Programozható irányító berendezések és szenzorrendszerek laboratórium Irányítás TWIDO PLC-vel Mérési útmutató BME IIT 2009
1 Általános tudnivalók A mérés elején a mérésvezet bemutatja a mérés során használt berendezéseket és a TWIDO- SUITE fejleszt rendszer kezelését, valamint a PLC felprogramozásának lépéseit. A második részben a mérésvezet által kiadott feladatot kell megoldani. Ez egy PLC program elkészítését és kipróbálását jelenti. Az elkészült program mködését a mérésvezetnek be kell mutatni. A mérés sikeres elvégzéséhez ismerni kell: - a TWIDO PLC hardware felépítését, - a TWIDO PLC létradiagramos programozási nyelvét, - a TWIDO SUITE fejleszt rendszert. A legfontosabb tudnivalók a mérési útmutatóból és a tárgy illetve a tárggyal párhuzamos eladásokhoz tartozó segédletekbl megtanulhatók. A TWIDO-SUITE fejleszt rendszer szolgáltatásait és használatát is a megadott honlapról letölthet anyagokból lehet elolvasni. A mérés eltt a mérésvezet kérdésekkel ellenrzi a felkészülést. A készületlenül jött hallgatók a mérést nem végezhetik el, nekik azt a pótmérésen pótolniuk kell. 1.1 Jegyzkönyv A mérés végén elkészítend jegyzkönyvnek tartalmaznia kell a megírt programok vázlatos mködését, a feladat megoldásához készített állapotdiagramot és a programot. A jegyzkönyv papíron és elektronikus formában is beadható. A jegyzkönyv leadási határideje a méréstl számított egy hét. A mérésre az osztályzatot a mérésvezet az elkészült jegyzkönyv, és a kérdésekre adott válaszok alapján határozza meg. 2 A TWDLCAA24DRF kompakt TWIDO PLC hardver felépítése 2 3 5 7 6 1 4-2 -
1 Tápfeszültség bemenet (230VAC) 2 14 darab kétállapotú (24VDC) bemenet 3 Bemenetek állapot kijelzi (LED) 4 10 darab kétállapotú kimenet (24VDC) 5 2 alapjel potenciométer (%IW0.0.0: 0 1023 és %IW0.0.2: 0 511) 6 Kimenetek állapot kijelzi (LED) 7 Programozói csatoló felület (PRG) 2.1 Tápfeszültség A laborban használt TWIDO PLC-k 230VAC tápfeszültséggel mködnek. A bels üzemi feszültségeket a PLC a belsejében lev tápegységgel elállítja, kifelé pedig érzékelk mködtetéséhez 24VDC feszültséget biztosít. 2.2 Kétállapotú bemenetek (24VDC) A TWDLCAA24DRF PLC kilenc darab kétállapotú bemenete van. Ezek a CPU-tól galvanikusan leválasztottak, névleges feszültségük 24VDC. A mérés során a kétállapotú bemenetekre kapcsolókat kötünk. A kétállapotú bemenetek %I0.0-tól %I0.13-ig közvetlenül címezhetk. 2.3 Bemenetek állapot kijelzi A bemenetek fizikai állapotát a bemenetekhez rendelt LED-ek jelzik. 2.4 Kétállapotú kimenetek A TWDLCAA24DRF PLC 7 darab 0,5A-el terhelhet 24 VDC kétállapotú kimenettel rendelkezik. Ezek a CPU-tól galvanikusan leválasztottak, és rövidzárral valamint túlfeszültséggel szemben védettek. A kétállapotú kimenetek %Q0.0-tól %Q0.9-ig közvetlenül címezhetk. 2.5 Kimenetek állapot kijelzi A kimenetek fizikai állapotát a kimenetekhez rendelt LED-ek jelzik. 2.6 Analóg be- és kimenetek A TWDLCAA24DRF kompakt vezérlk nem tartalmaznak beépített analóg bemeneteket és kimeneteket. Analóg be és kimenetek használatához bvít modulok szükségesek. 2.7 Alapjel potenciométerek (P1, P2) A két küls alapjel potenciométer lehetvé teszi, hogy programozó eszköz nélkül lehessen alapjelet változtatni. Az els potenciométer (%IW0.0.0) felbontása 10bit (0..1023), a második (%IW0.0.2) felbontása pedig 9bit (0..511). - 3 -
