Proiectarea Unui Sistem Conveior cu Selectarea Pieselor

În general există două modalități de captare a variabilelor de intrare. Prima procedură implică transferul datelor de la canalul de intrare specificat în instrucțiune, prelucrarea lor și înscrierea rezultatului în canalul de ieșire dorit, figura 3.7 a. În al doilea caz, utilizat pentru sistemele cu un număr mare de intrări/ieșiri, într-o primă fază se achiziționează într-un RAM toate variabilele de intrare cuplate, se execută apoi întreg programul memorându-se toate rezultatele în altă secțiune RAM și în final noile valori ale variabilelor de ieșire se trimit pentru actualizare, în toate canalele de ieșire cuplate la CLP, figura 3.7 b. [12]

Figura 3.7 Modalități de captare a variabilelor de intrare-ieșire. [12]

Instrucțiunile utilizate în programarea P.L.C. se înscriu în gama uzuală a instrucțiunilor logice având în plus caracteristici specifice rezultate din reprezentarea grafică proprie schemelor ladder. Diagramele ladder au fost utilizate inițial pentru reprezentarea circuitelor electrice. Ulterior, introducerea controlerelor programabile și dorința de a asigura utilizatorului aceleași facilități în urmărirea funcționării sau în testarea circuitelor au impus adaptarea simbolurilor circuitelor electrice în logica programabilă. [12]

În Figura sunt prezentate componente functionale mai importante care pot intra în configurația PLC-urilor.

Sursa de alimentare;

Modulul procesor;

Modulele de intrare;

Modulele de iesire;

Unitatea de programare;

Unitatea controler-ului PID;

Unitatea de comunicatii de date.

Figura Componentele unui sistem cu PLC includ o sursa se alimentare, un modul procesor, module de intrare, module de iesire si o unitate de programare.

Sursa de alimentare.

Un PLC are de regula doua surse de alimentare. Una este sursa exterioara conectata direct la priza de120 sau 240V curent alternativ si furnizeaza curent alternativ si curent continu pentru dispozitivele de intrare si iesire. Cealalta este o sursa de alimentatre interioara, in modulul procesor care alimenteaza unitatea centrala de procesare (CPU).

Modulul procesor.

Modulul procesor poate fi considerat o unitate centrala de procesare (sau CPU). Contine un microprocesor, o unitate de memorie care poate fi numai citita (ROM), o unitate de memorie cu acces aleator (RAM) si o interfata de I/O (intrare/iesire) (vezi figura ? C.18). Informatia stocata in ROM este permanenta. Este setate o data si apoi nu mai poate fi modificata. Informatia stocata in RAM este temporara. Ea poate fi modificata in orice moment si este pierduta cand modulul procesor pierde alimentarea.

Sistemul de operare al PLC-uli (OS) este stocat in ROM (OS este un program care serveste aceluias scop ca si DOS sau Windows intr-un calculator). Programul utilizator poate fi stocat in RAM sau in una din urmatoarele cipuri de memorie nevolatila:

Memorie programabila care poate fi numai citita (PROM). Poate fi programata doar o data, apoi ea este permanenta.

Memorie programabila care poate fi cititta si stearsa (EPROM). Poate fi programata de mai multe ori stergand vechiul program cu lumina ultravioleta.

Memorie programabila care poate fi citita si stearsa electric (EEPROM). Poate fi programata de mai multe ori stergand vechiul program cu un semnal electric.

Memorie nevolatila cu acces aleatoriu (NVRAM). Poate fi programata de mai multe ori, dar spre deosebire de RAM-ul obisnuit, continutul NVRAM-ului nu se pierde cand memoria nu mai este alimentată.

Datele folosite de PLC sunt stocate in RAM. Aceste date sunt organizate in sectiuni care depind de natura datelor. Fiecare sectiune este definita de o litera mare care este utilizata ca parte a adresei de locatii in acea sectiune de memorie. Sectiunile de memorie includ, dar nu sunt limitate la acestea, urmatoarele:

Imaginea stării intrarilor (I). Stocheaza starea (1 sau 0) a intrarilor de la intrerupatoare si de la semnalele ON/OFF din proces.

