1

Visoka kola elektrotehnike i raunarstva strukovnih studija

Nenad ii

Automatizacija procesa pakovanja kremastih proizvoda

-diplomski rad-

Beograd, 2014

Kandidat: Nenad ii

Brojindeksa: ASUV 22/09

Smer: Automatika i sistemi upravljanja vozilima

Tema: Automatizacija procesa pakovanja kremastih proizvoda

Osnovnizadaci:

1. Uvod u automatizaciju

2. Primena PLC-ova u automatizaciji

3. Realizacija projekta

Hardver:0% Softver:40% Teorija:60%Beograd, 2014 Mentor:

_______________________

Dr Vera Petrovi,

S A D R A J

51. UVOD

62. UVOD U ATOMATIZACIJU

62.1 Automatizacija

92.2 Socijalna pitanja automatizacije

102.3 Upravljanje i regulacija

112.3.1 Upravljanje

112.3.1.1 Sistem upravljanja

122.3.1.2. Pojam otvorenog upravljanja

132.3.1.3. Zatvoreni sistem upravljanja

142.3.1.4. Sistemi automatskog upravljanja i regulacije

153. PRIMENA PLC-a U PROCESU AUTOMATIZACIJE

153.1 Istorija PLC- ova

153.2 Robusnost i modularnost

183.2.1. Operativni system PLC-a

213.3 Programiranje PLC-a

223.3.1 Leder dijagrami

234. SCADA SISTEMI

254.1 SCADA konfiguracije

264.2 Funkcije i karakteristike SCADA sistema

285. PROJEKAT AUTOMATIZACIJE PROCESA PAKOVANJA KREMASTIH PROIZVODA

295.1 Realizacija projekta

366. ZAKLJUAK

377. LITERATURA

Izvod:

Ovaj rad se bavi opisom programabilnog logikog kontrolera i detaljno opisuje njegovu primenu u industriji (Automatizacija procesa pakovanja kremastih proizvoda).U radu se takoe opisuje i primena SKADA( SCADA) sistema koji se koristi u svrhu nadzora, odnosno monotoringa.

ABSTRACT:

This paperwork describes the programable logic controler PLC and gives us a full description of PLC use in industry (automation of packing creamy products). The work also contains a description and the use of SCADA systems, which is used in purpose of supervising or monitoring.1. UVODezdesetih godina prolog veka automatika se uglavnom bazirala na analognoj raunarskoj tehnici iz prostog razloga sto je na tritu raunara dominirao analogni raunar kao osnovno sredstvo za simulaciju, dok je sa druge strane postojao iroki spektar analognih komponenti za projektovanje i kompenzaciju sistema. Analogne komponente koje su uestvovale u oblasti upravljanja sistemima su uglavnom po svojoj prirodi bile mehanike, pneumatske i elektronske. Pod automatskim upravljanjem podrazumeva se izvoenje operacija upravljanja, putem odreenog sistema upravljanja, bez neposrednog uea oveka. Tih ezdesetih god situacija poinje dramatino da se menja sa naglim razvojem digitalnih raunara i mikroelektronike. Digitalni raunari se za poetak koriste kao delovi u sloenim sistemima za upravljanje procesima. Meutim , zbog njihove male dimenzije i niske cene digitalni raunari polako postaju regulatori u zasebnim upravljakim petljama, tako da su do dananjeg dana digitalni raunari u nekoliko oblasti potpuno potisnuli svoje analogne konkurente. Ako sistem automatskog upravljanja odrava na konstantnoj vrednosti ili menja po unapred zadanom zakonu (programu) jednu ili vie fizikih veliina, takav sistem naziva se regulatorom. Mogunosti sistema automatskog upravljanja ili skraeno SAU, vrlo su iroke i raznovrsne. Zajednika osobina svih SAU, nezavisno od njihove fizike strukture koja je uslovljena namenom, je da su im uvek sva dejstva usmerena ka postizanju odreenog cilja.

Digitalni raunari su se istovremeno razvijali i kao alat za analizu i projektovanje sistema upravljanja. Ininjeri automatike danas imaju mnogo moniji alat nego to su to imali u prolosti. Pojavom VLSI (very-large-scale integration) tehnologije otvorile su se dalje mogunosti razvoja digitalnih raunara. Iz svih ovih razloga pristup analizi projektovanju i primeni upravljakih sistema se umnogome promenio. U poetku je to bilo prosto prevoenje metoda i rezona iz analogne u digitalnu sferu. Kao potpuno nova tehnologija i nain rada u poetku je prihvaena samo u avio industriji i nekim specifinim procesima, da bi polako nala mesto i u ostalim granama industrije i tehnike.

Digitalni sistem grubo reeno, predstavlja rednu vezu A/D konvertora, sistema koji realizuju algoritam, D/A konvertora i procesa, pri emu su prva tri elementa pod sinhronizacijom jednog istog sata (clocka). Povratna sprega se zatvara sa izlaza procesa na ulaz A/D knvertora. Digitalni sistem upravljanja dakle u sebi sadri dva tipa signala, kontinualne i semplovane ili signale diskretne u vremenu. Otuda za ovakav sistem osim naziva digitalni sistem upravljanja ( computer controlled system) esto kao sinonim koristi se i naziv sistem sa semplovanim podacima (sampled data system).

Glavni razvoj digitalno upravljanje doivelo je u procesnoj industriji. Prvi ozbiljniji rad na tu temu odigrao se 1956. godine kada je amerika firma za preradu polimera u okviru rafinerije TRW konsultovala proizvoaa digitalnih raunara Texaco u cilju projektovanja raunarskog sistema za njihove potrebe (jednovremeno je regulisao 26 protoka tenosti, 72 temperature, 3 pritiska i 3 koncentracije). Sledei vaan korak u primeni digitalnih raunara dogodio se 1962. godine kada je britanska hemijska industrija Imperial Chemical Industries kompletnu analognu instrumentaciju za upravljanje procesom zamenila jednim digitalnim raunarom koji je merio 224 promenljive i upravljao sa 129 ventila istovremeno.

Cena je bila glavni razlog zamene analogne komponente digitalnim raunarom. Fleksibilnost je bila druga znaajna prednost digitalne tehnologije nad analognom. Jednom kupljen digitalni raunar i instaliran za upravljanje jednog industrijskog procesa se bilo kog trenutka mogao prebaciti i reprogramirati za upravljanje nekim drugim procesom.

Dalji razvoj je bio uslovljen pojavom minikompjutera i mikrokompjutera koji su osim malih dimenzija bili okarakterisani velikom brzinom rada, velika pouzdanost, jake grafike mogunosti itd.

Na kraju, razvoj raunara omoguio je da se u cilju kvalitetnog upravljanja sistemima implementiraju vrlo komplikovani upravljaki algoritmi. Na taj nain su se otvorila vrata oblasti adaptivnog upravljanja.

2. UVOD U ATOMATIZACIJU Automatizacija , robotizacija, industrijska automatizacija ili numerika kontrola je upotreba kontrolnih sistema kakvi su raunari da bi se kontrolisala industrijska mainerija i procesi,u nameri da se ljudski operateri zamene. U oblasti industrijalizacije ovo je korak posle mehanizacije.

2.1 AUTOMATIZACIJA

Automatizacija - nastala od grkih rei auto (sam, samostalno) i matos (kretanje)

-Automatizacija predstavlja tehnologiju pomou koje se izvravaju procesi ili procedure bez uea oveka. -Automatizacija je upotreba maina, kontrolnih sistema i informacionih tehnologija da bi se optimizovala produktivnost u proizvodnji dobara i pruanju usluga.-Automatizacija je upotreba kontrolnih sistema i informacionih tehnologija da smanji potrebu za ljudskim radom u proizvodnji robe i usluga.-Automatizacija je skup tehnologija iji je rezultat rad maina i sistema, bez znaajne ljudske intervencije uz postizanje boljeg uinka nego pri runom izvravanju.

Upravljanje je skup tehnologija koje omoguuju (zahtevano) eljeno ponaanje maina i sistema, promenom odgovarjuih parametara njihovog rada.

Osnovni principi automatskog upravljanja

Svaki sistem je skup povezanih objekata iji je cilj da efikasnom realizacijom procesa izvri transformaciju ulazne u izlaznu veliinu.

Sistem automatskog upravljanja je skup meusobno povezanih komponenti projektovan radi postizanja (ostvarivanja) zadatog cilja(zadatka, svrhe, namere). Moderna praksa SAU podrazumeva projektovanje upravljanja u cilju:-unapreivanja procesa proizvodnje-efikasnije potronje struje-ostvarivanje naprednog i inteligentnog upravljanja Automatizacija proizvodnih sistema je u prolosti prola kroz tri faze razvoja:- runo upravljanje- upravljanje zasnovano na regulatorima - upravljanje zasnovano na PLK i raunarima Prelazi izmeu pojedinih faza automatizacije su bili nejasni u toj meri da i sadanji automatizovani sistemi jo uvek integriu sva tri tipa upravljanja.

