programabilni logični krmilnik (plk) (angleško ...mmlins1/dokumenti/plc.pdf · •grafične...
TRANSCRIPT
1
Krmilniki
• Programabilni logični krmilnik (PLK)
(angleško: Programmable Logic Controller -
PLC) osnovno orodje za avtomatizacijo
industrijskih procesov in naprav.
• Razvoj pogojen s potrebami po
avtomatizaciji proizvodnje in potrebami po
spremembah oz. fleksibilnosti te
avtomatizacije.
2
• Prvotne naprave so obdelovale le digitalne
signale. Posebno s hitrim razvojem
mikroračunalnikov v 70-ih letih, so PLK-ji
doživeli razširitev z aritmetičnimi funkcijami,
možnostjo pozicioniranja, obdelavo
analognih signalov ipd.
• PLK je na mikroprocesorju zasnovana
krmilna naprava, ki je bila razvita kot
nadomestek relejne logike. V osnovi je
namenjena realizaciji sekvenčnega vodenja,
omogoča pa tudi reševanje enostavnejših
regulacijskih nalog.
3
Mesto PLK-ja pri vodenju procesov
• Zaradi množične proizvodnje in uporabe
PLK-jev v industriji so ti postali:
– relativno poceni;
– zelo zanesljivi v delovanju;
– enostavni za uporabo (programiranje, montaža
in servisiranje).
4
• Iz celotnega nabora funkcij sistemov za
vodenje uporabljamo PLK-je predvsem za:
– logične operacije;
– krmiljenje;
– zbiranje podatkov za potrebe nadzora;
– kot vmesnik za izvajanje daljinskih komand.
6
Priključitev signalov na PLK
• Signale priključimo na PLK preko
vhodno/izhodnih enot. Pri tem ločimo
binarne in zvezne signale
• Digitalni vhodi (običajno 24 V DC)
• Digitalni izhodi
• Analogni vhodi
• Analogni izhodi
7
Načrtovanje sekvenčnega vodenja
• Dve vrsti logičnih krmilij:
Kombinacijska krmilja
– stanje vhodnih signalov se neposredno preslika
v stanje izhodnih signalov;
– takšno krmilje ne vsebuje pomnilnih elementov.
Sekvenčna krmilja
– stanje izhodov ni odvisno le od stanja vhodnih
signalov, temveč tudi od stanja notranjih
pomnilnih elementov;
– ista kombinacija vhodnih stanj se lahko preslika
v različne izhodne kombinacije.
8
Kombinacijska krmilja
• Realizirana z osnovnimi logičnimi funkcijami
• Preklopne funkcije
– vhodi so preklopne ali logične spremenljivke, ki lahko zavzamejo dve vrednosti, 0 ali 1
– tudi rezultat lahko zavzame le ti dve vrednosti
• Interpretacija logičnih spremenljivk
– delovni kontakt releja: x=0 - kontakt je razklenjen (ne prevaja), x=1 - kontakt je sklenjen (prevaja)
– delovni kontakt tipke: x=0 - tipka ni pritisnjena, x=1 - tipka je pritisnjena
– mirovni kontakt tipke: x=0 - tipka je pritisnjena, x=1 - tipka ni pritisnjena
9
Zgradba kombinacijskega krmilja
• Takšno krmilje sestavlja
več preklopnih funkcij
• Če znamo preklopno
funkcijo izraziti z
osnovnimi logičnimi
operacijami, znamo
funkcijo tudi realizirati
• Pravilnostna tabela
vrednosti preklopne
funkcije pri vseh možnih
kombinacijah vrednosti
vhodnih logičnih
spremenljivk
x 1
x 2
x n
funkcija 1 y 1
funkcija 2 y 2
funkcija m y m
10
Osnovne logične operacije
• Negacija
• Logični in (AND)
'maskiranje'
1 x y
x y
0 1
1 0
& x 1
y 0 0 1 1
0 1 0 1
x 2
y
0 0 0 1
x 2 x 1
1 x 1 x 2
y
vhodni register 11011000
maska 01101101
izhod 01001000
11
Osnovne logične operacije /2
• Logični ali (OR)
'maskiranje'
x 1
y 0 0 1 1
0 1 0 1
x 2
y
0 1 1 1
x 2 x 1
1 x 2 y
x 1
vhodni register 11011000
maska 01101101
izhod 11111101
12
Osnovne logične operacije /3
• Negiran ali (NOR)
x 1
y 0 0 1 1
0 1 0 1
x 2
y
1 0 0 0
x 2 x 1
1 x 1 x 2
y
x 1
0 0 1 1
0 1 0 1
0
y
0 0 0 1
x 2 x 1
x 2
0
y
x 2
x 1
Realizacija AND z NOR
13
Osnovne logične operacije /4
• Negiran in (NAND)
• Ekskluzivni ali (XOR)
& x 1
y 0 0 1 1
0 1 0 1
x 2
y
1 1 1 0
x 2 x 1
1 x 2 y
x 1
= x 1
y 0 0 1 1
0 1 0 1
x 2
y
0 1 1 0
x 2 x 1
1
x 2
y
x 1
14
Boolova algebra (preklopna algebra)
• Dve vrednosti spremenljivk: 0, 1
• Operacije
– disjunkcija (ali, OR): +, ;
x + y, x y
– konjunkcija (in, AND): ·, , &;
x · y, x y, x & y
– negacija (ne, NOT):¯ , ¬;
x, ¬x
• Zapis preklopnih funkcij z Boolovo algebro
f1=x·z+y·z+x·y, f2=x·z+y·z+x·y·z
15
Veitchevi diagrami
• Za dve spremenljivki
• Za tri spremenljivke
npr. AB AB
AB AB
A
B
m 0
m 1 m 3
m 2
A
B 1
1
f = AB+AB
ABC
A
B
m 5
m 7 m 6
m 4
C
m 0
m 2 m 3
m 1
ABC ABC ABC ABC
ABC ABC ABC B 1
1
A
C
1 1
1 1
f = ABC+ABC+ABC+ABC+ABC+ABC
npr.
