KRMILJENJE HIDRAVLIČNIH SISTEMOV S PLC …lab.fs.uni-lj.si/lft/img/material/2.LV-navodila-PLC...UL / FS /Laboratorij za pogonsko-krmilno hidravliko (LPKH) PAP / 3L / Hidravlika in

UL / FS /Laboratorij za fluidno tehniko (LFT) PAP / 3L / Hidravlika in pnevmatika / LV

LV / Krmiljenje hidravličnega sistema s PLC krmilnikom 1 / 24

KTV (Katedra za tribologijo in sisteme vzdrževanja)

Laboratorij za pogonsko-krmilno hidravliko (LPKH)

tel.: 01/ 4771 411, 01/4771 413 in 01/4177 115

e-pošta: [email protected] ; spletni naslov: www.fs.uni-lj.si/lft

RRP / 3. letnik / HIDRAVLIKA IN PNEVMATIKA

Laboratorijske vaje

2. laboratorijska vaja

NAVODILA ZA USPEŠNO OPRAVLJANJE LABORATORIJSKE VAJE Z NASLOVOM:

KRMILJENJE HIDRAVLIČNIH SISTEMOV S PLC KRMILNIKOM

UL / FS /Laboratorij za pogonsko-krmilno hidravliko (LPKH) PAP / 3L / Hidravlika in pnevmatika / LV


Kazalo

1. Uvod ........................................................................................................................................................................... 3

2. Shema didaktičnega preizkuševališča ..................................................................................................................... 4

3. PLC............................................................................................................................................................................. 6

3.1 Programski jeziki ........................................................................................................................................................ 6

4. Uporabne funkcije .................................................................................................................................................... 7

4.1 Osnovni ukazi ............................................................................................................................................................. 7

4.2 Zančna povezava ......................................................................................................................................................... 8

4.3 Start/stop zanka ........................................................................................................................................................... 9

4.4 Časovnik (timer) ......................................................................................................................................................... 9

4.5 Števec (counter) ........................................................................................................................................................ 10

4.6 Delovanje cilindra A+ A-.......................................................................................................................................... 11

5. TwinCat PLC CONTROL programsko orodje ................................................................................................... 12

5.1 TwinCat PLC CONTROL je okno za programiranje. ............................................................................................ 12

6. Kreiranje novega projekta v TwinCad PLC COLTROL in prenos na PLC ................................................... 14

7. Deklaracije spremenljivk osnovnih podatkovnih tipov ....................................................................................... 16

8. Primer programa .................................................................................................................................................... 19

9. Literatura..................................................................................................................... Error! Bookmark not defined.



1. Uvod

Na tej laboratorijski vaji boste spoznali sodobno regulacijo in krmiljenje različnih hidravličnih sistemov. Preizkuševališče je bilo v celoti razvito in izdelano v Laboratoriju za pogonsko-krmilno hidravliko (LPKH). Preizkuševališče sestavljajo dve črpalki s spremenljivo iztisnino, štirje hidravlični valji, hidravlični motor in različne vrste hidravličnih potnih ventilov ter senzorji različnih tipov in natančnosti. Z izbranimi elementi lahko izvedemo simulacijo procesa različnih vrst naprav.

Mehatronsko preizkuševališče predstavlja zelo uporaben učni pripomoček s katerem se lahko naučimo osnov krmiljenja in regulacije hidravličnih in drugih sistemov. Prav iz tega zornega kota je preizkuševališče toliko bolj zanimivo, saj nam same operacije hidravličnih valjev ne zameglijo ideje-sistema nove naprave, iz različnih področij kot so montažne linije, obdelovalne naprave, namenski stroji, gradbeni stroji, kmetijski stroji, itn.



2. Shema didaktičnega mehatronskega preizkuševališča

Slika 1: Shema črpalk z spremenljivo iztisnino



Slika 2: Shema didaktično-mehatronskega preizkuševališča



3. PLC

Za krmiljenje hidravličnega preizkuševališča je izbran krmilnik, ki omogoča ustrezno delovanje didaktičnega preizkuševališča. Pri izbiri krmilnika je eno pomembnejših vodil tudi možnost njegove nadgradnje oz. posodobitve. Na trgu je veliko ponudnikov različnih proizvajalcev, ki nam ponujajo velik izbor različnih krmilnikov. Na preizkuševališču v laboratoriju (LPKH) imamo programabilni logični krmilnik (v nadaljevanju PLC), proizvajalca Beckhoff tip BC9000. PLC krmilnik sprejema signale zaznaval, tipk, končnih stikal, svetlobnih zaves ali inkrementalnih dajalnikov ter na osnovi vrednosti signalov programsko preklaplja določene izvršilne člene in sporoča o stanjih v procesu.

