mech_auto_przem_731[01].Z1.02

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne

3. Cele kształcenia

4. Materiał nauczania

4.1. Oznaczenia i symbole stosowane na sterownikach i w dokumentacji

technicznej oraz budowa i parametry elektryczne sterowników

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Zasada działania sterownika i jego parametry elektryczne

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3. Elektryczne układy wykonawcze współpracujące ze sterownikami

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4. Zabezpieczenia instalacji elektrycznych i układów elektronicznych

stosowane przy sterownikach

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

4.5. Komputerowe

wspomaganie

projektowania

systemów

zastosowaniem sterowników

4.5.1. Materiał nauczania

4.5.2. Pytania sprawdzające

4.5.3. Ćwiczenia

4.5.4. Sprawdzian postępów

5. Sprawdzian postępów

6. Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik ten będzie Ci służył pomocą podczas przyswajania wiedzy z zakresu stosowania

sterowników  i  komputerów  w  automatyce.  Musisz  jednak  wiedzieć,  że  na  świecie  istnieje
wiele  firm  produkujących  sterowniki  różniące  się  nieco  między  sobą.  W  tym  poradniku
znajdziesz  przykład  oparty  na  jednym  z  nich. Istnieje  jednak  więcej  podobieństw  niż  różnic
między  sterownikiem  opisanym  w  poradniku,  a  innymi  produkowanymi  na  świecie.  Jestem
pewien,  że  w  razie  potrzeby  po  zapoznaniu  się  z  dokumentacją  techniczną  dowolnego
sterownika znajdziesz w niej podobieństwo do sterownika tutaj opisanego.

W poradniku znajdziesz:

−

wymagania wstępne – wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć opanowane, aby bez
problemów korzystać z materiału tej jednostki,

−

wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem,

−

materiał nauczania – „pigułka” wiadomości teoretycznych niezbędnych do opanowania
treści jednostki modułowej,

−

zestaw pytań, które pozwolą Ci sprawdzić, czy opanowałeś już podane treści,

−

ćwiczenia pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować
umiejętności praktyczne,

−

sprawdzian postępów,

−

test osiągnięć – przykładowy zestaw zadań i pytań. Zaliczenie testu potwierdzi
opanowanie materiału całej jednostki modułowej,

−

literaturę uzupełniającą.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu nauczania jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

posługiwać się dokumentacją konstrukcyjną i technologiczną, katalogami oraz normami
technicznymi,

−

odczytywać rysunki techniczne oraz schematy układów automatyki analogowej
i cyfrowej,

−

mierzyć podstawowe wielkości fizyczne i geometryczne,

−

stosować różne sposoby łączenia elementów,

−

rozpoznawać elementy mechanizmów precyzyjnych w przyrządach i układach
automatyki przemysłowej,

−

rozpoznawać elementy napędów hydraulicznych, pneumatycznych i elektrycznych
stosowanych w układach automatyki przemysłowej,

−

montować elementy i zespoły układów automatyki przemysłowej, aparatury kontrolno–
pomiarowej i urządzeń precyzyjnych,

−

przestrzegać przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej
oraz ochrony środowiska,

−

organizować stanowisko pracy zgodnie z wymaganiami ergonomii,

−

udzielać pierwszej pomocy poszkodowanym w wypadkach przy pracy,

−

komunikować się z uczestnikami procesu pracy,

−

korzystać z różnych źródeł informacji,

−

badać układy elektryczne i elektroniczne,

−

posługiwać się komputerem w stopniu podstawowym.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

rozpoznać oznaczenia i symbole stosowane na sterownikach,

−

rozróżnić wejścia i wyjścia analogowe i cyfrowe sterowników,

−

zidentyfikować elementy układów elektrycznych współpracujących ze sterownikiem,

−

wyjaśnić budowę, zasadę działania i określić funkcje układów elektrycznych
współpracujących ze sterownikiem,

−

podłączyć sterownik do sieci zasilającej,

−

połączyć sterownik z układami pomiarowymi i wykonawczymi zgodnie z dokumentacją
techniczną,

−

zlokalizować uszkodzenia w obwodach,

−

określić rodzaje błędów i usterek w obwodach (skorzystać z kodów błędów
sterowników),

−

skorzystać z programów komputerowych w celu uruchamiania sterowników,

−

sprawdzić zabezpieczenia instalacji i urządzeń elektrycznych oraz układów
elektronicznych,

−

posłużyć się dokumentacją techniczną, katalogami oraz normami, podczas doboru
elementów układów elektrycznych i elektronicznych,

−

skorzystać z programu komputerowego podczas dobierania elementów układów
elektrycznych i elektronicznych,

−

zastosować zasady bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej
oraz ochrony środowiska na stanowisku pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Oznaczenia

symbole

stosowane

sterownikach

i w dokumentacji technicznej oraz budowa i parametry
elektryczne sterowników

4.1.1. Materiał nauczania

Sterowniki możemy podzielić na różne sposoby. Ze względu na wielkość możemy

wyróżnić trzy grupy sterowników:
1. Sterowniki małe – max 100 I/O (I – wejścia dwustanowe, O – wyjścia dwustanowe),

przeznaczone są do obsługi pojedynczej maszyny lub małego węzła technologicznego.

2. Sterowniki średnie – od 100 do 500 I/O. Przeznaczone są do obsługi pojedynczego węzła

technologicznego lub prostej linii produkcyjnej.

3. Sterowniki duże – od 500 do 3000 I/O. Przeznaczone są do obsługi całej linii

produkcyjnej lub kilku węzłów technologicznych.
Ze względu na budowę rozróżniamy dwie grupy sterowników:

1. Sterowniki kompaktowe – charakteryzujące się zwartą budową zawierającą wszystkie

elementy z brakiem możliwości ich przekonfigurowania.

2. Sterowniki modułowe – występuje w nich jedna płyta rozszerzeń z miejscem na moduły,

które można dobierać według potrzeb projektanta.

Budowa zewnętrzna

Sterowniki programowalne różnych producentów różnią się między sobą dość znacznie,

jednak z reguły posiadają pewne cechy wspólne. W budowie zewnętrznej sterownika PLC
zauważyć można takie elementy jak:

−

dwustanowe moduły wejść i wyjść,

−

analogowe moduły wejść i wyjść,

−

jednostkę centralną CPU,

−

zasilacz,

−

kasetę rozszerzeń z miejscem na moduły,

−

obwody licznika impulsów,

−

moduł pozycjonowania osi,

−

moduły komunikacyjne obsługujące standardowe protokoły przesyłania danych.

Elementy wewnętrzne sterownika zabudowane są w zwartej obudowie najczęściej

z tworzywa sztucznego zapewniającego ochronę przeciwporażeniową oraz ochronę przed
przypadkowym wprowadzeniem części mogących spowodować uszkodzenie mechaniczne lub
elektryczne sterownika. Wyprowadzenia realizowane są wtykowo, dzięki czemu możliwe jest
wykonywanie szybkich połączeń bez potrzeby uprzedniego mocowania sterownika na tablicy.
(rys. 1). Oznaczenia na sterownikach:
Wejście sterownika

Wyjście sterownika

INPUT

OUTPUT

OUT

EINGANG

AUSGANG

EIN

AUS

WEJŚCIE

WYJŚCIE

WEJ

WYJ

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 1.

Budowa zewnętrzna sterownika [opracowanie własne]

Sterownik LOGO! (sterownik mały, rys. 2) to uniwersalne urządzenie służące

do przełączania  i  sterowania  w  zastosowaniach  domowych  i  przemysłowych.  Umożliwia
sterowanie  oświetleniem,  roletami,  żaluzjami,  systemami  grzewczymi  i  klimatyzacyjnymi
oraz  szeregiem  innych  urządzeń.  LOGO!  znajduje  również  zastosowanie  w  przemyśle  do
budowy  układów  sterowania  i  automatyzacji  maszyn.  Posiada  dopuszczenie  do  zastosowań
na statkach

morskich. Dzięki wykorzystaniu

inteligentnych sterowników LOGO!

optymalizowany  jest  czas  projektowania  oraz  uruchamiania  instalacji.  Minimalizowane  są
układy związane z wykonaniem połączeń elektrycznych w odniesieniu do konwencjonalnych
sterowań  budowanych  na  bazie  przekaźników  i  styczników.  Ważną  zaletą  sterowników
LOGO!  jest  łatwość  programowania.  Program  tworzymy  łącząc  ze  sobą  gotowe  bloki
funkcyjne. Podstawowe dane techniczne LOGO!:

−

maksymalna liczba we/wy cyfrowych: 24/16,

−

maksymalna liczba we/wy analogowych: 8/2,

−

modułowa konstrukcja,

−

duży wybór modułów wejścia/wyjścia,

−

automatyczny przełącznik lato/zima,

−

wyświetlacz LCD z możliwością wyświetlania znaków alfanumerycznych,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

możliwość łatwej rozbudowy,

−

eliminacja zakłóceń w klasie B.

Rys. 2. Budowa sterownika LOGO! (przykład małego sterownika modułowego) [7]

Moduł podstawowy LOGO! Basic dostępny jest w dwóch klasach napięciowych

(zasilany  napięciem  24VDC,  12VDC  (napięcie  stałe),  24VDC  lub  24VAC  (napięcie
przemienne),  a  także  w  zakresie  napięć  115  –  240VAC/DC)  oraz  w  dwóch  wykonaniach
(z wyświetlaczem  oraz  bez  wyświetlacza).  Moduł  podstawowy  LOGO!  wyposażony  jest
w interfejs  umożliwiający  dołączenie  dodatkowych  modułów  rozszerzeń.  LOGO!  może
zostać  zamontowany  na  35  mm  szynie DIN  lub  bezpośrednio  na  ścianie  lub  drzwiach  szafy
sterującej.  Za  pomocą  modułów  rozszerzeń  można  podłączyć  24  wejścia  binarne,  16  wyjść
binarnych,  8  wejść  analogowych  oraz  2  wyjścia  analogowe.  Dzięki  modułowi  2  wyjść
analogowych można wykorzystać w programie funkcje regulatora PI itp.

Sterownik S7–200 (sterownik średni, rys. 3) jest sterownikiem dedykowanym

automatyzacji  maszyn  i  urządzeń  oraz  przeznaczonym  do  tworzenia  zdecentralizowanych
struktur  sterowania  dla  małych obiektów typu przepompownie,  małe oczyszczalnie ścieków.
Niewielkie wymiary  i kompaktowa budowa modułowa predysponują S7–200 do zastosowań
w miejscach o ograniczonej przestrzeni zabudowy. Może być łatwo dopasowany do wymagań
użytkownika.  Sterownik  charakteryzuje  się  doskonałą  wydajnością  oraz  funkcjonalnością.
Obsługuje procesy w czasie rzeczywistym, tzn. że sterownik wyposażony  jest w zegar czasu
rzeczywistego  (ustawiona  jest  w  nim  data  i  czas),  który  pozwala  na  sterowanie
uwzględniające pory roku oraz pory dnia.

Rys. 3. Budowa sterownika S7–200 (przykład średniego sterownika modułowego) [7]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Podstawowe dane techniczne S7 – 200:

−

maksymalna liczba we/wy cyfrowych: 128/120,

−

maksymalna liczba we/wy analogowych: 28/7,

−

modułowa konstrukcja,

−

duży wybór modułów wejścia/wyjścia,

−

możliwość budowy zdecentralizowanych struktur,

−

brak ruchomych części mechanicznych (wentylatora),

−

duża wydajność,

−

wersja „SIPLUS” o rozszerzonym zakresie temperatur od –25ºC do +70ºC
W rodzinie sterowników S7 – 200 występuje podział na sterowniki zasilane napięciem

230V AC  oraz  sterowniki  zasilane  z  dodatkowego zasilacza  napięciem  24V DC.  Sterowniki
S7  –  200  zasilane  napięciem  24V  DC  mają  zintegrowane  wyjścia  typu  „open  colector”
24V DC/0,75A,  zaś  sterowniki  zasilane  napięciem  230V  AC  mają  zintegrowane  wyjścia
przekaźnikowe. Każda jednostka centralna wyposażona jest w wewnętrzny zasilacz 24V DC,
który  może  być  zastosowany  do  zasilania  modułów  rozszerzeń.  Sterownik  montowany  jest
wraz  z  modułami  rozszerzeń  na  standardowej  szynie  DIN  35  mm.  Bezpośrednio  do  CPU
(jednostki  centralnej)  można  dołączyć  max.  7  modułów  rozszerzeń  (CPU  224,  CPU  226),
max. 2  moduły  rozszerzeń  (CPU  222). CPU  221  nie  posiada  możliwości  rozszerzeń.  Każdy
sterownik  ma ponadto diody LED  informujące o aktualnym trybie pracy oraz  jedno  lub dwa
złącza  komunikacyjne  służące  do  programowania  sterownika  oraz  komunikacji  z  innymi
sterownikami  lub  urządzeniami  zewnętrznymi  typu  panele  operatorskie,  czytniki  kodów
paskowych,  modemy  GSM/GPRS,  modemy  analogowe,  komputery  PC  itd.  Sterownik
wyposażony  jest  też  w  gniazdo  pamięci  zewnętrznej  EEPROM,  służącej  do  przenoszenia
programu lub archiwizacji programów oraz danych. Podtrzymanie danych pamięci RAM jest
zrealizowane  za  pomocą  kondensatora  o  dużej  pojemności.  Dane  umieszczone  w  obszarach
remanentnych  (podtrzymywanych  po  zaniku  napięcia  zasilania),  po  wyłączeniu  zasilania
podtrzymywane  są  przez  70  godzin.  Przy  zastosowaniu  baterii  zewnętrznej  można  czas
podtrzymania wydłużyć do 200 dni.

Sterownik S7 – 300 (sterownik duży, rys. 4) jest najbardziej popularnym i najczęściej

stosowanym  w przemyśle  sterownikiem  PLC.  Przeznaczony  jest  do  automatyzacji  maszyn,
linii  produkcyjnych  i  obiektów  technologicznych.  S7  –  300  stanowi  nowoczesną
i uniwersalną  platformę  systemu  automatyki.  Umożliwia  budowę  zarówno  autonomicznych
jak i opartych o sieci komunikacyjne, rozproszonych układów sterowania. Sterowniki S7–300
charakteryzują  się  prostą  konfiguracją  i  programowaniem,  co wpływa  na  obniżenie  kosztów
projektowania i eksploatacji systemu automatyki.