Jedan automatizovan sistem ili maina sastoji se iz etri osnovna tipa komponenti: mehanikog ( traka, zupanika, kuita), elektrinih(napajanja, motora, senzora), elektronike(upravljaka jedinica, raunara) i softvera. Svaka maina sadri upravljaku jedinicu, esto baziranom na PLK. Ostali softveri sinhronizuju aktivnosti razliitih maina koje se nalaze u fabrici, u cilju postizanja to boljih performansi i postizanja zahteva ne sirurnosti.

Trenutno, za kompanije koje se bave proizvodnjom, broj osnovnih ciljeva automatizacije se proirio. Pored osnovnog cilja koji tei poveanju proizvodnje i smanjenju trokova, postoje i sekundarni ciljevi koji zahtevaju poveanje kvaliteta i fleksibilnosti opreme i procesa proizvodnje.

Staro primarno fokusiranje na upotrebu automatizacije u cilju poveanja produktivnosti i smanjenja trokova je vieno kao nepraktino (u literaturi se pojam prvobitne automatizacije naziva krutom automatizacijom). Ovako projektovani sistemi su se veoma teko snalazili na savremenom, turbulentnom tritu, jer nisu

mogli da odgovore na dinamine uslove u pogledu promene karakteristika proizvoda koji je direktno uslovljavao i promene u svim tehnolokom procesima neophodnim za njegovu proizvodnju. Nasuprot krute automatizacije nalazi se fleksibilna

automatizacija, koja je ujedno i savremena automatizacija. Meutim, tenja ka poveanju fleksibilnosti proizvodne opreme, ljudskih resursa i poveanju fleksibilnosti proizvodnih procesa u celini direktno poveava trokove proizvodnje.

Poetni trokovi proizvodnje sa upotrebom fleksibilne, automatizovane opreme su veoma visoki i esto se ne mogu pokriti dok u se potpunosti stari procesi ne zamene novim. Automatizacija se danas esto primarno primenjuje u cilju poveanja

kvaliteta proizvoda, ali i za poveanje kvaliteta procesa proizvodnje. Npr. automobilski i kamionski klipovi su nekada runo ugraivani u motore. Ovaj proces je ubrzo zamenjen automatizovanim mainskim sklapanjem, zato to je nivo greaka pri runom sklapanju bio 1-1.5%, a upotrebom automatskih sistema u istim poslovima je smanjen na 0.00001%.

Opasne operacije, kao to su proizvodnja industrijskih hemikalija, neki postupci obrade metala, bili su uvek prvi kandidati za automatizaciju. Drugi veliki pomak u

automatizaciji je poveano naglaavanje fleksibilnosti i konvertibilnosti u procesu proizvodnje. Proizvoai sve ee trae mogunost da lako preu sa proizvodnje proizvoda A na proizvodnju proizvoda B bez izgradnje nove proizvodne trake.

Posebno znaajan period i razvoj automatizacije u proizvodnom sistemu su oni koji karakteriu pojavu:-pneumatskih i hidraulinih ureaja-elektrinih i elektronskih ureaja-mernih ureaja ije se fukcionisanje zasniva na procesorima(mikroprocesorima)

Poetci automatskog upravljanja su vezani za pronalazak parne maine, koja je oznaena kao industriska revolucija. Upravljanje je obavljano pomou zupanika, poluga i drugih mehanikih ureaja. Ostale maine takoe nisu mogle da obavljaju sloenije operacije, a ako je to i bilo mogue, zahtevalo je naporan rad konstruktora i jako teko izvoenje automatskog procesa. Formiranjem naprednih naina upavljanja taj problem se postepeno prevazilazio. Tok nekog industrijskog procesa moe da se opie logikim funkcijama. To je dovelo do formiranja posebnih ureaja - logickih kontrolera. Oni primaju signale sa senzora, obrauju ih preko tzv. relejnih mrea koje opisuju zadanu logiku funkciju i generiu signale koji ukljuuju ili iskljuuju izvrne organe. Zahvaljujui razvoju specifinih relejnih komponente, ovi sistemi su omoguili da realizuju veoma komplikovane upravljake funkcije. Osnovni nedostaci su bili velika potronja energije, i glomazni sistemi koji su imali veliki broj komponenti. Pored toge releji kao mehaniki elementi nisu dugog veka. U sluaju njihovog otkazivanja teko je da se pronae koji od releja u relejnoj mrei ne radi. Promena proizvodnog procesa zahtevala je promene u upravljackom sistemu. To je podrazumevalo formiranje novih relejnih mreta koje bi obavljale nove logike funkcije to nije bio ni malo lak zadatak. Razvoj poluprovodnike elektronike omoguio je da se logiki kontroleri prave pomou tranzistora i integrisanih kola. Na taj nain smanjena je potronja energije kao i gabariti kontrolera. Meutim, i dalje je bio odsutan problema formiranja sistema i sloenih mogunosti njihove promene.Najuestalije promene proizvodnog procesa javljale su se u auto industriji, gde se proces trebalo da menja sa svakim novim modelom. General Motors je meu prvim video potrebu da se zamene "oiene-kontrolne tabele sistema. Kompanija je htela da se za logiku sistema iskoristi mikroraunar umesto oienih releja. Raunar je trebao da zauzme mesto glomaznih, skupih, nefleksibilnih oienih kontrolnih tabli.Na putu realizacije dobre ideje ispreio se praktini problema koji se ogledao u tome da je trebalo da se elektriari nateraju da prihvate da koriste novi ureaj. Bilo je gotovo nemogue da se trai od elektriara iz fabrike da naue da koriste sami kompjuterski jezik pored njihovih svakodnevnih poslova. U skladu sa situacijom, General Motors- je napravio specifikaciju i napisao kriterijume projekta za prvi programibilni logiki kontroler. Specifikacije su zahtevale da se novi ureaj bazira na elektronskim umesto na mehanikim delovima, da ima fleksibilnost kompjutera, da radi u industrijskom okruenju i da moe da se reprogramira i koristi za druge zadatke. Firma-Guld Modicon- Gould Modicon - je razvila prvi ureaj koji je odgovarao specifikacijama. Klju uspeha kod ovog ureaja je bio u tome da se za njegovo programiranje nije morao da se ui novi programski jezik. Programirao se tako ta je korien isti jezik koji su elektriari ve znali - lestviasti dijagram (leder dijagram) (ladder diagram). Krajem ezdesetih i poetkom sedamdesetih formirani su prvi programabilni logiki kontroleri.2.2 SOCIJALNA PITANJA AUTOMATIZACIJE Automatizacija je pokrenula nekoliko bitnih drutvenih pitanja. Meu njima je i uticaj automatizacije na zapoljavanje. Luditi su bili drutveni pokret engleskih tekstilnih radnika ranih 1800-ih koji su protestovali protiv akarovih automatizovanih maina za tkanje - esto unitavajui takve maine, jer su oseali da su njihova radna mesta ugroena. Tada se od termin ludita primenjuje za svakoga ko je protiv napretka u tehnologiji.

Neki tvrde da automatizacija vodi veoj stopi zaposlenosti. Jedan autor je izneo sledei sluaj. Sama pojava automatizacije izazvala je veliki strah. Mislilo se da e zamenjivanje radnika kompjuterskim sistemima dovesti do visoke stope nezaposlenosti. U stvari, upravo suprotno esto se pokazalo kao tano, NPR. oslobaanje radne snage omoguilo je da vie ljudi dobije poslove koji zahtevaju visoke kvalifikacije, koji su tipino bolje plaeni. Jedna neobina pratea pojava ovakvog pomeranja je da su sada "nekvalifikovani radnici" izvukli korist u "najnaprednijim" zemljama jer je malo ljudi slobodno da zauzme radna mesta koja zahtevaju visoko kvalifikovane radnike. Oni koji imaju u vidu dugorone posledice tvrde suprotno. Oni tvrde da je automatizacija tek poela sam da sadanje stanje moe da prikrije njen uticaj dugoroni. Mnogi poslovi u proizvodnji su nestali u SAD-u tokom ranih 1990-ih, ali u jednom trenutku veliko uveanje IT poslova istovremeno kompenzuje nedostatak manufakture. ini se da automatizacija smanjuje vrednost rada kroz njegovo zamenjivanje manje skupim mainama; medjutim, sveukupni efekat ovoga na radnu snagu u celini ostaje nejasan. Milioni ljudskih telefonskih operatera sirom sveta bili su u potpunosti (ili skoro u potpunosti) zamenjeni automatskim telefonskim centralama i sekretaricama (a ne indijskim ili kineskim radnicima). Hiljade istraivaa u oblasti medicine zamenjeni su u mnogim medicinskim zadacima od primarnih ekrana u elektrokardiografiji ili radiologiji do laboratorijskih analiza ljudskih gena i seruma, elije, tkiva automatskim sistemima. ak su i lekari delimino zamenjeni automatskim robotima sa daljinskim upravljanjem i visoko sofisticiranim robotima koji im omoguavaju da sa daljine izvode operacije i to sa tanou i preciznou koju inae ne poseduje prosean lekar.