Imaginea stării iesirilor (O). Stocheaza datele binare (1 sau 0) care vor activa sau dezactiva dispozitivele ON/OFF in proces.

Starea temporizatorului (T). Stocheaza baza de timp, valoarea prezenta, valoarea acumulata si bitii de stare ai temporizatorului in programul utlizator.

Starea numaratorului (C). Stocheaza valoarea pezenta, valoarea acumulata si bitii de stare a numaratoarelor din programul utilizator.

Datele numerice (N). Stocheaza datele utilizate pentru conversiile de numere, etc.

Functii (F). Stocheaza starea si datele folosite de alte functii in programul utilizator.

Procesorul are doua moduri de functionare, PROGRAM si RUN. In modul PROGRAM procesorul permite utilizatorului sa faca modificari in program. Procesorul are mai multi indicatori de stare care furnizeaza informatii programatorului sau operatorului. In modul RUN procesorul repeta sub controlul sistemului de operare ciclul urmator de patru secvente:

Scanarea intrarii. Procesorul scaneaza intrarile si stocheaza o noua imagine a conditiilor la intrare.

Scanarea programului. Procesorul scaneaza programul si obtine o noua imagine a conditiilor de iesire din noua imagine a intrarilor si vechea imagine a iesirilor.

Scanarea iesirii. Noua imagine a conditiilor de iesire este transferata dispozitivelor de iesire.

Sarcinile de intretinere. Comunicarea si alte sarcini sunt terminate intr-o baza de timp disponibila.

Ciclul poate incepe din nou imediat dupa terminarea sarcinilor de intretinere, sau poate incepe la un interval fixat.

Modulele de intrare.

Exista doua tipuri de module de intatre, discrete si analogice. Majoritatea intrarilor PLC-ului sunt de tip discret, furnizand intrari inchise si deschise de la contactele de tip buton actionat prin apasare, de la intrerupatoarele de limita, diferiti senzori de tip ON/OFF, etc. Pot fi utilizate atat module de intrare in curent alternativ cat si in curent continu, în funcție de sursa de alimentare folosita pe intrerupatorul de intrare.

Un modul tipic de intrare are 4, 8, 16, sau 32 terminale de intrare, plus un terminal comun si un terminal de masa. Un terminal al modulului de intrare este conectat la o parte a unui contact din proces. Cealalta parte a contactului este conectata borna calda a sursei de alimentare in curent continu sau de curent alternativ. Borna de masa (comun) a sursei de alimentatre este conectata la terminalul comun de la modulul de intrare si modulul de intrare furnizeaza starea intrării prin circuitul sau de detectie.

Modulul de intrare converteste fiecare intrare intr-o tensiune de nivel logic si izoleaza intrarile de circuitele PLC-ului. Modulul de intrare converteste un contact deschis intr-o tensiune de nivel logic 0 (0V), si converteste un contact inchis intr-o tensiune de nivel logic 1 (5V).

Cand procesorul scaneaza intrarile, el citeste nivelele logice ale toturor intrarilor si stocheaza nivelele logice in sectiunea imaginii intrărilor din RAM. Contactele inchise sunt stocate ca 1 logic, iar contactele deschise ca 0 logic. Imaginea poate indica numai daca un contact este inchis sau deschis; nu poate indica daca contactul de intatre este NO sau NC.

Desi majoritatea intrarilor PLC-urilor sunt discrete, pot fi folosite și intrări analogice pentru controlul si achizitia datelor. În sistemele de control a proceselor continue cele mai multe variabile de proces sunt analogice si trebuie convertite intr-o forma digitala pentru intrarea intr-un procesor digital. Modulul analogic de intrare realizeaza aceasta functie cu ajutorul unui convertor analog digital.

