Uvod za Web PLC

1.1. Svet digitalne elektronike1.2. Osnovni pojmovi procesnog upravljanja1.3. Softver. Osnovni pojmovi1.4. ta je PLC?1.5. Nain rada PLC-a Sken ciklus 1.6. Mesto i uloga PLC-a u savremenim upravljakim sistemima

Uvod

Uvo

d13

1.1. Svet digitalne elektronike

digitalni i analogni signaliBez sumnje se moe rei da je dananji svet u stvari svet digitalne

elektronike. Konstrukcija personalnih raunara je takva da CPU, memorija i sve druge komponente raunara mogu da rade samo sa digitalnim signalima (signalima logike nule i jedinice). Ali ta je sa automatikom i procesnim upravljanjem, da li su digitalni signali i u toj oblasti preuzeli primat nad analognim? Ukoliko se posmatra proces obrade ili smetanja i arhiviranja podataka koji dolaze sa procesa i pritom se ima na umu injenica da su PLC-ovi u mnogim segmentima hardvera slini personalnim raunarima, dolazi se do zakljuka da se i kod PLC-ova podaci mogu pamtiti i obraivati samo u digitalnoj (binarnoj) formi. Meutim, ukoliko se razmatra proces merenja ili praenja nekih veliina na procesu koje se kontinualno menjaju, dolazi se do zakljuka da se takve operacije ipak mogu obaviti samo uz pomo analognih veliina i analognih senzora. Ali pre svega, neophodno je prvo razmotriti znaenje pojmova digitalni i analogni signali, pa e onda biti lake razumevanje i nekih drugih pojmova iz oblasti digitalne elektronike.

Digitalni signali u automatici slue da ukau na jedno od dva mogua stanja nekog ulaznog ureaja. Prekida moe biti pritisnut ili nepritisnut, senzor aktiviran ili neaktiviran, odnosno i jedan i drugi se mogu nai u dva razliita stanja. Ova dva stanja se opisuju binarnom informacijom, ija je vrednost logika nula ili logika jedinica (Sl. 1.1)

Sl.1.1 Digitalni signal opisuje stanje prekidaa i digitalnih senzora

DraganTypewriterProgramabilni Logiki Kontroleri - Uvod u programiranje i primenu, Dragan M. Marinkovi ------------------------------------ Programabilni Logiki Kontroleri - Uvod u programiranje i primenu

DraganTypewriter

Uvo

d14

Uvo

d15

Digitalni signali, takoe slue i da se pomou njih upravlja radom izlaznih ureaja. Upisivanje logike jedinice u neku izlaznu adresu koristi se kao signal za ukljuivanje odgovarajueg izlaznog ureaja, a upisivanje logike nule kao signal za njeno iskljuivanje.

Analognim signalima se opisuju stanja odreenih fizikih veliina na procesu koje se menjaju kontinualno u vremenu. Pritisak, temperatura i protok su primeri takvih fizikih veliina. Da bi se ovi analogni signali mogli koristiti od strane PLC-a, potrebno je pre njihovog upisivanja u memoriju PLC-a izvriti A/D konverziju, kako bi oni bili predstavljeni u binarnoj formi (u vidu niza logikih nula i jedinica). Analogni signali se takoe mogu i iskoristiti za upravljanje odreenim izlaznim ureajima.

Brojni sistemi i kodoviDa bi se izrazile odreene vrednosti koriste se brojni sistemi. U

svakodnevnom ivotu koristimo decimalni brojni sistem da bismo predstavili ili razumeli odreene vrednosti. Decimalni brojni sistem ima 10 cifara (0, 1, 2,.9) i njegovu primenu uoavamo na svakom koraku. Cene proizvoda u radnjama i marketima, kursne liste, vreme i datum, sve su to primeri u kojima se upotrebljava ovaj brojni sistem. Meutim, decimalni brojni sistem nije jedini brojni sistem koji postoji. Iako je izuzetno pogodan za razumevanje i korienje kad je ovek u pitanju, decimalni brojni sistem je teko i maltene nemogue implementirati za memorisanje podataka kod raunarskih sistema. Sve memorije danas postojeih raunarskih sistema rade na principu pamenja podataka u binarnoj notaciji, odnosno u vidu memorisanja dva

stanja: stanja logike nule i stanja logike jedinice. Stanje logike jedinice najee odgovara naponu od 5V DC, a stanje logike nule naponu od 0V DC. Ukoliko bi se koristio decimalni brojni sistem to bi znailo da bi umesto ova dva stanja postojalo deset razliitih stanja u rasponu od 0 do 5V DC. Tako konstruisan sistem naponskih nivoa bi izgledao ovako: 0.0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 5.0. Ukoliko uzmemo u obzir da je zbog eliminisanja uticaja moguih odstupanja, umova, greke i slinih efekata kod binarnog sistema predvieno da se logikom nulom npr. smatra sve ono to pripada opsegu od 0 - 1,7 V DC, a logikom jedinicom sve ono to pripada naponu od 3,2 - 5V DC lako emo doi do zakljuka da je izuzetno teko realizovati raunarski sistem za memorisanje podataka koji bi to isto radio u decimalnoj formi. Naponski nivoi koji predstavljaju cifre decimalnog sistema bi bili suvie blizu jedan drugog to bi dovelo do toga da bilo koje naponsko odstupanje ili um od naprimer 0.5V, moe da od broja 3 u decimalnom obliku (predstavljenog naponom 1.5V DC) napravi broj 4 (predstavljen naponom 2.0V DC). Kad uporedimo sve mogue nedostatke takvog sistema, dolazimo da zakljuka da je za raunarske sisteme

