00 strony tyt - wiak.imsi.pl · pomiary i sterowanie prędkością obrotową silników,...

of 37 /37

Author: duongnhi

Post on 01-Mar-2019

217 views

Category:

Documents


0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

SAWOMIR WIAK (redakcja)

Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT

Recenzenci: Prof. Janusz Turowski Politechnika dzka Prof. Ewa Napieralska Juszczak University Lille Nord de France, LSEE, UA, Francja Autorzy rozdziaw: Prof. Piotr Ostalczyk (rozdz. 1, 2) Prof. Edward Jezierski (rozdz. 3) Dr hab. in. Zbigniew Gmyrek (rozdz. 4) Dr hab. in. Ryszard Szczerbanowski, prof. P (rozdz. 5) Dr in. Grzegorz Tosik (rozdz. 6) Prof. Zbigniew Lisik (rozdz. 6) Dr hab. in. Jacek Gobiowski, prof. P (rozdz. 7) Dr hab. in. Krzysztof Pacholski, prof. P (rozdz. 8, 9) Prof. Krzysztof Gniotek (rozdz. 10) Dr hab. in. Iwona Frydrych, prof. P (rozdz. 10) Dr hab. In Ryszard Korycki, prof. P (rozdz. 11) Dr in. Grayna Sobiczewska (rozdz. 12) Dr hab. Maria Dems, prof. P (rozdz. 13, 15) Prof. Sawomir Wiak (rozdz. 13, 14, 15, 16, 17) Dr in. Wojciech Rosiak (rozdz. 13, 15) Dr in. Pawe Drzymaa (rozdz. 14, 16, 17) Dr in. Henryk Welfle (rozdz. 14, 16, 17) Dr in. Ryszard Lasota (rozdz. 18) Dr in. Marek Jan Glaba (rozdz. 19) Monografia przygotowana w ramach projektu "Innowacyjna dydaktyka bez ogranicze - zintegrowany rozwj Politechniki dzkiej - zarzdzanie Uczelni, nowoczesna oferta edukacyjna i wzmacniania zdolnoci do zatrudniania, take osb niepenosprawnych", wspfinansowanego przez Uni Europejsk w ramach europejskiego Funduszu Spoecznego - Programu Operacyjnego Kapita Ludzki "Priorytet IV, poddziaanie 4.1.1. Wzmocnienie potencjau dydakty-cznego uczelni". Utwr w caoci ani we fragmentach nie moe by powielany ani rozpowszechniany za pomoc urzdze elektronicznych, mechanicznych, kopiujcych, nagrywajcych i innych, w tym rwnie nie moe by umieszczany ani rozpowszechniany w postaci cyfrowej zarwno w Internecie, jak i w sieciach lokalnych bez pisemnej zgody posiadacza praw autorskich. ISBN 978-83-60434-85-7 Copyright by EXIT, Politechnika dzka d 2010

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

607

Maria Dems Sawomir Wiak Wojciech Rosiak

15. Sterowniki programowalne PLC

Jednym z podstawowych komponentw ukadw mechatroniki s programowalne sterowniki logiczne PLC (Programmable Logic Controllers) nalece do szeroko rozumianej rodziny komputerw. Praca sterownika PLC polega na cigym monitorowaniu wej cyfrowych i analogowych, podejmowaniu decyzji w oparciu o program uytkownika oraz odpowiednim sterowaniu wyjciami [4].

15.1. Budowa sterownika PLC

Sterownik PLC ma budow moduow. Podstawowe jego moduy to modu wejciowy, jednostka centralna (CPU) oraz modu wyjciowy (rys.15.1).

Rys. 15.1. Budowa sterownika PLC

Modu wejciowy sterownika PLC akceptuje rne sygnay wejciowe, cyfrowe lub analogowe, pochodzce z zewntrznych urzdze, przetwarzane nastpnie do postaci sygnaw logicznych, zrozumiaych dla CPU. Jednostka centralna CPU podejmuje decyzje i realizuje zawarty w pamici sterownika program. Modu wyjciowy przetwarza funkcje

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

608

sterowania z CPU do postaci sygnaw wyjciowych, cyfrowych lub analogowych, sterujcych urzdzeniami wykonawczymi.

Sterownik PLC musi ponadto posiada modu zasilacza PWR podczany do rda napicia zmiennego 120/230 VAC lub staego 12/24/48 VDC.

Dodatkowo mog by stosowane moduy:

DI/DO - moduy wej/wyj dwustanowych (dyskretnych),

AI/AO moduy wej/wyj analogowych,

HSC modu szybkiego licznika do obsugi wej dwustanowych, pochodzcych z przetwornikw obrotowo impulsowych (enkoderw),

APM - modu pozycjonowania osi, obsugujcy sygnay generowane przez enkodery,

CCM modu komunikacyjny z dwoma czami szeregowymi z okrelonymi protokoami komunikacyjnymi,

Moduy komunikacyjne sieci Genius lub Ethernet stanowice cza pomidzy sterownikami a sieci,

Modu programowalnego koprocesora PCM, zawierajcy pami EPROM oraz pami RAM (zasilan z baterii), umoliwiajcy programowanie funkcji specjalnych w jzykach wyszego poziomu, speniajcy czsto funkcj bufora danych.

Wszystkie moduy podczane s do gniazd (slotw) znajdujcych si na pycie czeniowej zwanej kaset, lub instalowane bezporednio na szynie montaowej DIN i czone ze sob za pomoc czy zatrzaskowych. Najbardziej popularne rodziny sterownikw to:

sterowniki amerykasko japoskiej firmy GE Fanuc serii 90 30,

sterowniki SLC 500 firmy Allen Bradley,

sterowniki Modicon serii 984 firmy AEG Schneider,

sterowniki SIMATIC S5, S7 firmy Siemens.

15.2. Jednostka centralna CPU

Jednostka centralna CPU realizuje cykl programowania sterownika, skadajcy si z nastpujcych etapw:

Inicjacja cyklu, obejmujca obliczanie czasu cyklu, planowanie startu do nastpnego cyklu, okrelenie trybu nastpnego cyklu, aktualizacja tablicy bdw oraz kasowanie zegara;

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

609

Czytanie sygnaw wejciowych z moduu wejciowego;

Wykonanie programu uytkownika;

Wysyanie sygnaw wyjciowych do moduu wyjciowego;

Transmisja danych - obsuga urzdze zewntrznych;

Komunikacja systemowa, sprawdzenie konfiguracji, monitorowanie bdw w moduach;

Diagnostyka, weryfikacja fragmentw programu uytkownika.

W celu zwikszenia niezawodnoci systemw sterownia stosowane s systemy z redundancj CPU, skadajce si z dwch jednostek centralnych: podstawowej i rezerwowej, zawierajcych ten sam program, poczonych jedn lub dwoma magistralami BTM i BRM, z ktrych tylko jedna jest aktywna. Przeczenie sterowania, w przypadku wystpienia bdu systemu w magistrali aktywnej, okrela si w konfiguracji systemu.

15.2.1. Moduy wej/wyj dyskretnych

Moduy wej dyskretnych (DI) zamieniaj sygnay elektryczne prdu staego (DC) lub zmiennego (AC) z urzdze wejciowych na sygnay logiczne akceptowane przez jednostk centraln sterownika. Moduy wejciowe mog by dwustanowe (ON/OFF), lub trjstanowe.

Obwody wejciowe tych moduw mog by zasilane:

z zewntrznego rda prdu staego (12/24/48 VDC), przy czym stosowane s moduy zarwno o polaryzacji dodatniej jak i ujemnej,

z zewntrznego rda prdu zmiennego (120/230/240 VAC) - moduy te posiadaj czniki tyrystorowe.