Rys. 4. Budowa sterownika S7–300 [7]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Kompletny sterownik S7 – 300 składa się z modułu zasilacza, procesora CPU

oraz modułów  wejść/wyjść  lub  modułów  komunikacyjnych  i  funkcjonalnych.  Moduły  mogą
być  dołączane  do  CPU  w  dowolnej  kolejności.  Sterownik  S7  –  300  nie  wymaga  „kasety”.
Poszczególne komponenty sterownika  montowane są na specjalistycznej szynie  montażowej.
Sterownik  S7  –  400  (sterownik  bardzo  duży,  rys.  5)  to  najbardziej  wydajny  i  niezawodny
sterownik  PLC  firmy  SIEMENS.  Przeznaczony  jest  do  sterowania  procesami
technologicznymi oraz  maszynami  produkcyjnymi we wszystkich gałęziach przemysłu. Moc
obliczeniowa, wielkość pamięci oraz zasoby komunikacyjne umożliwiają budowanie na bazie
S7 – 400 kompletnych układów sterowania dla całej  linii produkcyjnej. S7 – 400 stosowany
jest  powszechnie  w automatyce  procesowej,  w  której  sterownik  PLC  pełni  funkcję
centralnego  systemu  sterowania  i  współpracuje  za  pośrednictwem  sieci  przemysłowych
z rozproszonymi  układami  wejścia/wyjścia.  Doskonale  sprawdza  się  również  jako  system
sterowania  w  szybkich  maszynach  produkcyjnych,  dla  których  krótki  cykl  programu
sterownika gwarantuje uzyskanie maksymalnych wydajności produkcji.

Rys. 5. Budowa Sterownika S7–400 (przykład dużego sterownika modułowego) [7]

Podstawowe dane techniczne S7 – 400:

−

maksymalna liczba we/wy cyfrowych: 131056/131056,

−

maksymalna liczba we/wy analogowych: 8192/8192,

−

maks. pamięć programu 4 MB

−

komunikacja: MPI, PROFIBUS, Ethernet, PROFINET,

−

bardzo krótki czas wykonywania instrukcji,

−

konstrukcja bez wentylatora,

−

duży wybór procesorów, modułów wej/wyj, opcji komunikacyjnych, modułów

funkcyjnych,

−

możliwość pracy wieloprocesorowej,

−

interfejsy do systemów IT i sieci WWW.

Sterownik S7 – 400 ma konstrukcję modułową i nie posiada ruchomych, zużywających

się części mechanicznych. Jego konfiguracja sprzętowa może być optymalnie dopasowana

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

do wymagań  danej  aplikacji.  Poszczególne  elementy  systemy  S7  –  400  montowane  są
w kasecie  „rack”  z  wbudowaną  magistralą  „backplane”.  Moduły  sygnałowe  mogą  być
umieszczane  centralnie,  bezpośrednio  za  procesorem  głównym  CPU  lub  w  kasetach
oddalonych.  Moduły  sygnałowe  centralne  oraz  zdalne  można  wymieniać  pod  napięciem
i w trakcie  pracy  systemu.  Szybka  i  wydajna  magistrala  „backplane”  sterownika  S7  –  400
pozwala  na  obsługę  przez  główne  CPU  kilku  procesorów  komunikacyjnych.  Każdy
z procesorów  komunikacyjnych  może  kontrolować  niezależną  sieć  przemysłową,
np. PROFIBUS lub PROFINET.

Wykorzystanie sieci przemysłowych umożliwia podzielenie całego systemu sterowania

na odrębne podsystemy np. do wymiany danych ze zdalnymi wej/wyj, napędami
elektrycznymi, panelami operatorskimi lub systemami MES. Do łączenia ze sobą kaset
centralnej oraz rozszerzających (maksymalnie do 21 kaset rozszerzających) wykorzystywane
są moduły interfejsowe.

Oznaczenia i symbole spotykane w dokumentacji

Rys. 6.

Równoważne schematy obwód przekaźnikowy – Ladder [5, s.212]

Rysunek 6 pokazuje uproszczony schemat połączeń przekaźnikowego obwodu

sterowania  i  równoważny  schemat  drabinkowy  (Ladder).  Wszystkie  wejścia  związane
z aparatami  łączeniowymi  obwodu  przekaźnikowego  (LS1,  LS2,  PB1,  CR1,  SS1)
są pokazane  jako  zestyki  w  schemacie  drabinkowym.  Cewka  M1  obwodu  przekaźnikowego
jest  reprezentowana  przez  symbol  cewki  wyjściowej  w  schemacie  drabinkowym.  Numery
adresów  umieszczone  nad  każdym  symbolem  zestyku/cewki  w  schemacie  drabinkowym
są odniesieniem do rozmieszczenia zewnętrznych połączeń wejść/wyjść sterownika.

Symbole graficzne elementów w języku drabinkowym

Instrukcje w języku drabinkowym zawierają elementy graficzne (rys. 7, rys. 8, rys. 9)

Nazwa

Element graficzny Instrukcja

Funkcja

Zestyk normalnie otwarty

Przejście

przez

zestyk,

gdy

kontrolowany

obiekt

bitowy

jest

w stanie 1.

Zestyk

normalnie

zamknięty

LDN

Przejście

przez

zestyk,

gdy

kontrolowany

obiekt

bitowy

jest

w stanie 0.

Zestyk do wykrycia zbocza
narastającego

LDR

Zbocze narastające: wykrycie zmiany
stanu

kontrolowanego

obiektu

bitowego z 0 na 1.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zestyk do wykrycia zbocza
opadającego

LDF

Zbocze narastające: wykrycie zmiany
stanu

kontrolowanego

obiektu

bitowego z 1 na 0.

Rys. 7.

Symbole zestyków w schemacie drabinkowym [5, s.219]

Nazwa

Element graficzny

Funkcja

Łącznik poziomy

Połączenie szeregowe elementów graficznych testu i akcji
pomiędzy dwoma szynami potencjału.

Łącznik pionowy

Połączenie równoległe elementów graficznych testu i akcji.

Rys. 8.

Symbole elementów łączących w schemacie drabinkowym [5, s.219]

Nazwa

Element graficzny

Instrukcja

Funkcja

Cewka
bezpośrednia

Skojarzony obiekt bitowy otrzymuje wartość
wyniku strefy testu.

Cewka zanegowana

STN

Skojarzony

obiekt

bitowy

otrzymuje

zanegowaną wartość wyniku strefy testu.

Cewka ustawiania

Skojarzony obiekt bitowy jest ustawiony na
1, gdy wynik strefy testów jest 1.

Cewka kasowania

Skojarzony obiekt bitowy jest ustawiony na
1, gdy wynik strefy testów jest 0.

Rys. 9.

Symbole cewek stosowane w schemacie drabinkowym [5, s.220]

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  W jaki sposób dzielimy sterowniki?
2.  Jakie znasz części składowe sterownika?
3.  Jakie zaciski są dostępne na zewnątrz obudowy sterownika?
4.  Jak oznaczane są wejścia, a jak wyjścia na sterowniku?
5.  Jak oznaczane są wejścia i wyjścia sterownika w dokumentacji?
6.  Jak oznaczone są zaciski zasilające na sterowniku i w dokumentacji?
7.  Jakiego typu zestyki występują w schemacie drabinkowym i jakie mają symbole?
8.  Jakiego typu cewki występują w schemacie drabinkowym i jakie mają symbole?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Dokonaj identyfikacji wyprowadzeń sterownika.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  odszukać wyprowadzenia sterownika,
2)  zidentyfikować wyprowadzenia,
3)  wskazać i nazwać poszczególne wyprowadzenia,
4)  wyjaśnić funkcje poszczególnych wyprowadzeń lub grup wyprowadzeń,
5)  wykonać szkic sterownika z naniesionymi wyprowadzeniami,
6)  nanieść oznaczenia wyprowadzeń sterownika na szkicu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

sterownik PLC,

−

dokumentacja techniczna sterownika,

−

arkusze papieru formatu A4, flamastry,

−

arkusz do ćwiczenia.

Ćwiczenie 2

Rozpoznaj symbole i oznaczenia w dokumentacji układów sterowniczych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  odszukać symbole i oznaczenie w otrzymanej dokumentacji układu sterowniczego,
2)  zidentyfikować poszczególne symbole i oznaczenia w dokumentacji,
3)  rozpoznać  i  nazwać  elementy  układu  sterowniczego  przedstawione  kolejnymi

symbolami,

4)  rozpoznać na schemacie wyprowadzenia sterownika,
5)  umieścić rozpoznane elementy układu sterowniczego na stanowisku montażowym,
6)  połączyć układ sterowniczy zgodnie ze schematem,
7)  przerysować schemat ideowy i narysować schemat montażowy,
8)  nanieść oznaczenia na narysowane schematy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

schemat układu sterowniczego,

−

sterownik PLC,

−

dokumentacja techniczna sterownika,

−

zestaw elementów umieszczonych na schemacie układu sterowniczego,

−

przewody łączeniowe,

−

zestaw narzędzi monterskich,

−

arkusze papieru formatu A4, flamastry,

−

arkusz do ćwiczenia.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

wyjaśnić pojęcie wejście binarne (cyfrowe)?



wyjaśnić pojęcie wejście analogowe?



wyjaśnić pojęcie wyjście cyfrowe?



wyjaśnić pojęcie wyjście analogowe?



wyjaśnić pojęcie zaciski zasilające?



wyjaśnić pojęcie złącze komunikacyjne?



wskazać na sterowniku wejście binarne (cyfrowe)?



wskazać na sterowniku wejście analogowe?



wskazać na sterowniku wyjście cyfrowe?



10) wskazać na sterowniku wyjście analogowe?



11) wskazać na sterowniku wejście zasilające?



12) wskazać na sterowniku złącze komunikacyjne?



13) rozpoznać oznaczenia stosowane w dokumentacji?



14) powiązać oznaczenia w dokumentacji i na sterowniku?



15) odczytać symbole elementów w schematach drabinkowych?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Zasada działania sterownika i jego parametry elektryczne

4.2.1. Materiał nauczania

Obróbka programu przez sterownik

Sterownik odczytuje na początku programu stany sygnałów na wejściu i wyjściu

i zapamiętuje  je  w  specjalnie  zarezerwowanym  obszarze  pamięci.  Stany  te  pozostają
niezmienne w czasie  jednego cyklu programowego. Następnie rozpoczyna się proces analizy
programu  polegający  na  opracowywaniu  rozkazów,  w  kolejności  ich  występowania
w programie.  Po  realizacji  całości  programu,  wyniki  operacji  logicznych  wyprowadzane
zostają  na  odpowiednie  wyjścia  sterownika.  Następnie  rozpoczyna  się  proces  obróbki
programu od początku tzn. od zapisania w pamięci stanu sygnałów na wejściu i wyjściu PLC.

Sterownik realizuje sygnały w sposób szeregowy tzn. kolejno krok po kroku i w sposób

cykliczny tzn. po realizacji wszystkich rozkazów w programie rozpoczyna się proces obróbki
programu od początku. Czas trwania jednego cyklu programowego zależny jest od długości
programu, rodzaju operacji (binarne słowne – słowo to 16 bitów) i ilości urządzeń
rozszerzających.

Wyjścia cyfrowe sterownika są podstawowymi składnikami bloków wyjść sterowników

PLC.  Produkowane  są  (przeważnie)  dwa  rodzaje  wyjść: tranzystorowe o obciążalności  0,5A
oraz  przekaźnikowe  o  obciążalności  8  A.  Przez  wyjścia  cyfrowe  sterownik  steruje
urządzeniami  zewnętrznymi  takimi  jak:  przekaźniki,  styczniki,  elektrozawory,  lampki
kontrolne,  sygnały  akustyczne,  silniki  krokowe  itd.  Istnieją  również  specjalizowane  wyjścia
cyfrowe w zależności od potrzeb producentów.

Rys. 10. Obróbka programu przez sterownik – cykl programowy [opracowanie własne]

Analiza  stanu  sygnału  na  wejściu  –  łączniki  zwierne  i  rozwierne  [tabela  1].  Zadaniem
sterownika  jest  analiza  stanu  sygnałów  na  wejściu,  obróbka  informacji  według  zadanego
programu  i  odpowiednie  wysterowanie  wyjść.  Analiza stanu  sygnałów  na  wejściu polega  na
stwierdzeniu czy:

−

podane zostało napięcie 24 V – sygnał 1,

−

brak napięcia – sygnał 0.
Najprostszym sposobem podania sygnału na wejście sterownika jest użycie łączników

zwiernych i rozwiernych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tabela 1. Tabela łączeń [opracowanie własne]

Łącznik zwierny

–

wciśnięcie łącznika zwiernego powoduje podanie napięcia
na wejściu sterownika, a więc pojawienie się sygnału 1

Łącznik rozwierny

–

wciśnięcie łącznika rozwiernego powoduje zanik napięcia
na wejściu sterownika, a więc pojawienie się sygnału 0

Sygnał 1

–

sygnał 1 pojawia się na wejściu sterownika kiedy:

a) łącznik zwierny jest zamknięty, tzn. wciśnięty

b) łącznik rozwierny jest zamknięty, tzn. niewciśnięty

Sygnał 0

–

sygnał 1 pojawia się na wejściu sterownika kiedy:

a) łącznik zwierny jest otwarty, tzn. niewciśnięty

b) łącznik rozwierny jest otwarty, tzn. wciśnięty

Pamięci sterownika

Napisany program zapisywany jest w jednej pamięci PLC:

−

RAM

−

opcjonalnie EEPROM.
RAM (Random Access Memory) jest pamięcią o swobodnym dostępie. Pamięć tą można

porównać  do  szafy  z  wieloma  szufladami  –  komórkami  pamięci.  Każda  z  szuflad  posiada
określoną  wielkość  –  pojemność  pamięci,  określony  numer  –  adres.  Poszczególne  dane
wkładane  są  do  ponumerowanych  szuflad  lub  ewentualnie  stamtąd  wyciągane.  Podobnie
działa  pamięć  RAM.  Informacja  zapisywana  jest  pod  odpowiednim  adresem  w komórce
pamięci  i  w  razie  potrzeby,  po  podaniu  adresu,  stamtąd  odczytana.  Pobranie  informacji
z komórki  pamięci  nie  powoduje  jej  wymazania.  Niepotrzebną  informację  kasuje  się  przy
pomocy  specjalnej  procedury  lub  w  sposób  automatyczny,  zapisując  nową  informację  pod
adresem starej. Informacje zapisane w RAM zostają wykasowane w wyniku zaniku  napięcia
zasilającego i wyczerpania baterii buforowej.