neuporedivo bolji i maltene jedino mogui rad sa podacima u binarnoj formi. Zbog toga do danas niko nije ni konstruisao raunarski sistem koji bi imao memorije koje pamte podatke u nekoj drugoj formi, drugaijoj od binarne. Takav sistem ne bi funkcionisao ni brzo ni efikasno a ni pouzdano, i ne bi imalo nikakvog smisla naterati raunare da komuniciraju drugim jezikom sem binarnog, kao to ne bi imalo smisla ni naterati ljude da se u svakodnevnoj komunikaciji koriste binarnim jezikom (Sl.1.3).

Svako treba da koristi onaj jezik koji je njemu najefikasniji i najjednostavniji za predstavljanje, memorisanje i izraavanje informacija.

Sl.1.2 Analogni signal prati stanje analognog temperaturnog senzora

Sl.1.3 Raunari koriste binarni jezik za komunikaciju

DraganTypewriter

DraganTypewriter

Uvo

d16

Uvo

d17

Postoji vie razliitih vrsta brojnih sistema ali su najee u upotrebi: binarni, oktalni, heksadecimalni i decimalni (Sl.1.4).

Da bi se opisalo stanje digitalnih senzora i prekidaa koristi se binarni sistem. Binarni sistem je brojni sistem koji sadri samo dve cifre: 0 i 1. Kad neki broj predstavljamo u binarnom sistemu, pozicija cifre u samom broju nam ukazuje i na njegov teinski koeficijent, odnosno njegov znaaj u okviru samog broja.

Bit na krajnje desnoj strani binarnog broja se naziva LSB ili bit najmanje teine (least significant bit) a bit na krajnje levoj strani se naziva MSB ili bit najvee teine (most significant bit). Na primer, u broju 1010, LSB je bit koji se nalazi na krajnje desnoj strani broja (0), dok je MSB bit koji se nalazi na krajnje levoj strani broja

Na slici 1.5 vidimo da u zavisnosti od mesta u binarnom broju svaka cifra ima sopstvenu teinu. Te teine su, 20, 21 , 22, 23 , 2n . Ukoliko naprimer binarni broj 10110110 treba da se pretvori u njegov decimalni ekvivalent, onda bi svaka od binarnih cifara morala da se pomnoi sa njoj odgovarajuim teinskim koeficijentom i da se tako dobijeni proizvodi saberu.

Osim malopre prikazanog pretvaranja binarnog broja u decimalni, mogua je i obrnuta operacija, odnosno pretvaranje decimalnog broja u binarni. U sutini, bilo koja brojevna vrednost bilo kog brojnog sistema moe se konvertovati u neki drugi brojni sistem.

Osim klasinog pretvaranja decimalnih brojeva u binarne, vrlo esto se primenjuje i kodiranje decimalnih brojeva. Kodiranje podrazumeva da se svaka cifra decimalnog broja predstavlja posebnim binarnim kodom. Najpoznatiji BCD (Bynari Coded Decimal) kod je 8-4-2-1 kod prikazan u tabeli na slici 1.4 i u njemu se pomou samo 4 binarnih cifara moe kodirati svih deset cifara decimalnog brojnog sistema.

Kodiranje alfanumerikih karaktera (brojeva, slova, interpunkcijskih znakova, specijalnih karaktera itd...) vri se nekim drugim vrstama kodova koji zahtevaju korienje veeg broja bitova. Neki od takvih kodova su ASCII i Unicode kodovi.

Sl.1.4 Brojni sistemi

Sl.1.5 Pretvaranje binarnog broja u decimalni

Uvo

d18

Uvo

d19

Logika kola i logike operacije

Logika kola su elektronska kola koja imaju zadatak da realizuju logike operacije. Logikim operacijama su definisane funkcije nad jednom, dve ili vie promenljivih. Promenljive su veliine jednog bita. Postoji samo jedna logika funkcija koja vri logiku operaciju nad jednom promenljivom i to je logika operacija Negacije (NOT). Ostale logike operacije (I, ILI, NI, NILI, Ekskluzivno ILI) se obavljaju nad dve ili vie promenljivih.

i (and) Na osnovu tabele se zakljuuje da e izlaz logike funkcije (C) biti u

stanju logike jedinice samo ako su oba ulaza (A i B) u stanju logike jedinice.

ili (or)Izlaz logike funkcije (C) e biti jednak logikoj jedinici kad je na bar

jednom od ulaza (A ili B) logika jedinica.

ni (nand)Izlaz NI logikog kola e biti na logikoj jedinici kada je bar jedan od

ulaza (A ili B) na logikoj nuli.

nili (nor) Izlaz logike funkcije NILI (C) e biti jednak logikoj jedinici kad je na

oba ulaza (A i B) upisana logika nula.

ekskluzivno ili (Xor)Izlaz logike funkcije Ekskluzivno ILI (C) e biti jednak logikoj jedinici

samo kad se oba ulaza (A i B) nalaze na razliitim stanjima, odnosno onda kad je na ulazu A logika nula, a na B logika jedinica i obrnuto.

