1. rész: Felépítés és működés PLC programozás 1. rész: Felépítés és működés

Tartalom A logikai vezérlők fejlődése A világ vezető PLC gyártói PLC felépítése PLC működése PLC kiválasztás szempontjai

A logikai vezérlők fejlődése Relés vezérlők Félvezető alapú logikai vezérlők Programozható logikai vezérlők (Programmable Logic Controller - PLC)

Relés vezérlők Nagy méretek Lassú Hangos Nagy energiafelhasználás Érzékeny a szennyeződésekre

Félvezető alapú logikai vezérlők Gyors Kicsi Kevesebb energia Csendes Nehéz más vezérlési feladatra átalakítani

Programozható logikai vezérlők (PLC) A félvezető alapú technológia minden előnye Könnyű az új feladathoz igazítani (újraprogramozás) Valós idejű működés Minimális karbantartás Alacsony költségek

Alkalmazási területek Vízkezelés Mezőgazdaság Forgalomirányítás Élelmiszeripar Gyártás / Gépészet Bányászat

Vezető PLC gyártók (USA) Allen Bradley Gould Modicon Texas Instruments General Electric Westinghouse Cutter Hammer Square D

Vezető PLC gyártók (EU) Siemens Klockner & Mouller Festo Telemechanique

Vezető PLC gyártók (Japán) Toshiba Omron Fanuc Mitsubishi

A PLC felépítése Program memória Adat memória CPU Bemeneti modul Kommunikációs egység Bemeneti modul Programozó egység Kimeneti modul Rendszer memória

Processzor (CPU) A fő feladata a mikroprocesszornak a szenzorokból a bemeneti modulon keresztül érkező adatok elemzése, döntéshozatal a felhasználó által írt program alapján, és ennek megfelelően a kimeneti eszközök vezérlése. Bemeneti eszközök: kapcsolók, áramlás-, szint-, nyomás-, hőmérsékletszenzorok, stb. Kimeneti eszközök: motorok, szelepek, szolenoidok, lámpák, vagy hangszórók.

Memória Rendszer memória ROM (Read Only Memory) PROM (Programmable Read Only Memory) EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) EEPROM (Electric Erasable Programmable ROM) Program/Adat memória RAM (Random Access Memory)

Rendszer memória A rendszermemóriának van egy része, amit VÉGREHAJTÓNAK (EXECUTIVE) hívnak. Ez ideiglenesen tárolja azokat a programokat, amik a rendszer működését irányítják, pl. a felhasználói program végrehajtása, kommunikáció a perifériákkal A rendszer memóriában vannak azok a rutinok, amik a PLC utasításkészletében levő parancsokat, műveleteket ténylegesen megvalósítják. Úgymint logikai és aritmetikai műveletek, időzítés, számlálás. Általában ROM eszközökből épül fel.

ROM Csak olvasható memória (Read Only Memory) Nem felejtő memória. Képes megőrizni a tárolt információt a tápfeszültség lekapcsolása után is. A ROM-nak nincs szüksége állandó energia utánpótlásra. A „csak olvasható”-ság azt jelenti, hogy a tárolt adat bármikor kiolvasható a memóriából, de nem lehet megváltoztatni. Az információt a gyártó írja bele.

PROM Programozható ROM (Programmable ROM) Lehetőség van a kezdeti és/vagy további információ chipbe írására. A PROM-ba egyszer lehet írni áramimpulzusok segítségével. Az áram megolvasztja a megfelelő (felesleges) kapcsolatokat az eszköz belsejében. Megolvadnak még a programozáshoz használt kivezetések is, így biztosítva azt, hogy később ne lehessen újraprogramozni. Az ilyen memóriát a jogtalan programmódosítások elkerülésére alkalmaznak.

EPROM Törölhető PROM (Erasable PROM) Ideális ideiglenes programtárolásra. Az EPROM-nak van egy kvarcüveg ablaka egy szilikon lapka felett. A lapkán vannak az integrált áramkörök. Az ablak alap esetben le van takarva, hogy védje a fénytől. Ha ez levesszük és UV fény alá helyezzük a chipet, akkor a memória tartalmát ki lehet törölni. Az EPROM-ot szokták ezért UVPROM-nak is hívni.

