GÉPIPARI AUTOMATIZÁLÁS II. 7.1. előadás PLC

PLC jelentése PLC =Programmable Logic Controller /Programozható logikai vezérlő/ SPS = Speicherbare Programmierbare Steuerung

Programozható vezérlők A programozható vezérlők az 1970-es évektől kezdődően terjedtek el és ma csaknem kizárólagos alkalmazást nyertek el az ipari folyamatok vezérlésében. A programozható vezérlő berendezések, a vezérlési funkciókat szoftver útján valósítják meg.

PLC története 1968-ban a General Motors cég pályázatot hirdetett olyan programozható vezérlőberendezés fejlesztésére, amely ötvözi a relés, a félvezetős és a számítógépes vezérlés előnyeit. A pályázat kiírásban az alábbi szempontok szerepeltek: • Egyszerű, moduláris felépítés, kis méret; • Mozgó alkatrészt ne tartalmazzon; • Galvanikusan leválasztott bemenetek és kimenetek • Könnyű programozhatóság és újraprogramozás; • Valós idejű működés max. 0,1 s válaszidővel; • Nagy megbízhatóság, minimális karbantartás; • Versenyképes ár Pályázatra a Modicon és az Allen Bradley cégek jelentkeztek.

PLC története 1968. A PLC - koncepció kidolgozása a General Motors felhívására 1969. Az első Modicon PLC megjelenése huzalozott CPU-val 1K memóriával és 128 I/O-val 1971. A PLC első alkalmazása az autóiparban 1973. Az első intelligens (smart) PLC megjelenése aritmetikai funkcióval, nyomtatóvezérléssel, mátrixműveletekkel, képernyő-kijelzéssel 1974. Az első többprocesszoros PLC gyártása időzítő- és számlálófunkcióval, 12K memóriával és 1024 I/O-val 1975. Az első PID algoritmussal ellátott PLC kibocsátása 1976. A távoli modulkezelés kidolgozása és a hierarchikus konfiguráció bevezetése az integrált gyártórendszerben 1977. A mikroprocesszor bázisú PLC bevezetése 1980. Intelligens kommunikációs modulok kifejlesztése, valamint a nagysebességű, nagy pontosságú pozícionáló interfész kifejlesztése 1981.16 bites mikroprocesszor bázisú PLC színes monitorral 1983. Olcsó „mini” PLC-k megjelenése 1985. PLC hálózatok kifejlesztése

PLC feladata Az irányítás folyamatában az információ feldolgozása. Fogadja, kiértékeli, feldogozza a bemeneti adatokat és kimenő jelet állít elő.

PLC kialakítási módja Kompakt PLC Moduláris PLC Fő egységei közös házba építettek Állandó számú be és kimenettel rendelkeznek kis helyigényű Pl: FESTO, Telemecanique Moduláris PLC a vezérlőberendezés modulokból épül fel tetszés szerint bővíthető Az egyes elemek felfogó sínen rögzíthetők az egységek közötti kommunikációt szalagkábel vagy belső BUSZ biztosítja Pl: SIEMENS, OMRON A mai PLC-ket kivitelük alapján kompakt és moduláris felépítésű csoportba sorolhatjuk. A kompakt PLC jellemzője: Felhasználási területei a sorozatban gyártott gépek, berendezések automatikái, illetve egyedi vezérlések. A moduláris felépítésű programozható logikai vezérlők jellemzője: hogy a vezérlőberendezés valamely speciális funkciót önmagában ellátó modulokból épül fel. Felhasználási területei közepes, ill. nagyméretű rugalmas gyártórendszerek vagy ipari folyamatok irányítása

Jellegzetes PLC típusok CPM1A (Omron) LOGO (Siemens)

Jellegzetes PLC típusok S 5 – 115 U (Siemens) S 7 – 300 (Siemens) Egy PLC rendszerben az alábbi egységeket találhatjuk meg

Kompakt PLC felépítése

Moduláris PLC felépítése

PLC-k funkcionális felépítése • Központi logikai ill. feldolgozóegység (CPU) • Memória (ROM, EPROM, RAM) • Bemeneti (input) egységek (digitális, ill. analóg) • Kimeneti (output) egységek (digitális, ill. analóg) • Kommunikációs egység • Tápegység Egy PLC rendszerben az alábbi egységeket találhatjuk meg

Kompakt PLC felépítése

Moduláris PLC felépítése

PLC-k fő egységei

Központi feldolgozó egység (CPU) A központi feldolgozó egység a PLC “agya”. futtatja a felhasználói programot és vezérli a további egységeket. végzi a kimeneti és a bemeneti egységek címzését parancsokat ad a rendszerben lévő intelligens feldolgozó egységeknek.