Programabilni logični krmilnik (PLC - programmable logic controller) je digitalni računalnik, ki se uporablja za krmiljenje procesov. PLC je sestavljen iz aparaturne in programske opreme. Aparaturne enote, so vodilo, transformator, procesorska enota, ter analogni in digitalni vhodi/izhodi (I/O – input/output). Pri čemer lahko število vhodov/izhodov povečujemo s povečevanjem števila vhodnih, ter izhodnih modulov. Vsak vhod/izhod ima svojo naslov (address), ki ga moramo tekom programiranja uporabljati. Nekateri PLC-ji omogočajo priklop programabilnih ekranov s pomočjo katerih spremljamo in spreminjamo parametre, ki smo jih že v tekom programa določili kot spremenljivke. Programabilni logični kontroler nadomešča zahtevna vezja z velikim številom relejev, prednost pa je v tem da ga lahko naknadno preprogramiramo in uskladimo potrebam. Pri izbiri PLC-ja moramo biti previdni na število operacij ki jih lahko PLC izvaja, število največjih vhodov/izhodov, na velikost spomina, hitrost odziva PLC če je po tem zahteva. V vsakem primeru pa moramo pretehtati o cenovni upravičenosti uporabe PLC-ja.

3.1 Programski jeziki

Na trgu je veliko ponudnikov PLC-jev, pri vseh pa se programabilni jeziki ne razlikujejo, razlikuje se le njihova uporaba v programski opremi.

Osnovni programski jeziki so:

-LAD (LD) (Ladder Logic) – uporabljajo se programski elementi, ki jih dobimo v katalogu

-FBD (Function Block Diagram) – uporabljajo se programski kvadratki, ki jih dobimo v katalogu

-STL (Statement List) – program se piše v obliki ukaznih nizov



4. Uporabne funkcije

V nadaljevanju so prikazane osnovni elementi in uporabne vezave elementov v LAD programskem jeziku, isti način razmišljanja lahko uporabimo v FBD in STL programskem jeziku.

4.1 Osnovni ukazi

Normalno odprto stikalo

Slika 3: Stikalo normalno odprto

Stikalo se sklene, ko prejme signal ˝1 ̋in se odpre pri signalu ˝0 .̋

Normalno zaprto stikalo

Slika 4: Stikalo normalno zaprto

Stikalo se odpre, ko prejme signal ˝1 ̋in se sklene pri signalu ˝0 .̋

Tuljava (Izhod, spomin)

Slika 5: Izhod, spomin

Izhod izvede operacijo, ko so izpolnjeni vsi pogoji zgornjih stikal.

Negirana Tuljava (Izhod, spomin)

Slika 6: Izhod, spomin

Izhod prekine operacijo, ko so izpolnjeni vsi pogoji zgornjih stikal.

IN (AND) funkcija

Slika 7:Vezava IN funkcije

Izhodno stanje ˝1 ̋ imamo samo v primeru, ko sta obe stikali s stanjem ˝1 .̋



ALI (OR) funkcija

Slika 8: Vezava ALI funkcije

Izhod stanje ˝1 ̋imamo, ko ima eden ali drugi rele stanje ˝1˝

4.2 Zančna povezava

Relejno povezavo (Slika 9) lahko uporabljamo v programski shemi, ko želimo da je izhodni signal OUT1 vklopljen, čeprav nimamo več stanja ˝1 ̋na releju IN1. Izhodni signal OUT1 s stanjem ˝1 ̋prekinemo, ko prejme rele IN2 stanje ˝1 .̋

Primer uporabe zanke bo prikazan v nadaljevanju na praktičnih primerih.

Slika 10: Shema zančne vezave



4.3 Start/stop zanka

Ker je varnost na prvem mestu in ker se ne moremo zanesti na brezhibnost komponent je potrebno tole zanko pravilno oblikovat. Spodaj imamo stikalo IN 2 (stop gumb-gobica) je normalno odprto, stikalo STOP pa v normalnem položaju sklenjen. Kar pomeni da v primeru ko ustavimo napravo z stikalom STOP se naprava ne bo ponovno začela delovati, dokler stikala stop ne vrnemo v začetni položaj! Tudi v primeru ko pride no napake na kablu oziroma stikalu se naprava izklopi, saj IN 2 nima več signala ˝1˝!

