Vezérlés 2.1. Vezérlés meghatározása Nyílt hatásláncú irányítás, ahol az irányított jellemző nincs (közvetlen) hatással az irányítási folyamatra. A vezérlést úgy kell kialakítani, hogy az irányítási rendszert érő zavaró hatások ne befolyásolhassák jelentősen az irányított (vezérelt) jellemzőt. Ezt csak úgy érhetjük el ha a lehető legnagyobb zavaró hatásokat is figyelembe vesszük már a tervezés során is és úgy alakítunk ki mindent, hogy még ezek se okozhassanak gondot a működés során. Emiatt a vezérlések általában pazarlóbbak anyagban, energiában egyaránt a szabályozásokhoz képest. 2.2. Vezérlés általános működési vázlata kép : Vezérlés blokkvázlat A vezérlési vonal 1
2.2.1. Vezérlési vonal szervei Érzékelő Információszerzés eszköze. Nincs minden vezérlésben. Többnyire a célkitűzést előíró vezetőjel kialakításában van szerepe. Vezérlő Rendelkezőjelet hoz létre automatikus vezetőjel és/vagy kezelőszemély utasításai alapján. A vezetőjele lehet: o Belső, a vezérlő maga állítja elő. o Külső de közvetlenül a Vezérlő által feldolgozható. o Külső jel melyet érzékelő szerv segítségével alakítunk át a Vezérlő számára feldolgozható jellé. Kezelő A vezérlő önálló működését szükség esetén felülbíráló emberi parancsokat fogadja. Erősítő Jel/teljesítmény-illesztést végez a vezérlőegység és a beavatkozószerv között. (Nincs minden vezérlésben) Beavatkozó szerv A vezérelt berendezésre közvetlenül ható szerv. 2.2.2. Vezérlési vonal jelei Vezetőjel Ez a jel határozza meg a vezérelt jellemző kívánt értékét (célkitűzés). Rendelkezőjel A célkitűzés megvalósításához szükséges parancs kiadása. Beavatkozójel A beavatkozószerv bemenő működtető jele. Módosított jellemző A vezérelt jellemző közvetlen befolyásolására alkalmas jel. Zavaró jellemzők A vezérelt jellemzőre ható olyan jelek, melyek nincsenek a vezérlőberendezés felügyelete alatt. 2
2.3. Vezérlések csoportosítása 2.3.1. A vezetőjel származása szerint Kézi vezérlés A vezetőjelet a vezérlést irányító személy határozza meg. Önműködő vezérlés A vezetőjelet a vezérlő emberi beavatkozás nélkül állítja elő. 2.3.2. Önműködő vezérlések csoportosítása a vezetőjel jellege szerint Követővezérlés Külső, érzékelt vezetőjel határozza meg a rendelkezőjelet. Példa: o A környezeti megvilágítottsági szint által vezérelt közvilágítás o Külső hőmérséklet által vezérelt fűtés Időtervvezérlés A vezetőjel egy az időtől függő, előzetesen megtervezett program szerint alakul. Példa: o Kapcsolóórával vezérelt közvilágítás o Programtárcsás mosógép Lefutóvezérlés Ezen vezérlés esetén a vezetőjel a vezérelt folyamat állapotától ( és esetleg külső érzékelt jelektől) függ. A vezérelt folyamat lépésekre bontható, az egyik lépésről a következő lépésre történő továbbhaladás feltételekhez kötött. Példa: o 1. lépés: Ha az alkatrész megérkezett: fúrógép bekapcsolása. o 2. lépés: Ha a fúrógép elérte üzemi fordulatszámát fúrószár süllyesztése. o 3. lépés: Ha elértük a furatmélységet a fúrószár kiemelése. o 4. lépés: Ha a fúrószár elhagyta a munkadarabot a fúrógép leállítása. o Stb Az időterv- és a lefutó-vezérlést programvezérlésnek is nevezzük, mert egy előzetesen megtervezett program végrehajtásán alapulnak. 2.3.3. Használt segédenergia szerint Pneumatikus vezérlések o Sűrített levegővel üzemel. o Szűrt, por- és nedvességmentes levegő szükséges hozzá. o Könnyű, hajlékony, egyszerű vezetékezés. o Tűz- és robbanásveszélyes helyen is alkalmazható. o Nem szennyezi a környezetet, a hordozó közeg (levegő) szabadon ereszthető. Hidraulikus vezérlések 3