Moduy wyj dyskretnych (DO) zamieniaj sygnay binarne sterownika na sygnay elektryczne prdu staego lub zmiennego, potrzebne do sterowania urzdzeniami wykonawczymi. Obwody wyjciowe tych moduw mog by zasilane:

napiciem staym moduy te wyposaone s w filtry skadowej zmiennej oraz diod przeciwprzepiciow,

napiciem zmiennym - posiadaj filtry RC przeciwzakceniowe oraz zabezpieczenie przeciwprzepiciowe.

W zoonych ukadach mog by stosowane moduy wejcia/wyjcia trjstanowe, rozrniajce trzy zakresy napi w obwodach wejciowych oraz redundancj albo dodatkowa moliwo zaczania lub wyczania w obwodach wyjciowych.

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

610

15.2.2. Moduy wej/wyj analogowych

Moduy wej analogowych (AI) przetwarzaj cige analogowe sygnay wejciowe na sygnay cyfrowe proporcjonalne do wielkoci napi lub prdw w obwodach wejciowych moduu. Typowe wartoci wejciowych napi lub prdw moduu, uzyskiwane z przetwornikw pomiarowych, mieszcz si w zakresach 0 10 VDC lub 4 20 mA. Wejcia analogowe mog by wejciami rnicowymi lub jednokocwko-wymi (o wsplnej masie).

Moduy wyj analogowych (AO) przetwarzaj wartoci cyfrowe (sygnaw sterujcych na proporcjonalne do nich analogowe wartoci napi lub prdw w obwodach wyjciowych moduu, stanowicych rdo sygnau cigego dla napdu elektrycznego, regulatora temperatury lub cinienia, poziomu cieczy, itp.

15.2.3. Modu szybkiego licznika czasu

Szybki liczniki czasu (HSC) [4,5] moe bezporednio zlicza impulsy o czstotliwoci do 100 kHz, generowane najczciej przez przetworniki obrotowo impulsowe zwane enkoderami, co umoliwia pomiary i sterowanie prdkoci obrotow silnikw, przepyww, pozycjonowanie ukadw itp.

Enkoder najczciej podczany jest do moduu HSC w ukadzie rnicowym, ale moe tez by podczony jednokocwkowo. Umoliwia on odczyt pooenia ktowego urzdzenia za pomoc tarczy z naniesion siatk i fotoogniwa, reagujcego na rnic intensywnoci wiata. Na wyjciu przetwornika obrotowo impulsowego otrzymuje si sygna pomiarowy prostoktny lub sinusoidalnie zmienny, ktry zostaje przetworzony na sygna cyfrowy i poddany digitalizacji w dodatkowym ukadzie elektronicznym oraz czsto interpolacji i digitalizacji, co pozwala zmniejszy krok pomiaru. Kierunek wirowania przetwornika okrelany jest na podstawie kierunku przesunicia fazowego dwch sygnaw wejciowych, przesunitych wzgldem siebie o 90.

Modu szybkiego licznika HSC realizuje operacje liczenia i sterownia bez komunikacji z jednostka centraln. Moe on rwnie pracowa jako licznik dodajcy, odejmujcy lub dodajco odejmujcy, w zalenoci od kierunku obrotu przetwornika.

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

611

15.2.4. Moduy komunikacyjne

Do transmisji danych stosowane s najczciej standardowe cza szeregowe, przy czym, w zalenoci od przyjtego standardu, transmisja danych moe si odbywa [4,5]:

przez niesymetryczne, jednoprzewodowe cze bit po bicie, z szybko-ci do 20 Kb/s, na odlego do 15 m,

z wykorzystaniem niesymetrycznego nadajnika i symetrycznego odbiornika,

z wykorzystaniem symetrycznego nadajnika, dwuprzewodowego cza transmisyjnego i symetrycznego odbiornika,

z wykorzystaniem wielu symetrycznych nadajnikw i wielu symetrycz-nych odbiornikw.

Transmisja danych moe by asynchroniczn, polegajc na przesyaniu za pomoc pojedynczej linii danych pojedynczych znakw w okrelonym formacie, lub synchroniczna, polegajc na przesyaniu ramki danych ze znacznikami pocztku i koca, umoliwiajcymi synchronizacj u odbiorcy.

W obu przypadkach transmisja danych realizowana jest wedug okrelonego protokou komunikacyjnego np. MODBUS ASCII lub RTU. Do poczenia sterownikw w sie stosowane s moduy komunikacyjne, wykorzystujce asynchroniczna transmisj szeregow.

15.3. Sterowniki programowalne firmy Siemens

W ukadach automatyki i mechatroniki stosowane s, midzy innymi:

15.3.1. Sterowniki LOGO [7]

Sterownik LOGO to uniwersalne urzdzenie suce do przecza-nia i sterowania w zastosowaniach domowych i przemysowych. Zastpuje on tradycyjne sterowania budowane na bazie przekanikw czasowych i stycznikw, umoliwiajc sterowanie owietleniem, roletami, aluzjami, systemami grzewczymi i klimatyzacyjnymi oraz szeregiem innych urzdze. Dziki wykorzystaniu inteligentnych sterownikw LOGO:

optymalizowany jest czas projektowania oraz uruchamiania instalacji,

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

612

minimalizowane s nakady zwizane z wykonaniem pocze elektrycznych w odniesieniu do konwencjonalnych sterowa budowanych na bazie przekanikw i stycznikw.

Wan zalet sterownikw LOGO jest atwo programowania. Program tworzymy czc ze sob gotowe bloki funkcyjne.

Budowa sterownika LOGO przedstawiona jest na rys. 15.2. Sterownik wyposaony jest w wywietlacz LCD; posiada 4 wiersze do zadawania i wywietlania aktualnych parametrw funkcji oraz wywietlania meldunkw tekstowych. Za pomoc moduw rozszerze mona poczy 24 wejcia binarne, 16 wyj binarnych, 8 wej analogowych oraz 2 wyjcia analogowe.

Rys. 15.2. Budowa sterownika LOGO [7]

Dziki moduowi 2 wyj analogowych mona wykorzysta w programie funkcje regulatora PI, generatora rampy dla sterownika z przeksztatnikiem czstotliwoci oraz multipleksera analogowego, ktrego zadaniem jest programowe przeczanie wartoci funkcji na zdefiniowane wyjcia analogowe. Oprcz moduw binarnych dostpne s te moduy komunikacyjne AS-Interface, instabus EIB oraz LON.

Sterownik LOGO wyposaony jest w wywietlacz LCD z moliwoci wywietlania znakw alfanumerycznych. Posiada on 38 wbudowanych funkcji. Za pomoc oprogramowania LOGO Soft Comfort dokonuje si pocze pomidzy gotowymi funkcjami bibliotecznymi tworzc w ten sposb program.

Sterowniki z rodziny LOGO! umoliwiaj komunikacj w sieciach:

AS-Interface LOGO! pracuje jako urzdzenie typu slave,

EIB/KNX (European Installation Bus) standartowa sie do zastosowa w automatyce budynkw,

LON (Local Operating Network) standartowa sie do zastosowa w automatyce budynkw.

Modnap

LOGsterLOGalgo

15

PLCsterprze

du podstawopiciowych:

zasilany napi

zasilany napi

Sterownik LO

Moduy binar

Moduy wej

Moduy wyj

CM AS-Interf

CM EIB/KNXzastosowa w

GO! byo dotyrowania pracGO! Soft Coorytmy sterujc

.3.2. Sima

Jednym z C jest firma rownikw PLemysowych.