2.8 Programozói csatoló felület (PRG) A CPU-tól galvanikusan leválasztott RS485 interfész az alábbi feladatokra szolgál: PLC programozása számítógéprl programozó kábellel. Adatcsere RS485 csatoló felülettel rendelkez berendezésekkel MODBUS protokoll használatával. 2.9 Memória A TWDLCAA24DRF PLC 32kbájtos elemmel védett RAM memóriával rendelkezik. Ez a RAM az adat memória, és a felhasználói program memória feladatát látja el. A bels RAM tároló kapacitása dugaszolható memória modulokkal bvíthet. - 4 -
3 A létradiagramos programozás alapelemei A létradiagramos programozási nyelv a leggyakrabban alkalmazott PLC programozási eszköz. A villamos áramút tervek mintájára alakult ki, azok szoftveres megfeleljének tekinthetjük, de a mai PLC fejleszt rendszerek a hagyományos relés logikáknak megfelel elemeken túl már nagyon sok összetett funkcióelem és programszervezési technikák használatát is lehetvé teszik a létradiagramon belül 3.1 Alapelemek A létradiagram a következ alapelemekbl épül fel: vezetékek kontaktusok tekercsek funkcióblokkok 3.1.1 Vezetékek A grafikus ábrázolásban a bal oldalon függlegesen van a pozitív tápsín, a jobb oldalon pedig a negatív tápsín. A kett között vízszintesen és egymás alatt vannak az áram utak. Minden áram út bal oldalán vannak a kontaktusok, a jobb oldalon pedig a tekercsek. Egy áramút (Rung, Network) egy logikai függvényt valósít meg. A kontaktusok soros illetve párhuzamos kapcsolásával a logikai elemek ÉS illetve VAGY kapcsolatát valósítjhatuk meg. A tekercs a logikai függvény eredményét tárolja. A TWIDO PLC a ma szokásos PLC-k többségéhez hasonlóan a logikai függvényeket fentrl lefelé, egy függvényen (létrasoron) belül pedig balról jobbra haladva számítja ki. Az utolsó létrasor kiszámítása után a ciklikus mködésnek megfelelen minden kezddik elröl. A fenti ábra a: Q := ((A and B) or C) and (not(d)) logikai függvényt valósítja meg. Az A, B, C, D lehetnek a PLC kétállapotú bemenetei, a Q pedig az egyik kétállapotú kimenet, de lehetnek bels memória változók is. (A fenti kifejezésben a zárójelek a not (D) kivételével nem szükségesek.) - 5 -
3.1.2 Kontaktusok Típus Rajz jel Mködés Alaphelyzetben nyitott (Záró érintkez) (NO - Normally Open) Alaphelyzetben zárt (Bontó érintkez) (NC - Normally Closed) Felfutó él érzékeny kontaktus Lefutó él érzékeny kontaktus A kontaktus vezet, ha a változó értéke TRUE A kontaktus vezet, ha a változó értéke FALSE A kontaktus vezet, amikor a változó FALSE értékrl TRUE értékre vált A kontaktus vezet, amikor a változó TRUE értékrl FALSE értékre vált 3.1.3 Tekercsek Típus Rajz jel Mködés Normál tekercs A tekercs akkor és addig lesz bekapcsolt állapotban, amíg a bal oldalán logikai TRUE van (az ág vezet ) Negált mködés tekercs A tekercs akkor és addig lesz bekapcsolt állapotban, amíg a bal oldalán logikai FALSE van (az ág nem vezet ) Beíró (SET) tekercs A tekercs bekapcsolt állapotba kerül ha a baloldali ág vezet, és úgy marad a RESET-ig Törl (RESET) tekercs A tekercs kikapcsolt állapotba kerül ha a baloldali ág vezet, és úgy marad a SET-ig A fentieken túl sok PLC-ben más mködési elv tekercsek is léteznek, a TWIDO programozásánál a fentieket használhatjuk. 3.1.4 Funkció blokkok Ez a rövid összefoglaló a mai PLC-kben található számtalan funkcióblokk közül csak a méréshez szükséges, és a TWIDO PLC-kben is használható legfontosabb funkcióblokkokat mutatja be. - 6 -
