Definirea notiunii PLC

Definirea notiunii PLC

Notiunea de PLC vine de la Programmable Logic Controller (Controller Logic Programabil) si este un computer digital folosit la automatizarea proceselor industriale precum controlul masinilor dintr-o fabrica ce utilizeaza linii de asamblare.

PLC are mai multe porturi de intrare si iesire, fiind bazat pe arhitectura RISC

(Reduced Instruction Set Computer) si proiectat pentru a rezista la conditii mai severe(praf, umezeala, limite de temperatura mari, caldura, frig); are imunitate la zgomot electric si rezistenta la vibratii si impact. PLC consta dintr-un microprocesor programabil si este programat folosind un limbaj masina specializat. Inainte se utiliza ca limbaj de programare "ladder logic", insa astazi se folosesc mai multe limbaje de programare incepand cu "ladder logic" pana la C. De obicei programul este scris intr-un mediu de dezvoltare pe PC, iar apoi este descarcat in PLC printr-un cablu de conexiune. Programele de control ale masinii sunt, de regula, stocate intr-o memorie nevolatila. PLC este un exemplu al unui sistem in timp real din moment ce rezultatele iesirii trebuie sa fie produse ca raspuns la conditiile intrarii, intr-un timp limita, altfel va rezulta o operatie neasteptata.

PLC ofera diverse avantaje, dar si dezavantaje. Ca avantaje avem:

- cost favorabil pentru controlarea sistemelor complexe;

- flexibil, putand fi reaplicat la controlul rapid si usor al altor sisteme;

- abilitatile computationale permit control sofisticat;

- instrumentele de identificare a problemelor faciliteaza programarea si reduce timpul de nefunctionare;

- componentele de incredere face ca sistemul sa functioneze mai multi ani fara probleme;

- posibilitatea vizualizarii functionarii;

- viteza de functionare;

- metode diferite de programare.

PLC-urile nu sunt atat de bune in:

- a utiliza o multime mare de date, date complexe sau functii matematice complicate;

- a citi si scrie baze de date;

- a genera rapoarte;

- a afisa datele si informatiile operatorului.

Alt dezavantaj il constituie si noutatea tehnologiei.

Controllerele Logice Programabile (PLC) au o utilizare variata incluzand controlul de baza al releelor, controlul miscarii, al procesului, putand fi folosit si la Sistemele de Control Distribuite.

Pe scurt, un PLC este un automat ce foloseste intrarile pentru a monitoriza un proces si iesirile pentru a controla un proces, utilizand un program.

Principiile de functionare, scheme bloc

Functionarea unui PLC se bazeaza pe scanarea programata a intrarilor si iesirilor sale. Procesul de scanare prezinta 3 etape de baza:

Pasul 1 - Stadiul de testare a intrarilor. Pentru început, PLC-ul scaneaza fiecare intrare cu scopul stabilirii starilor ON sau OFF pe care acestea le pot prezenta. Altfel spus, se verifica daca senzorii sau switch-urile conectate în intrari sunt activate sau nu. Informatia culeasa pe parcursul acestui pas se stocheaza în memorie, urmând a fi utilizata în pasul urmator.

Pasul 2 - Executia programului. În acest stadiu, PLC-ul executa un program în mod secvential (instructiune dupa instructiune). Ca rezultat, se poate activa una sau mai multe iesiri, sau se pot stoca informatii în zone specifice în memorie, urmând ca acestea sa fie utilizate în pasul urmator.

Pasul 3 - Verificarea si setarea iesirilor. În final, PLC-ul verifica starile iesirilor si le modifica daca este cazul. Modificarile se bazeaza pe starile intrarilor citite pe durata primului pas si pe rezultatele executiei programului din pasul doi. Dupa executia pasului

3, PLC-ul reia ciclul celor 3 pasi.

Timpul de scanare este definit ca fiind timpul necesar parcurgerii celor 3 pasi si uneori reprezinta o caracteristica importanta de sistem, luata în considerare în programarea PLC-ului.

In functie de complexitatea sa, automatul programabil (AP) poate realiza si urmatoarele functii (primele trei identificandu-se cu pasii de mai sus):

citirea intrarilor;

rezolvarea ecuatiilor booleene si executia secventelor de calcul logic;

comanda iesirilor;

stocarea în memorie a rezultatelor partiale sau a starii intrarilor si iesirilor;

înregistrarea valorilor de consemn si transferarea acestora catre proces;

implementarea unor functii de calcul aritmetic;

realizarea dialogului de exploatare;

realizarea dialogului de supervizare;

realizarea dialogului de programare;

realizarea dialogului cu elementele periferice.

Citirea intrarilor

Functionarea AP presupune urmarirea variatiilor unor semnale provenite de la proces. În acest scop, intrarile AP sunt citite la intervale bine stabilite de timp. Fiecare citire se face pe rând dar, având în vedere ca timpul dintre citirile a doua intrari diferite este foarte mic (de ordinul microsecundelor) pentru o anumita categorie de procese, se poate considera ca citirile se fac simultan pentru toate intrarile.

Rezolvarea ecuatiilor booleene si executia secventelor de calcul logic

Implementarea schemei de comanda în cadrul AP se realizeaza prin modelarea acesteia prin intermediul unor ecuatii booleene sau a unor secvente de calcul logic unde variabilele sunt semnalele de intrare ale AP. Rezultatele sunt valorile care trebuie sa fie atribuite iesirilor AP. Aceasta operatie se executa în fiecare ciclu tinând seama de valorile actualizate ale intrarilor.

Ecuatiile sunt rezolvate pe rând dar, pentru o anumita categorie de procese, se poate considera ca rezultatele se obtin simultan pentru toate ecuatiile datorita faptului ca timpul de rezolvarea a doua ecuatii diferite este foarte mic.

Comanda iesirilor

Functionarea AP presupune ca acesta sa emita, prin intermediul iesirilor, semnale de comanda pe baza valorilor intrarilor programului care implementeaza functia de comanda. Fiecare iesire este comandata pe rand. De asemenea, pentru o anumita categorie de procese, se poate considera ca toate iesirile sunt comandate simultan deoarece timpul dintre comenzile a doua iesiri diferite este foarte mic.

