plc a jeho vyvoj - courseware.zcu.cz
TRANSCRIPT
Obsah
1 PLC 2 1.1 Simatic S7-1500 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.2 Moduly PLC Simatic S7-1500 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.1 Procesor (CPU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.2.2 PM (Power Modul) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.3 CM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.4 DI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.5 DO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.6 AI a AO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.7 IM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.8 PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.9 TM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 Programove bloky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.4 Programovac jazyky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4.1 STL (Statement List) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.4.2 SCL (Structured Control Language) . . . . . . . . . . . 5 1.4.3 LAD (Ladder Diagram) . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.4.4 GRAPH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.4.5 FBD (Function Block Diagram) . . . . . . . . . . . . . 10
2 Vyvoj PLC 10 2.1 Vznik prvnch automatu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.2 Prvn poctac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.3 Prvn prumyslova automatizace v USA . . . . . . . . . . . . . 11 2.4 Prumyslova automatizace v Evrope . . . . . . . . . . . . . . . 14
3 Zdroje 17
Zkratka PLC pochaz z anglickeho Programmable Logic Controller. V cestine se setkavame s oznacenm programovatelny logicky automat. PLC je miniaturn prumyslovy poctac vybaveny potrebnym softwarem a hard- warem, ktery je potrebny pro vykonavan potrebnych funkc. PLC zajist’uj chod vyrobnch linek a ovladan stroju. Nyn se muzeme setkat s PLC i v jinych vyrobnch odvetvch. PLC umoznuje automatizaci naprklad v ener- getice, komunikacn infrastruktukture, bezpecnosti, zdravotnictv - lekarske peci, vyrobe atd. V dalsm popisu pouziji jako prklad modularn a univerzaln PLC Simatic S7-1500, ktery nahrazuje stars modely podle planu od roku 2013 az do roku 2035. Programovatelny pomoc programu TIA PORTAL (Totally Integrated Automation) verze 13 (kterou jsem vyuzvala na skole) nebo pomoc starsho programu STEP7.
1.1 Simatic S7-1500
Obsahuje CPU, zdroj a dals moduly (maximaln pocet modulu je 30). CPU je mikroprocesor, ktery spoust rdc procesy. Jednotka nacte ze vstupnch modulu data a na jejich zaklade vysle prkazy k vystupnm modulum. IT funkce Simatic S7-1500 je webserver (umoznuje CPU vytvorit webove roz- hran), rozhran s druhou IP adresou, integrovany PID regulator se snadno nastavitelnymi funkcnmi bloky (optimaln hodnoty se nastavuj samy), in- tegrovatelny system pro diagnostiku a ProDiah pro diagnostiku stroju a zarzen.
1.2 Moduly PLC Simatic S7-1500
1.2.1 Procesor (CPU)
Procesor muze byt ruzne rady napr. 1511, 1513, 1515, 1516, . . . . Procesor obsahuje displej a slot pro pamet’ovou kartu. Pouzva se decentraln pres slave komunikaci. Umoznuje zalohovan dat, jeho pracovn frekvence je 100MHz a ma 10ns rychlost jedne instrukce. Procesor vetsinou obsahuje 5 MB pracovn pamet pro data, 1MB pameti pro program, ethernet (port RJ45), profinet 100Mb (2x port RJ45 switch), Profibus Master a 10ns bitove operace. Pro provoz je nutna Simatic MEmory Card (system FAT 32), prenas projekt na kartu ve standartn ctecce, zajist’uje uchovan dat pro vypnut CPU a pouzva
2
1.2.2 PM (Power Modul)
1.2.3 CM
1.2.4 DI
Tento modul slouz pro digitaln vstupy. Vyuzvaj se pro diagnostiku zkratu a prerusen vodice pro jednotlive kanaly neboli monitoring napet. Sleduje take hardwarove prerusen pro jednotlive kanaly.
1.2.5 DO
Tento modul osahuje digitaln vystupy a jako minuly modul dela diagnos- tiku zkratu pro jednotlive kanaly. Obsahuje definice nahradnch hodnot pro kazdy kanal.
1.2.6 AI a AO
V modulu AI jsou zabudovane analogove vstupy pro kazdy kanal a v modulu AO jsou zabudovane analogove vystupy.
1.2.7 IM
IM modul umoznuje komunikaci pomoc standartu Profinet a zajist’uje komunikaci s nadrazenym PLC nebo PC.