Tápegység A tápegység feladata: a rendszert megfelelő feszültséggel ellássa a hálózati feszültséget a PLC számára átalakítsa és stabilizálja. A legtöbb esetben külön telepeket is tartalmaz, hogy feszültség-kimaradás esetén a RAM tartalma megőrizhető legyen.

Bemeneti és kimeneti egységek Lehet digitális vagy analóg A PLC-k be- és kimeneti pontjai galvanikusan (potenciálmentes) le vannak választva a belső buszról, illetve a CPU egységtől.

Digitális bemeneti egység A digitális bemeneti egységek feladata olyan jelek értelmezése, melyek csak két lehetséges állapotot vehetnek fel. általában nyomógomboktól, kapcsolóktól vagy érzékelőktől kap jelet

Digitális kimeneti egység A digitális kimeneti egységek feladata a PLC belső jeleinek átalakítása a környezet számára. A kimeneteken távozó jelek általában mágnes-szelepeket, motorokat, lámpákat működtetnek.

Analóg be- és kimeneti egységek Analóg bemeneti egység Az analóg bemeneti egységek A/D átalakítók segítségével konvertálják digitális kóddá a bemenetre kapcsolt analóg jelet. Analóg kimeneti egység A PLC futása során számolt digitális értékeket alakítja át D/A konverter segítségével analóg jellé.

PLC előnyei, hátrányai Előnyei: Hátránya: a vezérlő kis mérete és helyigénye a vezérlőszekrény többi eleméhez formailag is illeszkedik lényegesen kevesebb a huzalozási munka programozása egyszerű, áttekinthető, a berendezés működése programmódosítással esetenként szerelés nélkül is változtatható könnyű üzembe helyezés és hibakeresés programírás és futtatás szakaszosan is végezhető, a program és a berendezés működése szimulációval tesztelhető rendkívül megbízható, hosszú élettartamú széles felhasználási terület Hátránya: A vezérlő és a programozó szoftver viszonylag drága

PLC-ben futó programok ALAPSZOFTVER A PLC operációs rendszere (gyártó-, ill. típusfüggő) Funkciói: interpreter funkció: a felhasználói program értelmezésére és végrehajtására státusz-generáló funkció önteszt funkció kommunikációs vonalak kezelése ember-gép kapcsolat programfejlesztési funkció FELHASZNÁLÓI PROGRAM a PLC programok változó részét jelenti segítségével válik alkalmassá a PLC az adott vezérlési feladatra Speciális irányítástechnikai programnyelven íródnak

PLC felhasználói programozása A program fejlesztése személyi számítógépen történik, és a kész programot (már a CPU processzorának gépi kódjában) viszik át a későbbi tárolóeszközbe. Egyes PLC-k speciális, előlapi programozási lehetőséggel is rendelkeznek. A felhasználói program tárolható RAM-ban, EPROM-ban vagy EEPROM -ban

PLC program nyelvek IL - Instructionlist AWL - Anweisungliste LD - Ladder diagramm KOP – Kontanktplan FB – Funktions Blokk FUP - Funktionsplan

PLC utasítás feldolgozása A PLC utasítás feldolgozása lehet: lépéses ciklikus

Lépéses utasítás feldolgozás A PLC csak az aktuális lépés bemeneti feltételeit vizsgálja, nem vizsgálja ciklikusan az összes bemenetet A bemeneti feltételek teljesülése után csak az érintett kimenetet vezérli Ha valamelyik lépésben a bemeneti feltételek nem teljesülnek, ott a program leáll. ritkán használatos működési mód PL.: FESTO PLC-k

Ciklikus utasítás feldolgozás a rendszer „ms” ciklusidővel a bemeneti állapotot állandóan lekérdezi. Ha az állapot változik, a bemeneti jelek aktualizálódnak és a programozott műveletek elvégzése után a kívánt kimeneti jelek létrejönnek. Az összes kimenet kapcsolása egy időben történik a ciklusidő és a reakcióidő függ a felhasználói program hosszától és az utasítások típusától Pl: OMRON, SIEMENS PLC-k

Kimenetek, bemenetek, belső változók címzése A be- és kimeneti jeleket (változókat), a belső változókat, valamint az időzítőket, számlálókat címezni kell. A címzés egy jellemző betűből (operandus / változó) és egy számból (paraméter) áll. Pl.: E1, E2, A1, M5 stb. Belső változó (merker/flag) egy bites memória egység, jelállapot átmeneti tárolására használjuk. Ugyanúgy működnek mint a kimenetek csak nincsenek elektromosan kivezetve. Jele (német) (angol) Bemenet E (=Eingang) I (=Input) Kimenet A (=Ausgang) O (=Output) Belső változó M (=Merker) F (=Flag) Állandó K (=Konstans) Időtag T (=Timer) Számláló Z (=Zahler) C(=Count) Program egység P Hálózat NW(=Netzwerk) NW(=Network)

