A U T O M A T Y K A

Sterowniki programowalne PLCPodstawy, cz 1- Czytaniem podstawowych schematw drabinkowych oraz posugiwaniem si list instrukcji PLC. - Identyfikacj rnic pomidzy sterownikami SIMATIC S7-212 aS7-214. - Dobraniem waciwych moduw rozszerzajcych porty wejciowe iwyjciowe. Tak wic - zapraszamy. Bdzie to automatyka wpiguce!

Co to jest PLC?Programowalne sterowniki logiczne (PLC, ang. Programmable Logic Controllers), nazywane take sterownikami programowalnymi, nale do szeroko rozumianej rodziny komputerw. Wykorzystywane s gwnie wzastosowaniach przemysowych. Praca PLC polega na monitorowaniu wej analogowych icyfrowych, podejmowaniu decyzji woparciu oprogram (algorytm dziaania) uytkownika oraz odpowiednim sterowaniu wyjciami (rys. 1).

WprowadzenieKurs STEP 2000 - Siemens Technical Education Program (program edukacji technicznej firmy Siemens) obejmuje zakres podstawowych informacji na temat sterownikw PLC oraz zwizanych znimi produktw automatyki z innych rodzin. Po ukoczeniu kursu podstaw PLC bez trudu poradzimy sobie z: - Identyfikacj gwnych elementw PLC irozumieniem realizowanych przez nie funkcji. - Przeksztacaniem liczb zpostaci dziesitnej na binarn, BCD oraz szesnastkow. - Identyfikacj typowych wej iwyj cyfrowych ianalogowych.

Korzystajc zuprzejmoci firmy Siemens publikujemy krtki kurs, prezentujcy podstawowe zagadnienia zwizane znowoczesnymi sterownikami PLC. Zaczynamy od podstaw, ktore cho dla wikszoci Czytelnikw s oczywiste, czasami mog sprawi nieco kopotw. Publikacja oparta jest na podrczniku Podstawy sterownikw programowalnych PLC, przygotowanym przez specjalistw firmy Siemens. Podrcznik ten stanowi przystpny wykad osterownikach programowalnych PLC. Przeznaczony jest dla wszystkich poszukujcych informacji zzakresu podstaw automatyki.na instrukcjach programowych zawartych wpamici. Moduy wyjciowe przetwarzaj funkcje sterowania zCPU do takiej postaci sygnaw (cyfrowych lub analogowych), jakich wymaga aplikacja. Instrukcje programowe okrelaj co powinien wykona PLC przy okrelonym stanie wej iwdanej sytuacji. Dodatkowy interfejs operatorski (pulpit sterowniczy) umoliwia wywietlanie informacji orealizowanym procesie sterowania iwprowadzanie nowych parametrw kontrolnych. Wprezentowanym na rys. 3 przykadzie, przyciski (czujniki) podczone do wej PLC mog by uyte do uruchomienia lub zatrzymania silnika doczonego do PLC poprzez stycznik silnika, ktry spenia rol urzdzenia wykonawczego.

Sterowanie konwencjonalnePrzed pojawieniem si PLC wiele zzada kontrolnych byo rozwizywanych przez czone ze sob styczniki lub przekaniki. Taki sposb sterowania nazywany jest czsto sterowaniem konwencjonalnym. Zasada pracy konwencjonalnego ukadu sterowania jest okrelona przez trwae poczenie aparatury stycznikowoprzekanikowej ielementw obiektowych. Okablowanie ukadu jednoznacznie itrwale okrela sposb jego funkcjonowania. Jakiekolwiek zmiany lub rozbudowa ukadu sterowania wymagaj uzupenienia aparatury kontrolnej iponownego okablowywania. Przykadowy ukad sterowania konwencjonalnego przedstawiono na rys. 4.