16
Poenostavljanje • Enolična pravilnostna tabela - različni
algebrajski zapisi
• Zapise lahko poenostavljamo
– s pravili Boolove algebre
• zahteva nekaj spretnosti
• ne vemo, če je dobljeni zapis minimalen
– s sistematično minimizacijo
• grafične metode (do 5 vhodnih spremenljivk)
• tabelarične metode - poljubno število vh.
spremenljivk
najbolj znana je metoda Quine McCluskey
zanjo obstajajo računalniški algoritmi
17
Poenostavljanje z Veitchevimi diagrami
• Osnova - sosednost kvadratov
– sosednja kvadrata se razlikujeta le v eni
spremenljivki
– kot sosednje štejemo tudi kvadrate na skrajnih
robovih neke vrstice ali stolpca
– če je v dveh sosednjih kvadratih enica, ju lahko
združimo
– združitev dveh sosednjih kvadratov eliminira
spremenljivko, ki je pri enem negirana, pri
drugem pa ne:
x·y+x·y = (x+x)·y = 1·y = y
18
Primeri poenostavljanja
B 1
1
f = ABC+ABC+ABC+ABC+ABC+ABC
A
C
1 1
1 1
f = AC+BC+AB
B 1
1
A
C
1 1
1 1
f = BC+AB+AC
Ali na drug način:
19
Primeri poenostavljanja /2
B
1
1
A
C
1
1
1
1
D
1
x 2
1
1
x 1
x 3
1
1
1
x 4
1
a) b)
f = x 1 x 2 x 4 +x 1 x 2 x 3 +x 2 x 3 x 4 +x 1 x 2 x 3 x 4 f = AB+BCD+ABCD
21
Realizacija preklopne funkcije v PLK
f
A &
&
&
&
C
D
B
E
A
A
B
f
( )
C D
D E
B C D E
A C D E
FBD:
LD:
22
Načrtovanje kombinacijskih krmilij
• Besedni opis
• Za vsak izhod krmilja
– ugotovimo, kateri vhodi nanj vplivajo
– zapišemo pravilnostno tabelo
• če v tabeli pride do protislovij, je potrebna
realizacija s sekvenčnim krmiljem
– zapišemo preklopno funkcijo
• poenostavimo zapis, če je potrebno
– realiziramo preklopno funkcijo v PLK
23
Primer: vrtalni stroj Besedni opis: Če deluje stroj v avtomatskem načinu, se motor vrtalnika vrti le tedaj, ko so vrata zaprta. Če deluje stroj v ročnem načinu, se motor vrti tedaj, ko so vrata zaprta, ali pa če so vrata odprta in je vrtalnik v zgornji legi. Izhod: Y = vključenost motorja vrtalnika (0-se ne vrti, 1-vrti se) Vhodi:
A=režim delovanja (0 – ročni, 1 - avtomatski) B=odprtost vrat (0 – zaprta, 1 - odprta) C=lega vrtalnika (0 – ni zgornja lega, 1 – zgornja lega)
Načrtovanje kombinacijskih krmilij
24
A B C Y
0 0 0 1
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 1 1
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 1 0
pravilnostna tabela preklopna funkcija (besedilo):
BCABABAY =
0 0 1 0
1 1 1 1
A
B
C
CABY =
poenostavljena funkcija:
Načrtovanje kombinacijskih krmilij
25
A C
B
Y
1Y1
1&
B
A
C
realizacija z logičnimi vrati
realizacija v PLK (lestvični diagram)
Načrtovanje kombinacijskih krmilij
26
Primer - laboratorijska peč Ventilator V (vklop = 1)
Luč L (vklop = 1)
Temperatura T (1 = prekoračena)
Električna napetost EN (1 = priključena)
Stikalo vrat SV (1 = vrata zaprta)
Stikalo luči SL (1 = vključeno)
Grelnik G (vklop = 1)
27
Primer /2
• Besedni opis
– Grelnik (G) je vključen, ko je aktivirano
močnostno stikalo (EN) in so vrata zaprta (SV)
in je temperatura (T) pod mejo.
