UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI, INFORMATYKI I TELEKOMUNIKACJI

INSTYTUT INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ

PRACA DYPLOMOWA INŻYNIERSKA

Współpraca sterowników PLC

z czujnikami pomiarowymi

Pracę wykonał:

Marcin Wieczorek

Nr albumu :

Prowadzący:

dr inż. Grzegorz Kobyłecki

Zielona Góra, Wrzesień 2004

SPIS TREŚCI

1. Wstęp..................................................................................................................

1. Wprowadzenie.................................................................................................................

1.2. Cel i zakres pracy............................................................................................................

2. Ogólne wiadomości na temat sterowników PLC.......................................

3. Przegląd sterowników PLC...............................................................................

2.1. Sterownik typu GE FANUC.........................................................................

2.2. Sterownik typu SIEMENS............................................................................

2.3. Sterownik typu ALLEY BRADLEY............................................................

2.4. Sterownik typu SCHNEIDER.......................................................................

4. Zastosowanie czujników pomiarowych w systemach ze sterownikami PLC

3.1. Pomiar prędkości obrotowej...................................................................

3.2. Pomiar temperatury................................................................................

3.3. Pomiar wielkości elektrycznych............................................................

3.4. Inne czujniki specjalne...........................................................................

5.Stanowisko laboratoryjne do badania czujników temperatury........................

4.1. Założenia.................................................................................................

4.2. Stanowisko laboratoryjne........................................................................

4.3. Oprogramowanie sterownika..................................................................

4.4. Wizualizacja.............................................................................................

6. Podsumowanie i wnioski końcowe...................................................................

7. Literatura i załączniki...........................................................................................

1. Wstęp

Programowalne sterowniki logiczne (PLC ang. Programmable Logic Controllers), nazywane także sterownikami programowalnymi, należą do szeroko rozumianej rodziny komputerów. Wykorzystywane są głównie w zastosowaniach przemysłowych. Praca PLC polega na monitorowaniu wejść analogowych i cyfrowych, podejmowaniu decyzji w oparciu o program (algorytm działania) użytkownika oraz odpowiednim sterowaniu wyjściami

Sterowniki swobodnie programowalne (PLC) coraz częściej wyposażone są

W przetworniki analogowo-cyfrowe oraz cyfrowo-analogowe. Umożliwia to

Połączenie sterowania procesem dyskretnym z regulacją wielkości ciągłych.

Zintegrowanie w jednym urządzeniu funkcji sterownika PLC i regulatora wymaga

jednak spełnienia szeregu wymagań wynikających z odmiennego charakteru

pracy obu tych urządzeń.

Sterowniki (PLC) stają się obecnie najczęściej stosowanym mikroprocesorowym

urządzeniem automatyki. Moc obliczeniowa stosowanych w nich systemów

mikroprocesorowych jest znaczna i dlatego obserwuje się stałe rozszerzanie

funkcji sterowników PLC.

Urządzenia te, zasadniczo przeznaczone do programowej realizacji układów

przełączających z uzależnieniami czasowymi oraz ilościowymi.

Odzwierciedla to struktura ich programowania stałego (systemowego).

Oprogramowanie stałe sterownika PLC powinno ułatwiać realizację takich

Zadań - typowych dla sterowania procesem produkcyjnym - jak np.:

• Normalne (technologiczne) uruchomienie układu

• Automatyczny restart po powrocie napięcia zasilania

• Obsługa normalnego (technologicznego) wyłączania

• Obsługa awaryjnego wyłączania wywołanego zanikiem napięcia zasilania

• Obsługa awaryjnego wyłączania wywołanego zdarzeniami procesowymi

• Natychmiastowe reakcje na wybrane zdarzenia zewnętrzne

• Reagowanie na zawieszenie sterownika

2 Ogólne wiadomości na temat sterowników PLC

• Podstawowe bloki funkcjonalne programowanego sterownika logicznego PLC.

Sterowniki PLC zbudowane są z: modułów wejściowych, jednostki centralnej

(CPU) oraz modułów wyjściowych.

Wejścia PLC akceptują różne sygnały wejściowe, cyfrowe lub analogowe;

pochodzące z zewnętrznych urządzeń (czujników) przetwarzane następnie do

postaci sygnałów logicznych, które stają się zrozumiale dla CPU.

Jednostka CPU podejmuje decyzje i wykonuje funkcje sterowania bazując na

instrukcjach programowych zawartych w pamięci. Moduły wyjściowe

przetwarzają funkcje sterowania z CPU do takiej postaci sygnałów

(cyfrowych lub analogowych), jakich wymaga aplikacja.

Instrukcje programowe określają, co powinien wykonać PLC przy

określonym stanie wejść i w danej sytuacji.

Dodatkowy interfejs operatorski (pulpit sterowniczy) umożliwia wyświetlanie

informacji o realizowanym procesie sterowania i wprowadzanie nowych

parametrów kontrolnych.

• Podstawowe parametry programowanych sterowników logicznych PLC.

- wymiary

- maks. liczba we/wy cyfrowych oraz analogowych

- maks. pamięć programu

- maksymalna ilość dołączanych modułów

- interfejsy umożliwiające rozszerzenie (np. IM365 lub IM360/361)

- moc obliczeniowa CPU

- protokół komunikacyjny z innymi elementami systemu (np. MPI,

PROFIBUS, Ethernet)

- czas wykonania instrukcji

- interfejsy do systemów IT i sieci WWW

- zakres temperatur pracy

- rodzaj szyny na której montowany jest sterownik

- możliwości programowania (obsługiwane języki programowania: FBD,

SFC)

- odporność mechaniczna

• Pamięci danych i programu w programowanych sterownikach logicznych.

W pamięci sterownika wyodrębniona jest pewna ilość miejsca do przechowywania chwilowych wyników operacji. W sterownikach PLC rozróżniamy 4 tryby adresowania: bitowo, bajtowo, wyrazowo oraz przy pomocy dwóch słów. Adresując słownie operujemy na 16-tu bitach i przy pomocy dwóch słów na 32-ch bitach.

Pamięć w sterowniku służy do przechowywania programu oraz informacji pośrednich, powstających w trakcie jego wykonywania. Jest to pamięć typu RAM, nieulotna np. EPROM lub EEPROM. Podział pamięci na pamięć operacyjną i pamięć programu nie jest sztywny. Najczęściej w trakcie uruchamiania i testowania, program jest zapisywany w pamięci operacyjnej RAM. Ostateczna jego wersja może być tam pozostawiona albo zapisana na “trwałe” w pamięci stałej.

• Układy wejścia i wyjścia programowanych sterowników logicznych.

Wejście dyskretne - określane także mianem: „wejścia cyfrowego”, może znajdować się w jednym z dwóch stanów: załączone (ON) lub wyłączone (OFF). Przyciski, przełączniki dwustanowe, wyłączniki krańcowe oraz czujniki zbliżeniowe to przykłady czujników dyskretnych, które są podłączane do dyskretnych (cyfrowych) wejść sterowników. W stanie załączenia (ON) dyskretne wejście odpowiada logicznej jedynce lub stanowi wysokiemu. W stanie wyłączenia (OFF) dyskretne wejście odpowiada logicznemu zeru lub stanowi niskiemu. Wiele sterowników wymaga oddzielnego zasilacza dla zasilania wejść. W stanie otwartym na wejściu PLC nie występuje napięcie. Jest to stan wyłączenia (OFF). Kiedy przycisk zostaje wciśnięty, napięcie np.: 24VDC zostaje dołączone do wejścia PLC. Jest to stan załączenia (ON).

Wyjście dyskretne - jest wyjściem, które może być włączone (ON) lub wy łączone (OFF). Zamieniają sygnały binarne sterownika na sygnały prądu stałego lub przemiennego potrzebne do wysterowania urządzeń wyjściowych. Cewki przekaźników oraz lampki to przykładowe urządzenia wykonawcze podłączane do wyjść dyskretnych. Wyjścia dyskretne mogą być również nazywane wyjściami cyfrowymi.

Wejście analogowe - to wejście, do którego podłącza się sygnał ciągły. Typowe wejścia analogowe różnią się właściwościami. np. mogą być przystosowane do pomiaru prądu (spotykane zakresy to 0..20mA oraz 4..20mA) lub napięcia (np. 0..10V).

Wyjście analogowe - jest wyjściem, na którym jest generowany sygnał ciągły w czasie. Na wyjściu może być wytwarzany np. sygnał napięciowy zakresu 0..10VDC, który steruje wskaźnikiem analogowym (wychyłowym). Przykładowo, do wyjść analogowych są dołączane wskaźniki prędkości, ciężaru i temperatury. Sygnał wyjściowy może być również używany przy bardziej złożonych zastosowaniach, takich jak np. zamiana prądu na ciśnienie, które reguluje pneumatycznym zaworem przepływu itp.

• Budowa i parametry dwustanowych układów wejścia sterowników logicznych.

Najprostsze w działaniu czujniki dwustanowe taki jak: przyciski, przełączniki i styki, mogą mieć zestyki zwarte w stanie czuwania (NC) lub rozwarte (NO).

Wejścia dyskretne, nazywane również wejściami cyfrowymi (ang. digital inputs) zamieniają pochodzące z urządzeń (przyciski, przełączniki, wyłączniki krańcowe, etc.) sygnały prądu stałego lub przemiennego na sygnały logiczne (dwustanowe) akceptowane przez sterownik.

W produkowanych obecnie sterownikach do takiej zamiany wykorzystywany jest zazwyczaj przetwornik optyczny, zapewniający dodatkowo optoizolację pomiędzy obwodami wejściowymi a magistralą sterownika (patrz rys. 4.3). W przypadku wejść prądu stałego polaryzacja źródła zasilania obwodów wejściowych zależy od typu zastosowanego układu wejściowego:

-       ujście (ang. SINK IN) tzn. z polaryzacją dodatnią (patrz rys. 4.3 a) nazywane układami o logice dodatniej (najczęściej spotykane),

-       źródło (ang. SOURCE IN) tzn. z polaryzacją ujemną (patrz rys. 4.3 b) nazywane układami o logice ujemnej.

W zależności od typu i wykonania sterownika dwustanowe sygnały wejściowe mogą mieć postać sygnałów napięciowych prądu stałego lub przemiennego o wartości “1”od 5V do 220V (najbardziej rozpowszechnione jest 24V).

• Budowa i parametry dwustanowych układów wyjścia sterowników logicznych

Wyjścia dyskretne, nazywane również wyjściami cyfrowymi (ang. digital outputs) zamieniają sygnały binarne sterownika na sygnały prądu stałego lub przemiennego potrzebne do wysterowania urządzeń wyjściowych (cewki styczników, lampki kontrolne, etc.).

Zamiany tych sygnałów dokonuje się poprzez zamykanie lub otwieranie zasilanych z zewnętrznego źródła obwodów wyjściowych za pomocą przekaźników (wyjścia przekaźnikowe, ang. Relay Output ) lub łączników tranzystorowych (wyjście „napięciowe”).

W przypadku obwodów wyjściowych z łącznikami tranzystorowymi istnieją dwa rozwiązania (podobnie jak w przypadku wejść prądu stałego):

• źródło (ang. SOURCE OUT) - najczęściej spotykane

- ujście (ang. SINK OUT)

Budowa i parametry analogowych układów wejścia sterowników logicznych.

Zamieniają pochodzące z czujników sygnały analogowe (ciągłe) na sygnały cyfrowe. Konwersja tych sygnałów realizowana jest za pomocą przetworników analogowo-cyfrowych ADC (ang. Analog to Digital Converter).

Parametrami charakteryzującymi przetworniki ADC i DAC są:

-       zakres napięć wejściowych/wyjściowych (najczęściej Ⴑ10 V),

-       rozdzielczość - napięcie przypadające na najmniej znaczący bit przetwornika,

-       czas przetwarzania,

-       częstotliwość przetwarzania.

Budowa i działanie analogowych układów wyjścia sterowników logicznych.

Zamieniają sygnały cyfrowe na sygnały ciągłe sterujące urządzeniami wykonawczymi. Konwersja tych sygnałów realizowana jest za pomocą przetworników cyfrowo-analogowych DAC (ang. Digital to Analog Converter).

Parametrami charakteryzującymi przetworniki ADC i DAC są:

-       zakres napięć wejściowych/wyjściowych (najczęściej Ⴑ10 V),

-       rozdzielczość - napięcie przypadające na najmniej znaczący bit przetwornika,

-       czas przetwarzania,

-       częstotliwość przetwarzania.

• Norma IEC 1131-3 dla programowanych sterowników logicznych.

Norma IEC 1131 składa się z pięciu części:

- Informacje ogólne,

- Sprzęt i wymagania testowe,

- Języki programowania,

- Wytyczne użytkownika,

- Wymiana informacji.

Część trzecia normy, IEC 1131-3, dotyczy języków programowania i stanowi jej najważniejszą część. Przede wszystkim dzięki niej ujednolicono koncepcję programowania PLC tak, aby w oparciu o wprowadzone zasady, użytkownik był w stanie programować bez większych trudności różne systemy PLC.
W części trzeciej normy IEC 1131 zostały zdefiniowane pojęcia podstawowe, zasady ogólne, model programowy i komunikacyjny oraz podstawowe typy i struktury danych. Określono w niej dwie grupy języków programowania: języki tekstowe i graficzne.

W grupie języków tekstowych zdefiniowane zostały następujące języki:

• Język listy instrukcji IL (Instruction List), będący odpowiednikiem

języka typu assembler

• Język strukturalny ST (Structured Text), który jest odpowiednikiem

języka algorytmicznego wysokiego poziomu

Do grupy języków graficznych opisanych w normie IEC 1131-3 należą:

• Język schematów drabinkowych LD (Ladder Diagram), podobny do

stykowych obwodów przekaźnikowych

• Język schematów blokowych FBD (Function Block Diagram), będący

odpowiednikiem schematów przepływu sygnału dla obwodów logicznych

przedstawionych w formie połączonych bramek logicznych oraz bloków

funkcyjnych takich jak w języku LD.