o Nagynyomású folyadékkal (többnyire olaj) üzemel. o Csak zárt körben alkalmazható. o Nagy erők kifejtésére alkalmas. o Különleges vezetékezés, és tömítés szükséges. o Tűz-és robbanásveszélyes helyen is alkalmazható. o Sérülés esetén környezetszennyező. Villamos vezérlések o Villamosenergiával üzemel. o Kis átmérőjű vezetéken viszonylag nagy energia továbbítható. o Könnyen illeszthető villamos jelekhez (hiszen ez a leggyakoribb jelhordozó). o Tűz- és robbanásveszélyes helyen nem vagy csak külön intézkedések mellett használható. Nem szennyezi a környezetét. Vegyes vezérlések pl. villamos-pneumatikus, villamos-hidraulikus, stb A valóságban a vezérlések egy számottevő része ide tartozik hiszen gyakran párosítják a villamos segédenergiával működö vezérlőket pneumatikus, hidraulikus beavatkozószervekkel. 2.4. Villamos vezérlések csoportosítása 2.4.1. Építőelemeik szerint Érintkezős vezérlések Mágneskapcsolókat, érintkezőket, egyéb elektromechanikus elemeket tartalmazó vezérlések. Elektronikus vezérlések Mozgó alkatrészeket nem tartalmazó, elektronikus elemekből álló vezérlések. 2.4.2. Változtathatóság módja szerint Huzalozott logikájú vezérlések A működést alapvetően az alkatrészek összeköttetései határozzák meg. A működés módosításához az összeköttetéseket kell módosítani ( a gyakorlatban ez gyakran a teljes villamos kapcsolás újratervezésével jár). Programozható vezérlések A vezérlés működése az összeköttetések módosítása nélkül mindössze a vezérlő program cseréjével megváltoztatható. 2.5. Érintkezős villamos vezérlések felépítése, ábrázolása 2.5.1. Villamos vezérlések építőelemei Érzékelőszervek (szenzorok) Az egyszerű vezérlésekben az érzékelők az érzékelendő fizikai mennyiség valamely határértékének átlépését jelzik kétállapotú (esetleg háromállapotú) 4
kimenő jelekkel. Elnevezésük valamilyen-kapcsoló pl.: o közelítés-kapcsoló o hőmérséklet-kapcsoló o nyomás-kapcsoló o fordulatszám-kapcsoló o folyadékszint-kapcsoló, stb Szenzorok csoportosítása: 5
Szenzorok, a tipikus kimeneti jeleik szerint: Helyzetérzékelők csoportosítása: 6
Mechanikus helyzetkapcsolók: 7
8
Mágnessel működtetett közelítéskapcsoló, Reedrelé: 9
10
Magnetoinduktív közelítéskapcsoló: 11
Induktív közelítéskapcsolók: 12
13
Kapacitív közelítéskapcsolók: 14
Optikai érzékelők: 15
16
17
Ultrahang érzékelők: 18
Elektronikus közelítéskapcsolók jelképes ábrázolása: 19
Pneumatikus közelítéskapcsolók: 20
21
Hőmérsékletmérés: Egy ellenállás huzal hőmérséklet függése az alábbi: R= RT0 +D R = R T0 +b(t-t) 0 <2.2.> ahol T 0 a 0 ºC, T a mért hőmérsékletet, és R T0 a 0 ºC hőmérsékleten mért ellenállást, R a T hőmérsékleten mért ellenállást jelenti. A bw o hőmérséklet koefficiens az ellenállásváltozás C és hőmérsékletváltozás arányát adja meg. Az ellenállásmérés hídkapcsolásban történik. A referencia hőmérsékleten kiegyenlítve a mérőhidat, a hőmérő ellenállásának (R T ) változása hatására feszültség mérhető a híd keresztágában. A pontos mérést torzítja a csatlakoztató rézvezetékek R V ellenállásának változásai, ami az előremenő, visszavezető, és tápfeszültség ág eltérő vezetékhosszából és hőmérsékletfüggéséből származik. A mérőkábelek egyenlő hossza szükséges, de nem elégséges. A három vezetékes (hideg vezeték) mérési módszer (2.11. ábra) szünteti meg teljesen ezt a hibát. A 2.11. ábrán az R2 ; RT0, és R1 > R2. 22
