Transcript USP´n En bok om Tillämpad Styrteknik Erik Jansson

USP´n
En bok om Tillämpad Styrteknik
Erik Jansson
USP´n den Universella StyrPlattan
Boken innehåller en mix av programmering-, teori-, räkne- och kopplingsövningar.
Från det allra enklaste till det ganska svåra. Det börjar med enklaste
ladderprogrammering och slutar med mer avancerade övningar som
t.ex. analog mätning med plc´n där programmen görs med funktionsblock eller tom
Sequential Function Charts (SFC)
Boken passar bra i kurser som:






Styrteknik B
Mekatronik
Programmerbara styrsystem
Mät och styrteknik
Automationsteknik
Varför inte som självstudiematerial vid företagsutbildning
USP´n är även användbar för delmoment i flera andra kursen
Det finns ett separat blad som visar kopplingen till kurser inom
Gy 11
Naturligtvis kan många idéer från boken användas till andra system än USP`n
2012-04-19
© Erik Jansson
www.exoteknika.se
2/10
Innehållsförsteckning
Sida
Beskrivning av hårdvara och studieunderlag
4
Automationsteknikens grunder
6
Plintlista
9
Komma igång med programmering av PLC’n
10
Övningsuppgift: Logiska funktioner
12
Teori: Omvandling mellan olika talsystem
13
Räkneuppgift: Omvandling mellan olika talsystem
15
Programmering: Komma igång uppgifter
16
Teori om nöd-, produktion- och skyddstop
19
Tidstyrning med PLC. Grundläggande principer
22
Räkneuppgift: Omvandling mellan olika talsystem
25
Programmeringsuppgifter: Tidstyrning, räknare
26
Räkneuppgift binär matematik
28
Programmeringsuppgifter & schemauppgift
29
Programmering av trafikljus
30
Del 2:
Programmering med funktionsblock
32
Teori och övning: AD / DA-omvandlig
34
Programmering: Analog temperaturmätning
36
Programmering, kopplingsuppgift:
Bromsning av motor
Programmering, inkoppling: Givarstyrd motor
37
Programmering, inkoppling: Belysningsstyrning
39
Programmering: Digital till analogomvandlare
40
Sequential Function Charts (SFC)
41
Fältbuss och galvanisk isolering
43
Facit till alla räkneuppgifter
2012-04-19
© Erik Jansson
38
44 www.exoteknika.se
3/10
Beskrivning av den ”Universella styrplattan Grundtanken är att förbindningarna på USP´n aldrig får kopplas om utan bara
byggas ut. Eleverna får enbart ansluta något till den tomma sidan på plintraden
1 – 35. Det bifogas ett testprogram ”Test Universella Styrplattan”
som kontrollerar att alla sensorer, ingångar, utgångar, aktorer och objekt fungerar.
Denna test är bra att göra vid kursstarten.
Systemet är uppbyggt på en aluminiumplatta, 450 * 350 * 4 mm
med två rejäla handtag på kortsidorna. Storleken är anpassad så man får plats med
två enheter på varje hylla i ett standardskåp. Eftersom plattan är av aluminium är det
enkelt att borra, gänga och skruva om man vill montera något mer på den.
Det finns fem st. helt ”fria” plintar men också plats för många fler
Styrenhet Logicmodul Zelio SR3B261BD med 16 in- och 10utgångar
De åtta reläutgångarna Q1 – Q8 ger 0 / +24 V men Q6 – Q8 är kopplade via ett
nödstopp. Utgångarna Q9, Q10 och ingångarna IH, IJ, IK, IL är lämnade helt fritt för
egna idéer.
Logikmodulen ger möjlighet till att ”jacka i” A/D- och D/A-modul, Modem för
mobiltelefoni, Modem för anslutning till industribuss Modibus med mera.
USB-kabel och en 24 volts nätadapter bifogas.
