Sisteme Tehnologice de Transfer Si Ambalare

CUPRINS

CAPITOLUL I

INTRODUCERE

CAPITOLUL II

SISTEME TEHNOLOGICE DE TRANSFER SI AMBALARE

2.1. SISTEME DE TRANSFER

2.1.1. CONVEIOARE i

2.1.2. ROBOTI INDUSTRIALI

2.2. AUTOMATIZAREA PE BAZA DE PLC

2.3. SENZORI SI SISTEME SENZORIALE

2.4. CONCLUZII

CAPITOLUL III

PROIECTAREA UNUI SISTEM PENTRU AMBLARE

3.1. STRUCTURA MECANICA

3.2. CONFIGURATIA HARDWARE

3.3. PROGRAMAREA SISTEMULUI

CAPITOLUL IV

APLICATII SI EXPERIMENTE

CAPITOLUL V

CONCLUZII SI CONTRIBUTII

BIBLIOGRAFIA

CAPITOLUL I

INTRODUCERE

Aprox 6 pag despre domeniu, ambalare, roboti ind., transf automat

Prin prezenta lucrare mi-am propus urmatoarele obiective:

Realizarea unui studiu asupra sistemelor de transfer si ambalare

Implementarea unor aplicatii cu caracter didactic

Într-o economie modernă, orice automatizare are ca obiectiv ridicarea competitivității unui produs, fie direct prin fiabilitate si cost sau indirect prin îmbunătățirea condițiilor de muncă si a calitatatii .

In zilele noastre companiile încearcă să economisească cât mai mult timp posibil în derularea proceselor de producție cu scopul de a crește randamentul și de a păstra costurile la nivel minim.

Fiabilitatea, flexibilitatea, fiabilitatea, sensibilitatea la perturbații, precum și o serie de cerințe privind facilitățile oferite la introducerea programelor de lucru sau la modificarea acestor programe de lucru sunt câteva dintre caracteristicile care se impun la ora actuală echipamentelor electrice de automatizare pentru o mare parte din aplicatile industriale.

Într-o mare măsură, aceste cerințe sunt acoperite de automatizările realizate cu automate programabile.

În cadrul proiectului de diplomă doresc să demonstrez calitățile automatelor programabile, (utilizând cele produse de firma Moller), în vederea determinării caracteristicilor lor într-un domeniu de interes general.

Pentru aceasta voi analiza cele mai importante soluții de automatizare, în special cele cu automate programabile (PLC-uri) analizând componența lor hardware, principile sale de functionare, felul prin care aceste automate poate fi programate, precum și construcția programelor folosind metoda de programare Ladder-Diagram.

Analizând avantajele și dezavantajele folosirii unui automat programabil și canalele de comunicație a PLC-urilor, voi realiza automatizarea unui proces de ambalare.

Voi utiliza PLC-urile produse de firma Moller, urmărind organizarea memoriei, modul de adresare, structura internă a fișierelor de date implicite și tipurile de instrucțiuni ce intervin în cadrul programelor realizate folosind metoda de programare Ladder-Diagram. Voi prezenta „instrumentele” necesare lucrului cu Easy 821, cum ar fi software-ul de programare voi programa PLC-ul, întocmind diagrama ladder și voi executa un stand didactic pentru exemplificarea avantajelor pe care le aduce o optimizare în domeniul industrial.

CAPITOLUL II

SISTEME TEHNOLOGICE DE TRANSFER SI AMBALARE

30-35 pg. Copiat din carti despre tema, istoric, clasificari, evolutie

www.orientalmotor.com, conveioare desene

SISTEME DE TRANSFER

Sisteme de transfer.

Un sistem de transportoare este o piesă comună de echipamente de manipulare mecanice care mută materiale de la o locație la alta. Conveioarele sunt utile mai ales în aplicațiile care implică transportul de materiale grele sau voluminoase. Acest sistem permite transportul rapid și eficient pentru o mare varietate de materiale, ceea ce îl face foarte popular în manipularea materialelor și industria de ambalare. Sistemele de transport sunt utilizate pe scară largă într-o serie de industrii, datorită numeroaselor avantaje pe care le oferă:

conveioarele sunt capabile de a transporta în siguranță materialele de la un nivel la altul.

ele pot fi instalate aproape oriunde și sunt mult mai sigure decât un motostivuitor sau alt aparat pentru a muta materiale.

pot transporta material într-o gamă largă de forme, dimensiuni și greutate. De asemenea, aceste sisteme au caracteristici avansate de securitate, care ajuta la prevenirea accidentelor.

există o varietate de opțiuni disponibile pentru acționarea sistemelor de transport, inclusiv hidraulice, mecanice și complet automatizate, care sunt echipate pentru a se potrivi nevoilor individuale.

Sisteme de transport sunt utilizate în mod obișnuit în multe industrii, inclusiv industria auto, agricole, calculatoare, electronice, de prelucrare a alimentelor, industria aerospațială, farmaceutica, chimică, îmbuteliere și conserve, imprimare și de ambalare. Mulți factori sunt importanți în alegerea corectă a unui sistem de transfer interoperational. Este important să se cunoască modul în care sistemul transportor va fi folosit în prealabil. Unul din factorii de alegere a sistemului conveior sunt operațiunile necesare, cum ar fi transportul între nivele, acumularea și sortare, dimensiuni materiale, greutăți și forme și unde trebuie să fie punctele de încărcare și evacuare.

Fig.1. Banda transportoare, transportor cu role.

CONVEIOARE

Tipuri de sisteme conveior

transportoare prin gravitație cu role.

banda transportoare.

transportoare flexibile.

transportoare verticale.

transportoare spirala.

transportoare vibratoare.

transportor pneumatic.

transportoare lanț.

transportoare cu melc (șnec).

ROBOTI INDUSTRIALI

Roboți industriali

Robotul Industrial este un manipulator cu program variabil, autonom și cu funcționare automată, care reproduce anumite funcții motrice și intelectuale ale omului în realizarea unor operații de producție auxiliare și de bază. El poate realiza cele mai variate succesiuni de operații de manipulare, aceasta flexibilitate fiind asigurată, pe de o parte prin programabilitate și, pe de altă parte, prin disponibilitatea unui număr suficient de mișcări programate (grade de libertate).

Arhitectura unui robot

Arhitectura unui robot conține cinci sisteme importante, fiecare dintre acestea aparținând unui domeniu al tehnicii clasice:

sistemul mecanic de susținere și al articulațiilor (cuple de rotație și de translație).

sistemul de acționare (hidraulic, pneumatic, electric sau mixt);

sistemul de transmisie a mișcării.

sistemul senzorial (intern și extern).

sistemul decizional

Pe baza parametrilor constructivi și a domeniului de folosire a roboților industriali, s-au stabilit pentru aceștia următoarele caracteristici:

capacitate de ridicare.

numărul gradelor de libertate.

zona de lucru.

gradul de mobilitate.

schema cinematică structurală.

sistemul de comandă.

precizia de poziționare.

Fig.2. Structura robotului

Capacitatea de ridicare reprezintă mărimea masei maxime pe care o poate apuca și menține în orice poziție mâna robotului industrial. Modelele cele mai uzuale au capacitatea de ridicare cuprinsă între 10 și 160 Kg.

Numărul gradelor de libertate este numărul tuturor posibilităților de mișcare a mâinii robotului fãră a lua în considerare deplasarea fãlcilor mâinii pentru strângere și desfacere. Numărul gradelor de libertate se stabilește constructiv și trebuie sã fie minimul necesar pentru a corespunde destinației robotului industrial.

Zona de lucru este spațiul în care în timpul funcționarii se găsesc mecanismele de execuție ale robotului industrial. Aceasta este caracterizatã de:

volumul de lucru – volumul maxim în care se poate găsi mâna robotului în timpul funcționării.

volumul de lucru util – volumul corespunzător spațiului în care mâna realizează un lucru mecanic util în concordanță cu programul robotului; acest volum se schimbă în funcție de forma și masa piesei, precum și de poziția în care aceasta trebuie deplasată de către robotul industrial.

raza maximã de deservire – distanța cea mai mare de la axa de simetrie a corpului robotului pânã la axa mâinii în poziția în care este încă posibilă apucarea și menținerea piesei de masa maximã.

Gradul de mobilitate a robotului se determina ca fiind capacitatea acestuia de a executa deplasãri locale, regionale și globale. Deplasarea locală este consideratã mișcarea mâinii pentru aducerea piesei manipulate în poziția necesară. Deplasarea regională a mâinii se realizeazã în limitele poziției de lucru a robotului industrial și este determinatã de raza maximă de deservire. Deplasarea globalã se realizează pe distanțe care depășesc raza maximă de deservire, în cazul când este necesară de exemplu deplasarea robotului de la o mașină-unealtă la alta.

Schema cinematicã structurală determina posibilitățile cinematice și funcționale ale roboților industriali. Analiza schemei cinematice structurale se face în funcție de sistemul de coordonate (cartezian, cilindric sau sferic) în care se deplasează mâna mecanicã a robotului. Alegerea schemei cinematice structurale este determinată de particularitățile constructive și tehnologice ale mașinii sau utilajului tehnologic pe care îl deservește robotul, forma și dimensiunile piesei manipulate.

Cinematica manipulatoarelor și roboților industriali influențează asupra construcției și posibilităților lor funcționale. Analiza cinematicii roboților se face dupã numărul gradelor de libertate, tipul mișcărilor (translație sau rotație) și succesiunea acestora. Variantele constructive se deosebesc între ele prin cuple cinematice (cuple de ordinul III, IV și V), prin dispunerea lor relativa și prin tipul de mișcare realizată, adică prin acei indici care caracterizează construcția roboților.

Fiecare variantă constructivã are o serie de variante cinematice structurale. Variantele cinematice structurale se deosebesc între ele doar prin direcția mișcării dupã diferite grade de libertate fără modificarea clasei, tipului și poziției lor în schema de ansamblu a robotului. Roboții cu trei grade de libertate au opt variante constructive. Acest număr de variante se poate obține ca rezultat al introducerii unei mișcări de rotație sau de translație la variantele constructive ale roboților cu douã grade de libertate. Sistemul mecanic al roboților industriali conține grupele de elemente din figura 3 ; apucătorul 1 (degetele palmei), palma 2, mâna mecanică 3, masa (sania) 4 și suportul 5.

Fig.3. Sistemul mecanic al unui robot industrial

Deplasarea în spațiu a obiectului prins în apucător de la un punct la altul se face, în mod teoretic, prin variația celor 6 coordonate care determină poziția unui corp în spațiu. În realitate, însă, numărul gradelor de libertate (numărul de mișcări) realizate de roboții industriali nu depășește valoarea 3-4. În funcție de mișcările care determină cele trei grade de libertate, spațiul (zona) de lucru al robotului (volumul cuprins între suprafețele care înconjoară toate pozițiile posibile ale apucătorului) poate fi dreptunghiular, cilindric și sferic.

Pentru ușurința analizei alegerii corecte a cinematicii roboților se poate împărți robotul în trei grupe cinematice care se deosebesc între ele după rolul funcțional: cinematica batiului, cinematica brațului și cinematica articulației.

Cinematica batiului

Gradele de libertate ale mișcărilor care asigura deplasarea robotului, adică deplasarea batiului sau, caracterizeazã cinematica batiului. Având în vedere destinația funcțională cât și exemplele de construcții de roboți existenți se consideră că este suficient dacă batiul are un singur grad de libertate caracteristic zonei de lucru sau sistemului de deplasare (de exemplu pentru deplasarea robotului de la o mașină-unealtă la alta).

Cinematica brațului

Gradele de libertate ale mișcărilor care asigura deplasarea spațială a mâinii mecanice pentru un batiu ne deplasabil caracterizează cinematica brațului robotului. Schema cinematică care realizează trei deplasări rectilinii alternative asigura deplasarea brațului cu mâna mecanică într-un sistem de coordonate carteziene Avantajul acestei scheme cinematice structurale consta în aceea cã în timpul deplasării piesa manipulatã își păstrează orientarea.

Cinematica articulației

Cinematica articulației se definește ca fiind caracterizată de gradele de libertate ale mișcărilor care asigura orienttru un batiu ne deplasabil caracterizează cinematica brațului robotului. Schema cinematică care realizează trei deplasări rectilinii alternative asigura deplasarea brațului cu mâna mecanică într-un sistem de coordonate carteziene Avantajul acestei scheme cinematice structurale consta în aceea cã în timpul deplasării piesa manipulatã își păstrează orientarea.