Stocarea în memorie a rezultatelor partiale sau a starii intrarilor si iesirilor

În cazul unor programe de complexitate ridicata ce presupun o serie de calcule laborioase, este posibil ca registrele procesorului sa nu fie suficiente pentru stocarea rezultatelor intermediare. Pentru a evita aceasta problema, AP trebuie sa poata stoca temporar aceste rezultate într-o memorie de lucru pentru a le putea utiliza mai târziu. Exista posibilitatea stocarii valorilor intrarilor si iesirilor într-un ciclu anterior.

Implementarea unor functii de calcul aritmetic

Complexitatea proceselor comandate prin intermediul AP face ca schema de comanda implementata de acesta sa trebuiasca sa realizeze si o serie de alte operatii decât cele logice.

Functiile de calcul aritmetic pot fi: radicalul, ridicarea la putere, functii trigonometrice, operatii asupra datelor din memorie (incrementarea, decrementarea, decalaj de biti la stânga sau la dreapta, codificare, registru de deplasare bit cu bit etc).

Dialogul de exploatare

În perioada de exploatare, sunt necesare dialoguri om-masina având drept scop conducerea masinii, realizarea de reglaje sau efectuarea depanarii.

Elementele prevazute în acest scop sunt:

butoane,

elemente de semnalizare,

panouri de comanda configurabile,

terminale de exploatare,

terminale de reglare,

terminale de depanare.

Dialogul de supervizare

Sistemele de comanda se integreaza într-un proces de productie care adesea este condus si supravegheat de la un punct de comanda si control central. AP trebuie sa aiba posibilitatea de a dialoga într-un mod bine determinat cu terminalele periferice ale sistemului central.

Dialogul de programare

Prima punere în functiune precum si eventualele modificari datorita evolutiei procesului de productie necesita existenta unui dialog de programare. Cele mai uzuale cai de a realiza acest dialog este utilizarea unui calculator sau a unei console de programare. Legatura dintre dispozitivele de programare si AP se realizeaza în general folosind o linie de comunicatie seriala.

Dialog cu elemente periferice (imprimantele)

Imprimantele sunt utilizate pentru a lista informatiile existente în memoria AP sau informatiile oferite de software-ul utilizat pentru programarea acestuia fiind astfel usurata vizualizarea programului si a datelor legate de AP. Utilizatorul are posibilitatea de a urmari mult mai usor programul indiferent daca acesta este sub forma listei de instructiuni sau diagrama de tip schema cu contacte. Se poate verifica mult mai usor atât corectitudinea schemei implementate, cât si calitatea acesteia.

Principalele informatii care pot fi listate la imprimanta sunt:

diagrama bazata pe schema de contacte;

programul sub forma de lista de instructiuni;

referintele încrucisate;

blocurile de comentarii;

starea registrelor procesorului din unitatea centrala;

lista si starea conditiilor de fortare;

valorile impuse temporizatoarelor si numaratoarelor.

Elementele componente ale AP

1. Unitatea centrala de prelucrare

2. Programatorul/Monitorul

3. Module de intrare/iesire

4. Sertare si carcase

5. Imprimanta (optional)

6. Unitati de stocare a informatiei

1. Unitatea centrala de prelucrare

Contine:

Procesorul ce consta dintr-unul sau mai multe microprocesoare care realizeaza

calcule aritmetice si logice precum si comunicatia si interactiunea dintre celelalte componente.

Memoria

ROM - utilizata pentru stocarea sistemului de operare al AP;

RAM - împartita în mai multe blocuri in care sunt pastrate:

- imaginile iesirilor si intrarilor AP,

- valorile prestabilite si actuale ale temporizatoarelor si contoarelor,

- zona de lucru a procesorului,

- zona de stocare a programului,

- alte zone de memorie având destinatie speciala.

Memoria RAM îsi pierde continutul la întreruperea sursei de alimentare de aceea, pentru mentinerea programului si a datelor stocate în aceasta, AP trebuie sa aiba prevazuta o sursa de alimentare auxiliara (baterie).

- Sursa de alimentare realizeaza adaptarea si conversia tensiunii alternative în

tensiune continua pentru alimentarea diferitelor elemente ale AP, cum ar fi elementele conectate la intrari si iesiri (senzori, elemente de executie etc).

2. Programatorul/Monitorul

Este un dispozitiv care comunica cu elementele AP si care permite transferarea programului de aplicatie în memoria AP, monitorizarea si vizualizarea functionarii AP.

Programatorul poate fi:

- un programator manual,

- un terminal industrial,

- un calculator personal.

3. Module de intrare/iesire

Sunt dispozitive prin care AP comunica cu sistemul de actionare sau instalatia pe care trebuie sa le comande si cu mediul exterior.

4. Sertare si carcase -permit montarea într-un ansamblu unitar a elementelor automatului programabil.

5. Imprimanta

Este folosita pentru listarea programului de aplicatie dupa care functioneaza AP si a altor mesaje si informatii legate de sistemul comandat.

6. Unitatile de stocare a informatiei

Sunt folosite ca dispozitive de stocare secundare pentru:

programul de aplicatie din memoria AP

alte date si informatii utile pentru salvarea acestora sau încarcarea lor pe/de pe suportul magnetic (banda sau disc magnetic).

Programele de aplicatii pot fi realizate si înregistrate pe suport magnetic în laboratoare de dezvoltare a aplicatiilor de baza pentru AP si apoi încarcate în memoria AP aflata în sistemele de comanda plasate în halele de productie.

Versiunile mai vechi de AP erau dotate cu casetofoane. Versiunile recente utilizeaza unitati de disc flexibil sau unitati de disc dur.