R V +U T R R 1 T R V U R V R 2 R 2 -U T 2.11. ábra. Fém hőmérő három vezetékes bekötése Az érzékelő fémhuzalokat szabványosították. A leggyakrabban alkalmazott huzalellenállások az alábbiak: A Pt100-as és Pt1000-es platinahőmérő ellenállása 0 ºC-on 100 Ω, illetve 1000 Ω a b= 0,385W o. A mérési tartományuk függ a kialakítástól. Üvegcsőbe elhelyezve -200 - C +450 ºC, kerámiatestbe ágyazva -200 - +850 ºC. Ezen belül a 0 - +200 ºC tartományban a pontossága 0,01 ºC, és statikus karakterisztikája lineáris. A Pt1000-es előnye a nagyobb érzékenysége, de drágább. A Ni100-as nikkelhőmérő ellenállása 0 ºC-on 100 Ω, b= 0,614W o. A mérési C tartománya -60 - +200 ºC. Kevésbé lineáris, mint a Pt100-as. A fémhőmérők tehetetlensége nagy, ezért csak lassan változó hőmérsékletek mérésére alkalmas. Termoelemek A különböző fémek csatlakoztatási pontjában termo-elektromotoros erő (feszültséggenerátor) lép fel. A T 1 mért, és a T 2 referencia hőmérsékleten elhelyezett Fe-Ko és a Ko-Fe termoelemek egymással szemben vannak kapcsolva. T 1 T 2 T 3 T 4 Ko Cu Referencia termoelem Fe Ko Cu 2.12. ábra Termoelem bekötése A feszültségmérésben (2.12. ábra.), ha a réz (Cu) és a konstantán (Ko) forrasztási pontjai azonos (T 3 ) hőmérsékleten vannak, akkor a termo feszültségeik kiejtik egymást. A mérés kiértékeléséhez az is szükséges, hogy a T 2 hőmérséklet ismert legyen. A mért feszültség: U =a(t1- T) 2 <2.3.> A 2.13. ábrán az alábbi termoelemek statikus karakterisztikái láthatók: Fe-Ko: Vas-Konstantán Cu-Ko: Réz-Konstantán. Ni-CrNi: Nikkel-KrómNikkel Pt-RhPt: Platina-RhodiumPlatina A termoelemek statikus karakte risztikái széles hőmérséklettartományban közel lineárisak. A termoelemek osztályozásáról, jelöléséről bővebb információ a 3. mellékletben található. 23
Hőelemek típusai Megnevezés Összetétel Betű jel Hőmérséklet tartomány Hőmérséklet együttható Színkód Vas - Konstantán Fe-CuNi DIN43710 J L mv - 210 +1200 C : 0,54 10 o C + fehér - piros k fekete KrómNikkel - Nikkel mv NiCr-NI K - 270 +1370 C : 0, 41 10 o C + piros - zöld k zöld PlatinaRhodium - Platina Pt10Rh-Pt S - 50 +1770 C Pt13Rh-Pt R - 50 +1770 C : mv 0,07 10 o C + piros - fehér k fehér Pt30Rh-Pt B - 0 +1820 C + piros - szürke k szürke Réz - Konstantán Cu-CuNi DIN43710 T U mv - 270 +400 C : 0, 43 10 o C + kék - piros k kék KrómNikkel - Konstantán NiCr-GuNi E - 200 +950 C - 330 +1740 C Fordulatszám és szöghelyzet érzékelők Az analóg (pl.: tachogenerátor), illetve szinuszos (pl.: szinusz-koszinusz jeladó) jelet szolgáltató fordulatszám és szöghelyzet érzékelőket, a nagyobb pontosságuk, és ma már kisebb árukkal kiszorították a digitális encoderek. A digitális encoder (szöghelyzet-, fordulatszámadó) működésének alapelve, hogy a motor tengelyével együttforgó encoder tengelyre átlátszó tárcsa van rögzítve, amelyen átlátszatlan rovátkák, vagy koncentrikus körök mentén minták vannak. A tárcsa két oldalán egymással szemben optokapcsoló adó és vevő fejei vannak elhelyezve. Ha a motor, és vele az encoder tárcsa a forog, akkor a tárcsa rovátkái, vagy mintái megszaggatják a fénysugarak útját. Így az optokapcsolók kimenetein impulzus sorozat jelenik meg. A rovátkák száma a kör peremén 100 2000 közötti. Ez a szögelfordulás felbontása (R). A motorok megengedett fordulatszáma 4000 6000 fordulat/perc. Az impulzus sorozat frekvenciája (f) arányos a fordulatszámmal (n). f n 60 R <2.4.