Rys

owy LOGO B

iciem 12/24V

iciem 24V AC

OGO posiada

rne,

analogowych

analogowych

face (slave)

X (European w automatyce

ychczas znane niewielkich uomfort monace, jak na t kl

atic S7-120

wiadcych prSIEMENS. N

C firmy Sie

s. 15.3. Zaszereg

15. STEROW

Basic dostp

V DC, 24V DC,

C/DC ,115/240

nastepujce m

h,

h,

LOGO! pracuje

Installation Bbudynkw.

e jako modu rzdze i masa jednak twlas sterowa.

0 [6],[7]

roducentw stNa rys. 15.3 mens ze wz

gowanie sterown

WNIKI PROGRA

ny jest w d

0V AC/DC.

moduy rozszer

e jako urzdze

Bus) standa

logiczny wykoszyn. Dziki oorzy do .

terownikw prprzedstawion

zgldu na r

nikw PLC [6], [7

AMOWALNE PL

61

dwch klasac

rze:

enie typu slave

artowa sie d

orzystywany doprogramowan

skomplikowan

rogramowalnycny jest podzirodzaj aplikac

7]

LC

13

ch

e,

do

do iu

ne

ch a cji

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

614

Sterownik SIMATIC S7-1200 to nowy moduowy, kompaktowy sterownik PLC, przeznaczony do zastosowania w aplikacjach przemysowych. Jednostka centralna CPU tego sterownika skada si z moduu procesora, zintegrowanego zasilacza, obwodw wejciowych oraz obwodw wyjciowych umieszczonych w zwartej, plastikowej obudowie (rys. 15.4).

Rys. 15.4. Moduy sterownika SIMATIC S7-1200 [6]

Jednostka centralna jest wyposaana w port PROFINET umoliwiajcy komunikacj poprzez sie PROFINET. CPU monitoruje wejcia i steruje wyjciami zgodnie z oprogramowaniem przygotowanym przez uytkownika, ktre moe zawiera logik boolowsk, zliczanie, operacje czasowe, zoone operacje arytmetyczne i komunikacj z innymi inteligentnymi urzdzeniami.

Sterownik S7-1200 moe by atwo montowany na standardowej szynie DIN lub bezporednio na pycie montaowej. Kada jednostka centralna jest chroniona hasem umoliwiajcym konfigurowanie dostpu do funkcji CPU. Zapewnia ona 3-poziomow ochron przed niepowoanym dostpem do pewnych funkcji. Uytkownik podczas konfigurowania poziomu bezpieczestwa i hasa CPU, ogranicza funkcje i obszary pamici, do ktrych mona mie dostp bez podania hasa. Podczas wpisywania hasa nie jest rozrniana wielko liter.

Pytki sygnaowe (SB) pozwalaj dodawa do CPU porty I/O (rys. 15.5). Mona doczy jedn SB z cyfrowymi lub analogowymi portami I/O. SB jest doczana od strony frontowej CPU.

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

615

Rys. 15.5. Monta pytki sygnaowej w sterowniku SIMATIC S7-1200 [6], [7]

W sterowniku S7-1200 dostpnych jest 50KB pamici roboczej, ktra dzielona jest dynamicznie na pami programu i danych. Przewidziano rwnie zintegrowan pami adowania o pojemnoci do 2 MB, oraz 2 kB zintegrowanej pamici nieulotnej. Do przenoszenia programw do wielu jednostek centralnych CPU moe by wykorzystywana opcjonalna karta pamici SIMATIC Memory Card (rys. 15.6). Karta Memory Card moe by rwnie wykorzystana do przechowywania rnych plikw lub do uaktualniania systemu operacyjnego sterownika (firmware).

Rys. 15.6. Karta pamici SIMATIC Memory Card [7]

Karta pamici moe by uyta jako Karta Program lub Transfer:

Karta Program peni funkcj pamici CPU, sterujc wszystkimi funkcjami CPU i musi pozostawa zainstalowana w CPU,

Karta Transfer suy do przeniesienia zapamitanego projektu z karty do CPU (bez koniecznoci uycia STEP 7 Basic), a nastpnie musi by usunita.

Pami adowania jest pamici nieulotn, w ktrej przechowywane s programy uytkownika, dane i konfiguracja. Jest ona ulokowana albo na karcie pamici (jeli jest) albo w CPU i zachowana w przypadku utraty zasilania. Projekt wczytany do CPU najpierw trafia do obszaru pamici adowania.

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

616

Pami robocza RAM jest pamici ulotn, suc do przechowy-wania pewnych elementw projektu uytkownika podczas wykonywania programu. W celu poprawy wydajnoci systemu, CPU kopiuje pewne elementy projektu z pamici adowania do pamici roboczej. Zawarto tej pamici jest tracona przy odczaniu zasilania i CPU odtwarza j po ponownym wczeniu zasilania.

Pami trwaa jest pamici nieulotn przechowujc ograniczon liczb wartoci z pamici roboczej. Pami trwaa jest stosowana do przechowywania wartoci z wybranych miejsc pamici uytkownika na wypadek utraty zasilania. CPU jest celowo zaprojektowana w taki sposb, by w przypadku utraty zasilania miaa dostatecznie duo czasu na przepisanie do pamici trwaej ograniczonej liczby wybranych wartoci. Po przywrceniu zasilania te zachowane wartoci s odtwarzane do oryginalnych pozycji.

SIMATIC STEP 7 Basic z wbudowanym SIMATIC WinCC Basic posiada zorientowane zadaniowo, inteligentne i intuicyjne edytory. Pozwalaj one wykorzystywa oprogramowanie jako wspln inyniersk platform dla programowania sterownikw SIMATIC S7-1200 i konfigurowania paneli SIMATIC HMI Basic Panels. W SIMATIC STEP 7 Basic wbudowano funkcje diagnostyki, serwisu i programowania, dziki czemu jest on uniwersalnym narzdziem inynierskim. Ekran programu SIMATIC STEP 7 Basic przedstawia rys. 15.7

Rys. 15.7. SIMATIC STEP 7 Basic [7]

Uytkownik ma moliwo wyboru jzyka programowania oraz dostp do oglnej struktury programu.

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

617

Sterownik S7-1200 posiada nastpujce nowe funkcje technologiczne:

Szybkie wejcia dla zliczania i pomiarw - do 6 szybkich licznikw 3 x 100kHz oraz 3 x 30kHz do obsugi enkoderw inkrementalnych, pomiaru czstotliwoci, lub szybkiej reakcji na zdarzenia procesowe,

Szybkie dwa wyjcia PTO 100kHz (modulacja czstotliwoci) dla kontroli prdkoci oraz pozycjonowania, zapewniajce 50% wypenienie impulsu dla sterowania prdkoci w otwartej ptli oraz pozycjonowania silnikw krokowych lub silnikw servo oraz szybkie liczniki HSC0 oraz HSC1, ktre mog by uyte do okrelenia pozycji dla sterowania PTO,

Instrukcje PLCopen motion, bdce midzynarodowym standardem w zakresie kontroli ruchu, dla kontroli prdkoci oraz pozycjonowania,

PID Control dla obsugi regulacji PID - Do 16 ptli regulacji PID oraz PID Auto Tuning.

15.4. Programowanie sterownikw PLC

Programowanie sterownikw programowalnych PLC oparte jest o norm IEC 1131 Programmable Controllers opracowan i wydan w 1993r. przez Midzynarodow Komisj Elektroniki (International Electronical Commission IEC). Kady program sterujcy, bez wzgldu na jego posta, wykonywany jest cyklicznie; po wykonaniu ostatniej instrukcji program sterujcy jest analizowany od pocztku, co ilustruje rys.15.8:

Rys. 15.8. Cykl programowy (ang. = scan cycle )

Odczyt wej polega na odczytaniu aktualnych stanw na wejciach sterownika i wpisaniu ich do rejestrw wejciowych, po czym nastpuje wykonanie czci logicznej programu sterujcego. W kolejnym kroku sterownik PLC komunikuje si poprzez port komunikacyjny z programato-rem lub moduami zewntrznymi oraz przeprowadza samodiagnostyk.