1.2.8 PS
PS je napajec zdroj za pomoc systemove sbernice, ktery je pripojen pres U-konektory.
3
1.2.9 TM
1.3 Programove bloky
CPU si rezervuje pamet’ovou oblast pro ulozen vsech signalu. Bloky mame rozdelene na organizacn bloky, funkcn bloky, datove bloky a funkce. Organizacn bloky vytvarej rozhran mezi operacnm systemem a uzivatelskym programem. V Operacnm bloku muze byt ulozen cely program, ktery je cyk- licky volan operacnm systemem nebo muze byt distribuovan pres nekolik bloku. Funkcn bloky nabz stejne moznosti jako funkce, ale take jsou vy- baveny vlastnmi pamet’ovymi oblastmi ve forme instalacnch bloku. Datove bloky jsou datove oblasti uzivatelskeho programu. Funkce obsahuj podfunkce programu.
4
1.4 Programovac jazyky
PLC lze programovat pod oznacenm standartu IEC 61131-3 pod kterym se skryva definice programovacch rezimu (jazyku) pro PLC. Tento sou- bor je vce znamy pod oznacenm CoDeSys, coz je oznacen univerzalnho vyvojoveho prostred pro aplikacn programy rdcch systemu PLC prave podle standartu IEC 61131-3, bez ohledu na pouzity hardware. Dky nemu je tak mozno vytvaret jednotne datove a programove struktury a zpusoby ovladan nezavisle na vyrobci a typu PLC. K dispozici jsou tyto programovac jazyky STL (posloupnost instrukc), SCL (obdoba Pascalu), LAD (kontaktn neboli liniove c releove schema), GRAPH (vyvojove schema) a FBD(schema funkcnch bloku).
1.4.1 STL (Statement List)
Tento jazyk je textovy zapis, ktery je tvoren v mnemotechnickych in- strukcch CPU. STL je velmi podobny asembleru. Program se sklada z po- sloupnosti jednoduchych operac tvorenych zakladnmi instrukcemi AND, AND NOT, OR, OR NOT, NOT a LOAD. Tento pro jazyk se vyznacuje dokonalym prehledem. Nen vsak vhodny pro slozite operace, kdy se zapis stava neprehledny.
1.4.2 SCL (Structured Control Language)
Programovac jazyk SCL je idealn pro klasicke programatory mikropro- cesoru, protoze jeho zapis je tvoreny posloupnost symbolickych instrukc. Jde tedy o programovac jazyk vyss urovne, podobne jako Pascal ci Java. Tento zapis je vhodny pro praci s daty, retezci, databazemi a programovan
5
6
slozitych vypocetnch algoritmu. Je tak vhodny pro narocne zpracovan ana- logovych signalu, jako naprklad pro realizaci digitalnch filtru, linearizaci signalu a slozite radc algoritmy nebo pro praci s textovymi retezci. Vyhodou je snadne a rychle naprogramovan i slozitych aritmetickych vzorcu a rela- tivne snadna manipulace a prace s bloky dat a databazemi.
1.4.3 LAD (Ladder Diagram)
Tento zapis programu vychaz z dob releove logiky, kdy msto procesoru ci mikrokontroleru nebo integrovanych logickych obvodu typu NAND, NOR ci XOR, se vyuzvala soustava vzajemne propojenych relatek. S jejich po- moc lze snadno realizovat logicke funkce AND a OR ci NAND a NOR. A prave pomoc releovych schemat se snadno tyto logicke soustavy “zapiso- valy”. Vyhodou je jasne definovana posloupnost zapisu, prehlednost, rychle programovan a je idealn pro zpracovan velkeho poctu logickych signalu.
1.4.4 GRAPH
Sekvencn funkcn diagram, nazyvany GRAPH je graficky programovac jazyk. Princip funkcnho diagramu je odvozen od Petriho st (Grafcet). Tento program je vyhodny tam, kde je potreba vytvorit slozitejs strukturu sekvence programoveho algoritmu. Resen pomoc RS clenu nebo posuvnych registru muze byt neadekvatn z hlediska prehlednosti a naslednych uprav. Velka vyhoda moznost jednotlive procesy rozdelit na jednotlive kroky, ktere mohou urychlit a zjednodusit resen problemu.