> Az impulzus sorozat határfrekvenciája (f M ) 20 40 khz. Az encodereknek két típusa van. Az inkrementális és az abszolút encoder. 24
Nyúlásmérő bélyeg: Különböző mechanikai jelenségek mérésére használatos Működési elv: egy adott huzal ellenállása nyújtás, alakváltoztatás hatására kismértékben változik Ha ismerjük a huzal paramétereit => akkor a változás mértékéből kiszámítható a mechanikai jelenség (erő, nyomás) nagysága Huzal ellenállása egyenesen arányos a hosszával, és fordítottan a keresztmetszetével. Nyújtás hatására huzalhossz Δl-el megnő, a keresztmetszet A*-ra változik, hogy a térfogat állandó maradjon (a hordozó anyag nyújtja ). azaz: ebből: végül: A nyúlásmérő bélyegek nyúlási (átalakítási) tényezője: Beavatkozószervek o Mágneskapcsolók (nagyáramú relék) o Villamos gépek (egyéb kiegészítesekkel, lásd szervomotorok témakör) o Mágnesszelepek (elektromágnessel működtethető szelep) o Villanymotoros szelepek 25
A villamos vezérlések mágnesszelepekkel és villanymotoros szelepekkel tudnak kapcsolódni pneumatikus, hidraulikus rendszerekhez. Relék Kis árammal működő behúzótekercsekkel, általában több nyitó és bontó érintkezőpárral, esetleg időzítési lehetőségekkel (késleltetve meghúz, késleltetve elenged) rendelkeznek. A relék alkotják az érintkezős vezérlések lelkét velük valósítják meg a vezérlést irányító logikai kapcsolatokat (lásd: áramútrajz, egyszerű vezérlési példák). Kapcsolók o Két vagy többállású billenőkaros kapcsolók, nyomógombok Ezeket leginkább a kezelőn alkalmazzák a kézi beavatkozáshoz, irányításhoz. o Mikrokapcsolók Fő felhasználási területük: helyzet-, végállás-kapcsoló. 26
Kijelzőszervek, mutató-, író-berendezések 2.5.2. Áramútrajz Fogalma Az érintkezős vezérlések leírására alkalmazott, jól bevált, egyszerű, áttekinthető ábrázolási mód. o A vezérlést egyedi, az egyik tápvonaltól a másikig tartó áramágakra bontjuk. o Az ágakat függőlegesen, (lehetőleg) vezetékkereszteződés nélkül rendezzük el. o A készülékeket (pl. érintkezők) nyugalmi állapotukban ábrázoljuk, működtetési irányuk balról-jobbra mutat. Bár az érintkezős vezérlések használata manapság már ritka a félvezetős eszközök térhódítása miatt - az áramútrajzot egyszerűsége, elterjedtsége miatt modernebb, nem érintkezős vezérlések leírására is használják, pl.: egyes PLC-knek létezik létradiagram programozási "nyelve" is, ahol áramútrajzalakban kell megfogalmazni a vezérlőprogramot. 27
Rajzjelei Megnevezés Rajzelem Érintkezők általános jelölése, záró-, bontó- és váltó: Villamos hőrelé érintkezője a működtető ikerfémmel (bimetall): Végállás-kapcsoló: Nyomógombos (önvisszaálló) kapcsolók: Többállású választókapcsoló: Motor, háromfázisú motor, izzó: Relé működtetőtekercse (általános): Késleltetve meghúzó, késleltetve elengedő relé tekercse: 28