Negacija (NOT)Izlaz logike funkcije Negacija je uvek suprotne vrednosti od ulaza.

Sl. 1.7 Tabela i simbol za ILI logiko kolo

Sl. 1.8 Tabela i simbol za NI logiko kolo

Sl.1.9 Tabela i simbol za NILI logiko kolo

Sl.1.10 Tabela i simbol za Ekskluzivno ILI logiko kolo

Sl. 1.6 Tabela i simbol za I logiko kolo

Sl.1.11 Tabela i simbol za Negaciju

Uvo

d21

1.2. oSnovni pojmovi proceSnog Upravljanja

Proces

Naziv proces nastao je od latinske rei Processus kojom su stari Latini oznaavali put i nain kojim neto postaje ili biva. Preneseno na oblast automatike re proces bi oznaavala postupak u toku koga nastaje neki proizvod ili se deava neka promena.

U industriji se pojam proces uglavnom i koristi da bi se njime oznaio proces proizvodnje i nastajanja nekog proizvoda. Farmaceutska, prehrambena, tekstilna ili automobilska industrija samo su primeri nekih industrijskih grana u kojima se kroz proizvodni proces dobija konaan proizvod. U skladu sa tim se i pojam upravljanje industrijskim procesima ili procesno upravljanje u industriji najee koristi da bi se ukazalo na nain kojim se regulie proizvodni proces. Meutim, upravljanje procesom je mnogo iri pojam od upravljanja proizvodnjom, jer postoje i procesi u kojima se ne vri nikakva proizvodnja a kojima se upravlja od strane savremenih upravljakih sistema.

Kontrola ulaza i izlaza u neke objekte, upravljanje radom parkinga, upravljanje semaforima na raskrsnicama, regulacija ventilacionih sistema i sistema osvetljenja u fabrikim halama, regulacija rada razliitih kunih ureaja i sistema u okviru pametnih kompjuterizovanih kua, samo su neki od primera u kojima se upravljaki sistemi koriste da bi regulisali rad procesa koji po svojoj prirodi nisu ni proizvodni ni industrijski. Na osnovu ovog moemo da zakljuimo da postoje i neke druge vrste procesa, koji nisu strogo vezani za proces industrijske proizvodnje, pa koje samim tim i moemo nazvati neindustrijski ili neproizvodni (Sl.12.).

Sl.1.12 Industrijski (proizvodni) i neindustrijski procesi

DraganTypewriter

DraganTypewriter


Uvo

d22

Uvo

d23

Upravljaki sistem

Na osnovu prethodno reenog lako moemo da zakljuimo da pojam upravljanje procesima ili procesno upravljanje, oznaava postupak kojim se neki proces regulie, odnosno stavlja pod neku spoljanju kontrolu, kako bi se odvijao po eljama i zahtevima onog koji njime upravlja.

Da bi se upravljanje procesom odvijalo na eljeni nain, mora pre svega da postoji upravljaki sistem koji e da upravlja procesom na adekvatan nain. Upravljaki sistem mora da bude u sprezi sa procesom tako to e biti povezan sa njim na odgovarajui nain (Sl.1.13).

Sa slike vidimo da upravljaki sistem prima informacije sa procesa. Upravljaki sistem obrauje te informacije, analizira ih i na osnovu njihove programske obrade donosi odluku o svojim daljim akcijama na samom procesu. Upravljaki sistem zatim alje komande izvrnim ureajima na procesu, kojima se oni aktiviraju da bi obavili ili prekinuli obavljanje odreenih radnih zadataka. Upravljaki sistem se sastoji od jednog ili vie kontrolera koji obavljaju sve neophodne upravljake i komunikacione zadatke. Kao kontroleri u savremenim upravljakim sistemima se najee koriste Programabilni Logiki Kontroleri ili PLC-ovi.

SenzoriDa bi upravljaki sistem znao ta se deava na procesu, na njegove ulaze

moramo da poveemo ureaje koji e biti u mogunosti da prate stanje procesa i da o tom stanju izvetavaju upravljaki sistem. Postoji mnogo razliitih vrsta ovih ureaja, ali za sve njih vrlo esto koristimo jedan zajedniki naziv - senzori.

U zavisnosti od njihovih karakteristika veina senzora se moe svrstati u jednu od sledee dve grupe:

digitalni (ili diskretni) senzori analogni senzoriNa samom procesu postoje ureaji koji ne vre nikakva kontinualna

merenja ali imaju zadatak da registruju odreene dogaaje i da informacije o tome poalju upravljakom sistemu. U tu svrhu se najee koriste razliite vrste jednostavnijih senzora (koji samo daju informaciju o tome da li su predmet detektovali ili ne), blizinskih, graninih i drugih prekidaa, tastera itd. Svi ovi senzori se mogu nai u samo dva mogua stanja koja se opisuju logikom jedinicom ili logikom nulom, pa ih zbog toga i nazivamo digitalnim.