Cinematica articulației

Cinematica articulației se definește ca fiind caracterizată de gradele de libertate ale mișcărilor care asigura orientarea pieselor transportate. Deplasarea piesei din articulație are un caracter local. Alegerea cinematicii articulației depinde în mare măsură de cinematica brațului, adică de caracterul deplasãrii piesei din poziția inițială în poziția finală. Deplasarea piesei prin intermediul unei rotiri, de regulă, duce la modificarea orientãrii ei unghiulare. Astfel, numărul de grade de libertate de rotație ale brațului reprezintă tot atâtea posibilități de orientare unghiulară a piesei la deplasarea spațială a acesteia. Pentru menținerea neschimbată a poziției unghiulare a piesei în timpul deplasării ei este necesar ca și articulația sã aibă același numãr de grade de libertate de rotație în raport cu axa de coordonate ca și brațul.

Articulația brațului trebuie să asigure menținerea orientării inițiale a piesei și să permită realizarea unor rotiri speciale ale piesei. În majoritatea cazurilor, aceste mișcări sunt necesare pentru pre reglarea piesei în procesul tehnologic de prelucrare sau de montare. Având în vedere ca piesele prelucrare pe mașini-unelte, în majoritatea cazurilor, se fixează cu axa dispusă orizontal sau vertical, articulația care are două grade de libertate de rotație în jurul acestor axa are gradul de universalitate cel mai adecvat.

Sistemul de comandă

Sistemul de comandă al manipulatoarelor și roboților poate fi un sistem de comandă secvențială, numerică sau cu calculatorul. La roboții industriali se folosesc sisteme de comandă diferite începând cu cele mai simple sisteme secvențiale și terminând cu sistemele complexe cu inteligența artificială. Sistemul de comandă determina în mare măsură gradul de flexibilitate al robotului, rapiditatea trecerii de la un ciclu de lucru la altul, posibilitatea de deservire a unor mașini sau utilaje diferite. Sistemele de comandă trebuie să asigure sincronizarea funcționarii robotului și a mașinii sau instalației deservite.

În funcție de complexitatea și gradul de perfecționare al sistemelor de comandă, roboții industriali pot fi împărțiți în trei generații. Din prima generație fac parte roboții care lucrează după program rigid dinainte stabilit.

O răspândire mare au luat sistemele de comandă după program de poziționare și de conturare. Sistemele de comandă și poziționare se folosesc atunci când robotul trebuie să asigure o deplasare precisă a piesei din poziția inițială în poziția finală, fără controlul mișcării în punctele intermediare ale traiectoriei. Asemenea mișcări se întâlnesc în cazul operațiilor de încărcare-descărcare transport și stivuire etc. În calitate de port program pentru aceste sisteme de comandă se folosesc frecvent matrice cu fise.

Pentru comanda continuă a procesului de deplasare după mai multe coordonate se folosesc sisteme de comandă de conturare. Acestea permit deplasarea mâinii mecanice a robotului după o traiectorie curbilinie complexă, necesară, de exemplu, la realizarea sudurii automate cu arc, vopsire etc. În calitate de port programe în aceste sisteme de comandă pot fi folosite cartele și benzi perforate, benzi, discuri și tamburi magnetici. Pe aceste port programe se înscriu codificat succesiunea deplasărilor, mărimea lor, vitezele și accelerațiile pentru diverse momente ale mișcării.

Roboții din a doua generație sunt dotați cu memorii mai dezvoltate aparținând unui calculator și sisteme informaționale, care furnizeazã anumite informații despre mediul înconjurător fie de la diverse tipuri de traductori de poziție, de forță, de contact, fie informații vizuale de la fotodiode și camere video, aceste informații ajung la calculator, care corectează sau elaborează un nou program de lucru pentru robot, în corespondenta cu modificarea condițiilor de lucru. De regulã, roboții de acest tip au posibilitatea sã determine poziția și dimensiunile pieselor în zona de lucru, condițiile de apucare, controlul forței necesare de strângere.

Roboții din a treia generație sunt automate care se aseamănă destul de mult cu omul în ceea ce privește perfecțiunea sistemelor informaționale și de comandă. Acești roboți pot să recunoască și sã analizeze modificările apãrute în timpul funcționarii și să găsească singuri mijloacele efective de dezvoltare a acestora. Dotarea acestor roboți cu sisteme informaționale vizuale, auditive și tactile, care împreună cu un sistem de comandă reprezintã o formã de inteligență artificială, conduc la sisteme foarte complexe, care sunt încă puțin studiate.

Precizia de poziționare a roboților se determină în funcție de abaterea punctului fixat al mâinii mecanice de la poziția dată la repetarea ciclului de deplasare la curse maxime de lucru pe fiecare axă de coordonată.

Pe plan mondial, în producția de roboți industriali se indentificã două direcții principale de dezvoltare. Prima dintre ele este axată pe construcția roboților industriali universali destinați satisfacerii cerințelor impuse de un număr mare de aplicații diverse. Acest tip de roboți prezintă avantaje tehnico-economice în special din punct de vedere al producătorului de astfel de echipamente în vreme ce pentru beneficiarul potențial, folosirea lor conduce la utilizarea incompletã a capacității acestora și ca urmare are o influență directă asupra creșterii costurilor de producție. Cea de-a doua categorie a roboților specializați, ridica în fata producătorului o serie de probleme, printre care cea mai importantă este legatã de necesitatea realizării unor largi diversități de tipuri constructive cu influența directă asupra prețului de cost per bucată al echipamentului.

Modularitatea arhitecturilor roboților industriali permite două tipuri de răspunsuri la problemele ridicate de exploatarea acestor echipamente. În primul rând prin crearea unui stoc de pârghii și cuple de dimensiuni variate, capabil să satisfacă o gamă lărgitã de pretenții ale beneficiarului, iar pe de altă parte direcția în care, încă din faza de proiectare, cuplele sunt considerate ca unități modulare respectiv pârghiile și brațele cu dimensiuni variabile. Ambele strategii prezintă dezavantajul creării unui inventar mare, respectiv implica complicații legate de mărimea timpului de montare a echipamentelor necesare; totuși perspectiva posibilității creării unor roboți eficienți în raport cu condițiile concrete de exploatare, constituie un avantaj important.

Proiectarea în concepție modulara a roboților industriali ridica însă problema conducerii acestora, care în prezent este rezolvată prin utilizarea tehnicii moderne a microprocesoarelor. Echipamentul electronic “hard” necesita pe de altă parte programe de conducere “soft” care sunt atât de diverse ca și numărul producătorilor acestora. Din acest motiv proiectarea în concepție modulara trebuie sã prevadã un sistem de control de bază care să răspundã pe de altă parte complexității sarcini de conducere și să fie în același timp compatibil cu sistemul “soft” al utilizatorului. Aceasta ar conduce la obținerea unor mari avantaje din perspectiva unor investiții minime care să permitã în același timp largi posibilități de dezvoltare viitoare.

Roboții care au nivele de comandă și programare superioare nivelului zero (robotul de bază) sunt denumiți roboți evoluați. Prin roboți inteligenți se înțelege în general roboții care folosesc în sistemul lor de comandã și programare, tehnici specifice inteligenței artificiale (în primul rând funcția de decizie cu generarea și execuția planului de acțiuni, recunoașterea scenelor tridimensionale, înțelegerea limbajului natural și a vorbirii etc). Cum o definiție unanim acceptată a inteligenței artificiale sau naturale și a robotului nu exista, confuzii în folosirea termenilor prezentați anterior mai pot apare.

Prin automatizare flexibilă se înțelege automatizarea ușor reprogramabilă în procesele industriale de tip construcții de mașini, realizată cu ajutorul roboților industriali (de transport, de control, de calitate etc.), a calculatoarelor electronice de conducere, a masinilor-unelte cu comandă numerică, a magaziilor automate, a liniilor transportoare și a altor dispozitive tehnologice și de comandă.

Conducerea unei celule de automatizare flexibilã (corespunzătoare postului clasic de lucru) este realizatã de unul sau mai multe calculatoare, rolul omului reducându-se la programare și supervizare. Flexibilitatea se referă la capacitatea unei linii (grupe de utilaje) tehnologice de a executa – cu un efort și timp minim de pregătire a lor – o gamă variată de piese și de operații, făcând astfel rentabila automatizarea fabricației în serii mici, precum și creșterea productivității în procesele de fabricație cu specific de construcții de mașini. Flexibilitatea este conferită de utilizarea calculatoarelor electronice care comandă roboții și utilaje tehnologice, calculatoare ce își pot foarte ușor adapta sau modifica programul de lucru.

Unirea automatizării flexibile cu proiectarea, pregătirea tehnologică și producția asistată de calculator creazã sisteme flexibile integrate de producție deschizând calea spre realizarea liniilor și secțiilor de producție complet automatizate (uzine fără muncitori). În aceste structuri noi de producție, operatorii umani, de înaltã calificare, stabilesc cantitatea și calitatea produselor care vor fi executate, supraveghează, cu ajutorul calculatoarelor, funcționarea și întreținerea întregului sistem, reprogramează roboții și calculatoarele etc. În aceste condiții are loc transfer masiv al muncitorilor de la meserii cu calificare scăzută la meserii de înaltă calificare.

Mișcarea robotului poate fi punct cu punct (când traiectoria robotului intre punctele învățate este oarecare) sau cu traiectorie controlată (când se definește forma traiectoriei intre punctele învățate și robotul o realizează). Cel mai des, acești roboți se folosesc în aplicații de manipulare, deservirea mașinilor unelte, sudura în puncte, sudura continua, vopsire etc.

Calculatorul central stabilește programul de mișcare a roboților mobili (sau a cărucioarelor comandate de calculator), pentru a repartiza elementele de prelucrat la diferite centre de prelucrare.

AUTOMATIZAREA PE BAZA DE PLC

Comanda cu PLC a sistemelor flexibile

Aceste automate programabile (PLC – Programable Logic Controller), așa cum le vom denumi în continuare, pe lângă conexiunile cu instrumentele de măsură și senzorii din procesul de automatizare, va trebui să permită comanda întregului proces și ceea ce este și important, să comunice operatorului stările procesului prin semnale vizuale și sunet, printr-o rețea de comunicație la un computer local sau prin dispozitive (HMI – human machine interface). Aceste caracteristici permit exploatarea automatizări la un înalt grad de flexibilitate, prin schimbarea și monitorizarea mult mai comodă a parametrilor de bază a procesului. Fiecare componentă din sistemul de control a procesului joacă un anumit rol, în concordanță cu importanța sa. Spre exemplu, fără niciun senzor, PLC-urile nu ar putea ști modul de variație în timp a parametrilor principali ai procesului (considerați parametri de intrare). În sistemele automate, PLC-urile sunt partea centrală a sistemului de control sau a automatizării.
Prin executarea programului înregistrat în memorie, PLC-ul monitorizează în mod continuu stările sistemului prin recepția semnalelor de la dispozitivele de intrare (senzori). Pe baza logici implementata în program PLC-ul determina ce acțiune trebuie executată pentru a c-da un instrument. Pentru a comanda mai multe procese simultan este posibil să conectăm mai multe PLC-uri la o unitate centrală (un calculator).

O problemă de siguranță în automatizări este că deși acestea sunt implementate pentru a minimiza eroarea umană într-un sistem, odată cu creșterea gradului de automatizare cresc și consecințele unor posibile erori.

  PLC-ul este un calculator digital utilizat pentru automatizarea proceselor industriale, cum ar fi controlul de mașini pe liniile de asamblare din fabrică, este un exemplu de sistem în timp real la care rezultatele de ieșire trebuie să fie produse ca răspuns la condițiile de intrare într-un timp mărginit, în caz contrar va rezulta o funcționare neintenționată.

Spre deosebire de calculatoare de uz general, PLC-ul este conceput pentru intrări și ieșiri multiple, game extinse de temperatură, imunitate la zgomot electric, rezistenta la vibrații și impact. Programul de control al sistemului automatizat este de obicei stocat în memorii nonvolatile.

Fig. 8. Schema structurală PLC.

PLC-urile au fost inventate ca înlocuitori pentru sisteme automate care foloseau sute sau mii de relee, temporizatoare came și ordonatori tambur. Adesea, un singur PLC poate fi programat pentru a înlocui mii de relee. Controlere programabile au fost adoptate inițial de către industria de fabricare a automobilelor, în cazul în care reprogramarea PLC-ului înlocuiește re-cablarea panourilor de control hard-wired atunci când modelele de producție se schimbă. Sistemul de control industrial timpuriu, a fost construit din dispozitive electromecanice de tradiție, cum ar fi relee, comutatoare cu tambur și cititori banda.