Veina ljudi smatra da je zdrav razum da automatizacija ima potencijal podsticanja nezaposlenost, jer ona otklanja ljudski rad prenosom poslova na mainama. Meutim, prevod tog potencijala u posmatranom efekat je u velikoj meri nije desilo u dva veka tokom koje je neprekidno predvidi. Posle mnogo decenija automatizacije razvoja i irenja, neto makroekonomski efekat je generalno bila pozitivna-automatizacija je deo opteg trenda privrednog rasta u svetu; ivotnog standarda porasle su u mnogim mestima, a automatizacija je nikada nije dokazano da su izazvana bilo rasprostranjeno strukturna nezaposlenost. Glavno objanjenje za to je da, do sada, posao gubici u bilo kom posebnom ekonomskom nia su uvek bili vie nego kompenzovan posao dobiti u drugim oblastima . Kao jedinica smanjila cenu robe i usluga (koje automatizacija omogueno) dao vie korisnicima kupovnu mo da posveti drugim roba i usluga, novih radnih mesta pojavilo u proizvodnji tih dobara i usluga. Tako svaki put da automatizacija je omoguilo ljudske resurse, ti resursi su prerasporeeni od trinih snaga (mada to nije uvek desi bez turbulencije u ivotima pojedinih radnika).

Jedan od prvih obeanja automatizacije je bio da se omogui vie slobodnog vremena, bez ikakve opasnosti od smanjenja prihoda. Ovaj efekat se vidi u mnogim pojedinanim aspektima ivota (na primer, automatski maina za pranje vea uinila ve manje vremena, automatski maina za pranje sudova napravljena je za pranje manje vremena), ali neto rezultat savremenog naina ivota u razvijenim ekonomijama i dalje stanje urbi i zauzetost, jer uglavnom porast ivotnog standarda doneli su porast oekivanja u direktnoj vezi. (Svaki put tedi napredak je napravio prostora za novi tenjom da zauzme svoje mesto.)

Automatizacija je takoe ne znai nezaposlenost kada to ini moguim zadataka koji su nezamisliva bez njih Isto tako sa poljima u kojima se privreda ve u potpunosti prilagoen automatizovanoj tehnologiji, a poslovi su izgubljeni dovoljno dugo pre da je raseljavanje odavno se apsorbuje od strane radne snage (kao i kod stalno napreduje automatizaciju telefonske centrale, koja eliminie veina operatera na telefonskoj centrali Poslovi i uva mnogo vie od postojeih ikada na prvom mestu). Danas automatika je prilino napredna (u odnosu na pre samo nekoliko zivota), a ona nastavlja da napreduje sa ubrzanim tempom u celom svetu. Iako je na krei sve vie kvalifikovanih poslova, opte blagostanje i kvalitet ivota veine ljudi u svetu (gde politiki faktori nisu komplikuje sliku) su se popravile. Jasno Multivarijantna efekat je bio na poslu (neto mnogo vie od oigledne ideje da automatizacija ima potencijal da izazove nezaposlenost). U stvari, ideja da automatizacija predstavljao neposrednu pretnju za zapoljavanje, prvi zglobni u 1811 od strane grupe tekstilnih radnika, poznatih kao Ludisti, pokazala se toliko pogrena tokom usledili dva veka da ekonomisti nazivaju neposredna pretnja-ideja Luddite zabluda . Danas veni varljivost od premise Luddite je uglavnom neprikosnoveni princip ekonomske teorije, jer je dokazano pravi empirijski vreme i opet.

Fabrika automobila nekad i sad

2.3 UPRAVLJANJE I REGULACIJA

Pod upravljanjem, u irem smislu, podrazumeva se skup akcija kojima se deluje na objekt upravljanja da bi se ostvario neki cilj. Tanije, upravljanje je proces pri kome jedna ili vie ulaznih veliina u ogranienom sistemu utie na jednu ili vie izlaznih veliina prema unapred ustanovljenoj zakonitosti. Regulacija predstavlja odravanje zadate vrednosti odreene fizike veliine u dozvoljenim granicama za dozvoljeno vreme. Veliina koja se regulie zove se regulisana veliina. U procesu regulacije izvodi se merenje regulisane veliine, kao i njeno poreenje sa zadatom vrednou. Kada regulisana veliina odstupa od eljene vrednosti u sistem se uvodi reguliua tj. regulaciona veliina, ili signal upravljanja. Ureaj koji vri poreenje regulisane i zadate veliine i alje signal upravljanja naziva se regulator. Danas se upravljanje, tehniki gledano, vri uz pomo digitalne tehnologije zbog brojnih prednosti u odnosu na elektromehanika i analogna reenja. Brz razvoj digitalne tehnologije donosi nove, savremene koncepte upravljanja koji se svakodnevno menjaju i usavravaju. Stepen razvijenosti i usavravanja je dostigao sa vremenske strane takav nivo da reenja koja se smatraju trenutno optimalnim ubrzo budu zamenjena nekim novim reenjima. Zato je teko priati o idealnom reenju, ali osnova svakog ostaje ista pa e se u narednom delu govoriti samo o bazinom digitalnom nainu upravljanja.

2.3.1 UPRAVLJANJE

Algoritam upravljanja ili zakon upravljanja je skup pravila koja odreuju karakter dejstva na objekt upravljanja radi pravilnog odvijanja procesa. Objekt upravljanja je ureaj ili tehniki sistem u kome se u uslovima delovanja raznovrsnih poremeaja, odvija neki proces.

Upravljanjem raznih veliina elimo da odrimo eljenu vrednost ili pak da imamo, zbog nemogunosti da dobijemo eljenu, na izlazu vrednost koja e biti priblina eljenoj, a da pritom dobijena vrednost ne prevazilazi dozvoljeno odstupanje. U realnim uslovima dobijena veliina najee odstupa od eljene ali se uvek tei da odstupanje bude to manje. Da bi smanjili odstupanje moramo izabrati najefikasniji nain upravljanja. Meutim, ponekad u datim uslovima nije mogue opredeliti se za teoretski najbolje reenje, pa se mora izabrati kompromisno, praktino najbolje reenje. Iako je godinama unazad upravljanje usavravano, esto dolazi do problema koji su proste prirode a pritom teko otklonjivi. Zato, pristup izboru upravljanja treba biti analitian, precizan i kompleksan. 2.3.1.1 Sistem upravljanja Sistem upravljanja u sutini predstavlja skup meusobno povezanih elemenata koji zajedno obavljaju jednostavnu ili sloenu operaciju upravljanja. Na slici 2.3.1.1 ematski je prikazan element sistema upravljanja.

Sl. 2.3.1.1 Element sistema upravljanja Na ulazu u element deluje vremenski promenljiva veliina na izlazu elementa ostvaruje se promenljiva veliina y(t) koja je funkcija ulaza: Ulazni signal ili krae, ulaz) je pobuda ili komanda iz spoljanjeg izvora energije koja deluje na element u cilju proizvoenja specifiranog odziva na izlazu elementa. Izlazni signal izlaz, je stvarni odziv elementa dobijen na izlazu. On moe i ne mora da bude jednak specificiranom odzivu.

U zavisnosti od toga da li u sistemu upravljanja procesom upravlja ovek ili ne, govori se o biodinamikom ili o automatskom upravljanju.

2.3.1.2. Pojam otvorenog upravljanja

Najjednostavniji oblik sistema upravljanja sadri objekt upravljanja - OU i upravljaku jedinicu - UJ (Slika 2.3.1.1.2). Kod objekta upravljanja uoavaju se sledee vremenski promenljive veliine: .

Sl 2.3.1.1.2 Otvoreni sistem upravljanja Upravljaka promenljiva, ili skraeno, upravljanje u sklopu sistema upravljanja predstavlja izlaznu veliinu upravljakog elementa koji deluje na objekt upravljanja. Poremeaj je neeljeni ulaz koji utie na vrednost izlaza. On obuhvata sva neeljena dejstva okoline koja tee da promene stanje objekta upravljanja, na primer, temperatura, promena kalorine moi goriva, ili promena vode koja ulazi u kotao.