Utasítás listás programozás (IL, AWL) Az utasításlistás programozás esetén a különböző bemeneti feltételeket valamint a bemenetek és a kimenetek kapcsolatait szöveges utasítások rövidítéseivel programozhatjuk. Művelet Jele (német) Jele (angol) Logikai összeadás (VAGY) O (=Oder) O (=Or) Logikai szorzás (ÉS) U (=Und) A (=And) Logikai tagadás N (= Nicht) N (=No) Betöltés L (=Laden) L (=Load) Nullművelet NOP (= Nicht Operandus) NOP (=No Operandus) Hozzárendelés kimenethez =

Létradiagrammos programozási mód (LD, KOP) A bemenetek és kimenetek kapcsolatait egy áramúttervhez hasonló ún. létradiagrammban grafikusan ábrázoljuk. A bemenetek ábrázolásához használt jelképek: Záró érintkező: ---] [--- Bontó érintkező: ---]/[--- A kimenetek ábrázolásához használt jelképek: Bekapcsolás (SET) ----( )---- Kikapcsolás (RESET) ----(/)----

Funkcióblokkos programozás Ez a programnyelv is egy grafikus programozási mód. A bemenetek és a kimenetek közötti függvénykapcsolatot logikai jelképekkel adjuk meg. ÉS függvény VAGY függvény Logikai tagadás (NEM) /bemenetek/ /kimenet/ & ≥1 1

Logikai alapkapcsolások ÉS függvény KOP AWL FUP E1 L E1 U E2 =A1 PE A1 & E2 A programok a legtöbb esetben ÉS, VAGY valamint NEM kapcsolatokból állnak.

Logikai alapkapcsolások VAGY függvény KOP AWL FUP E1 L E1 O E2 =A1 PE A1 ≥1 E2

Logikai alapkapcsolások NEM függvény KOP AWL FUP E1 L NE1 =A1 PE A1 1

Logikai kapcsolások 1 & & L E1 U E2 =A1 L E2 U NA1 =A2 PE E1 A1 E2 A2 A bonyolultabb feladatok a három alapfüggvény segítségével megoldhatóak E2 1 A2 & E2

Logikai kapcsolások L E1 U E2 OE3 =A1 =A2 PE E1 & A1 E2 ≥1 E3 A2

Logikai kapcsolások L ( O E1 O E3 ) UE2 =A1 PE E1 ≥1 E3 A1 & E2

Logikai kapcsolások L E1 U E2 O U E3 U E4 =A1 PE E1 & A1 E2 ≥1 E3 & E4

PLC feladat dokumentumai Kapcsolási rajz: a működtetni kívánt berendezés pneumatikus, hidraulikus, elektromos kapcsolási vázlata, amely tartalmazza a vezérlő és munkavégző elemket. ÚT-LÉPÉS diagramm: a munkavégző elemek mozgásciklusait tartalmazza Be- és kimeneti változók listája: Táblázatos formájú. Tartalmazza a be és kimenetek abszolút címzését, egy hozzárendelt szimbólikus címzést és egy szöveges megjegyzést PLC huzalozási vázlata: A be- és kimenetek bekötését mutatja PLC program

Feladat Készítse le az ábrán látható marógép PLC –s vezrélését. Működése: Befogóhenger szorít (A+) Előtolás előre (B+) Előtolás vissza (B-) Befogóhenger vissza (A-)

Megoldás Pneumatikus körfolyam:

Megoldás ÚT-LÉPÉS diagramm

Megoldás Bemeneti és kimeneti változók listája Abszolút címzés Szimbolikus címzés Megjegyzés E1 S1 „A” henger alaphelyzeti érzékelője E2 S2 „A” henger pozitív helyzeti érzékelője E3 S3 „B” henger alaphelyzeti érzékelője E4 S4 „B” henger pozitív helyzeti érzékelője E5 S5 START (főkapcsoló) A1 Y1 „A” henger pozitív irányú mozgatása A2 Y2 „A” henger negatív irányú mozgatása A3 Y3 „B” henger pozitív irányú mozgatása A4 Y4 „B” henger negatív irányú mozgatása

Megoldás PLC bekötési vázlata

PLC Program (KOP) CIKLIKUS (Siemens, Omron)

Köszönöm a figyelmet!