W normie IEC 1131-3 przedstawiono także sposób tworzenia struktury wewnętrznej programu w postaci grafu sekwencji SFC (Sequential Function Chart), który pozwala na opisywanie zadań sterowania sekwencyjnego za pomocą grafów zawierających etapy (kroki) i warunki przejścia (tranzycji) między tymi etapami.

• Języki programowania sterowników logicznych.

Program składa się z jednej lub kilku instrukcji, które realizują zadanie.

Programowanie sterowników polega na konstruowaniu zestawów prostych

instrukcji.

Języki tekstowe:

• Język listy instrukcji IL (Instruction List), będący odpowiednikiem języka typu assembler

Język listy instrukcji IL składa się z sekwencji instrukcji, z których każda

powinna zaczynać się w nowej linii. Instrukcja powinna zawierać nazwę

operatora z ewentualnymi modyfikatorami oraz operand (jeden lub więcej,

oddzielone przecinkami, w zależności od wymagań operatora). Operandami

mogą być stałe lub zmienne.

Przykład:

add 1 dodawanie 1

st counter Przesłanie wartości wyniku bieżącego do operandu

• Język STL, będący językiem mnemonicznym, o strukturze podobnej do wewnętrznego języka mikroprocesorów (asemblera).

Język ten pozwala wykorzystać wszystkie zasoby sterownika poprzez dostęp

do wszystkich jego rejestrów (pozwala na użycie funkcji i instrukcji

niedostępnych w innych językach). Instrukcja jest dla PLC rozkazem do

natychmiastowej realizacji. Lista instrukcji STL określa sposób i działanie

sterownika.
Tworzenie programu sterującego PLC z wykorzystaniem listy instrukcji STL

polega na używaniu właściwych tej metodzie rozkazów, wynikających z

konfiguracji sterownika i za pomocą reguł programowania sterownika

umieszczaniu ich we właściwych miejscach edytora programu wraz z

operandami.

• Język strukturalny ST (Structured Text), który jest odpowiednikiem języka algorytmicznego wysokiego poziomu

Podstawowymi elementami tego języka są wyrażenia i polecenia. Wyrażenie

stanowi element języka, który z chwilą wykonania dostarcza wartość

odpowiadającą jednemu z typów danych. Wyrażenie składa się z operatorów

i operandów. Operandem może być zmienna, stała, wywoływana funkcja

lub inne wyrażenia.

Przykład:

if trigger.q then

counter := counter + 1;

if counter >= 4 then

counter := 0;

end_if;

Języki graficzne

• Język schematów drabinkowych LD (Ladder Diagram), podobny do stykowych obwodów przekaźnikowych

Umożliwia realizację zadania sterowania za pomocą standaryzowanych

symboli graficznych. Symbole te umieszcza się w obwodach w sposób

podobny do szczebli (rungs) w schematach drabinkowych dla przekaźników

układów sterowania. Wykonanie programu w języku LD polega na

"przepływie prądu", analogicznie jak w schemacie drabinkowym dla

systemu przekaźników elektromechanicznych. Przepływ prądu następuje z

lewej strony do prawej.

• Język schematów blokowych FBD (Function Block Diagram), będący odpowiednikiem schematów przepływu sygnału dla obwodów logicznych przedstawionych w formie połączonych bramek logicznych oraz bloków funkcyjnych takich jak w języku LD.

Grafy

• graf sekwencji SFC (Sequential Function Chart), który pozwala na opisywanie zadań sterowania sekwencyjnego za pomocą grafów zawierających etapy (kroki) i warunki przejścia (tranzycji) między tymi etapami.

Program utworzony przy pomocy sieci SFC składa się z dwóch poziomów.

Poziom pierwszy zawiera reprezentację graficzną sieci, numer

identyfikacyjny kroku i tranzycji oraz komentarz. Poziom drugi zawiera kod

akcji zapisany np. w języku ST oraz opis warunków tranzycji.

• Język drabinkowy sterowników PLC.

  Język schematów drabinkowych LD należy do grupy języków graficznych i umożliwia realizację zadania sterowania za pomocą standaryzowanych symboli graficznych. Symbole te umieszcza się w obwodach w sposób podobny do szczebli (rungs) w schematach drabinkowych dla przekaźników układów sterowania.

Obwód jest definiowany jako zbiór wzajemnie połączonych elementów graficznych. Obwód LD ograniczony jest z lewej i prawej strony przez szyny prądowe. Szyny te nie są elementami obwodu. Prawa szyna może być rysowana w sposób jawny lub pozostawać w domyśle.

Wykonanie programu w języku LD polega na "przepływie prądu", analogicznie jak w schemacie drabinkowym dla systemu przekaźników elektromechanicznych. Przepływ prądu następuje z lewej strony do prawej.
Styk (contact) jest elementem przekazującym do połączenia poziomego po prawej stronie styku stan będący wynikiem mnożenia logicznego AND stanu linii łączącej po lewej stronie styku oraz wartości przypisanej mu logicznej zmiennej wejściowej, wyjściowej lub pamięciowej. Styk nie modyfikuje wartości skojarzonej z nim zmiennej.

Symbole standardowych styków:

Styki statyczne
1		Styk zwierny (normalnie otwarty) Stan połączenia z lewej strony styku jest przenoszony na prawą stronę jeżeli skojarzona zmienna logiczna ma wartość 1.
2		Styk rozwierny (normalnie zamknięty) Stan połączenia z lewej strony styku na prawą stronę, jeżeli skojarzona zmienna logiczna ma wartość 0.
Styki impulsowe
3		Styk reagujący na zbocze narastające Połączenie z prawej strony styku jest w stanie ON w czasie jednego wykonania, jeśli połączenie z lewej strony jest w stanie ON a skojarzona zmienna logiczna zmieniła wartość z 0 na 1. Poza tym stan połączenia z prawej strony jest w stanie OFF.
4		Styk reagujący na zbocze opadające Połączenie z prawej strony styku jest w stanie ON w czasie jednego wykonania, jeśli połączenie z lewej strony jest w stanie ON a skojarzona zmienna logiczna zmieniła wartość z 1 na 0. Poza tym stan połączenia z prawej strony jest w stanie OFF.

Cewka (coil) przekazuje stan połączeń z lewej strony na prawą bez zmian, powodując jednocześnie zapamiętanie stanu połączenia po swej lewej stronie przez przypisaną jej zmienną logiczną

Symbole cewek

Cewki zwykłe
1		Cewka Stan połączenia z lewej strony cewki jest przenoszony na prawą stronę i zapamiętywany w skojarzonej zmiennej logicznej
2		Cewka negująca Stan połączenia z lewej strony cewki jest przenoszony na prawą stronę a jego odwrotność jest zapamiętywana w skojarzonej zmiennej logicznej
Cewki z zapamiętaniem stanu
3		Cewka ustawiająca Skojarzona zmienna przyjmuje wartości 1 jeżeli połączenie z lewej strony jest w stanie ON i nie zmieni się aż do chwili wyzerowania przez cewkę kasującą
4		Cewka kasująca Skojarzona zmienna przyjmuje wartości 0 jeżeli połączenie z lewej strony jest w stanie ON i nie zmieni się aż do chwili ustawienia przez cewkę ustawiającą
Cewki impulsowe
5		Cewka reagująca na zbocze narastające Skojarzona zmienna logiczna przyjmuje wartość 1 na czas jednego wykonania, jeśli połączenie z lewej strony zmieniło stan z ON na OFF.
6		Cewka reagująca na zbocze opadające Skojarzona zmienna logiczna przyjmuje wartość 1 na czas jednego wykonania, jeśli połączenie z lewej strony zmieniło stan z OFF na ON.

• ISaGRAPH jako narzędzie programowania programowalnych sterowników logicznych PLC.

ISaGRAPH jest programem umożliwiającym w sposób bardzo wygodny

programowanie sterowników logicznych. Program, dzięki wbudowanym

edytorom daje możliwość wpisania algorytmu działania sterownika w wielu

językach (zarówno tekstowych jak i graficznych):

• Język listy instrukcji IL (Instruction List), będący odpowiednikiem

języka typu assembler

• Język strukturalny ST (Structured Text), który jest odpowiednikiem

języka algorytmicznego wysokiego poziomu

• Język schematów drabinkowych LD (Ladder Diagram), podobny do

stykowych obwodów przekaźnikowych

• Język schematów blokowych FBD (Function Block Diagram), będący

odpowiednikiem schematów przepływu sygnału dla obwodów logicznych

przedstawionych w formie połączonych bramek logicznych oraz bloków

funkcyjnych takich jak w języku LD.

Umożliwia także tworzenie struktury wewnętrznej programu w postaci grafu sekwencji SFC (Sequential Function Chart), który pozwala na opisywanie zadań sterowania sekwencyjnego za pomocą grafów zawierających etapy (kroki) i warunki przejścia (tranzycji) między tymi etapami.

Program ISaGRAPH posiada także podprogramy weryfikujące składnię i poprawność wpisanych algorytmów. Efekt działania sterownika można przesymulować dzięki wbudowanemu symulatorowi, który daje możliwość wymuszania na wirtualne wejścia określonych wartości oraz obserwacji odpowiedzi układu. Wektory testowe, możemy zapisać w postaci skryptu (testbench), który można wielokrotnie uruchamiać. Program posiada także wiele udogodnień graficznych. Na przykład efekty symulacji możemy oglądać w postaci graficznej animacji.

Zweryfikowany i przesymulowany algorytm sterowania można przesłać za pomocą odpowiedniego interfejsu (komunikacja programatora z CPU sterownika odbywa się z użyciem łącza szeregowego).

• Zastosowania programowanych układów sterowania.

• głównie w zastosowaniach przemysłowych

• automatyzacja pojedynczych maszyn (np. wtryskarek), jak i kompletnych

procesów produkcyjnych (zrobotyzowane linie montażowe, procesy ciągłe

itp. w przemyśle chemicznym, itp.).

- automatyzacja obiektów technologicznych.

- sterowanie oświetleniem, roletami, żaluzjami, systemami grzewczymi i

klimatyzacyjnymi oraz szeregiem innych urządzeń w gospodarstwie

domowym.

• tworzenie zdecentralizowanych struktur sterowania dla małych obiektów

typu przepompownie, oczyszczalnie ścieków

• realizacja skomplikowanych funkcji sterowania oraz do automatyzacji

dużych obiektów technologicznych.

- wykrywanie ognia i gazu w przemyśle petrochemicznym, górnictwie, itp.),

3. Sterowniki PLC firmy GE FANUC serii 90-30

Sterowniki programowalne GE Fanuc są produktem amerykańsko-japońskiej firmy GE Fanuc Automation. Firma ta powstała w roku 1987 jako joint-venture amerykańskiego koncernu General Electric i japońskiej firmy Fanuc Ltd. Firma GE Fanuc jest wiodącym producentem systemów numerycznego sterowania obrabiarek (CNC), sterowników programowalnych (PLC) oraz robotów i laserów przemysłowych. GE Fanuc przykłada duże znacznie do kwestii jakości produkowanych urządzeń. Wynikiem tego, było otrzymanie certyfikatu jakości ISO9001 oraz prestiżowej nagrody dla najlepszej elektronicznej fabryki w USA. Firma GE Fanuc posiada duży potencjał badawczo - rozwojowy, którego owocem jest między innymi seria sterowników programowalnych PLC 90. Sterowniki te są zgodne pod względem konfiguracji, programowania i komunikacji, odznaczają się wysoką jakością, elastycznością, nowoczesną i funkcjonalną konstrukcją. Zastosowania sterowników serii 90 są bardzo szerokie, od prostych układów sterowania do złożonych, wyrafinowanych systemów - włącznie z możliwością pracy w warunkach niebezpiecznych. Do sterowników rodziny 90 opracowano szereg urządzeń uzupełniających takich jak panele operatorskie czy system rozproszonych wejść i wyjść. W Polsce produkty firmy GE Fanuc dostarczają dwie firmy: ASTOR i ABMicro. Dzięki wymienionym zaletom sterowników serii 90, a także konkurencyjnej ceny tych urządzeń, w naszym kraju są one sprzedawane w dużych ilościach. Systemy automatyki zbudowane w oparciu o sterowniki serii 90 GE Fanuc znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach gospodarki, a firmy dostarczające sterowniki posiadają długie listy referencyjne.

• Sterowniki serii 90-30

Sterowniki programowalne serii 90-30 są średniej wielkości sterownikami o bardzo szerokim zakresie zastosowań. Sterowniki te mogą sterować pojedynczymi urządzeniami albo kontrolować i sterować całym procesem produkcyjnym. Sterowniki 90-30 są przedstawiane jako najszybsze urządzenia w swojej klasie. Dodatkowym atutem serii 90-30 jest wyposażenie tej serii w dużą ilość specjalizowanych modułów pozwalających na sterowanie nawet nietypowymi urządzeniami.   Sterowniki serii 90-30 posiadają budowę modularną. Podstawą sterownika jest kaseta posiadająca w zależności od typu 5 lub 10 gniazd. W gniazdach umieszcza się moduły wejść, wyjść a także inne - specjalizowane. System może zawierać do siedmiu dodatkowych kaset które mogą znajdować się w oddaleniu od kasety głównej zawierającej jednostkę centralną ponad 200 metrów. Budowa sterownika 90-30 jest jego wielką zaletą. Wykorzystanie maksymalnej ilości ośmiu kaset z 10 gniazdami umożliwia wykorzystanie w systemie 80 modułów, co umożliwia istnienie w systemie ponad 1000 punktów wejścia/wyjścia. Dodatkowo możliwość oddalenia kaset umożliwia swobodne rozmieszczenie punktów na całym automatyzowanym obiekcie bez potrzeby używania specjalizowanych sieci komunikacyjnych. Oczywiście systemy oparte na sterownikach 90-30 nie muszą być tak rozbudowane. Ich wielkość zależy od projektanta systemu. Dla kontrastu przykładem może być sterownik z 1 kasetą z 5 gniazdami. Jak zostało już wspomniane sterowniki 90-30 posiadają duży wybór modułów typowych - takich jak moduły wejścia i wyjścia (zarówno dyskretne jak i analogowe) - a także specjalizowanych np. moduły sterowania silnikami krokowymi, moduły pozycjonujące stosowane w serwonapędach a także moduły licznika impulsów wysokiej częstotliwości. Bogaty wybór modułów umożliwia dobór koniecznych urządzeń i stworzyć jednorodny system sterowania. Sterowniki 90-30 mogą być konfigurowane i programowane za pomocą oprogramowania LogicMaster90, Cimplicity Control, a także za pomocą pakietu VersaPro. Programowanie sterowników 90-30 staje się wyjątkowo elastyczne dzięki możliwości przesyłania programu sterującego i konfiguracji w trybie on-line przez RS232, sieć Ethernet, sieć telefoniczną lub radiomodem. Seria sterowników może współpracować z innymi urządzeniami za pomocą wbudowanych portów RS232/RS485, specjalizowanych modułów komunikacyjnych wykorzystując wiele powszechnie stosowanych protokółów komunikacyjnych. Sterowniki posiadają także duże możliwości diagnostyczne. Procedury diagnostyczne umieszczają w tablicach błędów działania informacje o błędach działania sterownika i w oddzielnej tablicy błędy działania modułów dodatkowych. Umożliwia to szybką lokalizację usterki czy to w module dodatkowym, czy w samym sterowniku.