Zasada dziaania PLCSterowniki PLC zbudowane s zmoduw wejciowych, jednostki centralnej (CPU) oraz moduw wyjciowych (rys. 2). Wejcia PLC akceptuj rne sygnay wejciowe, cyfrowe lub analogowe, pochodzce zzewntrznych urzdze (czujnikw), przetwarzane nastpnie do postaci sygnaw logicznych, ktre staj si zrozumiae dla Pompy CPU. Jednostka CPU podejmuje decyzje iwykonuje funkcje sterowania bazujcSTART

Silniki napdw

LampkiSF RUN STOP I 0,0 I 0,1 I 0,2 I 0,3 I 0,4 I 1,0 I 1,1 I 1,2 I 1,3 I 1,4 I 1,5 Q 0,0 Q 0,1 Q 0,2 Q 0,3 Q 0,4 Q 0,5 Q 0,6 Q 0,7 Q 1,0 Q 1,1 Q 1,2

CPU214

SIMATIC S7-200

I 0,5 I 0,6 I 0,7

Czujniki wietlne

Przyciski Przeczniki

Rys. 1.Stycznik silnika (elem. wykonawczy) Silnik

Zalety PLC wstosunku do kon wencjonalnych rozwiza uka dw sterujcych: Mniejszy rozmiar ukadu sterowania ni wprzypadku rozwiza konwen cjonalnych. atwiejsze iszybsze dokonywanie zmian walgorytmie dziaania. Centralnie dostpne funkcje nastaw cze, diagnostyczne izabezpieczajce. Aplikacje mog by natychmiast, au tomatycznie dokumentowane. Aplikacje mog by szybciej iznacz nie taniej powielane.

Wyjcie

PLC Wejcie Przyciski Start/Stop (czujniki)

Rys. 2.

Rys. 3.

Elektronika Praktyczna 1/2000

33

A U T O M A T Y K AL1 460 AVC L2 L3 1M M M OL T1 OL T2 OL T3 OL M CR Silnik27

2

6

2

5

2

4

2

3

2

2

2

1

2

0

128 0

64 0

32 0

16 1

8 1

4 0

2 0

1 0

Najbardziej znaczcy bit

Najmniej znaczcy bit

Rys. 6.128 0 64 0 32 0 16 1 8 1 4 0 2 0 1 0

Stop

Start CR

2

8

Rys. 7. Rys. 4.CR128 64 0 32 1 16 0 8 1 4 0 2 0 1 0

+16 24

Sterowanie z PLCTakie same, atake bardziej skomplikowane zadania mog by wykonane za pomoc PLC. Okablowanie pocze logicznych pomidzy urzdzeniami istykami przekanikw wykonywane jest wprogramie zapisanym wpamici PLC. Na zewntrz wymagane jest jedynie proste podczenie aparatury obiektowej do wej iwyj sterownika. Opracowanie aplikacji iusuwanie bdw jest znacznie atwiejsze ni wsterowaniu konwencjonalnym. Znacznie atwiej tworzy si imodyfikuje program wPLC ni zmienia okablowanie ukadu.

iS7-216. Jednostki S7-212, S7214 zostan omwione wkolejnych odcinkach tego kursu. Sterowniki S7-300 iS7-400 Sterowniki PLC typu S7300 iS7-400 s uywane wbardziej skomplikowanych zastosowaniach, poniewa obsuguj znacznie wiksz liczb wej iwyj obiektowych. Oba sterowniki wykonano wtechnice moduowej, dziki czemu mona je wprosty sposb rozbudowywa. Zasilacz oraz moduy wej/wyj stanowi oddzielne bloki podczane do CPU. Wybr pomidzy S7-300 lub S7-400 zaley od stopnia zoonoci procesu sterowania imoliwoci przyszej rozbudowy.Rys. 8.

0

8 +32 40Bit0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0

Bajt Sowo

Rys. 9.

Sterowniki PLC firmy SiemensFirma Siemens produkuje kilka odmian sterownikw PLC rodziny SIMATIC S7. S to: S7-200, S7-300 oraz S7-400. Sterownik S7-200 Sterownik ten jest okrelany mianem mikro-PLC, ato ze wzgldu na swoje niewielkie wymiary. Jednostka centralna sterownika S7-200 zbudowana jest wpostaci bloku, ze zintegrowanym zasilaczem iwejciami/wyjciami obiektowymi (rys. 5). S7-200 moe by uywany wmniejszych, samodzielnych aplikacjach, takich jak np. podnoniki, myjnie samochodowe lub mieszarki. Moe by take stosowany wbardziej kompleksowych aplikacjach przemysowych, takich jak linie butelkowania ipakowania. Sterownik S7-200 dostpny jest wpiciu wersjach: S7210, S7-212, S7-214, S7-215

