Instr-EiUA-PLC-wewybin

Politechnika Poznańska

Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania

Instytut Technologii Mechanicznej

Laboratorium Elementów i Układów

Automatyzacji

Sterownik programowalny – wejścia/wyjście binarne

Instrukcja do ćwiczenia

OGÓLNE ZASADY BEZPIECZEŃSTWA

PODCZAS WYKONYWANIA ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Przed przystąpieniem do ćwiczenia należy zapoznać się z instrukcją
dydaktyczną.

Dokonać oględzin urządzeń, przyrządów i przewodów używanych podczas
ć

wiczenia. W przypadku zauważenia nieprawidłowości lub uszkodzeń

bezzwłocznie powiadomić prowadzącego.

Zabrania się samodzielnego załączania stanowiska bez sprawdzenia połączeń i
wydaniu zgody przez prowadzącego.

Zmian parametrów lub konfiguracji stanowiska przy użyciu dostępnych
przełączników

potencjometrów

można

dokonywać

uprzednim

przeanalizowaniu skutków takich działań.

Zmian w konfiguracji obwodów elektrycznych polegających na zmianie
połączeń przewodów lub wymianie przyrządów, należy dokonywać po
uprzednim wyłączeniu zasilania stanowiska.

Zabrania się wykonywania przełączeń (przewodów, urządzeń) w układzie
znajdującym się pod napięciem.

Przy obsłudze stanowisk, które zawierają elementy zasilane napięciem
elektrycznym wyższym niż napięcie bezpieczne, należy zachować szczególną
ostrożność w celu uniknięcia porażenia prądem elektrycznym.

Stosowanie ustawień i procedur innych niż opisane w instrukcji lub zalecone
przez prowadzącego może spowodować nieprzewidziane działanie, a nawet
uszkodzenie stanowiska.

Przekroczenie dopuszczalnych parametrów (napięć, prądów) może doprowadzić
do uszkodzenia elementów stanowiska, pożaru lub porażenia prądem.

W przypadku nieprawidłowego działania urządzeń lub wystąpienia objawów
uszkodzeń (np. iskrzenie, zapach spalenizny) należy natychmiast wyłączyć
stanowisko i powiadomić prowadzącego.

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową, zasadą działania i sposobem

programowania wejść i wyjść binarnych sterownika programowalnego OMRON
CPM1.

Wstęp teoretyczny

2.1.

Sterownik programowalny OMRON CPM1

Sterownik programowalny (PLC, Programmable Logic Controller) jest

mikrokomputerem  przemysłowym,  który  przyjmuje  sygnały  wejściowe  z
wyłączników  i  czujników,  na  podstawie  ich  stanów  wykonuje  zadany  program  i
steruje  urządzeniami  wyjściowymi.  W  systemach  automatyzacji  opartych  na
przekaźnikach  i  układach  logicznych  program  sterujący  jest  określany  poprzez
odpowiedni  sposób  okablowania.  Zastosowanie  PLC  pozwala  na  definiowanie
algorytmu  sterującego  przy pomocy oprogramowania. Instalacja sprzętowa kończy
się  na  podłączeniu  pozostałych  elementów  automatyzacji  do  wejść  i  wyjść
sterownika.  Takie  rozwiązanie  zapewnia  „elastyczność”  systemu  –  w  przypadku
zmian  w  procesie  sterowania  nie  jest  wymagane  czasochłonne  i  kosztowne
„przerabianie”  całej  instalacji,  wystarczy  wprowadzić  poprawki  do  programu
realizowanego przez sterownik.

Sterowniki PLC zbudowane są z modułów wejściowych, jednostki centralnej

(CPU), modułów wyjściowych oraz interfejsów zapewniających komunikację z
innymi urządzeniami (Rys. 1).

Rys. 1. Schemat blokowy sterownika PLC

Wejścia PLC akceptują różne sygnały wejściowe, cyfrowe lub analogowe,

pochodzące z zewnętrznych urządzeń (czujników), które są następnie przetwarzane
do  postaci  sygnałów  logicznych,  akceptowalnych  przez  CPU.  Procesor  podejmuje
decyzje  i  wykonuje  funkcje  sterowania  bazując  na  instrukcjach  programowych
zawartych w pamięci. Instrukcje programowe określają, co powinien wykonać PLC
przy  określonym  stanie  wejść  i  w  danej  sytuacji.  Dodatkowy  interfejs  operatorski

Inicjalizacja cyklu

Czytanie stanów

wejść

Wykonanie

programu

użytkownika

Aktualizacja

stanów wyjść

Obsługa urządzeń

zewnętrznych

Wykonanie funkcji

diagnostycznych

(pulpit sterowniczy) umożliwia wyświetlanie informacji o realizowanym procesie
sterowania, pozwala na jego kontrolę i wprowadzanie parametrów.

Sterowniki programowalne są używane w wielu gałęziach przemysłu do

automatyzacji  maszyn,  urządzeń  i  linii  technologicznych.  Są  niedrogie,  łatwe  w
instalacji  i  proste  w  obsłudze.  Doskonale  nadają  się  do  wielu  praktycznych
zastosowań.  Zbierają  one  informację  o  przebiegu  procesu  przy  pomocy  różnego
rodzaju

czujników:

wyłączników,

czujników

zbliżeniowych,

układów

pomiarowych,  liczników  impulsów,  przetworników  impulsowo  obrotowych  itp.
Informacje te są wykorzystywane do sterowania procesem. Ich  wartości  mogą być
monitorowane,  rejestrowane  i  przesyłane  do  innych  urządzeń  poprzez  łącza
komunikacyjne.  PLC  realizują  również  funkcje  diagnostyki  programowej  i
sprzętowej.

Elementami

wyjściowymi

sterowników

są

np.:

styczniki,

elektrozawory, falowniki, wskaźniki.

Sterownik pracuje w sposób szeregowo-cykliczny (Rys. 2), tzn. wykonuje

kolejno po sobie pojedyncze rozkazy programu w takiej kolejności, w jakiej są one
zapisane w programie. Na początku każdego cyklu program odczytuje i zapisuje w
pamięci  stany  wejść  sterownika.  Po  wykonaniu  wszystkich  rozkazów  i  określeniu
aktualnego  dla  danej  sytuacji  stanu  wyjść,  sterownik  wpisuje  do  pamięci  stany
wyjść,  a  następnie  steruje  odpowiednimi  wyjściami,  włączając  bądź  wyłączając
podłączone  do  nich  elementy  wykonawcze.  Niektóre  z  faz  cyklu  programowego
mogą

być

w pewnych trybach pracy sterownika pomijane. Czas cyklu wynosi kilka

milisekund, zależy od rozmiaru programu, liczby wejść/wyjść oraz od liczby
niezbędnych procesów komunikacji.

Rys. 2. Praca szeregowo-cykliczna sterownika PLC

Rozróżniamy trzy tryby pracy sterownika programowalnego: STOP/PROGRAM,

MONITOR i RUN.

Tryb STOP/PROGRAM jest wykorzystywany do wprowadzania zmian w

oprogramowaniu sterownika. Sterownik jest wtedy zatrzymany (nie wykonuje
programu), jego wyjścia są nieaktywne i pozostają w stanie wyłączonym.

W trybie MONITOR możemy śledzić przebieg programu realizowanego przez

sterownik. Istnieje wtedy możliwość wpływu na wartości sygnałów wejściowych i
wyjściowych, wartości liczników i układów czasowych.

Normalnym trybem pracy sterownika (wykonywania programu) jest RUN. Nie

mamy wtedy możliwości wprowadzania zmian w oprogramowaniu sterownika.

Pamięć sterownika jest podzielona na tzw. obszary robocze w których mieści się

zarówno przetwarzania danych, matematyczne, logiczne, sterujące, systemowe oraz
wymiany  danych.  Adresy  wejść  oznaczone  są  symbolami  000.xx  i  001.xx,  wyjść
010.xx  i  011.xx,  a  rejestrów  DMxxxx,  gdzie  xx  to  numer  wejścia/wyjścia/obszaru
pamięci. W pamięci zapisywane są w również stany poszczególnych wejść i wyjść
układu,  liczników,  przekaźników,  oraz  dane  potrzebne  do  komunikowania  się
sterownika z innymi urządzeniami.

Wejście cyfrowe (dyskretne), może znajdować się w jednym z dwóch stanów:

załączone  (ON)  lub  wyłączone  (OFF).  Można  do  niego  podłączyć  przyciski,
przełączniki  dwustanowe,  wyłączniki  krańcowe  lub  czujniki  zbliżeniowe.  Kiedy
przycisk zostaje wciśnięty, napięcie zostaje dołączone do wejścia PLC. Odpowiada
to  logicznej  jedynce  lub  stanowi  wysokiemu.  W  stanie  wyłączenia  dyskretne
wejście  odpowiada  logicznemu  zeru  lub  stanowi  niskiemu.  Wejścia  sterownika  są
izolowane optoelektrycznie od obwodów zewnętrznych przy pomocy transoptorów
(Rys  3).  Załączenie  wejścia  jest  sygnalizowane  świeceniem  diody  LED.  Wejścia
mogą pracować zarówno w logice dodatniej (ze wspólną masą) lub logice ujemnej
(ze  wspólnym  plusem  zasilania).  W  programie  sterującym  symbolem  pierwszego
wejścia jest 000.00, drugiego 000.01, itd.

Rys. 3. Schemat elektryczny wejścia dyskretnego PLC

Wyjście cyfrowe może przyjmować dwie wartości: włączone (ON) lub

wyłączone  (OFF).  Przykładowymi  urządzeniami  wykonawczymi  podłączanymi  do
wyjść  dyskretnych  są  styczniki,  elektrozawory  i  wskaźniki.  Wyjściami  sterownika
są styki przekaźników, normalnie otwarte, izolowane, o maksymalnej obciążalności
styków  2A.  Do  prawidłowego  działania  układu  wykonawczego  konieczne  jest
doprowadzenie  do  styków  napięcia  z  zewnętrznego  źródła  zasilania.  Wyjścia

przekaźnikowe nie są wyposażone w bezpieczniki. Schemat elektryczny wyjścia
dyskretnego przedstawiono na Rysunku 4.

Rys. 4. Schemat elektryczny wyjścia dyskretnego PLC

Wymiana danych pomiędzy sterownikiem OMRON CPM1, a urządzeniem

programującym odbywa się poprzez interfejs komunikacyjny pracujący w
standardzie RS-232. Programowania sterownika można dokonywać przy pomocy
następujących metod:

używając oprogramowania komputerowego SysWin,

używając oprogramowania komputerowego Omron CX-One,

używając programatora ręcznego.

Użytkownik definiuje program sterujący w języku schematów drabinkowych LD

(Ladder  Diagram).  Jest  to  język  graficzny,  zbliżony  do  schematów  stykowych
obwodów  przekaźnikowych.  Umożliwia  realizację  zadania  sterowania  za  pomocą
standaryzowanych  symboli  graficznych.  Symbole  te  umieszcza  się  w  obwodach  w
sposób  podobny  do  „szczebli”.  Wykonanie  programu  w  języku  LD  polega  na
"przepływie  prądu"  z  lewej  strony  „szczebla”  do  prawej,  analogicznie  jak  w
schemacie drabinkowym dla systemu przekaźników elektromechanicznych (Tab. 1).
Po  wybraniu  funkcji  na  ekranie  zostaje  wyświetlone  okno  dialogowe,  w  którym
możemy  wprowadzić  parametry,  numer  wejścia,  wyjścia,  wartości  dla  licznika.
Adresy  wejść  i  wyjść  składają  się  z  dwóch  części  oddzielonych  znakiem  kropki.
Pierwsza  część  oznacza  numer  kanału,  a  druga  oznacza  numer  bitu  w  słowie.
Podanie  tylko  numeru  kanału  oznacza  operację  na  całym  słowie.  Ostatnią  funkcją
programu musi być instrukcja END.

Tablica 1. Podstawowe symbole graficzne w języku schematów drabinkowych

Symbol

Znaczenie

Wejście cyfrowe aktywne stanem wysokim.

Wejście cyfrowe aktywne stanem niskim.

Wyjście cyfrowe aktywne stanem wysokim.

Wyjście cyfrowe aktywne stanem niskim.

Timer (czasomierz).

Licznik.

Funkcja

ustawiająca

wartość

bitu

(ustawiająca stan wysoki).

Funkcja kasująca wartość bitu (ustawiająca
stan niski).

Funkcja ustawiająca/kasująca wartość bitu.

Przebieg ćwiczenia

Zapoznać się z budową stanowiska laboratoryjnego. Zidentyfikować wejścia i
wyjścia sterownika. Określić ich adresy.

Napisać program realizujący funkcję włącz/wyłącz przy użyciu dowolnego
wyłącznika i elementu wyjściowego.

Napisać program realizujący funkcję logiczną AND lub OR (do wyboru) przy
użyciu dowolnych dwóch wyłączników i elementu wyjściowego.

Napisać program zawierający funkcje TIM i CNT.

Napisać program wykorzystujący funkcje pamięciowe SET/RSET lub KEEP
(do wyboru).

Udzielić odpowiedzi na następujące pytania:

–

Do czego służą sterowniki przemysłowe?

–

Jaka jest główna różnica pomiędzy cyfrowymi systemami sterowania
produkcją opartymi na technice przekaźnikowej lub TTL, a systemami
zbudowanymi na sterownikach PLC?

Sprawozdanie z ćwiczenia

W sprawozdaniu należy zamieścić opis czynności wykonanych podczas

wiczenia, schematy drabinkowe, odpowiedzi na postawione pytania oraz własne

uwagi, komentarze i wnioski.

Zagadnienia

budowa i zasada działania sterownika programowalnego, język schematów
drabinkowych, sterownik OMRON CPM-1,

Literatura

[1]