Transcript PLC1

Programabilni logički kontroleri
PLC - osnove
Primena PLC u mehanizaciji
predavanje 1
Ver 2010.1
Uvod u programabilne
(mikroprocesorske) sisteme
Programabilni logički kontroler (Programmable Logic Controller)
je mikrokontrolerski sistem u kome su hardver i softver specifično
adaptirani industrijskom okruženju.
Sadržaj
1. Osnovne elementi neophodni za rad
2. princip rada
3. Komunikacija unutar sistema i sa ostatkom sveta
PLC sistem gledano spolja
PLC – Industrijski sistemi i protokoli
3/19
Osnovni elementi PLC sistema
230V
Napajanje
Sistemski
sat (clock)
5V
10%
Memorija
za program
Centralna
procesorska
Memorija
za podatke
jedinica
IO
Ports
(CPU)
uP sistem izvršava naredbe kao delove programa, jednu po jednu
• ko čuva naredbu? – memorija
• ko prenosi naredbu? - magistrala
• ko dekoduje naredbu? –CPU
• ko izvršava naredbu? – CPU
• ko sinhronizuje sistem? – sistemski sat (clock ili oscilator)
PLC – Industrijski sistemi i protokoli
4/19
Princip rada mikroprocesorskog sistema
Fetch
instruction
Memorija
1. fetch phase
(faza uzimanja)
2. decode&execute
(faza izvršenja)
CPU
Decode & execute
execute
instruction
decode
instruction
uP sistem izvršava naredbe kao delove programa, jednu po jednu
• ko čuva naredbu? – memorija
A dresna m agistrala
M agistrala za podatke
• ko prenosi naredbu? - magistrala
• ko dekoduje naredbu? –CPU
• ko izvršava naredbu? – CPU
A
O SC
D
- CPU m ik rop rocesor
C
A
D
ROM
C
A
D
RAM
C
K ontrolna m agistrala
• ko sinhronizuje sistem? – sistemski sat (clock ili oscilator)
PLC – Industrijski sistemi i protokoli
5/19
A
D
IO
p orts
C
U lazi/
izlazi
Programiranje na visem nivou
Lestvičasti dijagrami – Ladder diagrams
- Programski jezik višeg nivoa
- Specijalizovane šeme često korišćene da se dokumentuje
kontrolna logika nekon industrijskog sistema
- Bliski relejnim šemama
PLC – Industrijski sistemi i protokoli
6/19
Komunikacija unutra uP sistema
Unutar sistema podaci se prenose paralelno, svi bitovi
odjednom. To je brže i efikasnije.
Postoje magistrale (skup paralelnih linija) za instrukcije,
podatke i komande. Prenos može biti 8 , 16, 32 , 64 – bitni
D0
D0
D7
D7
D15
D15
Memorija
Centralna procesorska
za program
Jedinica (CPU)
Sl. Primer magistrale preko koje podatke razmenjuju
CPU i memorija za podatke
PLC – Industrijski sistemi i protokoli
7/19
Komunikacija sa spoljnim svetom -paralelna
Centralna procesorska
Jedinica (CPU) RD/WR
D0
D5
Paralel
port
P0
P5
Paralelna komunikacija
• dobra je u lokalu (svi podaci odmah ulaze-izlaze)
• loša na daljinu
•skupa (N žica, N pojačavača, N detektora nivoa ...)
• neotporna na šum (signalna masa, greška bilo kog bita...)
• nije lako sinhronizovati dva udaljena uređaja
PLC – Industrijski sistemi i protokoli
8/19
Komunikacija –paralelna ali analogni signal
data
AD
konvertor
Centralna procesorska
Jedinica (CPU)
DA
konvertor
Paralelni analogni prenos signala
• Ulazni analogni signal ( napon 0V – 12V, struja 0 – 20mA)
pretvaramo u broj preko analogno/digitalnog konvetrora – AD
• Na izlazu dobijamo analogni signal (napon 0V – 12V, struja 0 –
20mA) tako što broj pretvaramo u napon preko
digitalnog/analogno konvetrora - DA
PLC – Industrijski sistemi i protokoli
9/19
Analogno-digitalni konvertor (ADC)
Konvertuje kontinualni el. signal u digitalnu reč pogodnu za uC ili DSP.