7
8
9
Obrazek 7: Programovac jazyk FBD
1.4.5 FBD (Function Block Diagram)
FBD je graficky zapis programu zobrazen pomoc funkcnch bloku, pro- gram je tvoren bloky s danymi funkcemi. Tento programovac jazyk pripomna kreslen schemat s integrovanymi obvody. Vyhodou tohoto programu je defi- novane graficke clenen do radku, logicke operace v podobe hradel, prehledny zapis a je idealn pro zpracovan velkeho poctu logickych signalu.
2 Vyvoj PLC
Pod pojmem automat si asi kazdy predstav modern zarzen, ale existo- valy jiz pred dvema tisci lety a bez nich bychom dnesn automaty asi nemeli. Prvn automat muzeme najt jiz ve staroveke Alexandrii kolem roku 300 pr.n.l. Na automatizaci v teto dobe mel hlavn pricinen predevsm Heron Ale- xandrijsky zvany Mechinakos. Z dochovanych knih je zrejma vysoka uroven technickeho poznan. Mezi jeho vynalezy patr automaticke otvran dver, napojovy automat nebo principy pohonu, ktere najdeme i v dnesnch strojch. Za prvn programovatelny automat byl povazovan mechanismus loutkoveho divadla. Heron ve svych automatickych strojch vyuzval znalosti hydrauliky a pneumatiky. Heron pritom vychazel ze sveho predchudce myslitele Filona
10
2.2 Prvn poctac
Cslicove logicke automaty v dnesn podobe se zacaly objevovat uz kolem roku 1930. Prvn poctac Z1 byl naprklad sestrojen v roce 1938 nemeckym inzenyrem a poctacovym prukopnkem Konradem Zuse. Tento prvn poctac byl konstruovan prevazne z rele a obsahoval 30000 kovovych cast. Prvn model nepracoval spravne a byl nepresny, ale dals model byl jiz vylepseny. Po modelu Z1 zkonstruoval jeste modely Z2 az Z4. Model Z4 byl vyroben v roce 1945 a obsahoval 2500 rele. Vsechny tyto modely jsou oznacovany jako poctace nulte generace.
2.3 Prvn prumyslova automatizace v USA
Skutecne automatizace dosahla chemicka Texaco s poctacovym rzenm az v roce 1959. Rozsren automatizace do te doby branila vysoka cena a naroky na velikost prostoru. Dals rozvoj se uskutecnil roku 1960, kdy se ame- ricky vyrobce automobilu General Motors zacal zabyvat moznost nahrady releovych rdcch systemu. V roce 1968 vyhlasila firma soutez na dodavku poctacoveho rzen pro sve vyrobn linky. Do teto souteze se prihlasily ctyri firmy Information Instruments, Inc (po roce prejmenovana na Allen-Bradley, nyn Rockwell Automation), Digital Equipment Corp. (DEC), Century Det- roit a Bedford Associates. Soutez vyhrala firma Bedford Associates a v roce 1969 bylo vyrobeno prvn PLC. Jadrem systemu byl mikroprocesor upra- veny pro prumyslove vyuzit a s okolm byl propojen pres ramy do kterych se instalovaly vstupne / vystupn moduly. Kazdy takovy modul mohl obsa- hovat az 16 binarnch signalu. CPU se dalo pripojit az k 8 ramum a kazdy tento ram mel az 8 pozic pro vstupne / vystupn moduly. Celkem tedy bylo mozne pripojit 1024 signalu. Prvn PLC bylo oznaceno 084 jako 84. Jednm z vyvojaru PLC byl Richard E. Morley, ktery je povazovan za “otce” PLC. Aby se Morley a jeho spolupracovnci mohli vce venovat vyvoji PLC zalozili v roce 1969 spolecnost na vyvoj, vyrobu a prodej programovatelnych auto- matu. Pojmenovali ji Medicon jako zkratku podle MOdular DIgital CONtrol. PLC 084 byl nakonec opravdu vyuzit ve firme General Motors, jeho prace byla rdit vyrobu automatickych prevodovek (model 400), jez se pouzvaj pro znacku Codillac, Chevrolet a Pontiac. Nyn stacilo nove operace jen nahrat