EEPROM (Elictrically Erasable Programmable Read Only Memory) jest kasowalną

i zapisywalną  pamięcią  stałą.  Nowo  napisany  i  przetestowany  program  można  umieścić
w pamięci  EEPROM  i  zabezpieczyć.  Sterownik  PLC  dysponuje  wtykową  pamięcią
EEPROM,  dzięki  czemu  możliwe  jest  przeniesienie  programu  z  jednego  sterownika
do drugiego,  bez  konieczności  uruchamiania  komputera.  W  ten  sposób  można  wielokrotnie
wykorzystywać ten sam program, w różnych układach o jednakowym zadaniu sterowniczym.
Zawartość  pamięci  EEPROM  jest  zapisywana  i  kasowana  za  pomocą  impulsów
elektrycznych.  Komórki  pamięci  można  wielokrotnie  zapisywać  tzn.  zmieniać  dowolnie
rozkazy w programie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Co to jest cykl programowy?
2.  Jak rozumiesz to, że sterownik wykonuje instrukcje szeregowo?
3.  Od czego zależy czas trwania jednego cyklu programowego?
4.  Czy sterownik zauważy zmianę stanu wejścia podczas cyklu programowego?
5.  Jaki  stan  odczyta  sterownik  na  wejściu,  do  którego  podłączono  wciśnięty  łącznik

rozwierny?

6.  Jaka wartość napięcia odpowiada jedynce logicznej na wejściu sterownika?
7.  Do jakiej pamięci zapisywany jest program sterownika?
8.  Jakie

są

podobieństwa

różnice

pomiędzy

pamięciami

współpracującymi

ze sterownikiem?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Przeanalizuj stan sygnałów na wejściu sterownika – łączniki zwierne i rozwierne. Ten

program pozwoli Ci przeprowadzić test podłączenia wejść i wyjść sterownika.

Przykładowy układ połączeń:

Rys. do ćwiczenia 1

Przykładowy program (do rys. do ćwiczenia 1):
LD

% I0.1 ;oznaczenie %I0.1 odpowiada oznaczeniu I1 na listwie sterownika,

% Q0.0;oznaczenie %Q0.0 odpowiada oznaczeniu Q0 na listwie sterownika,

% I0.2 ;oznaczenie %I0.2 odpowiada oznaczeniu I2 na listwie sterownika,

% Q0.1;oznaczenie %Q0.1 odpowiada oznaczeniu Q1 na listwie sterownika.

END

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) rozpoznać elementy na schemacie oraz zidentyfikować adresy wejść i wyjść

w sterowniku,

2) wybrać odpowiednie łączniki i połączyć je ze sterownikiem zgodnie ze schematem,
3) połączyć sterownik z komputerem przy pomocy specjalnego przewodu komunikacyjnego

(interfejsu),

4)  włączyć komputer i sterownik do zasilania,
5)  uruchomić oprogramowanie sterownika,
6)  przepisać program w edytorze, zapisać go na dysku i przesłać do pamięci sterownika,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

7)  uruchomić sterownik,
8)  przetestować pracę sterownika,
9)  zamienić łączniki S1 i S2 miejscami,
10)  powtórnie przetestować pracę sterownika,
11)  spostrzeżenia zapisać w zeszycie i wyciągnąć wnioski,
12)  wyłączyć sterownik i komputer,
13)  odłączyć interfejs.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

komputer z oprogramowaniem do sterownika PLC,

−

stanowisko montażowe ze sterownikiem PLC,

−

DTR sterownika PLC,

−

interfejs do połączenia sterownika z komputerem,

−

łączniki zwierne i rozwierne,

−

lampki kontrolne,

−

przewody łączeniowe,

−

miernik uniwersalny wraz z przewodami pomiarowymi,

−

narzędzia monterskie.

Ćwiczenie 2

Uruchom prasę stosując funkcję iloczynu logicznego.
Prasa powinna się automatycznie załączać przy opuszczonej klatce ochronnej (łącznik

zwierny S1) i wciśniętych dwóch przyciskach sterowniczych S2 i S3.

Przykładowy układ połączeń:

Rys. do ćwiczenia 2

Przykładowy program (do rys. do ćwiczenia 2):
LD

% I0.0

AND

% I0.1

AND

% I0.2

% Q0.0

END

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) rozpoznać elementy na schemacie oraz zidentyfikować adresy wejść i wyjść

w sterowniku,

2) wybrać odpowiednie łączniki i połączyć je ze sterownikiem zgodnie ze schematem,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3) połączyć sterownik z komputerem przy pomocy specjalnego przewodu komunikacyjnego

(interfejsu),

4)  włączyć komputer i sterownik do zasilania,
5)  uruchomić oprogramowanie sterownika,
6)  przepisać program w edytorze, zapisać go na dysku i przesłać do pamięci sterownika,
7)  uruchomić sterownik,
8)  przetestować pracę sterownika,
9)  spostrzeżenia zapisać w zeszycie i wyciągnąć wnioski,
10)  wyłączyć sterownik i komputer,
11)  odłączyć interfejs.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

komputer z oprogramowaniem do sterownika PLC,

−

stanowisko montażowe ze sterownikiem PLC,

−

DTR sterownika PLC,

−

interfejs do połączenia sterownika z komputerem,

−

łączniki zwierne i rozwierne,

−

lampki kontrolne,

−

przewody łączeniowe,

−

miernik uniwersalny wraz z przewodami pomiarowymi,

−

narzędzia monterskie.

Ćwiczenie 3

Wykonaj wielomiejscowe zdalne sterowanie załączaniem silnika z zastosowaniem

funkcji sumy logicznej. Zrealizuj sterowanie umożliwiające załączanie silnika z trzech
różnych miejsc. Silnik powinien pracować tylko w czasie wciśnięcia dowolnego z trzech
przycisków sterowniczych. Wszystkie przełączniki są łącznikami zwiernymi.

Przykładowy układ połączeń:

Rys. do ćwiczenia 3

Przykładowy program (do rys. do ćwiczenia 3):
LD

% I0.0

% I0.1 ;funkcja OR została opisana w rozdziale 4.5.1.

% I0.2

% Q0.0

END

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) rozpoznać elementy na schemacie oraz zidentyfikować adresy wejść i wyjść

w sterowniku,

2) połączyć sterownik z komputerem przy pomocy specjalnego przewodu komunikacyjnego

(interfejsu),

3)  włączyć komputer i sterownik do zasilania,
4)  uruchomić oprogramowanie sterownika,
5)  przepisać program w edytorze, zapisać go na dysku i przesłać do pamięci sterownika,
6)  uruchomić sterownik,
7)  przetestować pracę sterownika,
8)  spostrzeżenia zapisać w zeszycie i wyciągnąć wnioski,
9)  wyłączyć sterownik i komputer,
10)  odłączyć interfejs.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

komputer z oprogramowaniem do sterownika PLC,

−

stanowisko montażowe ze sterownikiem PLC,

−

DTR sterownika PLC,

−

interfejs do połączenia sterownika z komputerem,

−

łączniki zwierne i rozwierne,

−

lampki kontrolne,

−

przewody łączeniowe,

−

miernik uniwersalny wraz z przewodami pomiarowymi,

−

narzędzia monterskie.

Ćwiczenie 4

Przebadaj i przeanalizuj ze względu na wymogi bezpieczeństwa (odłączając kolejno

łączniki  S1  i  S2)  trzy  przypadki  włączania  i  wyłączania  urządzenia  (lampka  L1  powinna
zaświecić się po naciśnięciu przycisku S1 i wyłączyć po naciśnięciu przycisku S2): S1 i S2 są
łącznikami zwiernymi,
a)  S1 i S2 są łącznikami rozwiernymi
b)  S1 jest łącznikiem zwiernym i S2 łącznikiem rozwiernym

Zwróć szczególną uwagę na zachowanie się wyjścia sterownika, do którego może być

podłączone niebezpieczne dla obsługi urządzenie (np. prasa lub piła). Podczas testów odłączaj
od wejścia sterownika kolejno jeden z łączników. W prawdziwym układzie taka przerwa
może powstać po przerwaniu przewodu łączącego. Zastanów się, który z układów jest
bezpieczny, a który niebezpieczny i dlaczego?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przykładowe układy połączeń:
Przypadek a)

Rys. do ćwiczenia 4a

Przykładowy program (do rys. do ćwiczenia 4a):
LD

% I0.1

% Q0.0

ANI

% I0.2: funkcja ANI została opisana w rozdziale 4.5.1.

OUT

% Q0.0

END

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) rozpoznać elementy na schemacie oraz zidentyfikować adresy wejść i wyjść

w sterowniku,

2) wybrać odpowiednie łączniki i połączyć je ze sterownikiem zgodnie ze schematem,
3) połączyć sterownik z komputerem przy pomocy specjalnego przewodu komunikacyjnego

(interfejsu),

4)  włączyć komputer i sterownik do zasilania,
5)  uruchomić oprogramowanie sterownika,
6)  przepisać program w edytorze, zapisać go na dysku i przesłać do pamięci sterownika,
7)  uruchomić sterownik,
8)  przetestować pracę sterownika,
9)  odłączyć przewód łączący przycisk S2 ze sterownikiem,
10)  ponownie przetestować pracę sterownika,
11)  spostrzeżenia zapisać w zeszycie i wyciągnąć wnioski,
12)  wyłączyć sterownik i komputer,
13)  odłączyć interfejs.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

komputer z oprogramowaniem do sterownika PLC,

−

stanowisko montażowe ze sterownikiem PLC,

−

DTR sterownika PLC,

−

interfejs do połączenia sterownika z komputerem,

−

łączniki zwierne i rozwierne,

−

lampki kontrolne,

−

przewody łączeniowe,

−

miernik uniwersalny wraz z przewodami pomiarowymi,

−

narzędzia monterskie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przypadek b)

Rys. do ćwiczenia 4b

Przykładowy program (do rys. do ćwiczenia 4b):
LDN

%I0.1

%Q0.0

AND

%I0.0

%Q0.0

END

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) rozpoznać elementy na schemacie oraz zidentyfikować adresy wejść i wyjść

w sterowniku,

2) wybrać odpowiednie łączniki i połączyć je ze sterownikiem zgodnie ze schematem,
3) połączyć sterownik z komputerem przy pomocy specjalnego przewodu komunikacyjnego

(interfejsu),

4)  włączyć komputer i sterownik do zasilania,
5)  uruchomić oprogramowanie sterownika,
6)  przepisać program w edytorze, zapisać go na dysku i przesłać do pamięci sterownika,
7)  uruchomić sterownik,
8)  przetestować pracę sterownika,
9)  odłączyć  przewód  łączący  przycisk  S1  ze  sterownikiem  i  obserwować  zachowanie

lampki L1,

10)  spostrzeżenia zapisać w zeszycie i wyciągnąć wnioski,
11)  wyłączyć sterownik i komputer,
12)  odłączyć interfejs.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

komputer z oprogramowaniem do sterownika PLC,

−

stanowisko montażowe ze sterownikiem PLC,

−

DTR sterownika PLC,

−

interfejs do połączenia sterownika z komputerem,

−

łączniki zwierne i rozwierne,

−

lampki kontrolne,

−

przewody łączeniowe,

−

miernik uniwersalny wraz z przewodami pomiarowymi,

−

narzędzia monterskie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przypadek c)

Rys. do ćwiczenia 4c

Przykładowy program (do rys. do ćwiczenia 4c):
LD

% I0.1

% Q0.0

AND

% I0.0

% Q0.0

END

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) rozpoznać elementy na schemacie oraz zidentyfikować adresy wejść i wyjść

w sterowniku,

2) wybrać odpowiednie łączniki i połączyć je ze sterownikiem zgodnie ze schematem,
3) połączyć sterownik z komputerem przy pomocy specjalnego przewodu komunikacyjnego

(interfejsu),

4)  włączyć komputer i sterownik do zasilania,
5)  uruchomić oprogramowanie sterownika,
6)  przepisać program w edytorze, zapisać go na dysku i przesłać do pamięci sterownika,
7)  uruchomić sterownik,
8)  przetestować pracę sterownika,
9)  odłączyć przewód łączący przycisk S1 ze sterownikiem,
10)  przetestować pracę sterownika,
11)  odłączyć  przewód  łączący  przycisk  S2  ze  sterownikiem  (przewód  łączący  przycisk  S1

jest podłączony),

12)  przetestować pracę sterownika,
13)  spostrzeżenia zapisać w zeszycie i wyciągnąć wnioski,
14)  wyłączyć sterownik i komputer,
15)  odłączyć interfejs.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

komputer z oprogramowaniem do sterownika PLC,

−

stanowisko montażowe ze sterownikiem PLC,

−

DTR sterownika PLC,

−

interfejs do połączenia sterownika z komputerem,

−

łączniki zwierne i rozwierne,

−

lampki kontrolne,

−

przewody łączeniowe,

−

miernik uniwersalny wraz z przewodami pomiarowymi,

−

narzędzia monterskie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

wyjaśnić pojęcie cykl programowy?



wyjaśnić pojęcie jedynka i zero logiczne?



wyjaśnić pojęcie iloczyn logiczny?



wyjaśnić pojęcie suma logiczna?



wyjaśnić pojęcie styk zwierny?



wyjaśnić pojęcie styk rozwierny?



wpisać program do sterownika?



połączyć urządzenia wejścia i wyjścia zgodnie ze schematem?



uruchomić sterownik z wpisanym programem?



