Sterowanie procesami technologicznymi za pomocą sterowników

E’20 2
0
M
AM
1 1th
Sterowanie procesami technologicznymi za pomoc
sterowników logicznych PLC
J. wider, G. Kost, J. Gorczy ski
Katedra Automatyzacji Procesów Technologicznych i Zintegrowanych Systemów
Wytwarzania, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika l ska
ul. Konarskiego 18a, 44-100 Gliwice, Poland
W pracy omówiono zagadnienia sterowania maszynami i procesami technologicznymi za
pomoc programowalnych sterowników logicznych (PLC).
Omówiono podstawowe
wła ciwo ci sterowników oraz sposób ich komunikowania si z otoczeniem technologicznym.
Przedstawiono oprogramowanie sterowników Simatic S7 steruj cych prac Modułowego
Systemu Produkcyjnego firmy FESTO.
1. WST P
Jako i poziom technologiczny współczesnych systemów produkcyjnych wyznaczany jest
zarówno przez jako techniczn rodków produkcji, jak i jako sterowania realizowanych w
nich procesów produkcji. Z kolei jako
sterownia zwi zana jest z odpowiednimi
procedurami zarz dzania przebiegiem procesu technologicznego oraz odpowiednimi
urz dzeniami realizuj cymi to zadanie. Szczególn klas takich urz dze , ze wzgl du na
wymagany wysoki stopie integracji współczesnych systemów produkcyjnych, s urz dzenia
oparte na technice komputerowej, a w ród nich programowalne sterowniki logiczne (PLC –
Programmable Logic Controllers). Ich rola w sterowaniu procesami technologicznymi polega
na integrowaniu i synchronizowaniu działa wszystkich składników tego procesu, tak
sprz towych, jak i programowych, zapewniaj c w ten sposób wła ciwe wypełnienie
realizowanych zada sterowania.
W Laboratorium Automatyki, Mechatroniki i CIM na Wydziale Mechanicznym
Technologicznym Politechniki l skiej w Gliwicach wykorzystane s sterowniki PLC
Simatic S7 firmy Simens do sterowania Modułowym Systemem Produkcyjnym (MPS) w celu
prowadzenia bada nad sterowaniem dyskretnymi procesami technologicznymi.
2. BUDOWA STEROWNIKÓW LOGICZNYCH PLC
Sterowniki PLC s układami elektronicznymi, zbudowanymi w oparciu o mikroprocesor,
wykonuj cymi swoje funkcje zgodnie z programem zawartym w ich pami ci [1]. Wi kszo
sterowników PLC charakteryzuje si budow modułow (np. Simatic S7), nieliczne za s
tzw. sterownikami kompaktowymi (np. Festo Beck). Sterowniki modułowe – w odró nieniu
od kompaktowych - posiadaj mo liwo przebudowy sprz towej, przez co mo na lepiej
dopasowa ich mo liwo ci do potrzeb sterowanego procesu technologicznego. Zadanie swoje
550
J. wider, G. Kost, J. Gorczy ski
sterowniki realizuj poprzez ledzenie zmian zachodz cych w otoczeniu drog rejestrowania
odpowiednich sygnałów elektrycznych powi zanych logicznie z urz dzeniami
technologicznymi i na tej podstawie generuj odpowiedni reakcj , zgodnie z zało onymi
algorytmami działania [1]. Układy PLC stosowane s do realizacji takich zada , jak m.in.
kontrola i sterowanie przebiegiem procesu, kontrola obiektu i sterowanie dopasowuj ce
obrabiarek [2].
3. TWORZENIE OPROGRAMOWANIA U YTKOWEGO STEROWNIKA
Oprogramowanie STEP 7 v.5.0 firmy Siemens [3] jest standardowym pakietem
programowym i jednocze nie cz ci przemysłowego oprogramowania słu cego do
konfigurowania i programowania logicznych sterowników przemysłowych PLC serii Simatic
S7. Pakiet programowy STEP 7 jest zbiorem zorientowanych problemowo aplikacji
programowych, słu cych do sprawnego zarz dzania projektem. Programowanie
sterowników PLC z u yciem oprogramowania STEP 7 polega na wykonaniu czynno ci, jak
(rys. 1) [3]:
Rys. 1. Główne elementy struktury projektu w STEP 7
• utworzenie struktury projektu poprzez wskazanie i okre lenie jego głównych składników,
• zdefiniowanie odpowiednich modułów sprz towych sterownika,
• wybranie odpowiedniego j zyka, za pomoc którego zostanie zbudowany program
u ytkowy sterownika PLC,
• kompilacja opracowanego programu i jego transmisja do pami ci jednostki centralnej
programowanego sterownika.
W pakiecie programowym STEP 7 v.5.0 mo na tworzy programy u ytkowe dla
sterownika w j zykach (rys. 2): LD (schemat drabinkowy), ST (tekst strukturalny), FBD
(schemat bloków logicznych). Opracowanie programu dla sterownika w j zyku LD polega na
tworzeniu szeregowych i równoległych poł cze elementów, stanowi cych układ poł cze
sygnałów wej
i wyj . Prócz edycji programów STEP 7 umo liwia sprawdzenie
poprawno ci ustalonej konfiguracji sprz towej sterownika Simatic S7, testowanie
utworzonego programu i przesyłanie go zł czem typu „on-line” do pami ci sterownika PLC.