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

618

Ostatnim krokiem cyklu jest obsuga wyj, polegajca na uaktualnieniu ich stanu, poprzez zmian wartoci rejestrw wyjciowych, ktrym przypisuje si fizyczne wyjcia sterownika.

Czas wykonania cyklu zaley od rozmiaru programu uytkowego, iloci uytych wej i wyj sterownika i iloci danych wymienianych podczas komunikacji. W rejestrach specjalnych o adresach: SMW22, SMW24 i SMW26 mona odczyta w milisekundach odpowiednio: czas ostatniego cyklu pracy sterownika (ostatniego skanowania), oraz czas minimalny i maksymalny cyklu pracy liczony od momentu uruchomienia sterownika.

15.4.1. Elementy oprogramowania sterownikw PLC

Zgodnie z norm IEC 1131, oprogramowanie sterownikw PLC zawiera nastpujce elementy:

Typy danych,

Elementy organizacyjne oprogramowania:

o Funkcje, o Bloki funkcyjne, o Programy,

Elementy konfiguracji, takie jak zasoby (resources), realizowane w ramach zasobw zadania (tasks), zmienne globalne (global variables), cieki dostpu (access paths),

Elementy programowania za pomoc grafw sekwencji (SFC).

Uruchomienie konfiguracji inicjuje zmienne globalne i uruchamia wszystkie nalece do tej konfiguracji zasoby. Uruchomienie zasobu powinno spowodowa inicjacj wszystkich zmiennych i uruchomienie wszystkich zada w zasobie. Inicjacja zmiennych polega na nadaniu im wartoci pocztkowych (initial value), wartoci domylnych (default initial value), podtrzymaniu istniejcych wartoci (retained value).

15.4.1.1. Typy danych

Typy danych liczbowych:

o cakowite ze znakiem: SINT, INT, DINT, LINT odpowiednio 8, 16, 32, 64 bitowe,

o cakowite bez znaku: USINT, UINT, UDINT, ULINT 8, 16, 32, 64 bitowe,

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

619

o rzeczywiste: REAL, LREAL 32, 64 bitowe, w zapisie dziesitnym, wykadniczym, dwjkowym, semkowym i szesnastkowym,

Dane logiczne: logiczne zero i jedynka oraz logiczne BOOL (boolean),

Dane w postaci cigu znakw, w tym cigu znakw o zmiennej dugoci (STRING) zawartego w apostrofach,

Dane w postaci czasowej, ktre mona przedstawi:

o jako czas trwania zdarzenia w jednostkach czasu poprzedzonych sowem kluczowym T#, t#, TIME#, time#, przy czym jednostki czasu mog by oddzielone znakiem podkrelenia, np.:

t#5d (5 dni), TIME#5d_2h_10m_23s_2.4ms

o jako godzina dnia poczona ewentualnie z dat stosowane s wtedy przedrostki: DATE#, D#, TIME_OF_DAY#, TOD#, DATE_AND_TIME#, DT# czas trwania (T#)S, np.:

data D#0001-01-01,

godzina dnia TOD#00:00:00,.

data i czas DT #2000-02-26-11:12:55.02,

BYTE bajt,

WORD, DWORD, LWORD sowo pojedyncze 16 bitowe, podwjne 32 bitowe i dugie 64 bitowe.

Z elementarnych typw danych mona tworzy rodzaje danych, np.: ANY_NUM zawierajcy wszystkie typy numeryczne, ANY_INT, ANY_REAL itd.

Mona definiowa wasne typy danych za pomoc sw kluczowych TYPE .....END_TYPE. Najczciej definiowane s nastpujce typy pochodne:

Typ wyliczeniowy jest to uporzdkowany i skoczony zbir wartoci oznaczony dowolnymi identyfikatorami, np.:

TYPE Nazwa_typu : (warto_1, warto_2,...); END_TYPE

Zmienne typu wyliczeniowego mog przyjmowa tylko wartoci okrelone w deklaracji typu. Pocztkowa warto domylna zmiennej typu wyliczeniowego jest rwna pierwszej wartoci z podanej listy (np.: jednokoncwkowy), jednak mona przypisa inn warto pocztkow z podanej listy, np.:

TYPE

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

620

Nazwa_typu : (warto_1, warto_2,...) : = warto_2; END_TYPE

Typ okrojony posiadajcy ograniczony zakres wartoci, np.:

TYPE Nazwa_typu : INT (-1000..1000) ; END_TYPE

Pocztkowa warto domylna danej typu okrojonego jest rwna dolnemu ograniczeniu, jednak mona przypisa inn warto pocztkow, z podanego przedziau wartoci, np.:

TYPE Nazwa_typu : INT (-1000..1000) : = -10 ; END_TYPE

Typ tablicowy, skadajcy si z okrelonej liczby elementw tego samego typu, zwanego typem skadowym, np.:

TYPE Nazwa_tablicy : ARRAY [1..20] OF Typ_skadowy; END_TYPE

Domylnie, typ tablicowy ma wartoci pocztkowe przypisane typowi skadowemu, jednak mona przypisa inn warto pocztkow.

Typ strukturalny suy do opisu zoonych struktur danych, zawierajcych dane rnych typw. W definicji typu naley poda typy skadowe oraz metod strukturalizacji, za pomoc konstrukcji STRUCT.......END_STRUCT, np.:

TYPE Nazwa_typu_strukturalnego :

STRUCT Skadnik_1 : Typ_skadnika_1 ; Skadnik_2 : Typ_skadnika_2 ; Skadnik_3 : Typ_skadnika_1 ;

END_STRUCT ; END_TYPE

Domylne wartoci pocztkowe danych typu strukturalnego okrelane s na podstawie typw skadowych.

15.4.1.2. Rodzaje i deklaracja zmiennych

W programowaniu sterownikw PLC rozrnia si nastpujce rodzaje zmiennych:

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

621

Zmienna skalarna (jednoelementowa), jest to pojedyncza zmienna naleca do typu elementarnego, wyliczeniowego lub okrojonego. Moe by okrelana symbolicznie przez nazw lub w sposb bezporednio okrelajcy powizanie z wejciami (I), wyjciami (Q) lub pamici (M) sterownika. Jej symbol ma wwczas posta: %Lokalizacja (Rozmiar)Adres. Rozmiar zmiennej okrela si przy uyciu symboli:

X pojedynczy bit B bajt (8 bitw) W sowo (16 bitw) D sowo podwjne (32 bity) L sowo poczwrne (64 bity)

Adres zmiennej okrela jej miejsce w pamici. Moe mie struktur hierarchiczn, oddzielon kropkami (od najwyszego do najniszego poziomu), np.:

%QX23 lub %Q23 23 bit na wyjciu, %IB43 - 43 bajt na wejciu, %MD5 sowo podwjne pod adresem 5 w pamici %IW2.4.3.2 drugie sowo dla moduu wejciowego na 3 pozycji

w 4 kasecie dla drugiej magistrali na wejciu sterownika,

Zmienne wieloelementowe, typu tablicowego lub strukturalnego. Adres elementu tablicy moe mie posta:

INPUT_TAB[4,%MD5] element tablicy dwuwymiarowej, znajdujcy si w 4 wierszu i kolumnie okrelonej zmienn %MD5. Deklaracja zmiennej strukturalnej moe mie posta:

Nazwa_zmiennej_strukturalnej : Nazwa_typu_strukturalnego ma poszczeglnym elementom przyporzdkowane wartoci: Nazwa_zmiennej_strukturalnej.Skadnik_1:=warto_1; Nazwa_zmiennej_strukturalnej.Skadnik_2:=warto_2;

..