10) przetestować poprawność działania programu?



11) wyjaśnić pojęcie pamięć RAM?



12) wyjaśnić pojęcie pamięć EEPROM?



13) dobrać łączniki do załączania i wyłączania zgodnie

z zasadami bezpieczeństwa?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Elektryczne

układy

wykonawcze

współpracujące

ze sterownikami

4.3.1. Materiał nauczania

Stycznik jest elementem elektromagnetycznym, którego cechuje przede wszystkim duża

trwałość mechaniczna oraz duża częstość łączeń, przy stosunkowo małych wymiarach,
niewielkiej masie i wysokiej pewności działania. Stycznik zbudowany jest z następujących
elementów:

−

izolacyjna podstawa stycznika,

−

rdzeń nieruchomy,

−

cewka stycznika,

−

zwora ruchoma elektromagnesu,

−

styk nieruchomy,

−

styk ruchomy (połączony ze zworą ruchomą elektromagnesu),

−

styki zwierne i rozwierne, umieszczone w torach prądowych pomocniczych,

−

sprężyny stykowe zapewniające docisk styków,

−

komory gaszeniowe łuku elektrycznego.
Stycznikiem elektromagnetycznym nazywamy wyłącznik, którego jedne pary styków

zamykają  się,  a  drugie  otwierają  pod  działaniem  elektromagnesu,  stanowiącego  integralną
część  stycznika.  Zmiana  położenia  styków  następuje  po  przerwaniu  obwodu  zasilającego
elektromagnes, pod działaniem  ciężaru zwory i  siły sprężyny. Elektromagnes stycznika  musi
rozwijać  wystarczającą  siłę,  aby  po  pokonaniu  sił  starających  się  otworzyć  styki,  zapewnić
należyty  docisk  między  stykami.  Najważniejszymi  zaletami  styczników, które  spowodowały
powszechne stosowanie tych aparatów, są:
1)  małe  natężenie  prądu  sterującego  (prąd  w  obwodzie  cewki  stycznika).  Elektromagnes

stycznika  średniej  mocy  pobiera  prąd  kilku  dziesiątych  części  ampera.  Pozwala  to  na
stosowanie  w obwodach  sterujących  stycznika  małych  przycisków  sterujących,
podobnych  do przycisków  do  dzwonków  elektrycznych,  przekaźników  termicznych
zabezpieczających  silnik  przed  skutkami  przeciążenia,  wreszcie  małych  i stosunkowo
prostych  aparatów  sterowania  automatycznego,  jak:  wyłączniki  krańcowe,  przekaźniki
pomocnicze,  przekaźniki  czasowe,  ciśnieniowe  itd.  Z  uwagi  na  małe  natężenie  prądu
w obwodzie  sterującym  stycznika,  stosuje  się  przewody  o  małym  przekroju,  a  mimo  to
obwody te mogą być, dowolnie długie, co umożliwia w pełni stosowanie tzw. sterowania
zdalnego,  w którym  impuls  sterujący  następuje  w  znacznej  odległości  od  silnika  czy
aparatu  sterowanego.  Dzięki  temu  możemy  umieszczać  elementy  sterujące  w  miejscu
najdogodniejszym dla obsługi,

2) dużą liczbę włączeń w jednostce czasu (do kilku tysięcy na godzinę),
3) dużą szybkość reakcji stycznika na impuls sterujący. Czas upływający od chwili

zamknięcia obwodu sterującego do chwili zamknięcia obwodu sterowanego (zamknięcia
styków głównych) mierzy się w setnych częściach sekundy,

4) samoczynne opadanie zwory, gdy napięcie zasilające spadnie wyraźnie poniżej napięcia

znamionowego.  Spowoduje  to  odłączenie  napięcia  zasilania  od  urządzenia  (np.  silnika),
który  wtedy  zatrzymuje  się.  Jednakże,  gdy  napięcie  w  sieci  powróci  do  wartości
normalnej,  silnik  zostanie  włączony  ponownie  dopiero  po  świadomym  załączeniu
stycznika (naciśnięciu przycisku).
Styczniki  służące  do  załączania  i  wyłączania  trójfazowych  silników  indukcyjnych

są wykonywane jako trójbiegunowe, to znaczy mają trzy pary styków.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przepisy wymagają, aby elektromagnesy styczników pracowały nienagannie przy

napięciu  wyższym  od  znamionowego  o  10%  i  stycznik  załączał  prawidłowo  przy  napięciu
obniżonym  o  15%.  Ten  ostatni  warunek  jest  szczególnie  ważny,  ponieważ  w  momencie
zamykania  styków  stycznika  duży  prąd  rozruchu  pobierany  przez  załączany  silnik  może
spowodować  kilkuprocentowy  spadek  napięcia  w sieci,  a  zjawisko  to nie  powinno  wywołać
żadnych zakłóceń w pracy stycznika. Poza stycznikami elektromagnetycznymi produkowane
są  również  styczniki  elektroniczne,  które  są  elementami  elektronicznymi  służącymi  do
zdalnego  bezstykowego  załączania  obwodów  elektrycznych,  spełniają  te  same  zadania,  co
styczniki  elektromagnetyczne.  Elementami  łączeniowymi  obwodów  mocy  są  elementy
elektroniczne: triaki, tranzystory lub tyrystory.

Rozróżniamy dwa rodzaje zasilania styczników:

−

jednofazowe,

−

trójfazowe.
Ze względu na rodzaj sterowania dzielimy je na:

−

sterowane prądem stałym,

−

sterowane prądem przemiennym.

Przekaźnik – urządzenie elektromagnetyczne, elektroniczne lub cyfrowe służące

do przełączania określonych styków w obwodzie automatyki. Mogą reagować na
odpowiednie parametry wielkości wejściowej. Przykładowo, przekaźnik nadprądowy pobudzi
się (zadziała) wtedy, gdy płynący przezeń prądu przekroczy nastawioną na przekaźniku
wartość, czyli kryterium zadziałania wygląda następująco: I > Ir, przy czym Ir jest wielkością
nastawioną przekaźnika (tzw. wartością rozruchową).

Rozróżnia się przekaźniki nadmiarowe (reagujące na wzrost wielkości mierzonej),

jak i niedomiarowe (reagujące na spadek wielkości mierzonej poniżej określonego poziomu).
Przekaźniki  mogą  reagować  nie  tylko  na  sygnały  typu  prąd  czy  napięcie,  ale  także
na temperaturę,  częstotliwość,  ciśnienie  itp. Przekaźniki  działają  na  zasadzie  identycznej  jak
styczniki  i  dlatego  ich  zasada  działania  nie  będzie  ponownie  opisywana.  Mają  jednak
znacznie mniejsze prądy łączeniowe w obwodach sterowanych. Znacznie mniejsze są również
prądy w obwodzie sterowania (obwód cewki elektromagnesu), krótsze czasy łączenia styków
i  mniejsze  wymiary  oraz  masa.  Przekaźniki  czasowe  są  to  przekaźniki,  których  obwód
sterowania  realizuje  różnego  rodzaju  funkcje  czasowe,  np.  opóźnione  załączanie,  opóźnione
wyłączanie, impulsowanie itp.).

W obwodach sterowania i automatyki często stosuje się skomplikowane systemy

przekaźnikowe. Przekaźnik może reagować na wzrost prądu, kolejny na spadek napięcia, zaś
inny pobudzi się dopiero wtedy, gdy zadziałają poprzednie dwa. Dzięki temu można stosować
złożone systemy decyzyjne. Przy współpracy przekaźników ze sterownikami (o ile
możliwości sterownika na to pozwalają) złożone systemy decyzyjne wypracowane są przez
sterownik a nie przekaźnik. W automatyce elektroenergetycznej przekaźniki stosowane są do
ochrony obiektów przed skutkami zwarć i niepożądanych zjawisk.

Wiedząc, że podczas zwarcia zazwyczaj znacznie rośnie prąd, można zabezpieczyć

obiekt  przed  skutkami  zwarć  włączając  w  obwód  przekaźnik  nadprądowy.  Jeżeli  prąd
w obwodzie  wzrośnie  powyżej  nastawionej  wartości  (np.  120%  wartości  znamionowej),
przekaźnik  pobudzi  się  i  zewrze  obwód  cewki  wyłącznika.  To  spowoduje  otwarcie
wyłącznika  i  tym  samym  przerwanie  obwodu  głównego,  w  którym  płynie  prąd  zwarciowy.
Jednocześnie ten sam przekaźnik może zewrzeć obwód sygnalizacyjny, informując o awarii,
oraz np. doprowadzić do pobudzenia  innych przekaźników, odpowiedzialnych za załączenie
zasilania rezerwowego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Silnik krokowy to silnik elektryczny, w którym impulsowe zasilanie prądem

elektrycznym  powoduje,  że  jego  wirnik  nie  obraca  się  ruchem  ciągłym,  lecz  wykonuje
za każdym  razem  ruch  obrotowy  o ściśle ustalonym kącie.  Oś  silnika  krokowego obraca  się
o niewielkie  przyrosty  kąta  pod  wpływem  impulsów  elektrycznych  podawanych
w odpowiedniej  kolejności.  Dzięki  temu,  kierunek  obrotów  osi  jest  ściśle  związany
z sekwencją podawanych impulsów. Prędkość, kąt obrotu wirnika jest ściśle zależny od liczby
dostarczonych  impulsów  prądowych,  a  prędkość  kątowa  wirnika  jest  dokładnie  równa
częstotliwości  impulsów  pomnożonej  przez  wartość  kąta  obrotu  wirnika  w  jednym  cyklu
pracy  silnika.  Kąt  obrotu  wirnika  pod  wpływem  jednego  impulsu  może  mieć  różną  wartość
od kilku  do  kilkudziesięciu  stopni.  Silniki  krokowe,  zależnie  od  przeznaczenia  są
przystosowane  do  wykonywania  od  ułamków  obrotu  do  nawet  kilku  tysięcy  obrotów
na sekundę.

Poziom mocy silników sterowanych przy pomocy układów scalonych mieści się zwykle

w zakresie od poniżej 1W dla  bardzo małych silników, do 10–20W dla  większych.  Możemy
wyznaczyć  maksymalny  poziom  wydzielanej  mocy  z  zależności  P=U·I.  Na  przykład,  gdy
silnik jest zasilany napięciem 12 V przy prądzie 1 A na fazę, wydziela się na nim moc 24  W
(przy  zasilaniu  obu  faz).  Obecnie  istnieje  duża  liczba  różnorodnych  typów  silników
krokowych  i  z  czasem  pojawiają  się  następne.  Wyróżniamy  trzy  podstawowe  typy  silników
krokowych pod względem budowy:

−

silnik z magnesem trwałym,

−

silnik o zmiennej reluktancji,

−

silnik hybrydowy.
Silniki krokowe są stosowane wszędzie tam, gdzie kluczowe znaczenie ma możliwość

precyzyjnego sterowania kątem, prędkością, pozycją itp.:

−

w szeroko rozumianej automatyce – w mechanicznych urządzeniach regulacyjnych
(np. automatycznych zaworach)

−

w urządzeniach pomiarowych np. zegarach elektronicznych do przesuwu wskazówek,

−

w robotyce – do sterowania ruchem ramion robotów, kół w automatycznych wózkach
widłowych itp.,

−

w komputerach – np. w twardych dyskach, gdzie zadaniem silnika jest zapewnienie ruchu
głowicy odczytująco – zapisującej po prostej radialnej w stosunku do talerzy pokrytych
nośnikiem magnetycznym,

−

w drukarkach, ploterach, faksach,

−

w sprzęcie medycznym i wielu innych.

Zalety silników krokowych:

−

kąt obrotu silnika jest proporcjonalny do ilości impulsów wejściowych,

−

silnik pracuje z pełnym momentem zaraz po zasileniu uzwojeń,

−

precyzyjne pozycjonowanie i powtarzalność ruchu – dobre silniki krokowe mają
dokładność ok. 3–5% kroku i błąd nie kumuluje się z kroku na krok,

−

możliwość bardzo szybkiego rozbiegu, hamowania i zmiany kierunku,

−

niezawodne – ze względu na brak szczotek, żywotność silnika zależy tylko
od żywotności łożysk,

−

zależność obrotów silnika od dyskretnych impulsów umożliwia sterowanie w pętli
otwartej, przez co silnik krokowy jest łatwiejszy i tańszy w sterowaniu,

−

możliwość osiągnięcia bardzo niskich prędkości synchronicznych obrotów z obciążeniem
umocowanym bezpośrednio na osi,

−

szeroki zakres prędkości obrotowych uzyskiwany dzięki temu, że prędkość jest
proporcjonalna do częstotliwości impulsów wejściowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Jedną z najbardziej znaczących zalet silnika krokowego jest możliwość dokładnego

sterowania w pętli otwartej. Praca w pętli otwartej oznacza, że nie potrzeba sprzężenia
zwrotnego – informacji o położeniu. Takie sterowanie eliminuje potrzebę stosowania
kosztownych urządzeń sprzężenia zwrotnego, takich jak enkodery optoelektroniczne. Pozycję
znajduje się zliczając impulsy wejściowe.

Wady silników krokowych:

−

rezonanse mechaniczne pojawiające się przy niewłaściwym sterowaniu,

−

trudności podczas pracy z bardzo dużymi prędkościami.
Sterowanie silnika krokowego odbywa się przez doprowadzanie do odpowiednich

uzwojeń  sterujących  i  w  odpowiedniej  kolejności  napięć  zasilających.  Najprostszym
sposobem  sterowania  silnikiem  krokowym  jest sterowanie  jednofazowe.  Polega  ono  na  tym,
że  w  danej  chwili  zasilane  jest  tylko  jedno  uzwojenie  sterujące  silnika.  Jeżeli  jest  to  silnik
o czterech uzwojeniach sterujących tak jak pokazuje rys. 11 i tabela 2 to po czterech krokach
cała  sekwencja  powtarza  się.  Sterowanie  kierunkiem  obrotów  oraz  wykonaniem  określonej
liczby kroków odbywa się poprzez odpowiedni dobór algorytmu programu.