Do podstawowych elementów systemu 90-30 zaliczają się:

• jednostki centralne

• kasety podstawowe

• kasety rozszerzające dla kaset podstawowych

• kasety rozszerzające do montowania w oddaleniu od kaset podstawowych

• moduły wejść / wyjść

• moduły specjalne  

• zasilacze

• Jednostki centralne

Jednostki centralne można podzielić na: standardowo montowane na kasecie podstawowej i występujące jako oddzielne moduły do uzupełnienia kasety podstawowej. Kasety, które nie posiadają zamontowanych jednostek centralnych - mają specjalne gniazdo w którym można zamontować wyłącznie jednostkę centralną. Jednostki centralne różnią się nie tylko tym, że są lub nie są standardowo montowane na kasecie podstawowej. Inne różnice to: rodzaj procesora, szybkość, liczba punktów wejść, rozmiar pamięci o organizacji rejestrowej, maksymalny obszar pamięci dla programu użytkownika, ilość funkcji wewnętrznych i inne.

Zestawienie parametrów jednostek centralnych sterowników 90-30

Jednostki 16-bitowe (Low End)
Model 311 (jednostka wbudowana w kasetę 5-gniazdową)	­ procesor 80188, 8 MHz, ­ możliwość obsługi 160 wejść/wyjść, ­ 512 rejestrów z danymi, ­ program sterujący do 6 kB, ­ szybkość wykonywania programu sterującego (tylko styki): 18 ms/kB.
Modele 313 i 323 (jednostki wbudowane w kasety odpowiednio 5 i 10 gniazdowe)	­ procesor 80188, 10 MHz, ­ możliwość obsługi 160/320 wejść/wyjść, ­ 1024 rejestrów z danymi, ­ program sterujący do 12 kB, ­ szybkość wykonywania programu sterującego (tylko styki): 0,6 ms/kB.
Model 331 (jednostka centralna jako osobny moduł)	­ procesor 80188, 8 MHz, ­ możliwość obsługi 1024 wejść/wyjść, ­ 2048 rejestrów z danymi, ­ program sterujący do 16 kB, ­ szybkość wykonywania programu sterującego (tylko styki): 0,4 ms/kB, ­ możliwość rozszerzenia systemu do 5 kaset (49 gniazd).
Jednostki 32-bitowe (High End)
Model 350 (jednostka centralna jako osobny moduł)	­ procesor 80386EX, 25 MHz, ­ możliwość obsługi 4096 wejść/wyjść, ­ 9999 rejestrów z danymi, ­ program sterujący do 32 kB, ­ szybkość wykonywania programu sterującego (zawierającego tylko styki): 0,22 ms/kB, ­ możliwość rozszerzenia systemu do 8 kaset (79 gniazd), ­ blokada dostępu do pamięci Flash, ­ możliwość wykonywania operacji zmiennoprzecinkowych.
Model 352 (jednostki centralne jako osobne moduły)	­ konfigurowalny obszar rejestrów z danymi - max. 32640, ­ konfigurowalny obszar we/wy analogowych - max. po 32640, ­ pamięc 240 kB, ­ wbudowany koprocesor arytmetyczny (sprzętowa realizacja operacji zmiennoprzecinkowych), ­ 2 porty komunikacyjne RS232 i RS485, ­ pozostałe parametry jak w CPU350.
Model 360 (jednostka centralna jako osobny moduł)	­ konfigurowalny obszar rejestrów z danymi - max. 32640, ­ konfigurowalny obszar we/wy analogowych - max. po 32640, ­ pamięć 240 kB, ­ pozostałe parametry jak w CPU350.
Model 363 (jednostka centralna jako osobny moduł)	­ wbudowane porty komunikacyjne RS232 i RS485 (obsługuje protokoły SNP/SNP-X, MODBUS RTU Slave, Custom ASCII), ­ pozostałe parametry jak w CPU360.
Model 364 (jednostka centralna jako osobny moduł)	­ wbudowany port komunikacyjny do sieci Ethernet TCP/IP (interfejsy AAUI lub UTP), ­ pozostałe parametry jak w CPU360.

• Kasety

Kasety podstawowe są to płyty z przewidzianym miejscem na zamontowanie zasilacza i z gniazdami do instalowania modułów. Kasety podstawowe różnią się od siebie ilością gniazd a także obecnością lub nie jednostki centralnej na kasecie.

Zestawienie kaset podstawowych sterowników serii 90-30

IC693CPU311	5 gniazd, zawiera standardowo montowaną jednostkę centralną CPU311
IC693CPU313	5 gniazd, zawiera standardowo montowaną jednostkę centralną CPU313
IC693CPU323	10 gniazd, zawiera standardowo montowaną jednostkę centralną CPU313
IC693CHS397	dla CPU331, CPU341, CPU351, 5 gniazd, nie zawiera jednostki centralnej
IC693CHS391	­dla CPU331, CPU341, CPU351, 10 gniazd, nie zawiera jednostki centralnej

Kasety rozszerzające dla kaset podstawowych

Kasety rozszerzające dla jednostek centralnych CPU331, CPU341 oraz CPU 351 posiadają 5 lub 10 gniazd do podłączenia modułów oraz gniazdo do podłączenia zasilacza. Kasety te są podobne do kaset podstawowych - jedyną różnicą jest przełącznik DIP, za pomocą którego ustawia się numer przypisany danej kasecie. Do każdego z gniazd można podłączać moduły wejść / wyjść oraz większość modułów dodatkowych. Maksymalna odległość od kasety podstawowej do najbardziej odległej kasety rozszerzającej wynosi 15 metrów. Długość kabla łączącego wszystkie kasety systemu nie może przekraczać 15 metrów, a wszystkie kasety systemu muszą być podłączone do wspólnego przyłącza uziemienia. Po prawej stronie każdej kasety rozszerzającej znajduje się 25 wtykowe gniazdo złącza typu D (oznaczone EXPANSION) dla podłączenia kolejnej kasety rozszerzającej (kaseta podstawowa również zawiera takie gniazdo).

Przykłady typów kaset rozszerzających

IC693CHS392	kaseta rozszerzająca 5 gniazd
IC693CHS393	kaseta rozszerzająca 10 gniazd

Kasety rozszerzające do montowania w oddaleniu od kaset podstawowych

Kasety rozszerzające do montowania w oddaleniu od kaset podstawowych dla jednostek centralnych CPU331, CPU341 oraz CPU 351 posiadają 5 lub 10 gniazd do podłączania modułów oraz gniazdo do podłączania zasilacza. Kasety te zewnętrznie podobne są do kaset rozszerzających (posiadają przełącznik DIP) - jedyną różnicą jest możliwość oddalenia ich od kasety podstawowej na odległość 213 metrów za pomocą zalecanego przez producenta kabla. W jednym systemie mogą znajdować się zarówno kasety rozszerzające, jak i kasety montowane w oddaleniu od kasety podstawowej.

• Moduły wejść / wyjść

Moduły wejść i wyjść systemu 90-30 posiadają zwartą budowę i są instalowane bezpośrednio w odpowiednim gnieździe kasety sterownika (może to być dowolne gniazdo oprócz gniazda jednostki centralnej). Moduły wejścia / wyjścia systemu 90-30 można podzielić na 5 głównych grup: Moduły wejść dyskretnych - przekształcają one napięcie wejściowe (stałe lub przemienne) na sygnał logiczny wykorzystywany przez sterownik. Obwody wejściowe są odizolowane od obwodów logicznych za pomocą optoizolatora. Moduły takie są dostępne w wersjach 8-,16- lub 32-punktowej. Moduły wyjść dyskretnych - przekształcają one sygnał wyjściowy otrzymany ze sterownika na napięcie o określonej wartości, zasilające urządzenia sterowane przez system 90-30. Każdy punkt wyjściowy jest odizolowany półprzewodnikowo. Moduły taki dostępne są w wersjach 5-, 6-, 8-, 12-, 16- lub 32- punktowej.         Moduły wejść analogowych - zapewniają one konwersję analogowego sygnału napięciowego lub prądowego na odpowiadającą my liczbę 12-bitową. Moduły takie dostępne są w wersjach prądowych (4- i 16-kanałowych) oraz jednej napięciowej (4- kanałowej).         Moduły wyjść analogowych - zapewniają one konwersję 12-bitowej liczby na odpowiadający jej analogowy sygnał napięciowy lub prądowy. Moduły takie dostępne są w dwóch wersjach napięciowej i prądowej; każda z nich jest dwukanałowa. Kombinowane moduły wejść i wyjść - są to moduły zawierające po osiem wejść i osiem wyjść dyskretnych.

• Moduły specjalne

Moduły dyskretnych i analogowych wejść/wyjść umożliwiają wykorzystanie sterownika do standardowych zastosowań. Jednak istnieją zagadnienia, dla których standardowe wyposażenie sterownika nie jest wyposażeniem wystarczającym. Z myślą o zadaniach niestandardowych powstała seria modułów specjalnych. Przykłady modułów specjalnych:

­ - Moduł licznika impulsów o wysokiej częstotliwości

­ - Moduł pozycjonujący dla jednej lub dwóch osi

­ - Moduły programowalnego koprocesora

­ - Moduł wejść / wyjść dla sygnałów szybkozmiennych.

Dużą częścią modułów specjalnych są moduły przeznaczone do komunikacji z innymi urządzeniami i systemami. Moduły komunikacyjne umożliwiają włączenie systemu automatyki z wykorzystaniem sterownika GE Fanuc do systemów zbudowanych z innych urządzeń, a także tworzenie sieci sterowników GE Fanuc. Przykłady specjalizowanych modułów komunikacyjnych:

­ Moduł komunikacyjny RTU MODBUS

­ Moduł komunikacyjny GENIUS PLUS

­ Moduł komunikacyjny GENIUS BUS CONTROLLER

­ Moduł komunikacyjny CMM dla złącz szeregowych RS-232/485

­ Moduł komunikacyjny TCP/IP ETHERNET

­ Karta do komputera PC - interfejs magistrali GENIUS

• Program LogicMaster90

LogicMaster90 to oprogramowanie narzędziowe służące do programowania i konfiguracji sterowników serii 90-Micro, 90-20, 90-30 (bez jednostek centralnych CPU350 i 36x). Oprogramowanie to może być uruchomione na komputerze kompatybilnym z IBM PC - już od IBM PC/XT począwszy. Inne wymagania potrzebne do uruchomienia programu LogicMaster to około 2 MB wolego miejsca na twardym dysku, 556kB standardowej pamięci RAM i system operacyjny DOS 3.1 lub późniejszy. Wymagania są więc bardzo skromne i powinien je zaspokoić każdy współczesny komputer. Po zainstalowaniu i uruchomieniu oprogramowania LogicMaster, komputer przyjmuje funkcję programatora. Umożliwia on programowanie i konfigurację sterownika, ale także komunikację ze sterownikiem, kontrolę pracy sterownika i diagnostykę systemu. Za pomocą opisywanego oprogramowania można więc sterownik skonfigurować, napisać program sterujący dla sterownika i przesłać program sterujący z komputera-programatora do sterownika. Następnie korzystając z możliwości LogicMaster'a można uruchomić wykonanie programu sterującego w sterowniku, monitorować wykonanie programu sterującego i zachowanie sterownika a także stan zmiennych, odczytać tablice błędów, zmodyfikować program sterujący. Oprogramowanie LogicMaster 90 umożliwia także sporządzenie pełnej dokumentacji systemu. Z tego krótkiego opisu wynika, że LogicMaster zapewnia kompleksową obsługę sterowników GE Fanuc.

LogicMaster umożliwia programowanie sterowników za pomocą języka drabinowego. Dostępne są także programy nakładkowe na program LogicMaster które umożliwiają programowanie w języku SFC tzn. w postaci grafów przepływu. Program LogicMaster był przez długi czas jedynym sposobem na programowanie sterowników za pomocą komputera. Przez ten okres został poprawiany i w końcu firma GE Fanuc doprowadziła do tego, że był on programem niezawodnym i dopracowanym do najdrobniejszego szczegółu.

• Program VersaPro

VersaPro jest aplikacją przeznaczoną do pracy w środowiskach Windows 95/98/NT. Program ten posiada kilka różnic w stosunku do przeznaczonego do pracy w tych samych systemach pakietu Cimplicity Control. VersaPro jest w zamyśle firmy GE Fanuc następcą programu LogicMaster. Aby cel firmy GE Fanuc został osiągnięty program VersaPro musi posiadać wszystkie cechy użytkowe i niezawodność programu LogicMaster. Ponadto musi udostępniać nowe rozwiązania, które ułatwią i przyspieszą obsługę sterowników.