Modulele de intrare/iesire totul sau nimic (digitale)

Semnalele sunt de tip logic. Valorile tipice sunt:

- "0" logic = 0 V

- "1" logic = 5 Vcc, 12 Vcc, 24 Vcc, 48 Vcc, 12 Vca, 24 Vca, 120 Vca,240 Vca.

Modulele de intrare digitale

Permit unitatii centrale a AP sa efectueze o citire a starii logice a traductoarelor sau senzorilor care îi sunt asociati.

Modulele au în general 4, 8, 16 sau 32 de intrari. Fiecarei intrari îi corespunde o cale care prelucreaza semnalul electric pentru a elabora o informatie binara, bitul de intrare care este memorat.

Schema bloc a caii de semnal pentru o intrare digitala

Ansamblul de biti de intrare formeaza cuvântul de intrare. Periodic, procesorul automatului adreseaza (citeste modulul), continutul cuvântului de intrare fiind astfel copiat în zona de date ale automatului. Fiecare cale este filtrata împotriva parazitilor si a contactelor imperfecte si izolate electric pentru a mari fiabilitatea si securitatea sistemului

(izolare galvanica).

Un modul de intrare este definit în principal prin numarul de intrari pe care le are

si caracteristicile electrice acceptate (tensiune, tipul curentului etc).

Module de numarare de mare viteza

Sunt module de intrare digitale care au de îndeplinit functia de numarare a impulsurilor aplicate la intrarea modulului. Sunt utilizate în general pentru numararea impulsurilor cu frecventa mare provenind de la senzori, encodere, sau contacte.

Informatia transmisa catre memoria automatului, atunci când AP va adresa acest modul, va fi numarul de impulsuri sosite de la ultima adresare sau numarul total de impulsuri numarate de la initializare.

Utilizarea modulelor de numarare de mare viteza usureaza munca programatorului deoarece el poate degreva unitatea centrala a AP de astfel de functii care consuma din puterea si timpul de calcul al acesteia.

Modulele de iesire digitale

Un modul de iesire permite automatului programabil sa actioneze asupra elementelor de actionare. Realizeaza corespondenta: stare logica - semnal electric. Periodic, procesorul adreseaza modulul de iesire si realizeaza înscrierea bitilor unui cuvânt de memorie pe caile de iesire ale modulului.

Elementele de comutatie ale modulului sunt:

electronice (tranzistoare si triacuri),

electromecanice (contacte de relee interne modulului).

Iesirile cu tranzistoare sunt utilizate în cazul comenzii dispozitivelor de c.c. Iesirile cu triacuri sunt folosite pentru comanda dispozitivelor de c.a.

Iesirile cu relee pot fi utilizate atât pentru comanda dispozitivelor de c.c. cât si a celor de c.a.Modulele care au numar mare de iesiri au avantajul ca, prin utilizarea lor, se ocupa mai putine locuri pe magistrala automatului si dezavantajul ca nu pot furniza un curent mare de comanda pentru iesiri.

Schema bloc a caii de semnal pentru o iesire digitala

Modulele de intrare/iesire analogice

Având în vedere ca AP sunt dispozitive numerice, modulele analogice trebuie sa realizeze o corespondenta între marimi analogice (curenti sau tensiuni) si valori numerice.

Modulele de intrare analogice

Exista doua tipuri de module de intrare analogice:

intrari analogice care realizeaza detectarea depasirii unui prag de tensiune sau curent,

intrari analogice de masura.

Modulele de intrare analogice cu detectie de prag

Schema bloc a caii de semnal pentru o intrare analogica cu detectie de prag

Modulele de intrare analogice de masura

Sunt prevazute cu circuite de conversie analog numerica (A/N). Modulele de intrare analogice de masura de tensiune pot fi:

unipolare (primesc la intrare numai tensiuni pozitive în general 0÷10V), un exemplu fiind modulele de current ce primesc la intrare curenti în general în gama

4÷20mA;

- bipolare (primesc la intrare tensiuni negative si pozitive în general -10÷+10V). Exista posibilitatea reglarii atenuarii sau amplificarii semnalului de intrare ceea ce

permite marirea domeniului de masura. Un astfel de modul poate sau nu sa efectueze o serie de operatiuni de liniarizare a semnalului de intrare înainte de a fi scris cuvântul de intrare în memorie.

Schema bloc a caii de semnal pentru o intrare analogica de masura

Modulele de iesire analogice

Fiecare iesire este imaginea analogica a valorilor numerice codificate pe un grup de biti (8 sau 12) definit de program si este definita prin natura semnalului furnizat si prin limitele sale (0-10V, 4-20 mA).

Modulele analogice de iesire permit conectarea AP la elemente de preactionare

(variatoare de putere, variatoare de viteza) pentru a realiza functii de comanda si de reglare.

Schema bloc a caii de semnal pentru o iesire analogica

Module de intrare/iesire la distanta

Folosite în cazul în care instalatia comandata prin intermediul AP este formata din mai multe echipamente care sunt amplasate în locuri diferite aflate la o anumita distanta unul fata de celalalt si fata de AP.

Caracteristici:

calea prin care este transmisa informatia,

distanta de la care se realizeaza aceasta transmisie.

Transmisia informatiei se face prin intermediul unei legaturi prin:

cablu torsadat (distante de sute de metri),

cablu cu fibre optice (distante de kilometri). Utilizate datorita imunitatii crescute la perturbatii.

Comunicarea Automatelor Programabile cu alte elemente de automatizare

Exista mai multe tipuri de interfete ce sunt folosite atunci cand omul are nevoie sa interactioneze cu PLC pentru a-l configure sau a lucra cu el: simple lumini, switch-uri, afisari de text sau, la sisteme mai complexe, un calculator cu interfata web pe care se ruleaza sitemul Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA).

Modulele de comunicare

Cea mai utilizata legatura pentru dialog între AP si elementele periferice

(terminale de programare sau exploatare, imprimante) este cea serie. Acest mod de comunicare permite schimbul de caractere compuse din biti transmisi unul dupa altul pe linia de comunicare. Viteza de transmisie se exprima în biti pe secunda (bauds).