Kontinualni
el. signal
AD
konvertor
Digitalne reči
500, 505, 600,
560, 800 , 1000...
mikroprocesor
Tipovi AD
•FLASH AD konvertor
•SAR AD Konvertor (sukcesivne aproksimacije)
Broj bitova
•
•
•
•
8 – bitni
10 – bitni
12 – bitni
16 , x –bitni
Primena
primena u industriji
primena u industriji
primena u industriji
specijalizovana precizna merenja
Analogna signal od senzora ka PLC
PLC – Industrijski sistemi i protokoli
10/19
Digitalni-analogni konvertor (DAC)
Konvertuje digitalnu reč u kontinualni el. signal
Kontinualni
el. signal
DA
konvertor
Digitalne reči
500, 505, 600,
560, 800 , 1000...
mikroprocesor
Tipovi DA
•Lestvičasta i težinska mreža
Broj bitova
•
•
•
•
8 – bitni
10 – bitni
12 – bitni
16 , x –bitni
Primena
primena u industriji
primena u industriji
primena u industriji
specijalizovana precizna merenja
Analogna komanda od PLC ka
instrumentima ili aktuatorima
PLC – Industrijski sistemi i protokoli
11/19
Primena ADC i DAC unutar PLC
PLC – Industrijski sistemi i protokoli
12/19
Komunikacija sa spoljnim svetom -serijska
Za prenos na daljinu. Manje žica, otporna na šum ..
Serijski port vrši serijsko/paralelnu konverziju
0
1
PLC
CPU
paralelni prenos
od i ka CPU
1
Serijski prenos
od i ka liniji
0
CPU
data bus
CPU
control
bus
RD/WR
1
1
1
CPU
address
bus
Add.
decod.
Serijski
IO port
1110
SIPO
PISO
TX linija
0
CS
RX linija
0110
logika
clock
prekid (TX or RX)
PLC – Industrijski sistemi i protokoli
Dozvola prekida
serijskog porta
13/19
PLC
- Osnovne osobine
PLC je oklopljeni i testiran mikroprocesorski sistem
koji je lako programirati
Sadržaj
1. Osnovne osobine PLC
2. Siemens PLC serija
3. Siemens PLC S7-200
Šta su PLC ?
Programabilni logički kontroler (Programmable Logic Controller) je
mikrokontrolerski sistem u kome su hardver i softver specifično
adaptirani industrijskom okruženju.
PLC je oklopljen mikrokontroler sa svakim delom dobro provernim,
vreme razvoja aplikacije se značajno umanjuje.
PLC je originalno namenjen kao zamena za relejne šeme. PLC se
bazira na programu koji se može menjati tako da omogućava brze
izmene i proširenja.
Savremeni PLC kontroleri su sposobni za sve vrste komunikacija,
RS485, MODBUS, PROFIBUS, Ethernet , IT (internet TCP/IP)
PLC koristi "ladder" lestvičaste dijagrame za programiranje.
PLC ima odvojene ulaza i izlaze.
PLC – Industrijski sistemi i protokoli
15/19
Veza PLC sa ostatkom sveta
PLC – Industrijski sistemi i protokoli
16/19
Primena savremenog PLC
Internet,
Ethernet,
MODBUS,
PROFIBUS
Kontrolu procesa čini čitava
grupa elektronskih uređaja
Konekcija PLC kontrolera ka
centralno kompjuteru ili internetu Ethernet, MODBUS,
PROFIBUS
Konekcija više distribuiranih
PLC između sebe
Konekcija PLC sa senzorima,
Aktuatorima kao i sa
raznim komandama i HMI
Analogni ulazi,
digitalni ulazi/izlazi
PLC – Industrijski sistemi i protokoli
17/19
Kontrolni orman sa i bez PLC
1. Broj žica umanjen za 80%
2. Umanjena potrošnja snage u odnosu na relejnu šemu
3. Dijagnostičke PLC funkcije umogućuju laku detekciju greške
4. Promena operacione sekvence celog sistema upravljanog sa PLC je veoma
Jednostavna, treba samo promeniti i upisati novi program.
