Łukasz Przywarty

29.03.2009 r.

nr albumu: 171018

Podstawy automatyki i robotyki

Sprawozdanie z zajęć w laboratorium 021

Temat: Sterowniki przemysłowe PLC

1. Co to jest sterownik PLC? 

PLC (z angielskiego Programmable  Logic   Controller)  jest  to  swobodnie 

programowalny sterownik (układ) w automatyce. Sterowniki PLC stosowane  

są   do   kontroli   i   sterowania   skomplikowanymi   procesami   technologicznymi,  

a   zasada   ich   działania   opiera   się   na   cyklicznym   powtarzaniu   zapisanego  

w pamięci sterownika programu. Sterownik na podstawie danych otrzymanych 

z   programu   analizuje   stan   wejść   i   ustala   na   wyjściach   lub   w   pamięci 

odpowiednie stany i wartości. 

Bardziej szczegółowy schemat działania sterownika PLC obejmuje:

•

zbieranie   pomiarów   za   pośrednictwem   modułów   wejściowych 

(wykorzystuje się do tego czujniki analogowe i dyskretne oraz urządzenia 

pomiarowe),

•

transmisję danych za pomocą modułów i łącz komunikacyjnych,

•

wykonanie   programów   aplikacyjnych   –   na   podstawie   przyjętych 

parametrów i uzyskanych danych o sterowaniu lub maszynie,

•

generowanie sygnałów sterujących i przekazywanie ich poprzez moduły 

wyjściowe do elementów i urządzeń wykonawczych,

•

(dodatkowo)   realizację   diagnostyki   programowej   i   sprzętowej   w   celu 

zapewnienia poprawności działania.

Początkowo   funkcje   sterowników   PLC   pełniły   proste,   odpowiednio   połączone 

moduły   logiczne   oraz   maszyny   cyfrowe,   przy   pomocy   których   realizowano 

sterowania   binarne   z   prostego   poziomu   obsługi.   Następcami   tych   rozwiązań 

stały się sterowniki PLC, między innymi urządzenie Modicon'a – 1969 rok - oraz 

Simatic S3 Siemens'a – 1975 rok.

2. Przykładowe sterowniki PLC 

–

GE   FANUC   Rx3i:   członek   rodziny   programowanych   kontrolerów 

automatyki   PACSystems   (PAC),   główne   cechy:   szybki   procesor   i   duża 

przepustowość, wsparcie dla otwartej komunikacji (przenoszenie aplikacji 

pomiędzy   rożnymi   platformami   sprzętowymi),   różnorodność   modułów 

analogowych   i   dyskretnych,   magistrala   szeregowa   i   PCI   w   każdym 

gnieździe.

–

VersaMax   Nano:   mimo   niewielkich   rozmiarów   sterownik   potrafi   się 

komunikować w protokole SNP/SNP-X, MODBUS RTU lub Custom ASCII, 

a   dzięki   temu   może   być   łatwo   połączony   z   innymi   sterownikami   lub 

urządzeniami   w   sieć.   Kolejna   cecha   sterownika   Nano   to   możliwość 

przełączenia   wejść   sterownika   do   pracy   w   tryb   jednego   dwukie-

runkowego lub trzech jednokierunkowych liczników sygnałów – przydatne 

w przypadku sterowania prostymi układami napędowymi czy pakującymi.

–

Modicon   Quantum:   jeden   z   wydajnych   sterowników   firmy   Modicon  

o   modułowej   i   skalowalnej   architekturze.   Linia   Quantum   jest 

ukierunkowana na tzw. procesy ciągłe (trwale powiązane z urządzeniami 

produkcyjnymi,   najczęściej   przebiegają   bez   przerw   w   cyklu   pracy 

trwającym   24   godziny   na   dobę)   oraz   inne   procesy   wymagające 

niezawodności   i   stabilności.   Wykorzystano   tu   m.in.   technologię  

Hot-Stanby   umożliwiającą   w   przypadku   awarii   jednej   z   jednostek 

sterujących     przełączenie   na   drugą   jednostkę.   Modicon   Quantum 

wykorzystuje   protokół   komunikacyjny   Modbus   charakteryzujący   się 

dostępem   do   nośnika   master   –   slave,   wykrywaniem   i   sygnalizacją 

błędów, potwierdzeniem wykonania komend oraz zabezpieczeniem przed 

blokadą.

–

Platforma Logix firmy Allen Bradley 

•

ControlLogix,   CompactLogix,   FlexLogix:   cała   rodzina   sterowników 

posiadających:   szeroką   listę   instrukcji,   zadaniowy   model   programu, 

możliwość   tworzenia   klas   zmiennych,   wspólny   pakiet   narzędziowy 

RSLogix5000. Platforma Logix podczas komunikacji może korzystać  

z sieci: Ethernet IP – L32E, ControlNet – L32C, DeviceNet – L32D oraz 

z   tradycyjnego   portu   szeregowego.   ControlLogix   -   sterownik   dedy-

kowany   do   aplikacji   wymagających   największej   prędkości  

i wydajności, łączących wiele rodzajów sterowania (max 32 zadania). 

CompactLogix – sterownik stosowany do aplikacji maszynowych, gdzie 

potrzeba jest ograniczona ilość wejść/wyjść oraz ograniczone potrzeby 

komunikacji   sieciowej.   FlexLogix   –   sterownik   o   szerokim   zastoso-

waniu,   pozwala   na   łatwe   dystrybuowanie   lokalnych   wejść/wyjść  

w pobliżu sensorów i elementów wykonawczych.

3. Wizualizacja w automatyce

a) Programy   SCADA   (skrót   od   ang.   'Systemu   Sterowania   Nadrzędnego  

i Wizualizacji) są wykorzystywane do zbierania danych z obsługiwanego 

procesu i przesyłania ich do centralnego komputera, w którym używane 

są one do sterowania i zarządzania procesami. 

Podstawowe funkcje systemów SCADA:

•

komunikacja ze sterownikami PLC i urządzeniami wykonawczymi,

•

graficzne przedstawienie procesu na ekranie,

•

zadawanie parametrów wyjściowych i odczytywanie parametrów 

 

wejściowych, a także zapamiętywanie i prezentowanie historii zmian 

(trendów),

•

sterowanie automatyczne.

Wizualizacja   w   programach   SCADA   znacznie   ułatwia   diagnostykę  

sprzętową   ponieważ   pomaga   określić   stany   napędów,   zaworów,  

czujników itp. W wyniku tego operator otrzymuje graficzne i tekstowe  

dane pokazujące możliwe źródło błędu. Programy SCADA czuwają także 

nad   stabilnością   procesów,   a   w   wyniku   nieautoryzowanego   lub  

nietypowego działania wyświetlają komunikat ostrzegawczy. Przykładem 

programu SCADA jest InTouch.

b) Panel   operatorski   (ang.   HMI)   poprzez   odpowiednia   konfigurację 

przycisków,   pokręteł   czy   przełączników   umożliwia   komunikację  

z   urządzeniami,   w   tym   ze   sterownikami   PLC.   Współczesne   panele 

operatorskie   najczęściej   wyposażone   są   w   ekrany   dotykowe.   Panel 

operatorski   podobnie   jak   program   SCADA   jest   wykorzystywany   do 

ustawienia parametrów wyjściowych i odczytywania wejściowych, a także 

do gromadzenia danych oraz ich wizualizacji.

4.   Opis   możliwości   sterowników   PLC   na   przykładzie   fragmentu   linii 

produkcyjnej 

Podczas zajęć wykorzystano:

–

panel operatorski w sieci sterowników PLC: Modicon XBT G6330 – panel 

wyposażony w dotykowy ekran dotykowy o przekątnej 12.1”,

–

sterowniki PLC,

–

sieć   UniTelway   RS485   –   wprowadzona   przez   firmę   Telemechanique  

i wykorzystywana dla obecnie produkowanych i popularnych sterowników 

firmy Modicon,

–

fragment „linii produkcyjnej”.

Z   poziomu   panelu   operatorskiego   rozpoczęto   proces   pomiaru   (sterowanie 

ręczne). Klocek był badany czujnikami pod kątem koloru, grubości, materiału, 

z   którego   jest   wykonany   itp.   Gdy   spełnione   są   zadane   kryteria   klocek 

przemieszcza się dalej, jeśli nie – klocek jest odrzucany. Droga pokonana przez 

Ilustracja 1: Schemat sieci

klocek   jest   kontrolowana   przez   sieć   czujników   obecności,   które   lokalizują 

przedmiot   i   w   odpowiednim   momencie   dają   sygnał   do   rozpoczęcia 

odpowiednich działań np. obróbki klocka.

5. Wykorzystanie Internetu do zmiany stanów sterownika PLC

Podczas zajęć użyto:

–

sterownik SIEMENS S7-200 – kompaktowy sterownik PLC przeznaczony 

do wykonywania niskokosztowych systemów sterowania,

–

program dostępowy do sterownika PLC – S7 MicroWin 4.0 –  dedykowany 

specjalnie do obsługi sterownika S7, jego obsługa odbywa się poprzez 

okno przeglądarki internetowej,

–

sieć Internet  zapewniającą komunikację ze sterownikiem.

Obsługa   sterownika   S7-200   jest   bardzo   prosta.   Otwieramy   dowolną 

przeglądarkę,   wpisujemy   odpowiedni   adres   (w   tym   konkretnym   przypadku 

156.17.40.140)   oraz   dane   dostępowe.   Dzięki   wykorzystaniu   języka   Java 

możemy   wymuszać   (poprzez   aplikację   S7   MicroWin   4.0)   zmiany   stanu   na 

sterowniku. Zaktualizowany stan jest wyświetlony w oknie przeglądarki. 

6. Wykorzystanie układów regulacji

Podczas zajęć użyto:

–

urządzenie wykonawcze obiektu regulacji (elementy wykonawcze: napęd 

taśmociągu, napęd wentylatora, przepustnica),

–

komputer z oprogramowaniem SCADA,

–

sterowniki PLC.

Urządzenie wykonawcze zasadniczo potrafi zrealizować dwa zadania:

–

Segregacja   kulek   według   koloru   –   ZPC   (Zielona,   Pomarańczowa, 

Czerwona)   lub   CPZ   (Czerwona,   Pomarańczowa,   Zielona).   Po 

umieszczeniu   kulek   w   buforach   (przez   operatora)   następuje   ich 

przesunięcie   tak   aby   rura   z   podciśnieniem   mogła   dokonać   segregacji. 

Podczas gdy jedna kulka jest zasysana pozostałe dwie kulki przesuwają 

się   po   taśmociągu.   Segregacja   trwa   tak   długo,   aż   uzyskamy   żądaną 

kolejność.

–

Regulacja   PID   –   po   umieszczeniu   kulek   w   buforach   (przez   operatora) 

następuje   tak   jak   w   poprzednim   przypadku   ich   przesunięcie.   Gdy 

pomarańczowa kulka znajduje się bezpośrednio pod rurą rozpoczyna się 

proces regulacji. Kulka jest zasysana do góry, a następnie utrzymywana 

na zadanej wysokości. Wykonanie tej operacji umożliwia regulator PID. 

Aby zakończyć zadanie potrzebne jest działanie operatora, po czym kulki 

wracają do lewego, skrajnego położenia taśmociągu.

7. Projekt sterowania RSLogix5000

Schematy elektryczne projektu:

Ilustracja 2: 

Ilustracja 3: 

Ilustracja 4: 

Program RSLogix5000 jest pakietem narzędziowym dołączonym do platformy 

Logix.   RSLOgix5000   wykorzystuje   język   drabinkowy   LD   (język   drabinkowy 

wywodzi się  z symboli stosowanych w systemach automatyki bazujących na 

przekaźnikach   i   jest   graficzną  reprezentacją  działań  wykonywanych   przez 

sterownik)

Lewa, pionowa linia schematu drabinkowego reprezentuje zasilanie obwodów 

Ilustracja 5: Okno programu RSLogix5000

Ilustracja 6: Projekt sterowania w języku drabinkowym

sterowania, natomiast prawa pionowa linia jest powrotną linią zasilania (masą). 

Schemat   drabinkowy   czytamy   od   lewej   do   prawej   strony,   od   góry   do   dołu 

(szczebel   –   linia   pozioma   -   po   szczebelku).   Przepływ   sygnału   logicznego  

w   każdym   ze   szczebli   jest   kontrolowany   przez   prosty   zestaw   funkcji 

programistycznych, pracujących podobnie jak przekaźniki i styki. To czy styk 

prześle sygnał logiczny wzdłuż szczebla zależy od wartości zmiennej związanej 

z   tym   stykiem   w   programie.   Jeżeli   styk   lub   inna   funkcja   występująca  

w szczeblu nie przesyła dalej sygnału logicznego pozostałe elementy szczebla 

nie są wykonywane. W naszym przypadku zmienienie stanu przełącznika (góra 

–   dół)   powoduje   uruchomienie   konkretnej   czynności   w   odpowiadającym 

danemu stanowisku fragmencie „linii produkcyjnej”.

8. Wykorzystane materiały:

–

dokumentacja   techniczna,   broszury   i   ulotki   reklamowe   poszczególnych 

sterowników PLC,

–

dokumentacja   urządzenia   wykonawczego   obiektu   regulacji   –   praca 

dyplomowa P. Więzowskiego i R. Saternusa,

–

notatki własne z laboratorium,

–

prezentacja: „Programowanie systemów sterowania 1”,  dr inż. K. Dzier-
żek, mgr inż. T. Huścio, Politechnika Białostocka,

–

Wikipedia.