Modulele de iesire.

Modulele discrete de iesire furnizeaza semnale ON/OFF pentru a actiona lampi, relee, motoare pas cu pas etc. Cand procesorul scaneaza sectiunea imaginii ieșirilor din RAM, un 1 logoic rezulta pentru un semnal ON la iesirea dispozitivului, si 0 logic rezulta pentru un semnal OFF. Pentru a controla dispozitive de iesire in curent alternativ sunt folosite triace sau relee, iar pentru a controla dispozitive de iesire in curent continu sunt folosite tranzistoare sau relee. Un modul tipic de iesire are 4, 8, 16, 32 terminale de iesire, plus un terminal comun si un terminal de masa.

Iesirile analogice necesita de la 4 la 12 biti pentru sectiunea imagii ieșirilor din memorie. Un convertor digital analogic converteste numarul binar stocat in imaginea de iesire intr-o tensiune (sau curent) analogic intre un terminal de iesire si un terminal comun.

Modulele PID si de Comunicatii.

Modulul PID asigura controlul de de tip PID a doua variabile de proces. Modulul de comunicatii asigura comunicarea directa cu operatorul, un terminal de programare, alte PLC-uri, sau un calculator supervizor.

Unitatea de programare.

Unitatea de programare da posibilitatea operatorului sa introduca un nou program, sa examineze programul din memorie, sa modifice programul din memorie, sa monitorizeze starea intrarilor sau a iesirilor, sa afiseze continutul registrilor si sa afiseze valorile temporizatoarelor sau ale contoarelor. In plus, pentru a proteja programul din memorie de modificari neautorizate poate fi introdusa o parola.

Dispozitivele de programare includ console de programare, terminale CRT si calculatoare personale (cu software special). Consola de programare sau programatorul manual este asemanator cu un calculator de buzunar cu LCD pentru afisarea instructiunilor, a adreselor, a valorilor temporizatoarelor sau ale contoarelor, datele si asa mai departe. Are de asemenea o tastatura pentru introducerea instructiunilor, adreselor si a datelor. Un terminal CRT arata ca un calculator personal, dar este special proiectat pentru programarea unui PLC. Terminalele CRT si calculatoarele personale permit utilizatorului sa scrie un program folosind o varietate de limbaje de programare incluzand limbajul de tip diagramă cu funcții secvențiale (Sequential Function Chart), limbajul de tip diagrama structurata (Ladder Diagram), limbajul de de tip diagramă cu funcții bloc (Function Block Diagram) si limbajul de tip text structurat (Structured Text).

Figura PLC input/output

3.2. Programarea sistemului

În categoria „Operand” putem să avem imaginea stării unui Timer sau Counter care, la rândul lor pot fi programate prin aceeași platformă specifică PLC. În figura 3.8 este prezentată situația în care configurația prezentată anterior este programată să poată permite preluarea stării logice a intrării I1. Se poate vedea cum starea intrării I1 schimbă în mod direct starea ieșirii Q1. Programul aplicație prezentat in dreapta figurii 3.8 arată că dacă I1=1 atunci Q1=1, PLC-ul funcționând ca un simplu întrerupător. Citind programul scris în STL avem: „LD” adică încarcă, citește starea intrării I0.1 iar rezultatul transferă-l la ieșirea Q0.1 care în program corespunde cu (=Q0.1).[12]

Figura 3.8 Programarea funcției logice „ȘI” (AND).[12]

Pentru programare ne folosim de câmpurile pe care le avem la dispoziție și oferite de platforma în care lucrăm. Pentru toate PLC-urile indiferent de firmă avem câmpuri pentru intrări și un singur câmp pentru ieșiri. Ieșirile, de exemplu cea din figura 3.8 unde pe Q1 avem consumatorul L, nu ne permite să legăm fizic decât lampa L. Dacă această lampă trebuie să ne semnalizeze ceva din proces atunci acel ceva este unic, nu se poate suprapune cu alta semnalizare sau comandă spre un element al procesului. Pentru anumite firme aceste câmpuri, ale intrărilor sunt limitate funcție de model, la 3, 4 sau 5. Pentru ieșiri vom avea o singură coloană (un singur câmp).