Zupełnie nową cechą oprogramowania VersaPro jest możliwość wprowadzania programu sterującego w postaci listy instrukcji - program zapisany jest w pliku tekstowym zawierającym mnemoniczne kody instrukcji. Program sterujący dla sterowników rodziny 90 może mieć charakter blokowy tzn. oprócz bloku głównego mogą w nim występować inne bloki zwane procedurami. Każdy blok programu może być zapisany albo w postaci drabinowej albo w postaci listy instrukcji. Dodatkowo program VersaPro zapewnia pełną, obustronną konwersję typów.

Konfiguracja w programie VersaPro wykonywana jest przez osobną aplikację nazwaną HWC, która cechuje się łatwością użytkowania, oraz kontrolą poprawności wprowadzonego zestawu. Program dba o to aby użytkownik nie wprowadził konfiguracji, która nie może być zrealizowana np. dołączenie koprocesora komunikacyjnego do procesora, który nie może takiego koprocesora obsługiwać. Po wykryciu jakichkolwiek niezgodności użytkownik jest informowany o nich i istnieje możliwość powrócenia do konfiguracji poprawnej.

Znanym udogodnieniem z programu Cimplicity Control jest możliwość tworzenia programu przy pomocy zmiennych logicznych. Oprogramowanie VersaPro udostępnia użytkownikowi tablicę zmiennych programu, która pozwala w łatwy i efektywny sposób na zarządzanie zmiennymi, opisywanie ich i kontrolę wykorzystania w programie. Obsługa tablicy zmiennych programu jest zbliżona do pracy z arkuszem kalkulacyjnym. Istnieje także możliwość wysłania tablicy zmiennych do arkusza kalkulacyjnego np. MS Excel. Wysoko oceniany jest interfejs użytkownika programu VersaPro. Interfejs ten jest odbierany przez użytkowników jako bardzo przejrzysty, dodatkowo istnieje możliwość dostosowania go do indywidualnych upodobań. Tak jak w przypadku programu Cimplicity Control w pakiecie VersaPro istnieje rozbudowany system pomocy, który służy użytkownikowi radą i podpowiedzią w przypadku wątpliwości lub niewiedzy.

VersaPro pracuje bardzo szybko, nawet na wolniejszych komputerach. Ma stosunkowo niewielkie wymagania sprzętowe: Procesor Intel486, 66 MHz, 16 MB RAM, Windows 95/98/NT,14 MB wolnego miejsca na dysku twardym.

• Cykl pracy sterownika

Część logiczna programu sterującego dla sterowników MICRO, 90-20 i 90-30 wykonywana jest w sposób powtarzalny do momentu zatrzymania za pośrednictwem instrukcji z komputera-programatora lub z programatora ręcznego. Ciąg operacji koniecznych do jednorazowego wykonania programu sterującego nazywany jest cyklem pracy sterownika. Oprócz wykonania części logicznej programu sterującego, cykl pracy sterownika zawiera fazy gromadzenia danych z urządzeń wejściowych, wysyłania danych do urządzeń wyjściowych, przeprowadzania wewnętrznej inicjacji sterownika, obsługi programatora oraz komunikacji z innymi urządzeniami.

Istnieją cztery możliwe tryby pracy sterownika: (tryb pracy ustawiany jest na początku każdego cyklu):

­ - tryb ze standardowym cyklem pracy

­ - tryb zatrzymania sterownika z nieaktywnymi wejściami i wyjściami (STOP/NO IO)

­ - tryb zatrzymania sterownika z odczytywaniem wejść i ustawianiem wyjść (STOP/IOSCAN)

­ - tryb ze stałym czasem trwania cyklu pracy sterownika..

• Standardowy cykl pracy

Standardowy cykl pracy to tryb pracy sterownika we wszystkich warunkach. Jednostka centralna pracuje, wykonując program sterujący, uaktualniając stan wejść i wyjść, realizując komunikację itd. Czynności te powtarzają się cyklicznie. Standardowy cykl pracy składa się z siedmiu faz. Wszystkie fazy z wyjątkiem obsługi komputera-programatora wykonywane są podczas każdego cyklu. Komunikacja z programatorem ma miejsce jedynie w przypadku wykrycia błędu lub jeśli programator zgłasza żądanie komunikacji.

Opis faz standardowego cyklu pracy sterownika:

• inicjacja cyklu sterownika - polega na wykonaniu wszystkich operacji koniecznych do rozpoczęcia cyklu (uaktualnianie wartości zmiennych systemowych np. zmiennych przypisanych generatorom sygnału prostokątnego itd.)

• obsługa wejść - odczytywanie stanu wejść sterownika bezpośrednio przed wykonaniem części logicznej programu sterującego (odczytywanie wejść wszystkich modułów i zapisanie ich wartości w pamięci adresowanej przez zmienne %I -wejścia dyskretne, oraz %AI -wejścia analogowe)

• wykonanie części logicznej programu sterującego - rozpoczyna się natychmiast po zakończeniu odczytywania wejść, program sterujący wykonywany jest zawsze w kolejności instrukcji, począwszy od pierwszej instrukcji pierwszego szczebla programu, aż do instrukcji END kończącej program

• obsługa wyjść - przypisanie stanu zmiennych wyjściowych fizycznym wyjściom sterownika, ma to miejsce bezpośrednio po wykonaniu części logicznej programu sterującego (stan wyjść zostaje uaktualniony na podstawie wartości zmiennych %Q - wyjścia dyskretne oraz %AQ - wyjścia analogowe)

• komunikacja z programatorem - wykonywana, gdy do sterownika podłączony jest programator lub w układzie jest moduł wymagający konfiguracji; sterownik umożliwia podłączenie za pomocą łącza szeregowego programatora ręcznego lub komputera -programatora wyposażonego w oprogramowanie LogicMaster 90 i komunikację przy pomocy protokołu SNP

• komunikacja systemowa - realizowane są żądania komunikacji z modułami urządzeń dodatkowych, np. z modułem programowalnego koprocesora; żądania komunikacji są obsługiwane w kolejności napływania.

• obliczanie sumy kontrolnej programu sterującego (faza diagnostyczna) - wykonywana przy końcu każdego cyklu pracy sterownika; obliczenie tej sumy dla całego programu może trwać zbyt długo, użytkownik może wiec wyszczególnić liczbę słów (od 0 do 32) na podstawie której ma zostać obliczona suma kontrolna.

• Tryb pracy sterownika przy zatrzymanym sterowniku.

Gdy sterownik znajduje się w trybie STOP, program sterujący nie jest wykonywany. Użytkownik może dokonać wyboru, czy wejścia i wyjścia sterownika mają być odpowiednio odczytywane i ustawiane, czy nie. W przypadku wybrania trybu z odczytywaniem wejść i ustawianiem wyjść mówimy o trybie (STOP/IOSCAN) w przypadku wyboru nie odczytywania stanu wejść i nie ustawiania stanu wyjść sterownik pracuje w trybie (STOP/NO IO). W obydwu przypadkach ma miejsce komunikacja sterownika z programatorem i specjalizowanymi modułami urządzeń dodatkowych. Dodatkowo w trybie STOP kontynuowana jest rekonfiguracja modułów oraz ich kontrola w celu wykrycia ewentualnych błędów w działaniu. W celu zwiększenia skuteczności system operacyjny w trybie STOP przeznacza większą ilość czasu na komunikację. Jeśli sterownik znajduje się w trybie zatrzymania i jest skonfigurowany tak, aby nie przeprowadzać odczytywania wejść i wyjść w tym trybie (STOP/NO IO) to faza obsługi wejść oraz faza obsługi wyjść zostaje pominięta.

Tryb ze stałym czasem trwania cyklu pracy sterownika. W standardowym trybie pracy każdy cykl jest wykonywany tak szybko, jak to możliwe, co powoduje, że czasy trwania poszczególnych cykli mogą się różnić. Trybem alternatywnym jest tryb ze stałym czasem trwania cyklu pracy sterownika, który może być ustalony w przedziale od 5 do 200 ms. Jednym z powodów dla zastosowania omawianego trybu pracy może być zapewnienie uaktualniania stanu wyjść sterownika w stałych odstępach czasu. Innym może być wprowadzenie pewnego odstępu czasowego pomiędzy fazą obsługi wyjść sterownika a fazą obsługi wejść w następnym cyklu, co umożliwia ustalenie się stanu wejść po otrzymaniu danych wyjściowych z programu. Jeśli czas przeznaczony na jeden cykl upłynie przed zakończeniem wykonywania cyklu, cały cykl, włącznie z fazami komunikacji z programatorem i innymi urządzeniami, zostaje dokończony. Jednakże na początku następnego cyklu zostanie zarejestrowany błąd przekroczenia czasu trwania cyklu.

• Określanie czasu trwania pełnego czasu trwania cyklu pracy sterownika.

W trybie pracy sterownika ze stałym czasem trwania cyklu czas trwania cyklu jest z góry określony. W pozostałych trybach czas ten nie jest znany - cykl jest wykonywany tak szybko jak to możliwe. Jednak w razie potrzeby określenia czasu trwania cyklu można tego dokonać sumując czasy wykonywania poszczególnych faz cyklu. Czas trwania faz inicjacji i diagnostyki jest stały. Czas trwania fazy wprowadzenia danych wejściowych i fazy wyprowadzenia danych wyjściowych zależy od ilości od modułów wejść oraz modułów wyjść, a także od rodzajów tych modułów (ilości punktów). Czas trwania fazy wykonania programu sterującego zależy od długości programu i typów instrukcji stosowanych w programie. Długość trwania fazy obsługi programatora zależy czy jest to komputer-programator czy programator ręczny. Czasy trwania poszczególnych faz cyklu oraz czasy odczytywania wejść i ustawiania wyjść a także czasy wykonywania szczebli programu sterującego można znaleźć w dokumentacji sterowników GE Fanuc.

4. Sterowniki PLC firmy SIEMENS serii SIMATIC S7

Sterowniki programowalne serii S7-200 są najmniejszymi z całej rodziny sterowników programowalnych SIMATIC S7. Jednostka centralna CPU oraz wejścia i wyjścia są zintegrowanymi częściami PLC. Wejścia monitorują dwustanowe urządzenia obiektowe takie jak przełączniki i czujniki. Wyjścia natomiast sterują urządzeniami takimi jak silniki i pompy. Złącze 9-cio pinowe przeznaczone jest do podłączenia programatora. Sterowniki te stanowią optymalne urządzenia do kontroli zadań indywidualnych i sieciowych w konfiguracjach zdecentralizowanych. Popularność jednostek centralnych tej serii związane jest ze znaczną uniwersalnością rozwiązań, zaś istota ich atrakcyjności polega na bezpośrednim dostępie do wszystkich funkcji bez dodatkowych nakładów. Łatwość posługiwania się oprogramowaniem narzędziowym STEP 7/Micro-Win sprawia, że masowość aplikacji sterowników tej serii stawia je w gronie najbardziej popularnych sterowników dostępnych na rynku.

Większość typów sterowników serii S7-200 wyposażonych jest w zegar czasu rzeczywistego umożliwiający synchronizację działania sterownika z kalendarzem. Wszystkie dostępne na rynku jednostki centralne mogą nadzorować procesy zarówno dyskretne, jak i ciągłe, przy czym posiadają możliwość dostrojenia nastaw przy pomocy potencjometrów analogowych.. Są to jednoobrotowe potencjometry, których nastawę realizuje się przy pomocy wkrętaka. Kąt położenia elementu obrotowego potencjometru odzwierciedlany jest w sterowniku w postaci ośmiobitowego parametru. Może on być wykorzystywany w procesie sterowania.

Większość sygnałów kierowanych z obiektu do sterownika to przebiegi wolnozmienne. Istnieją jednak procesy wymagające zliczania sygnałów o dużej częstotliwości, np. podczas odczytu impulsów z przetwornika położenia czy podczas zliczania szybko poruszających się detali. Sterowniki serii S7-200 wyposażone są w szybkie liczniki^[4] zdarzeń umożliwiające współpracę z enkoderami inkrementalnymi lub z szybkimi czujnikami obiektowymi. Posiadają także zabezpieczenie hasłem przed dostępem do programu sterownika osób nieupoważnionych. Nie wymagają stosowania baterii do podtrzymywania parametrów wewnętrznych. W tym celu zastosowano kondensatory zapewniające przechowywanie danych nawet przez 50 - 190 godzin po zaniku napięcia. Oczywiście program sterujący jest przechowywany w pamięci EEPROM. Do archiwizowania programu bądź jego powielania opracowano dodatkową pamięć zewnętrzną o niewielkich wymiarach. Kopiowanie programu realizowane jest przez sterownik samoczynnie. Wystarczy włożyć do gniazda moduł pamięci EEPROM i włączyć zasilanie sterownika. Po krótkiej chwili moduł ten można wyjąć, gdyż program został trwale zapamiętany w wewnętrznej pamięci sterownika.

Programy dla sterowników SIMATIC S7-200 mogą być przygotowywane w formie drabinkowej lub jako lista instrukcji. Do napisania programu działania urządzenia można użyć programatora typu Laptop ( PG 720, PG 740 ) lub dowolnego komputera klasy PC, używając do tego programu STEP 7/Micro-Win. Program ten pozwala także na pełną diagnostykę stanu sterownika i urządzenia sterowanego, tworzenie dokumentacji, modyfikację oprogramowania i wymuszanie stanów wyjściowych zarówno w trybie pracy RUN jak i STOP. Port komunikacyjny sterownika zbudowany jest w oparciu o standard RS 485. Standard RS 485 jest powszechnie używany w systemach przemysłowych narażonych na zakłócenia. Do podłączenia z komputerem wymagany jest przetwornik RS 232 / RS 485. Do organizacji transmisji i nadzoru nad jej poprawnością używany jest protokół PPI. Protokół ten umożliwia parametryzowanie programów sterowniczych oraz ich wizualizację za pomocą standardowych pulpitów, paneli operatorskich bądź komputerów sterowania nadrzędnego. Dla indywidualnych potrzeb użytkowników możliwa jest realizacja transmisji bez wykorzystania protokołu standardowego. Port komunikacyjny sterownika może pracować także w swobodnym trybie transmisji znaków ASCII.