Rys. 11. Zasilanie uzwojeń silnika krokowego [opracowanie własne]

Tabela 2. Sterowanie jednofazowe silnika krokowego [opracowanie własne]

Kroki

0 – przełącznik wyłączony 1– przełącznik włączony

W układach napędowych z zastosowaniem silników trójfazowych problemem jest bardzo

duży  prąd  pobierany  z  sieci  zasilającej  podczas  rozruchu  silnika.  Aby  zmniejszyć  prąd
rozruchu silnika trójfazowego stosuje się przełącznik gwiazda – trójkąt. Zasada rozruchu przy
pomocy tegoż przełącznika polega na tym, że zaraz po włączeniu zasilania uzwojenia silnika
połączone  są  w  gwiazdę,  dzięki  czemu  prąd  rozruchowy  zmniejsza  się  1,73  razy  i  po  kilku
sekundach, gdy silnik już się obraca, uzwojenia silnika zostają przełączone w trójkąt (rys. 12).
Silnik  przy  połączeniu  w  gwiazdę  pobiera  mniejszy  prąd  rozruchowy,  ale posiada  przy  tym
połączeniu 3 razy mniejszą moc w porównaniu z połączeniem uzwojeń w trójkąt.

Rys. 12. Oznaczenia i sposoby łączenia uzwojeń silnika 3–fazowego [opracowanie własne]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Na rysunku 13 przedstawiono schemat ideowy rozruchu silnika w układzie gwiazda –

trójkąt.  Styczniki  K1,  K2  i  K3  załączane  są  przez  sterownik.  W  pierwszej  chwili
po załączeniu  zasilania  (naciśnięcie  przycisku  zwiernego  S2)  załączone  zostają  styczniki  K1
i K2.  Odbywa  się  rozruch  silnika  przy  uzwojeniach  połączonych  w  gwiazdę.  Po  kilku
sekundach  (czas  ustawiony  jest  w  module  czasowym  sterownika)  rozłącza  się  stycznik  K2
i załącza się stycznik K3. Teraz uzwojenia silnika połączone są w trójkąt i pracuje on z pełną
mocą.  UWAGA!  Podczas  przełączania  styczników  nie  można  dopuścić,  aby  załączył  się
stycznik K3 zanim rozłączy  się stycznik K2, ponieważ spowodowałoby to zwarcie zasilania.
Wyłączenie  silnika  odbywa  się  po  naciśnięciu  przycisku  rozwiernego  S1.  Po  naciśnięciu
wyłącznika  S1  rozłączają  się  wszystkie  3  styczniki  i  silnik  z  powodu  braku  zasilania
zatrzymuje się.

Na rysunku 14 przedstawiono schemat funkcjonalny rozruchu silnika trójfazowego

w układzie  gwiazda–trójkąt.  Na schemacie  przedstawiono  styki  w  czasie,  gdy  nie  załączono
jeszcze silnika (nie naciśnięto łącznika zwiernego S2). Przed naciśnięciem włącznika S2 prąd
płynie  w  obwodzie  L1,  przez  bezpiecznik  topikowy  F3,  styk  rozwierny  przekaźnika  K1
(obwód nr 7), lampkę H1, co powoduje, że lampka H1 świeci się. Po naciśnięciu łącznika S2
prąd  popłynie  w  obwodzie  L1,  bezpiecznik  topikowy  F3,  bezpiecznik  termiczny  F2,
wyłącznik S1, włącznik S2 (został naciśnięty) (obwód nr 1), styk rozwierny przekaźnika K4,
styk  rozwierny  przekaźnika  K3,  cewkę  przekaźnika  K2  (obwód  nr  3).  Zasilona  cewka
przekaźnika  K2  przyciągnie  (zewrze)  styki  zwierne  K2  i  rozłączy  styki  rozwierne  K2.
Spowoduje to załączenie cewki przekaźnika K1 (w obwodzie 1) i zwarcie styków zwiernych
przekaźnika  K1  i  rozwarcie  styków  rozwiernych  przekaźnika  K1.  Zgaśnie  świecąca  się
wcześniej  lampka  H1  i  zapali  się  lampka  H2 (obwód nr  8),  a  cewka  przekaźnika  K1  będzie
zasilana  mimo  rozłączenia  włącznika  S2,  ponieważ  styk  ten  będzie  zwarty  poprzez  styk  K1
(obwód nr  1). Ten  stan  odpowiada  załączeniu  silnika trójfazowego  w połączeniu  w  gwiazdę
(załączone  styczniki  K1  i  K2  na  rysunku  13).  Równocześnie  z załączeniem  silnika
skojarzonego  w gwiazdę  załączy  się  przekaźnik  czasowy  K4  (obwód  nr 4).  Po  upływie
nastawionego czasu w przekaźniku czasowym K4 zwierają się styki zwierne K4 i rozwierają
się styki rozwierne K4. Rozłączone zostaje zasilanie cewki przekaźnika K2 (obwód nr 3), co
powoduje  załączenie  przekaźnika  K3  i  rozłączenie przekaźnika  czasowego  K4.  Gaśnie  teraz
lampka H2  i zapala  się  lampka H3. Silnik zostaje przełączony w trójkąt (załączone styczniki
K1  i  K3  na  rysunku  13).  Wyłączenie  silnika  odbywa  się  po  naciśnięciu  wyłącznika  S1.
Sposób podłączenia poszczególnych elementów układu ze sterownikiem pokazuje rys. 15.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 15. Podłączenie do SPS realizującego rozruch silnika w układzie gwiazda –

trójkąt [opracowanie własne]

Listing programu w języku List

% I0.1

% Q0.0

AND % I0.2

AND % I0.0

% M100

MPS

AND % Q0.1

% Q0.0

MRD

ANDN TM1Q

ANDN % Q0.2

% Q0.1

MRD

ANDN % Q0.2

% TM1

; (wartość czasu ustawiamy w konfiguracji modułu czasowego)

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MPP

AND % TM1

% Q0.2

ANDN % Q0.1

% Q0.2

LDN % Q0.0

% Q0.3

% Q0.1

% Q0.4

% Q0.2

% Q0.5

END

Na rysunku 16 przedstawiono równoważny program w języku drabinkowym.

Rys. 16.

Program w języku drabinkowym [opracowanie własne]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jak zbudowany jest stycznik?
2.  Jak działa stycznik i przekaźnik?
3.  Jakie są zalety styczników?
4.  Gdzie stosujemy zabezpieczenia przekaźnikowe?
5.  Przed jakimi skutkami możemy zabezpieczać obwody przy pomocy przekaźników?
6.  Czym różni się silnik krokowy od silnika prądu stałego?
7.  W jakich urządzeniach stosujemy silniki krokowe?
8.  Na czym polega rozruch silnika trójfazowego w układzie gwiazda – trójkąt?

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Uruchom układ sterowania dwoma przekaźnikami. Przeanalizuj działanie układu

przedstawionego  na  schemacie  elektrycznym.  Przyporządkuj  oznaczenia  symboliczne  ze
schematu  adresom  sterownika  i  przepisz  program  w postaci  listy  rozkazów  lub  w  języku
drabinkowym  odpowiadający  schematowi  elektrycznemu  do  sterownika  za  pomocą
odpowiedniego oprogramowania.

Rys. do ćwiczenia 1

Przykładowy program (do rys. do ćwiczenia 1):
LD

% I0.1

% Q0.0

AND

% I0.0

% Q0.0

% I0.2

ANDN

% I0.3

ANDN

% I0.2

% Q0.1

% Q0.0

AND

% Q0.1

% Q0.2

END

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) rozpoznać elementy na schemacie oraz zidentyfikować adresy wejść i wyjść

w sterowniku,

2) wybrać odpowiednie łączniki i połączyć je ze sterownikiem zgodnie ze schematem,
3) połączyć sterownik z komputerem przy pomocy specjalnego przewodu komunikacyjnego

(interfejsu),

4)  włączyć komputer i sterownik do zasilania,
5)  uruchomić oprogramowanie sterownika,
6)  przepisać program w edytorze, zapisać go na dysku i przesłać do pamięci sterownika,
7)  uruchomić sterownik,
8)  przetestować pracę sterownika,
9)  odłączyć przewód łączący przycisk S1 ze sterownikiem,
10)  przetestować pracę sterownika,
11)  odłączyć  przewód  łączący  przycisk  S2  ze  sterownikiem  (przewód  łączący  przycisk  S1

jest podłączony),

12)  przetestować pracę sterownika,
13)  spostrzeżenia zapisać w zeszycie i wyciągnąć wnioski,
14)  wyłączyć sterownik i komputer,
15)  odłączyć interfejs.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

komputer z oprogramowaniem do sterownika PLC,

−

stanowisko montażowe ze sterownikiem PLC,

−

DTR sterownika PLC,

−

interfejs do połączenia sterownika z komputerem,

−

łączniki zwierne i rozwierne,

−

lampki kontrolne,

−

przewody łączeniowe,

−

miernik uniwersalny wraz z przewodami pomiarowymi,

−

narzędzia monterskie.

Ćwiczenie 2

Zrealizuj za pomocą sterownika sterowanie stycznikowe LEWO/PRAWO. Przeanalizuj

działanie układu przedstawionego na schemacie elektrycznym. Przyporządkuj oznaczenia
symboliczne ze schematu adresom sterownika i napisz program w postaci listy rozkazów lub
w języku drabinkowym odpowiadający schematowi elektrycznemu.

Wskazówka do ćwiczenia. Kierunek wirowania silnika wybieramy przy nieruchomym

silniku. Załączenie silnika może odbywać się za pomocą włącznika S2 (obroty w prawo)
lub S3 (obroty w lewo). Łącznik S1 służy do wyłączenia silnika. Analizując działanie układu
zwróć uwagę, w jaki sposób zrealizowana jest blokada zmiany kierunku obrotów podczas
pracy (wirowania silnika).

Uwaga!!!
Przyciski S2 i S3 są przyciskami zwiernymi podobnie jak styki K1 i K2.

Ich reprezentacja na schemacie jako styki rozwierne jest tylko wirtualna (uwzględniona
w programie sterownika). Łącznik F5 to bezpiecznik sprzętowy. Pamiętaj, że w razie potrzeby
możesz poprosić o pomoc nauczyciela.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. do ćwiczenia 2

Przykładowy program (do rys. do ćwiczenia 2):
LD

% I0.3

ANDN

% I0.2

% Q0.0

ANDN

% Q0.1

AND

% I0.1

AND

% I0.0

% Q0.0

% I0.2

ANDN

% I0.3

% Q0.1

AND

% Q0.0

AND

% I0.1

AND

% I0.0

% Q0.1

END

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) rozpoznać elementy na schemacie oraz zidentyfikować adresy wejść i wyjść

w sterowniku,

2) wybrać odpowiednie łączniki i połączyć je ze sterownikiem zgodnie ze schematem,
3) połączyć sterownik z komputerem przy pomocy specjalnego przewodu komunikacyjnego

(interfejsu),

4)  włączyć komputer i sterownik do zasilania,
5)  uruchomić oprogramowanie sterownika,
6)  przepisać program w edytorze, zapisać go na dysku i przesłać do pamięci sterownika,
7)  uruchomić sterownik,
8)  przetestować pracę sterownika,
9)  odłączyć przewód łączący przycisk S1 ze sterownikiem,
10)  przetestować pracę sterownika,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

11) odłączyć przewód łączący przycisk S2 ze sterownikiem (przewód łączący przycisk S1

jest podłączony),

12)  przetestować pracę sterownika,
13)  spostrzeżenia zapisać w zeszycie i wyciągnąć wnioski,
14)  wyłączyć sterownik i komputer,
15)  odłączyć interfejs.

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

−

ćwiczenia laboratoryjne.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

komputer z oprogramowaniem do sterownika PLC,

−

stanowisko montażowe ze sterownikiem PLC,

−

DTR sterownika PLC,

−

interfejs do połączenia sterownika z komputerem,

−

łączniki zwierne i rozwierne,

−

lampki kontrolne,

−

przewody łączeniowe,

−

miernik uniwersalny wraz z przewodami pomiarowymi,

−

narzędzia monterskie.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz

Tak Nie

wyjaśnić jak działa stycznik?



wyjaśnić jak działa przekaźnik?



wyjaśnić jak działa silnik krokowy?



wyjaśnić jak działa silnik trójfazowy?



wyjaśnić jak działa rozruch silnika trójfazowego w układzie gwiazda
trójkąt?



wyjaśnić jak działa styk wirtualny i rzeczywisty?



wyjaśnić działanie układu przedstawionego na schemacie?



rozróżnić styk wirtualny od rzeczywistego?



uruchomić sterownik z wpisanym programem i przetestować działanie
układu sterowania?



10) rozpoznać schemat ideowy?



11) rozpoznać schemat funkcjonalny?



12) rozpoznać schemat podłączenia do SPS?



13) rozpoznać schemat drabinkowy?



14) sprawdzić poprawność połączeń posługując się schematem podłączenia

do SPS?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4. Zabezpieczenia

instalacji

elektrycznych

układów

elektronicznych stosowane przy sterownikach

4.4.1. Materiał nauczania

Sposoby zasilania sterownika pokazano na rys. 17. W celu ochrony urządzeń

peryferyjnych wymagane jest podłączenie przewodu uziemiającego. Sterownik zasilany
napięciem 230 V AC posiada wewnętrzny zasilacz wejść 24 V DC, odporny na zwarcia,
dlatego nie zachodzi potrzeba montażu dodatkowych zabezpieczeń.

Rys. 17.