Sensorer. Det finns: Fem st. återfjädrande tryckknappar (Trk 1 – Trk 5). Se figur nedan En närvaro‐detektor som ger ”nolla vid indikering”. Se figur första sidan Ett nödstopp som ger ”nolla” vid aktivering. Se figur första sidan En kapslad analog temperaturgivare (Termistor) En tryckknappslåda med tre knappar för relästyrning, fram/back/stop För en av övningarna behöver ni en induktiv givare för 24 V
Aktuator / ställdon Två st. kontaktorer som styr motorn med- eller motsols
Två st växlande 2-poliga reläer finns för egna inkopplingar
Objekt Likströmsmotor med en stor ratt med skalstreck som visar positionen
Åtta st. lysdioder är kopplade till PLC’ns utgångar varav två blå, två av röd,
gul och grön som tex kan programmeras till ett korsande trafikljus. Därtill
finns två blå lysdioder för fri användning
För en av övningarna behöver ni ett styrbart lysrör 0 – 10 V
Manöverpanel
Panel med 10 st lysdioder och 5 tryckknappar
Trafikljus
Trk 5
24 V DC
Trk 4
Röd 1
Röd 2
Blå 1
Gul 1
Gul 2
Blå 2
Trk 3
Grön 1
Grön 2
Blå 3
Trk 2
Blå 4
Trk 1
10 * 1.2 kohm
2012-04-19
© Erik Jansson
www.exoteknika.se
4/10
Studiehandledningen innehåller programmeringsövningar Det finns ca femtio programmeringsövningar med svårighetsgraden från nybörjare
till professionell användare. Facit bifogas
I DEL 1 löses uppgifterna med ladderprogrammering av logiska
funktioner, tid-, räknestyrning och minnesfunktioner
I DEL 2 löses uppgifterna med funktionsblock som tex kan vara:
Analog mätning / styrning, Kalender och datumstyrd belysning,
Närvarostyrd belysning.
Det finns facit till alla övningarna
I DEL 3 finns en beskrivning, kopplingsanvisning och övningar som leder fram till
hur en miniatyrrobot kan styras från USP´n. Underlag för relästyrning
fram/back/stop ges. Ide´ förslag om hur motorn kan styras m.h.a solens läge
och en vinkelgivare
Studiehandledningen innehåller teori om:  Logiska funktioner och omvandling mellan olika talsystem
 Nöd-, produktion och skyddsstopp
 Analog till Digitalomvandling och vice versa
 Fältbussen och galvaniskt skilda signaler
 Sequential Function Charts (SFC)
Studiehandledningen innehåller teoretiska uppgifter om  Logiska funktioner
 Omvandling mellan olika talsystem.
 Analog till Digitalomvandling och vice versa
Det finns ca sjuttio räkneuppgifter med facit
En röd tråd går genom hela materialet där svårighetsgraden successivt stegras så
tanken är att eleven relativt självständigt skall kunna arbeta sig genom uppgifterna.
Förslag på lektioner  Automationsteknikens komponenter som: Styrsystem, Aktuatorer, Sensorer
 Funktion, uppbyggnad och programmeringssätt av en PLC
 Logiska funktioner
 Binära och andra talsystem
 Nöd-, produktion- och skyddsstopp
 Memory (minnen)
 Timers (tidkretsar)
 Counters (räknare)
 Sekvensprogrammering
 Programmering med funktionsblock
 Analog till Digitalomvandling och vice versa
2012-04-19
© Erik Jansson
www.exoteknika.se
5/10
DEL 1
Automationteknikens grunder Styrteknik används när något skall göras automatiskt vilket innebär att förloppet går
av sig själv. I styrsystemet finns numera alltid en dator. En PLC (Programmable
Logical Controller) är en industrianpassad datorenhet som är gjord för att styra
objekt som tex en hiss, maskin, port, belysning, vindkraftverk, värmepump med
mera. PLC-system används idag i stor omfattning därför att de är flexibla, driftsäkra,
billiga och relativt enkla att programmera.
Ett PLC-system kan principiellt beskrivas med följande figur
Ingångar
Informationsbehandling
Dator & Program
Sensorer /
Detektor
Aktuator /
Ställdon
Tex.
Pneumatik
Hydraulik
Motor
Objekt
Tex.
