky bývá možnost volby jednotek pro rychlé čítání, polohování, nejrůznější typy komunikace, regulaci, i pro speciální funkce. U úloh většího rozsahu je důležitá problematika MMI (Man Machine Interface), tedy rozhraní mezi člověkem a strojem, případně technologickým procesem. Mělo by být dostatečně uživatelsky vstřícné s vizualizací a diagnostikou chyb. Nezbytným doplňkem MPA jsou také ovládací panely, datové terminály a vizualizační prostředky.

Malé programovatelné automaty SLC 500TM Firma Rockwell Automation nabízí celou škálu řídících systémů. My máme v laboratoři k dispozici systém Allan – Bradley TM SLC 500 TM a MicroLogic 1000…. Malé programovatelné automaty SLC 500 TM Vyrábí se ve dvou hardwarových kategoriích (kompaktní automaty,modulární automaty). Kompaktní automaty Obsahují pevně vložený procesor s možností připojení na DH – 485 Automat nabízí rozšířené možnosti síťové komunikace Počet I/O bodů kze rozšířit až na 104 Kapacita paměti RAM je 1KB instrukcí nebo 4KB slovních dat Dva přídavné moduly mohou obsahovat 64 dalších I/O bodů

Malé programovatelné automaty SLC 500TM Modulární automaty Modulární systémy SLC – 500 jsou stavebnice Skládají se ze zdrojů, procesorů a periferních jednotek zasunutých do rámů se 4,7,10 nebo 13 pozicemi Nabízejí značnou flexibilitu systémové konfigurace a větší I/O kapacitu než kompaktní automaty Uživatel si může vybrat z různých modulových polic (rámů), napájecích zdrojů, procesorů a diskrétních nebo speciálních I/O modulů k vytvoření aplikačního řídicího systému

Moduly systému SLC 500 Rám (šasí) – jsou určeny pro umístění procesoru a vstupně – výstupních jednotek. Jsou k dispozici 4,7,10,13 pozicové. Procesor – 5/01, 5/02, 5/03, 5/04, 5/05 Napájecí zdroj – Allan – Bradley nabízí sedum různých napájecích zdrojů, z toho tři střídavé a 4 stejnosměrné. Střídavé mohou být konfigurovány pro provoz 120 nebo 240 V stř I/O moduly - analogové, diskrétní, speciální Moduly systému SLC 500 TM

Typy procesorů pro řídící automaty SLC - 500 SLC 5/01 nabízí: Instrukční sadu stejnou jako pevný automat Paměť pro program 1Kb, nebo 4Kb instrukčních slov Adresování až 256 I/O Komunikace po DH – 485 peer-to-peer zahájena z jiného uzlu Programování žebříčkovou logikou Rozšířené programové instrukce SLC 5/02 nabízí: rozšířenou instrukční sadu, zvýšené diagnostické možnosti a rozšířené komunikační možnosti oproti SLC 5/01 a pevným automatům. A dále poskytuje: 4KB programové paměti (16 KB datových slov) Komunikace DH – 485 peer-to-peer Rozšiřující programové instrukce ( algoritmusPID,volitelné časové přerušení,indexové adresování, uživatelské chybové rutiny, instrukce pro posílání zpráv po síti).

Typy procesorů pro řídící automaty SLC - 500 SLC 5/03 ,5/04 a 5/05 jsou více než desetkrát rychlejší než původní procesor SLC 5/02, což podstatným způsobem rozšiřuje možnosti jejich využití. Tyto procesory jsou osazeny 32-bitovými procesory Motorola. Jsou určeny pro náročnější aplikace, kde je požadována rychlost a spolehlivost. Také poskytují celou řadu nových možností, které přispívají ke zvýšení výkonu aplikací a snížení ceny, jako například: on-line editace, vestavěný RS-232 kanál, větší uživatelská paměť, hodiny reálného času, časové přerušení s rastrem od 1ms, přerušení od vstupů až do 1 KHz, připojení na Ethernet