U grupu senzora koji na svom izlazu daju digitalni signal ali u vidu povorke impulsa spadaju i pretvarai ugaonog pomeraja, poznatiji kao enkoderi. Njihova funkcionalnost se ipak dosta razlikuje od funkcionalnosti obinih digitalnih senzora koji samo registruju jedno od moguih dva stanja.

Za razliku od njih enkoderi daju na svom izlazu broj impulsa koji je srazmeran ugaonom pomeraju motora, a takoe i frekvencija tih impulsa daje informaciju o brzini kojom je izvren pomeraj.

Analogni senzori za razliku od jednostavnih digitalnih senzora mogu i da prate odreene veliine na procesu (pritisak, temperatura, protok i slino) i da informacije o njihovim vrednostima proslede ka upravljakom sistemu. Oni imaju zadatak da vrednost neke fizike veliine pretvore u elektrini signal, jer samo takav signal upravljaki sistem moe da razume i obradi.

Sl. 1.13 Sprega upravljakog sistema i procesa

Sl. 1.14 Enkoderi

Uvo

d24

Uvo

d25

Najee ovi senzori daju kontinualne analogne signale koji pripadaju opsegu od 0 do 20 mA, 4 do 20 mA ili od 0 do 10 V.

Aktuatori i izvrni ureaji

Na suprotnoj, izlaznoj strani upravljakog sistema treba da postoje ureaji koji treba da omogue izvravanje odreenih akcija na procesu u skladu sa odlukama upravljakog sistema. Meu ove izlazne ureaje spadaju razne vrste motora, frekventnih regulatora, solenoida, ventila, i drugih izlaznih ureaja.

Upravljaki sistem koji je pravilno konfigurisan, i koji ima odgovarajue ulazno/izlazne ureaje moe na adekvatan nain da obavlja upravljanje jednim procesom. Aktuatorima nazivamo ureaje koji su tako konstruisani da mogu da pokrenu na akciju neki izvrni ureaj. Primer aktuatora je starter motora ili motor koji omoguava odvrtanje ili zavrtanje regulacionog ventila.

1.3. SoFtver. oSnovni pojmovi

Inenjerski i aplikativni softver

Pod pojmom inenjerski softver u industrijskoj automatici se podrazumeva softver pomou koga se kreira odgovarajui aplikativni softver. Inenjerski softver je okruenje u kome programer kreira svoj rad. Da bi inenjerski softver mogao da se koristi, neophodno je da se prethodno izvri njegova instalacija na raunaru.

Prmer inenjerskog softvera je Simatic STEP7. Ovaj inenjerski sofver je kreiran od strane kompanije SIEMENS i slui kao sredstvo pomou koga inenjeri irom sveta kreiraju svoje programe za SIEMENS PLC-ove.

Aplikativni softver je kreacija PLC programera i namenjen je samo jednom procesu ili maini. Aplikativni softver je prema tome, namenski uraen samo za datu upravljaku aplikaciju i u potpunosti je prilagoen njoj, pa se kao takav ne moe se koristiti na nekim drugim procesima ili mainama. Ukoliko je PLC programer na primer kreirao aplikativni softver za regulaciju nivoa vode u nekom rezervoaru, logino je da se isti takav sofver ne moe upotrebiti za regulaciju rada pokretne trake.

Sl. 1.15 Analogni senzor za merenje nivoa

Sl. 1.17 STEP 7 inenjerski softverSl. 1.16 Motor

Uvo

d26

Uvo

d27

FirmverPLC je skup razliitih elektronskih komponenti i hardverskih elemenata.

Meutim, bez postojanja firmvera hardver PLC ne bi mogao da razume i izvrava aplikativni program sa kojim je isprogramiran. Firmver je dakle spona izmeu aplikativnog softvera i hardvera. I firmver i aplikativni softver se nalaze sauvani u memoriji PLC-a. Firmver takoe predstavlja skup naredbi, odnosno neku vrstu softvera, ali je njegova svrha potpuno drugaija od svrhe aplikativnog softvera kojim je PLC isprogramiran. Njegov je zadatak da razume komande koje su date aplikativnim softverom i da na osnovu njih aktivira i pokree na odgovarajuu delatnost hardverske i elektronske elemente PLC-a.

Verzija softvera, Update, Upgrade, SP, HSP

Svaki inenjerski softver se od trenutka njegovog pojavljivanja na tritu unapreuje i razvija tako da vremenom dobija sve bolje i bolje karakteristike. Da bi inenjeri i programeri mogli da znaju i prate razvoj inenjerskog softvera uvedene su posebne kategorije jednog istog softvera koje se nazivaju Verzije (Version), pri emu vei broj u oznaci verzije oznaava napredniju i poboljanu verziju. V12 je naprimer naprednija verzija od V11.