EEPROM Elektromos EPROM (Electrically EPROM) Szokták E2PROM-nak is hívni. Hagyományos programozó eszközzel programozható, és a megfelelő lábon küldött elektromos jellel törölhető. Az EEPROM-ot általában a RAM memória tartalmának tárolására használják, amikor a tápellátás szünetel. Ha a RAM-ban tárol program elveszik vagy törlődik, akkor az EEPROM-ból a biztonsági mentés visszatölthető.

Program/Adat memória A program és adat memóriát együtt alkalmazási memóriának hívják (application memory). Az adat memória tárol minden, a felhasználói programhoz tartozó adatot, úgymint bemeneti és kimeneti adatok, konstansok, változók, előre beállított értékek. Az adat memóriában történik az adatok gyűjtése és módosítása. A felhasználói program memória tárolja a felhasználó által írt programot, annak utasításait.

RAM Véletlen hozzáférésű memória (Random Access Memory) Írható/Olvasható. Felejtő memória, ami elveszti a tárolt adatot, ha a tápfeszültség megszűnik. A tápellátásnak még a legkisebb kihagyása is adatvesztét eredményez. Az írás/olvasás azt jelenti, hogy a tárolt adat nem csak kiolvasható a chipből, hanem tetszés szerint módosítható is.

RAM – Random Access A véletlen hozzáférés azt jelenti, hogy a memória bármely területe (memória cím) elérhető. RAM memóriát egyaránt használnak felhasználói célokra (pl. létra diagram tárolása) és a PLC saját adatainak tárolására. A RAM memóriát állandó feszültség alatt kell tartani.

RAM Memóriák típusai MOS (Metal Oxide Semiconductor) HMOS (High Density, short channel MOS ) CMOS (Complimentary MOS) A CMOS-RAM valószínűleg a legnépszerűbb, mert az adattároláshoz rendkívül kevés energiára van szüksége, ha nincs használatban (15 mikroamper), és a kiolvasáshoz elég 2 V egyenfeszültség is.

Bemeneti/Kimeneti modulok Az I/O interfészek kötik össze a PLC-t a külső eszközökkel A fő feladata a fogadott és a kibocsátott jelek átalakítása, kondicionálása. A bemeneti modul a digitális vagy analóg jeleket logikaiakká alakítja, hogy a PLC processzora fel tudja dolgozni. A kimeneti modul a processzor jeleit alakítja át a kimeneti eszközök igényeinek megfelelően.

Egyenáramú (DC) bemeneti modul Hagyományos digitális bemeneti jelek: 24V Megvédi a processzort az feszültség löketektől. Segít lecsökkenteni az elektromos zaj hatását. Feszültség csökkentés logiai szintre Egyenára-mú bemenet Áramsza-bályzó Opto-izolátor Puffer, szűrő, hiszterézis áramkörök Processzor

Váltakozó áramú (AC) bementi modul Hagyományos analóg bemeneti jelek: 4-20mA; 0-10V Megvédi a processzort az feszültség löketektől. Segít lecsökkenteni az elektromos zaj hatását. Az AC jeleket DC-re alakítja és lecsökkenti a jelszintet logikaira Analóg bemenet Egyenirá-nyító, Ellenállás hálózat Opto-izolátor Puffer, szűrő, hiszterézis áramkörök Processzor

DC/AC kimeneti modul Hagyományos analóg kimeneti jelek: 4-20mA; 0-5V; 0-10V Processzor TTL áramkörök Opto-izolátor Erősítő Kimenet

Programozó készülék Gyakran kézi vagy egy PC Egyszerű feladatokra.

Kommunikációs egység Használt portok: Kezeli a kommunikációt a PLC és az irányított folyamatok, másik PLC, egy PC, Különböző perifériák közt. Használt portok: Soros (RS 232, RS 422, RS 485) Ethernet

Soros portok RS 232 Kis távolságú számítógépes kommunikációban használják, általában a számítógép és a perifériái közt. A maximális hatótávja kb. 30 m 9600 bauddal. RS 422 / RS 485 Nagyobb távolságú kapcsolatoknál használják, gyakran több PC közt egy elosztott rendszerben. Az RS 485 maximális hatótávolsága kb. 1000 méter.