Hőrelé (fűtő-) működtetőtekercse: táblázat : Áramutas ábrázolás fontosabb rajzjelei Egyszerű vezérlési példák o ÉS kapcsolat - érintkezők soros kapcsolása A fogyasztó csak akkor működik - ha az A és a B érintkező is működtetve van. kép: ÉS kapcsolat o VAGY kapcsolat - érintkezők párhuzamos kapcsolása A fogyasztó működik - ha az A vagy a B vagy mindkettő érintkező működtetve van. kép : VAGY kapcsolat o Bekapcsolás - kapcsolóval és relével működtetett fogyasztó A fogyasztó akkor működik ha az A érintkező működtetve van. Ezt természetesen a K relé nélkül is meg lehet csinálni - de ezzel a megoldással kis áramú A érintkező is kapcsolhat nagy áramú fogyasztót, valamint a galvanikus leválasztás lehetősége is adott. 29
kép : Bekapcsolás o NEM (tagadás) - nyitó-érintkező, illetve relés megoldás nyitó-érintkezővel Az első változatban a fogyasztó az A érintkező nyugalmi állapotában kap táplálást, A működtetése esetén nem. A második változat essetén - ha az A érintkező működtetve van akkor a K behúzótekercs és a K-1 nyitó-érintkező is működik - és ekkor a fogyasztó éppen nem kap táplálást. Értelemszerűen - ha az A érintkező nincs működtetve a fogyasztó akkor kap táplálást. kép : Tagadás relé nélkül - és relével o Öntartás - tárolás Minden komolyabb vezérlésben szükség van "emlékezőképességre" - azaz arra, hogy a vezérlés tudja milyen állapotban van éppen. Az öntartó kapcsolás - valójában egy 1-bites tárolóegység érintkezős-relés megvalósítása. Működése a következő: Alaphelyzetben a K meghúzótekercs nem kap táplálást - ezért egyelőre K-1 és K-2 is nyugalmi - azaz nyitott állapotban vannak, a Q fogyasztó (kimenet) sem kap táplálást. Ha az S nyomógombot (beírás - set) működtetjük, akkor K relé behúz, K-1 zárása folytán a relé most már saját magának biztosít táplálást - ezért S elengedése után is behúzott állapotban marad ( S és K-1 vagy kapcsolatban vannak). A relé csak akkor fog elengedni - ha működtetjük az R (törlés-reset) nyomógombot - hiszen ez tudja megszakítani K táplálását. 30
kép : Öntartó kapcsolás o Kölcsönös reteszelés Reteszelésnek hívjuk azt az esetet - amikor egy áramkör megakadályozza egy másiknak a működését. Kölcsönös reteszelés esetén két áramkör - két öntartó kapcsolás - akadályozzák kölcsönösen a másikat. Bármelyik öntartó kapcsolást bekapcsolhatjuk - de csak akkor ha a másik éppen nincs bekapcsolt állapotban. A kölcsönös reteszelést az öntartó kapcsolások reléivel sorba kötött A-2 és B-2 nyitó érintkezők valósítják meg. kép : Öntartó kapcsolások kölcsönös reteszelése Szállítószalag vezérlés Ebben a példában egy nagyon egyszerű szállítószalag-vezérlést láthatunk. Ha a futószalag bal felére egy csomagot dobnak - azt el kell juttatni a szalag másik végére és ha a csomag ledobódott - akkor a futószalagot le kell állítani. 31
kép : Szállítószalag Maga az érintkezős vezérlés semmi más, mint a fentebb ismertetett öntartó kapcsolás: kép : Szállítószalag vezérlése o A csomag érkezését érzékeli az É1 érzékelő. o Az É1 érzékelő egy öntartó kapcsolás segítségével bekapcsolja a szállítószalagot hajtó motort. o A szállítószalag végén a csomag elhagyja a szalagot, ezt az É2 érzékelő érzékeli. o Az É2 érzékelő működtetett állapota bontja a motort működtető áramkört. 2.6. Programozható Logikai Vezérlők (PLC) 2.6.1. Fogalma PLC : Programmable Logic Controller magyarul: Programozható Logikai Vezérlő Vezérlési célokra kialakított, ipari körülményeket elviselő, megfelelő illesztésű be- és kimenetekkel rendelkező mikroszámítógép. 2.6.2. Felépítés Belső felépítés A legtöbb PLC-t tekinthetjük egy egykártyás mikroszámítógépnek is, belső, vázlatos felépítésük a következő: 32