Slika 11: Shema vezave stop/start zanke

4.4 Časovnik (timer)

Spodaj (Slika 12) sta prikazani dve možnosti uporabe časovnika.

Diagram (a) nam prikazuje logiko elementa TOF. Stanje na izhodu OUT1, ki se po času t̋ ̋spremeni iz stanja ˝1 ̋v stanje ˝0 ̋. Program deluje po naslednjem principu. Ko ima stikalo IN1 stanje ˝1 ̋imamo OUT1 s stanjem ˝1 .̋ Po preteče času t̋˝ na časovniku TIM1 imamo na izhodu OUT1 stanje ˝0 .̋

Diagram (b) nam prikazuje logiko elementa TON. Stanje na izhodu OUT1, ki se po času t̋ ̋spremeni iz stanja ˝0 ̋v stanje ˝1 .̋ Program deluje po naslednjem principu. Ko ima stikalo IN1 stanje ˝1 ̋se začne na časovniku ovijati čas t̋ ̋. Ko doseže časovnik nastavljeno vrednost imamo signal ˝1 ̋na releju TIM1 in tako dobimo na izhodu OUT1 stanje ˝1 .̋



Slika 13: Shema vezave časovnka

4.5 Števec (counter)

Števnik je v aplikacijah v industriji velikokrat uporaben, kot recimo ko moramo prešteti določeno število izdelkov, določeno število gibov, itd.

Pri programiranju plc-ja je štetje enostavno doseči z izbiro ustreznega elementa. Na sliki X je prikazana logika števnika. Števnik CNT1 preko vhoda C šteje število signalov stikalo IN1. Ko števnik doseže želene vrednost ima izhodni signal stanje ˝1 ̋in kot posledico imamo na izhodu OUT1 stanje ˝1 .̋ Števnik resetiramo preko vhoda R tako, da prejme rele IN2 stanje ˝1 .̋

Slika 14: Shema vezave števca



4.6 Delovanje cilindra A+ A-

Slika 15: Shematični prikaz krmiljenja hidravličnega valja

Slika 16 prikazuje dvosmerni hidravlični valj z elektro magnetnim potnim ventilom 5/2.

Cilinder se bo pomaknil A+ ko bomo imeli na senzorju IN1 stanje ˝1˝

Cilinder se bo premaknil A- ko bomo imeli na senzorju IN2 stanje ˝1˝

Da gre cilinder A+ potrebujemo na elektro magnetu a potnega ventila V1 izhodni signal OUT1 s stanjem ˝1˝

Da gre cilinder A- potrebujemo na elektro magnetu b potnega ventila V1 izhodni signal OUT2 s stanjem ˝1˝

Tukaj pa ne smemo pozabit, da če hočemo doseči stalno delovanje cilindra A+ A-, da moramo pri prekrmiljenju potnega ventila prejšnje stanje prekiniti!

Če torej želimo da gre cilinder A- moramo imeti na izhodu OUT1 stanje ˝0 ,̋ oziroma če želimo da gre cilinder A+ moramo na izhodu OUT2 imeti stanje ˝0 .̋

Rešitev kako dosežemo stalno delovanje cilindra A+, A- je prikazuje Slika 17

Slika 18: Lestvični diagram krmiljenja hidravličnega valja



5. TwinCat PLC CONTROL programsko orodje

5.1 TwinCat PLC CONTROL je okno za programiranje.

Slika 19: Okno za programiranje

TwinCat CONFIG MODE je okno ki ga najdemo v TASKBAR-u (poleg ure).Tukaj lahko odpiramo programe, ter jim spremenimo izvajanje programa start/stop.

Slika 20: TwinCAT Sistem Service



Data types okno kjer so definirani lastni podatkovni tipi, strukture, numeracije.

Slika 21: Okno Data types

Resources okno kjer so izpisane vse uporabljene knjižnice, globalne spremenljivke, Library manager (orodje za pregledovanje in dodajanje knjižnic), PLC Configuration (nastavitev tipa PLC enote), Task configuration (orodje za kofiguriranje nalog (task) PLC naprave), ter druge funkcije za spremljanje vrednosti spremenljivk

Slika 22: Okno Resources



6. Kreiranje novega projekta v TwinCad PLC COLTROL in prenos na PLC

Pri kreiranju novega projekta se nam odpre okno “Choose Target System Type”, tu moramo določiti tip PLC enote za katero pišemo program

Slika 23: Okno za izbiro tipa PLC enote, katero se programira

Po izbiri tipa PLC enote moramo še izbrati tip objekta, ki je lahko program, funkcijski blok ali funkcija ter programski jezik v katerem ga bomo programirali.