11
Obrazek 9: Poctac Z3
do intern pameti. Dukazem spolehlivosti byla existence vce jak 100 kusu v provozu po 30 letech po vzniku PLC 084. Dals vyhodou PLC 084 byla jeho odolnost, pri ukazce komercnm zakaznkum vyvojarum PLC spadlo s velkou ranou na zem a i pres to fungovalo bez problemu. Konkurencn spolecnost se take pokusila prstroj znicit za pomoc proudu a roztoku sodneho. Ani tento pokus PLC 084 neposkodil. Dalsm pokrokem bylo prvn programo- vatelne PLC pro General Motors pod oznacenm PDQ II. Oznacen tohoto PLC byla zkratka pro prevodnk programovanych dat. Takto se po malych krocch vylepsovaly PLC az v roce 1972 jiz existovala zhruba destka doda- vatelu PLC, kter nabzeli asi 20 modelu. Dulezitymi dodavateli se zacaly stavat firmy GE (Logitrol) a Square D (SY/MAX), kter vyvinuli sve vlastn produkty. Dalsm dulezitym dodavatel se stala firma Industrial Solid State Control (ISSC), ktera predstavila svuj automat IPC-4000. V roce 1975 jiz byly postaveny zaklady pro PLC, ktere vedly k exponencialnmu rustu po zbytek dekad a dale. Na veletrhu Controls Shows v roce 1975, jiz vystavo- valo PLC patnact spolecnost. V tomto roce zacaly produkty PLC nabzet i evropske a japonske firmy. V tom samem roce prisla spolecnost Medicon s PLC 284 jiz s mikroprocesorem a PLC 384 s digitalnmi algoritmy pro spo-
13
jite rzen. Prave spolecnost Medicon zustavala na spici vyvoje prumyslove automatizace, a hlavne komunikace az do roku 1995, kdy se Medicon zaclenil do skupiny Schneider Elektronic - prednho hrace na poli prumyslove au- tomatizace. Spolecnost Medikon prisla naprklad se systemem Hot Stan- dby(redundance procesoru v horke zaloze), Remote I/O(vzdalene vstupy a vystupy), online programovanm, komunikac Ethernet pro rdc systemy nebo Modbus (prumyslovy protokol).
2.4 Prumyslova automatizace v Evrope
V Evrope dne 2.dubna 1958 na nemeckem patentovem urade byla za- registrovana obchodn znacka Simatic, ktera patr pod spolecnost Siemens. Ten samy rok jiz strojrenskem veletrhu v Parzi zpusobuje senzaci prvn rdc obvod s germaniovymi tranzistory (Simatic G). Tato technologie byla rychlejs nez dosavadn ovladan pres rele. Rok na to dochaz k dulezite technicke zmene. Rdc a spnac obvody zacnaj byt vyrabene s pouzitem kremku. Tento vyvoj prinas novou radu PLC Simatic N. Tato druha rada byla nejvce vyuzvana v transformovnach a elektrarnach. Roku 1973 prichaz Siemens s vyssm vypocetnm vykonem pro novy rdc typ jednotky Sima- tic S3. Vylepsen vykonu prinas nove uplatnen v prumyslu. Pata generace
14
systemu Simatic S5 prichaz roku 1979 a obsahuje prelomove funkce, jako naprklad zabezpecen proti selhan nebo inzenyrsky software STEP, ktery usnadnuje rychlou tvorbu a upravu programu. Dalsm prulomem je komu- nikacn standard Profibus pro dals generaci Simatic S7 roku 1994, ktery odstartoval eru st’ove komunikace. Profibus je prumyslova sbernice, ktera v dnesn dobe reprezentuje velmi rozsreny komunikacn standart. Od teto chvle roste vyznam st jako duleziteho aspektu automatizace. V roce 1996 Siemens poprve predstavil koncept plne integrovane automatizace, ktery plne pokryva cely vyrobn retezec. Dals vylepsen prichaz roku 2009 kdy se Si- matic S7-1200 rozsiruje o ovladac panely Simatic HMI. Dky temto panelum uz bylo mozne splnit temer vsechny automatizacn ulohy.