Module de comunicare cu server

Aceste module sunt utilizate pentru a permite AP sa realizeze o comunicatie bidirectionala cu un server care poate fi un PC sau un alt AP. În general, comunicarea de la server la AP prin intermediul acestor module este folosita pentru programarea AP. Pot fi modificati anumiti parametri în program sau chiar întregul program existent în memoria AP.

În sens invers, AP poate sa transmita serverului o serie de informatii care pot fi folosite de acesta pentru a determina durata unor procese, încheierea anumitor etape, aparitia unor situatii de functionare necorespunzatoare.

De obicei aceste module permit comunicarea AP cu serverul prin intermediul unei legaturi seriale de tip RS232.

Conectarea sistemelor PLC cu sistemele PC

Conectarea între un controler PLC si un PC este realizata prin intermediul unei legaturi RS232. Unul din capetele cablului RS232 este conectat la portul serial PC

(conector 9-pini sau 25 pini), în timp ce celalalt capat este conectat la conectorul RS232C al modulului serial CPM1A. În scopul realizarii unei conexiuni cu un PC, switch-ul DIP de pe conectorul modulului serial CPM1A va trebui setat pe pozitia "HOST".

Module de comunicare de la egal la egal (peer-to-peer)

Modulele de la egal la egal sunt utilizate pentru a permite comunicare AP între ele. Informatiile pe care acestea le schimba între ele sunt utilizate pentru obtinerea unei functionari în care AP sa coopereze în vederea îndeplinirii unor sarcini.

Module de comunicare ASCII

Au capacitatea de a receptiona si a transmite informatia codificata folosind fisiere în cod ASCII. Avantajul acestor module este faptul ca pot fi folosite pentru a realiza interfata dintre AP si alte echipamente care recunosc informatia în cod ASCII cum ar fi imprimantele sau terminalele de dialog cu utilizatorul.

Module pentru controlul pozitiei

Aceste module sunt utilizate în cadrul aplicatiilor care necesita pozitionarea spatiala a unor elemente componente prin intermediul unor elemente de actionare. Modulele pot fi utilizate pentru controlul pozitiei în sisteme în bucla deschisa - bucla închisa

a) Module de pozitionare în bucla deschisa

În aceasta categorie intra modulele de control a pozitiei bazate pe utilizarea motoarelor pas cu pas (MPP). Asigura o serie de functii, în special de accelerare si încetinire. Este mult usurata comanda MPP cu ajutorul AP în aplicatii ce implica pozitionarea precisa în doua sau trei axe.

Alte functii:

pozitionare a sistemului într-o pozitie initiala

protectie a sistemului prin limitarea cursei anumitor elemente mobile.

b) Module de pozitionare în bucla închisa

Utilizate pentru comanda masinilor cu comanda numerica, linii de asamblare automate sau robotica. Cele mai întâlnite aplicatii presupun pozitionarea unei mese mobile care este actionata de motoare de c.c. sau de c.a.

Pentru închiderea buclei, în cazul controlului pozitiei se utilizeaza un encoder. Pentru reglajul vitezei, închiderea buclei este realizata cu ajutorul unui tahometru.

Module video

Folosite în special în aplicatiile care necesita realizarea unor operatii de inspectie în cadrul procesului de fabricatie. Se poate face un reglaj automat al procesului pentru eliminarea pieselor fabricate necorespunzator.

Module cititoare pentru codurile de bare

Utilizarea codurilor de bare pentru identificarea automata a devenit o practica curenta în cadrul liniilor de asamblare automata. Folosite pentru a codifica informatia referitoare la diverse etape ale procesului de productie/asamblare, pentru a urmari traseul si evolutia anumitor produse în cadrul fluxului tehnologic permit tinerea evidentei exacte a stocurilor existente si a celor care sunt în curs de a fi finalizate.

Îmbogatesc capacitatea unui AP cu functii ce permit citirea informatiilor astfel codificate pentru a fi ulterior folosite în comanda instalatiei.

Module pentru reglajul automat

AP pot fi utilizate în acest scop în cazul în care nu se urmareste aplicarea unor algoritmi de reglare de complexitate ridicata

Variante:

utilizarea unor module de prelucrare speciale;

utilizarea modulelor de intrare/iesire obisnuite si materializarea prin program a algoritmilor de reglaj.

Cele mai utilizate module pentru reglajul automat sunt cele care implementeaza

algoritmii de tip PID.

Ajustarea sistemului se realizeaza prin reglarea potentiometrelor care stabilesc parametrii buclelor de reactie proportionala, diferentiala si integrala

Reglaj automat materializat prin program

În cazul în care bucla de reglare este materializata prin program, ajustarea sistemului se realizeaza prin modificarea unor parametri din program. În acest caz pentru intrari se utilizeaza module de intrare analogice obisnuite în timp ce pentru iesiri se pot utiliza module de intrare analogice sau digitale.

Exista module prin care se materializeaza alti algoritmi de reglare automata cum ar fi module pentru controlul folosind reactia pozitiva sau folosind logica fuzzy. Ca si în cazul reglarii PID, ca urmare a cresterii puterii de calcul a unitatii centrale, acesti algoritmi pot fi materializati prin programul automatului programabil.

Dispozitive de intrare/iesire pentru interfata om-masina

Functii:

(principala) cea de programare a AP,

monitorizarea functionarii AP,

verificarea programului înscris în memoria AP,

depanarea circuitului.

Prin intermediul acestor terminale, operatorul uman poate introduce sau modifica programul unui AP la locul în care acesta se afla, fara a mai fi nevoie de alte dispozitive sau aparate ajutatoare. Prin cuplarea terminalului, comportarea AP poate fi examinata în timpul functionarii.

Informatiile necesare operatorului sunt afisate prin intermediul unui ecran cu tub catodic sau cu cristale lichide. Dimensiunile acestora pot varia de la câteva linii de caractere pâna la un ecran. În primul caz, dispozitivul de afisare va fi mai ieftin însa nu va permite decât afisarea unei portiuni mici din programul AP si un numar restrâns de informatii legate de starea AP.