kép : PLC belső felépítése órajel : A CPU és esetleg más egységek órajelét állítja elő. CPU : Központi Feldolgozó Egység, processzor. Ez lehet valamilyen mikrovezérlő vagy akár személyi számítógépekben is alkalmazott processzor. belső sín : Ezen keresztül érintkezik a CPU a többi egységgel (esetleg egyes egységek a CPU nélkül egymással). Vonalainak szokásos csoportosítása: cím-sín, adat-sín, vezérlő-sín rendszer programtár : ebben található gyakorlatilag a PLC "operációs rendszere" felhasználói programtár : az irányítási feladatot ellátó, megírt, lefordított és letöltött program(ok) taláható(ak) benne adattár : a vezérlés közben ideiglenesen használandó adatok (változók) tárolására szolgál kezelőszervek : a legtöbb PLC-n található néhány kezelőszerv: egy-két nyomógomb, digitális forgatógomb, LED-ek, egyszerűbb kijelzők, stb... kapcsolat-illesztő : a programletöltéshez, kézi programozó vagy egyéb külső egységek (billentyűzetek, képernyők,...) csatlakoztatásához, valamilyen ipari hálózathoz történő csatlakozáshoz általában egy-két illesztőfelület áll rendelkezésre, például: o aszinkron soros csatoló (RS232, RS422, RS485) o CAN-busz,MOD-busz, PROFI-busz, FIELD-busz o USB (Universal Serial Bus) o ETHERNET (UTP, STP kábelen) tápegység : a belső tápfeszültség a digitális technikában manapság gyakran alkalmazott 5V, 3.3V (, 2.7V, 1.8V) egyenfeszültség - melyet a PLC külső tápfeszültségéből állítanak elő. A külső tápfeszültség leggyakrabban 24V-, ezt a tápegységet nem szokták a PLC-kbe beépíteni. bemenet / kimenet : Az irányított folyamat érzékelőinek kimeneti jelei és beavatkozószerveinek vezérlő bemenetei csatlakoznak ide. Összetettebb feladatoknál, egyszerű PLC-k alkalmazása esetén gyakran az együttműködő PLC-k is a szokványos be- és kimeneteik összeköttetése révén adnak hírt egymásnak. 33
Az egyszerűbb PLC-k csak digitális (azaz kétállapotú jelekkel működő) be- és kimenetekkel rendelkeznek. Komolyabb PLC-k analóg be- és kimenetekkel is szoktak rendelkezni) Külső kialakítás A PLC-vel irányítandó folymat bonyolultsága természetesen széles skálán mozoghat. Kis feladatokhoz célszerű egyszerű, kevés be- és kimenettel rendelkező PLC-t használni. Nagyobb összetettebb irányítási feladatok nagytudású, sok és egyben többfajta be- és kimenettel rendelkező PLC-t kívánnak. Utóbbi esetben szinte mindig van igény a bővíthetőségre is, ezért a legtöbb gyártó két kialakítással készít PLC-t: Kompakt ("kis-csomag") Ezek a PLC-k nem bővíthetők, olyat kell választani belőlük - mely a felmerülő igényeket biztosan el tudja látni. kép : Kompakt PLC Moduláris ( fiókos - fiókrendszerű) Fiókrendszerű PLC-k esetében külön házban alakítják ki a tápegységet, a központi vezérlőt, a kommunikációs egységet, a be- és kimeneti egységeket (ezeken belül is gyakran külön a digitális és az analóg egységeket). A feladat megoldásához szükséges egységek közös sínre fűzhetők. Az irányítási feladat bonyolultságával együtt a rendszer is tovább bővíthető - új egységek csatlakoztatásával. 34