Releul a fost cel mai utilizat aparat pe scară largă pentru controlul procesului de fabricație discretă. Deși aceste dispozitive anterioare sunt încă folosite astăzi multe dintre problemele asociate cu folosirea lor au fost eliminate ca urmare a progreselor tehnologice. 

Apariția PLC a început în anii 1960 și 1970 pentru a înlocui tradiționalele "hard-wired" și a devenit alegerea predominanta pentru control industrial. În 1968 GM Hydramatic (divizia de transmisii automate a General Motors) a emis o propunere pentru shimbarea sistemului de control bazat pe relee cu un sistem electronic. Diviziunea Hydramatic a specificat criteriile de proiectare pentru ceea ce avea să devină primul operator logic programabil. Ei au solicitat un sistem solid-state, care ar putea:

• să supraviețuiască mediului industrial.

• să fie ușor de programat de ingineri și tehnicieni, precum și să fie ușor de reprogramat și reutilizat.

Unul dintre oamenii care au lucrat la acest proiect a fost Dick Morley, care este considerat a fi "părintele" PLC. Marca Modicon a fost vândută în 1977 companiei Gould Electronics și mai târziu achiziționat de compania germană AEG și apoi de francezii de la Schneider Electric, proprietarul actual.

PLC-urile sunt folosite în multe industrii diferite și mașini, cum ar fi ambalajele și mașini de semiconductoare.

Mărci PLC bine cunoscute sunt: Siemens, Allen-Bradley, ABB, Mitsubishi, Omron, General Electric, etc. PLC-urile mai puțin cunoscute, care sunt programabile în BASIC sunt disponibile la CUBLOC (ComFile Technology) sau Tri-PLC (Research Triangle Intl).

Scopul unui PLC a fost de a înlocui în mod direct releele electromecanice ca elemente logice, înlocuindu-le cu un calculator cu un program stocat, capabil să imite interconectarea dintre relee pentru a efectua anumite sarcini logice. În loc de sârmă ar putea exista biți în interiorul unui circuit de memorie care ar dicta logică. Aparatul va folosi stările de intrare și de ieșire în loc de releu de control pentru a controla motorul demarorului și butoanele.

Avantajele PLC-urilor:

Fiabilitate îmbunătățită.

Ușurință în modificarea programului.

Interfața operator flexibilă.

Atelier de reparații online.

Simulare software.

Monitorizarea senzorii lor, programului online.

Finalizarea logicii de control și de fabricare a PLC se poate face simultan.

Capacitatea de autodiagnosticare pentru a găsi defectul echipamentului.

Componente fiabile.

Ajutoare în remedierea defecțiunilor pentru a reduce timpii morți.

Abilități de calcul, permite un control mult mai sofisticat.

Pentru că un PLC să fie util trebuie mai întâi să aibă un program care va fi executat de CPU. Un inginer de sistem sau PLC programator va crea programul logic într-un dispozitiv de programare (în aceste zile, este de obicei, software-ul care rulează pe un calculator).

Fig. 5. Programarea PLC

Standardul internațional IEC 61131

Standardul internațional IEC 61131 se aplică controlerelor programabile și perifericelor asociate cum ar fi instrumentele de programare și depanare, HMI (Human Machine Interface), etc, a căror scop constă în utilizarea acestora în controlul și comanda mașinilor și a proceselor industriale. Standardul are mai multe părți din care IEC 61131-3 poate fi considerată partea principală.

Fig. 6. Interfața HMI

IEC 61131-3 reprezintă partea a 3-a a standardului IEC 61131 și, spre beneficiul utilizatorilor de PLC-uri, standardizează cinci dintre cele mai utilizate limbaje de programare a PLC-urilor și anume:

LD – Ladder diagram (grafic),

FBD – Function Block Diagram (grafic),

ÎL – Instruction list (text),

STL – Structured text (text),

SFC – Sequential Function Chart.

Notă: Standardul definește ca limbaje de programare doar primele 4, SFC-ul fiind definit pentru structurarea organizării interne a programelor și a blocurilor funcție pentru controlerele programabile.

Ladder logic-este un limbaj de programare grafic. Sintaxa acestui limbaj este asemănătoare unei diagrame, permițând astfel o urmărire ușoară a fluxului de current. Limbajul LD permite descrierea testelor și a modificărilor datelor Booleene plasând simboluri grafice în schema programului. Simbolurile grafice LD sunt organizate în interiorul graficului într-un mod similar cu o “treaptă” a diagramei cu contacte electrice. Fiecare element are starea sa proprie, indicată de valorile simbolului Boolean 1 (TRUE, `ON`) sau respectiv 0 (FALSE `OFF`).

Fig. 7. A). Modul de programare LADDER

Statement List= este un limbaj de programare textual. Sintaxa acestui limbaj este apropiată de limbajul cod mașină. Instrucțiunile și operațiile sunt urmate de adresele corespunzătoare. Textul Structurat este unul dintre cele două limbaje textuale din cadrul standardului IEC 1131-3, celălalt fiind limbajul Lista de Instrucțiuni. Standardul definește elemente textuale comune limbajelor textuale, printre care:

declarații tip;

declarații variabile;

declarații ale pasului SFC, ale tranziției și acțiunii;

declarații ale funcției și ale blocurilor funcție.

ST este un limbaj structurat de nivel înalt, similar cu Pascal și C, proiectat pentru procesele automate de programare. Acest limbaj este folosit în special pentru a implementa proceduri complexe care nu pot fi exprimate ușor cu limbaje grafice. ST este limbajul implicit pentru descrierea acțiunilor din cadrul pașilor și condițiilor atașate tranzițiilor limbajuluiSFC.

Fig. 8. B). Modul de programare STL

FBD

Function Block Diagram, este un limbaj grafic de programare. Sintaxa este reprezentată de blocuri logice similar cu cele din algebra booleana. O rețea FBD descrie un proces dintre variabilele de intrare și variabilele de ieșire, după cum este arătat în Figură 12c. Un proces este descris ca un set de blocuri elementare, care sunt funcții sau blocuri funcție. Variabilele de intrare și de ieșire sunt conectate la blocuri prin linii de conectare. Detalii asupra funcțiilor și a blocurilor funcție sunt date în finalul acestui capitol. O ieșire a unui bloc poate fi conectată la o intrare a altui bloc. Fiecare bloc are un număr fix de puncte de conectare la intrare și un număr fix de puncte de conectare la ieșire. Un bloc este reprezentat de un singur dreptunghi. Intrările sunt conectate pe marginea sa stângă. Ieșirile sunt conectate pe marginea sa dreaptă. Un bloc elementar efectuează un singur proces intre intrările și ieșirile sale. Numele procesului care trebuie efectuat de bloc este scris în dreptunghiul de simbolizare. Fiecare intrare sau ieșire a unui bloc are un tip bine definit.

Fig. 9. C). Modul de programare FBD

Programatorul va descărca apoi programul în memoria PLC-ului. Acest lucru se face de obicei prin conectarea temporară la PLC. Odată ce programul este în CPU – PLC este apoi setat să "ruleze", iar PLC executa programul de aplicație în mod repetat. În plus față de programul de executare, procesorul citește periodic starea intrărilor și trimite date la dispozitive de ieșire. Semnalele de intrare din lumea reală (un switch, un nivel, etc), le traduce la valori care pot fi utilizate de către CPU și scrie aceste valori la intrare. Programul de aplicație este executat și scrie valorile la ieșire. Sistemul de ieșire convertește apoi valoarea de ieșire la o schimbare din lumea reală (cu led se aprinde, se deschide supapa, etc).

Ciclu program PLC

CPU citește continuu intrări, rezolva logica și scrie la ieșiri. Este important înțelegerea principiului de scanare, deoarece aceasta poate dicta modul în care programatorul structurează logică. Acest proces de citire intrări, de executare logică și scriere ieșiri este numit scanare PLC sau Sweep.

Fig. 10. Ciclu Program

Programul de control sau programul de aplicație este stocat în memorie. PLC execută logica, aceasta poate citi de asemenea și stoca valori în memorie. Valorile pot fi, de asemenea, utilizate ca referința de program. O cale feedback se spune că există într-o rețea atunci când ieșirea unei funcții sau a unui bloc funcție este folosită ca intrare pentru o funcție sau un bloc funcție care o precede în rețea. O cale explicita feedback este o conectare dintre o variabilă de ieșire a unui bloc dat cu o variabilă de intrare a unui bloc precedent. O cale implicită feedback este definită atunci când aceeași variabilă este o ieșire a unui bloc dat și o intrare a unui bloc precedent. În limbajul LD sunt permise doar cai implicite.

Memoria de lucru.: se bazează pe o memorie RAM integrată. În această memorie se execută doar componentele relevante a le programului realizat de către ușer (codul de program și datele utilizatorului) Datele sunt copiate de unitatea centrală din memoria de încărcare în memoria de lucru.

Memoria sistemului: reprezintă o zonă adițională de memorie în zona RAM de memorie. Aceasta conțin elemente ce sunt disponibile utilizatorului de către CPU (intrările sistemului, imaginea ieșirilor sistemului, bitii de memorie, numărătoare etc).

Intrări/ieșiri PLC” [I/O”]

Termenul I/O se referă la intrare/ieșire. Reprezintă date care sunt primite de la dispozitive de detecție și comenzile care sunt trimise la acționare.

Există două tipuri majore de I/O:

• Digital – dispozitive binare care trebuie să fie într-una din doar două stări: pornit sau oprit, true sau false, 0sau1.

• Analog – dispozitive continue –serie continua de valori.

Intrări digitale

  Semnalele digitale de intrare pot fi doar de tipul true 1, false 0. De exemplu, senzorii digitali de poziție nu simt cât de aproape este un obiect, ei spun numai dacă obiectul este într-un interval de poziții. Dispozitive digitale comune de intrare în câmp includ butoane, întrerupătoare limita și fotocelule. Dispozitive digitale de ieșire comune includ relee, demaroare, și electrovalve.

Intrări/Ieșiri analogice

Informațiile pe care le furnizează sunt date ca o serie continua de valori, nu doar un indicator pornit sau oprit. Intrări analogice sunt comune la evaluarea următoarelor mărimi fizice: presiunea atmosferică, temperatura, viteza, accelerația etc.

Semnalele analogice se caracterizează prin variații continue a unui parametru caracteristic similare cu variațiile mărimilor analogice de intrare.

Ca exemplu de semnale analogice unificate pot fi:

ƒ – curent continuu: 0,5…5mA; 2…10mA; 4…20mA

ƒ – tensiune continua: 0…10V; 0…20V; -10V… +10V;

Algebra Booleană

Procesul de conversie a obiectivelor de control într-un program de logică ladder necesita gândire structurată. Algebra booleana oferă instrumentele necesare pentru a analiza și proiectarea acestor sisteme.

Algebra booleana a fost dezvoltată în 1800 de către James Bool, un matematician irlandez. Acesta să dovedit a fi extrem de util pentru proiectarea circuitelor digitale și este încă puternic folosit de ingineri și oameni de știință. Tehnicile pot modela un sistem logic, cu o singură ecuație. Ecuația poate fi apoi simplificata și sau manipulată în forme noi. Aceleași tehnici dezvoltate pentru designeri de circuit se adaptează foarte bine la programarea logică ladder.

Fig. 12. Operații booleene pe porți logice și tabelul de adevăr.

Cei trei operatori de bază sunt AND, OR și NU; alți operatori mai complicați sunt: sau exclusiv (EOR), ȘI negat (NAND), sau negat (NOR).

Fiecare operator este indicat într-o ecuație simplă cu variabilele A și B sunt utilizate pentru a calcula o valoare pentru tabele de adevăr X.

Într-o ecuație booleana operatorii vor fi puși într-o formă mai complexă așa cum se arata într-o ecuație aritmetică. Variabila pentru aceste ecuații nu poate avea decât o valoare de la 0 pentru fals, sau 1 pentru adevărat.

2.3. SENZORI SI SISTEME SENZORIALE

2.3.4. Senzori și traductoare

Rolul senzorului este de a transforma o mărime fizică de intrare (energie), provenită din mediu, într-o mărime electrică de ieșire, mărime ce poate fi măsurată, prelucrata și afișata. În diferite discipline, pe lângă noțiunea de senzor, se utilizează noțiunea de traductor.

Traductoarele sunt dispozitive care stabilesc o corespondența între mărimea de măsurat și o mărime cu un domeniu de variație calibrat, aptă de a fi recepționată și prelucrata de echipamentele de conducere. Din punct de vedere a caracteristicilor statice și dinamice principalele cerințe impuse traductoarelor sunt: o relație liniara de dependența intrare ieșire și dinamica proprie care să nu influențeze esențial funcționarea traductorului.