Malé programovatelné automaty MicroLogixTm 1000 MicroLogix 1000 je dodáván ve dvou provedeních o 16 nebo 32 I/O místech Je možno vybrat si z osmi různých konfigurací v závislosti na napájecím napětí Pro modelování procesorových dat jsou použity paměti typu RAM a EEPROM Paměť má kapacitu 740 slov programu a 258 slov dat Komunikace mezi řídícím systémem a PC probíhá po lince RS – 232 C Programovací software je stejný jako u automatu SLC – 500 MicroLogix 1000TM Boční strana automatu s popisem

Komunikační rozhraní RS–232 a DH- 485 Sériová komunikační linka Protokol DF1 (Full Duplex) Rychlost 19,2 kb/s Pro spojení dvou zařízení Pro spojeni PC – PLC je nutno použít křížený kabel DH – 485 Vzdálenost 1250 m Počet stanic 0-31 Pro připojení k PC je možné použít konvertor PIC RS - 232 Konvertor 1747 - PIC

Přehled instrukcí programovatelného automatu SLC 500TM a MicroLogic 1000 Instrukce lze rozdělit do následujících skupin: Bitové Časovače a čítače Logické a pro práci s daty – přesuny, kopírování Instrukce porovnávání – větší, menší, limit apod. Matematické Sekvencery S operandem typu FILE Bitové posuny, LIFO a FIFO zásobníky Komunikační – komunikace s ostatními automaty na síti Instrukce I/O přerušení Podrobnější popis všech instrukcí lze najít na webové adrese: http://homel.vsb.cz/~rep75/Predmety/Distrib_sys/InstrukceSLC500/index.html

RSLinx 32 bitový produkt systém zajišťující komunikaci s automaty Allan – Bradley Zajišťuje propojení na průmyslové sítě aplikacím využívající DDE (Dynamic Data Exchange) nebo OPC (OLE for Process Control). Nejdůležitějším oknem programu RSLinx je okno nazvané RSWho, které obsahuje seznam nadstavených sítí a automatů do těchto sítí připojených

Pracovní okno RS Linx

RSLogic 500 Stručný popis vlastností: RSLogic 500 je 32 bitový program od firmy Rockwell Software umožňující programování (v příčkovém diagramu) procesorů SLC 500, MicroLogic 1000,1200,1500. Vlastnosti softwaru: Přehledné zobrazení celého projektu Variabilní editor příčkové logiky Drag and Drop editace Uživatelské zobrazení dat ASCII editor Přehledné zobrazení statusu Jednoduchá konfigurace komunikací Výkonný editor databáze Funkce Search a Replace Flexibilní komunikace přes Rockwell Software WINteligent LINX nebo RSLinx. Kompatibilní s PLC-500 a Micrologix A.I. Sérií, APS a MPS programovacími softwary

Programovací prostředí RSLogic Pracovní okno RSLogic

Práce s RSLogic 500 Zakládání projektu: Založíme nový projekt Vybereme a pojmenujeme procesor automatu Nadstavíme konfiguraci automatu ( jaké moduly máme do automatu vložené ). Nadstavíme komunikační kanály procesoru Tyto parametry nadstavujeme tlačítkem controler v levém panelu programovacího prostředí. Přesný popis práce s projektem a nadstavení komunikace najdeme v kapitole 3.3 na webové adrese http://homel.vsb.cz/~rep75/Predmety/Distrib_sys/Vytah/03.htm

Programování PLC automatů K programování PLC systémů lze využít specializovaných jazyků, původně navržené pro snadnou , názornou a účinnou realizaci logických funkcí. Jazyky systémů různých výrobců jsou podobné, nikoliv však stejné. Přímá přenositelnost programů mezi PLC různých výrobců není možná,daří se to obvykle mezi systémy téhož výrobce. Rozlišujeme čtyři typy jazyků: Jazyk mnemokódů Jazyk konstantních releových schémat Jazyk logických chémat Jazyk strukturovaného textu My se budeme hlouběji zabývat programováním pomocí ladder (žebříčkového) programování. Což je jazyk založený na reléových schématech s rozdílem, že příčky v reléových schématech mají elektrickou spojitost a příčky v laader diagramech mají spojitost logickou.