Garageport
Belysning
Maskin
Ingångar Ingångar / Sensorer / detektorer är kopplade till ingångarna på PLCn. Man kan
betrakta dom som PLCn´s ”sinnen” alltså de känner av olika yttre händelse som tex
att:
 Någon trycker på en knapp
 Någon går förbi en närvarodetektor
 Materialet är på rätt plats så att borrningen sker på rätt ställe
 Temperaturen inte blir så hög att produkten skadas
 Oljenivån inte blir så låg att motorn skär ihop
 Trycket inte blir så högt att tanken exploderar
Ingångarna till PLCn kan i sin enklaste form bara indikera över eller under ett
specifikt värde (Etta / Nolla / Sant / Falskt).
För styrplattan gäller att en ”Etta” = 24 volt och en ”Nolla” = 0 volt
Induktiv givare
2012-04-19
© Erik Jansson
www.exoteknika.se
6/10
Informationsbehandling Ett program måste skrivas för det logiska problem som skall lösas. Med
utgångspunkt från programmet fattar datorn logiska beslut utifrån sensorernas
värden, tidkretsar, räknare och minnen. Resultatet påverkar
aktuatorer via en eller fler utsignaler.
Det finns olika program för att programmera en PLC som:
ladder, instruktion, logiska block och funktionsprogrammering.
För att signalerna skall ”hitta rätt” har alla in-, utgångar, räknare, timers och minnen
en egen adress (Se plintlistan). Samma princip som att vi människor har en unik
postadress
Aktuatorer / Ställdon För att omforma styrsystemets utsignaler till mekanisk kraft så måste det finnas en
aktuator /ställdon som tex kan vara en:





Roterande motor som då kan styras med- eller motsols men även dess hastighet
Linjärmotor som kan styras fram eller tillbaka
Pneumatisk cylinder som styrs av luft
Hydraulisk cylinder som används för stora krafter och styrs av olja
Kulmutterskruv för positionering
För att omvandla signalen från PLC´n till mekanisk kraft används en s.k. aktuator. I bilden visas en dubbelverkande luftcylinder Vakumsug för lyft Ventilpaket som styr luft Miniatyrrobot 2012-04-19
© Erik Jansson
www.exoteknika.se
7/10
En annan aktuator är den så kallade kulmutterskruven som används för att positionera någonting. Längst till höger sitter den s.k kulmuttern vilken är kullagrad och därför löper med väldigt liten friktion på den gängade stången. Längst till vänster kopplas motorn till. Objekt Objekt kallas det som man ytterst vill styra och det kan t.ex. vara
Trafikljus, Hiss, Belysning, Garageport, Transportband osv
I den universella styrplattans fall är objekten 8 lysdioder
Man kan nog säga att det bara är fantasin som sätter gränserna för vad som
kan automatiseras. Tydliga behov finns inom tillverkningsindustri, fastighetsbranch
men även i vardagslivet. Orsakerna är att spara in mänsklig arbetskraft, energi men
även komma bort från farliga arbetsmiljöer. En positiv sak till är ju också att kvalitén
normalt blir både jämnare och högre vid automatisk produktion.
Grunden för alla styrsystem är att de jobbar utifrån logikens lagar (ettor och nollor)
och att de är programmerbara och att de logiska besluten tas i en viss ordning
som styrs av programmet utifrån programmet.
För att lyckas med kursen måste ni kunna och förstå grindarnas sanningstabeller och
symboler. Den binära och hexadecimala matematiken är också viktig
Styrteknik enligt Wikipedia Styrteknik är en gren inom reglertekniken som huvudsakligen handlar om digital reglering (av / påreglering) av system med många insignaler och utsignaler. Styrteknikerns viktigaste "redskap" är
logiken. Förr utfördes mycket av de logiska funktionerna i själva hårdvaran direkt i maskinerna med
hjälp av reläer och liknande men numera har man alltmer gått över till att koppla alla in- och utsignaler
via en PLC (Programmable Logic Controller) eller en dator. Under de senaste årtiondena har även
PLC med analoga in- och utsignaler kommit och gränsen mellan styr- och reglerteknik har blivit
flytande.
2012-04-19
© Erik Jansson
www.exoteknika.se
8/10
Plintlista för den Universella StyrPlattan
Alla in- och utgångar i systemet måste ha egen adress för att informationen skall
hitta fram och varifrån den skall hämtas. Jämför med tex ett paket som skall skickas.