15
Obrazek 13: Panely Simatic HMI
16
http://www.zsandel.net/predmety/informatika/7/historie_0_generace.
pdf
https://eluc.kr-olomoucky.cz/verejne/lekce/966
http://plc-automatizace.cz/knihovna/historie/historie-plc.htm
https://www.siemens.cz/
https://www.motioncontroltips.com/wp-content/uploads/2017/05/Rexroth-IL-sample.
png
en-US
17
Prumyslová automatizace v Evrope
1 PLC 2 1.1 Simatic S7-1500 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.2 Moduly PLC Simatic S7-1500 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.1 Procesor (CPU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.2.2 PM (Power Modul) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.3 CM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.4 DI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.5 DO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.6 AI a AO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.7 IM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.8 PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.9 TM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 Programove bloky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.4 Programovac jazyky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4.1 STL (Statement List) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.4.2 SCL (Structured Control Language) . . . . . . . . . . . 5 1.4.3 LAD (Ladder Diagram) . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.4.4 GRAPH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.4.5 FBD (Function Block Diagram) . . . . . . . . . . . . . 10
2 Vyvoj PLC 10 2.1 Vznik prvnch automatu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.2 Prvn poctac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.3 Prvn prumyslova automatizace v USA . . . . . . . . . . . . . 11 2.4 Prumyslova automatizace v Evrope . . . . . . . . . . . . . . . 14
3 Zdroje 17
Zkratka PLC pochaz z anglickeho Programmable Logic Controller. V cestine se setkavame s oznacenm programovatelny logicky automat. PLC je miniaturn prumyslovy poctac vybaveny potrebnym softwarem a hard- warem, ktery je potrebny pro vykonavan potrebnych funkc. PLC zajist’uj chod vyrobnch linek a ovladan stroju. Nyn se muzeme setkat s PLC i v jinych vyrobnch odvetvch. PLC umoznuje automatizaci naprklad v ener- getice, komunikacn infrastruktukture, bezpecnosti, zdravotnictv - lekarske peci, vyrobe atd. V dalsm popisu pouziji jako prklad modularn a univerzaln PLC Simatic S7-1500, ktery nahrazuje stars modely podle planu od roku 2013 az do roku 2035. Programovatelny pomoc programu TIA PORTAL (Totally Integrated Automation) verze 13 (kterou jsem vyuzvala na skole) nebo pomoc starsho programu STEP7.
1.1 Simatic S7-1500
Obsahuje CPU, zdroj a dals moduly (maximaln pocet modulu je 30). CPU je mikroprocesor, ktery spoust rdc procesy. Jednotka nacte ze vstupnch modulu data a na jejich zaklade vysle prkazy k vystupnm modulum. IT funkce Simatic S7-1500 je webserver (umoznuje CPU vytvorit webove roz- hran), rozhran s druhou IP adresou, integrovany PID regulator se snadno nastavitelnymi funkcnmi bloky (optimaln hodnoty se nastavuj samy), in- tegrovatelny system pro diagnostiku a ProDiah pro diagnostiku stroju a zarzen.
1.2 Moduly PLC Simatic S7-1500
1.2.1 Procesor (CPU)
Procesor muze byt ruzne rady napr. 1511, 1513, 1515, 1516, . . . . Procesor obsahuje displej a slot pro pamet’ovou kartu. Pouzva se decentraln pres slave komunikaci. Umoznuje zalohovan dat, jeho pracovn frekvence je 100MHz a ma 10ns rychlost jedne instrukce. Procesor vetsinou obsahuje 5 MB pracovn pamet pro data, 1MB pameti pro program, ethernet (port RJ45), profinet 100Mb (2x port RJ45 switch), Profibus Master a 10ns bitove operace. Pro provoz je nutna Simatic MEmory Card (system FAT 32), prenas projekt na kartu ve standartn ctecce, zajist’uje uchovan dat pro vypnut CPU a pouzva
2
1.2.2 PM (Power Modul)
1.2.3 CM
1.2.4 DI
Tento modul slouz pro digitaln vstupy. Vyuzvaj se pro diagnostiku zkratu a prerusen vodice pro jednotlive kanaly neboli monitoring napet. Sleduje take hardwarove prerusen pro jednotlive kanaly.
1.2.5 DO
Tento modul osahuje digitaln vystupy a jako minuly modul dela diagnos- tiku zkratu pro jednotlive kanaly. Obsahuje definice nahradnch hodnot pro kazdy kanal.
1.2.6 AI a AO
V modulu AI jsou zabudovane analogove vstupy pro kazdy kanal a v modulu AO jsou zabudovane analogove vystupy.
1.2.7 IM
IM modul umoznuje komunikaci pomoc standartu Profinet a zajist’uje komunikaci s nadrazenym PLC nebo PC.