Kada zmienna przypisana elementowi konfiguracji ukadu w chwili startowej tego elementu moe przyj jedn z nastpujcych wartoci pocztkowych:

warto domyln dla typu do jakiego naley zmienna,

warto zadeklarowan przez uytkownika,

warto jak posiadaa przed zatrzymaniem tego elementu konfiguracji (pami stanu elementu przy tzw. gorcym restarcie), deklarowan poleceniem RETAIN. S to tak zwane zmienne zachowywane.

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

622

Deklaracje rnego rodzaju zmiennych maja posta:

VAR deklaracja zmiennych lokalnych (wewntrznych) w elemencie,

VAR_INPUT deklaracja zmiennych wejciowych do elementu oprogramowania; nie mog by zmieniane w elemencie,

VAR_OUTPUT - deklaracja zmiennych wyjciowych do innych elementw oprogramowania,

VAR_IN_OUT - deklaracja zmiennych wejciowych, ktre mog by zmieniane,

VAR_GLOBAL deklaracja zmiennych globalnych,

VAR_EXTERNAL deklaracja zmiennych zapewniajcych dostp w elemencie oprogramowania do zmiennych globalnych ; mog by zmieniane w elemencie,

VAR_ACCESS deklaracja cieek dostpu,

VAR RETAIN deklaracja zmiennej zachowywanej,

CONSTANT deklaracja staej,

AT okrelenie lokalizacji zmiennej.

Deklaracja zmiennych powinna zawiera okrelenie typu, do jakiego one nale i ewentualnie ich fizyczn lub logiczn lokalizacj. Deklaracja zmiennych koczy si sowami END_VAR.

15.4.1.3. Elementy organizacyjne oprogramowania

Podstawowymi elementami oprogramowania sterownikw PLC s funkcje, bloki funkcyjne oraz programy. Funkcje s elementami oprogramowania, zwracajcymi jeden statyczny element danych, co oznacza, e funkcja wywoana z tymi samymi argumentami zawsze daje t sam warto na wyjciu.

W graficznych jzykach programowania sterownikw wprowadza si dla funkcji dodatkowe wejcie logiczne EN oraz wyjcie logiczne ENO.

Jeeli w trakcie wywoania funkcji na wejciu EN jest FALSE (0) to operacje definiowane przez ciao funkcji nie bd wykonywane i na wyjciu ENO tez bdzie FALSE,

Jeeli na wejciu EN jest TRUE (1), to operacje definiowane przez ciao funkcji bd wykonywane i na wyjciu ENO te jest TRUE,

W przypadku wystpienia bdu na wyjciu ENO pojawi si FALSE.

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

623

Deklaracja funkcji zawarta jest midzy sowami FUNCTION oraz END_FUNCTION., i ma posta:

FUNCTION Nazwa_funkcji : Typ_wyniku VAR_INPUT Zmienna_1, zmienna_2 : Typ_zmiennych; (*argumenty wejciowe*) Zmienna_3 : Typ_zmiennej_3 : = warto_zmiennej_3 ; END_VAR Nazwa_funkcji: = wyraenie ; (*ciao funkcji*) END_FUNCTION

Funkcje standardowe mog by okrelone dla argumentw okrelonego typu lub dla argumentw pewnego rodzaju (np. ANY_NUM), natomiast funkcje definiowane przez uytkownika dotycz tylko okrelonego typu.

Bloki funkcyjne tym rzni si od funkcji, e mog zwraca wicej ni jeden element. Posiadaj one wewntrzne zmienne zawierajce informacje o stanie bloku, s wic elementami dynamicznymi. Wszystkie wartoci zmiennych wyjciowych oraz niezbdne wartoci zmiennych wewntrznych s przechowywane pomidzy kolejnymi chwilami wykonania bloku, a wic kolejne wywoania bloku z tymi samymi argumentami nie musz dawa tych samych wartoci wyjciowych. Bloki funkcyjne mog by wywoywane w programie wielokrotnie, przy czym kade wywoanie stanowi kopi bloku posiadajc swoj nazw oraz struktur danych wyjciowych i wewntrznych zmiennych bloku.

Deklaracja bloku funkcyjnego zawarta jest pomidzy sowami kluczowymi FUNCTION_BLOK....END_FUNCTION_BLOK. Zawiera ona blok deklaracji w ktrym deklarowane jest cze zewntrzne (zmienne VAR_INPUT oraz VAR_OUTPUT), okrelajce sposb komunikacji midzy blokiem funkcyjnym a elementem go wywoujcym i deklaracje zmiennych lokalnych, oraz ciao bloku okrelajce dziaania wykonywane w ramach bloku. W programowaniu sterownikw PLC wykorzystywane jest wiele standardowych blokw funkcyjnych, takich jak przerzutniki bistabilne, czasomierze, liczniki itp.

Wedug IEC 1131, program jest to zbr logicznie powizanych elementw jzyka programowania koniecznych do zamierzonego przetwarzania sygnaw w celu sterowania urzdzeniem lub procesem za pomoc systemu sterownikw programowalnych [ ].

Program zawarty jest midzy sowami kluczowymi PROGRAM...END_PROGRAM. Programy mog by realizowane tylko w ramach zasobw, natomiast bloki funkcyjne tylko w ramach programw.

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

624

15.4.1.4. Elementy konfiguracji

Konfiguracja zawiera: zasoby (resources), realizowane w ramach zasobw zadania (tasks), zmienne globalne (global variables), cieki dostpu (access paths).

Deklaracje elementw konfiguracji maj posta:

CONFIGURATION...END_CONFIGURATION deklaracja konfigu-racji,

VAR_GLOBAL..END_VAR - deklaracja zmiennych globalnych we-wntrz konfiguracji,

RESOURCE...ON...END_RESOURCE - deklaracja zasobu wewntrz konfiguracji; sowo ON suy do okrelenia funkcji procesora, interfejsu uytkownika oraz interfejsu z czujnikami i elementami wykonawczymi, realizujcymi programy i zadania skojarzone z zasobem, zawarte w bibliotece zasobu,

VAR_GLOBAL..END_VAR - deklaracja zmiennych globalnych wewntrz zasobu,

TASK deklaracja dla zadania okresowego lub nieokresowego wewntrz zasobu,

PROGRAM deklaracja skojarzonego z zadaniem programu lub bloku funkcyjnego, lub tylko deklaracja programu,

VAR.....ACCESS....END_VAR deklaracja cieek dostpu do zmien-nych globalnych, do zmiennych globalnych w zasobach i w konfigura-cjach oraz do wej i wyj programu.

Zadania kontroluj wykonanie cyklu programowego i wywouj zbir elementw oprogramowania, zawierajcy programy i bloki funkcyjne. Zadania mona podzieli na nieokresowe, reagujce na kade wystpienie narastajcego zbocza okrelonej zmiennej logicznej, oraz okresowe. Kademu elementowi oprogramowania, a wic i skojarzonego z nim zadania, mona przydzieli priorytet, wykorzystywany do szeregowania z wywaszczaniem lub bez wywaszczania. Program, ktry nie jest skojarzony z zadaniem powinien mie najniszy priorytet i powinien by uszeregowany do wykonania od razu po starcie zasobu, a nastpnie ponownie uszeregowany w kolejce. Wykonywanie blokw funkcyjnych w ramach programu powinno by synchronizowane, w celu zapewnienia waciwej wspbienoci w dostpie do danych.

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

625

15.4.1.5. Elementy oprogramowania za pomoc grafw sekwencji

Graf sekwencji SFC (Sequential Function Chart) jest graficznym narzdziem, umoliwiajcym modelowanie wspbienych dziaa sekwencyjnych. Skada si on z wzajemnie sprzonych etapw i przej. Z kadym etapem skojarzony jest zbir odpowiednich dziaa, a z kadym przejciem midzy etapami powizany jest warunek przejcia.