5. treba manje rezervnih delova
6. mnogo je jeftiniji
7. PLC je mnogo pouzdaniji u odnosu na elektromehaničke releje.
PLC – Industrijski sistemi i protokoli
18/19
Osnovni elementi PLC kontrolera
CPU
Napajanje 24 VDC
or 220 VAC.
Priključci za
ulazne signale
Priključci za
izlazne signale
Komunicioni port
za programiranje
Programska memorija : FLASH
Korisnicka memorija: RAM
za promenjive,
za stanje ulaza
i za def.stanja izlaza
Linije za proširenje
- Dodatni ulazi /izlazi
-Ostali komunicioni portovi
- HMI (displej, tastatora)
PLC – Industrijski sistemi i protokoli
19/19
Digitalni ulazi/izlazi
Digitalni ulazi
(odvojeni)
Ovo su digitalni ulazi (tasteri, prekidači , tastature) ali postoje i analogni
Digitalni izlazi
(odvojeni i pojačani)
Upravljaju kontaktorima, motorima, relejima, LED diodama
PLC – Industrijski sistemi i protokoli
20/19
Analogni ulazi i izlazi
Analogni ulazi
Analogni izlazi
Ulazi sa raznih senzora (temper, protok, pritisak..)
Uglavnom podržavaju dva indust. standarda
• strujni ulaz 4mA – 20mA
• naponski mV ulaz
Generišu promenjivi analogni signal za regulaciju
na primer ugla zakretanja ventila, kazaljke ...
Uglavnom podržavaju ista dva indust. standarda
PLC – Industrijski sistemi i protokoli
21/19
Osnovne tri faze izvršenja PLC programa
Tri osnovna koraka koja se ponavljaju:
Korak 1.
Testiranje ulaza. Koji ima status ON ili status OFF. Svi ovi
ulazi se upisuju u odgovarajuće memorijske lokacije. Te
vrednosti se koriste tokom celog sledećeg koraka.
Korak 2.
Izvršenje programa, instrukciju po instrukciju.Na osnovu
programa, i na osnovu stanja u programu korišćenih ulaza
odgovarajuća akcija se vrši. Akcija može biti definisana i na
osnovu rezultata sačuvanog od ranije u internoj memoriji.
Korak 3.
Provera i korekcija izlaza. Izlazi dobijaju stanje u zavisnosti
od stanja ulaza iz koraka 1 i izvršenog programa iz stanja 2.
Nakon koraka 3 PLC počinje da izvršava ponovo korak 1.
Vreme skeniranja zavisi od programa i od tipa PLC.
PLC – Industrijski sistemi i protokoli
22/19
Sve faze izvršenja PLC programa
PLC – Industrijski sistemi i protokoli
23/19
Način programiranja PLC
Lestvičasta logika (ladder logic) je način crtanja el. logičkih šema.
To je grafički jezik, veoma popular kod PLC.
Originalno je izmišljen da zameni relejnu logiku.
Ime je dobio jer program podseća na merdevine.
Alternativa
STL (statment list) - Instruction List language
LD
O
A
=
start_taster
izlaz
stop_taster
izlaz
PLC – Industrijski sistemi i protokoli
24/19
Način programiranja PLC
Stara relejna šema
(napajanje, žice, špulne,
mirni i radni kontakti releja)
Lestvičasti PLC programi
koji zamenjuju ovu šemu
PLC – Industrijski sistemi i protokoli
25/19