1.2.8 PS
PS je napajec zdroj za pomoc systemove sbernice, ktery je pripojen pres U-konektory.
3
1.2.9 TM
1.3 Programove bloky
CPU si rezervuje pamet’ovou oblast pro ulozen vsech signalu. Bloky mame rozdelene na organizacn bloky, funkcn bloky, datove bloky a funkce. Organizacn bloky vytvarej rozhran mezi operacnm systemem a uzivatelskym programem. V Operacnm bloku muze byt ulozen cely program, ktery je cyk- licky volan operacnm systemem nebo muze byt distribuovan pres nekolik bloku. Funkcn bloky nabz stejne moznosti jako funkce, ale take jsou vy- baveny vlastnmi pamet’ovymi oblastmi ve forme instalacnch bloku. Datove bloky jsou datove oblasti uzivatelskeho programu. Funkce obsahuj podfunkce programu.
4
1.4 Programovac jazyky
PLC lze programovat pod oznacenm standartu IEC 61131-3 pod kterym se skryva definice programovacch rezimu (jazyku) pro PLC. Tento sou- bor je vce znamy pod oznacenm CoDeSys, coz je oznacen univerzalnho vyvojoveho prostred pro aplikacn programy rdcch systemu PLC prave podle standartu IEC 61131-3, bez ohledu na pouzity hardware. Dky nemu je tak mozno vytvaret jednotne datove a programove struktury a zpusoby ovladan nezavisle na vyrobci a typu PLC. K dispozici jsou tyto programovac jazyky STL (posloupnost instrukc), SCL (obdoba Pascalu), LAD (kontaktn neboli liniove c releove schema), GRAPH (vyvojove schema) a FBD(schema funkcnch bloku).
1.4.1 STL (Statement List)
Tento jazyk je textovy zapis, ktery je tvoren v mnemotechnickych in- strukcch CPU. STL je velmi podobny asembleru. Program se sklada z po- sloupnosti jednoduchych operac tvorenych zakladnmi instrukcemi AND, AND NOT, OR, OR NOT, NOT a LOAD. Tento pro jazyk se vyznacuje dokonalym prehledem. Nen vsak vhodny pro slozite operace, kdy se zapis stava neprehledny.
1.4.2 SCL (Structured Control Language)
Programovac jazyk SCL je idealn pro klasicke programatory mikropro- cesoru, protoze jeho zapis je tvoreny posloupnost symbolickych instrukc. Jde tedy o programovac jazyk vyss urovne, podobne jako Pascal ci Java. Tento zapis je vhodny pro praci s daty, retezci, databazemi a programovan
5
6
slozitych vypocetnch algoritmu. Je tak vhodny pro narocne zpracovan ana- logovych signalu, jako naprklad pro realizaci digitalnch filtru, linearizaci signalu a slozite radc algoritmy nebo pro praci s textovymi retezci. Vyhodou je snadne a rychle naprogramovan i slozitych aritmetickych vzorcu a rela- tivne snadna manipulace a prace s bloky dat a databazemi.
1.4.3 LAD (Ladder Diagram)
Tento zapis programu vychaz z dob releove logiky, kdy msto procesoru ci mikrokontroleru nebo integrovanych logickych obvodu typu NAND, NOR ci XOR, se vyuzvala soustava vzajemne propojenych relatek. S jejich po- moc lze snadno realizovat logicke funkce AND a OR ci NAND a NOR. A prave pomoc releovych schemat se snadno tyto logicke soustavy “zapiso- valy”. Vyhodou je jasne definovana posloupnost zapisu, prehlednost, rychle programovan a je idealn pro zpracovan velkeho poctu logickych signalu.
1.4.4 GRAPH
Sekvencn funkcn diagram, nazyvany GRAPH je graficky programovac jazyk. Princip funkcnho diagramu je odvozen od Petriho st (Grafcet). Tento program je vyhodny tam, kde je potreba vytvorit slozitejs strukturu sekvence programoveho algoritmu. Resen pomoc RS clenu nebo posuvnych registru muze byt neadekvatn z hlediska prehlednosti a naslednych uprav. Velka vyhoda moznost jednotlive procesy rozdelit na jednotlive kroky, ktere mohou urychlit a zjednodusit resen problemu.