3.1.4.1 Idzítk A C tekercs az A és B kontaktusok zárása után 3 másodperccel késbb kapcsol be. A TWIDO PLC-ben háromféle elven mköd idzítt használhatunk: TON Bekapcsolás késleltetés TOF Kikapcsolás késleltetés TP Pulzus Az idzítk mködési elve iddiagramokkal: 3.1.4.1.1 TON Megjegyzés: Ha az IN bemenet a t id letelte eltt visszamegy logikai 0 szintre a Q kimeneten nem lesz magas szint (lásd ábra jobb oldali rész). 3.1.4.1.2 TOF Megjegyzés: Ha az idzítés elindult, akkor a Q kimeneten csak akkor lesz újra alacsony szint, ha az IN bemenet a t ideig folyamatosan alacsony szint (lásd ábra jobb oldali rész). 3.1.4.1.3 TP - 7 -
Megjegyzés: Ha az idzítés elindult, akkor a Q kimenet a t id lejártakor mindenképpen alacsony szintre vált (lásd ábra jobb oldali rész). 3.1.4.2 Számlálók A TWIDO PLC-kben fel-le számlálókat használhatunk. A számláló CU bemenetén lev felfutó élre a számláló értéke 1-el n, a CD bemeneten lev felfutó élre pedig 1-el csökken. Az R bemeneten lev logikai TRUE érték törli a számlálót, az S bemeneten lev TRUE érték pedig a Preset Value értéket állítja be (fenti ábrán 10). A számláló blokk az aktuális értékét mindig összehasonlítja az ún. Preset Value értékkel, és egyezség esetén a D (Done) kimenetét logikai TRUE értékre állítja. A fenti ábrán a %C0 fizikai cím számláló amikor eléri a 10-es számolt értéket, a D kimenetének az R bemenetre való kötésével az rögtön törldik is. A TWIDO PLC számlálói 0..9999 közötti tartományban tudnak számolni. Nagyobb számokig történ számlálás két vagy több számláló kaszkádosításával oldható meg. Ehhez az E és F kimeneteket használhatjuk, amelyek az alul (Empty), illetve a túlcsordulást (Full) jelzik. 3.1.4.3 Komparátor blokk A fenti ábrán a C tekercs bekapcsol, ha az A és B kontaktusok zártak, valamint az elz példa számlálójának értéke is kisebb 5-nél. A komparátor blokkban a szokásos relációs jeleket használhatjuk: < <= > >= = <> Analóg bemeneti jelek feldolgozásakor a komparátor egyik operandusa lehet pl.: %IW0.0-8 -
3.1.4.4 Aritmetikai blokk A fenti ábrán a %MW10 fizikai cím memóriaszóba 5-ös értéket írunk, ha az A és a B kontaktusok zártak. Az aritmetikai blokkokban az értékadás jobb oldalán aritmetikai kifejezések állhatnak a szokásos mveleti jelekkel: + - * / Nagyobb PLC-kben az aritmetikai blokkok bonyolult számításokat trigonometrikus, hatvány stb függvényekkel, illetve tömb, mátrix, string típusú váltózókra vonatkozó mveleteket is tartalmazhatnak. Analóg kimeneti jel elállításakor a baloldalon például: %QW1.0 szerepel. 