Ukoliko programer kupi odgovarajuu verziju softvera, na primer V11, njemu je omogueno da isti poboljava istog trenutka kad proizvoa softvera na trite izbaci odgovarajui dodatak u vidu fajla ijom se instalacijom dobija poboljana verzija istog softvera. Instalacije, odnosno dodaci kojim je to poboljanje omogueno nazivaju se Update, Upgrade, Service Pack, HSP itd. Update oznaava poboljanje odgovarajue verzije softvera, ali ne i prelaz na viu verziju, pa se tako na primer instaliranjem odgovarajueg Update od verzije V11 moe dobiti V11 Update1 ili V11.1 ili V11.01 itd. Numeracija i nain oznaavanja zavise samo od odluke proizvoaa softvera, ali je vea cifra uvek znak naprednije verzije.

SP (Service Pack) je softverski dodatak koji predstavlja jedan paket Update-ova, poboljanja i ispravki u softveru. Njegovom se instalacijom dobijaju znaajnija poboljanja nego putem Update-a, ali se takoe ne dobija prelaz na viu verziju.

HSP (Hardware Support Package) omoguava korienje u softveru i novih hardverskih modula i opreme koji su se u meuvremenu pojavili na tritu.

Za razliku od svih prethodnih Upgrade takoe oznaava poboljanje odovarajue verzije softvera, ali istovremeno oznaava i prelaz na viu ili napredniju verziju, pa se instaliranjem Upgrade-a od verzije V11 moe dobiti npr V12, ili se moe nadograditi softver na neku znaajno drugaiju, novu i napredniju verziju softvera.

Download & Upload Kad se u svakodnevnom argonu pomene termin Download, prva

asocijacija je da je u pitanju prenos podataka sa interneta ili nekog lokalnog mrenog servera ka personalnom raunaru (Sl.1.18). U tom svojstvu se i za termin Download podrazumeva prenos podataka ka raunaru, dok se pod terminom Upload podrazumeva prenos podataka iz raunara, odnosno od raunara ka nekom spoljanjem serveru.

Meutim, kad je u pitanju industrijska automatika, odnosno programiranje PLC-a, termini Download i Upload se koriste u nekom drugom znaenju. Termin Download oznaava proces prebacivanja programa iz raunara u PLC, dok termin Upload oznaava proces prebacivanja programa iz PLC-a u raunar.

Sl.1.19 Download i Upload PLC programa

Sl.1.18 Download i Upload sa raunara


Uvo

d29

1.4. ta je plc?

Programabilni relej, industrijski raunar ili neto sasvim drugo?

Kada bismo na jednom mestu okupili strunjake razliitih profila koji nemaju iskustva sa automatizacijom procesa i predstavili im PLC, i pritom im postavili pitanje iz naslova ovog teksta, verovatno bismo dobili zanimljive i razliite odgovore.

Oni kojima je elektrotehnika i elektromehanika glavna oblast interesovanja bi odmah zakljuili da je PLC neka vrsta programabilnog relejnog ureaja koji otvaranjem i zatvaranjem svojih relejnih izlaznih kontakta moe upravljati ukljuivanjem i iskljuivanjem vie izlaznih ureaja istovremeno. Oni drugi, koji dobro poznaju informacione tehnologije i arhitekturu raunara, primeuju najpre da je PLC neka specifina vrsta raunarskog ureaja jer poseduje procesor i memoriju, koji su mu kao i kod klasinih raunarskih sistema, neophodni da bi zahtevani upravljaki program mogao da se izvrava.

I jedni i drugi su u pravu. PLC ima mogunost programabilnog upravljanja svojim relejnim (digitalnim) izlazima. U stvari, PLC je prvobitno i nastao kao ureaj koji je zamenio dotadasnje upravljake relejne mree. Meutim, PLC je danas mnogo vie od programabilnog releja koji samo otvara i zatvara izlazne kontakte. Dananji PLC-ovi predstavljaju jedan efikasan i moan sistem koji moe da prati i upravlja radom i do nekoliko

Sl. 1.20 Relej, PLC i raunar

DraganTypewriter

Uvo

d30

Uvo

d31

hiljada ulaza i izlaza. PLC-ovi danas mogu da obavljaju ne samo klasino upravljanje po principu ukljuivanja i iskljuivanja ureaja ve kompleksnu kontrolu rada najsloenijih i najraznovrsnijih aktuatora, pritom realizujui sloene tehnoloke funkcije kao to su PID regulacija, pozicioniranje i kontrola osa itd. Jedna od znaajnih funkcionalnosti dananjih PLC-ova predstavljaju i njihove kominikacione mogunosti, odnosno mogunosti umreavanja i realizovanja razliitih komunikacionih zadataka. PLC se takoe moe smatrati i jednom specijalnom vrstom raunara ija je namena upravljanje razliitim vrstama industrijskih procesa. Njegova arhitektura je u mnogome slina arhitekturi standardnih personalnih raunara, ali je takoe i specifina jer je prilagoena njegovoj nameni. PLC ima procesor i memoriju, po kojima je slian standardnim raunarima, ali ima i specifian ulazno-izlazni interfejs po kome se od njih razlikuje. PLC nema spoljnu memoriju, ve koristi samo memoriju koja je ugraena u procesorski modul, to ga takoe ini specifinim raunarskim ureajem.