7
8
9
Obrazek 7: Programovac jazyk FBD
1.4.5 FBD (Function Block Diagram)
FBD je graficky zapis programu zobrazen pomoc funkcnch bloku, pro- gram je tvoren bloky s danymi funkcemi. Tento programovac jazyk pripomna kreslen schemat s integrovanymi obvody. Vyhodou tohoto programu je defi- novane graficke clenen do radku, logicke operace v podobe hradel, prehledny zapis a je idealn pro zpracovan velkeho poctu logickych signalu.
2 Vyvoj PLC
Pod pojmem automat si asi kazdy predstav modern zarzen, ale existo- valy jiz pred dvema tisci lety a bez nich bychom dnesn automaty asi nemeli. Prvn automat muzeme najt jiz ve staroveke Alexandrii kolem roku 300 pr.n.l. Na automatizaci v teto dobe mel hlavn pricinen predevsm Heron Ale- xandrijsky zvany Mechinakos. Z dochovanych knih je zrejma vysoka uroven technickeho poznan. Mezi jeho vynalezy patr automaticke otvran dver, napojovy automat nebo principy pohonu, ktere najdeme i v dnesnch strojch. Za prvn programovatelny automat byl povazovan mechanismus loutkoveho divadla. Heron ve svych automatickych strojch vyuzval znalosti hydrauliky a pneumatiky. Heron pritom vychazel ze sveho predchudce myslitele Filona
10
2.2 Prvn poctac
Cslicove logicke automaty v dnesn podobe se zacaly objevovat uz kolem roku 1930. Prvn poctac Z1 byl naprklad sestrojen v roce 1938 nemeckym inzenyrem a poctacovym prukopnkem Konradem Zuse. Tento prvn poctac byl konstruovan prevazne z rele a obsahoval 30000 kovovych cast. Prvn model nepracoval spravne a byl nepresny, ale dals model byl jiz vylepseny. Po modelu Z1 zkonstruoval jeste modely Z2 az Z4. Model Z4 byl vyroben v roce 1945 a obsahoval 2500 rele. Vsechny tyto modely jsou oznacovany jako poctace nulte generace.
2.3 Prvn prumyslova automatizace v USA
Skutecne automatizace dosahla chemicka Texaco s poctacovym rzenm az v roce 1959. Rozsren automatizace do te doby branila vysoka cena a naroky na velikost prostoru. Dals rozvoj se uskutecnil roku 1960, kdy se ame- ricky vyrobce automobilu General Motors zacal zabyvat moznost nahrady releovych rdcch systemu. V roce 1968 vyhlasila firma soutez na dodavku poctacoveho rzen pro sve vyrobn linky. Do teto souteze se prihlasily ctyri firmy Information Instruments, Inc (po roce prejmenovana na Allen-Bradley, nyn Rockwell Automation), Digital Equipment Corp. (DEC), Century Det- roit a Bedford Associates. Soutez vyhrala firma Bedford Associates a v roce 1969 bylo vyrobeno prvn PLC. Jadrem systemu byl mikroprocesor upra- veny pro prumyslove vyuzit a s okolm byl propojen pres ramy do kterych se instalovaly vstupne / vystupn moduly. Kazdy takovy modul mohl obsa- hovat az 16 binarnch signalu. CPU se dalo pripojit az k 8 ramum a kazdy tento ram mel az 8 pozic pro vstupne / vystupn moduly. Celkem tedy bylo mozne pripojit 1024 signalu. Prvn PLC bylo oznaceno 084 jako 84. Jednm z vyvojaru PLC byl Richard E. Morley, ktery je povazovan za “otce” PLC. Aby se Morley a jeho spolupracovnci mohli vce venovat vyvoji PLC zalozili v roce 1969 spolecnost na vyvoj, vyrobu a prodej programovatelnych auto- matu. Pojmenovali ji Medicon jako zkratku podle MOdular DIgital CONtrol. PLC 084 byl nakonec opravdu vyuzit ve firme General Motors, jeho prace byla rdit vyrobu automatickych prevodovek (model 400), jez se pouzvaj pro znacku Codillac, Chevrolet a Pontiac. Nyn stacilo nove operace jen nahrat
11
Obrazek 9: Poctac Z3