Informatiile catre AP sunt introduse de catre operatorul uman prin intermediul:

unor butoane,

a tastaturii,

a ecranelor sensibile la atingere,

cititoarelor de coduri de bare.

Terminale simple

Dispozitive simple care au de cele mai multe ori doar un monitor si o tastatura. Sunt dotate cu inteligenta, întreaga functionalitate privind comunicarea dintre om si masina este înglobata în AP. Afiseaza informatia transmisa de AP si permit introducerea si transmiterea informatiei de la utilizator la AP. Transmiterea informatiei prin intermediul acestor terminale se realizeaza în format ASCII.

Avantaj: pret de cost redus, terminalul poate fi utilizat cu o gama larga de AP. Dezavantaj: nu permit încarcarea unui program sau modificarea acestuia în memoria AP. Utilizarea lor devine din ce în ce mai redusa

Terminale industriale dedicate

Au încorporata o anumita inteligenta care le permite sa îndeplineasca o parte mai mica sau mai mare din functiile amintite mai sus.

O serie de terminale permit scrierea directa a programului în memoria AP. O alta categorie de terminale sunt dotate cu memorie proprie astfel încât programul poate fi scris în aceasta memorie dupa care el este transferat în memoria AP.

Mare parte din aceste dispozitive permit utilizatorului sa depaneze programul scris chiar în timpul functionarii acestuia.

Pot fi introduse valori pentru intrarile sau pentru iesirile automatului astfel încât sa se poata urmari functionarea acestuia în diverse situatii.

Programatoare de mâna

Sunt utilizate în general pentru programarea AP de dimensiuni mici. Cuplate la AP, ele pot afisa informatii privind:

starea AP,

starea intrarilor,

starea iesirilor,

valorile diferitelor variabile interne,

valoarea curenta si cea prestabilita a numaratoarelor,

valoarea curenta si cea prestabilita a temporizatoarelor.

Programatoarele de mâna pot fi folosite pentru depanarea AP prin monitorizarea functionarii acestuia si prin modificarea intrarilor, iesirilor sau alti parametri ai programului.

Avantaje: dimensiunile mici care le fac portabile.

Dezavantaje: au înglobata inteligenta redusa, dimensiunea mica a ecranului de afisare (la un moment dat nu poate fi vizualizata decât o mica parte a programului din memoria calculatorului).

Programarea controlerelor PLC

Metoda uzuala de programare a unui controler PLC este cea care utilizeaza un PC conectat cu sistemul de control. Exista însa si posibilitatea programarii manuale a sistemului, utilizând o microtastatura si un monitor software cu functiuni specifice.

În scopul depanarii sistemului de control, un PLC este de regula însotit de un subsistem de testare, realizat pe baza unor switch-uri ce pot pozitiona în 0 sau 1 logic diverse linii. În felul acesta sistemul de control poate fi testat pas cu pas, urmarindu-se modul de comportare conform diagramei de functionare specificata în documentatie. Diagrama de functionare este gândita astfel încât sa poata fi testata si înteleasa întreaga gama de posibilitati comportamentale si de eventuale malfunctiuni. Programatorul poate adauga comentarii programului de test, poate denumi dispozitive de intrare si/sau iesire si poate preciza secventele de executie ce trebuie urmate de catre sistem la întâlnirea anumitor erori sau comportari defectuoase ale unor subansamble. De cele mai multe ori, un sistem cu PLC este documentat printr-o "diagrama în scara", care prezinta structura logica de functionare a întregului sistem. Întelegerea acestei diagrame permite depanatorului sa înteleaga comportamentul sistemului în diversele cazuri malfunctionale.

IEC 61131-3, a treia parte a standardului international IEC 61131, se ocupa cu limbajele de programare si defineste urmatoarele standarde de limbaje de programare PLC:

Ladder diagram (LD);

Diagrame de blocuri functionale ( Function Block Diagram-FBD);

Texte structurate (Structured Text-ST);

Liste de instructiuni (Instruction List-IL);

Sequential function chart (SFC) ce are elemente pentru a organiza programe pentru procesarea controlului secvential si paralel.

Elementele de programare ale limbajului orientat pe scheme cu contacte

Scrierea unui program în limbajul orientat pe scheme de contacte (Ladder Diagram - LD) presupune desenarea unei diagrame (diagrama LD) similare unei scheme electrice cu contacte.Elementele componente ale diagramei LD modeleaza functionarea elementelor unei scheme cu contacte. De aceea interpretarea functionarii diagramei LD este similara interpretarii schemelor electrice cu contacte.

Elementele de baza utilizate pentru scrierea unui program în limbaj LD sunt contactele, bobinele, temporizatoarele, numaratoarele si blocurile functionale (functiile).

Contactele

IN IN 2 IN 3

a b)

Fig.1

Contacte a n.d., b n.î.

In cadrul unui program LD, contactele pot fi asociate intrarilor AP, iesirilor AP sau unor variabile interne. La intrari pot fi conectate dispozitive care au doua stari de functionare cum ar fi contactele auxiliare ale contactoarelor si releelor, contactele n.î. sau n.d. ale butoanelor de comanda, limitatoarelor de cursa, detectoarelor de marimi fizice, elementelor de protectie, iesirile digitale ale unor aparate de masura, protectie sau comanda, iesirile digitale ale altor AP sau sisteme de comanda etc.

Pe lânga contactele obisnuite, unii producatori pun la dispozitia programatorilor si alte elemente de programare corespunzatoare intrarilor AP, întâlnite, îndeosebi, în cazul circuitele numerice, cum ar fi intrari cu memorie (latch), intrari active pe frontul crescator sau active pe frontul descrescator.

Bobinele

OUT 001 OUT 0 2 OUT 03

a) _b)

Fig.2 Bobine: a) normal

b) negata.