Upravljana promenljiva je izlazna veliina koja u svakom trenutku odraava stanje objekta upravljanja i njegovo ponaanje i slui za ocenu valjanosti rezultata upravljanja. Vrednost izlazne veliine zavisi od vrednosti upravljanja Upravljaka jedinica deluje na objekt upravljanja upravljanjem tako da se izlazna promenljiva menja na odreeni nain. Pri tome, smatra se da nema znatnijih uticaja poremeaja na objekt upravljanja, te rad i delovanje upravljake jedinice nisu uslovljeni trenutnim vrednostima izlazne promenljive Ovakvi sistemi upravljanja kod kojih nema povratnog dejstva objekta upravljanja na upravljake akcije, nazivaju se otvoreni sistemi upravljanja. Kod otvorenih sistema upravljanja, skup pravila, zakon po kojem treba da se menja upravljanje mora da bude precizno odreen. To znai da je, za odreeni vremenski period potrebno utvrditi redosled upravljakih akcija (program) koji treba da izvri upravljaka jedinica. Proizvodni procesi u kojima se mogu zadovoljiti ovi uslovi sreu se u metalurgiji, hemijskoj industriji i u programski upravljanim mainama alatljikama.2.3.1.3. Zatvoreni sistem upravljanja

Savreniji sistem automatskog upravljanja predstavlja zatvoreni sistem upravljanja, (Slika 2.1.3) odnosno sistem sa povratnom spregom. Povratna sprega je svojstvo zatvorenih sistema upravljanja koje omoguuje da se poreenjem izlazne sa ulaznom promenljivom formira upravljaka promenljiva koja deluje na ulazu u objekt upravljanja kao funkcija izlaza i reference . Uticaj povratne sprege na karakteristike sistema ogleda se u poveanoj tanosti, smanjenoj osetljivosti odnosa izlaza i ulaza na promene parametara sistema, smanjenim efektima nelinearnosti, smanjenim efektima spoljnih poremeaja i umova, kao i u poveanom propusnom opsegu sistema u odnosu na promene ulaznog referentnog signala. Meutim, povratna sprega moe da prouzrokuje i oscilovanje, pa i nestabilnost sistema.

Slika 2.1.3 Zatvoreni sistem upravljanja Zadata promenljiva je ulaz koji u svakom trenutku odreuje vrednost koju treba da ima izlaz objekta upravljanja, odnosno upravljana promenljiva . Zbog toga se promenljiva naziva referenca (referentna promenljiva, referentni ulaz) jer definie zadatu (eljenu) vrednost izlaza . Oigledno, kod zatvorenog tipa upravljanja, upravljanje u(t) koje deluje na ulazu u objekat upravljanja ne zavisi samo od zadate promenljive , ve i od spoljanjeg poremeaja koji uslovljava stanje objekta upravljanja, odnosno izlaz . Upravljanje obrazuje se na osnovu razlike trenutnih vrednosti zadatog ulaza i ostvarenog izlaza . Ako postoji odstupanje upravljane promenljive od zadate vrednosti , upravljaka jedinica deluje na objekt upravljanja tako to tu razliku svodi na to je mogue manju meru i objekt upravljanja dovodi u zadato stanje. Poboljanje u odnosu na otvorene sisteme upravljanja ogleda se pre svega u tome to je kod zatvorenih sistema mogue eliminisati ili znaajno umanjiti delovanje poremeaja f(t) na izlaz . Zadata veliina je esto fizika veliina: promena temperature, pritiska, brzine, poloaja, itd. Ove promene nisu unapred poznate, pa se tok upravljanja , zbog postojanja povratnog dejstva izlaza na ulaz objekta upravljanja, ne mora matematiki precizirati. Ve je reeno da se cilj upravljanja moe formulisati na dva naina, kao zahtev da izlaz ima neku zadatu vrednost, ili da prati promene zadate veliine. Ukoliko se signal povratne veze dodaje ulaznom signalu, kaemo da se radi o pozitivnoj povratnoj sprezi. Upotreba ovakve veze esto dovodi do gubitka kontrole izlaza, zbog toga se ona koristi samo u nekim specijalnim sluajevima. Ako se signal, u sistemu sa povratnom spregom, oduzima od ulaznog signala, tada imamo sistem sa negativnom povratnom spregom. Ovakvi sistemi nam generalno daju mnogo prednosti i zbog toga se mnogo ee koriste. Tanost i stabilnost su jako vane prednosti koje proizilaze iz upotrebe negativne povratne sprege.2.3.1.4. Sistemi automatskog upravljanja i regulacije

U sistemima automatskog upravljanja (SAU) kao cilj upravljanja moe se postaviti zahtev da upravljana veliina ima neku zadatu vrednost ili da prati promene zadate veliine.

Sistemi automatskog upravljanja kod kojih je zadata vrednost konstantna tokom dugog vremenskog perioda (esto u celom vremenskom intervalu tokom kojeg sistem radi) tako da se upravljana veliina odrava na nepromenjenoj zadatoj vrednosti, nazivaju se sistemi automatske regulacije (SAR) .

Razlika izmeu SAR i SAU ogleda se u tome to je primarna funkcija SAR odravanje konstante upravljanog izlaza, dok je zadatak SAU da obezbedi da izlaz sistema prati promenjlivi ulaz. Oigledno, SAR je podskup SAU.

Slika 2.3.1.4Blok dijagram sistema automatske regulacije napona mrenog generatora Savremeni koncepti upravljanja danas su nezamislivi bez sveobuhvatne primene raunara. U industrijskim okruenjima, kao I specijalizovanim primenama u razliitim savremenim opremama upotreba programabilnih logikih kontrolera (PLC) je postala svakodnevna upotreba.

U narednom poglavlju bie opisana istorija PLC-ova, njihova hardverska i softverska realizacija kao i sama primena u automatizaciji.

3. PRIMENA PLC-a U PROCESU AUTOMATIZACIJE

3.1 Istorija PLC- ova Nastanak PLC-ova se vezuje za kasne 60 i rane 70 godine prolog veka, a nastali su na bazi konvencionalnih raunar tog vremena. Njihova prvobitna primena bila je u automobilskoj industriji, a sa ciljem da se skrati vreme zastoja u proizvodnji usled promene proizvodnog procesa. Priprema pogona za proizvodnju novog modela automobila trajala je mesecima, a podrazumevala je prepovezivanje panela i ormara prepunih ica, relea, tajmera, klopki i drugih, uglavnom elektro-mehanikih komponenti, pomou kojih su se, u to vreme, realizovale upravljake jedinice. Uvoenjem PLC-a, omoguilo je da se reprogramiranje obavi preko tastature i da se, uz minimalna dodatna prepovezivanja, vreme zastoja proizvodnje skrati do tek nekoliko dana. Glavni problem sa raunarima/PLC-ovima iz 70 godina odnosio se na njihovo reprogramiranje. Programi su bili komplikovani, a njih su moguli da sastavljaju samo visoko-struni i iskusniprogrameri. Malo pojavlju se mikroprocesori, koji zahvaljujui performansama koje su nudili i relativno niskoj ceni, brzo nalaze iroku primenu u mnogim oblastima elektronike, pa i industrijske automatizacije. Prvi PLC kontroleri su bili jednostavni ureaji za on/off upravljanje i koristili su se za zamenu zastarele relejne tehnike. Meutim, takvi PLC kontroleri nisu mogli obezbediti sloenije upravljanje, kao to je upravljanje temperaturom, pritiskom, pozicijom. U meuvremenu, proizvoai PLC kontrolera razvili su i ugradili u PLC kontrolere brojna poboljanja i funkcionalna unapreenja. Savremeni PLC kontroleri imaju mogunost obavljanja izuzetno sloenih zadataka kako to je upravljanje preciznim pozicioniranjem i upravljanje sloenim tehnolokim procesima. Takoe, brzina rada PLC kontrolera je znaajno poveana, kao i lakoa programiranja. Razvijeni su brojni moduli specijalne namene za primene kao to je radio komunikacija, vizija ili ak prepoznavanje govornih komandi.3.2 Robusnost i modularnost Prema standardizaciji Udruenja proizvoaa elektrine opreme (The National

Electrical Manufacturers Association -NEMA) programabilni logiki kontroler je definisan

kao:

Digitalni elektronski ureaj koji koristi programabilnu memoriju za pamenje naredbi kojima se zahteva izvoenje specifinih funkcija, kao to su logike funkcije, sekvenciranje, prebrojavanje, merenje vremena, izraunavanje, u cilju upravljanja razliitim tipovima maina i procesa preko digitalnih i analognih ulazno-izlaznih modula.