Programování v „žebříčkovém“ (ladder) diagramu Funkce žebříčkových programů Žebříčkový program vkládaný do paměti kontroleru obsahuje bitové instrukce, které reprezentují externí vstupní a výstupní zařízení Žebříčkový program se skládá z jednotlivých příček (rung), které každá z nich obsahuje nejméně jednu výstupní instrukci a jednu, nebo více vstupních instrukcí (vstupní vlevo, výstupní vpravo). K provedení výstupní instrukce je třeba, aby vyhodnocení všech vstupních instrukcí, předcházejících této výstupní instrukci, bylo pravdivé (true). Ukázka jedné příčky žebříčkového programu

Programování v „žebříčkovém“ (ladder) diagramu Operační cyklus procesoru: Prohlížení vstupů – čtení externích vstupů a jejich zápis do vstupních datových souborů Prohlížení programu – provádění programu. Při provádění programu, procesor provádí kompletní seznam instrukcí v pořadí příček tak,jak jdou shora dolů a v příčce zleva doprava.Opravují se bity na základě výstupních instrukcí. Komunikace – komunikace s připojenými zařízeními Vnitřní údržba – provádění vnitřní údržby procesoru

Adresace datových souborů Pro práci s datovými soubory musíme znát mechanizmus adresování těchto souborů Každý datový soubor je identifikovány písmenem představující datový typ a písmenem Datové typy obsahují elementy jejichž velikost je různá podle dat. typu Tyto elementy se dále dělí na slova, nebo bity Adresovány mohou být jednotlivé elementy, slova, nebo bity Adresy jsou tvořeny pomocí alfanumerických znaků oddělených oddělovači Adresace datových souborů Typy datových souborů

Úloha 1 SP1 SP2 Ž1 Ž2 1 Ž1 Ž1 Ž2 Ž2 - Pravdivostní tabulka Zadání úlohy: – Zapojte úlohu, kdy spínačem SP1 sepnete první žárovku Ž1 a spínačem SP2 sepnete druhou žárovku Ž2. Schéma zapojení 24VDC Ž1 SP 1 SP1 SP 2 Ž1 Ž2 Ž2 SP2 + - DC COM I/0 I/1 I/2 I/3 I/4 DC COM I/5 I/6 I/7 I/8 I/9 24VDC 24 V Micrologix 1000 TM AC IN L1 N PE VAC VDC O/0 VAC VDC O/1 VAC VDC O/2 VAC VDC O/3 VAC VDC O/4 O/5 Klasické zapojení žárovek přes zdroj Zapojení žárovek přes PLC automat 220VAC Pravdivostní tabulka SP1 SP2 Ž1 Ž2 1 Stav 1 – sepnuto (SP sepnut) Stav 0 – vypnuto (SP vypnut) Při stavu 1 žárovka svítí/bliká Při stavu 0 je žárovka vypnuta

Úloha 1 Označení Adresa Označení na PLC Vstup SP1 I:0/0 I/0 SP2 I:0/1 Tabulka vstupů/výstupů Označení Adresa Označení na PLC Vstup SP1 I:0/0 I/0 SP2 I:0/1 I/1 Výstup Ž1 O:0/0 O/0 Ž2 O:0/1 O/1 Odkaz na print screen: Photo\print_zarovka_1.JPG Odkaz na soubor: ulohy\POKUS_ZAROVKA_1.RSS