Po definiciji koju je objavila NEMA (amerika asocijacija proizvoaa elektrinih ureaja), programabilni logiki kontroler je digitalni elektronski ureaj koji koristi programabilnu memoriju za smetanje instrukcija koje izvravaju specifine funkcije kao to su sekvencijalno izvravanje logikih operacija, merenje vremena, brojanje i aritmetike operacije, pomou kojih preko digitalnih ili analognih ulaznih modula kontrolie razliite tipove maina ili procesa.

Jednostavnije bi PLC mogli da definiemo kao specijalni industrijski raunarski ureaj koji prima signale sa procesa i na osnovu njih vri upravljanje odreenim izlaznim ureajima na procesu, i koji takoe ima i mogunost razmene podataka sa drugim PLC-ovima, raunarima i treim ureajima.

1.5. NAIN rADA PLC-A - SkeN CIkLUS

Procesori personalnih raunara i procesori PLC-ova

Procesor (CPU) PLC- ima neke slinosti sa procesorima personalnih

raunara ali za razliku od njih ima i vrlo specifian nain rada. Slino kao kod personalnih raunara koji prilikom ukljuenja kreu prvo u podizanje svog operativnog sistema i sam procesor PLC-a u trenutku dovoenja napajanja poinje da podie svoj firmware. Meutim, za razliku od personalnih raunara kod kojih nakon podizanja operativnog sistema procesor pokree neke aplikativne programe samo ukoliko korisnik to zahteva, procesor PLC-a automatski kree sa neprekidnim ciklinim izvravanjem svog programa. Prilikom ukljuivanja napajanja (STARTUP mod) PLC e dakle automatski ui u radni reim (RUN mod) i krenuti sa izvravanjem programa a samim tim i izvoenjem nekih akcija na procesu.

Da bi ovakvo funkcionisanje bilo mogue kod nekih PLC-ova se moraju izvriti i odgovarajua podeavanja, to se zavisno od PLC-a moe postii na razliite naine (konfigurisanjem u softveru, postavljanjem odgovarajueg prekidaa na PLC-u u RUN poloaj itd).

Sken ciklus

Sutina razlike je dakle u tome da procesor (CPU) personalnog raunara eka odgovarajuu komandu ili dogaaj (npr. dvostruki klik na ikonicu nekog programa) kako bi zapoeo izvravanje odgovarajueg programa, dok procesor PLC-a neprestano izvrava svoj program. Tanije reeno, PLC nakon ukljuenja

Sl.1.21 Podeavanja STARTUP moda

Uvo

d32

Uvo

d33

poinje odmah sa neprekidnim ciklinim izvrenjem odreene sekvence radnji u okviru koje se nalazi i izvrenje programa. Sve te radnje koje PLC ciklino izvrava zajedno nazivamo sken ciklus.

U okviru sken ciklusa procesor prolazi kroz sledee faze rada :1.) oitavanje ulaza U toku ove faze procesor oitava stanje ulaznih

linija i upisuje ga u podruje memorije koje je predvieno za smetaj ulaznih podataka. Ovo podruje memorije se esto naziva i slika ulaza. Na ulazne linije PLC-a se vezuju senzori, prekidai i drugi ulazni ureaji koji daju informacije o procesu. Ako je na ulaznu liniju vezan digitalni ulazni ureaj, onda se odgovarajuem bitu u memoriji, smetenom u podruju slike ulaza, dodeljuje logika nula ili jedinica zavisno od toga ta se deava na procesu, odnosno zavisno od stanja tog ureaja. Ukoliko je naprimer neki taster pritisnut on e sprovesti napon do odgovarajueg ulaza PLC-a, ime se automatski upsuje logika jedinica u odgovarajui bit u memoriji. Meutim, ako na ulaznu liniju nije povezan nijedan ulazni ureaj onda se odgovarajuem bitu u memoriji dodeljuje logika nula. Ova faza se esto naziva i skeniranje ulaza.

2.) izvravanje programa Procesor izvrava program, koristei podatke koji su smeteni u podruju slike ulaza. Rezultati dobijeni izvravanjem programa upisuju se u podruje memorije predvieno za izlazne podatke, koje se naziva slika izlaza. Procesor izvrava program tako to izvrava naredbu po naredbu. Prilikom izvrenja programske naredbe potrebni podaci se ne uzimaju direktno sa ulaznih modula, niti se direktno upisuju na izlazne module, ve program razmenjuje podatke iskljuivo sa memorijom u kojoj su smetena stanja svih ulaza i izlaza.

3.) komunikacija U ovoj fazi obavlja se razmena podataka izmeu procesora i njegovih komunikacionih portova, odnosno ostalih ureaja povezanih sa PLC-om. Procesor PLC-a utvruje da li postoje neki komunikacioni zahtevi i odreuje kako e se, na koji nain i kojom brzinom oni realizovati.