Nastanak i razvoj PLC-a vezuje se za poetke mikroraunarske industrije. Imajui u vidu relativno skromne mogunosti prvih mikroprocesora nije ni udno da je PLC prvobitno je zamiljen kao specijalizovani raunarski ureaj koji se moe programirati tako da obavi istu funkciju kao i niz logikih ili sekvencijalnih elemenata koji se nalaze u nekom relejnom ureaju ili automatu.

Oekivalo se da e trite spremno prihvatiti mogunost da relejne ormane koji su u to vreme korieni kao osnovni elementi u automatizaciji pogona zameni malim fleksibilnim i razumno jeftinim mikroraunarskim kontrolerima. Da bi to moglo da se ostvari bilo je neophodno da novi kontroler u svim aspektima nadmai relejnu realizaciju. To zapravo znai da je kontrolor morao da bude robustan u odnosu na krajnje nepovoljne klimo-tehnike uslove koji vladaju u industrijskom okruenju (promena temperature, vlanost, praina, vibracije, itd.). Pored toga, imajui u vidu razliite dimenzije pogona kojima se upravlja u smislu broja ulaznih i izlaznih signala koji se obrauju od kontrolera se zahtevalo da bude modularan tako da se u svakom pojedinanom sluaju njegova konfiguracija moe primeriti zahtevima na procesu.

Sl 3.2.1 funkcionalni blok dijagram PLC-a

Kao rezultat ovih zahteva od samog poetka funkcionalna organizacija PLC-a osmiljena je na nain prikazan na (Sl. 3.2.1). Procesorski modul sadri centralnu jedinicu i memoriju. U okviru ovog modula smetaju se i program i podaci i odatle se upravlja radom celog sistema. Ulazni moduli sadre digitalne i analogne ulaze preko kojih se primaju signali sa senzora i druge merne opreme. Upravljaki i indikatorski signali koji se izraunavaju u PLC-u, prenose se na izvrne organe preko izlaznih modula koji sadre digitalne i analogne izlaze. Za svaki kontroler razvijen je irok spektar razliitih ulaznih i izlaznih modula to je omoguilo da se u svakoj situaciji odabere optimalni broj i vrsta modula.

Sa razvojem mikroraunara dolo se i do formiranja ureaja koji obavljaju sloenije ulazno/izlazne funkcije, kao to su brojai, merna oprema sa ugraenom obradom signala (tzv, pametna merna oprema), PID regulatori, drajveri step motora, operatorski paneli itd. Ovi ureaji zaokrueni su kao specijalni U/I moduli koji se takoe mogu prikljuiti na PLC

U poetnoj fazi PLC je bio zamiljen kao autonoman ureaj koji realizuje sekvencijalno upravljanje radom jednog dela pogona, maine, postrojenja ili proizvodne linije. Kasnije se pojavio i zahtev da PLC bude deo distribuiranog upravljakog sistema koji bi upravljao i nadzirao rad celog pogona. Da bi se to ostvarilo bilo je neophodno da se razviju posebni komunikacioni moduli koji obezbeuju spregu sa raunarskim ureajima u mrei i/ili operatorskim terminima preko kojih se PLC programira i nadzire njegov rad. Time je zaokruena hardverska struktura PLC-a.

PLC se sastoji iz asije (rack) koja ima odreeni broj slotova u koji se stavljaju pojedini moduli. Dva slota u asiji zauzimaju ureaj za napajanje i procesorski modul, dok je raspored modula u preostalim slotovima po pravilu proizvoljan (Sl 3.2.2) U zavisnosti od broja modula, PLC moe imati i ise od jedne asije. Tipian izgled PLC-a i odgovarajuih modula prikazan je na (Sl 3.2.3)

Sa hardverske take gledista razvoj PLC-ova se odvijao u dva smera. Sa jedne strane uoavajuci mogunnost koricenja PLC-a i za elementarne funkcije upravljanja i nadzora pristupilo se razvoju malih mikrokontrolera ija cena bi opravdavala njihovu ugradnju na mestima gde su istu funkciju obavljali i jednostavni elektronski sklopovi. Ovi mikrokontroleri (Sl. 3.2.4) imaju svu fleksibilnost, modularnost i jednostavnost veiih PLC-ova, kao i irok spektar mogunosti vezivanja u razliite industrijske mreze. Kljuna razliika je u manjim dimenzijama i nioj ceni. U tom smislu oni postepeno potiskuju iz primene PLC-ove srednjih dimenzija u svim aplikacijama u kojima se ne zahteva preterano veliki broj ulaznih i izlaznih linija.

Sl 3.2.3 izgled PLC-a

Sl 3.2.4 familija Allen Bradley SLC 500 kontrolera

Sl 3.2.5 familija Allen Bradley

MicroLogix kontroleraSa druge strane, tehnoloki razvoj mikroprocesora omoguio je postepeno proirenje obima i vrsta operacija a koje PLC moze da obavi. Tako su PLC-u poverene i sloene funkcije direktnog digitalnog upravljanja kao i supervajzorskog upravljanja, koje su do tada bile realizovane ili direktnno hardverski ili pomou otvorenih PC racunara. Time je zapravo otvoreno pitanje projektovanja PLC-a koji bi objedinio funkcionalnost klasinih programabilnih logickih kontrolera i mogunosti koje u oblasti upravljanja otvara korienje otvorenih PC racunara. Na taj nain je stvorena platforma koja omoguava jednostavno objedinjavanje i realizaciju sekvencijalnog upravljanja, upravljanja procesima, drajverima i kretanjem. Za razliku od klasicnih PLC-ova ovi kontroleri esto imaju dva procesorska modula. Jedan od njih izvrava programski kod i servisira naredbe za prenoenje poruka, dok drugi obavlja komunikaciju sa lokalnim i udaljenim U/I jedinicama, kao i razmenu podataka preko mree. Ove operacije se obavljaju potpuno nezavisno od rada prvog procesora, to znai da je proces komunikacije asinhron u odnosu na izvravanje samog programa. Pored procesorskih modula u asiji kontrolera nalaze se lokalni U/I moduli kao i komunikacioni interfejs moduli. Pored toga, ova familija kontrolera omogucava da se ostvari vea fleskibilnost sistema postavljanjem vise kontrolera u jednu sasiju, povezivanjem vie kontrolera preko mree ili povezivanjem udaljenih U/I modula preko viestruke U/I mreze (Sl. 3.2.5). Po pravilu, svi U/I moduli ovakvih kontrolera imaju sposobnost viestrukog emitovanja podataka (multicast). To znai da vie ureaja moe da primi iste podatke koje je emitovao jedan uredaj.

3.2.1. Operativni system PLC-a Sken ciklus

Kao to se vidi, PLC se razlikuje od raunarskog sistema opte namene po tome sto nema spoljnu memoriju (diskove), kao i niz standardne ulazno/izlazne opreme. Pored toga, njegov operativni sistem je jednostavniji i prua komparativno manje mogunosti od raunara opte namene. Zapravo, PLC je koncipiran i projektovan za jedan relativno uzan i jasno definisan obim poslova vezanih za nadzor i upravljanje pojedinim ureajima, sto je rezultovalo u njegovoj izuzetnoj efikasnosti i jednostavnosti. U izvesnom smislu, podruje primene PLC-a isto je kao i za specijalizovane mikroraunarske kontrolere ili signal procesore. Kljuna razlika lezi u injenici da korisenje PLC-a ne zahteva od korisnika gotovo nikakvo predznanje o arhitekturi mikroraunarskih sistema. Drugim reima, korisnik PLC-a je u najveoj moguoj meri osloboen resavanja razliitih problema vezanih za isto raunarski aspekt, kao sto su promena ili dodavanje U/I jedinica, vezivanje u raunarsku mreu, korisenje sistema prekida, razmene podataka i slino, tako da moe da se u punoj meri koncentrie na projektovanje same aplikacije.