Zasilanie sterownika [opracowanie własne]

W przypadku zewnętrznego zasilania wejść napięciem 24 V DC należy źródło to

zabezpieczyć.  Do  najprostszych  zabezpieczeń  należą  bezpieczniki  topikowe  o  odpowiednio
dobranym prądzie znamionowym.  Znacznie lepiej  jest, gdy oprócz bezpiecznika topikowego
układ  zabezpieczony  jest  przed  nadmiernym  prądem  pobieranym  ze  źródła  zasilania
elektronicznym  układem  zabezpieczenia  nadprądowego.  Działa  ono  w  taki  sposób,  że  po
przekroczeniu  wartości  prądu  znamionowego  obniżane  jest  napięcie  na  wyjściu  zasilacza.
Kiedy przeciążenie minie napięcie na wyjściu zasilacza powraca automatycznie. Bezpiecznik
topikowy  ma  wówczas  zadanie  awaryjne  (w  przypadku  uszkodzenia  zabezpieczenia
nadprądowego) i nie należy z niego rezygnować.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Dodatkowo stosuje się jeszcze zabezpieczenia nadnapięciowe (przed pojawieniem się

zbyt  wysokiego  napięcia  na  wyjściu  zasilacza.  Zadziałanie  zabezpieczenia  nadnapięciowego
powoduje  zwarcie  wyjścia  zasilacza  i  uruchomienie  zabezpieczenia  nadprądowego
a w przypadku  jego  braku  lub  uszkodzenia  przepalenie  wkładki  topikowej  bezpiecznika.
Napięcie  wyjściowe  spada  wówczas  do  zera  i pozostaje  na  tym  poziomie  tak  długo,
aż wyłączymy  zasilanie  i  odczekamy  od  kilku  do kilkudziesięciu  sekund.  Po  ponownym
załączeniu  zasilania  napięcie  wyjściowe  powraca  do  wartości  znamionowej  o  ile  ponownie
nie  pojawi  się  na  wyjściu  zbyt  duże  napięcie.  Jeżeli  po  powtórnym  włączeniu  zasilania
zadziała zabezpieczenie nadnapięciowe może to oznaczać uszkodzenie stabilizatora zasilacza.

Automatyczne funkcje testujące realizowane przez PLC po podłączeniu do sieci

Po załączeniu napięcia zasilającego sterownik realizuje następujące funkcje testujące:

−

autotest (wewnętrzne funkcje zabezpieczające),

−

zerowanie wszystkich wyjść,

−

zerowanie nieremamentnych (niepamiętających stanu z przed wyłączenia zasilania)
merkerów słownych (specjalnych obszarów pamięci wykorzystywanych w programie)

−

zerowanie nieremamentnych liczników i przekaźników czasowych,

−

uwzględnienie założonych przez użytkownika warunków pracy (np. czy program
zapisany jest w pamięci EEPROM lub RAM, czy program ma startować automatycznie
po załączeniu zasilania czy po sygnale podanym z komputera),

−

kontrola napięcia baterii buforowej.
Wynik testu sygnalizowany jest przez sterownik przy pomocy wskaźnika trybu pracy

(rys. 18.) na frontowej ścianie sterownika. Załączenie programu możliwe jest po pozytywnym
wyniku testu. Przykłady sygnalizowanych błędów przedstawia tabela 3.

Rys. 18.

Przykładowy wskaźnik trybu pracy sterownika [opracowanie własne]

Tabela 3 Przykładowe sygnalizacje błędów [opracowanie własne]

Meldunki trybu pracy

Błędy

Przyczyny:

−

wewnętrzny błąd w sterowniku,

−

niewłaściwie napisany program.

Postępowanie:

−

sprawdzić połączenie magistralne WE/WY,

−

sprawdzić

prawidłowość

ustawienia

przełącznika

adresów

w pierwszym i ostatnim sterowniku,

−

sprawdzić

napięcie

zasilające

sterownika

podstawowego

i sterowników rozszerzających,

−

sprawdzić tryb pracy sterownika za pośrednictwem komputera za

pomocą odpowiednich funkcji sterujących pracą sterownika,

−

sprawdzić program, adresy operandów i jego strukturę, czas cyklu,

−

zdefiniować pamięć w której zapisany jest program.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przyczyny:

−

program nie został załączony.

Postępowanie:

−

sprawdzić automatyczny start programu. Parametr AS = 1 (ustawiany

w oprogramowania systemowym sterownika).

Przyczyny:

−

błąd w zasilaniu bateryjnym.

Postępowanie:

−

wymienić baterię w ciągu 30 dni.

Przyczyny:

−

sterownik podstawowy oczekuje na sygnał zwrotny ze sprzętu

rozszerzającego.

Postępowanie:

−

sprawdzenie sterowników rozszerzających, w których brak jest

meldunku „RUN” i jednocześnie świeci się dioda „ERROR”,

−

sprawdzić napięcie zasilania sterowników,

−

sprawdzić połączenia magistralne WE/WY,

−

sprawdzić

prawidłowość

ustawienia

przełącznika

adresów

w pierwszym i ostatnim sterowniku,

−

sprawdzić tryb pracy sterownika za pośrednictwem komputera za

pomocą odpowiednich funkcji sterujących pracą sterownika,

−

sprawdzić program, adresy operandów i jego strukturę.

Przyczyny:

−

błąd w zasilaniu bateryjnym (sterownik podstawowy pracuje

z EEPROM i załączoną remanencją).

Postępowanie:

−

wymienić baterię w ciągu 30 dni.

Przyczyny:

−

błąd w zasilaniu bateryjnym (sterownik podstawowy pracuje

z EEPROM i załączoną remanencją), sterownik w stanie oczekiwania
na sygnał zwrotny ze sprzętu rozszerzającego.

Postępowanie:

−

wymienić baterię w ciągu 30 dni,

−

sprawdzenie sterowników rozszerzających, w których brak jest

meldunku „RUN” i jednocześnie świeci się dioda „ERROR”,

−

sprawdzić napięcie zasilania sterowników,

−

sprawdzić połączenia magistralne WE/WY,

−

sprawdzić

prawidłowość

ustawienia

przełącznika

adresów

w pierwszym i ostatnim sterowniku,

−

sprawdzić tryb pracy sterownika za pośrednictwem komputera za

pomocą odpowiednich funkcji sterujących pracą sterownika,

−

sprawdzić program.

Inne źródła błędów:

−

temperatura otoczenia większa od 55ºC,

−

temperatura otoczenia mniejsza od 0ºC,

−

wysoka wilgotność otoczenia,

−

inne wpływy zewnętrzne (wstrząsy, zanieczyszczenie powietrza),

−

nieodpowiednie połączenia,

−

nieekranowane przewody przesyłu danych, przewody dla sygnałów analogowych,

−

niepoprawnie podłączony ekran (wymagane jest podłączenie jednostronne),

−

przekroczona maksymalna długość przewodów analogowych lub przewodów przesyłu
danych,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

bark elementów przeciwzakłóceniowych (filtry sieciowe, elementy RC).

Przepisy instalacyjne
1. Sygnały nadawane za pośrednictwem mechanicznych członów łączeniowych (wyłącznik

krańcowy).  Pewność  łączenia  poprzez  styki  sterownicze  zmniejsza  się  przy  niskim
napięciu  sterowania.  Odbiór  sygnału  przez  PLC  lub  inne  urządzenie  elektroniczne
związany  jest  także  z problemem  małych  natężeń  prądu.  W  najbardziej  niekorzystnym
przypadku  występuje  tzw.  suche  łączenie,  co  powoduje,  że  PLC  nie  rozpoznaje  stanu
wysokiego  na  wejściu  (stan  wysoki  to  napięcie  24VDC  a  stan  niski  to  napięcie  0VDC).
W celu  ograniczenia  możliwych  błędów  łączeniowych  zalecane  jest  stosowanie  przy
mechanicznych  członach  łączeniowych podwójnych, ewentualnie pozłacanych zestyków.
Uwaga  powyższa  dotyczy  szczególnie  przypadków,  w  których  nie  można  wykluczyć
zabrudzenia styków.

2. Sygnały nadawane przez styki pomocnicze styczników.

W celu zwiększenia pewności łączenia zalecane jest stosowanie styczników
z podwójnymi stykami lub o zwiększonej pewności styku.

3. Prowadzenie przewodów sygnałowych.

W  normalnych  warunkach  nie  zachodzi  potrzeba  osobnego  prowadzenia  przewodów
sygnałowych  i  wysokoprądowych.  Krótkie  skoki  napięcia  nie  powodują  zakłóceń.
W przypadku  planowanych  załączeń  silników,  elektrozaworów  czy  innych  odbiorników
indukcyjnych zalecana jest osobna instalacja przewodów sygnałowych.

4. Dla zabezpieczenia wyjść sterownika przed przepięciami pochodzącymi od cewki

przekaźnika  lub  stycznika  stosuje  się  diodę  prostowniczą  D2  (rys.  19.)  bocznikującą
(połączoną  równolegle)  cewkę  stycznika  (przekaźnika)  spolaryzowaną  zaporowo
(+ na katodę  a  –  na  anodę  diody).  Jednocześnie  szeregowo  z  cewką  stycznika
(przekaźnika) łączy się diodę prostowniczą D1 spolaryzowaną w kierunku przewodzenia.
Tego  typu  układy  diodowe  produkowane  są  w  postaci  gotowych  modułów.  Moduły  te
łączy się z podstawką stycznika (przekaźnika).

Rys. 19.

Zabezpieczenie

wyjścia

sterownika

przed

przepięciem

cewki

przekaźnika [opracowanie własne]

5. Sygnały analogowe: mksymalna długość przewodów doprowadzających sygnał

analogowy nie powinna przekraczać 10 m.

6. Zasilanie.

Przed  załączeniem  napięcia  musi  być  podłączony  przewód  uziemiający,  w  przeciwnym
wypadku może dojść do uszkodzeń urządzeń peryferyjnych a nawet sterownika.
Zasilanie  napięciem  24  V  DC:  złącza  standardowe  dla  sygnałów  analogowych,
programowe,  komunikacyjne  RS  232,  magistrale  RS  485  nie  są  galwanicznie
odizolowane. Dlatego też wszystkie urządzenia podłączone do tych złączy powinny mieć
to samo napięcie odniesienia.

7. Podłączenie i odłączenie komputerów od złączy sterowników.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Pamięć  EEPROM  może  być  podłączona  lub  odłączona  tylko  po  wyłączeniu  sterownika
z sieci!  Ta  sama  zasada  obowiązuje  przy  podłączaniu  urządzeń  peryferyjnych  do
sterownika o zasilaniu stałym 24V.
Przyrządy  niezbędne  do  poszukiwania usterek: woltomierz  DC  o odpowiednim  zakresie

pomiarowym np. 24 V i omomierz.

Obwody wejść cyfrowych (dwustanowych)

Prostym sposobem sprawdzenia prawidłowego doprowadzenia sygnału cyfrowego

z przełącznika  dwustanowego  jest  pomiar  napięcia  na  interesującym  nas  wejściu  względem
masy  zasilania  (24  V  DC).  Jeżeli  sygnał  jest  prawidłowo  doprowadzony,  to  podczas  zmiany
stanu  przełącznika  obserwujemy  na  woltomierzu  pojawianie  się  i  zanik  napięcia  24V.  Jeżeli
zmiany  napięcia  na  woltomierzu  nie  występują,  usterka  może  być  spowodowana
uszkodzeniem przełącznika lub przerwą w przewodzie łączącym. Należy wówczas sprawdzić
czy  do  przełącznika  doprowadzone  jest  napięcie,  jeśli  nie  to  przyczyną  awarii  może  być
przerwany  lub  odłączony  przewód  lub  bark  napięcia  na  wyjściu  zasilacza.  Przerwę
w przewodzie  zasilającym  oraz  sprawność  przełącznika  dwustanowego  najłatwiej  sprawdzić
omomierzem.  Jednakże  takich  pomiarów  należy  dokonywać  najlepiej  przy  odłączonym
napięciu  zasilającym.  Napięcie  24V  nie  jest  niebezpieczne  dla  osoby  dokonującej  pomiary,
ale podane na wejście omomierza może spowodować jego trwałe uszkodzenie. Po znalezieniu
uszkodzonej części obwodu należy wymienić ją na pełnosprawną.

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie zabezpieczenia stosuje się w układach zasilania sterowników?
2. Dlaczego nie rezygnuje się z bezpiecznika topikowego zabezpieczającego sterownik

przed przeciążeniem prądowym?

3.  Jakie funkcje testujące realizowane są przez sterownik PLC po podłączeniu do sieci?
4.  Co może być źródłem błędów sterownika?
5.  Na czym polega „suche łączenie”?
6.  Jak zapobiegać suchemu łączeniu?
7.  W  jaki  sposób  zabezpiecza  się  wyjścia  sterownika  przed  przepięciami  pochodzącymi

od cewek styczników?

8.  Na jaką maksymalną odległość przesyła się sygnały analogowe?
9.  Kiedy można dołączyć (odłączyć) komputer do (od) sterownika?
10.  Jakie narzędzia mogą być pomoce w poszukiwaniu usterek?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Skontroluj poprawność działania zabezpieczenia nadprądowego. Przykładowy układ

połączeń do sprawdzenia zabezpieczenia nadprądowego zasilacza zasilającego sterownik
wraz z układem sterowniczym.

Rys. do ćwiczenia 1

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tabela pomiarów do ćwiczenia 1.

U wyj V

I wyj

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  połączyć układ zgodnie ze schematem,
2)  ustawić oporność opornicy suwakowej na maksimum,
3)  podłączyć zasilanie,
4)  mierząc  natężenie  prądu  oraz  napięcie  zmniejszać  oporność  obciążenia  opornicy

suwakowej – wyniki zapisać w tabelce pomiarowej,

5) zmniejszać oporność obciążenia do czasu gwałtownego spadku napięcia – cały czas

zapisywać wyniki pomiarów w tabelce,

6) teraz zwiększać oporność obciążenia i nadal zapisywać wyniki pomiarów,
7) sporządzić wykres zależności napięcia wyjściowego od zmian natężenia prądu

obciążenia,

8) wyciągnąć wnioski z otrzymanych pomiarów i sporządzonego wykresu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

badany zasilacz (z zabezpieczeniem nadprądowym),

−

amperomierz prądu stałego (miernik uniwersalny) o zakresie dostosowanym do prądu
zabezpieczenia nadprądowego badanego zasilacza,

−

woltomierz napięcia stałego (miernik uniwersalny) o zakresie dostosowanym do napięcia
wyjściowego znamionowego badanego zasilacza,

−

opornica suwakowa o rezystancji i obciążalności dostosowanej do prądu zabezpieczenia
nadprądowego badanego zasilacza,

−

przewody łączące,

−

arkusze papieru formatu A4, flamastry,

−

papier milimetrowy do sporządzenia wykresu.