Traductorul în sine nu conține elemente de procesare, scopul lui este doar realizarea conversiei. Un senzor este un dispozitiv bazat pe un traductor, capabil să convertească o mărime ne electrica într-o mărime electrică și să o proceseze în concordanță cu un algoritm dat, cu scopul de a furniza o ieșire ușor interfatabila cu un sistem de calcul. Principala diferența față de noțiunea de traductor consta în natura ne elementara a senzorului prin faptul că el este capabil să posede și alte funcții pe lângă cea de conversie de energie.

În funcție de principiul fizic folosit distingem mai multe tipuri de senzori de proximitate:

capacitivi – determina prezența unui obiect în perimetrul senzorului prin variația câmpului static creat în jurul senzorului; se detectează diferite tipuri de obiecte, indiferent de material (plastic, metal, sticla, etc.); distanța de detecție este dependentă de dimensiunea obiectului, fiind în intervalul 0-2cm;

inductivi – determina prezența unui obiect metalic în imediata apropiere a senzorului prin variația câmpului magnetic creat de senzor; distanța de detecție este mult mai mică (0-0,3 cm) și se detectează numai obiecte feromagnetice

optici – detectează trecerea unui obiect prin fata senzorului optic prin obturarea sursei de lumină (ex: LED);

mecanici – detectează un obiect care prin atingere cu senzorul închide un contact (microîntrerupătoare, limitatoare, etc);

Într-un sistem mecatronic, senzorii și traductorii permit modulului de procesare obținerea de informații despre proces și mediu. Fără aceste dispozitive, sistemul nu poate funcționa. De multe ori, calitatea sistemului mecatronic este în cea mai mare parte dependenta de calitatea sistemului de senzori și traductoare. 

Realizarea funcțiilor menționate de către traductor astfel încât semnalul obținut la

Ieșirea acestuia să reprezinte valoric mărimea măsurată, sub forma disponibilă instalaților

De automatizare, implica o serie de operații de conversie cu caracter informațional însoțite

De transformări energetice bazate pe energia asociată procesului. În acest scop structura

Unui traductor conține următoarele componente tipice.

Fig. 11. Componente Traductori.

Elementul sensibil (captor sau senzor): este elementul care realizează detectarea

Mărimii fizice pe care traductorul trebuie să o măsoare.

Adaptorul: are rolul de adaptare a informației obținută de ES la cerințele impuse de

Aparatura de măsurare. Se poate spune că adaptorul este elementul care asigura conversia variaților de stare ale elementelor sensibile în semnale calibrate reprezentând valoarea mărimii de intrare.

Comparativ cu microîntrerupătoarele mecanice, a căror funcție o înglobează, senzorii au în general următoarele avantaje:

lucrează fără contact mecanic, deci fără uzura;

asigură un număr nelimitat de comutări;

nu generează zgomot de contact;

pot comuta cu o frecvență mult mai mare;

sunt închiși ermetic și pot fi utilizați în medii agresive;

asigura o precizie mai mare;

semnalizare optică cu LED;

protecție pentru cazurile când accidental apare un scurtcircuit la ieșire;

protecție pentru situația când din greșeală se alimentează invers;

protecție la supratensiuni inductive;

2.4. CONCLUZII

Roboții si conveioarele sunt sisteme care intră în structura sistemelor de fabricație flexibile si au un rol important în transferul interoperational. Acestea contribuie la creșterea productivității prin reducerea timpilor auxiliari. În acționarea acestora se folosesc sistemele electropneumatice, electrice de c.c. de c.a. motoare pas cu pas în aplicațiile cu poziționare.

Controlul sistemelor de transfer interoperational se realizează cu plc-uri subordonate sistemului de control al liniilor flexibile de fabricație.

3. PLC-ul Easy 821

Controlul unui proces industrial implică conducerea unor sisteme dinamice având stări continue. Aceste sisteme sunt descrise de ecuații diferențiale și au intrări și ieșiri analogice sau numerice. Conducerea acestor sisteme se realizează în general cu calculatoare de proces echipate cu module intrări – ieșiri analogice / digitale performante.

Există situații în care intrările, ieșirile și stările unor sisteme pot fi modelate prin variabile binare. În aceste condiții cerințele impuse sistemelor de conducere sunt mai reduse, utilizându-se PLC –ul.

Sistemele de control industrial timpurii, au fost construite din dispozitive electromecanice tradiționale de exemplu: relee, întrerupătoare și cititoare de bandă. Aceste dispozitive timpurii sunt încă folosite și multe dintre problemele asociate cu utilizarea acestora au fost eliminate ca urmare a perfecționărilor succesive.

PLC-ul, a fost inventat ca răspuns la nevoile de automatizare ale industriei americane. Înainte de folosirea PLC-urilor, controlul, secvențierea și siguranța procesului de producție a automobilelor au fost realizate cu ajutorul releelor, temporizatoarelor și controllerelor dedicate în buclă închisă. Procesul de actualizare a acestor instalații pentru schimbarea anuală a modelului a fost foarte scumpă și dura foarte mult ca sistemele de relee să fie refăcute de către electricieni calificați.

În 1968, GM Hydramatic (divizia pentru transmisia automată a General Motors) a specificat criteriile de proiectare pentru ceea ce va deveni primul controler programabil logic.

Ei au cerut un sistem care:

să se adapteze mediului industrial,

să fie ușor de programat de ingineri și de tehnicieni,

să fie ușor de reprogramat și refolosit.

Propunerea câștigătoare a venit de la Bedford Associates din Bedford, Massachusetts. Primul PLC, a fost denumit 084, deoarece a fost al optzeci și patru-lea proiect al Bedford Associates.

Associates din Bedford, Massachusetts a creat o nouă companie dedicată dezvoltării, fabricării, vânzării și întreținerii acestui nou produs: Modicon (Modular Digital CONtroller).

Anii ‘80 au fost ani de încercări de standardizare a comunicațiilor folosind MAP, (manufacturing automation protocol) de la General Motors.

Apoi s-a introdus, ca variantă europeană, PROFIBUS, promovat în special de firma Siemens.

Acești ani au fost remarcanți, în cea ce privește istoria PLC, cu progrese însemnate cum ar fi: reducerea dimensiunilor, apariția limbajelor de programare simbolice și a programelor de consolă care au ușurat programarea prin intermediul calculatoarelor personale, au înlocuit consolele de programare folosite până atunci, astazi, dimensiunile au atins mărimea unui releu, deși înglobează sute de relee.

Industria automatizată este în continuare unul dintre cei mai mari utilizatori de PLC-uri. Mărci cunoscute de PLC sunt: Siemens, Moeller, Allen-Bradley, Mitsubishi, ABB, Omron și General Electric.

Scopul unui PLC a fost de a înlocui direct releele electromecanice ca elemente logice, înlocuind în schimb un calculator cu un program stocat, capabil să se interconecteze pentru a îndeplini anumite sarcini logice. În loc de fire se folosesc biți în interiorul unui circuit de memorie care redă logica. PLC-ul oferă o modalitate ușoară de a reprograma circuitul, mai bună decât a cabla sistemul de control. PLC-urile, care au fost dezvoltate în acești ani nu erau ușor programabile. Limbajul era greoi de scris, necesitând ingineri programatori de înaltă calificare. PLC-ul s-a dezvoltat repede într-o componentă sofisticată și extrem de versatilă a sistemului de control. Unitățile de astazi sunt capabile să execute funcții matematice complexe inclusiv integrarea numerică și diferențierea, și funcționează cu vitezele microprocesoarelor.

PLC-urile mai vechi au fost capabile de operare doar cu intrări și ieșiri discrete, în timp ce sistemele de azi pot accepta și genera tensiuni și curenți analogici, precum și o gamă largă de niveluri de tensiune și semnale pulsatoare.

Un PLC are multe terminale "de intrare", prin care se interpretează "1" și "0" logic de la senzori și comutatoare. Are de asemenea, numeroase terminale de ieșire, prin care să emită semnalele de "1" și "0" la solenoizi, contactori, motoare mici, și alte dispozitive care controlează pornirea și oprirea unor procese tehnologice. Într-un efort de a face PLC-ul mai ușor de programat, limbajul lor de programare a fost conceput să semene cu diagramele logice. Astfel, un electrician industrial sau inginer electric obișnuit să citească schemele logice de tip scară ar putea foarte ușor să programeze un PLC, pentru a efectua aceleași funcții de control.

Orice sistem automat cuprinde două părți: partea operativă (PO) care constă în elementele care acționează asupra procesului și partea de comandă (PC) care coordonează anumite părți operative.

Partea operativă, actionează asupra procesului propriu-zis și cuprinde elementele de acționare, cum sunt: motoarele electrice, pistoanele hidraulice și pneumatic, rezisțentele de încălzire, electrovalvele, etc.

Partea de comandă emite comenzi către partea operativă, primește informațiile de reacție în vederea coordonării acțiunilor.

Elementul principal al părții de comandă este Unitatea de Prelucrare (UP) care realizează tratarea informațiilor primate pe mai multe căi și elaborează, conform unui algoritm, comenzile pentru realizarea evoluției părții operative în conformitate cu cerințele automatizării.

Un PLC (controler programmable sau controler programabil logic) este un calculator digital utilizat pentru automatizarea proceselor industriale, cum sunt controlul de mașini pe liniile de asamblare din fabrică. Spre deosebire de calculatoare de uz general, PLC-ul este proiectat pentru intrări și ieșiri multiple, game extinse de temperatură, imunitatea la zgomot electric și rezistență la vibrații și la impact. Programele pentru controlul funcționării mașinii sunt de obicei stocate pe memorii nevolatile. Un PLC este un exemplu de sistem în timp real, la ieșire, rezultatele trebuie să fie produse în funcție de condițiile de la intrare într-un timp mărginit, în caz contrar vor rezulta operații neprevăzute.

Figura 3.1 Panou de control cu PLC-uri (elementele din centru)

Tabloul de automatizare din figura 3.1 este format din elemente separate, de la stânga la dreapta: sursa de alimentare, controller, relee pentru unități de intrare – ieșire.

NEMA (National Electric Manufactures Asociation), definește astfel un PLC: un aparat digital care utilizează o memorie programabilă pentru stocarea internă a instrucțiunilor de punere în aplicare a unor funcții specifice, cum ar fi logica, secvențierea, cronometrarea, numărarea și aritmetica, pentru a controla prin intermediul intrării / ieșirii digitale sau analogice, diferite tipuri de mașini sau de procese. PLC-urile sunt calculatoare industriale.

Figura 3.2 Rolul și locul unui PLC

PLC-ul acceptă intrări de la valve, întrerupătoare și senzori, evaluează informațiile primite de la acestea pe baza unui program (logică), și schimbă starea ieșirilor pentru a controla o mașină sau un proces. La început, automatele programabile au fost folosite pentru a înlocui tradiționale relee logice, cu toate acestea, având o funcționalitate în continuă creștere, PLC-urile se regăsesc în mult mai multe aplicații complexe. PLC-urile sunt folosite în orice aplicație industrială în cazul în care cerințele de funcționare complexe, sunt în continuă schimbare, sau în cazul în care fiabilitatea ridicată este necesară.

Avantajele PLC-urilor sunt:

Fiabilitate îmbunătățită.

Ușurință în modificarea logicii,

Interfața cu operatorul este interactivă,

Monitorizarea logicii utilizatorului,

Finalizarea logicii de control și fabricarea PLC-ului se poate face simultan,

Capacitatea de auto-diagnosticare pentru a găsi erorile în echipament,

Flexibilitate în timp ce stabilim și modificăm logica în timpul punerii în funcțiune și exploatării,

Componentele fiabile face ca acestea să funcționeze o perioadă îndelungată înainte să cedeze,

Ghidul de depanare face programarea mai ușoară și reduce timpii morți,

Abilitățile de calcul permit un control mai sofisticat.

3.1. Arhitectura unui PLC

Un PLC este în prezent definit ca un „dispozitiv digital care folosește o memorie programabilă pentru a stoca instrucțiuni și a implementa funcții specifice, cum ar fi secvențe logice, de sincronizare, de numărare și logică, pentru a controla procesele industriale".

Cele mai importante caracteristici ale unui PLC sunt:

Este programabil de către utilizator. Această caracteristică permite utilizatorului să scrie și să schimbe programele, fără recablare sau trimiterea aparatului înapoi în fabrică.