Sl 3.2.1.1 sken ciklus PLC-a

Moe se slobodno rei da se PLC od svih drugih raunarskih ureaja sline namene razlikuje po svom operativnom sistemu, koji je skrojen tano za odredenu vrstu primene. Naime, pretpostavlja se da e u svojoj osnovnoj formi, PLC biti korien za realizaciju izvesnih funkcija koje periodicno preslikavaju signale sa merne opreme u signale koji se prenose na aktuatore. Otuda se od PLC-a oekuje da periodicno oitava (unosi) signale sa senzora, izvrsava odreen broj aritmeticko-logickih operacija (u skladu sa zadanom funkcijom) iji rezultati se prenose na izvrne organe ili neke druge indikatorske ureaje. Pored toga, sa istom ili nekom drugom uestanoscu, PLC treba da odrava komunikaciju (razmenjuje podatke) sa nekim drugim raunarskim sistemima u mrei. Polazei od ovog zahteva, operativni sistem PLC-a projektovan je tako da, u toku rada sistema, automatski obezbedi ciklino ponavljanje navedenih aktivnosti (Sken ciklus) kao sto je to ilustrovano na (Sl. 3.2.1.1)

Sken ciklus zapoinje sa ulaznim skenom u okviru koga PLC oitava sadraj ulaznih linija (registara ulaznih modula). Oitani podaci se prenose u odredeno podrucje memorije slika ulaza. Zatim se aktivira programski sken u okviru koga procesor izvrsava programske naredbe kojima su definisane odgovarajue aritmeticko-logicke funkcije. Podaci (operandi) koji se koriste u programskim naredbama uzimaju se iz memorije i to iz podruja oznaenog kao slika ulaza (ako su operandi ulazni podaci) ili iz podruja gde se smetaju interne promenljive. Rezultati obrade se smesaju u posebno podrucje memorije slika izlaza. Ovde je vano da se istakne da se pri izvravanju programskih naredbi ne uzimaju podaci direktno sa ulaznih modula, niti se rezultati direktno iznose na izlazne module, ve program razmenjuje podatke iskljuivo sa memorijom (Sl. 3.2.1.2) . Po zavrsetku programskog skena, operativni sistem PLC-a aktivira izlazni sken u okviru koga se podaci iz slike izlaza prenose na izlazne linije (registre izlaznih modula). etvrti deo sken ciklusa komunikacija -namenjen je realizaciji razmene podataka sa ureajima koji su preko mree povezani sa PLC-om. Nakon toga, operativni sistem dovodi PLC u fazu odravanja u okviru koje se auriraju interni asovnici i registri, obavlja upravljanje memorijom kao i niz drugih poslova vezanih za odravanje sistema, o kojima korisnik i ne mora da bude informisan. U zavisnosti od tipa procesora kao i broja ulaznih i izlaznih linija, ulazni i izlazni sken ciklus izvravaju se u vremenu reda mili sekundi. Trajanje programskog skena, svakako zavisi od veliine programa. Osnovni sken ciklus moe biti modifikovan pomou zahteva za prekid.

Sl 3.2.1.2 razmena podataka za vreme sken ciklusa

Postojanje sken ciklusa obezbeduje periodino automatsko izvravanje programskih naredbi nad podacima koji se primaju sa procesa na koji je kontroler vezan. Ovde treba imati na umu da se sve programske naredbe izvre po jedanput i to sa podacima koji su neposredno pre toga smeteni u sliku ulaza. Zatim se rezultati obrade prenose kao komande na proces i ceo ciklus zapoinje iz poetka. Posmatrano sa te take gledita moe se rei da se od korisnika PLC-a oekuje da, u zavisnosti od aplikacije koju namerava da razvije, izvri izbor ulaznih, izlaznih komunikacionih specijalnih modula, dakle da odabere strukturu PLC-a i da formira program obrade podataka. Sve ostale aktivnosti obavljae i nadzirati operativni sistem PLC-a.

Potrebno je da se istakne da se ova osnovna logika rada PLC-a esto pogreno posmatra kao dovoljna za realizaciju direktnog digitalnog upravljanja. Razlog za to je injenica da se i kod upravljanja u zatvorenoj povratnoj sprezi zahteva periodino prikupljanje podataka, realizacija jednog algoritamskog koraka, izraunavanje trenutne vrednosti upravljanja i njeno prenoenje na proces. Meutim, uprkos istom redosledu operacija kljuna razlika je u pogledu periode ponavljanja.

Pre svega, perioda sken ciklusa se ne moe definisati, veje ona automatski odreena zbirnim trajanjem svih podciklusa. Pored toga, za razliku od ulaznog i izlaznog skena koji imaju fiksno vreme trajanja jer uvek opsluuju isti broj ulaznih ili izlaznih linija, trajanje programskog sken ciklusa zavisi od duine konkretnog algoritamskog koraka kroz koji se prolazi. Razliito trajanje koraka moe da bude uslovljeno razliitim programskim granama u koje se ulazi u zavisnosti od, na primer, vrednosti nekog od ulaznih signala. U tom smislu sken ciklus nema nuno konstantnu periodu ponavljanja, veona moe da varira u granicama odreenim trajanjem najkrae i najdue grane programa. Konano, i trajanje komunikacionog podciklusa zavisi od broja poruka koje se u nekom trenutku prenose.

Direktno digitalno upravljanje zahteva da sistem radi sa nekom utvrenom periodom odabiranja, koja je pri tome najese znaajno vea od srednje periode skeniranja. To praktino znai da je za realizaciju upravljanja i dalje neophodno da se koristi signal prekida ili neki drugi mehanizam koji ce obezbediti da se algoritamski korak izvrava u tano utvrenim trenucima vremena. Jedina prednost koju prua korienje PLC-a sastoji se u tome sto su merenja ve prikupljena i nalaze se u memoriji, kao i to je dovoljno da se izraunato upravljanje smesti na odgovarajue mesto u memoriji. Prenos na izvrne organe bie obavljen automatski u okviru izlaznog skenciklusa. Ovaj postupak je ilustrovan na Sl. 3.2.1.3

Sl. 3.2.1.3 ilustracija razlike izmeu sken ciklusa i ciklusa DDC algoritma

3.3 PROGRAMIRANJE PLC-A

Ako se PLC posmatra kao mikroraunarski sistem, to on sasvim sigurno i jeste, onda bi se moglo oekivati da se za njegovo programiranje koriste standardni programski jezici. Meutim, ako se poe od injenice da je PLC projektovan kao namenski mikroraunarski sistem za upravljanje i nadzor rada nekog procesa, i da u skladu sa tim ima poseban operativni sistem koji obezbeuje periodino ponavljanje sken ciklusa, onda je logino oekivati da je za njegovo programiranje razvijen i poseban programski jezik. Dodatni motiv za razvoj posebnog jezika bila je i injenica da je PLC poetno razvijen sa idejom da zameni relejne sisteme. To znai da se oekivalo da on realizuje odgovarajuu vremensku sekvencu logikih operacija. Pri tome, uspena primena PLC-a u praksi, zahtevala je i da se njegovo programiranje prilagodi tehnici koja je svim korisnicima relejnih sistema dobro poznata. Specifinost projektovanja relejnih sistema ogleda se u tome to je potrebno da se utvrdi nain grafikog predstavljanja vremenske sekvence logikih operacija. Klasini logiki dijagrami su izuzetno korisni za prikazivanje relacija izmeu elemenata kombinacione logike. Meutim, oni ne pruaju mogunost za prikazivanje razliitih ulazno/izlaznih promenljivih kao funkcija vremena. Sa druge strane, vremenski dijagrami su izuzetno pogodni za prikazivanje odnosa pojedinih promenljivih u toku vremena, ali ne omoguavaju da se prikaze logika koja uslovljava te odnose. U cilju spajanja obe vrste prikazivanja, za projektovanje relejnih sistema razvijeni su leder (lestvicasti) dijagrami.

Projektovanje PLC-ova je, dakle, podrazumevalo da se za njih mora razviti i odgovarajui programski jezik zasnovan na leder dijagramima leder programski jezik. Ovaj jezik je dominantan kada se radi o programiranju manjih PLC-ova. Za sloenije zadatke, meutim, razvijeni su i drugi programski jezici, koji se esto sreu samo na veim kontrolerima. U osnovi svi jezici se mogu podeliti u etiri kategorije.

- Leder dijagrami namenjeni izvoenju niza, prvenstveno, logikih operacija, kreiranju i slanju poruka, ispitivanju stanja kontrolera u mrei, kao i operacijama koje bi trebalo da izvode operateri u sluaju detektovanja i otklanjanja izvesnih greaka.

- Dijagrami funkcijskih blokova namenjeni realizaciji kontinualnih procesa, upravljanju drajverima i upravljanju u zatvorenoj sprezi.

- Struktuiran tekst namenjen realizaciji sloenih matematickih operacija, obradi ASCII nizova i protokola, kao i obradi specijalnih tabela podataka.

- Dijagrami sekvencijalnih funkcija namenjeni sloenom hijerarhijskom upravljanju niza sekvencijalnih operacija koje se sreu kod upravljanja sarznim procesima, nadzora i upravljanja stanjem masinskih grupa, repetitivnom sekvencijalnom upravljanju, upravljanju kretanjem itd.