Varifrån kommer det och vart skall det skickas. I detta systemet är det plintlistan som
beskriver alla adresser
Plint
Nr
PLC adress
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
I1
I2
I3
I4
I5
I6
I7
I8
I9
IA
IB
IC
O1
O2
O3
O4
O5
O6
O7 *1
O8*1
+ PLC
+ PLC
- PLC
- PLC
Motor plus
Motor minus
Funktion / Kommentar
Namn i text
Digital ingång
Trk 1
Digital ingång
Trk 2
Digital ingång
Trk 3
Digital ingång
Trk 4
Digital ingång
Trk 5
Upptagen av IR(Nolla vid närvaroindikering) IR-detektor
Upptagen av nödstopp (Nolla vid nödstopp) Nödstopp
Temperaturgivare
Digital ingång
Digital ingång
Digital ingång
Digital och analog ingång
Digital och analog ingång
Reläutgång 0 / 24 V
Röd 1
Reläutgång 0 / 24 V
Gul 1
Reläutgång 0 / 24 V
Grön 1
Reläutgång 0 / 24 V
Röd 2
Reläutgång 0 / 24 V
Gul 2
Reläutgång 0 / 24 V
Grön 2
Reläutgång 0 / 24 V Motor går medsols Kontaktor 1, Blå 1 lysdiod
Reläutgång 0 / 24 V Motor går medsols Kontaktor 2, Blå 2 lysdiod
För egna idéer
Blå 3 lysdiod
För egna idéer
Blå 4 lysdiod
+24 volt
+24 volt
Noll
Noll
Röd
Svart
För egna kopplingar
För egna kopplingar
För egna kopplingar
För egna kopplingar
För egna kopplingar
*1 Kopplade via nödstopp
Det är praktiskt att kopiera plintlistan till ett separat papper när
programmeringsuppgifterna skall göras
2012-04-19
© Erik Jansson
www.exoteknika.se
9/10
Komma igång med programmering Installera Zeliosoft 2 version 4.4 Alla skall använda samma version. Annars blir det
praktiska problem
Ladda ned och installera PLC-programmet Zeliosoft 2 ver. 4.4
Antingen från skolans plattform eller om läraren har ett USB-minne med programmet.
Om inte så kan det hämtas från Schneiders hemsida:
http://download.schneider-electric.nu/snb/start.aspx?so=2&nid=25903&nt=2
Installera drivrutinen för USB-kabel
1. Starta din dator
2. Anslut 24 V till USP-plattan och då skall displayen ”lysa”.
3. Koppla in USB-kabel mellan USP och dator.
4. Om inte USB-rutinen redan är installerad så kommer datorn svara ”Ny maskinvara har hittats”
”Välkommen till guiden ny maskinvara”. Gör valet ”Nej inte den här gången”. Nästa
I nästa Guide Välj Installera från lista. Välj inkludera den här platsen
Klicka på bläddra
Installera programvaran för USB-kommunikationen från mappen där programmet har installerats
C: / Program / Schneiders / Zeliosoft /USB-drive
5. Leta upp programmet i startmenyn schneider electric, starta Zeliosoft programmet.
Create new program
Välj bilden på PLC’n längs ned till höger och sedan modell SR3B261BD i listan
Nästa – Nästa - Nästa tills huvudmenyn kommer
6. Välj menyn ”Transfer – Communication configuration”
Bläddra mellan portarna och välj den med beteckningen COMX USB.
Klicka på ”Test” och om allt riktigt så får du svaret Connection successfull.
Stäng meddelanderutan med OK
7. Använd alltid samma USB-kontakt i fortsättningen
8. Nu skall du skriva ditt första lilla program enligt bilden nedan. Funktionen är att om man trycker på
Trk 1, Trk 2 och Trk 3 samtidigt så skall kontaktor 1 (Q7) dra och motorn starta.
Spara programmet. Nu skall programmet överföras till PLCn
Transfer – Transfer program – Systemet frågar ev. om PLCn skall stoppas och då svarar ni ja. Klicka
i Run after loading och Monitoring after loading.
Om det vid överföringen kommer upp en varning om att det är fel Firmware alltså
mjukvaran i PLC´n är inte anpassad till den programversion av Zelisoft som används
så måste ny Firmware laddas in i PLC´n. Detta sker med automatik om du är kopplad
till nätet.
2012-04-19
© Erik Jansson
www.exoteknika.se
10/10