Conține funcții programabile. PLC-urile conțin cel puțin instrucțiuni logice, de numărare și funcții de memorare pe care utilizatorul le poate accesa printr-un limbaj de programare.

Permite inginerului de control, prin simulare, să determine cu exactitate modul în care aparatul sau procesul va răspunde la program.

Oferă verificarea și diagnosticare erorilor. Un PLC se va verifica periodic asigurându-se că face ceea ce este programat să facă.

Poate fi monitorizat de către un dispozitiv extern, care poate afișa starea programului în execuție.

Un PLC este proiectat să reziste la temperatură, umiditate, zgomot și vibrații.

Este versatil. În general, un PLC nu este conceput pentru o anumită aplicație, dar el poate suporta o mare varietate de sarcini pe care le controlează eficient.

Componentele de bază PLC

PLC-urile, au crescut odată cu dezvoltarea de noi aplicații industriale de control, din cauza facilității de creare a unui controler: ușor de programat, ușor de cablat, ușor de instalat, și ușor de schimbat.

Figura 3.3 Componentele de bază a PLC-urilor

PLC-urile cuprind o varietate mare de componente, dar toate conțin șase componente de bază:

procesor (CPU);

suport de montare (rack);

intrări;

ieșiri;

sursa de alimentare;

dispozitiv / unitate de programare sau PC.

Suportul de montare (rack-ul)

Cele mai multe sisteme complexe care folosesc PLC-uri sunt asamblate astfel încât componentele individuale – procesorul, intrările / ieșirile, și sursa de putere – sunt module care sunt așezate împreună într-un rack. În sistemele mai mici – toate aceste componente pot fi conținute într-o singură carcasă – aceste sisteme mai mici sunt uneori denumite "blocuri".

Figura 3.4 PLC instalat într-un panou de control

Sursa de alimentare furnizează energie pentru sistemul cu PLC-uri. Sursa de alimentare oferă curent continuu necesar funcționării circuitelor logice, procesorului și ansamblurilor de circuite de intrare / ieșire. Nivelurile de curent folosite, cel mai adesea sunt de 24 V.

Procesorul (CPU)

Dimensiunea și tipul procesorului vor influența: funcțiile de programare disponibile, cantitatea de memorie disponibilă și viteza de procesare. În prezent PLC-urile sunt bazate pe un sistem cu microprocesor. Construcția procesorului va determina caracteristica PLC-ului, dacă sau nu PLC poate fi extins și modificat, precum și viteza de ansamblu cu care PLC-ul poate „citi” o anumită secvență de memorie. Aceasta este numită rata de scanare și este exprimată în milisecunde pe o mie de cuvinte de memorie. [5]

Ansamblurile de intrare / ieșire

Intrările transportă semnale de la proces la controller, ele pot fi switch-uri de intrare, senzori de presiune, etc. [10]

Ieșirile sunt dispozitive pe care le utilizează PLC-ul pentru a trimite informații în exterior.

Acestea sunt contacte pe care PLC-ul le poate schimba pentru a regla sau a controla procesul: motoare, lămpi, relee, pompe, etc.

Există multe tipuri de intrări și ieșiri ce pot fi conectate la un PLC, și ele pot fi împărțite în două grupuri mari – analogice și digitale. Intrările și ieșirile digitale sunt cele care funcționează pe baza codului binar: 0 / 1, da / nu.

Intrările și ieșirile analogice se schimbă continuu, într-un interval variabil de timp: presiunea, temperatura, potențiometrele, etc.

Dispozitivele de programare

PLC-urile sunt programate cu ajutorul unui programator specializat (sau software pe un computer) care poate încărca și schimba logica în interior. PLC-urile cele mai moderne sunt programate utilizând software-ul pe un PC sau laptop. Sistemele mai vechi foloseau un dispozitiv de programare personalizat, care are memorie proprie.

Memoria unui automat programabil poate fi de două tipuri :

Volatilă,

Nevolatilă.

PLC-ul va folosi memorie nevolatilă, deoarece programul trebuie să fie păstrat chiar și atunci când sursa de alimentare este oprită.

Alte memorii utilizate în PLC-uri sunt:

– Bateria memoriei RAM. Acesta este, probabil, tipul utilizat la scara cea mai largă. Deși toate memoriile RAM sunt în mod inerent volatile, CMOS-ul consumă atât de puțin, încât o baterie de mici dimensiuni poate reține informațiile în timpul pierderilor de tensiune. Bateria poate fi schimbata cu ușurință.

– MEMORIILE EPROM este programabilă folosind impulsurile electrice și poate fi ștearsă prin expunerea circuitului la ultraviolete.

– Memorie EEPROM, această memorie este asemănătoare cu EPROM cu excepția faptului că informațiile pot fi șterse cu ajutorul impulsurilor electrice. Prin urmare, se introduce facilitatea ca procesul de stergere să fie limitat doar la zonele necesare, însă, timpul consumat în acest proces este destul de mare.

– Interpretorul logic citește stările senzorilor prin modulele de intrare, apoi folosește aceste informații pentru a executa programul stocat în ghidul memorie (program) și, de asemenea, returnează rezultatele prin dispozitivele de ieșire.

Arhitectura unui PLC este foarte asemănătoare cu a unui microcalculator. Ea conține o unitate centrală de prelucrare (procesor), memorie, module de intrare – ieșire. Deși structura este asemănătoare există câteva deosebiri între structura unui PLC și a unui microcalculator.

Schema bloc a unui PLC

Figura 3.5 Schema bloc a unui PLC

O primă deosebire, între PLC și microcalculator, se referă la memorie. În timp ce la calculatoarele informatice și de proces nu există nici o deosebire, între memoria utilizată de sistem pentru programe și date, la PLC memoria de program și date este organizată la adrese diferite.

Această soluție este impusă de faptul că de cele mai multe ori programele, odată elaborate și tastate, sunt încărcate în automat și nu mai sunt modificate, deci pot fi încărcate în memorii de tip ROM, fiind în acest fel protejate de eventualele întreruperi accidentale ale alimentării cu energie electrică. Memoria pentru date, care este de tip RAM, este organizată conceptual cu acces la nivel de bit și este împărțită în 3 zone distincte:

Zona rezervată pentru păstrarea imaginii intrărilor,

Zona razervată pentru păstrarea imaginii ieșirilor,

Zona rezervată variabilelor de program și de sistem bit al zonelor, care memorează imaginea intrărilor și ieșirilor, este asociată de către automat cu o intrare sau o ieșire binară. De aceea programatorul nu trebuie să se preocupe de realizarea de operații intrare / ieșire, aceasta lucrând cu trei tipuri de variabile: variabile de intrare, variabile de ieșire și variabile interne.

De cele mai multe ori aceeste variabile sunt reperate prin simboluri, care încep cu litere cu prefixate diferite, de exemplu I pentru intrari, Q pentru ieșiri și V sau M pentru variabilele interne.

Configuraia de baz a acestui PLC deriv din caracteristicile generale ale unei prelucrri scalare de informaie: evaluare rapid a semnalelor furnizate de automat, prelucrarea logic a acestor semnale, memorarea rezultatelor acestor prelucrri sau generarea unor comenzi spre ieire, ctre sistemul condus.

Figura 3.6 Structura generală a automatului

n acest sens, arhitectura acestui automat va cuprinde: modul de intrare-ieire pentru interfaa cu exteriorul, un procesor pentru prelucrare logic i blocuri de memorie pentru nmagazinarea programelor i datelor prelucrate.Structura general a acestui automat se poate urmri n figura 3.6.

Toate blocurile sistemului sunt conectate la o magistral (linie) de date pe care vehiculeaz informaia de intrare – ieire i informaiile stocate n memorie sau prelucrate n unitile interne ale automatului.

Funcționarea de bază a unui sistem PLC

Principiul de funcționare, a sistemelor cu PLC-uri, este foarte simplă și directă. Procesorul execută trei procese:

(1) scanează, sau citește, datele de la dispozitivele de intrare,

(2) execută sau "rezolvă" logica programului,

(3) actualizează, sau scrie, în dispozitivele de ieșire.

Figura 3.7 Structura unui PLC

Prin timp de răspuns se întelege timpul scurs de la schimbarea semnalului de intrare pană la schimbarea corespunzătoare a ieșirilor. Se știe că preluarea starii intrarilor are loc numai la începutul ciclului. În aceeastă fază se actualizează starea variabilelor interne, care reprezintă imagini în memoria intrărilor. Orice schimbare a unei stări nu poate fi sesizată dacă ea are loc într-o altă perioadă a ciclului de funcționare deoarece, în timpul perioadei de tratare, automatul lucrează cu imaginile din memorii ale intrărilor

3.2 Programarea unui PLC

Pentru ca PLC-ul să fie folositor, trebuie să aibă mai întâi un program pe care să-l execute procesorul. Un inginer sau programator de PLC-uri va creea mai întâi logica programului într-un dispozitiv de programare (de obicei, software dat chiar de firma care produce PLC-ul). Această logică poate fi scrisă în programul propriu-zis, lista de instrucțiuni, diagrame secvențiale de funcții sau cu oricare dintre limbajele IEC.

Specialistul va descărca apoi programul în PLC. Acest lucru se face prin conectarea temporară a programatorului la PLC.

Comisia internațională (IEC) este o organizație care dezvoltă standarde pentru diferite domenii ale ingineriei electrice. Ea a publicat standarde pentru programarea PLC-urilor. În mod concret, aceste standarde recomandă diferiților producători același set de instrucțiuni. Documentul care se referă la această problemă este standardul IEC 1131.

Standardul are 5 părți:

Informații generale,

Cerințe hardware,

Limbaje de programare,

Ghidul utilizatorului,

Comunicații.

În general, numărul de instrucțiuni care apare în IEC 1131-3 este mai mic decât cel oferit de producători. Instrucțiunile care apar în plus sunt utilizate pentru elaborarea aplicațiilor mai deosebite și constituie un criteriu pentru alegerea unui tip de PLC, pe lângă criteriile de calitate și preț.

Normele IEC 1131-1 definesc SFC, (sequential function chart), ca fiind un mijloc destinat pentru structurarea unui program. Unele medii de programare oferă compilatoare grafice pentru realizarea programelor pentru PLC. SFC are la bază reprezentarea sub formă de rețea GRAFCET a acțiunilor secvențiale. Chiar dacă nu este disponibil un compilator de SFC, este recomandat să se realizeze diagrama pentru orice program, care cuprinde acțiuni secvențiale pornind de la regulile GRAFCET.

În cadrul acestor norme sunt definite două limbaje literale:

IL (INSTRUCTION LIST), care are o structură asemanatoare cu limbajele de asamblare ale microprocesoarelor.

ST (STRUCTURED TEXT) care folosește structuri de atribuire, de selecție și control a subprogramelor având o structură apropiată de limbajul de nivel înalt.

Și două limbaje (semi)grafice:

LD (LADDER DIAGRAM) care permite programarea aplicațiilor în manieră asemănătoare cu proiectarea unui circuit cu contacte și relee. Limbajul operează numai cu variabile booleene.

FBD (FUNCTION BLOCK DIAGRAM) care este o extensie a limbajului LD, conținând blocuri complexe. Spre deosebire de LD, acest limbaj permite lucrul și cu variabile de tip real.

Tipuri de date elementare definite de normele IEC 1131-3 sunt:

Booleene, notate cu BOOL,

Întregi, notate cu INT,

Cuvinte (16 biti) și cuvinte duble (32 biti), notate cu WORD și respectiv DWORD,

Reale (32 biti) notate REAL,

Șiruri de caractere, notate cu STRING,

Variabile de tip timp și dată, notate cu TIME și respectiv DATE.

Scanarea de bază

Odată ce programul este în CPU, PLC-ul este apoi setat să „ruleze" și să execute programul de aplicație în mod repetat.

În plus față de programul de executat, procesorul citește în mod regulat starea dispozitivelor de intrare, și trimite date la dispozitivele de ieșire.

Senzorii de intrare ai sistemului interpretează starea intrărilor reale (un switch, un nivel, etc), le transformă în valori care pot fi folosite de către CPU, și scrie aceste valori în tabelul intrărilor.

Programul de aplicație este executat și scrie valorile în tabelul ieșirilor. La ieșire sistemul transformă valoarea de ieșire într-o mărime care afectează lumea reală (pornește motorul, se deschide supapa, etc).

CPU citește continuu intrări, rezolvă logica programului, și scrie rezultatele. Este important să înțelegem scanarea, deoarece aceasta poate dicta modul în care programatorul structurează logica.

Descrierea logicii programului se face similar cu modul de desenare a schemelor de automatizare cu relee. În schemă apar contacte de relee, conexiuni și ieșiri.