Úloha 1 Žebříčkové schéma

Úloha 2 Zadání úlohy: – Navrhněte zapojení tak, aby se žárovky mohli nacházet ve třech možných stavech za použití třech přepínačů: stav 1-bliká jedna žárovka, stav 2 – bliká druhá,3 stav-blikají obě žárovky zároveň. Zapojení: 24VDC SP 3 SP 2 SP 1 Ž 1 Ž 2 + - DC COM I/0 I/1 I/2 I/3 I/4 DC COM I/5 I/6 I/7 I/8 I/9 24 V Micrologix 1000TM AC IN L1 N PE VAC VDC O/0 VAC VDC O/1 VAC VDC O/2 VAC VDC O/3 VAC VDC O/4 O/5 220VAC SP1 SP2 SP3 Ž1 Ž2 Stav 1 1 Stav 2 Stav 3 Pravdivostní tabulka 1 – sepnuto (SP sepnut) 0 – vypnuto (SP vypnut) Při stavu 1 žárovka svítí/bliká Při stavu 0 je žárovka vypnuta

Úloha 2 Označení Adresa Označení na PLC Vstup SP1 I:0/0 I/0 SP2 I:0/1 Tabulka vstupů/výstupů Označení Adresa Označení na PLC Vstup SP1 I:0/0 I/0 SP2 I:0/1 I/1 SP3 I:0/3 I/3 Výstup Ž1 O:0/0 O/0 Ž2 O:0/1 O/1 Odkaz na print screen: Photo\print_zarovka_3.JPG Odkaz na soubor: ulohy\POKUS_ZAROVKA_3.RSS

Úloha2 Žebříčkové schéma

Úloha 3 Zadání úlohy: – Navrhněte zapojení tak, aby žárovky blikaly v následujícím pořadí: Ž1 zabliká 2x v momentě, kdy podruhé blikne rozsvítí se Ž2 a ta svítí po dobu než Ž1 zase 2x zabliká (po druhém bliknutí Ž1 zhasne). Tento cyklus se neustále opakuje. Interval blikání Ž1 si každý určete sám. 24VDC Micrologic 1000 TM SP 1 N PE O/0 O/1 O/2 O/3 O/4 O/5 + - DC COM I/0 I/1 I/2 I/3 I/4 I/5 I/6 I/7 I/8 L1 I/9 VAC VDC AC IN 24 V Ž 1 Ž 2 Micrologix 1000TM Schéma zapojení 220VAC Pravdivostní tabulka SP1 Ž1 Ž2 1 Ž1 bliká 2x Ž2 svítí Stav 1 – sepnuto (SP sepnut) Stav 0 – vypnuto (SP vypnut) Při stavu 1 žárovka svítí/bliká Při stavu 0 je žárovka vypnuta

Úloha 3 Časový diagram funkce žárovek t Ž1 T1 svítí nesvítí Ž2 svítí T1 ………si každý volí sám

Úloha 3 Označení Adresa Označení na PLC Vstup SP1 I:0/0 I/0 Výstup Ž1 Tabulka vstupů/výstupů Označení Adresa Označení na PLC Vstup SP1 I:0/0 I/0 Výstup Ž1 O:0/0 O/0 Ž2 O:0/1 O/1 Odkaz na print screen: Photo\print_citac_2_1.JPG, Photo\print_citac_2_2.JPG Odkaz na soubor: ulohy\citac_2.RSS

Úloha 3 Žebříčkové schéma

Úloha 4 - Ž1 Ž2 Ž3 Pravdivostní tabulka Zadání úlohy: Navrhněte zapojení tří žárovek které blikají postupně v následujícím pořadí: Ž1,Ž2,Ž3. Tento sled blikání žárovek se bude neustále opakovat. SP 1 N PE O/0 O/1 O/2 O/3 O/4 O/5 + - DC COM I/0 I/1 I/2 I/3 I/4 I/5 I/6 I/7 I/8 L1 I/9 VAC VDC AC IN 24 V Ž1 Ž2 Ž3 24VDC Micrologix 1000TM Schéma zapojení 220VAC SP1 Ž1 Ž2 Ž3 1 Pravdivostní tabulka Stav 1 – sepnuto (SP sepnut) Stav 0 – vypnuto (SP vypnut) Při stavu 1 žárovka svítí/bliká Při stavu 0 je žárovka vypnuta