kép : Fiókrendszerű PLC 2.6.3. Illesztések A PLC belső áramkörei és a be-kimeneti pontok között illesztő áramköröket találhatunk. Ezek gyakran több feladatot is ellátnak egyszerre: Szintillesztést végeznek a belső logikai szintek és az irányításban alkalmazott (legtöbbször 24V, 48V, 230V~) egyen- és váltakozófeszültségek között. Védelmet biztosítanak a bejövő zavarokkal, nagyfeszültségű impulzusokkal, rövidzárral szemben. Galvanikusan elválasztják a PLC és a hozzá csatlakozó berendezések áramköreit. Illesztésekben használt áramköri elemek Tranzisztor Tranzisztorokkal önmagában csak feszültségszint-illesztést és áramerősítést tudunk megoldani. Gyakran használják őket a többi felsorolt elemmel együtt. A bemeneti és a kimeneti oldalon egyaránt előfordulnak. Dióda A bemeneti oldalon fordított bekötés elleni védelemhez és feszültségkorlátozó megoldásokhoz használják. A kimeneti oldalon feszültségtüskék energiájának elnyeléséhez alkalmazzák őket. Nagyfeszültségű impulzusok gyakran keletkeznek kisfeszültségű áramkörökben is induktív fogyasztók kikapcsolásakor. RC-tagok Nagyfrekvenciás zavaró hatások kiszűrésére használják - túlnyomó részt a bemeneti oldalon. Transzformátor Feszültségszint-illesztést és galvanikus leválasztást valósítanak meg vele a bemeneti oldalon (csak váltakozó jelekhez). Optocsatoló Az optocsatolókban világítódiódával előállított, szigetelőanyagon áthaladó és a túloldalon fototranzisztorral felfogott fény továbbít hírt. Többnyire a bemeneti oldalon használják (néha nagyfeszültségű kimeneteknél is) galvanikus leválasztás céljára. 35
Relé A kisméretű mágneskapcsolók - azaz a relék két feladatot is elláthatnak: áramerősítés és galvanikus leválasztás. Egyszerű, kompakt PLC-kben gyakran találkozhatunk apró relékkel megvalósított kimeneti áramkörökkel. 2.6.4. Alapvető utasítások Rengeteg PLC-típus létezik - mégis, röviden összefoglalhatjuk azokat az utasításokat, melyek szinte minden PLC-ben rendelkezésre állnak a vezérlőprogram elkészítése során: Bemenetek olvasása A bemenetek, kimenetek és belső változók között logikai kapcsolatok létrehozása (legalább ÉS, VAGY, NEM) Logikai műveletek eredményének belső tárhelyre vagy kimenetre írása Feltételes végrehajtás: HA feltétel AKKOR utasítás Időzítők beállítása, indítása, lekérdezése Számlálók léptetése, törlése, lekérdezése 2.6.5. Programvégrehajtás Magától értetődően a legegszerűbb végrehajtási mód - szinte minden programozási környezetben - a soros (szekvenciális) végrehajtás. Ekkor a felsorolt utasítások sorban, egymás után hajtódnak végre. A PLC-k többségében ezen felül találkozhatunk egy másfajta végrehajtási móddal is: a körkörös (ciklikus) végrehajtással. Mivel a legtöbb vezérlés olyan, hogy a PLC-nek állandóan figyelnie, csinálnia kell valamit - ezért a PLC az elkészített vezérlőprogramot - vagy annak egy részét - állandóan újra és újra, körkörösen végrehajtja. Ha ezt elég gyorsan teszi - akkor olyan hatást érhetünk el, mint ha a benne szereplő utasítások szinte folyamatosan, egyszerre fejtenék ki hatásukat. Azt az időtartamot - mely időközönként a program futása újrakezdődik ciklusidőnek nevezzük. Ez jellemzően 0.001-0.1s közötti időtartam szokott lenni PLC-től és feladattól függően. A vezérlési feladatok egy részénél fontos követelmény lehet, hogy a vezérlőprogram az összes bemenet állapotáról egyszerre kapjon információt és a kimeneteket is csak egyszerre, egyidejüleg (szinkronizálva) tudja megváltoztatni. A körkörös végrehajtásban egy-egy apró időszeletet foglal el a kimenetek közös olvasása és kiírása, valamint a PLC önelleőrző tesztjének végrehajtása. Egyes esetekben - hogy a ciklusidő állandó, kiszámítható legyen - a körkörös végrehajtásba üresjáratot (holtidőt) is iktathatnak. 36