4.) provera i odravanje Vri se proveravanje operativnog sistema PLC-a (firmware), memorije i statusa ulazno-izlaznih modula. Takoe vri se i auriranje tajmera i brojaa, kao i niz drugih operacija koje imaju za cilj odravanje sistema a o kojima operater ne mora da bude obaveten.

5.) upisivanje podataka na izlaz Ovo je poslednja faza sken ciklusa u kojoj se rezultati iz slike izlaza upisuju na izlazne module. Upisivanjem podataka na izlazne module pokree se odreena akcija na procesu. Ova faza se esto naziva i skeniranje izlaza.

Operacije koje vre opsluivanje prekida nisu sastavni deo sken ciklusa, ali se izvravaju uvek kad postoji zahtev za prekidom, a to se moe desiti u svakom trenutku sken ciklusa. Operacije prihvatanja analognih signala takoe nisu sastavni deo sken ciklusa, ve se odvijaju u drugaijim, vremenskim ciklusima. Memorisanje analognog signala se naravno ne moe vriti u memorijskom prostoru veliine jednog bita, kao to je to sluaj kod digitalnih ulaza, ve je za svaki analogni ulaz unapred odreena posebna memorijska lokacija u memoriji PLC-a.

Na slici 1.23 prikazan je STARTUP (Poetak rada) i RUN (Radni) mode PLC-a Simatic S7-1200. Kao to se vidi sa slike u okviru RUN moda se odigrava sken ciklus ovog PLC-a.

Sl. 1.22 Sken ciklus

Sl.1.23 STARTUP i RUN mode PLC-a Simatic S7-1200

Uvo

d34

Uvo

d35

Vreme trajanja sken ciklusa

Duina trajanja sken ciklusa se obino kree od 0,1ms do nekoliko desetina ms (milisekundi). Ovo vreme pre svega zavisi od brzine procesora i duine korisnikog programa. Ukoliko je procesor bri sken ciklus e biti krai. Sa druge strane ukoliko je program koji PLC izvrava dui i sken ciklus e biti dueg trajanja. Na veu duinu trajanja sken ciklusa utie i korienje daljinskog prenosa odnosno daljinske komunikacije izmeu procesora i ulazno/izlaznih jedinica, jer je potrebno izvesno vreme da se taj prenos izvri. Takoe ukoliko PLC radi u monitoring reimu, u kome se zahteva stalno praenje stanja ulaznih i izlaznih komponenti preko kontrolnog raunara, vreme trajanja sken ciklusa e biti due jer procesor PLC-a mora stalno da alje stanja ulaznih i izlaznih komponenti kontrolnom raunaru ili nekom drugom ureaju koji obavlja monitoring.

ekonominija organizacija sken ciklusa

Ukoliko se malo bolje razmotri organizacija sken ciklusa sa slike 1.22 zakljuuje se da se sa ovakvom organizacijom uvodi maksimalno vremensko kanjenje od trenutka oitavanja ulaznih podataka do trenutka kad se izvri neka akcija na procesu. Drugaijom organizacijom sken ciklusa ovo vreme kanjenja se moe smanjiti. Naime, ukoliko bi se faza upisivanja podataka na izlaz izvravala neposredno nakon faze izvrenja programa, smanjilo bi se vreme koje je potrebno da PLC odreaguje na novonastale dogaaje. Upravo se ovakva organizacija sken ciklusa primenjuje kod mnogih PLC-ova, ime se postie bra reakcija na urgentne dogaaje na samom procesu.

1.6. MeSTO I ULOgA PLC-A U SAVreMeNIM UPrAVLjAkIM SISTeMIMA

Upravljanje na lokalnom nivou

Kao to je ve pomenuto ranije, upravljaki sistem prima informacije sa procesa, obrauje ih i na osnovu njihove programske obrade donosi odluku o svojim daljim akcijama na samom procesu. Upravljaki sistem se moe sastojati od samo jednog PLC-a ali moe predstavljati i ogroman i sloen sistem sa stotinama PLC-ova i drugih procesnih ureaja.

Kod jednostavnih i manje obimnih upravljakih zadataka samo jedan PLC moe obavljati sve neophodne upravljake zadatke na jednom procesu ili maini. U tom sluaju, kaemo da PLC radi u lokalu, to znai da su mu povereni samo upravljaki zadaci, odnosno da ne postoje komunikacioni zadaci koji bi ga povezali sa nekim hijerarhijski viim sistemom ili ureajem koji bi vrio monitoring njegovog rada, upravljao njime ili arhivirao podatke koji dolaze sa njega.

Meutim, vrlo esto se u praktinim aplikacijama javlja i potreba za sloenim upravljakim sistemima sa mnogo PLC-ova. Takav sloen upravljaki sistem najee mora da omoguiti nadzor i upravljanje svim komponentama sisitema, prikupljanje podataka sa procesa, njihovo arhiviranje, analiziranje i predstavljanje. Ovo je naroito neophodno u velikim sistemima koji imaju na desetine i stotine PLC-ova, kod kojih se ukoliko nema dobro organizovanog i osmiljenog koncepta upravljanja i nadzora, pojavljuju mnogi problemi koji kao krajnji rezultat imaju nepregledan i neefikasan upravljaki sistem.