Ćwiczenie 2

Dokonaj sprawdzenia działania zabezpieczenia zwarciowego. Przykładowy układ

połączeń do sprawdzenia zabezpieczenia zwarciowego zasilacza zasilającego sterownik wraz
z układem sterowniczym.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. do ćwiczenia 2

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  połączyć układ zgodnie ze schematem,
2)  ustawić oporność opornicy suwakowej na maksimum,
3)  podłączyć zasilanie,
4)  zmniejszyć oporność obciążenia do zera (zwarcie),
5)  zapisać wartość prądu zwarciowego i napięcia wyjściowego podczas zwarcia,
6)  odczekać kilka sekund,
7)  zwiększyć rezystancję obciążenia do wartości przy której płynie prąd znamionowy,
8)  odczytać  i zapisać wartość napięcia wyjściowego i prądu obciążenia,
9)  wyciągnąć wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

badany zasilacz (z zabezpieczeniem nadprądowym),

−

amperomierz prądu stałego (miernik uniwersalny) o zakresie dostosowanym do prądu
zabezpieczenia zwarciowego badanego zasilacza,

−

woltomierz napięcia stałego (miernik uniwersalny) o zakresie dostosowanym do napięcia
wyjściowego znamionowego badanego zasilacza,

−

opornica suwakowa o rezystancji i obciążalności dostosowanej do prądu zabezpieczenia
zwarciowego badanego zasilacza,

−

przewody łączące,

−

arkusze papieru formatu A4, flamastry.

Ćwiczenie 3

Skontroluj działanie bezpiecznika w układzie zabezpieczenia przeciążeniowego zasilania.

Przykładowy układ połączeń do kontroli działania bezpiecznika w układzie przeciążeniowego
zasilania.

Rys. do ćwiczenia 3

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  połączyć układ zgodnie ze schematem,
2)  ustawić oporność opornicy suwakowej na maksimum,
3)  podłączyć zasilanie,
4)  zmniejszyć

oporność

obciążenia

wartości

powodującej

przepływ

prądu

znamionowego,

5)  wyłączyć zasilanie,
6)  wyjąć bezpiecznik topikowy (wyłączyć bezpiecznik elektromagnetyczny),
7)  włączyć zasilanie,
8)  sprawdzić czy amperomierz wykazuje przepływ prądu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

badany zasilacz z bezpiecznikiem topikowym lub elektromagnetycznym,

−

amperomierz prądu stałego (miernik uniwersalny) o zakresie dostosowanym do prądu
znamionowego badanego zasilacza,

−

woltomierz napięcia stałego (miernik uniwersalny) o zakresie dostosowanym do napięcia
wyjściowego znamionowego badanego zasilacza,

−

opornica suwakowa o rezystancji i obciążalności dostosowanej do prądu znamionowego
badanego zasilacza,

−

przewody łączące,

−

arkusze papieru formatu A4, flamastry.

Ćwiczenie 4

Zlokalizuj usterki (przerwy lub zwarcia) w obwodzie zewnętrznym sterownika.

Przykładowy układ połączeń do poszukiwania usterki w obwodzie zewnętrznym sterownika.

Rys. do ćwiczenia 4

Przykładowy program (do rys. do ćwiczenia 4):

LD

% I0.3

ANDN

% I0.2

% Q0.0

ANDN

% Q0.1

AND

% I0.1

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

AND

% I0.0

% Q0.0

% I0.2

ANDN

% I0.3

% Q0.1

ANDN

% Q0.0

AND

% I0.1

AND

% I0.0

% Q0.1

END

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) rozpoznać elementy na schemacie oraz zidentyfikować adresy wejść i wyjść

w sterowniku,

2) zidentyfikować odpowiednie łączniki połączone ze sterownikiem zgodnie ze schematem,
3) połączyć sterownik z komputerem przy pomocy specjalnego przewodu komunikacyjnego

(interfejsu),

4)  włączyć komputer i sterownik do zasilania,
5)  uruchomić oprogramowanie sterownika,
6)  przepisać program w edytorze, zapisać go na dysku i przesłać do pamięci sterownika,
7)  uruchomić sterownik,
8)  przetestować pracę układu sterowniczego,
9)  poszukiwać  usterki  w  obwodzie  przy  pomocy  woltomierza  (omomierza  –  tylko  przy

wyłączonym zasilaniu),

10)  usunąć usterkę
11)  przetestować pracę układu sterowniczego,
12)  jeżeli układ  nie działa poprawnie dalej poszukiwać i usuwać usterki oraz testować pracę

układu sterowniczego,

13)  spostrzeżenia zapisać w zeszycie i wyciągnąć wnioski,
14)  wyłączyć sterownik i komputer,
15)  odłączyć interfejs.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

komputer z oprogramowaniem do sterownika PLC,

−

stanowisko montażowe ze sterownikiem PLC,

−

DTR sterownika PLC,

−

interfejs do połączenia sterownika z komputerem,

−

łączniki zwierne i rozwierne,

−

lampki kontrolne, przewody łączeniowe,

−

miernik uniwersalny wraz z przewodami pomiarowymi,

−

narzędzia monterskie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz

Tak

Nie

1) wyjaśnić pojęcie zabezpieczenie nadprądowe?



2) 2wyjaśnić pojęcie zabezpieczenie nadnapięciowe?



3) wyjaśnić pojęcie przewód ochronny?



4) wyjaśnić pojęcie dioda spolaryzowana zaporowo?



5) wyjaśnić pojęcie doda spolaryzowana w kierunku przewodzenia?



6) wskazać zaciski zasilające?



7) podłączyć zasilanie do sterownika zgodnie z dokumentacją?



8) odszukać usterki w obwodzie sterowniczym?



9) połączyć sterownik z komputerem w celu wpisania programu?



10) podłączyć stycznik do wyjścia sterownika stosując diody zabezpieczające?



11) włączyć do obwodu woltomierz i amperomierz?



12) zmierzyć natężenie prądu i napięcie?



13) posłużyć się omomierzem i miernikiem uniwersalnym?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5. Komputerowe

wspomaganie

projektowania

systemów

z zastosowaniem sterowników

4.5.1. Materiał nauczania

Sterowniki swobodnie programowalne SPS lub inaczej PLC (dalej zwane PLC)

to sterowniki z programowaną pamięcią, gdzie zmiana programu może być przeprowadzona
wielokrotnie (raz zaprogramowany sterownik może być przeprogramowany). Sterowniki PLC
należą do mniejszych jednostek stosowanych w technice sterowników z programowaną
pamięcią i znalazły zastosowanie w sterowaniu takich urządzeń jak:

−

piły i urządzenia sortujące w zakładach przeróbki drewna,

−

sygnalizacja świetlna, szlabany na przejazdach kolejowych,

−

bramy garażowe,

−

przenośniki taśmowe (transport, sortowanie, składowanie, zliczanie),

−

urządzenia sterylizujące i fermentacyjne w przemyśle mleczarskim,

−

windy i wyciągi,

−

prasy,

−

silosy, szklarnie, wagi w rolnictwie,

−

oczyszczalnie wody,

−

myjnie samochodowe,

−

urządzenia grzewcze, klimatyzacyjne, oświetleniowe stosowane w budownictwie.
Zadania sterownicze były tradycyjnie rozwiązywane przy pomocy styczników,

przekaźników oraz odpowiedniej kombinacji połączeń między nimi. Sterownik pozwala
na zastąpienie tych połączeń programem.

Cechy tradycyjnego sterowania stycznikowego
1. Zadanie sterownicze.

Układ  sterowniczy  realizowany  jest  po  określeniu  jego  zadań  przy  pomocy  styczników
i przekaźników.  Działanie  układu  przedstawia  schemat  elektryczny,  według  którego
budowana jest później szafa sterownicza. Kolejne styczniki i różnego rodzaju przekaźniki
łączone  są  ze  sobą  przy  pomocy  przewodów.  Logikę  układu  określa  kombinacja
elementów  łączeniowych  i  sposób  ich  połączeń  w  układzie.  By  sprawdzić  układ
sterowniczy należy przebadać prawidłowość wykonania połączeń.

2. Błąd w układzie.

Usunięcie błędu w układzie polega na dokonaniu zmian w połączeniach.

3. Nowy układ sterowniczy realizujący identyczne zadanie sterownicze. Realizacja układu

sterowniczego pełniącego te same zadania sterownicze wymaga ponownej budowy szafy
sterowniczej, zabudowania elementów łączeniowych, wykonania połączeń i ich
sprawdzenia.

4. Dodatkowe zadania sterownicze. Przyszłe ewentualne zmiany zadań, które ma realizować

układ sterowniczy oznaczają często potrzebę nowych prac montażowych, tzn. zabudowy
nowych elementów konstrukcyjnych i wykonania odpowiednich połączeń. Proces ten jest
bardzo czaso– i materiałochłonny.

Cechy urządzenia sterowanego przy pomocy PLC
1. Zadanie sterownicze. Do realizacji układu sterowania przy pomocy PLC potrzebny jest

sterownik z programowalną pamięcią.
Sterownik składa się z następujących podstawowych części:

a) bloku zasilania,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

b) cyfrowych urządzeń wejścia i wyjścia, do których podłączane są źródła sygnałów

wejściowych i organy wykonawcze,

c) pamięci RAM, w której zapisywany jest program,
d) mikroprocesora realizującego program.

Prace  instalacyjne  polegają  na  podłączeniu  źródeł  sygnałów  wejściowych  (łączniki,
przyciski  sterownicze,  czujniki  temperatury,  tachometry,  wyłączniki  krańcowe  itp.)
na wejściu  sterownika  i  urządzeń  wykonawczych  (np.  styczniki,  przekaźniki)  na  wyjściu
sterownika. Program określa, które ze źródeł sygnałów wejściowych i w jakim momencie
załącza kolejne organy wykonawcze.
W  programie  zawarte  są  wszystkie  zależności  logiczne,  które  ma  realizować  układ
sterowniczy. Program po napisaniu przy pomocy programatora lub komputera przesyłany
jest  do  sterownika.  Mikroprocesor  sterownika  realizuje  krok  po  kroku  kolejne  rozkazy
zapisane  w programie.  Działanie  układu  sterowniczego  określone  jest  nie  przez
kombinację połączeń, lecz przez program.

2. Błąd w układzie sterowniczym. Przed załączeniem układu sterowniczego istnieje

możliwość sprawdzenia prawidłowości działania programu. Potrzebny jest do tego
sterownik, komputer i symulator cyfrowy podający sygnały wejściowe. W przypadku
błędu należy zmienić w programie odpowiednie polecenie.

3. Nowy układ sterowniczy realizujący identyczne zadanie sterownicze. Raz napisany

program można wielokrotnie wykorzystywać, przez co skrócony zostaje czas realizacji
nowego układu sterowniczego i zmniejszeniu ulegają koszty instalacji.

4. Zmiana zadań sterowniczych. W wypadku potrzeby zmiany lub poszerzenia funkcji

układu sterowniczego, z jednoczesnym wykorzystaniem tych samych źródeł sygnałów
wejściowych i elementów wykonawczych należy odpowiednio zmodyfikować program.
Zmiany w programie przeprowadza się w sposób szybki i bezproblemowy.

Oprogramowanie

Wymagania sprzętowe oprogramowania PLC:

−

komputer osobisty,

−

twardy dysk z odpowiednią ilością wolnego miejsca (zależnie od oprogramowania),

−

stacja dysków odpowiednia do źródła oprogramowania instalacyjnego,

−

system

operacyjny

Windows

(zależnie

wymagań

oprogramowania

instalacyjnego),

−

podstawowy program dla sterownika,

−

standardowy interfejs użytkownika Windows,

−

dowolna karta graficzna,

−

ewentualnie drukarka.
Uwaga: przed instalacją oprogramowania warto jest wykonać kopię zapasową programu.

W ten sposób zabezpieczamy się przed ewentualnym skutkiem uszkodzenia nośnika
z oprogramowaniem instalacyjnym.

Krótki kurs programowania sterownika

rozpoczęcie programu dla łącznika zwiernego,

LDN

rozpoczęcie programu dla łącznika rozwiernego,

przypisanie wyjścia pod warunkiem, że funkcja poprzedzająca przyjmuje

wartość 1 logicznej.
Po załączeniu sterownika i uruchomieniu programu pojawi się 1 logiczna na wyjściu

Q0.1. Po naciśnięciu przycisku zwiernego podłączonego do wejścia I0.0  jedynka pojawi  się
również  na  wyjściu  Q0.0  oraz  jednocześnie  na  cewce  modułu  czasowego  TM0.  Po  czasie
nastawionym  w  module  czasowym  zwarcie  styku  zwiernego  modułu  czasowego  TM0,  co

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

spowoduje pojawienie się jedynki logicznej na cewce merkera M0.0. Jedynka logiczna
podana na cewkę merkera M0.0 spowoduje rozwarcie styku rozwiernego merkera M0.0 i na
wyjściu Q0.1 pojawi się zero logiczne. Powyższą zasadę działania obrazuje przebieg czasowy
na rysunku 20.

Rys. 20. Stosowanie funkcji LD, LDN i ST [opracowanie własne]

Przykładowy program do układu z rys. 20:
LD

%I0.0

czytaj stan logiczny wejścia I0,

%Q0.0

przypisz powyższy stan (I0) do wyjścia Q0,

%TM0

przypisz powyższy stan (I0) do modułu czasowego T0

%TM0

czytaj stan logiczny modułu T0

%M0.0

przypisz powyższy stan (T0) do merkera M0

LDN

%M0.0

czytaj zanegowany stan merkera M0

%Q0.1

przypisz powyższą negację do wyjścia Q1

END
UWAGA: merker to bitowa komórka pamięci umieszczona w wewnętrznym rejestrze

sterownika. Jest on elementem wirtualnym (istniejącym tylko w programie) i może
zachowywać się tak jak przekaźnik (posiada cewkę i styki zwierne i rozwierne).