Suplimentar în schemele mai complexe pot să se utilizeze funcții predefinite.

Principial, schema astfel construită se evaluează în timpul execuției programului ca și cum curentul circulă, de la stânga la dreapta, în mod paralel prin fiecare linie a schemei: acolo unde contactele pe o linie sunt închise, ieșirea este activă (contactul este închis).

Practic schema se evaluează în trepte după cum se vede în figura 3.8.

Figura 3.8 Scanarea se face de la stanga la dreapta

Memoria sistemului (astăzi cel mai adesea, implementată cu ajutorul tehnologiei Flash), este utilizată de un PLC pentru un sistem ce controlează un proces. Pe lângă acest sistem de operare, conține de asemenea un program transformat din diagrama scară într-o formă binară.

Conținutul memoriei Flash, poate fi modificat dacă programul utilizatorului a fost schimbat. Modificarea unei memorii se realizată cu ajutorul unui cablu serial într-un program special de dezvoltare a aplicațiilor.

Memoria utilizatorului este împărțită în blocuri cu funcții speciale. Câteva blocuri ale memoriei sunt utilizate pentru a memora stările intrărilor și ieșirilor. Forma reală a intrării este stocată sau în 0 logic, sau în 1 logic, aceasta reprezentând un bit de memorie.

Fiecare intrare sau ieșire are un bit care este atribuit din memorie. Alte părți din memorie au rolul de a stoca conținutul variabilelor, utilizate în programul utilizatorului. Exemplu, valoarea unui numărător sau a unui temporizator și va fi stocată în acest tip de memorie.

Dispozitivele de intrare și de ieșire

Intrările și ieșirile sunt informații ce reprezintă datele primite de la senzori și comenzile către dispozitivele de acționare și verificare.

Sistemele de on / of sunt colecții de elemente fizice ale sistemului de control care oferă sau utilizeză datele de intrare / ieșire.

Sunt două tipuri majore de intrări / ieșiri:

Digitale – dispozitive binare care trebuie să fie într-una din cele două stări: pornit sau oprit.

Analogice – dispozitive continue care citesc și răspund la o serie de valori.

Dispozitivele de intrare / ieșire digitale – pot fi pornite sau oprite, ele nu pot avea alte valori. De exemplu, senzorii digitali de poziție nu pot oferi o valoare pentru cât de aproape este un obiect, ci returnează o valoare numai în cazul în care un obiect este într-un interval de poziții. Dispozitivele digitale de intrare comune includ butoane, întrerupătoare, limitatoare de cursă, etc. Dispozitivele digitale de ieșire includ: relee, demaroare, și electromagneți.

Dispozitivele de intrare / ieșire analogice – măsoară parametri continui. Informațiile pe care le oferă sunt date ca o serie continuă de valori, nu doar un indicator on sau off. Intrările analogice comune sunt presiunea, temperatura, viteza, etc.

Dispozitivele analogice de ieșire răspund la o serie de valori de ieșire de la controller. Semnalele analogice de ieșire comune include: turația motorului, poziția valvei, presiunea aerului, etc.

Ladder Diagram (LAD) este un limbaj grafic. El se utilizează pentru realizarea aplicațiilor de către un specialist care are experiența anterioară a proiectării aplicațiilor cu relee și contacte. Ea este de fapt, o reprezentare grafică a ecuațiilor booleene, realizând o combinație între contacte și bobine (variabilele ieșire).

Principiul diagramei scară este o metodă de elaborare a unei scheme electrico-logice. Aceasta este un limbaj grafic foarte popular pentru programarea PLC-urilor. A fost inițial inventat pentru a descrie logica realizată cu relee. Numele se bazează pe observația că programele în acest limbaj seamănă cu scări, cu două „șine" verticale, și o serie de "trepte" între ele.

Un program, în logică scară, numită diagramă scară, este echivalent cu o schemă pentru un set de relee și circuite. Un argument care a ajutat la adoptarea inițială a logicii scară a fost că o gamă largă de ingineri și tehnicieni ar putea să înțeleagă și să-l utilizeze fără prea multă pregătire profesională suplimentară, datorită asemănării cu sistemele hardware familiare.

Majoritatea mediilor de programare au posibilitatea de a converti un program LAD intr-un STL și invers. Această caracteristică poartă numele de reversibilitate. În esență reversibilitatea arată că, indiferent de limbajul în care este scris, un program (LAD sau STL), el va fi memorat sub formă STL.

Un program IL sau STL este o listă de instrucțiuni de diferite tipuri, care calculează, de obicei, termeni ai unei expresii logice. Rezultatul unei astfel de instrucțiuni este o valoare logică (adevărat sau fals).

Programele sunt introduse ntr-o memorie MP (EPROM – 4k x 16), adresabil de la un numrtor de adrese NA. Instruciunile sunt transferate ntr-un registru RI, i decodificate cu decodificatorul DI. În funcie, de tipul instruciunii prelucrate, un circuit de control CC asigur transferul necesar de informaie, iar unitatea logic UL, realizeaz prelucrarea logic comandată.

Sistemul conine o memorie MI (1k x 1) ce permite stocarea rezultatelor operaiilor logice efectuate. Aceasta, constituie suportul de stare pentru implementarea modelelor de automate finite, ce constituie baza algoritmilor de conducere.

Dialogul cu exteriorul automatului, este realizat cu module de interfa pentru variabile de intrare i ieire, de tipul celor discutate n paragraful precedent.

Sistemul cuprinde, de asemenea, un bloc de temporizare N/T ce permite programarea unor regimuri de lucru, dependente de o baz de timp sau a unor funcii, de contorizare a unor evenimente de la proces.

O instruciune a automatului are 16 bii i cuprinde trei pri principale: codul operaiei, cmpul variabilei apelate (operandul), i adresa acesteia.

cod operaie cmp operaional adres operand

Primii patru bii D15-D12 desemneaz codul operaiei ce urmeaz a fi efectuat, urmtorii doi bii D11-D10 identific cmpul operandului, variabila respectiv putnd fi o variabil de intrare I, o variabil de ieire E, o variabil intern, din memorie, M, sau o variabil obinut prin operaii de numrare-temporizare T (tabelul 3.1). Ultimii zece bii definesc adresa efectiv a operanzilor, deci aceste sisteme pot opera cu cel mult 1024 mrimi de intrare, ieire i interne.

Cei patru bii de cod permit selectarea a 16 operaii logice, interpretarea acestora i execuia lor fiind realizate n blocuri RI, DI i unitatea logic UL. Unitatea logic este realizatn sistemul cu acumulator astfel nct rezultatul fiecrei prelucrri logice este memorat ntr-un registru specializat, un acumulator. Tinnd cont de variabilele tip scalar implicate n aceste operaii, rolul de acumulator l va juca la aceste sisteme un bistabil, notat convenonal cu A (acumulator).

Tabelul 3.1 Variabilele automatului.

Prelucrarea informaiei, coninut ntr-o instruciune, cuprinde un numr bine precizat de secvene, executate ciclic ntr-o succesiune impus.

Aceste cicluri, definite n mod curent ca cicluri main, servesc pentru structurarea circuitelor de control, a generatoarelor de stri i de tact (GS i GT). innd cont de simplitatea operaiilor realizate, un astfel de automat opereaz ntr-un singur ciclu main definit prin secvene:

se extrage instruciunea din memorie;

se decodific cmpurile instruciunii;

se extrag datele din adresele specificate;

se execut operaia logic specific i se memoreaz rezultatul.

Ultima secven care implic memorarea rezultatului fie n bistabilul acumulator A, fie n memorie sau n modulele ieire i temporizare.

Instruciunile automatului

Cei patru bii ai codului de operare indic posibilitatea utilizrii a 16 instruciuni. Aceste instruciuni pot fi grupate n:

– instruciuni de transfer de date;

– instruciuni de prelucrare logic;

– instruciuni speciale.

Instruciunile de transfer determin o deplasare dirijat a informaiei existent ntr-o zon a automatului, spre anumite elemente de memorie. Prin acest transfer se realizeaz, pe de o parte, detectarea schimbrilor de stare ale unor semnale de intrare sau ieire (memorate temporar) sau din memorie iar, pe de alt parte, acestea permit salvarea unui rezultat al unei operaii logice anterioare.

Aceste modaliti de transfer sunt realizate prin instruciunile:

1) LD adr X

LDC adr X

2) STO adr X

STOC adr X

Instruciunea LD (LDC), realizeaz ncrcarea n bistabilul A, a ultimei valori (sau a complementului ei) ce definete o variabil de intrare I, memorie intern M, numrare-temporizare T sau ieire E (imaginea canalelor de ieire n memoria automatului), identificate prin adresa general (adr X).

A ← (adr X)

A ←

A doua instruciune, determin transferul valorii logice memorat n bistabilul A, ntr-o locaie de adres (adr X), unde poate fi o variabil de ieire, memorie, sau de numrare-temporizare.

(adr X) ← A

(adr X) ←

Instruciunile logice, ale automatului, permit, executarea unui numr mai mic de operaii logice, ce asigur acoperirea complet a oricrei funcii booleene. Aceste instruciuni definesc o operaie logic, n care un operand este ntotdeauna bistabilul A, al doilea operand X, este o variabil de intrare, memorie, numrare-temporizare sau imaginea n memorie a canalelor de ieire, iar rezultatul final este memorat n A.

3) AND adr X

ADNC adr X

Instruciunea, realizeaz funcia SI ntre coninutul bistabilului A i operandul X (sau complementul acestuia),

A ← A. (adr X)

A ← A.

4) OR adr X

ORC adr X

unde se realizeaz funciile:

A ←A+ (adr X)

A ←A +

5) XOR adr X

determin funcia logic, SAU EXCLUSIV

A ← A (adr X)

6) CMA

ZA

Aceste instruciuni sunt asociate bistabilului A determinnd completarea acestuia,

A ←

sau aducerea sa la valoarea logic 0.

A ← 0

Implementarea printr-un automat, a unor funcii de tip secvenial, impune condiionarea exploatrii instruciunilor din program, de anumite rezultate, ale unor operaii anterioare. Acestea implic introducerea unor instruciuni speciale de salt.

7) J adr

JC adr

Instruciunile J i JC, determin salt n desfurarea programului la adresa definit, prin Adr. Prima, provoac salt necondiionat de coninutul bistabiluilui A. Dac A=1 saltul se produce, dac A=0 se execut instruciunea urmtoare.

Pentru facilitarea unor operaii de ieire se utilizeaz un set de instruciuni care aduc o variabil adresatn starea logic 1 sau 0.

8) S adr X

R adr X

Instruciunile determin funcia SET (nscrie 1 logic) respectiv RESET (nscrie 0 logic) asupra locaiei definit pin adr X, n funcie de starea logic a bistabilului A.

(adr X) ← 1 dac A=1

(adr X) ← 0 dac A=1

Dac coninutul bistabilului, A este 0, funciile respective devin inoperante.

Instruction list (IL), este un limbaj de nivel jos. El este utilizat pentru realizarea aplicațiilor mici sau pentru optimizarea codului anumitor părți ale unor aplicații. IL se bazează pe AWL(AnWeisungsListe) elaborat de firma Siemens, care utilizează modelul cu un singur acumulator.

Scrierea programului, pentru PLC, se va face respectând aceste reguli, împreună cu altele, prezentate de producători în manualele de utilizare a mediilor de programare sau în meniurile de ajutor ale mediilor.

Un program IL, sau STL, este o listă de instrucțiuni de diferite tipuri, care calculează, de obicei, sub forma unor expresii logice. Rezultatul unei astfel de instrucțiuni este o valoare logică (TRUE sau FALSE) un operand, celălalt operand, este implicit și reprezintă conținutul unui registru al procesorului numit, de obicei acumulator, este descrisă de operator, să execute în operand și conținutul acumulatorului, iar rezultatul este memorat tot în acumulator.

Documentația programelor, se face utilizând comentarii. Comentariile pot apărea pe aceeași linie cu instrucțiunea, sau pe o linie separată.

Identificarea comentariilor se face prin caractere: fie sunt precedate de (* și succedate de *), fie sunt caracterele //, la începutul comentariului.

Operatorii limbajului pot fi împărțiți în mai multe grupe:

Operatorii de transfer (LD si SD sau =) Datele pot fi transferate de la memorie la acumulator și invers.

Exemplu:

LD %I0.0 (*încarcă coținutul intrarii)

(*I0.0 în acumulator)

SD%Q1.0 (*Transferă la ieșirea Q1.0 conținutul*)

(*acumulatorului*)

=%Q0.0 (*transferă la ieșirea Q0.0 conținutul*)

(*acumulatorului)

Operatorii de setare / resetare (S(Set) și R(Reset)). realizează setarea respectiv resetarea operanzilor.