Systemy liczboweSterowniki programowalne s komputerami, ktre przechowuj informacje wpostaci dwch stanw logicznych: 1 lub 0, nazywanych cyframi binarnymi (bitami). Cyfry binarne s uywane indywidualnie lub wykorzystywane do przedstawiania wartoci numerycznych (liczbowych). System dziesitny Sterowniki wykorzystuj wiele systemw liczbowych. Wszystkie systemy liczbowe maj te same trzy cechy: cyfry, podstaw iwag. System dziesitny, ktry jest powszechnie uywany wyciu codziennym, posiada nastpujce cechy charakterystyczne: Dziesi cyfr: 0, 1, ,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 Podstaw: 10 Wagi: 1, 10, 100, 1000...

System binarny System binarny wykorzystywany jest przez sterowniki programowalne. System binarny posiada nastpujce cechy charakterystyczne: Dwie cyfry: 0, 1 Podstaw: 2 Wagi: 1, 2, 4, 8, 16... Wsystemie binarnym jedynki izera zajmuj w zapisie okrelone pozycje. Kadej pozycji odpowiada jej waga (rys. 6). Pierwsza pozycja z prawej posiada wag 2 0. Jest ona odpowiednikiem dziesitnych jednoci. Bit z tej pozycji jest nazywany najmniej znaczcym bitem. Waga binarna jest podwajana zkad kolejn pozycj. Nastpna pozycja (druga zprawej) posiada wag 2 1, ktra odpowiada dziesitnej dwjce. Warto dziesitna jest podwajana na kadej kolejnej pozycji. Liczba na pozycji najdalej po lewej stronie jest nazywana najbardziej znaczcym bitem. Wnaszym przykadzie, najbardziej znaczcy bit posiada wag binarn 27. Odpowiada to liczbie dziesitnej 128.

kich pozycji zwierajcych jedynki. 3. Dodaj wartoci wkolumnie. Wprezentowanym przykadzie na czwartej ipitej pozycji od prawej s jedynki. Warto dziesitna czwartej pozycji od prawej wynosi 8, awarto dziesitna pozycji pitej od prawej to 16. Dziesitny odpowiednik takiej liczby binarnej wynosi 24. Suma wag wszystkich pozycji, ktre zwieraj jedynki, jest liczb dziesitn zapamitywan przez PLC. Wkolejnym przykadzie (rys. 8) na czwartej iszstej pozycji od prawej s jedynki. Warto dziesitna czwartej pozycji od prawej wynosi 8 awarto dziesitna pozycji szstej od prawej to 32. Dziesitny odpowiednik takiej liczby binarnej wynosi 40.

Zamiana zapisu liczby zsystemu binarnego na dziesitnyPonisze kroki mog by wykorzystane do znalezienia dziesitnego odpowiednika liczby zapisanej wkodzie binarnym (rys. 7). 1.Rozpocznij od prawej strony do lewej (od najmniej znaczcego do najbardziej znaczcego bitu). 2.Zapisz pod spodem reprezentacj dziesitn wszyst-

Rys. 10.Liczby Liczby dziesitne BCD 0000 0 0001 1 0010 2 0011 3 0100 4 0101 5 0110 6 0111 7 1000 8 1001 9

SF RUN STOP

I 0,0 I 0,1 I 0,2 I 0,3 I 0,4 I 0,5

I 1,0 I 1,1 I 1,2 I 1,3 I 1,4 I 1,5

Q 0,0 Q 0,1 Q 0,2 Q 0,3 Q 0,4 Q 0,5 Q 0,6 Q 0,7

Q 1,0 Q 1,1 Q 1,2

CPU214

0

2

0

5

SIMATIC S7-200

I 0,6 I 0,7

0000 0010 0000 0101

Rys. 5.

Rys. 11.