Komunikacja przez złącze transmisyjne jest jednym z podstawowych sposobów dostarczania informacji do i ze sterownika. Tym sposobem jednostkę centralną można połączyć z innymi sterownikami wspólnego systemu kontroli ( w trybie Master - Slave ), czytnikami informacji kodowych ( kody kreskowe, pastylkowe nośniki informacji ), układami napędowymi silników a także modemowymi łączami dla odległych transmisji danych i zdalnej diagnostyki. Sterowniki S7-200 z uwagi na rozbudowane możliwości komunikacyjne często znajdują zastosowanie w rozproszonych systemach sterowania, gdzie stanowią samodzielne układy kontroli niewielkich segmentów w ramach rozbudowanego systemu. Jest to zgodne z tendencją rozpraszania mocy obliczeniowych i możliwością decyzyjnych na coraz niższe poziomy przy jednoczesnej koordynacji współdziałania sterowników przez jednostki nadrzędne. Związane jest to także ze zwiększającymi się potrzebami przemysłu na szersze powiązania układów sterowania maszyn z zakładowymi systemami planowania i zarządzania.

Tabela 2

Opis Modelu	Zasilanie	Typ Wejść	Typ Wyjść
CPU 212 DC/DC/DC	24 V DC	8 wejść DC	8 wyjść DC
CPU 212 AC/DC/STYK	120/230 V AC	8 wejść DC	8 wyjść STYK
CPU 212 AC/AC/AC	120/230 V AC	8 wejść AC	8 wyjść AC
CPU 214 DC/DC/DC	24 V DC	14 wejść DC	10 wyjść DC
CPU 214 AC/DC/STYK	120/230 V AC	14 wejść DC	10 wyjść STYK
CPU 214 AC/AC/AC	120/230 V AC	14 wejść AC	10 wyjść AC

Podstawowe parametry jednostek centralnych

Tabela 3

SIMATIC S7-200 (Dane techniczne )
1	2	3
Typ procesora	CPU 212		CPU 214
Rozmiary: (WxHxD) w mm	160x80x62		197x80x62
Pamięć programu:	1Kbajt/ typ 521 instrukcji		4Kbajty/ 2 K instrukcji
Pamięć danych:	512 słów		2048 słów
Moduł pamięci zewnętrznej	-		Moduł EEPROM
Sposób podtrzymania danych	Wolno rozładowujący się kondensator		wolno rozładowujący się kondensator, moduł baterii
Czas podtrzymania danych	Typ. 50 godzin		typ 190 godz. Dla kondensatora, 10 lat dla modułu baterii
Czas przetwarzania programu	1.2 μs dla operacji bitowych		0.8 μs dla operacji bitowych
Wejścia i wyjścia binarne wbudowane:	8 wejść/ 6 wyjść		14 wejść/10 wyjść
Maksymalna ilość wejść i wyjść binarnych	64 wejść/ 64 wyjść		64 wejść/ 64 wyjść
Maks. ilość wejść i wyjść analogowych	16 wejść/ 16 wyjść		16 wejść/ 16 wyjść
Maksymalna konfiguracja	2 moduły rozszerzające		7 modułów rozszerzających
Liczba znaczników:	128		256
Liczba liczników:	64		128
Liczba tajmerów:	64		128
Lista instrukcji	Logika bitowa i słowna, zliczanie, opóźnienia czasowe, skoki do podprogramów, funkcje konwersji kodów, funkcje diagnostyczne, komunikacyjne, przesyłanie danych, przesuw informacji, wykrywanie zboczy, pętla FOR/NEXT, bezpośredni dostęp do we/wy, funkcje zliczania szybkiego.
Przerwania czasowe:	Tak (2-255 ms)		Tak (2-255 ms)
Przerwania sprzętowe:	1		4
Przerwania komunikacyjne:	Tak		Tak
Arytmetyka stałoprzecinkowa	Dodawanie, odejmowanie, mnożenie		Dodawanie, odejmowanie, mnożenie
Interfejs komunikacyjny	RS 485 do komunikacji PPI lub swobodnie programowalnej		RS 485 do komunikacji PPI lub swobodnie programowalnej
Szybkie liczniki:	1 programowalny		1 programowalny, 2 sprzętowe
Wyjścia impulsowe	Nie		2 wyjścia F max do 4KHz
Praca w sieci	AS-I		AS-I
Zabezpieczenie hasłem	Tak, 3-poziomowe		Tak,3-poziomowe
Analogowe potencjometry do ustawiania parametrów	1 o rozdzielczości  1/200		2 o rozdzielczości 1/200
Wbudowany zasilacz do czujników	24VDC/180 mA		24 VDC/280 mA
Zegar czasu rzeczywistego	Nie		Tak
Oprogramowanie narzędziowe	STEP 7 Micro/DOS lub STEP 7 Micro/WIN przy użyciu programatorów PG720, PG740, PG760 lub komputerów PC (AT)

Tabela 4

SIMATIC S7-200 (Dane techniczne )
1	2	3
Typ procesora	CPU 215	CPU 216
Rozmiary: (WxHxD) w mm	218x80x62	218x80x62
Pamięć programu:	8Kbajt/ 4 K instrukcji	8Kbajt/ 4 K instrukcji
Pamięć danych:	2.5 K słów	2.5 K słów
Moduł pamięci zewnętrznej	Moduł EEPROM	Moduł EEPROM
Sposób podtrzymania danych	Wolno rozładowujący się kondensator, moduł baterii	wolno rozładowujący się kondensator, moduł baterii
Czas podtrzymania danych	Typ 190 godz. dla kondensatora, 10 lat dla modułu baterii	typ 190 godz. Dla kondensatora, 10 lat dla modułu baterii
Czas przetwarzania programu	0.8 μs dla operacji bitowych	0.8 μs dla operacji bitowych
Wejścia i wyjścia binarne wbudowane:	14 wejść/10 wyjść	24 wejść/16 wyjść
Maksymalna ilość wejść i wyjść binarnych	64 wejść/ 64 wyjść	64 wejść/ 64 wyjść
Maks. ilość wejść i wyjść analogowych	16 wejść/ 16 wyjść	16 wejść/ 16 wyjść
Maksymalna konfiguracja	7 modułów rozszerzających	7 modułów rozszerzających
Liczba znaczników:	256	256
Liczba liczników:	128	128
Liczba tajmerów:	128	128
Lista instrukcji	Logika bitowa i słowna, zliczanie, opóźnienia czasowe, skoki do podprogramów, funkcje konwersji kodów, funkcje diagnostyczne, komunikacyjne, przesyłanie danych, przesuw informacji, wykrywanie zboczy, pętla FOR/NEXT, bezpośredni dostęp do we/wy, funkcje zliczania szybkiego.
Przerwania czasowe:	Tak (2-255 ms)	Tak (2-255 ms)
Przerwania sprzętowe:	4	4
Przerwania komunikacyjne:	Tak	Tak
Arytmetyka stałoprzecinkowa	Dodawanie, odejmowanie, mnożenie	Dodawanie, odejmowanie, mnożenie
Interfejs komunikacyjny	RS 485 do komunikacji PPI lub swobodnie programowalnej	RS 485 do komunikacji PPI lub swobodnie programowalnej
Szybkie liczniki:	1 programowalny, 2 sprzętowe	1 programowalny, 2 sprzętowe
Wyjścia impulsowe	2 wyjścia F max do 4KHz	2 wyjścia F max do 4KHz
Praca w sieci	AS-I, PROFIBUS-DP	AS-I
Zabezpieczenie hasłem	Tak, 3-poziomowe	Tak, 3-poziomowe
Analogowe potencjometry do ustawiania parametrów	2 o rozdzielczości 1/200	2 o rozdzielczości 1/200
Wbudowany zasilacz do czujników	24 VDC/400 mA	24 VDC/400 mA
Zegar czasu rzeczywistego	Tak	Tak
Oprogramowanie narzędziowe	STEP 7 Micro/DOS lub STEP 7 Micro/WIN przy użyciu programatorów PG720, PG740, PG760 lub komputerów PC (AT)

Tabela 5

SIMATIC S7-200 (Dane techniczne )
1	2	3
Typ procesora	CPU 221	CPU 224
Rozmiary: (WxHxD) w mm	90x80x62	120,6x80x62
Pamięć programu:	2048 instrukcji	4096 instrukcji
Pamięć danych:	1024 słów	2560 słów
Moduł pamięci zewnętrznej	Moduł EEPROM	Moduł EEPROM
Sposób podtrzymania danych	Kondensator	kondensator,
Czas podtrzymania danych	Typ. 50 godzin	typ 190 godz.
Czas przetwarzania programu	0.37 μs dla operacji bitowych	0.37 μs dla operacji bitowych
Wejścia i wyjścia binarne wbudowane:	6 wejść/ 4 wyjść	14 wejść/10 wyjść
Maksymalna ilość wejść i wyjść binarnych	10	128
Maks. ilość wejść i wyjść analogowych	Brak	16 wejść/ 16 wyjść
Maksymalna konfiguracja	Brak modułów rozszerzających	7 modułów rozszerzających
Liczba znaczników:	256	256
Liczba liczników:	256	256
Liczba tajmerów:	256	256
Lista instrukcji	Logika bitowa i słownaa, zliczanie, opóźnienia czasowe, skoki do podprogramów, funkcje konwersji kodów, funkcje diagnostyczne, komunikacyjne, przesyłanie danych, przesuw informacji, wykrywanie zboczy, pętla FOR/NEXT, bezpośredni dostęp do we/wy, funkcje zliczania szybkiego.
Przerwania czasowe:	Tak (1-255 ms)	Tak (1-255 ms)
Przerwania sprzętowe:	4	4
Przerwania komunikacyjne:	Tak	Tak
Arytmetyka stałoprzecinkowa	Dodawanie, odejmowanie, mnożenie	Dodawanie, odejmowanie, mnożenie
Interfejs komunikacyjny	RS 485 do komunikacji PPI lub swobodnie programowalnej	RS 485 do komunikacji PPI lub swobodnie programowalnej
Szybkie liczniki:	4	6
Wyjścia impulsowe	2	2
Praca w sieci	AS-I	AS-I
Zabezpieczenie hasłem	Tak, 3-poziomowe	Tak,3-poziomowe
Analogowe potencjometry do ustawiania parametrów	1	2
Wbudowany zasilacz do czujników	24VDC	24 VDC
Zegar czasu rzeczywistego	Tak	Tak
Oprogramowanie narzędziowe	STEP 7 Micro/DOS lub STEP 7 Micro/WIN przy użyciu programatorów PG720, PG740, PG760 lub komputerów PC (AT)
Stopień ochrony	IP 20	IP 20

Sterowniki S7-200 są rozbudowywalne. Moduły rozszerzające zawierają dodatkowe wejścia i wyjścia. Są one podłączone do jednostki bazowej poprzez złącza magistrali. S7-212 może być rozbudowany do 78 wejść / wyjść dwustanowych ( 14 we / wy jest zintegrowanych z CPU ). Maksymalnie można podłączyć 2 moduły rozszerzające. S7-214 może być rozszerzony do 120 wejść / wyjść dwustanowych ( 16 we / wy jest zintegrowanych z CPU ). Maksymalnie można podłączyć 7 modułów rozszerzających.. S7-216 może być rozszerzony do 128 wejść / wyjść dwustanowych ( 16 we / wy jest zintegrowanych z CPU ). Maksymalnie można podłączyć 7 modułów rozszerzających. Na Rys.3.19 pokazano sposób przyłączenia modułów rozszerzających

Wykaz dostępnych modułów rozszerzających

Tabela 6

Dane katalogowe		Nr katalogowy
1		2
Moduł wejść cyfrowych EM 221
-8 wejść, 24 VDC -8 wejść 24 VDC typu NPN -8 wejść 24 V AC -8 wejść 120 V DC		6ES7221-1BF00-0XA0 6ES7221-1BF10-0XA0 6ES7221-1JF00-0XA0 6ES7221-1EF00-0XA0
Moduł wyjść cyfrowych EM222
-8 wyjść 24 V DC -8 wyjść przekaźnikowych -8 wyjść 24 -230 V DC		6ES7222-1BF00-0XA0 6ES7222-1HF00-0XA0 6ES7222-1EF00-0XA0
Moduł wejść/ wyjść cyfrowych EM223
-4  wejścia / wyjścia 24 V DC -4  wejścia 24V DC, 4 wyjścia  przekaźnikowe -8  wejść/ wyjść 24 V DC -8  wejść 24 V DC, 8 wyjść przekaźnikowych -16  wejść/16 wyjść 24 V DC -16  wejść 24 V DC 16 wyjść przekaźnikowych -4  wejścia / 4 wyjścia  120 V AC		6ES7223-1BF00-0XA0 6ES7223-1HF00-0XA0 6ES7223-1BH00-0XA0 6ES7223-1PH00-0XA0 6ES7223-1BL00-0XA0 6ES7223-1PL00-0XA0 6ES7223-1EF00-0XA0
Moduły wejść analogowych EM231 3 wejścia		6ES7231-0HC00-0XA0
Moduły wyjść analogowych EM232 2 wyjścia		6ES7232-0HB00-0XA0
Moduł wejść / wyjść analogowych EM235 3 wejścia 1 wyjście		6ES7235-OKD00-0XA0

4. Sterowniki PLC firmy ALLEN-BRADLEY serii Micrologix 1200

Sterowniki programowalne MicroLogix 1200 zawierają w jednej obudowie: procesor, zasilacz i wbudowane we/wy. Wersje sterowników z 24 lub 40 punktami, bazując na sprawdzonej architekturze systemów MicroLogix i SLC, umożliwiają realizacje różnorodnych aplikacji.
Modułowa, bezkasetowa konstrukcja sterowników MicroLogix 1200, zapewnia niską cenę systemu i zmniejszone zapasy części zamiennych. Moduły rozszerzeń we/wy zwiększają elastyczność systemu.
Moduły pamięci sprawiają, że programy mogą być w łatwy sposób ściągane, ładowane i przenoszone pomiędzy sterownikami. Zegar czasu rzeczywistego (RTC) umożliwia realizację aplikacji zależnych od czasu rzeczywistego.
System operacyjny może być uaktualniany bez konieczności wymiany sprzętu. Oprogramowanie sterownika może być uaktualnione za pomocą umieszczonego na stronach internetowych oprogramowania typu ControlFlash.
Sterowniki MicroLogix 1200 wykorzystują oprogramowanie RSLogix 500^TM i charakteryzują się wspólnym dla sterowników MicroLogix 1500 i SLC 500 zestawem instrukcji

Własności:

• Wysokiej klasy rozszerzenia we/wy poprzez moduły rozszerzeń MicroLogix 1200. Do jednego sterownika można dołączyć do sześciu modułów rozszerzających (należy uwzględnić bilans mocy).