Exemplu:

S %M0.0 (*setează bitul M0.0*)

R%M0.1 (*resetează bitulM0.1*)

Operatorii logici (AND,OR,XOR). Realizează funcții logice între conținutul operandului și acumulator.

Exemplu:

AND %M0.0 (*realizează conjuncția logică între*)

(*acumulator și M0.0*)

OR %M0.0 (*realizează disjuncția logică între*)

(*acumulator și M0.0*)

XOR% M0.0 (*Realizează SAU EXCLUSIV între *)

(*acumulator și M0.0*)

Operatorii pentru date pe octet, cuvânt sau dublu-cuvânt:

Operatorii de transfer (MOV). Datele se transferă între o sursă și o destinație. Operatorul, are o literă suplimentară pentru a specifica felul datei: B, dacă este un transfer de octet, W, dacă este un transfer de cuvânt sau DW, dacă este un transfer de dublu-cuvânt. Instrucțiunea are doi operanzi: sursa și destinația.

MOVB %MB0,%MB1 (*realizează transferul din MB0*)

(*în MB1*)

MOW0 %MW0,%MW1 (*realizează transferul din MW1*)

(*în MW1*)

Operatorii aritmetici (ADD, SUB, MUL, DIV). Realizează operațiuni aritmetice între operanzi.

Exemplu:

(*programul realizează adunarea unor variabile*)

(întregi și memorează rezultatul într-o alta *)

(*variabilă întreagă*)

(*variabila a,b,c,sunt variabile simbolice*)

(*de tip întreg*)

LD a (*incărcare în acumulator*)

ADD b (*adună cu b*)

ST c (*c=a+b*)

Operatorii relationali (GT, GE, EQ, NE, LE, LT). Compară operanzii și setează acumulatorul în funcție de rezultatul comparației.

Exemplu:

(*programul setează două variabile booleene în*)

(*funcție de rezultatul comparative*)

(*variabilele a,b,c, sunt variabile simbolice*)

(*variabilele bo1 și bo2 sunt variabile booleene*)

LD a (*încarcă în acumulator*)

GT b (*compară cu b *)

ST bo1 (*memorează rezultatul comparției*)

LD b (*încarcă b în acumulator*)

GT a (*compară cu a *)

ST bo2 (*memorează rezultatul comparației*)

Operatori de salt (JMP, CALL, RET)

(*programul memorează în c rezultatul operației *)(*a-b dacă a este mai mare ca b sau rezultatul*)(*operației b-a dacă b este mai mare ca a *)(*variabilele a,b, și c sunt variabile simbolice*)(*de tip întreg*)

LD a

GE b

JMPC ET1

LD b

SUB a

ST c

JMP ETEND

ET1:LD a

SUB b

ST c

ETEND:

În programul de mai sus s-a utilizat un modificator pentru realizarea unui salt condiționat. Modificatorul este un character, care este atașat operatorului și poate realiza:

Negarea booleenă a operatorului. De obicei acest operator este caracterul N,

Întârzierea operației. De obicei acest operator este caracterul(;

Realizarea unei operații condiționate. Atunci când limbajul permite, acest operator este caracterul C

De exemplu:

ANDN %I0.0

Realizează o operație logică, de tip AND, între conținutul acumulatorului și negarea intrării I0.0 a unui automat, iar rezultatul este reținut de acumulator :

Instrucțiiunile;

AND(%I0.0

OR %I0.0

)

Întârzie aplicarea operandului AND, realizând mai întâi o operație de SAU logic, între intrarile I0.0 și I0.1. La întâlnirea parantezei inchise se realizează operația logică AND, între conținutul acumulatorului și rezultatul operației SAU anterioare.

Etichetele sunt folosite pentru specificarea punctelor țintă ale instrucțiunilor de salt.

O instrucțiune poate avea o etichetă, care este un identificator, urmat sau nu, de caracterul:

O etichetă, poate fi scrisă și pe o linie separată. În cazul unor variabile ale limbajului IL eticheta este scrisă pe o linie separată sub forma unui cuvânt cheie. Acesta este urmat de un număr, care este al unei instrucțiuni din program. De exemplu în limbaj STL, pentru automatele Siemens, cuvântul cheie este LBL.

Pentru anumite medii de programare etichetele instrucțiunilor sunt generate automat.

Așa cum am menționat mai sus, diferiți producători au adoptat variante ale limbajului IL, care nu respectă în întregime standardul IEC. Utilizarea limbajului în aceste cazuri este documentată în meniurile de ajutor.

Limbajul ST (structured text), este un limbaj de nivel înalt, cu o sintaxă asemănătoare limbajului Pascal, destinat automatizării proceselor și este utilizat pentru realizarea unor proceduri complexe, care nu pot fi programate așa ușor în limbajele de nivel jos ori grafice.

Un program ST, este o lista de instrucțiuni ST. Fiecare instrucțiune se termină cu caracterul;

Cuvintele folosite în codul sursă (identificatori de variabile, constante, cuvinte cheie, etc.) sunt separate prin separatori inactivi (caracterul spațiul, caracterul TAB, ori CR) sau prin separatori activi, care au o semnificație bine definită.

De exemplu Separatorul > înseamnă mai mare. Separatorii inactivi pot fi introduși în mod liber între separatorii activi.

Tipuri de instrucțiunii:

Instrucțiune de atribuire (<variabilă>=<expresie>);

Instrucțiune de selecție (IF,THEN,ELSE)

Instrucțiune de iterații (FOR,WHILE…)

Instrucțiuni de control (RETURN….)

Procedură și apeluri de procedură.

Expresiile ST, sunt o combinație între operatori și operanzi, ultimii pot fi variabile sau constante. Parantezele sunt folosite pentru modificarea priorității operatorilor. Pentru o expresie care constă din doi operanzi și un operator cei doi trebuie să fie de accelași tip.

La rândul ei o expresie poate deveni operand, într-o expresie compusă.

Operatorii limbajului sunt:

Operatori booleeni,

Operatori aritmetici,

Operatori logici.

Operatorii booleeni sunt: NOT-operator de negare, AND-operator de conjuncție logică, OR-operatorul de disjuncție logică, XOR-operatorul de SAU EXCLUSIV, REDGE-operatorul de detecție a frontului crescător, FEDGE-operator de detecție a frontului descrescător.

Operatorii aritmetici sunt:

Operatorul de îmulțire (*),

Operatorul de împarțire (/),

Operatorul de adunare (+),

Operatorul de scădere (-).

Operatorii logici sunt:

Operatorul mai mic (<),

Operatorul mai mare (>),

Operatorul mai mic, sau egal (<¸=),

Operatorul mai mare sau egal (>=),

Operatorul egal (=),

Operatorul diferit (<>).

Instrucțiunea de atribuire are următoarea sintaxă:

<variabila>:<expresie>

Instrucțiunea IF, este o instrucțiune de selecție și are următoarele sintaxe:

IF <expresie booleena>THEN

<lista de instrucțiuni 2>

END_IF;

Instrucțiunea execută una din cele două liste de instrucțiuni, în functie de valoarea expresiei booleene. Prima listă se execută după expresia logică și are valoarea TRUE, iar cea de a doua se execută dacă expresia logică are valoarea FALSE. ELSE este opțional. Dacă nu este scris, nu se execută o instrucțiune în cazul în care expresia logică este falsă.

Instrucțiunea WHILE este o instrucțiune de ciclare cu un număr necunoscut de repetări ale ciclului și are următoarea sintaxă:

WHILE<expresie booleena>DO

<lista de instructiuni>

END¨_WHILE;

Se repeată lista de instrucțiuni din corpul ciclului atâta timp cât expresia booleenă este adevarată. Trebuie avut grijă cu aceasta instrucțiune, pentru a nu se realiza la infinit ciclul, deoarece ea este utilizată pe un PLC, iar în timpul execuției buclei nu se realizează o actualizare a variabilelor care compun expresia logică, dacă ele sunt legate de intrări.

Instrucțiunea REPEAT este o instrucțiune de ciclare cu un numar necunoscut de repetări ale cilclului și are următoarea sintaxă:

REPEAT

<lista de instructiuni>

UNTIL<expresie booleena>

END_REPEAT;

Deosebirea față de instrucțiunea WHILE este că evaluarea condiției are loc la sfârșitul ciclului. Deci orice instrucțiune REPEAT execută cel puțin o dată ciclul.

Instrucțiunea FOR este o instrucțiune de ciclare cu un număr cunoscut de repetări ale ciclului și are următoarea sintaxă:

FOR<index>:=<mini>TO<maxi>BY<step>

DO

<lista de instrucțiuni>

END_FOR;

Instrucțiunea execută un număr limitat de repetări ale ciclului utilizând valoarea unui index, care variază la fiecare ciclu, începând de la valoarea mini la valoarea maxi, cu pasul step.

Variantele specific ale unor producători conțin extensii ale limbajului cu anumite instrucțiuni folosite pentru controlul timerelor (TSTART și TSTOP) sau pentru a controla programele SFC (GSTART, GKILL, GFREEZE, GRST, GSTATUS).

La anumite variante s-au introdus și instrucțiuni care pot furniza informații asupra parametrilor interni ai sistemului de operare (SYSTEM, OPERATE).

Aceste extensii sunt descrise în meniurile furnizate de către producători.

Limbajul LAD (ladder diagram)

Acest limbaj de programare, al PLC-urilor, este un limbaj grafic. El se utilizează pentru realizarea aplicațiilor de către programatorii care au experiență anterioară în proiectarea automatizărilor cu relee și contacte.

Limbajul LAD utilizează simboluri grafice similare cu cele utilizate în schemele de circuite cu relee, respectându-se anumite reguli și anume:

toate intrările sunt reprezentate de simboluri de contacte,

toate ieșirile sunt reprezentate de simboluri de bobine,

operațiile numerice sunt cuprinse în interiorul instrucțiunilor grafice.

Un program Ladder este compus dintr-o rețea reprezentând ansamblul instrucțiunilor grafice și apare între două bare verticale. Rețelele sunt executate secvențial de către program.

Ansamblul instrucțiunilor grafice reprezintă următoarele funcții:

intrări / ieșiri ale ansamblului care pot fi: butoane de comandă, lămpi, relee, traductori etc.,

funcțiile automatului: (temporizare, numărare, contorizare etc.),

operații matematice și logice (adunare, împărțire, AND, XOR),

operații de comparare,

variabile interne ale automatului (biti, cuvinte, etc.).

Aceste instrucțiuni sunt dispuse grafic pe orizontală între două bare verticale prin care se conectează rețelele între ele.

Exemplu:

Figura 3.9 Diagramă Ladder

Fiecare rețea Ladder se compune dintr-o grilă cu 7 linii și 11 coloane organizate în două zone, zona de test unde se inserează contactele, blocurile funcționale și de comparare și zona de acțiune unde se inserează bobinele, și blocurile de operații. Zona de test poate cuprinde coloanele 1-10 iar zona de acțiune poate cuprinde coloanele 8-11.

Grila se completează începând cu colțul din stânga sus.

Programarea constă în introducerea de instrucțiuni grafice în celulele grilă și efectuarea legăturilor între ele.

Un program în limbaj LAD este alcătuit din rețele care utilizează simboluri grafice.

Execuția unui program se face de sus în jos, iar o rețea este executată de la stanga la dreapta.

Schema de contacte se compune din blocuri grafice care corespund unor acțiuni sau funcții ale programului:

contacte,

bobine,

instrucțiuni de dezvoltare ale programului,

blocuri funcționale,

blocuri de comparare,

blocuri de operațiuni.

Contactele, bobinele și instrucțiunile de derulare sau apelări ocupă o singură celulă în grilă. Ele sunt conectate la barele de alimentare prin linii orizontale și verticale. Fiecare segment al unei linii poate avea starea TRUE sau FALSE. Starea booleenă a segmentelor legate împreună este acceați.

Orice linie orizontală legată la bara de alimentare stângă se află în stare TRUE. Deasupra simbolului grafic se află variabila asociată acestuia.

Blocurile comparatoare sunt plasate în zona de test a grilei pe orice linie și pe orice coloană. Aceste blocuri sunt orientate orizontal și ocupă două coloane pe o singură linie.

Blocurile de operațiuni sunt plasate în zona de acțiune a grilei pe orice linie a zonei. Blocul este aliniat la dreapta și se termină pe ultima coloană din zonă. Aceste blocuri sunt amplasate orizontal și ocupă 4 coloane pe o singură linie.