Sl. 1.24. Ekonominija organizacija sken ciklusa

Sl. 1.25 PLC koji samostalno obavlja upravljake zadatke

DraganTypewriter


Uvo

d36

Uvo

d37

Scada sistemiDa bi sva oprema koja se koristi u upravljakim sistemima (PLC, HMI,

senzori, aktuatori itd) mogla na najbolji nain da se upotrebi, neophodno je da se formira jedan celovit sistem koji e omoguiti nadzor i upravljanje svim komponentama sistema, prikupljanje podataka sa procesa, njihovo arhiviranje, analiziranje i predstavljanje. Dobro organizovan nadzorno-upravljaki sistem sinhronizovao bi rad svih komponenti upravljakog sistema i obezbedio da lica zaduena za kontrolu i upravljanje radom celog sistema dobijaju adekvatne i blagovremene informacije o radu celog nadzorno-upravljakog sistema, kao i stanju procesa, to im omoguava da proces uine pouzdanim i efikasnim, odnosno da adekvatno reaguju na sve promene koje se u njemu deavaju.

SCADA je sistem koji ispunjava sve ove zahteve koji se tiu mogunosti upravljako-nadzornog sistema. SCADA je akronim od engleskog izraza Supervisory Control And Data Acquisition, koji se na naem jeziku moe prevesti kao supervizorsko upravljanje i akvizicija podataka. Ovim terminom je obuhvaena iroka skala upravljakih i mernih sistema koje sreemo u najrazliitijim granama industrijskih i drugih procesa. Izmeu ostalog SCADA sistemi se koriste za nadzor i upravljanje hemijskim i transportnim procesima, za upravljanje proizvodnjom i distribucijom elektrine energije, za upravljanje vodovodima, gasovodima, naftnim platformama, u automobilskoj industriji i raznim drugim industrijskim procesima, jednom reju svim procesima koji su kontrolisani od strane distribuiranih upravljakih sistema. Razliita industrijska postrojenja zahtevaju implementaciju razliitih funkcija od strane SCADA sistema, ali u sutini svi savremeni SCADA sistemi ostvaruju sledee funkcije:

- supervizorsko upravljanje (upravljanje na najviem nivou), - monitoring svih znaajnih parametara procesa i monitoring rada

ureaja koji uestvuju u upravljanju, - prikupljanje i skladitenje podataka prikupljenih sa procesa, - analiziranje podataka, - dugorono arhiviranje podataka sa efikasnom funkcijom kompresije

koja omoguava smetanje na manjem memorijskom prostoru, - fleksibilnost sistema koja se ogleda u mogunosti naknadne izmene

arhitekture sistema, - grafiki korisniki interfejs koji operaterima daje podatke o procesu u

lako razumljivoj formi, - mogunost pravljenja izvetaja o istoriji procesa ili o trenutnim

deavanjima na njemu, - alarmiranje u sluaju pojavljivanja nedozvoljenih vrednosti nekih

veliina na procesuKad se pomene SCADA, obino je prva asocijacija koju ljudi imaju

vezana za SCADA softver i za grafiki operaterski intefejs koji se formira na monitorima personalnih ili industrijskih raunara. U najveem broju sluajeva ljudi upravo i poistoveuju ovaj grafiki interfejs i SCADA softver sa samim terminom SCADA. Meutim SCADA nije samo softver, SCADA je mnogo vie od toga. Uzimajui u obzir da SCADA predstavlja jedan celovit upravljaki sistem koji omoguava nadzor i upravljanje svim komponentama sistema, prikupljanje podataka sa procesa, njihovo arhiviranje, analiziranje i predstavljanje, neophodno se namee zakljuak da SCADA ima i posebne elemente koji to treba da omogue. Elementi koji su neophodni jednom savremenom SCADA sistemu su:

- hardver za ulazno-izlazne signale,- kontroleri,- SCADA softver,- HMI interfejs,- baza podataka i - industrijske mree i komunikaciona oprema.

Kao to vidimo iz prethodnog kontroleri su bitna stavka u jednom

SCADA sistemu. A kao kontroleri se najee koriste PLC-ovi. Hardver za ulazno-izlazne signale ine senzori i aktuatori koji imaju zadatak da budu spona izmeu procesa i kontrolera (PLC-ova). Oni treba da obezbede prihvatanje ulaznih podataka koji dolaze sa mernih ureaja i da ih proslede PLC-u, ali i da prenesu izlazne podatke od PLC-a ka izvrnim organima na procesu. 1.26 PLC u okviru SCADA sistema

DraganTypewriter


Uvo

d38

PLC koji pripada nekom SCADA sistemu, osim upravljakih obavlja i znaajne komunikacione zadatke. Pod komunikacionim zadacima se najee u tom sluaju podrazumevaju sve one operacije koje obezbeuju da se podaci iz memorije PLC-a mogu itati, arhivirati, a neki od njih i menjati od strane SCADA softvera.

1.27 Prikaz mree jednog SCADA sistema u TIA portalu Projekat realizovao Metalac G.Milanovac

Documents

Uvod za Web PLC