Bobinele sunt elemente de programare care modeleaza functionarea bobinele contactoarelor si releelor electromagnetice. Ca si în cazul bobinelor din schemele electrice, bobinele din programele LD pot avea doua stari: alimentate sau nealimentate. Ele pot fi asociate iesirilor automatului dar si unor

variabile interne modelând astfel releele auxiliare din cadrul schemelor electrice cu contacte. Fiecare iesire este de asemenea identificata în mod unic, modul de identificare diferind de la un producator la altul. Fiecarei iesiri i se asociaza o singura bobina si unul sau mai multe contacte ce pot fi utilizate în schema în mod asemanator contactelor auxiliare ale contactoarelor si releelor.

La aceste iesiri pot fi conectate dispozitive care au doua stari de functionare cum ar fi bobinele contactoarelor sau releelor, elemente de semnalizare acustica sau luminoasa, sarcini de putere mica, intrarile digitale ale unor aparate de masura, protectie sau comanda, intrarile digitale ale altor AP sau sisteme de comanda etc.

În Fig.2 sunt date simbolurile folosite pentru reprezentarea bobinelor. Având în vedere ca bobinele sunt asociate iesirilor si ca acestea pot fi negate putem întâlni ca element de programare în limbajul LD, bobina negata (Fig.2b). Într-un automat, fiecare iesire este identificata în mod unic, identificarea fiind diferita de la producator la producator. Fiecarei iesiri i se asociaza unul sau mai multe contacte având acelasi identificator si care pot fi folosite în diagrama LD.

Temporizatoarele

^Validare Nr temporizator

Baza de timp

Valoarea

prestabilita

Initializare

Fig.3 Structura unui temporizator.

Iesire

Temporizatoarele sunt elemente de programare care modeleaza functionarea releelor de timp si         a contactelor temporizate. Ele sunt utilizate pentru a realiza actiuni întârziate sau ce dureaza un anumit interval de timp.

Temporizatoarele simple permit realizarea unei actiuni întârziate cu un anumit interval de timp ce poate fi programat. Functiile de temporizare mai complexe au în vedere obtinerea unor temporizari variabile, functie de anumite conditii care apar la un moment dat.

În cadrul programelor LD, un temporizator are o structura de tipul celei din Fig.3. Fiecare temporizator din schema este identificat în mod unic, modul de identificare fiind diferit de la un producator la altul.

Materializarea temporizatoarelor în AP se realizeaza utilizând circuite numaratoare. Ca urmare, indicarea temporizarii se va face precizând numarul de incremente de timp pe care temporizatorul îl va numara (valoarea prestabilita) si durata unui increment (baza de timp). În cazul în care implementarea limbajului permite utilizarea unor baze de timp diferite pentru temporizatoare diferite, trebuie precizat pentru fiecare temporizator aceasta baza de timp. Valorile uzuale pe care le poate avea baza de timp sunt 0,01s; 0,1s sau 1s.

În cazul în care baza de timp este aceeasi pentru toate temporizatoarele, precizata în manualul de programare a AP, aceasta este omisa. Ca urmare, valoarea prestabilita poate fi exprimata în unitati de timp (s).

Temporizatoarele au cel putin o intrare de initializare, la activarea careia începe temporizarea si o iesire. În unele variante, acestea sunt prevazute si cu o intrare de validare si înca o iesire care reprezinta negata primei iesiri.

Numaratoarele

Numarare                           ^Iesire

Nr numarator

Iesire negata

Initializare

Fig.4. Structura unui numarator.

Numaratoarele    sunt elemente de programare care poate primi o serie de impulsuri care sunt analizate în cadrul programului LD pentru a detecta numarul de aparitii ale unor evenimente cum ar fi: numarul de pasi efectuati de un motor pas cu pas, conectari deconectari ale unui aparat.

În cadrul programelor LD, un numarator are o structura de tipul celei din Fig.4. Fiecare numarator din schema este identificat în mod unic, modul de identificare fiind diferit de la un producator la altul. Pentru fiecare numarator se precizeaza valoarea prestabilita, aceasta reprezentând valoarea maxima pe care o va numara numaratorul dupa care va activa iesirea.

Numaratorul are cel putin doua intrari, una de numarare si una de initializare (la activarea acesteia numaratorul începe sa numere impulsurile sosite la intrarea de numarare) si o iesire. Alte variante de numaratoare sunt prevazute si cu o intrare de validare si o iesire care reprezinta negata primei iesiri.

Blocurile functionale

Pentru materializarea unor functii mai complexe menite sa usureze scrierea programelor în limbaj LD sunt utilizate blocuri functionale. Aceste blocuri modeleaza diverse categorii de functii dintre care cele mai utilizate sunt urmatoarele: functii de încarcare a unor constante numerice, functii aritmetice, functii logice pe 8 sau 16 biti, functii de conversie a informatiei din diferite formate (binar, BCD, Gray etc), functii de tratare a întreruperilor, functii pentru detectarea fronturilor crescatoare sau descrescatoare a semnalelor, functii pentru realizarea controlerelor si secventiatoarelor, functii pentru actualizarea rapida a intrarilor si iesirilor, functii pentru comanda numaratoarelor de mare viteza.

De obicei, formatul si modul de functionare a blocurilor functionale difera de la un automat la altul, fiind specific fiecarui producator în parte. Prin intermediul standardului IEC 61131-3 si a altor initiative recente se cauta standardizarea unor astfel de blocuri astfel încât ele sa aiba nu numai aceeasi interfata dar si acelasi comportament, diferenta fiind data numai de modul în care acestea sunt materializate pentru fiecare automat în parte. Standardul are drept scop si asigurarea ca aceste blocuri functionale pot fi utilizate, folosind aceeasi interfata în oricare alt limbaj din cele 4 adoptate.

Restrictii în scrierea programelor orientate pe scheme de contacte

Atunci când se realizeaza scrierea unui program LD pentru un automat programabil concret, trebuie sa se tina seama de limitarile pe care pachetul de programe le poate avea.