34

Elektronika Praktyczna 1/2000

A U T O M A T Y K A161 2 16 B0

System szesnastkowySystem szesnastkowy jest kolejnym systemem uywanym wsterownikach programowalnych. Posiada on nastpujce cechy charakterystyczne: Szesnacie cyfr: 0, 1, ,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F Podstawa: 16 Wagi: 1, 16, 256, 4096... Dla pierwszych dziesiciu cyfr systemu szesnastkowego wykorzystanych jest dziesi cyfr systemu dziesitnego. Dla pozostaych szeciu cyfr wykorzystanych jest pierwszych sze liter alfabetu: A= 10 D= 13 B= 11 E= 14 C= 12 F= 15 System szesnastkowy jest uywany wPLC, poniewa umoliwia czytelne przedstawienie duych liczb binarnych wstosunkowo maych przestrzeniach, takich jak ekran komputerowy lub wywietlacz programatora. Kada cyfra szesnastkowa reprezentuje kombinacj wartoci czterech bitw binarnych. Aby przeksztaci liczb dziesitn na posta szesnastkow, naley j dzieli kolejno przez najwiksz moliw potg podstawy (16). Na przykad, aby przeksztaci dziesitne 28 do postaci szesnastkowej, naley wykona nastpujce dziaanie: dziesitne 28 podzieli przez 16, co daje 1ireszt 12. Liczbie 12 wzapisie szesnastkowym odpowiada C. Szesnastkowy odpowiednik dziesitnej liczby 28 wynosi wobec tego 1C. Warto dziesitna liczby szesnastkowej otrzymywana jest przez pomnoenie poszczeglnych cyfr tej liczby przez

Tab. 1. Tabela konwersji liczb wpostaciach: dziesitnej, binarnej, BCD iszesnastkowej.Dziesitnie0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 . . 126 127 128 . . 510 511 512

Binarnie0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 10000 10001 10010 10011 10100 . . 111 1110 111 1111 1000 0000 . . 11111 1110 11111 1111 10 0000 0000

BCD0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 0001 0000 0001 0001 0001 0010 0001 0011 0001 0100 0001 0101 0001 0110 0001 0111 0001 1000 0001 1001 0010 0000 . . 0001 0010 0110 0001 0010 0111 0001 0010 1000 . . 0101 0001 0000 0101 0001 0001 0101 0001 0010

Szesnastkowo0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 10 11 12 13 14 . . 7E 7F 80 . . 1FE 1FF 200

11 x 1 = 11

Rys. 12.

2 x 16 = 32 43

Bity, bajty isowaKada cyfra liczby binarnej jest bitem. Osiem bitw tworzy bajt. Dwa bajty lub 16 bitw tworz jedno sowo (rys. 9).

Logiczne 0, logiczna 1Sterowniki programowalne mog rozrni tylko dwa sygnay: wczone lub wyczone. Binarny system liczbowy jest systemem, wktrym wystpuj tylko dwie cyfry: 1i0. Binarna 1wskazuje, e sygna jest obecny lub przecznik jest zaczony. Binarne 0wskazuje, e sygna jest nieobecny lub przecznik jest wyczony (rys. 10).

Kod BCDBinarne kodowanie dziesitne (BCD) jest systemem liczb dziesitnych, wktrym kada cyfra reprezentowana jest przez cztery bity liczby binarnej. Kod BCD jest czsto uywany wurzdzeniach wejciowych iwyjciowych sterownikw. Przecznik obrotowy (rys. 11) jest jednym zprzykadw urzdzenia wejciowego, ktre wykorzystuje kod BCD. Liczby binarne s pogrupowane wczterocyfrowe grupy, kada grupa reprezentuje liczb dziesitn. Czterocyfrowy przecznik obrotowy (rys. 11) wykorzystuje 16 wej PLC (4 x4).

wag odpowiedni dla danej cyfry, anastpnie zsumowanie tych iloczynw czstkowych. Wponiszym przykadzie (rys. 12) szesnastkowa liczba 2B przeksztacana jest do swojego odpowiednika dziesitnego tj. liczby 43. 16 0 = 1 16 1 = 16 B = 11 AC

Artyku opracowany na podstawie podrcznika Podstawy sterownikw programowalnych PLC firmy Siemens. Cig dalszy artykuu zostanie opublikowany w EP2/2000.

Elektronika Praktyczna 1/2000

35