Etap (step) moe by aktywny lub nieaktywny. Aktywno etapu okrela wskanik etapu, ktry przyjmuje warto 1 dla etapu aktywnego lub 0 dla etapu nieaktywnego. Czas aktywnoci etapu okrela zmienna typu TIME (domylnie t#0s).

Poszczeglne elementy SFC powinny przechowywa informacje o stanie systemu. W kadej chwili stan elementu oprogramowania okrelony jest przez zestaw aktywnych etapw oraz wartoci zmiennych wewntrznych i wyjciowych elementu. Stan pocztkowy elementu oprogramowania okrelaj wartoci pocztkowe jego zmiennych wewntrznych i wyjciowych oraz zbir etapw pocztkowych. Kada sie SFC powinna zawiera tylko jeden etap pocztkowy, dla ktrego wskanik etapu przyjmuje domylnie warto pocztkow = 1. Etapy i zwizane z nimi parametry maj zasig lokalny.

Etap moe by opisany za pomoc instrukcji STEP....END_STEP, natomiast etap pocztkowy za pomoc instrukcji INITIAL_STEP....END_STEP,

Do czenia etapw suy instrukcja TRANSITION...END_TRANSITION Przejcie (transition) przedstawia warunki logiczne, ktre musz by spenione przy przeniesieniu sterowania z etapw poprzedzajcych przejcie na etapy za przejciem. Z kadym przejciem skojarzony jest warunek przejcia.

15.4.2. Jzyki programowania PLC

Stosowane jzyki programowania PLC zostay zdefiniowane w normie IEC 1131 Programmable Controllers. Mona je podzieli na dwie grupy:

jzyki tekstowe nale do nich:

o jzyk listy instrukcji IL (Instruction List), o jzyk strukturalny ST, (Structured Text,

jzyki graficzne:

o jzyk schematw drabinkowych LD (Ladder Diagram),

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

626

o jzyk schematw blokowych FBD (Function Block Diagram). W praktyce, jzyki IL oraz ST s czsto poczone, dajc jzyk

tekstowy STL. Wszystkie wersje programu sterujcego, napisane w dowolnym

z wymienionych jzykw, s rwnowane i daj te same moliwoci funkcjonalne, a jedynie rni si tylko sposobem zapisu.

15.4.2.1. Jzyk listy instrukcji STL

Jzyk listy instrukcji IL, bdcy odpowiednikiem jzyka assembler, jest to zapis zwarty, operujcy na skrtach literowych symbolizujcych np.: wejcia/wyjcia sterownika, operacje logiczne, arytmetyczne, operacje relacji, funkcje przerzutnikw, czasomierzy, licznikw oraz innych blokw funkcyjnych, stanowicy cig kolejno uoonych instrukcji, wykonywanych cyklicznie od gry do dou. Kadej operacji lub funkcji realizowanej przez sterownik przyporzdkowane s jedno lub dwuliterowe skrty pochodz od pierwszych liter penej nazwy funkcji. Lista instrukcji jest podstawow form programu pracy sterownika, umoliwiajc przedstawienie na ekranie programatora duych fragmentw programu i atw zmian adresw i argumentw funkcji.

Jzyk strukturalny ST (Structured Test) jest odpowiednikiem jzyka algorytmicznego wysokiego poziomu zawierajcego struktury sterujce, takie jak: If...then...else...end if, Case...of...end case, For...to...do...end for, While...do...end while, Repeat...end repeat. Poczenie tych dwch jzykw daje jzyk tekstowy STL

15.4.2.2. Jzyk schematw drabinkowych

Jzyk schematw drabinkowych LD jest graficzn form zapisu programu pracy sterownika. Wykorzystuje on symbole elektryczne i zasady sterowania analogiczne do stosowanych w stykowych obwodach przekanikowych, opisywanych za pomoc schematw elektrycznych rysowanych w formie przypominajcej drabink. Program pracy sterownika pisany w postaci schematu drabinkowego tworzony jest z elementw zawartych w bibliotece, takich jak:

elementy wejcia (styki) / wyjcia (cewki),

liczniki,

czasomierze,

funkcje arytmetyczne, logiczne, porwna i relacji,

bloki funkcyjne,

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

627

przerzutniki,

bloki programowe, itp.

Cz logiczna programu sterujcego skada si z umieszczonych jeden pod drugim tzw. szczebli programowych, zawierajcych poszczeglne elementy. Przypominaj one typowy elektryczny schemat pocze, posiadajcy symboliczne rdo zasilania, w ktrym zakada si przepyw sygnau od szyny umieszczonej po lewej stronie schematu do przekanikw lub blokw funkcyjnych umieszczonych po prawej stronie kadego szczebla. Kolejne szczeble drabiny odczytywane s kolejno od gry do dou i powtarzane cyklicznie od pocztku.

Kady szczebel drabiny logicznej (oznaczany jako NETWORK) musi posiada odpowiedni format i skadni, przy czym spenione musza by nastpujce zasady:

kady szczebel moe zawiera do 16 linii rwnolegych,

kada linia moe zawiera do 16 elementw logicznych poczonych szeregowo,

ostatnim elementem szeregowego poczenia w danym szczeblu musi by przekanik lub blok funkcyjny,

szczebel moe zawiera maksymalnie do 16 przekanikw,

szczebel musi zawiera przynajmniej jeden styk przed wystpieniem przekanika, bloku funkcyjnego lub poczenia pionowego,

nie moe wystpi rozgazienie majce pocztek lub koniec wewntrz innego odgazienia.

15.4.2.3. Jzyk schematw blokowych

Jzyk schematw blokowych FBD jest odpowiednikiem schematw przepywu sygnau dla obwodw logicznych, przedstawionych w postaci poczonych bramek logicznych oraz blokw funkcyjnych.

15.5. Przykady programowania sterownikw PLC

Rysunek 15.9 przedstawia schematyczn budow stanowiska pomiarowego wykorzystujcego w obwodzie sterowania sterownik programowalny S7 314C-2DP firmy SIEMENS.

W celu porwnania jakoci sterowania (np. stabilizacji prdkoci obrotowej przy zmianie obcienia) z wykorzystaniem sterownika PLC mona zastosowa regulator PID lub regulator FUZZY.

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

628

Rys. 15.9. Schemat budowy stanowiska pomiarowego. [8]

Programowanie sterownikw PLC mona realizowa za pomoc programatora lub komputera osobistego PC, z wykorzystaniem cza szeregowego.

Po uruchomieniu SIMATIC Managera moemy wybra jeden z gotowych projektw lub rozpocz prac nad nowym projektem (rys. 15.10). Menader ten umoliwia rwnie uruchomienie kilku przydatnych narzdzi:

Accessible Nodes umoliwia przegldanie oraz modyfikowanie zawartoci pamici sterownika S7 oraz karty pamici. Przed kad prb wczytania nowego projektu do sterownika dokonywany jest przegld zawartoci pamici. Umoliwia to wyeliminowanie ze sterownika zbdnych funkcji i blokw, ktre nie bior udziau w pracy okrelonego projektu;

S7-PLCSIM dodatkowy program, ktrego zadaniem jest symulowanie obecnoci niepodczonego sterownika PLC w celu sprawdzenia poprawnoci dziaania projektu. Poniewa dokonanie weryfikacji dziaania projektu przed jego wgraniem do pamici sterownika jest jednym z podstawowych sposobw zabezpieczenia si przed skutkami niepoprawnie napisanego programu, zatem uycie

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

629

symulatora sterownika, zamiast rzeczywistego obiektu, pozwala zweryfikowa i poprawi bdy programu.