Slika 24: Okno za izbiro tipa objekta (program,funkcija,funkcijski blok,programski jezik)



Ko napišemo program ga je potrebno prevesti, preden ga prenesemo na PLC enoto. Prevedemo ga v menuju Project\Build .

Slika 25: Ukaz za prevajanje programa

Projekt prenesemo na PLC tako da se logiramo na enoto v menuju Online\login.

Slika 26: Ukaz za prenos projekta na krmilnik PLC



7. Deklaracije spremenljivk osnovnih podatkovnih tipov

Pri deklaraciji spremenljivk je mogoče določiti tudi točen naslov v pomnilniku!

Identifier predstavlja ime spremenljivke, podatkovne oblike, funkcije, …

Naslov: → % Predpona za vsak IEC naslov → I, Q, M I= Input, Q=Output, M=Memory Input je vhodna funkcija npr. vklop motorja, izvedemo jo z pritiskom tipke VKLOP Output je izhodna funkcija npr. vklop elektromagneta določenega ventila. Memory je spominska funkcija, ki jo uporabimo npr. pri uporabi števca, ki nam šteje določene operacije, ki se večkrat ponovi, ohrani nam pogoje pri katerih se bo funkcija še izvajala. → X, B, W, D X=Bool, B=Byte, W=Word, D=Integer → števec direktni naslov Data Type: → BOOL, BYTE, INT, WORD, DINT, DWORD, REAL

Bool je primeren za digitalne vhode/izhode, saj ima le dve vrednosti 1 ali 0 oz. TRUE ali FALSE; začetna vrednost je 0 oz FALSE Byte, word, integer so primerni za analogne vhode/izhode saj imamo večjo podatkovno širino in večje vrednosti območja, začetno vrednost imajo vsi 0. BOOL BYTE WORD INTEGER Obseg podatkov (Bit)

1 8 16 16

Vrednosti območja 1/0 0-16 0-16 -215…..215-1



Slika 27: Primer uporabe deklaracije spremenljivk

Posamezne deklaracije (v vsaki vrstici je po ena) sestavljajo: ime (identifier) s črno barvo, sledi veznik (AT-modra barva), nato naslov (ang. 'address'') posameznega kanala v vijolični barvi; številka 64.2 je določena s strani krmilnika na njo ne morem vplivati, vedeti moramo le kje se nahaja (Slika 28), ter podatkovni tip spremenljivke v modri barvi. Poznamo več podatkovnih tipov: ''BOOL'', ''BYTE'', ''WORD'', ''INT'', , itn. Posamezne spominske funkcije in funkcije, ki nastopajo v posameznih funkcijskih blokih (kot npr. v časovniku, števcu) ni potrebno popolnoma določiti.



Slika 29: Določevanje naslovov



8. Primer programa

V tem primeru smo krmilili hidravlični valj (slika. 2 poz 51.2), pri čemer smo želeli, da krmilje zagotovi pomik batnice hidravličnega valja naprej ter, ko le-ta doseže skrajno končno lego in po preteku 4s se izvede samodejni pomik batnice nazaj v izhodiščno lego. V programu smo predvideli še šest-kratno ponovitev naprej/nazaj in nato ustavitev v začetni-izhodiščni legi.

Vklop črpalke izvedemo s tipko ˝vklop črpalke 1 ̋ in po času 5s se vzpostavi pretok v sistemu. Izvajanje programa poženemo s tipko ˝start program˝ in program steče. Pri tem se izvede šest-kratna ponovitev giba batnice iz notranje do zunanje skrajne lege in nazaj. Po končanih ciklih se program ustavi. V primeru, da smo med izvajanjem programa pritisnili tipko ''stop program'' se cikel, ki se trenutno odvija izvede do konca in nato se program ustavi.

Pri snovanju prvega krmilnega programa se je pojavila tudi zahteva po možnosti ročnega pomika batnice hidravličnega valja v primeru uporabe varnostnega ˝stop ̋ stikala. Za predstavljene pogoje obratovanja smo zaradi lažjega nadaljnjega programiranja izdelali še funkcijski diagram operacij (slika 43).



Slika 30: Funkcijski diagram poteka operacij za krmiljenje hidravličnega valja.