3.1.5 Fizikai címek használata a programban A TWIDO SUITE-ban a változókhoz (bemenet, kimenet, memória, ) címet kell rendelnünk. A címzések formája a következ: %Ix.y: Kétállapotú bemenet %Qx.y: Kétállapotú kimenet %Mx: Memória bit %MWx: Memória szó %IWx.y: Analóg bemenet %QWx.y:Analóg kimenet %TMx: Idzít %Cx: Számláló %Sx: System bit %SWx: System szó A cím mindig % karakterrel kezddik, majd a típusának megfelel bet(k)bl és a sorszámból áll. Példák %I0.0 %I0.1 %I1.0 %Q0.0 %Q0.1 %Q2.0 %IW0.0 0. digitális bemenet (egy bit) 1. digitális bemenet (egy bit) 0. digitális bemenet (egy bit) az els bvít modulon 0. digitális kimenet (egy bit) 1. digitális kimenet (egy bit) 0. digitális kimenet (egy bit) a második bvít modulon 0. analóg bemenet (egy szó, 16 bit els potenciométer) %M0 0. memória bit a bites memóriában %M12 12. memória bit a bites memóriában %MW0 %MW1 0. memória szó (16 bit) a szavas memóriában 1. memória szó (16 bit) a szavas memóriában %MW0:0 0. memória szó 0.bitje (nem azonos a %M0-val!!!) %S6 6. System bit (1Hz frekvenciájú 50% kitöltési tényezj négyszögjel) - 9 -
3.1.6 Szimbolikus változók A változóknak és a program által használt objektumoknak (idzítk, számlálók, stb.) célszer szimbolikus neveket adni, és a fizikai címük helyett a létradiagramban a kontaktusoknál azokat használni. A program így olvashatóbb, könnyebben érthet. A szimbólumok és a fizikai címek összerendelését a TWIDO-SUITE Program Configure menüpontjában végezhetjük. A szimbolikus elnevezések nem tartalmazhatnak szóköz karaktert, nem kezddhetnek számmal, viszont ékezetes karaktereket használhatunk. Az ábrán lev szimbólumtábla a második mintapéldához (automata ajtó nyitás zárás vezérélése) tartozik. - 10 -
4 Egyszer feladatok TWIDO PLC-vel 4.1 Szivattyú vezérlés Feladat Egy tartályba kútból szivattyúval tölthetünk vizet. A tartályból a vizet folyamatosan fogyasztják. A tartályban két szintkapcsoló, egy alsó és egy fels kapcsoló van. Készítsünk szivattyúvezérl programot! A szivattyút vezéreljük úgy, hogy ha a tartályban a vízszint az alsó szintjelz alatt van, akkor induljon el a szivattyú, és mindaddig járjon folyamatosan, amíg a víz a fels szintjelzt el nem éri. A fels szintjelz elérésekor álljon le a szivattyú, majd csak akkor kapcsoljon be újra, ha a víz az alsó szintjelz alá csökkent. Villogó hibajelzés legyen, ha a fels szintjelz jelez, de az alsó nem! (Ez üzemszeren nem lehetséges). Amíg a hiba fennáll, a szivattyú motor ne mködjön! Bemenetek: %I0.0 Alsó szintkapcsoló %I0.1 Fels szintkapcsoló Kimenetek: %Q0.0 Szivattyú motor mködtetés %Q0.1 Hibalámpa - 11 -
4.2 Automata ajtó nyitása - zárása Feladat Készítsük el egy áruház bejáratánál lev automatikusan nyíló és záró ajtó vezérlését a következ egyszer modell alapján! Az ajtó két oldalán egy-egy mozgásérzékel érzékeli a közeledket. Ha bármelyik irányból mozgást érzékelünk, az ajtót ki kell nyitni. A nyitó irányú motort addig kell vezérelni, amíg a Nyitva végállás kapcsoló nem jelez. Ha nyitott ajtónál 3 sec-ig egyik mozgásérzékel sem jelez mozgást, az ajtót be kell zárni. A záró irányú motort addig kell vezérelni, amíg a Zárva végállás kapcsoló nem jelez. - 12 -