Rys. 15.10. Menager projektw programu STEP7. [8]

Jedn z pierwszych rzeczy, jaka musi zosta wykonana przy tworzeniu nowego projektu jest ustawienie poprawnej konfiguracji posiadanego modelu zasilacza oraz jednostki centralnej sterownika. Oprogramowanie Step7 rozpoznaje budow oraz rodzaj procesora sterownika, a take umoliwia jego konfiguracj w oknie konfiguracji HW Config (rys. 15.11). W oknie tym mona odpowiednio ustawi adresy wej oraz wyj sterownika, czstotliwo uruchamiania blokw cyklicznych zawierajcych fragmenty kodw programu (np. OB35) oraz ustawi warto napicia lub prdu wej i wyj analogowych. Przykadowo, ustawiono sygnay analogowe wejciowe oraz wyjciowe 0..10V.

Rys. 15.11. Konfiguracja sprztowa sterownika PLC. [8]

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

630

Aby umoliwi programowanie sterownika S7 przy pomocy komputera PC lub programatora niezbdne jest okrelenie przy pomocy jakiego interfejsu odbywa si komunikacja (MPI lub Profibus DP) oraz okreli jego parametry. W przypadku przeprowadzonych bada wykorzystany zasta interfejs MPI1, ktry z komputera PC wyposaonego w kart komunikacyjn CP5611 (rys. 15.12) przesya program do sterow-nika S7 314C-2DP.

Rys. 15.12. Ustawienia konfiguracyjne poczenia sterownika z komputerem. [8]

Tak przygotowany projekt wykorzystany zosta w kadym z programw przeznaczonych do sterowania silnikiem tarczowym prdu staego z elektronicznym komutatorem.

15.5.1. Sterowanie bez regulatora

W celu uruchomienia silnika tarczowy prdu staego z elektronicz-nym komutatorem przy pomocy sterownika programowalnego PLC niezbdne byo wykonanie kilku blokw funkcyjnych (FB1, FB2) i sprzgnitych z nimi blokw danych (DB1, DB2) oraz funkcji (FC1). Nadrzdnym blokiem, w ktrym wywoywane s wszystkie wymienione elementy jest blok organizacyjny OB1 (rys. 15.13).

1 Message Passing Interface (MPI) (z ang. Interfejs Transmisji Wiadomoci)

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

631

Rys. 15.13. Podstawowy program sterujcy w STEP7. [8]

Blok funkcyjny FB1 zawiera algorytm przeczania tranzystorw mostka, w zalenoci od wartoci sygnaw dostarczanych z hallotronw. Natomiast blok funkcyjny FB2 zawiera kod przeczania tranzystorw, ale dla przeciwnych obrotw silnika.

Rys. 15.14. Zawarto bloku funkcyjnego FB1 (fragment). [8]

Na podstawie rysunku 15.14 wiadomo, e aby nastpio zaczenie tranzystora dolnej czci mostka w gazi A (GLA) niezbdne jest zaczenie jednej z dwch kombinacji hallotronw: I: H1 zaczony, H2 zaczony, H3 wyczony II: H1 wyczony, H2 zaczony, H3 wyczony

Blok OB1 jest podstawowym blokiem, w ktrym nastpuje wywoanie innych czci programu STEP7. Umieszczone w nim bloki funkcyjne oraz funkcje zostaj wykonane w sposb cykliczny, zaleny od ich zawartoci oraz szybkoci procesora sterownika PLC. Przy pomocy wej binarnych (przecznikw na konsoli sterowniczej umieszczonej przy stanowisku badawczym) wybrany zosta kierunek obrotw silnika, a co za

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

632

tym idzie wybrana zostaa funkcja realizujca okrelony algorytm sterowania (FB1 lub FB2).

Prdko obrotowa w tej wersji programu sterujcego nie bya stabilizowana na okrelonym poziomie, wic aby silnik obraca si z okrelon prdkoci, jej warto deklarowana bya za pomoc zewntrznego sygnau analogowego przesyanego przez sterownik PLC bezporednio do ukadu zasilajcego mostek tranzystorowy (ukad PWM).

15.5.2. Regulator PID

Elementy programu sterujcego wykorzystujcego regulator PID przedstawione zostay na rysunku 15.15.

Rys. 15.15. Elementy skadowe programu z regulatorem PID. [8]

Algorytm regulatora PID znajduje si w bloku FB41, natomiast dane dla ktrych dokonywane byy obliczenia znajduj si w sprzgnitym z nim bloku danych DB41. Oprcz wymienionych elementw oraz blokw, ktre su do sterowania komutatorem (FB1, FB2, FC1, DB1, DB2) w sterowniku znajduje si rwnie blok OB35. Jest to blok wykonywany w sterowniku w sposb cykliczny, z cyklem pracy 5ms. Warto ta zostaa dobrana dowiadczalnie i jest wartoci najmniejsz, jak mona zastosowa w wykorzystanym sterowniku PLC. Poniej tej wartoci sterownik gubi niektre pozycje z przecze komutatora elektronicznego, co objawiao si nierwnomiern prac silnika tarczowego. Sterownik umoliwia rwnie analiz czasow dziaania poszczeglnych elementw programu sterujcego. Z analizy tej wynika, e najduszy fragment programu sterujcego wykonywany jest przez 5 ms.

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

633

Rys. 15.16. Regulator PID w sterowniku S7-300. [7]

Blok organizacyjny OB35 zawiera midzy innymi element CONT_C (rys. 15.16) w ktrym zostay podane wszystkie parametry wejciowe i wyjciowe regulatora PID, np.:

GAIN wzmocnienie regulatora (czon proporcjonalny P),

TI czas zdwojenia (czon cakujcy I),

TD czas wyprzedzenia (czon rniczkujcy D),

PV_PER warto rzeczywista sygnau sterowanego (sygna analogowy PIW752),

SP_INT warto zadana sygnau (w procentach wartoci maksymalnej sygnau),

LMN_PER warto wyjciowa sygnau sterowanego (sygna analogowy PQW754).

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

634

Rys. 15.17. Schemat regulatora PID w sterowniku PLC S7-300. [7]

Rysunek 15.17 przedstawia schematyczn budow regulatora cigego PID zastosowanego w programie sterujcym. Jak wida, na podstawie schematu moliwe jest zastosowanie regulatora, ktry bdzie posiada tylko niektre z czonw regulujcych (P_SEL, I_SEL, D_SEL).

W przypadku przeprowadzonych bada, wszystkie czony regulatora byy zaczone. Istnieje metoda identyfikacji obiektu i optymalizacji nastaw regulatora PID bezporednio w sterowniku PLC [9], jednak wymaga ona uycia dodatkowego pakietu Standard PID Control. Program ten oprcz zada regulacji cigej, impulsowej oraz krokowej daje dodatkowo moliwo zidentyfikowania obiektu i optymalizacji nastaw regulatora.

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

635

15.5.3. Regulator FUZZYCONTROL++

Kolejnym przykadowym programem sterujcym prac silnika tarczowego prdu staego z elektronicznym komutatorem jest program sterujcy prdkoci obrotow silnika tarczowego z zaimplementowanym regulatorem FuzzyControl++. Program umieszczony zosta w pamici sterownika programowalnego PLC S7 314C-2DP. Skada si on z nastpujcych blokw (rys. 15.18):

blok organizacyjny OB1 zawiera algorytm przeczania tranzystorw mostka komutatora elektronicznego na podstawie sygnaw uzyskanych z czujnikw hallotronowych,

blok OB100 blok uruchamiany za kadym razem, gdy dokonywany jest restart programu sterownika, zawiera warto pocztkow zmiennej MD2=0. Warto ta wykorzystywana jest przy obliczaniu kierunku zmian prdkoci obrotowej silnika (czy silnik przypiesza czy zwalnia, oraz z jak szybkoci dokonuj si te zmiany),

blok DB30 jest to blok danych zawierajcy algorytm oblicze rozmytych przygotowany wczeniej w aplikacji FuzzyControl++,

blok OB35 blok organizacyjny uruchamiany cyklicznie co 6 ms, zawiera kod, ktry:

o oblicza rnic prdkoci obrotowej silnika midzy wartoci zadan i rzeczywist;

o oblicza kierunek zmian tej prdkoci, konwertujc go na przedzia ;

o tak obliczone wartoci wprowadza na wejcia regulatora rozmytego opisanego blokiem FB30;

o oblicza warto sygnau wyjciowego regulatora FB30 na podstawie wczytanego algorytmu oblicze rozmytych (zmienna DB30).