• Zaawansowane możliwości komunikacyjne, od komunikacji typu partnerskiego (peer to peer), do sieci SCADA/RTU.

• Pamięć użytkownika o pojemności 6K (4K program, 2K dane).

• Ochrona ładowania plików z danymi zapobiega nadpisaniu danych krytycznych podczas transmisji.

• Zegar czasu rzeczywistego i moduły pamięci.

• Arytmetyka 32 bitowa dla liczb całkowitych ze znakiem.

• Wbudowany algorytm PID.

• Szybki licznik (20 kHz) posiadający osiem trybów działania. Wyjście licznika jest ustawiane wtedy, gdy osiągnie ono zaprogramowaną, dolną lub górną, wartość zadaną.

• Cztery wejścia przerwań dla szybkiego przetwarzania.

• Cztery wejścia zatrzaskowe, wychwytujące mikrosekundowe impulsy, w celu ich przetworzenia podczas normalnego cyklu programu.

• Dwa potencjometry analogowe wbudowane w sterownik. 3/4 obrotu ustawia sygnał wyjściowy potencjometru, w zakresie od zera do 250.

• Odłączalne bloki końcówek, dla sterowników 40-punktowych, umożliwiają łatwe dołączenie kabli i zmniejszenie czasu instalacji.

• Wymienne etykiety z polami na napisy, pozwalają na szybką identyfikację urządzeń obiektowych, połączonych ze sterownikiem, zmniejszając w ten sposób czas obsługi systemu.

• Ergonomiczne bloki końcówek spełniają wszystkie wymogi bezpieczeństwa.

• Przyznawanie certyfikatów, przez odpowiednie agencje, jest w toku.

• Charakterystyka wejść

Opis parametru	1762-L24AWA 1762-L40AWA	1762-L24BWA i 1762-L40BWA
				Wejścia 0 do 3	Wejście 4 i wyższe
Napięcie stanu załączonego (ON)	79 do 132V ac	14 do 26.4V dc przy 55°C (131°F)  14 do 30.0V dc przy 30°C (86°F)	10 do 26.4V dc przy 55°C (131°F)  10 do 30.0V dc przy 30°C (86°F)
Napięcie stanu wyłączonego (OFF)	0 do 20V ac	0 do 5V dc
Częstotliwość pracy	47 Hz do 63 Hz	0 Hz do 20 kHz	0 Hz do 1 kHz  (zależnie od czasu skanowania)
Prąd w stanie załączonym (ON)	5.0 mA przy 79V dc (min.)  12 mA przy 120V dc (nom.)  6.0 mA przy 132V dc (max.)	2.5 mA przy 14V dc (min.)  8.8 mA przy 24V dc (nom.)  12.0 mA przy 30V dc (max.)	2.0 mA przy 10V dc (min.)  8.5 mA przy 24V dc (nom.)  12.0 mA przy 30V dc (max.)
Prąd upływowy w stanie  wyłączonym (OFF)	2.5 mA max.	1.5 mA min.
Impedancja nominalna	12K  przy 50 Hz  10K  przy 60 Hz	2.5K 	2.6K 
Prąd rozruchowy (max) przy 120V ac	250 mA	Nie dotyczy

• Moduły rozszerzeń we/wy

Moduły rozszerzeń we/wy systemu MicroLogix 1200 zapewniają wyższą funkcjonalność przy niskich kosztach. Różnorodność modułów sprawia, że możliwości sterowników MicroLogix 1200 zostają uzupełnione i zwiększone poprzez dostęp do nowych typów we/wy i zwiększenie ich liczby.
Sterownik MicroLogix 1200 posiada bezkasetową konstrukcję modułową. Eliminacja kasety pozwoliła na zmniejszenie kosztów i zapasów części zamiennych.
Obudowy sterowników MicroLogix 1200 pozwalają na montaż na szynie DIN lub w panelu. Zatrzaski dla szyn DIN i otwory na śruby montażowe stanowią integralną część obudowy

• Własności:

• Konstrukcja bezkasetowa eliminuje dodatkowe koszty i zapasy części.

• Małe wymiary zmniejszają zapotrzebowanie na przestrzeń w panelu.

• Zintegrowana magistrala we/wy o wysokiej efektywności.

• Programowe kluczowanie zapobiega niewłaściwemu umieszczeniu modułu w systemie.

• Duża funkcjonalność we/wy umożliwia różnorodne zastosowania.

• Przekaźniki typu AC/DC, napięcia 24V dc i 120V ac.

• Moduł we/wy analogowych

Moduł we/wy analogowych, 1762-IF2OF2, przetwarza sygnał analogowy na cyfrowy i przechowuje go w postaci cyfrowej do wykorzystania przez sterownik MicroLogix 1200. Moduł może być połączony z dowolną kombinacją dwóch czujników o wyjściu napięciowym lub prądowym. Dwa kanały wyjściowe obsługują niesymetryczne wyjścia analogowe, indywidualnie konfigurowalne jako prądowe lub napięciowe. Taka struktura zapewnia elastyczność, ogranicza zapasy urządzeń i zmniejsza nakłady na szkolenie personelu.
Moduł we/wy analogowych sterownika MicroLogix 1200 posiada rozdzielczość 12 bitową, co sprawia, że jest on doskonałym rozwiązaniem dla zastosowań, w których należy mierzyć i sterować niewielkimi zmianami wielkości analogowych.

• Możliwości komunikacyjne

Wszystkie sterowniki MicroLogix 1200 posiadają kilka opcji komunikacyjnych ułatwiających dopasowanie do różnorodnych aplikacji.
Protokół DF1 Full Duplex umożliwia bezpośrednią komunikację sterowników MicroLogix 1200 z innymi urządzeniami, takimi jak komputery osobiste lub interfejsy operatorskie. Protokół DF1 Full-Duplex (określany również jako protokół DF1 punkt-punkt), stosowany jest wtedy, gdy wykorzystywana jest komunikacja RS-232.
Komunikacja DH485 umożliwia zbudowanie sieci do 32 urządzeń, takich jak sterowniki MicroLogix lub SLC 500, interfejsy HMI i/lub komputery PC wykorzystujące komunikację partnerską.
Sterowniki MicroLogix 1200 mogą współpracować z siecią DeviceNet. DeviceNet łączy cyfrowo przyciski sterujące, czujniki, siłowniki, sterowniki i inne urządzenia w otwartej sieci przemysłowej.
Sterowniki MicroLogix 1200 mogą wykorzystywać również protokół DF1 Half-Duplex do komunikacji w systemach SCADA, w charakterze zdalnych stacji nadawczych (RTU). Ta otwarta sieć umożliwia pracę sterownika MicroLogix 1200, w charakterze układu podporządkowanego (slave), jako węzła sieci DF1 master/slave. Protokół umożliwia podłączenie do 254 urządzeń podrzędnych (slave) do jednego urządzenia nadrzędnego (master).
Dodatkowo sterowniki MicroLogix 1200 dopuszczają również protokoły Modbus Slave i SCADA/RTU.

• Narzędzia programistyczne 

Pakiet RSLogix 500 do programowania w języku drabinkowym, zapewnia maksymalizację wydajności projektowania, oszczędność czasu i poprawę efektywności pracy. Pakiet może pracować pod kontrolą 32-bitowych systemów operacyjnych firmy Microsoft: Windows^® 95, Windows^® 98, and Windows NT^TM. Przeznaczony dla sterowników SLC 500 i MicroLogix pakiet RSLogix 500, jest pierwszym narzędziem programistycznym oferującym bezkonkurencyjną wydajność i przemysłowy interfejs użytkownika.

3. Pomiar prędkości obrotowej

Pomiary prędkości obrotowej mają istotne znaczenie w miernictwie przemysłowym. Mogą one być dokonywane metodami analogowymi lub cyfrowymi . Metody analogowe polegają na wykorzystaniu do pomiaru prędkości obrotowej przetworników ruchu obrotowego, których sygnał wyjściowy jest ciągłą funkcją mierzonej prędkości (np. napięcie stałe lub zmienne).

W metodach cyfrowych przetwarza się ruch obrotowy na ciąg impulsów , których liczba jest zależna od mierzonej prędkości. Układy pomiarowe z przetwornikami prędkości obrotowej mogą być prostymi układami tachometrycznymi lub złożonymi , w których oprócz prędkości mierzy się inne parametry ruchu obrotowego ( fluktuacje prędkości , mimośrodowość itp.). W analogowych układach pomiaru prędkości obrotowej mogą być wykorzystywane oprócz prądnic tachometrycznych napięcia stałego i zmiennego także przetworniki działające impulsowo, których sygnał wyjściowy (o charakterze napięciowym) jest przetwarzany w układach analogowych na napięcie o ciągłym przebiegu czasowym (np. pojemnościowe przetworniki integracyjne).

• Pomiar prędkości obrotowej za pomocą tachometru

Tachometr mechaniczny, działający na zasadzie odchylania się obracających się ciężarków pod wpływem siły odśrodkowej, wyskalowany najczęściej w obrotach na minutę, pozwala na pomiar prędkości obrotowej z dokładnością do 0,5%. Obracanie tacho­metru, dociśniętego do wału badanej maszyny, oznacza powstanie dodatkowego mo­mentu hamującego. Dlatego taki tachometr może być stosowany tylko przy badaniach maszyn odpowiednio dużych, kiedy moment hamujący tachometru jest pomijalnie mały w stosunku do momentu obrotowego badanej maszyny.

Mechaniczny licznik obrotów, tj. zespół kół zębatych powodujących przy obracaniu się odchylenie wskazówki, zlicza obroty przez określony czas (np. 3 s). Uruchamia się go po przyciśnięciu do walka badanej maszyny. Licznik obrotów zużywa znacznie mniejszą moc niż tachometr, dokładność jego dochodzi do 0,1%, zakres prędkości może wynosić od 0 do 10 000 obr/min, nadaje się do pomiarów tylko w stanach ustalonych

• Pomiar prędkości obrotowej za pomocą tachometru elektromagnetycznego

Na wirującym wale badanej maszyny umocowuje się tarczę metalową, naprzeciw której umieszczone są trwałe magnesy mogące się odchylać. Na magnesy działa moment zwracający od spiralnej sprężyny. Odchylenie wskazówki złączonej z magnesami jest miarą prędkości obrotowej. Moment tarcia tarczy o powietrze i moment pomiędzy tarczą i magnesami jest niewielki. Dlatego tachometr elektromagnetyczny nadaje się także do badania maszyn niewielkiej mocy, z wyjątkiem maszyn o mocy bardzo małej (kilka watów), czyli tzw. mikromaszyn. Rezystancja obwodów zwartych w tarczy na­leży od temperatury, więc wskazania tachometru elektromagnetycznego również zależą od temperatury

• Pomiar prędkości obrotowej za pomocą impulsów wymuszanych przez badaną maszynę

Na wał badanej maszyny nakłada się komutator składający się na przemian z wy­cinków przewodzących i izolujących. Po komutatorze ślizgają się dwie szczotki (rów­nocześnie wchodzące na ten sam wycinek komutatora), pomiędzy które włącza się obwód, składający się ze źródła napięcia stałego, opornika i częstościornierza. Częstościomierz mierzy liczbę impulsów /na sekundę. Przy liczbie przewodzących wycinków komutatora K liczbę obrotów na minutę wyznacza się z zależności n = 60//K.

Do pomiaru dużych prędkości obrotowych można użyć częstości o mierzą języczkowego odpowiednio wyskalowanego. Na badanej maszynie umieszcza się częstościomierz. Drgania odpowiednich jego języczków są w rezonansie z drganiami maszyny, zależnymi od jej prędkości obrotowej. Masa częstościomierza musi być odpowiednio mała w stosunku do masy maszyny, aby drgania maszyny nie były zbyt mocno tłumione.

• Pomiar prędkości obrotowej za pomocą stroboskopu

Stroboskopowa metoda pomiaru prędkości obrotowej badanej maszyny odznacza się tym, że wprowadza bardzo mały moment dodatkowy, hamujący badaną maszynę (jeśli na wale maszyny umieszcza się niewielką tarczę) albo w ogółe nie wprowadza żadnego dodatkowego momentu hamującego. Najprostszym stroboskopem jest zwykła lampa łukowa zasilana z sieci prądu przemiennego o częstotliwości/ Lampa ta zapala się 2/razy na sekundę. Przy skierowaniu światła tej lampy na koniec wału badanej maszyny, na której jest narysowana promieniowa kreska, przy prędkości wału n = f obr/s (syn­chroniczna prędkość maszyny synchronicznej o 2p — 2) obserwator widzi wal z pozor­nie nieruchoma kreską, stanowiącą średnicę wału.

Dla uzyskania możliwości ciągłego pomiaru prędkości obrotowej o dowolnej wartości należy użyć lampy błyskowej zasilanej ze źródła o zmiennej częstotliwości

• Pomiar prędkości obrotowej za pomocą prądniczki tachometrycznej

Pomiar prędkości obrotowej za pomocą prądnicy tachometrycznej (wyglądem i budową bardzo zbliżona do małego silnika prądu stałego) znany jest od bardzo dawna. Istota tej metody, to bezpośrednie, mechaniczne (za pomocą kół zębatych

i przekładni pasowych) sprzężenie osi prądnicy z wirującą osią kontrolowanego elementu.