S pomočjo funkcijskega diagrama napišemo program, katerega sestavljajo deklaracije spremenljivk (slika 44), ter programska koda (slika 45).

Pri deklaraciji spremenljivk, smo s komentarji (pisava v zeleni barvi) ločili posamezne spremenljivke glede na njihovo funkcijo, ki jo opravljajo. Tako so ločeni: funkcijske tipke (krmilne prenosne enote, sl. 39), časovniki, števec, elektromagneti potnih ventilov, končna stikala ter spominske funkcije. Posamezne deklaracije (v vsaki vrstici je po ena) sestavljajo: ime s črno barvo, sledi veznik (AT-modra barva), nato naslov (ang. 'address'') posameznega kanala v vijolični barvi, ter podatkovni tip spremenljivke v modri barvi. Poznamo več podatkovnih tipov: ''BOOL'', ''BYTE'', ''WORD'', ''INT'', ''DWORD'', ''DINT'', itn. Posamezne spominske funkcije in funkcije, ki nastopajo v posameznih funkcijskih blokih (kot npr. v časovniku, števcu) ni potrebno popolnoma določiti.



V programu slika 45 je prikazan način uporabe števca, časovnika ter način kako izvedemo programsko zanko, da se batnica hidravličnega valja pomakne v želen položaj.

Program (slika 45) deluje po zaporedju, kot je razloženo v nadaljevanju.

Vrstica 0001: po vklopu tipke ˝vklop črpalke 1 ̋ in preteku časa 5 s se vklopi elektromagnet (em7) (sl. 2 poz. 58), ki poskrbi za obtok olja v sistemu. Vrstica 0002: s tipko start zaženemo pogoj ˝m1 ̋ za izvajanje cikla. Ta se ne izvede v primeru vklopa stikala ˝ročno .̋



Vrstica 0003: s tipko ˝stop program˝ prekinemo izvajanje cikla. S tipko ˝start program˝ prekličemo ustavitev cikla. Vrstica 0004: tu je pogoj za pomik batnice hidravličnega valja (sl. 2 poz 51.2) naprej pri izvajanju cikla. To se izvede v primeru, ko imamo pogoj za izvajanje cikla ˝start program ̋ ter ko se batnica HV nahaja v osnovnem položaju (povoženo končno stikalo ˝OP51_2 - sl. 2, poz. 68.5) in še nismo dosegli želenega giba pomikov batnice hidravličnega valja. V primeru, da se batnica giblje proti želenemu položaju in pritisnemo tipko ˝stop program˝ se bo sprememba (zaustavitve) zgodila šele v naslednjem ciklu. V primeru vklopa stikala ˝ročni pomik ̋ in tipke ˝naprej˝ se bo batnica hidravličnega valja pomaknila proti zunanjemu položaju. Pomik batnice hidravličnega valja naprej bo prekinjen s končnim stikalom ˝KP51_2˝ (sl. 2, poz. 68.6). Na izhodu iz vrstice 0004 je postavljen ukaz za vklop elektromagneta 4 (em4) potnega ventila (sl. 2, poz. 55.0). Vrstica 0005: tu je pogoj za pomik batnice hidravličnega valja nazaj pri izvajanju cikla. To se izvede, če je izpolnjen pogoj za izvajanje cikla ˝start program ̋ ter če se batnica HV nahaja v končnem položaju (povoženo končno stikalo ˝KP51_2 ̋- sl. 2, poz. 68.6), ter je pretekel čas čakanja batnice v končni legi. V primeru vklopa stikala ˝ročni pomik˝ in tipke ˝nazaj˝ se bo batnica hidravličnega valja pomaknila nazaj v začetni položaj. Pomik batnice hidravličnega valja nazaj bo prekinjen s končnim stikalom ˝OP51_2˝. ). Na izhodu iz vrstice 0005 je postavljen ukaz za vklop elektromagneta 3 (em3) potnega ventila (sl. 2, poz. 55.0). Vrstica 0006: tu je števec korakov giba batnice hidravličnega valja naprej. Ob vsakem vklopu elektromagneta 4 (em4) se bo števec povečal za 1.



Slika 45. Programska koda za krmiljenje hidravličnega valja.

Documents

KRMILJENJE HIDRAVLIČNIH SISTEMOV S PLC …lab.fs.uni-lj.si/lft/img/material/2.LV-navodila-PLC...UL / FS /Laboratorij za pogonsko-krmilno hidravliko (LPKH) PAP / 3L / Hidravlika in