2.6.6. Programozás Eszközök kép : körkörös végrehajtás ábrázolása Másfél-kettő évtizeddel ezelőtt - amikor még a hordozható számítógépek nem voltak ilyen elterjedtek és áruk is jóval magasabb volt - ipari körülmények között a PLC programozását hordozható, kézi programozóval végezték. Természetesen ekkor is lehetett a programozást személyi számítógéppel végezni, de vagy a (nagyon drága) számítógépet kellett a letöltés idejére a PLC közelébe vinni vagy a PLC-t kellett kiszerelni a környezetéből és azt vinni a PC közelébe. kép : kézi programozó Mára sokat változott a helyzet. A hordozható PC-ket bátran viszik ipari környezetbe is - viszonylag alacsony áruk miatt. A PLC-k számottevő része manapság már ETHERNET hálózati csatolóval is rendelkezik - így helyi hálózat esetén más helységből, épületből is történhet a programozása. Gyakran előfordul, hogy a PLC önálló internet-kiszolgálóként is működik - ekkor akár a világ bármely részéről elérhetjük, honlapján keresztül állapotát megfigyelhetjük, utasításokat adhatunk számára, FTP kapcsolaton keresztül pedig módosíthatjuk a vezérlőprogramot is. Egyre több PLC rendelkezik memóriakártya-olvasóval is. Az elterjedt és olcsó kártyákkal gyorsan és biztonságosan szállíthatjuk a vezérlőprogramot a programfejlesztő PC és a PLC-k között. Programnyelvek 37
Utasításlista : szokványos megoldás a programozási ismeretekkel rendelkező felhasználók részére. A programot szöveges alakban megadott utasítások sorozatából állítjuk össze. Logikai függvények (kapuk) : összetettebb logkai függvények megadása esetén hasznosak lehetnek azok a programozási környezetek - ahol látszólag egy digitális kapcsolási rajz elkészítésével lehet a vezérlőprogramot létrehozni. Létradiagram : A PLC-k térhódításával egyre kevesebb szükség van az érintkezős vezérlések használatára. Sok olyan (főként idősebb) szakember létezik - akik érintkezős-relés vezérlések építésében szereztek gyakorlatot. A PLC-gyártók elsősorban az ő szaktudásukhoz igazítva hozták létre a létradiagram-elvű programozási környezeteket. A vezérlő-program helyett egy relés-érintkezős tervet kell készíteni az áramútrajzhoz hasonló külalakban. 2.6.7. Alkalmazás célszerűségi határa kép : létradiagram programozási példa Az érintkezős-relés vezérlések ára a feladat bonyolultságával egyenletesen növekszik, majdnem nulláról indul. A kompakt vezérlők ára természetesen állandó - azonban nem lehet velük tetszőlegsen bonyolult feladatot megoldani. A fiókrendszerű PLC-k ára még egyszerű kiépítés esetén is magasabb, mint az egyszerűbb kompakt vezérlőké - hiszen a bővíthetőség lehetősége is növeli az árat. A fiókrendszerű PLC szinte bármilyen összetett feladat ellátására alkalmas - sőt, komolyabb feladatok esetén ez a legolcsóbb megoldás. 38
kép : relés vezérlés és PLC-k ár-bonyolultság függvénye 39