Úloha 4 Označení Adresa Označení na PLC Vstup SP1 I:0/3 I/3 Výstup Ž1 Tabulka vstupů/výstupů Označení Adresa Označení na PLC Vstup SP1 I:0/3 I/3 Výstup Ž1 O:0/0 O/0 Ž2 O:0/1 O/1 Ž3 O:0/2 O/2

Úloha 4 Žebříčkové schéma

Úloha 5 - Pravdivostní tabulka Zadání úlohy: Zapojte na vstup dvě žárovky, kdy po sepnutí spínače SP1 se rozsvítí žárovka Ž1,po uplynutí časového intervalu zhasne a zároveň se rozsvítí druhá žárovka na vámi zadaný časový interval a zhasne.Po uplynutí tohoto časového intervalu se rozsvítí obě žárovky najednou a svítí po dobu daného časového intervalu a to se opakuje do té doby než vypneme spínač. Časový interval mezi svícením si určete každý sám. Zapojení: N PE O/0 O/1 O/2 O/3 O/4 O/5 + - DC COM I/0 I/1 I/2 I/3 I/4 I/5 I/6 I/7 I/8 L1 I/9 VAC VDC AC IN 24 V 24VDC SP 1 Ž 1 Ž 2 Micrologix 1000TM 220VAC SP1 Ž1 Ž2 1 Pravdivostní tabulka Stav 1 – sepnuto (SP sepnut) Stav 0 – vypnuto (SP vypnut) Při stavu 1 žárovka svítí/bliká Při stavu 0 je žárovka vypnuta

T1,T2,T3………si každý zvolí sám Úloha 5 Časový diagram funkce žárovek Ž1 T1 svítí nesvítí Ž2 T2 svítí nesvítí Ž1,Ž2 T3 svítí nesvítí T1,T2,T3………si každý zvolí sám t

Úloha 5 Označení Adresa Označení na PLC Vstup SP1 I:0/0 I/0 Výstup Ž1 Tabulka vstupů/výstupů Označení Adresa Označení na PLC Vstup SP1 I:0/0 I/0 Výstup Ž1 O:0/4 O/4 Ž2 O:0/5 O/5 Odkaz na print screen: Photo\print_zarovka_5_1.JPG, Photo\print_zarovka_5_2.JPG, Photo\print_zarovka_5_3.JPG Odkaz na soubor: ulohy\zarovka_5.RSS

Úloha 5 Žebříčkové schéma

Úloha 6 Zadání úlohy – Zapojte jednu žárovku a dva přepínače tak, aby, přepínač SP1 sloužil čítač a druhý přepínač SP2 na resetování čítače. Při stisku přepínače SP1 a námi nadstaveném počtu stisknutí se žárovka rozsvítí. Resetujeme druhým přepínačem SP2. Zapojení: I/9 I/8 VAC VDC N PE O/0 O/1 O/2 O/3 O/4 O/5 + - DC COM I/0 I/1 I/2 I/3 I/4 I/5 I/6 I/7 L1 AC IN 24 V 24VDC SP 1 SP 2 Ž1 Micrologic 1000TM 220VAC SP1 SP2 Ž1 1 např.5 stisknutí reset Stav 1 – sepnuto (SP sepnut) Stav 0 – vypnuto (SP vypnut) Při stavu 1 žárovka svítí/bliká Při stavu 0 je žárovka vypnuta Pravdivostní tabulka

Úloha 6 Označení Adresa Označení na PLC Vstup SP1 I:0/1 I/1 SP2 I:0/0 Tabulka vstupů/výstupů Označení Adresa Označení na PLC Vstup SP1 I:0/1 I/1 SP2 I:0/0 I/0 Výstup Ž1 O:0/0 O/0 Odkaz na print screen:Photo\print_citac_1.JPG Odkaz na soubor:ulohy\CITAC1.RSS

Úloha 6 Žebříčkové schéma