AND

–

powiązanie funkcją iloczynu logicznego

ANDN

–

powiązanie funkcją negacji iloczynu logicznego

–

powiązanie funkcją sumy logicznej

ORN

–

powiązanie funkcją negacji sumy logicznej

Zwróć uwagę na obydwa równoważne programy (w języku drabinkowym i języku LIST).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 21.

Przykładowy układ połączeń [opracowanie własne]

Przykładowy program do układu z rys. 21:
LD

%I0.0

czytaj stan logiczny wejścia I0

AND

%I0.1

połącz iloczynem logicznym z wejściem I1

ANDN

%Q0.0;

połącz negacją iloczynu logicznego z wyjściem Q0

%M0.0

wynik powyższej funkcji przypisz do merkera M0

%I0.2

czytaj stan logiczny wejścia I2

%I0.3

połącz sumą logiczną z wejściem I3

ORN

%I0.4

połącz negacją sumy logicznej z wejściem I4

%M0.1

wynik powyższej funkcji przypisz do merkera M1

%M0.0

czytaj stan logiczny merkera M0

AND

%M0.1

połącz iloczynem logicznym z merkerem M1

%Q0.1

wynik powyższej funkcji przypisz do wyjścia Q1

%M0.0

czytaj stan logiczny merkera M0

%M0.1

połącz sumą logiczną z merkerem M1

%Q0.2

wynik powyższej funkcji przypisz do wyjścia Q2

ANDN

;%M0.2

połącz powyższą funkcję negacją iloczynu;

;logicznego z merkerem M2

%Q0.3

;wynik powyższej funkcji przypisz do wyjścia Q3

END
Nawiasy są stosowane w skomplikowanych połączeniach w celu uproszczenia

przejrzystości układu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 22.

Przykładowe stosowanie nawiasów [opracowanie własne]

Przykładowy program do układu z rys. 22:
LD

%I0.0

czytaj stan logiczny wejścia I0

AND

%I0.1

połącz funkcją iloczynu logicznego z wejściem I1 (zarazem
koniec bloku)

OR(

%I0.2

otwórz nawias funkcją sumy logicznej i czytaj stan logiczny
wejścia I2

AND

%I0.3

połącz funkcją iloczynu logicznego z wejściem I3 (zarazem
koniec bloku)

)

zamknij nawias

%Q0.0

wynik powyższej funkcji przypisz do wyjścia Q0

%I0.4

czytaj stan logiczny wejścia I4

%I0.5

połącz funkcją sumy logicznej z wejściem I5 (zarazem koniec
bloku)

AND(

%I0.6

otwórz nawias funkcją iloczynu logicznego i czytaj stan
logiczny wejścia I6

%I0.7

połącz funkcją sumy logicznej z wejściem I7

)

zamknij nawias

%I0.10

połącz funkcją sumy logicznej z wejściem I10

%Q0.1

wynik powyższej funkcji przypisz do wyjścia Q1

END

MPS –

zrzucenie wartości na stos

MRD –

odczyt wartości ze stosu bez kasowania na stosie

MPP –

odczyt wartości ze stosu z kasowaniem na stosie

Rys. 23.

Zastosowanie funkcji MPS, MRD i MPP [opracowanie własne]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przykładowy program do układu z rys. 23:
LD

%I0.0

czytaj stan logiczny wejścia I0

MPS

zrzucenie wartości na stosie

AND

%I0.1

połącz funkcją iloczynu logicznego z wejściem I1

%Q0.0

wynik powyższej funkcji przypisz do wyjścia Q0

MRD

odczyt wartości ze stosu bez kasowania na stosie

AND

%I0.2

połącz funkcją iloczynu logicznego z wejściem I2

%Q0.1

wynik powyższej funkcji przypisz do wyjścia Q1

MPP

odczyt wartości ze stosu z kasowaniem na stosie

AND

%I0.3

połącz funkcją iloczynu logicznego z wejściem I3

%Q0.2

wynik powyższej funkcji przypisz do wyjścia Q2

END
Bez stosowania funkcji MPS, MRD, MPP powyższy układ wyglądałby jak na rys. 23:

Rys. 24. Układ do rys. 23. bez zastosowania funkcji MPS, MRD i MPP [opracowanie własne]

NOP – funkcja pusta; nie wykonuje się żadna logiczna operacja (daje tylko zwłokę

czasową w programie

END – zakończenie programu

Przykład 1:

Rys. 25. Przykładowy układ połączeń [opracowanie własne]

Przykładowy program do układu z rys. 25:
LD

% I0.0

% Q0.0

% I0.1

AND

% I0.2

%Q0.1

END

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przykład 2:

Rys. 26.

Przykładowy układ połączeń [opracowanie własne]

Przykładowy program do układu z rys. 26:
LD

% I0.0

% Q0.0

NOP
AND

% I0.2

% Q0.1

END

4.5.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz. czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Co to znaczy, że sterownik jest swobodnie programowalny?
2. Dlaczego układy sterowane przez sterowniki PLC są lepsze od układów z tradycyjnym

sterowaniem stycznikowym?

3.  Jakie znasz urządzenia sterowane przez sterowniki PLC?
4.  W jaki sposób programuje się sterownik PLC?
5.  Jak testujemy prawidłowość funkcjonowania programy sterowniczego?
6.  Na  czym  polega  usunięcie  błędu w sterowaniu stycznikowym, a  na  czym  w  sterowaniu

sterownikiem PLC?

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Uruchom układ wyłączenia z opóźnieniem. Poniższy układ załącza wyjście Q0 w chwili

załączenia wejścia I0, a wyłącza wspomniane wyjście po nastawionym w module czasowym
czasie od wyłączenia wejścia I0.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. do ćwiczenia 1

Przykładowy program (do rys. do ćwiczenia 1):
LD

% I0.0

czytaj stan logiczny wejścia I0

% Q0.0

połącz funkcją sumy logicznej z wyjściem Q0

ANDN % T0.0

połącz

funkcją

negacji

iloczynu

logicznego

z modułem;czasowym T0

% Q0.0

wynik powyższej funkcji przypisz do wyjścia Q0

ANDN % I0.0

połącz funkcją negacji iloczynu logicznego z wejściem I0

% T0.0

uruchom czas opóźnienia T0

END

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) rozpoznać elementy na schemacie oraz zidentyfikować adresy wejść i wyjść

w sterowniku,

2)  zidentyfikować odpowiednie łączniki połączone ze sterownikiem zgodnie ze schematem,
3)  połączyć sterownik z komputerem przy pomocy interfejsu użytkownika,
4)  włączyć komputer i uruchomić oprogramowanie sterownika,
5)  wpisać wybrany program do edytora oprogramowania sterownika,
6)  zapisać program na dysku i wpisać go do pamięci sterownika,
7)  uruchomić sterownik,
8)  przetestować pracę sterownika obserwując zachowanie lampki L1,
9)  zapisać spostrzeżenia w zeszycie i wyciągnąć wnioski,
10)  wyłączyć sterownik i komputer,
11)  odłączyć interfejs.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

stanowisko montażowe ze sterownikiem,

−

komputer z oprogramowaniem dla sterownika,

−

interfejs łączący sterownik z komputerem,

−

łącznik zwierne monostabilny,

−

łącznik zwierny bistabilny,

−

lampki kontrolne,

−

przewody łączeniowe,

−

narzędzia monterskie.

Ćwiczenie 2

Uruchom generator impulsów zgodnie z poniższym przebiegiem czasowym.

Rys. do ćwiczenia 2

Przykładowy program (do rys. do ćwiczenia 2):
LD

% I0.2

czytaj stan logiczny wejścia I2

ANDN % T0.3

połącz funkcją negacji iloczynu logicznego z modułem

czasowym T3

% T0.2

uruchom moduł czasowy T2

czytaj stan logiczny modułu czasowego T2

uruchom moduł czasowy T3

% Q0.1

wynik powyższej funkcji przypisz do wyjścia Q1

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) rozpoznać elementy na schemacie oraz zidentyfikować adresy wejść i wyjść

w sterowniku,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

7)  uruchomić sterownik,
8)  przetestować pracę sterownika obserwując zachowanie lampki L1,
9)  spostrzeżenia zapisać w zeszycie i wyciągnąć wnioski,
10)  wyłączyć sterownik i komputer,
11)  odłączyć interfejs.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

stanowisko montażowe ze sterownikiem,

−

komputer z oprogramowaniem dla sterownika,

−

interfejs łączący sterownik z komputerem,

−

łącznik zwierne monostabilny,

−

łącznik zwierny bistabilny,

−

lampki kontrolne,

−

przewody łączeniowe,

−

narzędzia monterskie.

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz

Tak

Nie

wyjaśnić znaczenie pojęcia tradycyjne sterowanie stycznikowe?



wyjaśnić znaczenie pojęcia sterowanie przy pomocy PLC?



wyjaśnić znaczenie pojęcia interfejs użytkownika?



wyjaśnić znaczenie pojęcia schemat drabinkowy?



wyjaśnić znaczenie pojęcia schemat ideowy?



wyjaśnić znaczenie pojęcia merker?



uruchomić komputerowe oprogramowanie sterownika?



połączyć sterownik z komputerem przy pomocy interfejsu użytkownika?



wpisać program do edytora komputera?



10) wpisać program z edytora do sterownika i uruchomić program

w sterowniku?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1.  Przeczytaj uważnie instrukcję.
2.  Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3.  Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4.  Test  zawiera  20  zadań.  Do  każdego  zadania  dołączone  są  4  możliwości  odpowiedzi.

Tylko jedna jest prawidłowa.

5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej

rubryce znak X. W przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem,
a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową.

6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
7. Jeśli udzielanie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie

na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci czas wolny.

8. Na rozwiązanie testu masz 25 minut.

Powodzenia!

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Na rysunku przedstawiono symbol

a)  styku zwiernego.
b)  styku rozwiernego.
c)  bezpiecznika elektromagnetycznego.
d)  łącznika normalnie otwartego.

2. Poniższy symbol styku stosujemy w schemacie

a)  ideowym.
b)  funkcjonalnym.
c)  podłączenia do sterownika PLC.
d)  drabinkowym.

3. Oznaczenie %I0.2 odnosi się do

a)  wyjścia sterownika.
b)  modułu inercyjnego sterownika.
c)  wejścia sterownika.
d)  modułu czasowego sterownika.

4. Oznaczenie %Q0.0 odnosi się do

a)  wyjścia sterownika.
b)  modułu inercyjnego sterownika.
c)  wejścia sterownika.
d)  modułu czasowego sterownika.

5. Na początku każdego cyklu programowego praca sterownika polega na

a)  ustawieniu wszystkich wyjść sterownika.
b)  odczytaniu wartości z wejść i wyjść sterownika.
c)  analizie programu sterownika.
d)  oczekiwaniu na sygnał od użytkownika lub z obiektu automatyzowanego.

6. Lampka L1 na poniższym schemacie zapali się gdy:

a)  naciśniemy dowolny z łączników S1 do S3.
b)  nie można udzielić odpowiedzi bez znajomości programu.
c)  po naciśnięciu wszystkich łączników S1 do S3 jednocześnie.
d)  po naciśnięciu łącznika S1 i S3.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

7. Określ przyczynę błędu sterownika, jeżeli świeci się lampka ERROR i zgaszona jest

lampka RUN na wskaźniku trybu pracy sterownika to
a)  program nie został załączony.
b)  wewnętrzny błąd sterownika lub źle napisany program.
c)  błąd w zasilaniu bateryjnym.
d)  sterownik podstawowy oczekuje na sygnał ze sprzętu rozszerzonego.

8. Przeanalizuj poniższe układy sterowania załączaniem oraz wyłączaniem. Najlepiej

wymogi bezpieczeństwa spełnia układ

9. Oznaczenia i symbole na poniższych schematach są

a)  prawidłowe.
b)  zamiast oznaczenie wejścia I0.3 powinno być I0.0.
c)  zamiast oznaczenie wejścia I0.1 powinno być I0.0.
d)  nie można odpowiedzieć bez znajomości programu.

10. Ze względu na budowę sterowniki PLC dzielimy na

a)  duże, średnie i małe.
b)  kompaktowe i modułowe.
c)  dwustanowe i analogowe.
d)  zasilane napięciem stałym i przemiennym.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

11. Do obsługi całej linii produkcyjnej lub kilku węzłów technologicznych służy sterownik

a)  mały.
b)  średni.
c)  duży.
d)  nie ma takiego sterownika.

12. Sygnał 1 logicznej na wejściu sterownika odpowiada napięciu

a)  5 V DC.
b)  +24 V DC.
c)  24 V AC.
d)  23 V AC.

13. Sygnał 1 pojawia się na wejściu sterownika kiedy

a)  łącznik zwierny jest wciśnięty.
b)  łącznik zwierny jest nie wciśnięty.
c)  łącznik rozwierny jest wciśnięty.
d)  zdecyduje o tym program.

14. Czas jednego cyklu programowego zależy od

a)  długości połączeń urządzeń wejściowych i wyjściowych.
b)  ilości i rodzaju podłączonych wejść i wyjść.
c)  długości programu, rodzaju operacji i ilości urządzeń rozszerzających.
d)  szybkości komputera z którego wpisano do sterownika program.

15. Program w pracującym sterowniku PLC może znajdować się w pamięci

a)  tylko ROM.
b)  tylko EPROM.
c)  RAM lub EEPROM.
d)  tylko na dysku komputera.

16. Po zaniku napięcia zasilającego tracimy zawartość pamięci

a)  ROM.
b)  EPROM.
c)  EEPROM.
d)  RAM.

17. Interfejs służy do

a)  podłączenia do wejść sterownika PLC czujników optycznych.
b)  podłączenia do wyjścia sterownika PLC odbiornika o dużym obciążeniu.
c)  połączenia sterownika PLC z komputerem.
d)  podłączenia do wyjścia sterownika silnika krokowego.

18. Którego ze sterowników nie można rozbudować (przekonfigurować):

a)  kompaktowego.
b)  modułowego.
c)  kompaktowego i modułowego.
d)  można każdy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko..........................................................................................

Stosowanie sterowników i komputerów w automatyce

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedź

Punkty

Razem: