aaaaCzęsto usiłujemy ukryć nasze uczucia przed tymi, którzy powinni je poznać.aaaa [ Pobierz całość w formacie PDF ]
Sterowniki Programowalne
Marcin Pawlak
âWzrost liczby absolwentw w Politechnice WrocĀawskiej na kierunkach o kluczowym
znaczeniu dla gospodarki opartej na wiedzyÒ
nr UDA-POKL.04.01.02-00-065/09-01
Marcin PAWLAK
STEROWNIKI PROGRAMOWALNE
Sterowniki programowalne stanowi
Ģ
dzisiaj podstawowy element steruj
Ģ
cy zautomatyzowanych
procesów technologicznych, obecnych niemal
Ň
e w ka
Ň
dej gał
ħ
zi przemysłu. Znajomo
Ļę
ich budowy,
zasady działania oraz podstaw programowania jest niezb
ħ
dna w
Ļ
ród osób zajmuj
Ģ
cych si
ħ
zawodowo
projektowaniem i obsług
Ģ
techniczn
Ģ
nowoczesnych systemów sterowania i automatyki
przemysłowej. W ostatnich latach, na rynku pracy zauwa
Ň
y
ę
mo
Ň
na wzrost zapotrzebowania na
in
Ň
ynierów elektryków, specjalizuj
Ģ
cych si
ħ
w szeroko poj
ħ
tej dziedzinie automatyki przemysłowej.
Niedobór wykwalifikowanej kadry technicznej powoduje konieczno
Ļę
odpowiedniego, kierunkowego
kształcenia na wy
Ň
szych uczelniach technicznych, których absolwenci oprócz ugruntowanej wiedzy
teoretycznej powinni posiada
ę
równie
Ň
przygotowanie praktyczne.
Niniejszy skrypt jest przeznaczony dla studentów wy
Ň
szych uczelni technicznych, odbywaj
Ģ
cych
studia na kierunku Automatyka i Robotyka oraz kierunkach pokrewnych. Zawarte w nim informacje
teoretyczne mog
Ģ
by
ę
wykorzystane jako materiał uzupełniaj
Ģ
cy do wykładów i
ę
wicze
ı
laboratoryjnych z ró
Ň
norodnych kursów, zwi
Ģ
zanych z programowaniem sterowników PLC.
Cz
ħĻę
teoretyczna skryptu przedstawia genez
ħ
i rozwój pierwszych sterowników programowalnych
oraz ich budow
ħ
i ogóln
Ģ
zasad
ħ
działania. Na podstawie normy IEC 61131 omówiono j
ħ
zyki
programowania sterowników oraz ich elementy wspólne, takie jak: typy danych, zmienne i bloki
funkcyjne. W dalszej cz
ħĻ
ci skryptu przedstawiono rodzin
ħ
sterowników PLC firmy OMRON, ze
szczególnym uwzgl
ħ
dnieniem sterowników modułowych serii CJ1M, stanowi
Ģ
cych wyposa
Ň
enie
Laboratorium Sterowania Urz
Ģ
dze
ı
i Nap
ħ
dów Przemysłowych, w Instytucie Maszyn Nap
ħ
dów
i Pomiarów Elektrycznych w Politechnice Wrocławskiej.
W drugiej cz
ħĻ
ci skryptu, obejmuj
Ģ
cej praktyczne aspekty programowania sterowników, zostały
omówione programy narz
ħ
dziowe wchodz
Ģ
ce w skład pakietu CX-One, który stanowi podstawowe
narz
ħ
dzie do konfiguracji i programowania wszystkich obecnie produkowanych sterowników PLC
firmy OMRON. Przedstawiono instrukcj
ħ
obsługi oraz mo
Ň
liwo
Ļ
ci funkcjonalne
Ļ
rodowiska CX-
Programmer, w zakresie konfiguracji projektu, edycji programów w j
ħ
zyku drabinkowym oraz
uruchamiania i testowania aplikacji u
Ň
ytkownika. Na zako
ı
czenie przedstawiono wybrane instrukcje
i funkcje j
ħ
zyka drabinkowego sterowników OMRON oraz zasady ich u
Ň
ycia i parametryzacji.
3
Spis tre
Ļ
ci
1. Wprowadzenie ................................................................................................................................ 5
1.1. Sterownik programowalny – rys historyczny ........................................................................ 6
1.2. Podział sterowników programowalnych ................................................................................ 8
1.3. Dobór sterownika PLC do systemu sterowania ..................................................................... 11
2. Budowa i zasada działania sterowników PLC ................................................................................ 13
2.1. Ogólna zasada działania sterowników programowalnych ..................................................... 13
2.1.1. Cykl pracy sterownika .................................................................................................. 13
2.1.2. Tryby pracy sterownika PLC ........................................................................................ 16
2.2. Budowa sterowników PLC .................................................................................................... 16
2.2.1. Zasilacz ........................................................................................................................ 17
2.2.2. Jednostka centralna i pami
ħę
sterownika ...................................................................... 18
2.2.3. Moduły wej
Ļę
cyfrowych ............................................................................................. 19
2.2.4. Moduły wyj
Ļę
cyfrowych ............................................................................................. 21
2.2.5. Moduły wej
Ļę
analogowych ......................................................................................... 23
2.2.6. Moduły wyj
Ļę
analogowych ......................................................................................... 25
2.2.7. Moduły komunikacyjne ................................................................................................ 25
2.2.8. Moduły specjalne ......................................................................................................... 27
3. Programowanie sterowników PLC ................................................................................................. 28
3.1. Norma IEC 61131 .................................................................................................................. 28
3.2. J
ħ
zyki programowania sterowników PLC ............................................................................. 30
3.2.1. Podział j
ħ
zyków programowania .................................................................................. 30
3.2.2. Zasady tworzenia programów w j
ħ
zyku FBD .............................................................. 32
3.2.3. Edycja programów w j
ħ
zyku drabinkowym ................................................................. 35
3.2.4. Sekwencyjny schemat funkcjonalny ............................................................................. 38
3.3. Zmienne i typy danych .......................................................................................................... 40
3.3.1. Zmienne ....................................................................................................................... 40
3.3.2. Typy danych ................................................................................................................. 41
3.4. Synteza układów logicznych ................................................................................................. 43
3.4.1. Podstawowe operacje logiczne ..................................................................................... 43
3.4.2. Zastosowanie algebry Boole’a do minimalizacji funkcji logicznych ........................... 45
3.5. Standardowe funkcje i bloki funkcjonalne ............................................................................ 48
3.5.1. Podział funkcji i bloków funkcjonalnych ..................................................................... 48
3.5.2. Funkcje konwersji typów ............................................................................................. 49
3.5.3. Funkcje liczbowe .......................................................................................................... 49
3.5.4. Funkcje na ci
Ģ
gach bitów ............................................................................................. 51
3.5.5. Funkcje wyboru i porównania ...................................................................................... 52
3.5.6. Elementy bistabilne ...................................................................................................... 54
3.5.7. Detektory zbocza .......................................................................................................... 55
3.5.8. Liczniki ........................................................................................................................ 56
3.5.9. Czasomierze ................................................................................................................. 58
4. Sterowniki programowalne OMRON z rodziny CJ ........................................................................ 60
4.1. Rodzina sterowników OMRON ............................................................................................ 60
4.2. Sterownik CJ1M .................................................................................................................... 61
4.2.1. Budowa i parametry sterownika ................................................................................... 61
4.2.2. Jednostka centralna CJ1M CPU12-ETN ............................................................................ 63
4.2.3. Mapa pami
ħ
ci sterownika CJ1M .................................................................................. 65
4.2.4. Alokacja modułów rozszerze
ı
..................................................................................... 68
4
4.3. Wybrane moduły rozszerze
ı
sterowników serii CJ ............................................................... 70
4.3.1. Moduł wej
Ļę
cyfrowych ID211 .................................................................................... 70
4.3.2. Moduł wyj
Ļę
cyfrowych OD212 .................................................................................. 72
4.3.3. Moduł wej
Ļę
analogowych AD041 .............................................................................. 74
4.3.4. Moduł wyj
Ļę
analogowych DA041 .............................................................................. 76
5. Oprogramowanie narz
ħ
dziowe dla sterowników OMRON ............................................................ 79
5.1. Pakiet programowy CX-One ................................................................................................. 79
5.2. CX-Programmer .................................................................................................................... 82
5.2.1. Główne funkcje programu ............................................................................................ 82