În câmpul intrărilor se pot plasa mai multe imagini ale intrărilor, ieșirilor, memoriilor, timere-lor, contoarelor etc., ce vor avea rolul de operanzi.

PLC-ul „citește” starea intrărilor după care execută programul, prelucrează logic starea logică a intrărilor, a imaginilor celorlalte elemente din programul aplicație după care transferă rezultatul spre ieșirile vizate în programul aplicație. Programul aplicație este programul întocmit de noi pe baza unei platforme de programare spre a rezolva o problema din procesul automatizat după care ciclul se reia cu scanarea (citirea) intrărilor, figura 3.9.[12]

Figura 3.9 Fazele executării ciclice a programului în PLC.[12]

Execuția ciclică a programului este specifică numai controlerelor logice programabile – PLC. Această calitate a lor le-a făcut să devină acele calculatoare de proces care pun pe primul loc starea procesului și nu alte activități pe care procesorul trebuie să le rezolve. Dacă la un PC procesorul primește informația spre a fi procesată, pe baza unor priorități care cel mai adesea nu țin seama de exteriorul acestuia, de un eventual proces industrial. La un PLC nu apare niciodată „Pease wait” ca la PC. La PLC prioritare sunt intrările, starea acestora, trecerea acestora dintr-o stare în alta astfel încât orice schimbare a unei intrări determină execuția întregului program aplicație aflat într-o memorie internă a PLC și numită memorie program.[12] La un PC programul se lansează în execuție și rămâne rezident în memoria RAM a calculatorului până în momentul opririi calculatorului. Și un PC are intrări (mouse, pad, USB, tastatura, microfoane, camere video etc.) pe care le supraveghează în permanență dar schimbarea stării acestora nu relansează programul (windows-ul). Prin urmare un PLC este un calculator creat special pentru automatizarea proceselor industriale, având o structură minimală și performantă pentru acest scop, fiabilitate și comportament bun in mediul industrial, cu consum mic de energie. Execuția ciclică a unui program în cazul PLC este ilustrată în figura 3.10. Cea mai mare parte a timpului este ocupată de execuția programului.[12]

Figura 3.10 Execuția ciclică a programului.[12]

Timpii care curg începând cu citirea intrărilor și până ce are loc schimbarea stării procesului sunt foarte importanți și, în funcție de numărul parametrilor de proces urmăriți, de numărul traductoarelor din proces, acești timpi trebuind să fie mai mici decât timpul schimbării stării unui parametru de proces.[12]

În figura 3.11 este prezentată schema electrică de comandă a motorului.

Figura 3.11 Schema electrică de comandă a motorului.

În figura 3.12 este prezentat programul pentru PLC, controlul mișcării, aplicația numărul 1.

Figura 3.12 Programul pentru PLC, controlul mișcării, aplicația numărul 1.

Figura 3.13 Programul pentru PLC. Controlul miscarii pentru aplicatia Nr.1. Partea din program care asiguara startul, deplasarea spre dreapta si controlul opririi la deplasarea spre dreapta.

Figura 3.14 Programul pentru PLC. Controlul mișcării pentru aplicația Nr.1. Partea din program care asiguară deplasarea spre stanga și controlul opririi la deplasarea spre stanga.

Figura 3.15 Partea din programul pentru PLC care asigură monitorizarea senzorilor de proximitate. Memoriile programabile M01 … M04 au rolul de a reține informația sub forma logică obținută la activarea senzorilor de proximitate și a asigura oprirea la atingerea senzorului.

Figura 3.16 Deplasarea spre dreapta- în regimul aplicației.