Limitari importante pe care le pot avea pachetele de programe ce utilizeaza limbajul LD sunt cele legate de formatul diagramei care materializeaza schema cu contacte. O parte din aceste limitari tin de proprietatile intrinseci ale limbajului; altele sunt specifice diferitelor programe comerciale si sunt datorate solutiilor tehnice adoptate de firmele producatoare pentru implementarea diverselor elemente ale limbajului. O parte a acestor limitari sunt prezentate în continuare:

a) o bobina trebuie sa fie alimentata întotdeauna prin intermediul unui contact;

b) bobina trebuie sa fie introdusa întotdeauna la capatul din dreapta al liniei;

c) toate contactele trebuie sa fie pe directie orizontala;

d) numarul contactelor pe o linie de alimentare a unei bobine este limitat prin program;

e) un grup de contacte poate alimenta o singura bobina;

f) formarea buclelor poate fi realizata într-un singur mod sau poate sa nu fie permisa;

g) sensul curentului prin circuit este de la stânga la dreapta diagramei.

De obicei manualele de utilizare ale programelor contin toate informatiile necesare pentru ca utilizatorul sa poata scrie programul în formatul acceptat de AP.

Transcrierea schemelor electrice cu contacte

Scrierea unui program în limbajul LD poate fi realizata într-un mod simplu pornind de la schema electrica cu contacte al unui circuit care ar îndeplini aceeasi functie. Ceea ce trebuie sa faca programatorul este sa transpuna schema respectiva folosind elementele de programare ale limbajului. Pentru acest lucru el va trebui sa parcurga urmatoarele etape:

definirea listei dispozitivelor conectate la intrarile si iesirile AP,

 atribuirea unor identificatori de intrare si de iesire acestor dispozitive,

 trasarea diagramei LD,

 indicarea conexiunilor la AP a elementelor de comanda.

Programarea AP folosind limbaje bazate pe blocuri functionale

Limbajele de programare a automatelor programabile (AP) bazate pe blocuri functionale (FBD - functional block diagram) fac parte din categoria limbajelor grafice si sunt normalizate prin standardul IEC 1131-3.

Aceste limbaje specifica în mod grafic comportamentul unui program prin intermediul unor functii, acestea fiind reprezentate sub forma unor blocuri grafice

(numite blocuri functionale - BF) interconectate si care comunica între ele prin intermediul unor semnale. În limbajele evoluate, mai multe blocuri functionale interconectate pot fi reprezentate printr-un alt bloc ceea ce permite o descriere ierarhizata pe mai multe niveluri.

Pentru a realiza comportamentul general, toate blocurile sunt conectate între ele. Circulatia semnalelor în cadrul unei scheme cu FB este unidirectionala si se face

conform urmatoarelor reguli:

- semnalele circula de la intrarile schemei catre intrarile BF sau iesirile schemei;

- semnalele circula de la iesirile BF catre intrarile celorlalte BF sau catre iesiri. Evaluarea unui program scris folosind FB se realizeaza conform urmatoarelor

reguli

un element este executat odata ce au fost calculate toate semnalele de intrare pentru acel element;

un element este complet evaluat atunci când au fost calculate toate semnalele de iesire ale acestuia;

evaluarea unei scheme cu BF se încheie atunci când toate iesirile schemei au fost calculate.

Identificarea unor produse disponibile pe piata

1. Automatele programabile din seria ALPHA

AP din seria ALPHA permit realizarea unor comenzi flexibile cu aplicatii în industrie, pentru automatizarea serviciilor proprii unor cladiri sau chiar pentru realizarea unor automatizari casnice.

AP ALPHA accepta la intrare semnale digitale sau analogice si furnizeaza la iesire semnale digitale. Ele pot fi programate prin intermediul panoului frontal sau folosind programul AL-PCS/WIN-E. Programarea acestor automate se realizeaza folosind programarea cu blocuri functionale.

În continuare, programarea AP folosind blocurile functionale este exemplificata

pentru cazul AP ALPHA si pentru limbajul specific acestora.

Tipurile de blocuri

Într-un program ce utilizeaza blocuri functionale se pot utiliza 5 seturi de elemente:

 intrari: în functie de tipul AP, acesta poate avea 4, 6 sau 12 intrari. Acestea pot fi atât intrari digitale cât si analogice. Intrarile sunt notate cu I01-I06.

taste ale panoului frontal: acestea sunt notate cu K01-K08 si permit introducerea datelor în zona de date a programului, deplasarea prin meniuri si program, selecteaza optiunile de programare sau pot fi folosite ca intrari suplimentare în timpul functionarii AP.

bitii de memorie a sistemului: acestia por furniza valori predefinite ale semnalelor si informatii despre erorile din sistem. Bitii de memorie sunt notati cu M01- M05.

iesiri: acestea sunt digitale si permit comanda elementelor de comutare de tip releu sau tranzitor ce pot fi introduse în schemele electrice de comanda. Acestea sunt notate cu O01-O04.

blocurile functionale: acestea sunt elementele de baza ale programului. Cu ajutorul lor informatiile primite de la intrari, taste ale panoului frontal si bitii de memorie sunt prelucrare fiind elaborate comenzile transmise la iesirile AP.

Toate aceste elemente, alcatuind o diagrama bloc functionala, trebuie sa fie dispuse pe o placa de baza având intrarile în stânga si iesirile în dreapta. Acest cadru mai poarta numele de zona de conexiuni.

Automatul ALPHA2

Se apropie de functionalitatea unui Micro PLC. Un program cu capacitatea de 200 de functii si 15 noi blocuri functionale incluzand operatii matematice, PWM, viteza contorului de 1KHz si mesaje text SMS, pe langa intervalul mare de temperatura la care functioneaza (-25,55 grade C) deschid posibilitatea utilizarii lor in domenii de constructie si industrie automatizata. Pe ecran se afiseaza optiuni incluzand bara de grafice si derulare de text. Unitatile optionale de extensie pot mari numarul porturilor digitale de I/O cu 4. Caracteristicile sunt: expandabilitate, iesiri analogice, optiuni GSM, intrari de temperatura.

intrari - 9 iesiri

Simplitate - executa functii PLC precum cele matematice, logice cat si timere, clockuri, contoare, smith trigger, flicker (scanteiere) etc.