U principu prva tri jezika ukljucuju repertoar naredbi kojima se obavljaju jednostavnije logike i matematike operacije. Ona su namenjena klasinom programiranju upravljanja u zatvorenoj sprezi, sekvencijalnog upravljanja i obradi datoteka podataka. U tom smislu ovi jezici se u velikoj meri mogu alternativno koristiti za realizaciju pojedinih programskih rutina. Kod nekih kontrolera, svaki od ovih jezika ostavlja mogunost korisniku i da sam kreira niz naredbi koje postaju sastavni deo repertoara.Dijagrami sekvencijalnih funkcija namenjeni su, meutim, potpuno drugaijoj filozofiji koncipiranja i programiranja upravljanja i nadzora. Oni omogucavaju da se ceo proces podeli u niz segmenata. U svakom od segmenata se onda, uz pomo klasicnih jezika programira niz operacija koje u njoj treba da se izvre.

U poslednje vreme, za PLC-ove se razvija jo jedan sloen jezik namenjen upravljanju fazama kroz koje prolazi neki proces.Nezavisno od jezika kojim je program napisan on se realizuje kada je zadatak kome je on pridruen aktivan. U principu programi se izvode tako to se obavi jedan skenciklus kroz sve naredbe programa.Zatim se izvoenje prekida i prelazi na sledei program, ilisledei zadatak.3.3.1 Leder dijagrami

Jedna programska linija leder jezika sastoji se iz niza grafikih simbola (programskih naredbi) koji predstavljaju razliite logike elemente i druge komponente kao sto su asovnici i brojai, koji su poreani du horizontalne linije rang (rung) koja je na oba kraja spojena sa dvema vertikalnim linijama. Prema tome, leder dijagram ima izgled lestvica, odakle potie njegov naziv (ladder lestvice). Svaki rang leder dijagrama sastoji se iz dva dela. Na levoj strani ranga nalazi se uslov izraen u formi kontaktne (prekidake) logike, dok se na desnoj strani ranga nalazi akcija koja treba da se izvrsi ukoliko je uslov ispunjen (true) (Sl. 3.3.1.1).

Sl 3.3.1.1 rang leder programa

- Uslov U osnovi, grafikim simbolima na levoj strani ranga ispituje se istinosna vrednost promenljivih koje su pridruene tim simbolima. Svaki simbol predstavlja jednu unarnu ili binarnu operaciju kojoj je pridruena odgovarajua tablica istinitosti. Uz graficki simbol naznaava se i promenljiva koja predstavlja operand. Pri ispitivanju istinitosti uslova smatra se da se nad svim simbolima u jednoj liniji (redna, serijska veza) obavlja logicka I operacija. To znai da je uslov istinit ukoliko je svaki pojedinani iskaz istinit. Na levoj strani ranga dozvoljena su i granjanja (paralelne veze). Pri ispitivanju istinitosti uslova

paralelne veze se tretiraju kao logika ILI operacija. Otuda ce iskaz predstavljen nizom paralelnih grana biti istinit, ako bar jedna od grana sadrzi istinit iskaz. Potrebno je da se istakne da leva strana ranga moze biti formirana i tako da na njoj nema ni jednog simbola. U tom slucaju smatra se da je uslov koji se na taj nacin definise uvek istinit.

- Akcija Grafiki simbol na desnoj strani ranga predstavlja jednu naredbu koja se izvava ako je uslov na desnoj strani istinit. Uz simbol se naznaava i promenljiva ija se vrednost menja prilikom izvravanja naredbe. Serijska veza na desnoj strani ranga nije dozvoljena, dok paralelna veza oznacava da se vie razlicitih naredbi izvravaju kao rezultat ispitivanja istinitosti jednog istog uslova. Nema ogranicenja u pogledu broja paralelnih grana na strani uslova.

Leder program se izvrava u toku programskog sken ciklusa i to tako to se obrauje rang po rang u nizu kako su oni definisani. U svakom rangu ispituje se istinitost uslova i ukoliko je uslov istinit izvravaju se odgovarajue naredbe akcije. Ako se naredbom akcije dodeljuje neka vrednost promenljive, onda ce se tom prilikom ta vrednost promeniti. Potrebno je zapaziti, meutim, da ukoliko se promenljiva u naredbi akcije odnosi na fiziki izlaz, vrednost izlaza nee biti promenjena u istom trenutku vremena. Izlazi e biti promenjeni tek u izlaznom sken ciklusu kada se vrednosti promenljivih iz memorije prenesu na odgovarajuce izlazne module.

4. SCADA sistem Sistem procesnog upravljanja ine proces kojim se upravlja, njegova oprema upravljanja i ovek operater, ovo nazivamo kratkim imenom, akronimom: SCADA sistem.

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) prikupljanje podataka, nadzor, praenje i upravljanje podrazumeva ceo spektar opreme, sistema i reenja koja omoguavaju prikupljanje podataka o nekom procesu udaljenom sistemu, obradu istih, nadzor, i u pojedinim sluajevima i reagovanja na adekvatan nain.

Najprostiji primer SCADA sitema: na bliem kraju je obian PC raunar koji preko akviziciono-upravljake kartice prima podatke, obrauje ih, formira informacije o procesu i na taj nain vri nadzor, ali i upravljanje ako je predvieno na tom nivou. Programska podrka za ovaj model SCADA sistema se svodi na podrku PC bus magistrali. To je u osnovi centralizovan sistem akvizicije i upravljanja.

Kompleksniji primer SCADA sistema je mrea raunarom podranih radio vezom upravljanih terminala TU (Terminal Unit) koji komuniciraju sa raunarskim centrom distribuirani sistem upravljanja (engl. Distributed Control System).

I najkompleksniji primer SCADA sistema je mrea SCADA sistema koja funkcionie po principu server-server, server-klijent WASCAD sistemi (engl. Wide Area SCADA). Razmenom podataka izmeu dva ili vie nezavisnih SCADA sistema koji kontroliu razliite segmente istog tehnolokog procesa ili privrednog sistema (heterogeni WASCAD sistem), stie se celovita slika o njegovom stanju. Isto se podrazumeva i za homogeni WASCAD sistem, s tom razlikom to se ovde SCADA sistemi brinu o istim segmentima jedinstvenog tehnolokog procesa ili privrednog sistema (npr. elektroenergetski sistem jedne drave).

Sl 4.1 Primer SCADA heterogene mree.

Sl 4.2 Topologija SCADA mree. Nadzorno upravljake jedinice (SCU ) i programska podrka centralno mesto SCADA sistema. Nadzorno upravljaki centri opremljeni su obino PC raunarom ili nekim snanim raunarskim sistemom. Ti raunari su progamski podrani aplikacijom tipa MMI (engl. Man-Mashine Interface) koja omoguava interaktivan dijalog sa raunarom za konkretan sistem nadzora i upravljanja. Osnovu za donoenje odluka i upravljanje na ovom nivou ine podaci primljeni od terminalskih jedinica (TU). Svi podaci se formiranjem centralne baze podataka pretvaraju u formu pogodnu za prezentaciju i generisanje upavljakih akcija (MMI aplikacija - SCADA programska podrka). MMI aplikacija je obavezno podrana grafikim interfejsom koji nudi mogunost zumiranja pojedinih delova izvetaja ili prikaza vie signala na jednom dijagramu, skaliranja signala ali i mogunou procesiranja signala (digitalno filtriranje, spektralna analiza) u realnom vremenu (engl. on-line processing). Dodatne mogunosti MMI interfejsa su npr. grafiko prikazivanje objekta iz raznih perspektiva, prikazivanje instalacija po etaama odnosno mainskim podstanicama u obliku mimik dijagrama (engl. mimic diagram) sa prikazom statusa rada, mernih veliina itd. Meutim, vrlo je bitno na ovom mestu naglasiti razliku izmeu programske podrke koja se koristi za nadgledanje, kontrolu i sinhronizaciju ostalih sistema prilikom kontrole procesa u realnom vremenu - SCADA programska podrka, i programske podrke za post analizu (engl. off-line processing) prikupljenih podataka akvizicijom.4.1 SCADA konfiguracije

Konfiguracija SCADA sistema je veoma razliita i zavisi od prostornog rasporeda

tehnolokog procesa, upravljakog zadatka itd., i kree se od jednoraunarskog sistema do tzv. WASCAD sistema. Najjednostavnija konfiguracija pod SCADA sistemima svodi se na sistem koji ine sa jedne strane prekidai, davai, releji itd. a sa druge strane PC raunar koji preko svoje akvizicionoupravljake kartice prima podatke, obrauje ih, formira informacije o nadziranom procesu, i odreuje potrebne upravljake akcije, ako je to na ovom nivou primene predvieno. Programska podrka u ovom modelu SCADA sistema svodi se na podrku prihvata signala na PC magistrali. Akviziciona kartica mora biti osposobljena za prihvat i izdavanje analogih i digitalnih veliina. Ulazne digitalne veliine se uglavnom svode na prihvat beznaponskih kontakata, a izlazne na relej ili tranzistor relativno male snage. Analogne ulazne veliine se primaju direktno sa mernog davaa (transducer - senzor), ili iz sklopa koji zajedniki ine merni dava i element za prilagoavanje (kondicioniranje) signala (transmiter) ili iz sklopa koji signal sa mernog davaa priprema za direktan prihvat od strane PC raunara preko neke od standardnih serijskih komunikacionih veza (tranceiver). Pod kondicioniranjem signala u ovom sluaju podrazumeva se filtriranje, pojaanje, linearizacija, baferovanje sample/hold, priguenje itd. signala sa mernog davaa. Na slici 4.1.1 prikazana je ema pripreme analognih signala za konfiguraciju SCADA sistema sa akvizicionom karticom.