5.2.2. Zakładanie i konfiguracja nowego projektu ................................................................. 88
5.2.3. Edycja programu w j
ħ
zyku drabinkowym .................................................................... 91
5.2.4. Uruchamianie i testowanie programów ........................................................................ 93
6. Wybrane instrukcje i funkcje j
ħ
zyka drabinkowego dla sterowników OMRON ............................ 97
6.1. Instrukcje detekcji zboczy ..................................................................................................... 97
6.1.1. Instrukcje DIFU i DIFD ............................................................................................... 97
6.1.2. Instrukcje stykowe ró
Ň
niczkuj
Ģ
ce ................................................................................. 98
6.2. Elementy bistabilne ............................................................................................................... 98
6.2.1. Zastosowanie instrukcji stykowych do realizacji funkcji przerzutników ..................... 99
6.2.2. Instrukcje SET i RSET ................................................................................................. 99
6.2.3. Instrukcja KEEP ........................................................................................................... 100
6.3. Czasomierze .......................................................................................................................... 100
6.3.1. Instrukcje TIM, TIMH i TMHH ................................................................................... 100
6.3.2. Czasomierz akumuluj
Ģ
cy TTIM ................................................................................... 102
6.3.3. Zmiana formatu danych czasomierzy ........................................................................... 103
6.3.4. Programowa realizacja funkcji czasowych typu TP i TOF ........................................... 103
6.4. Liczniki ................................................................................................................................. 105
6.4.1. Licznik CNT ................................................................................................................. 105
6.4.2. Licznik rewersyjny CNTR ........................................................................................... 105
6.5. Komparatory .......................................................................................................................... 107
6.5.1. Komparatory CMP i CPS ............................................................................................. 107
6.5.2. Bezpo
Ļ
rednie instrukcje porównania ............................................................................ 109
6.6. Generatory taktuj
Ģ
ce .............................................................................................................. 110
6.6.1. Systemowe generatory taktuj
Ģ
ce .................................................................................. 110
6.6.2. Programowa realizacja generatora taktuj
Ģ
cego ............................................................ 111
6.7. Operacje na danych ............................................................................................................... 112
6.7.1. Instrukcje transferu danych .......................................................................................... 112
6.7.2. Operacje przesuwania bitów ......................................................................................... 115
6.7.3. Operacje logiczne ......................................................................................................... 116
6.7.4. Operacje arytmetyczne ................................................................................................. 117
6.8. Instrukcje steruj
Ģ
ce przebiegiem wykonania programu ......................................................... 119
6.8.1. Instrukcje skoków ........................................................................................................ 119
6.8.2. P
ħ
tla FOR-NEXT ......................................................................................................... 120
6.8.3. Realizacja podprogramów ............................................................................................ 121
Literatura
................................................................................................................................. 123
1. Wprowadzenie
Dynamiczny rozwój przemysłu obserwowany w ci
Ģ
gu ostatnich lat spowodował
wzrost zło
Ň
ono
Ļ
ci procesów technologicznych oraz zaostrzenie wymaga
ı
w stosunku
do jako
Ļ
ci i wydajno
Ļ
ci produkcji. Ogromna konkurencja, panuj
Ģ
ca na
Ļ
wiatowym
rynku w
Ļ
ród najwi
ħ
kszych potentatów przemysłowych wymusza stosowanie coraz to
nowocze
Ļ
niejszych, bezpieczniejszych i bardziej niezawodnych systemów sterowania
i zarz
Ģ
dzania produkcj
Ģ
. Powszechnie d
ĢŇ
y si
ħ
do automatyzacji przedsi
ħ
biorstw
przemysłowych, polegaj
Ģ
cej na zast
Ģ
pieniu lub ograniczeniu ludzkiej pracy fizycznej i
umysłowej przez maszyny, wykonuj
Ģ
ce pewne powtarzalne czynno
Ļ
ci automatycznie.
Realizacja tej strategii mo
Ň
liwa jest tylko przy zastosowaniu nowoczesnych rozwi
Ģ
za
ı
z szeroko poj
ħ
tej dziedziny automatyki przemysłowej, która nieustannie si
ħ
rozwija.
W ubiegłym stuleciu opanowanie technologii wytwarzania półprzewodników
sprawiło,
Ň
e zdecydowanie najszybciej rozwijaj
Ģ
c
Ģ
si
ħ
dziedzin
Ģ
techniki stała si
ħ
elektronika. W szczególno
Ļ
ci rozwój techniki cyfrowej spowodował niesamowity
skok technologiczny w zakresie wytwarzania zło
Ň
onych urz
Ģ
dze
ı
technicznych,
charakteryzuj
Ģ
cych si
ħ
swego rodzaju inteligencj
Ģ
. Bez w
Ģ
tpienia najwi
ħ
kszym
sukcesem rozwoju tej dziedziny stało si
ħ
wynalezienie mikroprocesora, który bardzo
szybko stał si
ħ
„sercem” wszelkich urz
Ģ
dze
ı
elektronicznych powszechnego u
Ň
ytku,
dzi
ħ
ki czemu z ko
ı
cem ubiegłego stulecia trafił pod strzechy przeci
ħ
tnego
u
Ň
ytkownika.
Gwałtowny rozwój techniki mikroprocesorowej miał równie
Ň
kolosalne znaczenie
dla rozwoju automatyki przemysłowej, powoduj
Ģ
c wprowadzenie programowalnej
techniki cyfrowej do kombinacyjnych i sekwencyjnych układów sterowania
ówczesnych procesów przemysłowych. Naturalnym nast
ħ
pstwem tego było
wynalezienie i upowszechnienie programowalnego sterownika logicznego PLC (
ang.
programmable logic controller
), który dzisiaj jest podstawowym i najcz
ħĻ
ciej
wyst
ħ
puj
Ģ
cym elementem steruj
Ģ
cym prawie ka
Ň
dego, nowoczesnego procesu
technologicznego.
Sterownik programowalny jest uniwersalnym urz
Ģ
dzeniem mikroprocesorowym
przystosowanym do pracy w trudnych warunkach przemysłowych, gdzie jest
wykorzystywany do sterowania prac
Ģ
maszyn, urz
Ģ
dze
ı
oraz całych ci
Ģ
gów
technologicznych. Głównym zadaniem sterowników PLC jest realizacja
zaprogramowanych algorytmów sterowania w czasie rzeczywistym, na podstawie
analizy sygnałów wej
Ļ
ciowych, pochodz
Ģ
cych od sterowanego procesu. W wyniku
reakcji na zmiany sygnałów wej
Ļ
ciowych sterownik generuje odpowiednie sygnały
[ Pobierz całość w formacie PDF ]