4.3 Garázsajtó vezérlés Feladat Készítsünk garázsajtó vezérl programot a következ módon: A garázsajtó a Nyitógomb megnyomására nyíljon ki, a Zárógomb megnyomására pedig csukódjon be. Ha egy Fénysorompó érzékel azt jelzi, hogy akadály van az ajtó alatt, akkor állítsa meg az ajtó csukódását, de a nyitást ne állítsa le. Amíg a Fénysorompó akadályt jelez, addig az ajtó zárását ne lehessen elindítani. Az ajtómozgató motorokat végállás kapcsolók állítják le. Ha a két végállás kapcsoló egyszerre jelez, akkor jelezzen hibát a rendszer, és állítsa meg a mozgatást! Mozgatást csak a hiba megsznése után lehessen újraindítani! Bemenetek: %I0.0 Nyitógomb %I0.1 Zárógomb %I0.2 Nyitva (végállás érzékel) %I0.3 Fénysorompó (érzékel) %I0.4 Zárva (végállás érzékel) Kimenetek: %Q0.0 Nyitómotor %Q0.1 Zárómotor %Q0.2 Hibajelzés - 13 -
4.4 Gyalogátkel lámpáinak vezérélése Feladat Készítsünk létradiagramos programot egy gyalogátkel lámpáinak vezérléséhez! Alapállapotban a jármvek haladhatnak. Ha egy gyalogos át szeretne menni, meg kell nyomnia a nyomógombot. Ekkor a jármvek sárga, majd piros jelzést kapnak, ezután a gyalogos zöld, majd villogó zöld jelzést kap, melyet a jármvek piros-sárga, majd zöld jelzése követ. A lámpák vezérlését az alábbi táblázat tartalmazza: JPiros JSárga JZöld GYPiros GYZöld Fázis1 1 1 Fázis2 1 1 Fázis3 1 1 Fázis4 1 Villog Fázis5 1 1 1 Bemenet: %I0.0 Nyomógomb Kimenetek: %Q0.0 JPiros %Q0.1 JSarga %Q0.2 JZold %Q0.3 GYPiros %Q0.4 GYZold Memória bitek: %M1 Fázis1 %M2 Fázis2 %M3 Fázis3 %M4 Fázis4 %M5 Fázis5 %S6 Villogó - 14 -
- 15 -
4.5 Anyagszállítás START STOP VÉSZ Feladat Vízszintes szállító szalagok motorjainak, az adagoló szelepnek és mködést jelz lámpáknak a vezérlése a következ módon: A START nyomógomb rövid megnyomására induljon az anyagszállítás: START lámpa villog ( INDULÁS állapot), elször az M3-as motor indul el, 2 másodperc múlva az M2-es, újabb 2 másodperc múlva az M1-es motor, majd további 2 másodperc múlva nyisson ki a SZELEP. Ha minden elindult és a SZELEP is nyitva, akkor a START lámpa folyamatosan világítson ( JÁR állapot)! A STOP nyomógomb megnyomására kijáratással álljon le a rendszer: STOP lámpa villog ( LEÁLLÁS állapot), elször zárjon be a SZELEP, majd 8 másodperc múlva álljon le az M1 motor, ezután 5 másodperc múlva az M2 motor, végül 10 másodperc után az M3 motor álljon le. Ha minden leállt, egyik lámpa se világítson. ( ÁLL állapot) A VÉSZ nyomógomb bármikor történ megnyomására minden motor azonnal álljon le, zárjon be a szelep, a VÉSZ lámpa pedig villogjon ( VÉSZ állapot). A VÉSZ nyomógomb elengedésekor ÁLL állapotba kerüljön a rendszer (egyik lámpa sem világít), majd START gombra kezddjön elröl az anyagszállítás (START lámpa villog stb.)! A lámpák jelzései: ÁLLAPOT LÁMPA START STOP VÉSZ ÁLL - - - INDULÁS Villog - - MKÖDIK Világít - - LEÁLLÁS - Villog - VÉSZ - - Villog Bemenetek: %I0.0 START_GOMB (Nyomógomb) %I0.1 STOP_GOMB (Nyomógomb) %I0.2 VÉSZ_GOMB (Nyomógomb) Kimenetek: %Q0.0 M3_JARJON (motor mködtetés) %Q0.1 M2_JARJON (motor mködtetés) %Q0.2 M1_JARJON (motor mködtetés) %Q0.3 SZELEP (vezérlésre nyit, vezérlés nélkül bezár) %Q0.4 START_LÁMPA %Q0.5 STOP_LÁMPA %Q0.6 VÉSZ_LÁMPA - 16 -
- 17 -
- 18 -
- 19 -
- 20 -
- 21 -