4. OPROGRAMOWANIE MODUŁU DYSTRYBUCJI UKŁADU MPS
Zadaniem sterownika steruj cego prac modułu dystrybucji MPS jest kontrolowanie
procesu technologicznego polegaj cego na dostarczaniu do systemu elementu-półfabrykatu
poddawanego procesowi obróbki na kolejnych stanowiskach systemu, dla którego stacja
dystrybucji stanowi wej cie. Składa si ono z trzech podzespołów: magazynu grawitacyjnego
Sterowanie procesami technologicznymi za pomoc sterowników logicznych PLC
551
(opadowego), urz dzenia podajnikowego i manipulatora. Na rys. 2 przedstawiono schemat
poł czenia układu wyj stacji z zainstalowanymi w nim czujnikami oraz z elektrozaworem
steruj cym elementami wykonawczymi. Poszczególne wej cia i wyj cia logiczne stacji
odpowiadaj wej ciom i wyj ciom sterownika [2].
2B1
3S2 3S1 1B1 1B2
I4
I3
I2
I1
IO
DO STEROWNIKA
O7 O6 O5 O4 O3 O2 O1 OO
1B2
1B1
3S1
3S2
MANIPULATOR
I5
PODCI NIENIE
I6
I/O Kabel
I7
ELEKTROZAWÓR
2B1
SIŁOWNIK
WYPYCHAJ CY
B4
J
M
N
2Y1
2Y2
1Y1
3Y1
3Y2
Rys. 2. Schemat poł cze obwodów modułu dystrybucji
Dla takich warunków, schemat ideowy programu realizuj cego zadanie sterowania
działaniem stanowiska dystrybucji przedstawia rys. 3 [2], który stanowił podstaw
opracowania algorytmu i programu dla sterownika PLC w edytorze STEP 7.
G łó w n y b l o k p r o g r a m o w y
OB1
FC 10
F u n k c ja u s t a w i e n ia
s t a n o w is k a
I n s t r u k c ja w y w o ła n ia
f u n k c ji F C 1 0
FC20
I n s t r u k c ja w y w o ła n ia
f u n k c ji F C 2 0
I n s t r u k c ja w y w o ła n ia
f u n k c ji F C 3 0
F u n k c j a z a d a n ia
FC30
F u n k c ja
k o m u n ik a c y jn a
Rys. 3. Architektura programu sterownika Simatic S7 steruj cego prac modułu dystrybucji
W tym celu okre lono zmienne wymagane w programie, gwarantuj ce odpowiedni wymian
danych w zadaniu i spełnienie wszystkich warunków prawidłowego funkcjonowania stacji
dystrybucji (tabl.1). Przykładow sekwencj programu sterownika opracowan w j zyku LD,
realizuj c zadanie kontroli stanu magazynu, pokazano na rys. 4.
Tablica 1
Wybrane zmienne programu dla stanowiska dystrybucji
Symbol
Adres
Typ
B4
S13
M_Mag
Magazin
Mode_T
Init_Pos
A_Step01...
...A_Step09
T_Mag
I 0.6
I 4.2
M 2.4
M 2.5
M 4.0
M 4.4
M 10.0...
...M 11.0
T3
BOOL
BOOL
BOOL
BOOL
BOOL
BOOL
Magazyn pusty
Przycisk "Magazyn pusty"
Znacznik pustego magazynu
Detal w magazynie
Tryb zadania
Stanowisko w pozycji pocz tkowej
BOOL
Znaczniki kroku trybu zadania
Opis
TIMER Timer Magazin
552
J. wider, G. Kost, J. Gorczy ski
Obwód 8
S13
Magazin
B4
S
M_Mag
Obwód 9
Magazin
Q
R
B4
Init_Pos
B4
A_Step02
B4
SR
Mode_T
S5T#2S
T_Mag
S
S_ODT
M_Mag
Q
TV
R
Rys. 4. Przykład sekwencji programu sterownika kontroli stanu magazynu [2]
Rozwi zuj c w podobny sposób zadania realizowane przez moduł dystrybucji opracowano
program sterowania tego modułu odpowiednio do przyj tych zało e (rys. 3).
5. ZAKO CZENIE
Sterowniki logiczne PLC s nowoczesnymi rodkami umo liwiaj cymi automatyzacj
maszyn i sekwencyjnych, dyskretnych procesów technologicznych. Nowoczesne rozwi zania
struktury, tak sprz towej, jak i programowej sterownika daj mo liwo ich łatwego
dopasowania do wymaga dowolnego procesu technologicznego, co daje praktycznie
nieograniczone mo liwo ci swobodnego konfigurowania ich w sieci zwi kszaj c mo liwo ci
ich wykorzystania do sterowania dyskretnymi procesami technologicznymi.
LITERATURA
1. T. Legierski, J. Wyrwał, J. Kasprzyk, J. Hajda: Programowanie sterowników PLC.
Wydawnictwo Pracowni Komputerowej Jacka Skalmierskiego, Gliwica 1998.
2. J. wider, A. Baier, G. Kost, R. Zdanowicz: Sterowanie i automatyzacja procesów
technologicznych i układów mechatronicznych. Podr cznik akademicki. Wydawnictwo
Politechniki l skiej, Gliwice 2002 (w druku).
3. STEP 7. Basic Information Manual v.5.0. Programming with STEP7v.5.0. Materiały
instrukta owe FESTO.