Ethernet: Local Area Network (LAN) A LAN fizikai kapcsolat minden eszköz között, protokoll vezérelt kommunikációval. Biztosítja, hogy minden eszköz tudjon „beszélni” a másikkal és megértse az adatokat, amiket kap tőlük. A LAN nagysebességű adatforgalmat tesz lehetővé a hálózaton belül.

A PLC kommunikáció előnyei Minél kevesebb kábel, annál kevesebb költség. Nagyobb megbízhatóság és teljesítmény. Kisebb beüzemelési és szervizelési költségek. Távprogramozás és távfelügyelet lehetősége. Az aktuális PLC program megváltoztatása egy felügyelő gépről (pl. laptop vagy asztali gép). Az I/O pontok és memória elemek megváltoztatása egy távoli terminálról. A PLC bekapcsolható egy vezérlési hierarchiába, ahol különböző méretű PLC-k és PC találhatók. Az adatok és figyelmeztetések felügyelete nyomtatók vagy felhasználói felületen keresztül (Operator Interface Units (OIU)).

PLC működése A bemenetek beolvasása. A felhasználói program végrehajtása. A kimeneti eszközök ki- és bekapcsolása a programnak megfelelően.

PLC működési vázlata Bemeneti jelek PLC bekapcsolása … A kimeneti tábla törlése Bemeneti kapcsok Bemeneti tábla frissítése PLC program Utasítás 1 Utasítás 2 … Utasítás n Kimeneti kapcsok … Kimeneti tábla frissítése Kimenetei jelek

Szkennelési ciklus és idő A bementi tábla frissítését bemenet szkennelésnek (input scan) hívják. A kimeneti tábla frissítés a kimenet szkennelés (output scan). A folyamat a bemeneti szkenneléstől a kimenetiig a szkenciklus. Az egy szkenciklus végrehajtásához szükséges idő a szkennelési idő. Ez a program szkennelési időből és az I/O frissítési időből áll. Az előbbi a vezérlő program végrehajtási idejét jelenti. Ez gyakran függ a program által lefoglalt memória méretétől és a programban használt utasítások milyenségétől. Az egy szkenneléshez szükséges idő 1 ms és 100 ms közt változhat.

PLC kiválasztás feltételei A logikai bemenetek és kimenetek száma Memória A speciális I/O modulok száma Szkennelési idő Kommunikáció Szoftver

Memória kapacitás Az egy alkalmazás által igényelt memória mérete függ a program hosszától és a vezérlő rendszer összetettségétől. A néhány reléből álló egyszerű rendszerek elhanyagolható mérető memóriát igényelnek. A program hossza bővül a rendszer használata közben, így célszerűbb olyan vezérlőt választani, ami a jelenlegi igényeknél több memóriával rendelkezik.

I/O szám Ez határozza meg az I/O eszközök számát, amiket a vezérlőre lehet kötni. Elég I/O porttal kell rendelkeznie a PLC-nek, hogy a későbbi bővítés esetén is alkalmas legyen a feladata ellátására.

Szkennelési idő Ez az az idő, ami alatt a vezérlő végrehajtja a programot. Ezt gyakran 1000 logikai műveletre vetítve adják meg. Tipikusan 1 és 100 ms közt változik.

PLC-k méret szerinti kategorizálása Kicsi: 128 I/O-ig és 2 Kbyte memóriáig. Egyszerű és összetettebb feladatok ellátására. Közepes: 2048 I/O-ig és 32 Kbyte memóriáig. Nagy: 8192 I/O-ig és 750 Kbyte memóriáig. Teljes gyártási folyamatot vagy egy egész gyárat tud vezérelni.

Hivatkozások http://www.gandhcontrols.com/Downloads/Manuals/PLC Programming.ppt http://rdjoudjou.freehostia.com/livre/Basic PLC.ppt