Na rysunkach 15.19 do 15.23 przedstawiono przebieg procesu projektowania aplikacji przeznaczonej do sterowania prdkoci silnika tarczowego prdu staego wykonanej przy pomocy programu FuzzyControl++ firmy SIEMENS.

Po okreleniu iloci wej i wyj regulatora rozmytego (rys. 15.19) kolejnym krokiem jest okrelenie iloci i rodzaju funkcji przynalenoci dla poszczeglnych sygnaw.

Zaproponowano nastpujce parametry regulatora:

5 funkcji przynalenoci dla wejcia pierwszego opisujcego rnic prdkoci zadanej i rzeczywistej (rys. 15.20),

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

636

funkcje przynalenoci dla wejcia sygnau okrelajcego kierunek zmian prdkoci obrotowej silnika (rys 15.21),

funkcje przynalenoci, w postaci singletonw (rys. 15.22), opisujce wyjcie regulatora,

baza regu zawiera 8 pozycji. Reguy te opisuj zaleno sygnau wyjciowego regulatora (warto napicia zasilajcego silnik) w zalenoci od wartoci dwch sygnaw wejciowych regulatora (rys. 15.23).

Rys. 15.18. Program sterujcy z regulatorem Fuzzy Logic dla sterownika PLC. [8]

Rys. 15.19. Okno projektu regulatora fuzzy. [8]

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

637

Rys. 15.20. Funkcje przynalenoci dla pierwszego wejcia. [8]

Rys. 15.21. Funkcje przynalenoci dla drugiego wejcia. [8]

Rys. 15.22. Funkcje przynalenoci sygnau wyjciowego regulatora. [8]

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

638

Rys. 15.23. Baza regu regulatora rozmytego. [8]

Aplikacja FuzzyControl++ umoliwia rwnie przeprowadzenie symulacji tak przygotowanego regulatora. Daje zatem moliwo weryfikacji poprawnoci wykonanego regulatora przed uruchomieniem go na rzeczywistym obiekcie.

Kolejnym krokiem po weryfikacji poprawnoci dziaania projektu jest wgranie go do zmiennej DB30 umieszczonej w pamici sterownika programowalnego PLC. Caa procedura umieszczania aplikacji w pamici sterownika odbywa si poprzez przygotowany wczeniej kana komunikacyjny w SIMATIC NET S7, wykorzystujcy zewntrzn kart komunikacyjn CP5611 firmy Siemens. Tak przygotowany plik danych podczony zosta do funkcji FB30, ktra umoliwia wykorzystanie regulatora rozmytego o maksymalnie 8 wejciach i 4 wyjciach (rys. 15.24).

Rys. 15.24. Blok funkcyjny FB30 firmy SIEMENS reprezentujcy regulator rozmyty. [7]

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

639

Rysunek 15.25 prezentuje charakterystyki prdkoci obrotowej uzyskane przy pomocy trzech programw sterujcych zastosowanych w sterowniku PLC 314C-2DP.

Rys. 15.25. Porwnanie przebiegw prdkoci obrotowej uzyskanych w wyniku

dziaania programw sterujcych prac silnika tarczowego. [8]

Wykres czerwony uzyskany zosta w ukadzie bez regulatora prdkoci obrotowej, wykres czarny przedstawia prdko obrotow sterownika z wykorzystaniem regulatora fuzzy, natomiast pozostae wykresy (5 sztuk) - prdko obrotow silnika dla rnych parametrw regulatora PID.

15. STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC

640

15.6. Literatura

[1] Brock S., Muszyski R., Urbaski K., Zawirski K: Sterowniki programowalne , Wyd. PP 2000

[2] Instrukcja obsugi sterownikw PLC SIMATIC S7-200, S7-300 [3] Kwaniewski J.: Programowalne Sterowniki Przemysowe w

Systemach Sterowania ZP Roma-Pol , 2005 [4] Legierski T, Wyrwa J., Kasprzyk J., Hajda J.: Programowanie

sterownikw PLC, Wydawnictwo Pradcowni Komputerowej Jacka Skalmierskiego, Gliwice, 1998.

[5] Podstawy sterownikw programowalnych PLC, Materiay programu edukacji technicznej firmy Siemens, Warszawa, 1998.

[6] Programowalny sterownik S7-1200 - Podrcznik systemu, http://automatyka.siemens.pl/solutionsandproducts/28235.htm, 2010r.

[7] www.automatyka.siemens.pl, 2010r. [8] Rosiak Wojciech, rozprawa doktorska, Modelowanie obwodowo-

polowe silnikw tarczowych prdu staego z elektronicznym komutatorem i sterowaniem rozmytym, Politechnika dzka, 2010.

[9] Basiski, W. Zastosowanie sterownika programowalnego do regulacji prdkoci obrotowej silnika prdu staego. d : VI Krajowa Konferencja Naukowa, Sterowanie w Energoelektronice i Napdzie Elektrycznym. str. 637-640, 2003.

okladka.pdfPage 1

/ColorImageDict > /JPEG2000ColorACSImageDict > /JPEG2000ColorImageDict > /AntiAliasGrayImages false /CropGrayImages true /GrayImageMinResolution 300 /GrayImageMinResolutionPolicy /OK /DownsampleGrayImages true /GrayImageDownsampleType /Bicubic /GrayImageResolution 300 /GrayImageDepth -1 /GrayImageMinDownsampleDepth 2 /GrayImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeGrayImages true /GrayImageFilter /DCTEncode /AutoFilterGrayImages true /GrayImageAutoFilterStrategy /JPEG /GrayACSImageDict > /GrayImageDict > /JPEG2000GrayACSImageDict > /JPEG2000GrayImageDict > /AntiAliasMonoImages false /CropMonoImages true /MonoImageMinResolution 1200 /MonoImageMinResolutionPolicy /OK /DownsampleMonoImages true /MonoImageDownsampleType /Bicubic /MonoImageResolution 1200 /MonoImageDepth -1 /MonoImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeMonoImages true /MonoImageFilter /CCITTFaxEncode /MonoImageDict > /AllowPSXObjects false /CheckCompliance [ /None ] /PDFX1aCheck false /PDFX3Check false /PDFXCompliantPDFOnly false /PDFXNoTrimBoxError true /PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXSetBleedBoxToMediaBox true /PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXOutputIntentProfile () /PDFXOutputConditionIdentifier () /PDFXOutputCondition () /PDFXRegistryName () /PDFXTrapped /False

/SyntheticBoldness 1.000000 /Description > /Namespace [ (Adobe) (Common) (1.0) ] /OtherNamespaces [ > /FormElements false /GenerateStructure true /IncludeBookmarks false /IncludeHyperlinks false /IncludeInteractive false /IncludeLayers false /IncludeProfiles true /MultimediaHandling /UseObjectSettings /Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (2.0) ] /PDFXOutputIntentProfileSelector /NA /PreserveEditing true /UntaggedCMYKHandling /LeaveUntagged /UntaggedRGBHandling /LeaveUntagged /UseDocumentBleed false >> ]>> setdistillerparams> setpagedevice