Sl 4.1.1 - Konfiguracija za SCADA sistem od jednog PLC-a i PC-a.4.2 Funkcije i karakteristike SCADA sistema

Raunarski sistemi za upravljanje i akviziciju procesnih podataka su u pogonu u mnogim

tehnolokim procesima ve dosta dugo. Kroz praksu i iskustvo utvren je zajedniki skup osnovnih funkcija SCADA sistema. Trend razvoja SCADA sistema je u standardizaciji tj. u stvaranju mogunosti da se prilagodi potrebama i varijantama razliitih tehnolokih procesa.

SCADA sistem je tako koncipiran hardver i softver koji obezbeuje fleksibilan skup funkcija

za nadzor, upravljanje i analizu procesa. Efikasnost rada SCADA sistema postie se funkcionalnom integracijom sledeih podsistema:

Hardverski podsistem - obuhvata u najirem smislu celokupan hardver koji se instalira za

potrebe nadzora i upravljanja proizvodnim procesom.

Softverski podsistem - obuhvata celokupan softver ukljuujui i pomone programe kojima

se kontrolie rad celokupnog hardvera. Sastoji se od niza programskih paketa instaliranih na

pojedinim elementima sistema kao to su: sami SCADA programi, programi za analizu rada sistema i ispitivanje kvaliteta, programi a lokalno upravljanje PLC-ima, komunikacioni programi, operativni sistem raunara.

Komunikacioni podsistem - obuhvata softver i hardver za povezivanje elemenata nadzornoupravljakog sistema sa tehnolokim procesom i izmeu hardverskih i softverskih podsistema.

Tehnoloki podsistem - je proizvodni proces kojim se eli automatski upravljati i koji se eli

nadzirati.

Osnovne pretpostavke koje SCADA sistem mora da ispuni su:

pruanje brzih i tanih inforamacija o svim relevantnim podacima o objektima nad

kojima se vri nadzor i upravljanje;

visok nivo pouzdanosti rada sistema, to znai da primenjena reenja sadre zatite i

redundantna reenja na raznim nivoima sistema;

velik komfor u radu operatera, tako da je ceo sistem za nadzor i upravljanje veoma

jednostavan za rad i korienje.

Razvojni koncepti SCADA sistema se zasnivaju na ispunjavanju sledeih zahteva:

otvorenost arhitekture;

selektivni pristup informacijama i

komunikacija ovek - maina.

Osnovna karakteristika otvorene arhitekture je modularnost sistema. Otvorena arhitektura

doputa vertikalna i horizontalna proirenja sistema. Vertikalno proirenje sistema znai da se u nadzorno - upravljaki sistem moe pridruiti razliiti broj i razliiti tipovi ureaja (PLC itd.), da se mogu dodavati novi ili ukidati postojei. Horizontalno proirenje znai da se isti SCADA sistem moe primeniti na razliite tehnoloke procese. Najvea prednost otvorene arhitekture je mogunost dodavanja novih modula kao i komunikacionih protokola.

Selektivni pristup informacijama podrazumeva da vie tipova korisnika koristi dati sistem, kao to su dispeeri, tehnolozi odravanja, menadment i sl. Svaki tip korisnika ima razliite tehnoloke potrebe za podacima, nivo znanja i iskustvo. SCADA sistem mora biti tako fleksibilan da svakom tipu korisnika omoguava da na jednostavan i brz nain doe do podataka koji su mu od interesa. Korisnik ne eli da gubi vreme na traenje i prikaz informacija koje koje ga ne interesuju. Korisnik ne treba da bude okupiran raunarom, ve svojim poslom. SCADA mu slui kao alat kojim on operie svojim tehnolokim procesom pomou raunara. Komunikacija ovek maina - MMI (povezuje upravljaki sistem sa ovekom operaterom). Raunari i softver u SCADA sistemu su samo alat, koji ne moe da zameni prosuivanje, inicijativu i kreativnost korisnika. Komunikacija ovek - maina treba da obezbedi korisniku punu kontrolu nad sistemom, a ne sistema nad korisnikom. SCADA sistemi postiu ovaj cilj obezbeujui korisniku mogunost praenja tehnolokog procesa preko interaktivnih prikaza na ekranim raunara. Kretanje kroz program se obezbeuje sistemom menija, funkcionalnim tasterima itd. SCADA korisniku treba da prui kontrolu tehnolokog procesa, nadzor, hronologiju dogaaja, rukovanje alarmima i kvarovima, komunikaciju sa PLC - ureajima, off-line analize, izvetaje za razne vrste korisnika itd.

Blok ema veze operatera i SCADA sistema prikazana je na slici 4.2.1.

Sl 4.2.1 Blok ema veze operatera i SCADA sistema5. PROJEKaT AUTOMATIZACIJE PROCESA PAKOVANJA KREMASTIH PROIZVODA

Sam proces je smiljen tako da ovekova prisutnost bude minimalna, to zbog bezbednosti, to zbog produtivnosti. ovekova uloga u ovom sistemu je nadzorna i on je zaduen da prati rad sistema koji je unapred programiran i da kod odreenih nepravilnosti, odreaguje. to mu omoguava pregledan interfejs kroz koji on ima uvid u ceo proces.

Proces poinje kada se kantica spusti na traku, tada senzor registruje prisustvo objekta i pokree traku dok sledei senzor ne vidi njenu prisutnost koji zaustavlja traku i pali motor punjenja. Punjenje je automatski regulisano protokom u jedinici vremena i automatski se zavrava proces, nakon koga, motor trake se pokree do narednog senzora koji ponovo zaustavlja motor trake i pokree zaptivanje kantice. Nakon tog zavrenog procesa, ponovo se startuje motor koji pomera objekat do narednog sezora koji iznova zaustavlja traku i pokree ureaj (diza) koji skida traku sa kantice. Kada diza doe u krajnji gornji poloaj rampa sklanja katicu sa dizaa, odnosno trake i dalje ide na rucnu obradu (pakovanje itd). proces je kontinualan i zaustavlja se u sluaju kada se desi greka u sistemu, ili runo iz nekog razloga. U sluaju kada u rezervoarima nivo tenosti za punjenje, (nivo krema) padne na zadati

minimum, to indikuje senzor minimuma koji pokree punje ije je trajanje

ogranieno senzorom maksimuma, koji kada se upali gasi punjenje.

Kada se desi nepredviena greka u sistemu on automatski iskljuuje ceo sistem i tu greku indikuje signalna lampa. Nakon intervencije od strane oveka, resetujemo ceo sistem i putamo ga u pogon ispocetka.5.1 REALIZACIJA PROJEKTA

Ladder dijagram je pisan u CX-programmeru, dok je SCADA raena u CX-Supervisor-u. njihov izgled na slikama 5.1.1 i 5.1.2.

Sl 5.1.1 ladder dijagram

Sl 5.1.2 SCADA

6. ZAKLJUAK

Savremeni trendovi utede energije i potrebe automatizacije i kompjuterizacije ivota i poslovanja, uslovile su potrebu prilagoavanja graevina tehnolokim imperativima. Ako tome dodamo i konstantan razvoj i pristupanost novih tehnologija dolazimo do zakljuka da su automatizovani sistemi industrijska grana bez koje e biti nezamislivo pokrenuti bilo kakav proces proizvodnja. inteligentne. Ostaje samo da se vidi koliko e vremena biti potrebno da se ova tehnologija uvue u apsolutno svaki segment naih ivota. Ako ve nije.

7. LITERATURA

1. V. Petrovi: Upravljanje u realnom vremenu, Visoka kola elektrotehnike i 2. www.sema.co.rs

3. www.pametnakuca.rs

4. www.antel.rs

5. www.automatika.rs

ELEMENT

OU

UJ

UJ

OU

PAGE