Prądnica tachometryczna jest źródłem napięcia stałego proporcjonalnego

do wielkości prędkości obrotowej swojej osi, natomiast nachylenie charakterystyki

(U/w) zależy od konkretnego modelu prądnicy.

Podstawowe zalety tej metody to:

- natychmiastowy pomiar aktualnej prędkości obrotowej,

- duża dokładność pomiaru,

- możliwość dokładnego odczytu zmierzonej wielkości

przez urządzenia z wejściem analogowym np. woltomierze cyfrowe, systemy mikroprocesorowe z kartą przetworników analogowo-cyfrowych itp.

- krótki czas reakcji na zmianę prędkości.

Niestety metoda ta ma również kilka wad, które w skuteczny sposób odstraszają potencjalnych klientów:

- duże problemy i koszty związane z poprawnym i niezawodnym mechanicznym

sprzężeniem prądnicy tachometrycznej z mechaniką maszyny lub urządzenia.

Mam tu na myśli konieczność wykonania odpowiednich kół zębatych a później całej przekładni.

- konieczność ingerencji w mechanikę urządzenia,

- wysoki koszt pr¹dnicy tachometrycznej,

- konieczność okresowych konserwacji i przeglądów.

Charakterystyka prądnicy prądu stałego jest liniowa, gdyż wartość indukowanej SEM, zgodnie ze wzorem
jest wprost proporcjonalna do prędkości obrotowej, dlatego maszyny te często wykorzystywane są jako tachometry, gdyż znając stałą konstrukcyjną prądnicy i napięcie na jej zaciskach w łatwy sposób możemy wyliczyć prędkość obrotową badanego silnika. Podobnie jest w tachometrze asynchronicznym. Jest on bardziej niezawodny z tego powodu, że wyeliminowano w nim wpływ styku komutator-szczotki. Natomiast jego wadą jest to, że pomiaru kierunku wirowania nie można określić w sposób tak łatwy jak w tachometrze prądu stałego.

3.2 Pomiar temperatury

W pomiarach temperatury wykorzystuje się zależność niektórych wielkości fizycznych od temperatury.

W pierwszych termometrach wykorzystywano zmiany objętości cieczy w funkcji zmian temperatury, obecnie wykorzystuje się również zmiany rezystancji, ciśnienia i innych wielkości.

Temperatura jest w przemyśle najczęściej mierzoną wielkością fizyczną. Pomiary tem­peratury występują we wszystkich właściwie gałęziach przemysłu. Wymagane zakresy i dokładności pomiaru temperatury, żądana postać sygnału wyjściowego oraz warunki pracy są przy tym bardzo różnorodne. Zależnie od wymagań stosowane są różne rodzaje termometrów, wykorzystujące różne zjawiska fizyczne. Można wyróżnić na­stępujące rodzaje termometrów:

a) rozszerzalnościowe, w których wykorzystuje się zjawisko rozszerzalności cieczy lub ciał stałych;

b) ciśnieniowe, wykorzystujące zależność ciśnienia cieczy lub gazu od temperatury, przy stałej ich objętości;

c) rezystancyjne, w których wykorzystywana jest zależność rezystancji metali (np. platyny, miedzi, niklu) oraz półprzewodników od temperatury;

d) termoelektryczne, w których wykorzystywane jest zjawisko powstawania siły elek­tromotorycznej w obwodzie, w którym dwa złącza dwóch różnych metali znajdują się w różnej temperaturze;

e) pirometryczne, w których wykorzystywana jest zależność spektralnego rozkładu promieniowania emitowanego, od temperatury ciała emitującego.

Pomiar temperatury z użyciem czujni­ków termorezystancyjnych sprowadza się do pomiaru rezystancji, jedną ze sto­sowanych w miernictwie elektrycznym metod. Najczęściej stosowane są w ta­kim przypadku mostki niezrównoważo­ne oraz równoważone ręcznie lub auto­matycznie. Stosunkowo

duże zmiany rezystancji powodują, że w przypadku mostków niezrównoważonych nie można pominąć nieliniowości charakterystyki mostka. Duża czułość termorezystorów na zmiany temperatury powoduje konieczność (dla uniknięcia błędów wynikających z samo nagrzewania) ograniczania płynącego przez nie prądu. Jest to szczególnie ważne przy korzystaniu z termistorów. Błąd dodatkowy, który należy uwzględniać przy pomiarach temperatury z użyciem termorezystorów, jest powodowany temperaturo­wymi zmianami rezystancji przewodów łączących. Ponieważ długość połączeń mostka z czujnikiem oraz zmiany temperatury wzdłuż nich mogą być znaczne, błąd ten nie zawsze jest pomijalny.

W czujnikach termistorowych, używanych do dokładnych pomiarów temperatury, stosuje się termistory, których rezystancja w temperaturze pokojowej ma typową wartość kilku kQ, a zależność ich rezystancji od temperatury pokrywa się z krzywą standardową z błędem nie prze­kraczającym 0,lC⁰-0,2⁰C (te same termistory mogą być stosowane jako elementy kompen­sacji temperaturowej w różnych układach elekt­ronicznych). Dzięki dużej wartości temperatu­rowego współczynnika rezystancji stosowanie termistorów nie sprawia większych kłopotów. Poza tym są tanie, a ich parametry są stałe w czasie. Nadają się bardzo dobrze do pomia­rów temperatury oraz do sterowania jej zmiana­mi w zakresie od — 50°C do + 300°C.

Rezystancyjne termometry platynowe

Czujniki takich termometrów są wykonywane w postaci zwoju drutu z bardzo czystej plytyny, której współczynnik temperaturowy jest doda­tni i ma wartość około 0,4%/°C. Parametry termometrów platynowych wykazują nadzwy­czaj dużą stałość w czasie, a ich charakterystyki pokrywają się z krzywą standardową z błędem nie większym niż 0,02 -=- 0,2°C. Termometry pla­tynowe są dostosowane do pomiaru temperatur w zakresie od - 200°C do + 1000°C. Nie należą do zbyt tanich przyrządów.

Termometr kwarcowy

Termometr o dużej dokładności oraz powtarza­lności pomiaru można otrzymać wykorzystując zależność częstotliwości rezonasowej rezonato­ra kwarcowego od temperatury. Chociaż nor­malnie celem, do którego dąży się przy projek­towaniu rezonatora kwarcowego, jest uzyskanie możliwie małej wartości współczynnika tem­peraturowego częstotliwości rezonansowej, w tym przypadku wybiera się taki rodzaj cięcia kwarcu, aby wspomniany współczynnik miał możliwie dużą wartość. Duża dokładność po­miaru temperatury termometrami kwarcowymi
jest możliwa dzięki dużej dokładności pomiaru częstotliwości. Dobrym przykładem seryjnie produkowanego termometru kwarcowego jest
przyrząd typu 2804A firmy Hewlett-Packard Jest to miernik mikroprocesorowy o zakresie pomiaru temperatury od — 50°C do 150°C,
o błędzie absolutnym nie przekraczającym 40 milistopni (błąd zwiększa się, gdy wychodzimy poza podany zakres) oraz o rozdzielczości pomiaru temperatury równej 100 mikrostopai. Aby osiągnąć takie wartości parametrów, kwar­cowy czujnik danego przyrządu jest indywidua­lnie testowany i kalibrowany, a dane potrzebne do obliczania temperatury są przez wytwórcę ; wprowadzone do pamięci systemu mikroprocesorowego.

Pirometry i termografy

Interesującą metodą „bezdotykowego" pomia­ru temperatury jest użycie klasycznego piromet­ru. Jest to urządzenie umożliwiające obserwo­wanie żarzącego się obiektu przez lunetę i porównywanie jego koloru z kolorem świecenia umieszczonego wewnątrz pirometru drucika ża­rowego. Wartość temperatury odczytuje się ze skali pirometru po doprowadzeniu, w wyniku zwiększania wartości prądu płynącego przez drucik żarowy, do jednakowej jasności świece­nia drucika i obserwowanego obiektu. W czasie pomiaru oba źródła światła obserwuje się przez czerwony filtr. Jest to wygodny sposób mierze­nia temperatury obiektów bardzo gorących, obiektów umieszczonych w miejscach niedostęp­nych (wnętrza pieców lub komór próżniowych) oraz obiektów znajdujących się w środowisku utleniającym lub agresywnym chemicznie, w któ­rym nie można użyć termopar. Pirometrami optycznymi można mierzyć temperaturę w za­kresie od + 750°C do 3000°C, z błędem ok. 4°C w pobliżu dolnej granicy zakresu pomiarowego i ok. 20°C w pobliżu jego górnej granicy.

Opracowanie dobrych czujników podczer­wieni umożliwiło rozszerzenie takiej techniki pomiaru temperatury aż do zakresu normal­nych temperatur pokojowych, przez co weszła ona do codziennej praktyki pomiarowej. Na przykład, firma Omega oferuje cały szereg piro­metrów pracujących w podczerwieni, z cyfro­wym odczytem temperatury, pokrywających zakres od -30°C do +5400°C. Przez pomiar intensywności promieniowania podczerwone­go, ewentualnie dla kilku długości jego fal, wysyłanego przez oddalony obiekt, można z du­żą dokładnością określić temperaturę tego obie­ktu. Technika ta, nazywana termografią, stała się obecnie popularna w najróżniejszych, nie związanych ze sobą dziedzinach ludzkiej działa­lności, np. w medycynie (do wykrywania nowo­tworów) i w budownictwie, gdzie termografią budynku uświadamia projektantom i użytkow­nikowi, którędy „wyparowują" dolary wydawa­ne na ogrzewanie pomieszczeń.

Pomiary wartości niskich temperatur

Przy projektowaniu i użytkowaniu systemów kriogenicznych (pracujących w bardzo niskich temperaturach) spotyka się szczególne prob­lemy, związane z dokładnym pomiarem tem­peratury. Sposób pomiaru temperatury zależy przede wszystkim od tego, jak bliska zera bez­względnego (O K = — 273,16°C) jest wartość mierzonej temperatury

Pomiar wielkości elektrycznych

W elektrotechnice praktycznej zawsze zachodzi konieczność pomiaru pewnych niezbędnych wielkości elektrycznych. Na podstawie wyników z pomiarów napięcia, prądu, częstotliwości itd. można określić właściwości układów lub elementów, ich stan, sprawność itp. Wiele układów pomiarowych składa się z zespołu przyrządów odpowiednio połączonych elektrycznie ze sobą i na podstawie odczytów można wyznaczyć wartość wielkości mierzonej np. metoda techniczna. W wielu przypadkach stosuje się gotowe przyrządy lub przetworniki pomiarowe na których wynik pomiaru podawany jest bezpośrednio.
Poszczególne metody pomiarowe różnią się pomiędzy sobą złożonością, liczbą przyrządów pomiarowych oraz dokładnością otrzymanego wyniku

Pomiaru napięcia można dokonywać metodami bezpośrednimi lub pośrednimi. Metoda bezpośrednia polega na pomiarze napięcia za pomocą różnego typu woltomierzy, do metod pośrednich należą metoda kompensacyjna i metoda techniczna.
Przy pomiarze bezpośrednim wartość badanego napięcia odczytuje się z miernika lub innego wskaźnika. W powszechnie stosowanych woltomierza elektronicznych z wyświetlaczem wartość zmierzonego napięcia jest przedstawiana w postaci bezpośredniego wyniku. Przy pomiarze woltomierzami analogowymi wychylenie wskazówki jest proporcjonalne do wartości napięcia:

U = α C_v

gdzie: α ilość działek odczytanych z podziałki woltomierza, C_v - stała woltomierza przy określonym zakresie pomiarowym. Zarówno przy pomiarze woltomierzem elektronicznym i analogowym występuje systematyczny uchyb wynikający z klasy użytego przyrządu.
Idealny woltomierz nie powinien pobierać w czasie pomiaru żadnego prądu, jednak w warunkach rzeczywistych jest to w zasadzie niemożliwe. Mierzą wartość napięcia dowolnego źródła napięcia należy pamiętać, że wskazanie miernika U_vjest mniejsze od wartości rzeczywistej U_s o spadki napięć na impedancji wewnętrznej źródła napięcia Z_s, spadki napięcia na przewodach doprowadzających Z_p oraz na impedancji wewnętrznej woltomierza Z_v. Znając dokładne wartości wszystkich impedancji można wyznaczyć wartość rzeczywistą napięcia w badanym źródle

U_s = U_v [1 + (Z_s + Z_p) / Z_v)]

W celu wykonywania pomiarów napięcia z duża dokładnością woltomierze buduje się tak, aby ich rezystancja wewnętrzne była możliwe jak największa. Pomiar bezpośredni przynosi zadowalające wyniki jeżeli rezystancja wewnętrzna miernika jest wielokrotnie większa od rezystancji badanego źródła napięcia

Pomiar prądu może odbywać się - podobnie jak w przypadku pomiarów napięcia- w sposób pośredni lub bezpośredni. W metodach bezpośrednich wykorzystuje różnego typu amperomierze. W czasie pomiarów prądu wpływa się w nieznacznym stopniu na wielkość mierzoną. Główną przyczyną tego stanu jest niezerowa impedancja wewnętrzna miernika lub rezystora pomocniczego. Amperomierz jest zawsze wtrącany w obwód pomiarowy szeregowo i dlatego jego impedancja powinna być możliwe najmniejsza, tak aby spadek napięcia na tym elemencie był pomijalnie mały.
Dokładność pomiaru zależy w dużym stopniu od klasy amperomierza. W miernikach analogowych wychylenie wskazówki jest proporcjonalne do natężenia prądu, a największą dokładność osiąga się przy wychyleniu od 0,75 α do α. W zależności od typu mierników w wyniku podaje się najczęściej wartość średnią lub skuteczną prądu, chociaż można spotkać miernik gdzie zależność pomiędzy wskazaniem i natężeniem prądu jest bardziej złożona. Przykładem tego typu przyrządu mogą być amperomierze bimetalowe, gdzie wychylenie zależne jest nie tylko od natężenia prądu ale także od czasu jego trwania.
Inną - powszechnie znaną pośrednią metodą pomiaru prądu - jest tzw. metoda techniczna. W metodzie tej wykorzystuje się woltomierz do pomiaru spadku napięcia na znanej rezystancji wzorcowej. Z prawa Ohma można wtedy z łatwością wyznaczyć wartość prądu płynącego przez rezystor. Warunkiem zachowania dużej dokładności pomiaru jest zastosowanie takich elementów dla których impedancja woltomierza Z_vjest wielokrotnie większa od impedancji rezystora wzorcowego Z_w. W przypadku, gdy jednak nie można zachować tego warunku, pomiar obarczony jest błędem systematycznym, który można wyliczyć z zależności:

σ = Z_w/ ( Z_w + Z_v)

Każde urządzenie elektryczne charakteryzuje się pewnym poborem mocy elektrycznej, która jest przekształcana na inną formę mocy np. mechaniczną, świetlna, cieplną itp. Znając wartość mocy pobieranej i oddawanej można określić bilans energetyczny danego urządzenia lub wyznaczyć jego sprawność. Moc jest zdefiniowana jako pewna praca w jednostce czasu i dlatego jako jednostkę przyjmuje się [J / s]. W obwodach elektrycznych jednak korzystniej jest się posługiwać się jednostkami, które wynikają z iloczynu prądu i napięcia:

J / s => (J / C) x (C / s) => V x A

gdzie: J - dżul , s- sekunda, C - kulomb, V - wolt, A - amper. Moc elektryczna może być mierzona w sposób bezpośredni, przy użyciu mierników zwanych watomierzami lub w metodami pośrednimi np. metodą techniczną. W obwodach prądu stałego w zasadzie odbiorniki pobierają tylko moc czynną, w obwodach prądu zmiennego można wyróżnić moc czynną, bierną i pozorną. W przypadku przebiegów odkształconych definiuje się jeszcze tzw. moc odkształceń, która wiąże się z występującymi harmonicznymi prądu lub napięcia

Zjawiska występujące w elektrotechnice mają zazwyczaj charakter okresowy. W obwodach prądu przemiennego konieczna jest więc znajomość częstotliwości występowania poszczególnych procesów. Częstotliwość można zdefiniować jako liczbę okresów w określonym czasie. Podstawową jednostką częstotliwości jest Hz. Przyrządy, które wykorzystuje się do pomiaru częstotliwości często nazywane są częstotliwościomierzami. Metody na których opierają swą zasadę działania te przyrządy pomiarowe można podzielić na metody analogowe (polegające na porównaniu badanego przebiegu z przebiegiem wzorcowym) oraz metody zliczające (wykorzystujące algorytmy cyfrowe to określenia ile razy w pewnym przedziale czasowym występował powtarzający się cykl).
W elektrotechnice częstotliwościomierze budowane są do pracy przy częstotliwościach sieciowych (szczególnie w energetyce) oraz przy częstotliwościach akustycznych i większych. Poszczególne częstotliwościomierze różnią się od siebie zakresem oraz dokładnością pomiaru. Do najczęściej stosowanych należą przyrządy pomiarowe elektroniczne lub cyfrowe. Inne metody stosowane są tylko w szczególnych przypadkach

5. Założenia projektowe

Projektując układ sterowania z wykorzystaniem sterownika PLC firmy FANUC serii 90-30 należy na początku określić obiekt lub obiekty sterowania pod względem ilości potrzebnych sygnałów wejściowych i wyjściowych na podstawie schematu elektrycznego układu. W niniejszej pracy obiektem sterowania jest jednofazowy silnik magnetoelektryczny (silniki z trwałymi magnesami), zasilanym z przemiennika częstotliwości do , którego są podłączone cztery czujniki.

Czujniki maja za zadanie mierzyć określone parametry takie jak , napięcie zasilania, prąd zasilania, prędkość obrotowa oraz temperaturę silnika. Ponieważ w sterowniku zostały wykorzystane wejścia analogowe prądowe , które zawierają się w zakresie od 4mA do 20mA należy zaprojektować układy , które przetworzą sygnały z czujników pomiarowych na sygnały prądowe zawierające się w zakresie 4-20mA.

5.1 Projekt stanowiska laboratoryjnego

5.2 Schemat ideowy do pomiaru temperatury

5.3 Projekt układu przetwarzania napięcia z termorezystora platynowego przeznaczonego do pomiaru temperatury od 20^oC do +100 ^oC na prąd zmieniający się w granicach 4 do +20 mA

5.4. Dobór elementów:

Czujnik temperatury:

Elementem przetwarzającym w tym czujniku jest opornik platynowy Pt100. Zasilany jest prądem stałym 1 mA. Czujnik może pracować w temperaturze od -40 ^oC do 125^oC. Dla temperatury 20^oC element oporowy posiada rezystancję 107,99 Ω a dla temperatury +100^oC rezystancja wynosi 498,88 Ω.

Rezystor dodatkowy Rd:

Rezystor R_d został tak dobrany aby jego rezystancja była jednakowa jak rezystancja czujnika temperaturowego w temperaturze 20^oC czyli

107.99 Ω.

Tolerancja 0,01%.

Temperaturowy współczynnik rezystancji wynosi 1 ppm/^oC.

Szumy 0,1 μV/V.

Wzmacniacz numer 1.

Został użyty wzmacniacz AD 625C.

Wzmocnienie tego wzmacniacza ku₁= 30,762

Błąd tego wzmacniacza dla wzmocnienia powyżej 256 wynosi 0,01%.

Temperaturowy współczynnik wynosi 5 ppm/^oC

Rezystory Rf i rezystor Rg.

Rezystory Rf wynoszą 19.6 kΩ

Rezystor Rg wynosi 1,317 kΩ

Tolerancja 0,01%.

Temperaturowy współczynnik rezystancji wynosi 1 ppm/^oC.

Szumy 0,1 μV/V.

Wzmacniacz numer 2.

Został użyty wzmacniacz MXL 1001.

Wzmocnienie tego wzmacniacza wynosi 1

Źródło napięcia odniesienia.

Zostało użyte źródło AD 780BR

Źródło daje napięcie 3 V.

Błąd napięcia 1 mV

Temperatura pracy od -40 do +85 ^oC

Rezystor Rx:

Tolerancja 0,01%.

Temperaturowy współczynnik wynosi 1 ppm/^oC

Szumy 0,1 μV/V.

3. Równanie przetwarzania.

gdzie:

I_we- prąd zasilania

R_p- rezystancja Pt100

R_d- rezystancja rezystora dodatkowego

- wzmocnienie wzmacniacza numer 1

U_ref- napięcie źródła odniesienia

Ku₂- wzmocnienie wzmacniacza numer 2

R_x- rezystancja przy źródle prądowym

Wartości poszczególnych elementów:

I_we= 1 mA

R_p(20^oC)= 107,99 Ω

R_p(+100^oC)= 498,88 Ω

R_d= 107,99 Ω

ku₁= 30,762 V/V

Rf= 19.6 kΩ

Rg= 1,317 kΩ

Uref= 3 V

Ku2= 1

Rx= 750Ω

Dla rezystancji R_p(20^oC)= 107,99 Ω prąd wyjściowy wynosi 4 mA.

Dla rezystancji R_p (100^oC)= 498,88 Ω prąd wyjściowy wynosi 20 mA

5. Błędy dodatkowe

5.1. Błąd podstawowy w funkcji temperatury:

Ponieważ katalog nie podawał błędu dla wzmacniacza 2 nie uwzględniłem go w obliczeniach.

Dla wszystkich rezystorów:

Rt = R*(1+α*Δt)

gdzie:

R- wartość elementu

α= 1 ppm/°C - dla wszystkich rezystorów

α=5 ppm/°C - dla wzmacniacza 1

Δt = 10

ΔR_dt= 5,4E-3

ΔRgt= 0,066E-3

ΔRft= 0.98

ΔU_reft= 9E-5

ΔR_xt= 0.038

Δku₁t= 1,538E-3

ΔI_wytemp=5.415E-7 ΔI_wytemp= 6,944E-7

Dla I_wy= 4 mA błąd podstawowy wynosi 0,014%.

Dla I_wy= 20 mA błąd podstawowy wynosi 0,0034%.

6.1 Schemat ideowy do pomiaru prędkości obrotowej

Dane prądniczki :

• TYP PZTK 51-18

• stała napięciowa 12,5V /1000obr/min,

• n=8000obr/min

6.3 Układu przetwarzania napięcia z prądniczki tachometrycznej przeznaczonego do pomiaru prędkości obrotowej od 0 do 8000 obr/min na prąd zmieniający się w granicach 4 do +20 mA. Jako gotowy układ zastosowano Lumelowski przetwornik typu P11Z-02-3-1. Jest to przetwornik napięcia na prąd. Maksymalne napięcie wejściowe tego przetwornika jest rowne U=100V, czyli tyle ile uzyskamy z prądniczki tachometrycznej przy maksymalnych obrotach. Na wyjściu przetwornika uzyskujemy prąd w granicach od 4mA do 20mA

Rys.1 Schemat blokowy przetwornika

Schemat wejściowy przetwornika P11Z-02-3-1 separowany jest za pomocą

przekładnika pomiarowego TP, a następnie poprzez konwenter prądu K zamieniany jest na sygnał napięciowy. Układ P realizuje funkcje przetwarzania wartości skutecznej napięcia przemiennego na napięcie stałe.

Układ wyjściowy W standaryzuje sygnał wyjściowy przetwornika.

Zasilacz impulsowy Z dostarcza niezbędnych napięć.

Dane techniczne przetwornika :

- napięcie wejściowe 100 V

• prąd wejściowy 1A

• prąd wyjściowy 4....20 mA , Robc 0...500 Ω

• klasa dokładności 2

• napięcie zasilania 85...253 V

• częstotliowość sygnału wejściowego 45..65..500Hz

• temperatura otoczenia -20..23...55 ^oC

7.1 Schemat ideowy do pomiaru napięcia zasilania

Jako gotowy układ do mierzenia napięcia zasilania zastosowano niemal identyczny „Lumelowski” przetwornik typu P11Z-04-3-1. Różni się on tylko od poprzednika tym, że maksymalne napięcie wejściowe jest równe U=250v.

Rys.1 Bezpośredni pomiar napięcia Rys.2 Pomiar pośredni za pomocą

Przekładnika napięciowego

6.1 Schemat ideowy do pomiaru prądu zasilania

W układzie do mierzenia prądu zasilania silnika został zastosowany po raz

Kolejny przetwornik z serii P11Z . Tylko tym razem jest to przetwornik I/I i jego dokładne oznaczenie to P11Z-08-3-1. Maksymalny prąd wejściowy jest równy I=1A, a wiec taki jak maksymalny prąd silnika. Wyjście przetwornika jest standardowe i mieści się w granicach 4..20mA.

Rys.1 Pomiar bezpośredni prądu Ryz.2 Pomiar pośredni prądu za pomocą

przekładnika prądowego

8. Oprogramowanie sterownika

LOGIMASTER

Programowanie sterowników serii 90 - 30 obejmuje dwa etapy:

• konfigurowanie sterownika

• programowanie sterownika

Oba etapy mogą być wykonane przy pomocy pakietu oprogramowania narzędziowego LOGICMASTER 90, który uruchamia się na komputerze pracującym jako programator, połączonym ze sterownikiem łączem szeregowym poprzez konwerter RS232 / RS 422. Konfigurowanie ma na celu zadeklarowanie dla sterownika modułów jakie zostały zainstalowane w kolejnych slotach płyty łączeniowej oraz jakie adresy fizyczne zostały przypisane wejściom i wyjściom. Kolejnym etapem jest napisanie programu, wprowadzenie go do pamięci sterownika, uruchomienie i testowanie. Przy pisaniu programu należy postępować według niżej przedstawionych zasad.

• Program użytkownika wykonywany jest zawsze według kolejności szczebli pojawiających się w schemacie drabinkowym, poczynając od pierwszego szczebla aż do szczebla zawierającego instrukcję END kończącą program. Zakłada się przy tym, że prąd przepływa od lewej do prawej strony szczebla. Szczebel musi posiadać odpowiedni format i składnię, a jeżeli występują w nim połączenia równoległe, to najpierw sprawdzana jest linia położona najniżej.

• Każdy szczebel może posiadać maksymalnie osiem linii równoległych, w każdej linii może znajdować się do dziesięciu elementów połączonych szeregowo. Jeżeli występuje konieczność użycia większej liczby elementów, to można przedłużyć szczebel do drugiej linii za pomocą specjalnych przekaźników kontynuacji.

• Jeżeli szczebel zawiera cewkę załączoną zboczem sygnału sterującego, to powinna to być jedyna cewka w tym szczeblu.

• Szczebel musi zawierać przynajmniej jeden styk przed cewką, instrukcją skoku lub inną instrukcją sterującą, funkcją, blokiem funkcyjnym lub linią pionową.

• Konstrukcja szczebla nie może zawierać odgałęzień mających początek lub koniec wewnątrz innej gałęzi.

• W szczeblu zawierającym funkcję lub blok funkcyjny nie mogą wystąpić rozgałęzienia rozpoczynające się od linii pionowej, z wyjątkiem prowadzonych bezpośrednio do cewek, a po prawej stronie bloku nie mogą wystąpić żadne styki.

Tekst programu w języku schematów drabinkowych tworzonego za pomocą pakietu LOGICMASTER 90 zapisywany jest w programatorze do pliku w kartotece o nazwie takiej samej jak nazwa programu. Program jest kompilowany szczebel po szczeblu na język maszynowy, zrozumiały dla jednostki centralnej sterownika. W programie oprócz szczebli tworzących właściwą część programu sterującego, występują również deklaracje zmiennych umożliwiające nadawanie zmiennym w programie nazw symbolicznych oraz deklaracje bloków programowych, na które może zostać podzielony program

Rys. 1 Ogólny widok sterownika serii S7-200

---