Programare direct pe aparat sau pe softul optional VLS Windows

Ecran LCD pentru panoul de programare sau functii de interfata operator

Programare bazata pe functii bloc grafice cu iconite drag and drop"

Calendar/ functie ceas integrat. Setare timp de vara

Ceas in timp real cu 4 biti pentru an

Intretinere la distanta si comunicare SMS prin cablu GSM

8 intrari analogice integrate si 2 contoare de viteza mare

Optiuni de interfata AS-i

Optional Sursa de Alimentare

Expantion Boards (prelungire tablouri)

AlphaT Programmable Controller

intrari digitale, 8 dintre ele putand fi folosite ca analogice

Intrarile pot fi "on off" sau 8-bit, 0- 0 VDC

Impedanta intrarii 42 k.Ohm

Timp maxim de raspuns 10 ms

9 Relay Output 8 Amp 250 VAC

Interfata RS232

Putere 4 VDC 7.Watts

Dimensiuni 4. 1x3 5x2. 6 inch ( 4 6x90x55 mm)

Opereaza la temperatura de la -25 la 55 C

UL, listed, licenta CE

Interfata de programare

Afisorul LCD

Prin intermediul lui pot fi afisate si alte informatii inafara meniurilor AP.

Imagiea I/O

Primul lucru ce e afisat de afisorul LCD este imaginea I/O si ceasul de timp real care indica ora curenta. Fiecarei intrari si iesri ii curespunde un cerc. Daca acesta este gol inseamna ca intrarea/iesirea respectiva este inactiva. Daca cercul este plin inseamna ca I/O este activa. Pentru ceasul de timp real, modul corespunzator orarului de vara este indicat prin afisarea literei S in fata orei afisate.

Functia LCD

Prin aceasta functie pot fi afisate informatii pe 4 linii, fiecare continand maxim 10

caractere.

Interfata cu PC pentru programare

Conectarea cablului GSM

Cablul AL2-GSM-CAB poate fi folosit pentru a conecta automatul ALPHA2 la un GSM modem. AL2-GSM-CAB poate trimite Short Message Service (SMS) catre un modem GSM pentru transmisii catre mobile si adrese de e-mail sau poate monitoriza automatul.

Conexiuni

Automatul Alpha2 poate fi folosit la monitorizarea si controlul masinilor din statii si de a avertiza personalul autorizat in cazul unei erori sau in situatii de urgenta.Cea mai folosita functie se refera la posibilitatea de a trimite pachete de SMS-uri catre o adresa de e-mail sau catre un telefon mobil. Alpha2 poate fi conectat si la un modem GSM ce asigura incarcarea si descarcarea de programe pentru monitoarizarea componentelor, setarea parametrilor din functia Block sau modificarea starii intrarilor si iesirilor. Incarcarea si descarcarea de programe se poate face de la un calculator ce are instalat softul VLS.

Automatul Siemens Logo!

Este deja folosit cu succes in milioane de aplicatii, oferind o interfata utilizator prietenoasa si operare de maxima usurinta, combinat cu calitatile lui tipice. Capacitatea mare de stocare si utilizarea eficienta a memoriei creaza un mediu propice de beneficii si functionalitati excelente. Generatia de program, simularea de proiecte si documentatia sunt toate indeplinite prin tehnicile drag & drop. Dispune de un afisaj luminos, utilizare optima a liniilor de afisare si optiuni pentru modificarea directa a mesajelor text. Logo! este flexibil. Cu modulele de extindere, LOGO! poate oricand ajunge la 24 de intrari digitale, 16 iesiri digitale si 8 intrari analogice. De asemenea exista si module de comunicare pentru interfata AS si instabus EIB.

LOGO! este folosit in diverse domenii precum:

- incalzire/ventilatie/aer conditionat (managementul energiei, incalzire, sisteme de racire, sisteme de ventilatie, sisteme de aer conditionat);

- controlul masinii (controlul motorului, al pompei si al valvei, compresoare de aer, sisteme de evacuare si filtrare, instalatii de tratare a apei, masini de taiere, instalatii de gravare si purificare);

sisteme de monitorizare (controlul accesului, monitorizarea controlului vehiculelor, sisteme de alarma, monitorizarea valorilor limita, sisteme de control al semafoarelor, controlul echipamentelor).

LOGO! ofera o multitudine de aplicatii si implementare cu succes a celor complexe cu optiunea de selectare a 36 de functii integrate si conectarea lor cu 130 de blocuri. Controlul de operare si monitorizarea se fac usor si se folosesc de afisaj luminos cu 4 linii de 12 caractere, de afisare a valorii de referinta si a valorilor actuale pe o singura linie, optiunea de schimbare a lor si a parametrilor gasindu-se la nivelul aparatului.

Avantaje:

- are dimensiuni mici;

- are putine accesorii;

- este aproape fara fire;

- poate fi programat prin apasarea unui buton;

- configurare utilizator prietenoasa;

- schimbare automata a timpului de vara/iarna;

- 4 module suficiente pentru a inlocui mai multe relee, switch-uri si intrerupatoare;

- 8 functii de baza si 28 speciale inlocuiesc multe switch-uri conventionale;

- rezistenta la vibratii;

- compatibilitate la un inalt nivel electromagnetic (EMC);

- standard industrial;

- pentru orice conditie climatica;

- retinere a interferentei radio clasa B;

LOGO! Soft Comfort creeaza ladder diagram si diagrame de blocuri functionale prin simpla selectare, tragere si punere a functiilor relevante si conexiunilor sale. Foloseste toate simularile offline al intregului program de comutare de pe PC la fel de bine ca si testarea online in timpul operarii.

Functiile de LOGO!

Cu cele 8 functii de baza poti creea programe de comutare simple mai repede decat de pe masina sau PC.

Functii de baza

Cu celelalte 28 de functii speciale poti de asemenea crea repede si usor programe de comutare complexe.