do intern pameti. Dukazem spolehlivosti byla existence vce jak 100 kusu v provozu po 30 letech po vzniku PLC 084. Dals vyhodou PLC 084 byla jeho odolnost, pri ukazce komercnm zakaznkum vyvojarum PLC spadlo s velkou ranou na zem a i pres to fungovalo bez problemu. Konkurencn spolecnost se take pokusila prstroj znicit za pomoc proudu a roztoku sodneho. Ani tento pokus PLC 084 neposkodil. Dalsm pokrokem bylo prvn programo- vatelne PLC pro General Motors pod oznacenm PDQ II. Oznacen tohoto PLC byla zkratka pro prevodnk programovanych dat. Takto se po malych krocch vylepsovaly PLC az v roce 1972 jiz existovala zhruba destka doda- vatelu PLC, kter nabzeli asi 20 modelu. Dulezitymi dodavateli se zacaly stavat firmy GE (Logitrol) a Square D (SY/MAX), kter vyvinuli sve vlastn produkty. Dalsm dulezitym dodavatel se stala firma Industrial Solid State Control (ISSC), ktera predstavila svuj automat IPC-4000. V roce 1975 jiz byly postaveny zaklady pro PLC, ktere vedly k exponencialnmu rustu po zbytek dekad a dale. Na veletrhu Controls Shows v roce 1975, jiz vystavo- valo PLC patnact spolecnost. V tomto roce zacaly produkty PLC nabzet i evropske a japonske firmy. V tom samem roce prisla spolecnost Medicon s PLC 284 jiz s mikroprocesorem a PLC 384 s digitalnmi algoritmy pro spo-
13
jite rzen. Prave spolecnost Medicon zustavala na spici vyvoje prumyslove automatizace, a hlavne komunikace az do roku 1995, kdy se Medicon zaclenil do skupiny Schneider Elektronic - prednho hrace na poli prumyslove au- tomatizace. Spolecnost Medikon prisla naprklad se systemem Hot Stan- dby(redundance procesoru v horke zaloze), Remote I/O(vzdalene vstupy a vystupy), online programovanm, komunikac Ethernet pro rdc systemy nebo Modbus (prumyslovy protokol).
2.4 Prumyslova automatizace v Evrope
V Evrope dne 2.dubna 1958 na nemeckem patentovem urade byla za- registrovana obchodn znacka Simatic, ktera patr pod spolecnost Siemens. Ten samy rok jiz strojrenskem veletrhu v Parzi zpusobuje senzaci prvn rdc obvod s germaniovymi tranzistory (Simatic G). Tato technologie byla rychlejs nez dosavadn ovladan pres rele. Rok na to dochaz k dulezite technicke zmene. Rdc a spnac obvody zacnaj byt vyrabene s pouzitem kremku. Tento vyvoj prinas novou radu PLC Simatic N. Tato druha rada byla nejvce vyuzvana v transformovnach a elektrarnach. Roku 1973 prichaz Siemens s vyssm vypocetnm vykonem pro novy rdc typ jednotky Sima- tic S3. Vylepsen vykonu prinas nove uplatnen v prumyslu. Pata generace
14
systemu Simatic S5 prichaz roku 1979 a obsahuje prelomove funkce, jako naprklad zabezpecen proti selhan nebo inzenyrsky software STEP, ktery usnadnuje rychlou tvorbu a upravu programu. Dalsm prulomem je komu- nikacn standard Profibus pro dals generaci Simatic S7 roku 1994, ktery odstartoval eru st’ove komunikace. Profibus je prumyslova sbernice, ktera v dnesn dobe reprezentuje velmi rozsreny komunikacn standart. Od teto chvle roste vyznam st jako duleziteho aspektu automatizace. V roce 1996 Siemens poprve predstavil koncept plne integrovane automatizace, ktery plne pokryva cely vyrobn retezec. Dals vylepsen prichaz roku 2009 kdy se Si- matic S7-1200 rozsiruje o ovladac panely Simatic HMI. Dky temto panelum uz bylo mozne splnit temer vsechny automatizacn ulohy.
15
Obrazek 13: Panely Simatic HMI
16
http://www.zsandel.net/predmety/informatika/7/historie_0_generace.
https://eluc.kr-olomoucky.cz/verejne/lekce/966
http://plc-automatizace.cz/knihovna/historie/historie-plc.htm
https://www.siemens.cz/
https://www.motioncontroltips.com/wp-content/uploads/2017/05/Rexroth-IL-sample.
png
en-US
17
Prumyslová automatizace v Evrope