– Ventilator (V) je vključen, ko je vključeno
močnostno stikalo (EN) ali ko je temperatura
(T) nad mejo, hkrati pa so vrata (SV) zaprta.
– Luč (L) je prižgana, ko je vključeno stikalo luči
(SL), ali če so vrata odprta.
28
Primer /3
EN &
>=1
>=1
SV
T &
SL
V
G
L
S V T G
EN V
T
S V
S L L
( )
( )
( )
E N
S V
Izvedba v PLK
FBD: LD:
29
Sekvenčna krmilja
• Realizirana z osnovnimi logičnimi funkcijami in pomnilnimi elementi
– podobnost z asinhronskimi sekvenčnimi digit. vezji
• Pogosto lahko enak rezultat dosežemo tako s kombinacijskim kot s sekvenčnim krmiljem
– sekvenčno krmilje je enostavnejše -> manjši in enostavnejši program krmilnika
– manjša občutljivost na šumne signale in motnje
– sistem stabilnih stanj; prehod v novo stanje se izvede le ob določenih pogojih; na ostale spremembe sistem ne odgovarja
– enostavnejše odkrivanje napak
30
Sekvenčna krmilja /2
• Izhodi so odvisni od vhodov in notranjih stanj
• Notranji pomnilnik z lastnimi stanji – krmilja ne moremo opisati z vhodno/izhodno
pravilnostno tabelo
– v pravilnostni tabeli nastopijo protislovja - ista kombinacija vhodov da različne izhode
• Dve skupini sekvenčnih krmilij – prosto delujoča krmilja - na vhodu se lahko pojavi
poljubna kombinacija v poljubnem zaporedju
– sekvenčno delujoča krmilja - kombinacije vhodov se vedno pojavljajo v določenem zaporedju
32
Primer: dvoročni vklop
• Besedni opis:
– Krmilje zahteva, da hkrati pritisnemo dve tipki
(z vsako roko eno), preden se prične neka
avtomatizirana akcija. S tem preprečimo, da bi
npr. stiskalnica delavcu stisnila roko.
– Krmilje mora odreagirati na vhodno sekvenco
(00,11), izhod se torej postavi na 1 le, če se
'hkrati' vključita oba vhoda. Če se najprej
vključi en vhod in nato drugi, mora ostati izhod
krmilja na vrednosti 0.
33
Primer: dvoročni vklop /2
• Signali: T1, T2, VKLOP
• Besedni opis:
Ali je pritisnjena tipka T1?
Če je, ali je pritisnjena tipka T2?
Če je, potem VKLOP, drugače nazaj na
začetek.
Če ni pritisnjena tipka T1, ali je pritisnjena
tipka T2?
Če ni potem vklop, drugače nazaj na začetek.
34
Pogon
Transportni trak
Preša
Pnevmatskaročica
Ročica v
izhodišču
Ročicaiztegnjena
Izmet
obdelovanca
MS1
MS2
MS3
STOP
START
MS4
Primer stroja za preoblikovanje
35
Primer stroja za oblikovanje /2
• Tekoči trak dostavlja surovce enega za drugim k stiskalnici. Ko je surovec nasproti stiskalnice, mejno stikalo MS1 ustavi trak. Nato pnevmatska ročica potisne surovec v stiskalnico. Po aktiviranju mejnega stikala MS3 se vrne ročica v izhodiščni položaj, ko se aktivira mejno stikalo MS2, se izvede stiskanje v želeno obliko. Sledi izmet obdelovanca, ki vključi svetlobno stikalo MS4 in omogoči obdelavo naslednjega surovca.
36
Primer stroja za oblikovanje /3
• Če je pritisnjen START, se naprava vklopi
(M1=1). Nato se požene tekoči trak (Y10=1).
• Ko je surovec pri MS1, se trak ustavi in iztegnemo
ročico (Y11=1).
• Ko pride ročica do položaja MS3, se skrči
(Y12=1).
• Ko pride ročica nazaj do MS2, se izvede stiskanje
in izmet (Y13=1)
• Ko je izmet opravljen (MS4=1), preverimo STOP.
• Če ni pritisnjen, se vrnemo, drugače se naprava
izklopi.