Elementele grafice ce constituie instrucțiunile Ladder sunt redate în tabelul 3.2.

Limbajul Ladder este reversibil și programul poate fi comutat în limbaj listă de instrucțiuni fără probleme. Invers limbajul listă de instrucțiuni poate fi comutat în limbaj Ladder dacă se respectă anumite condiții privind utilizarea parantezelor și a blocurilor funcționale (care pot fi scrise în mai multe feluri).

Condiția cea mai importantă este respectarea întinderii unei instrucțiuni pe 7 linii și 19 coloane, astfel ea nu poate fi convertită în limbaj Ladder. Dacă un limbaj listă de instrucțiuni nu este în totalitate reversibil, atunci acele părți care nu sunt reversibile vor fi afișate în limbaj listă de instrucțiuni, în timp ce celelalte părți care sunt reversibile vor fi afișate în limbaj Ladder.

Pentru a fi reversibile, blocurile funcționale trebuie să aibă următoarea structură în limbaj listă de instrucțiuni:

BLK – marchează începutul unui bloc și este definit la începutul rețelei,

OUT – marchează ieșirea blocului,

END_BLK – marchează sfârșitul blocului și a rețelei.

Există câteva instrucțiuni fără echivalentă în Ladder care trebuie evitate și anume:

JNPCN – salt necondiționat,

N – negare,

ENDCN – sfârșitul necondiționat.

Pentru ușurarea testării și verificării programului se poate aduce comentarii care de asemenea sunt reversibile astfel, în limbaj Ladder aceste comentarii care pot constitui denumirea acțiunii respective, condițiilor sau alte mesaje, sunt introduse în antetul rețelei.

În limbajul listă de instrucțiuni aceste comentarii sunt inserate sub forma unui rând între paranteze și simbolul *.

Logica scară (Ladder) este folosită pe scară largă la programarea PLC-urilor, în cazul în care este necesar controlul secvențial al unui proces ori a unei tehnologii. Logica scară era folosită pentru sistemele de control simple sau pentru refacerea unor circuite vechi cu relee. Pe măsură ce PLC-urile au devenit mai performante, acestea au fost de asemenea utilizate în sistemele de automatizare foarte complexe.

Logica (diagrama) Ladder poate fi considerată un limbaj bazat pe reguli comparative, unul procedural. O "treaptă" în scară reprezintă o regulă. Când sunt puse în funcțiune cu relee și alte dispozitive electromecanice, diferitele reguli "se execută" imediat.

Atunci când sunt implementate într-un PLC, regulile sunt de obicei executate secvențial de către software, într-o buclă infinită (scanare). Prin executarea buclei suficient de rapid, de obicei, de multe ori pe secundă, efectul de executare simultană și imediată este relativ realizat în limita toleranței de timp necesar pentru a executa în fiecare treaptă timpul de scanare. Este oarecum similar cu alte limbaje bazate pe reguli, cum sunt foi de calcul sau SQL. Cu toate acestea, utilizarea corectă a PLC-urilor necesită înțelegerea limitărilor execuției regulilor.

Diagrama Ladder este o reprezentare simbolică a unor tablouri cu relee. Diagrama este constituită din linii orizontale plasate între liniile verticale ce simbolizează tensiunea de alimentare.

Figura 3.10 Model de diagrama scara (Ladder-Diagram)

Pe fiecare treaptă orizontală regăsim patru tipuri de simboluri:

Contacte normal deschise și normal închise,

Contacte de sesizare a frontului crescator sau descrescator,

Bobine de releu activate de circulația curentului,

Casete ce pot reprezenta relee de timp sau relee numărătoare.

Dacă se apasă pe butonul de start, bobina releului se va alimenta cu tensiune și cele două contacte normal deschise notate tot cu R ale releului vor fi activate. Se observă un alt simbol utilizat pentru un contact normal deschis: două linii paralele. Acest simbol este utilizat mai ales în SUA.

Contactul de sus fiind de auto-menținere, se poate astfel ridica degetul de pe buton iar bobina va rămâne activată în continuare. Al doilea contact R va alimenta motorul de la tensiunea pozitivă din partea stângă. Dacă se va apăsa butonul de STOP, atunci bobina releului nu va mai fi alimentată și contactele vor trece în poziția deschis. Astfel motorul se va opri.

Există pe schemă figurat și contactul unui releu termic.

Dacă temperatura crește peste un prag, se va declanșa releul termic și contactul normal închis al acestuia se va deschide, astfel oprindu-se motorul. Deci, acest releu termic are rol de protecție la suprasarcină, când curentul prin motor crește foarte mult.

Descrierea limbajului listă de instrucțiuni

Un program scris în limbajul listă de instrucțiuni este constituit dintr-o serie de instrucțiuni executate secvențial de automat. Fiecare instrucțiune este reprezentată printr-o singură linie de cod și se compune din trei elemente:

numărul liniei

codul instrucțiunii

operandul

Exemplu: 25 LD %I0.5

Numărul liniei este generat automat de program. Liniile vide și liniile de comentarii nu sunt numerotate.

Codul instrucțiuni este un simbol care desemnează un operator ce identifică operația ce trebuie efectuată. Cu ajutorul operandului operatorul specifică tipul operațiilor booleene și numerice.

Există două tipuri de instrucțiuni de bază.

instrucțiuni de test, de exemplu LOAD (LD)

instrucțiuni de acțiune, de exemplu STORE (ST)

Operandul este un număr, un reper sau un simbol reprezentând valoarea pe care programul o poate utiliza într-o instrucțiune. De exemplu, operandul % I0.1 este un reper care afectează valoarea unei intrări a automatului.

Operanzii pot reprezenta elementele următoare:

intrări / ieșiri,

funcții sistem predefinite,

operații aritmetice, logice de comparare etc.,

variabile interne fie biți, fie cuvinte.

O instrucțiune în limbaj listă de instrucțiuni execută o operație specifică asupra conținutului acumulatorului și asupra operandului explicit, apoi înlocuiește conținutul acumulatorului cu rezultatul obținut.

De exemplu, operațiunea AND % I 1.2, efectuează un SI LOGIC între conținutul acumulatorului și a intrări % I 1.2 și înlocuiește conținutul acumulatorului cu rezultatul obținut.

Instrucțiunile booleene cu excepția instrucțiunilor de schimbare, de stocaj și negare (NOT), funcționează cu doi operanzi. Valoarea celor doi operanzi poate fi TRUE sau FALSE și execuția instrucțiunilor de program generează o singură valoare fie TRUE, fie FALSE.

Instrucțiunile de schimbare, plasează valoarea operandului în acumulator, iar instrucțiunile de stocaj transferă valoarea acumulatorului spre operand.

Instrucțiunea NOT nu face decât să inverseze starea acumulatorului, neavând nevoie de un operand explicit.

Limbajul listă de instrucțiuni conține următoarele tipuri de instrucțiuni:

de test,

de acțiune,

asupra blocurilor funcționale.

Lista instrucțiunilor și echivalentul grafic pentru limbajul Ladder este dată în tabelul 3.2.

În instrucțiunile logice AND și OR se pot utiliza paranteze pentru a permite creerea de diferite ramnificații în schema de contacte.

Deschiderea unei paranteze este asociată întodeauna unei instrucțiuni AND sau OR iar închiderea parantezei trebuie să corespundă unei instrucțiuni pentru care s-a deschis o paranteză. Există maximum 8 niveluri de paranteze.

Etichetele (%Li), subprogramele (Sri), instructiunea de salt (JMP) și instrucțiunile asupra blocurilor funcționale nu trebuie să fie cuprinse între paranteze. De asemenea instrucțiunile de stocare (ST, STN, S, R,) nu trebuie sa fie cuprinse între paranteze.

Există 3 instrucțiuni de stivă (MPS, MRD și MPP) care permit setarea instrucțiunii de test spre mai multe bobine. Aceste instrucțiuni nu pot fi puse între paranteze și utilizează o zonă de stocare temporară numită „stivă”.

Tabelul 3.2 Lista instrucțiunilor

3.3 Caracteristicile PLC-ului

PLC-ul EASY 821 (figura 3.11) este un modul logic folosit la relizarea proceselor de control. În figura 3.12 am prezentat schema conexiunii a PLC Easy Moller 821 DC- TCX.

Automatul are dimensiuni compacte și este ușor de folosit, furnizând utilizatorului o soluție de control eficientă din punct de vedere al costurilor. EASY este disponibil în mai multe versiuni pentru diferite tensiuni de alimentare printre care se număr: 12 Vcc, 24 Vcc și 115 / 230 Vac.

În funcție de model există PLC cu afisaj dar și cu cablu de date, acest model folosește cablul de transfer date, în memoria EEPROM pentru stocarea programului. Ieșirile sunt de tip releu sau tranzistor.

Există opt funcții logice de bază integrate: AND, OR, NOT, NAND, NOT, XOR, AND cu detectare a stării anterioare și NAND cu detectare a stării anterioare. Toate modelele au deasemenea funcții speciale de temporizare, generatoare de impulsuri, contorizare, etc.

Figura 3.11 PLC EASY MOELLER 821 DC-TCX

Figura 3.12 Schema de conexiuni a unui PLC

Figura 3.13 Modul de conectare al intrărilor și ieșirilor la PLC EASY 821 DC TCX

Automatele din aceast clas de sisteme realizeaz prelucrarea logic a unor variabile secveniale scalare a cror reprezentare numeric este redat printr-un singur bit.

Aceste variabile sunt ntlnite frecvent ntr-o clas larg de roboi i manipulatoare att ca mrimi de comand pentru sisteme de acionare de tipul contactoarelor, releelor, tiristoarelor sau electroventilelor ct i ca mrimi de intrare, furnizate de o serie de traductoare sau senzori ce opereaz dup principiul „tot sau nimic”.

Din punct de vedere funcional, aceste echipamente acoper toate structurile de comand asimilabile unor automate finite combinaionale sau secveniale, structuri ntlnite la numeroase tipuri de roboi industriali.

Toate aceste elemente, la care se adaug facilitile deosebite de implementare a programelor de conducere, robusteea echipamentului precum i preul de cost destul de modest fac ca automatele din aceast categorie s reprezinte o soluie atractiv pentru utilizarea lor ntr-un sistem de conducere.

Automatul se poate folosi individual cât și folosind gama de module de expansiune disponibile. În varianta standard Easy Moller dispune de 8 intrări digitale, dintre care 4 pot fi configurate ca intrări analogice și 8 ieșiri digitale.

Arhitectura generală a PLC-ului este desfășurată în jurul unei magistrale de date la care sunt conectate circuitele de intrare-ieșire, unitatea centrală și memoria sistemului. Variabilele de intrare sunt realizate sub forma diverselor elemente de comandă și măsurare incluse în sistemele operaționale și auxiliare ale roboților: limitatoare de poziție, mărimi mecanice de la traductoare de deplasare incrementale sau absolute sau chiar de la sisteme de măsurare analogică după o conversie analogic-numerică.

Variabilele de ieșire dirijează acționarea elementelor de execuție de tipul contactoarelor, electrovalvelor, elementelor de afișare etc.

Circuitele de interfață intrare-ieșire au rolul de a converti semnalele de intrare de diverse forme în semnale analogice adaptate unității centrale și de a transforma semnalele logice ale unității în semnale de ieșire corespunzătoare acționării impusă de sistemul de forță al manipulatorului.

Unitatea de comandă coordonează toate transformările de date furnizate de proces, efectuează operații logice asupra datelor recepționate și asigură alocarea corespunzătoare a rezultatelor obținute la ieșirile programate.

De asemenea, aceasta execută și o prelucrare de informație numerică de la proces, rezultatul acestor operații condiționând starea operatoriilor logici ai unității de control.

Unitatea de programare permite introducerea și definitivarea programului în raport cu evoluția robotului și cu mișcările impuse în secvențele funcționale de bază ale acestuia.

Soluțiile adoptate de proiectanți cuprind două versiuni: o consolă autonomă cu memorie proprie sau o consolă ce operează împreună cu automatul utilizând memoria acestuia.

Prima variantă oferă avantajul unei programări simple, într-un birou de proiectare, a doua implică cuplarea directă la automat deci implicit programarea se realizează nemijlocit în intimitatea procesului tehnologic condus.

Unitatea centrală este, în principiu, o unitate logică capabilă să interpreteze un număr mic de instrucțiuni care exprimă funcțiile de bază într-un proces de conducere: instrucțiuni de evaluare a unor expresii booleene cu păstrarea rezultatului la o variabilă din memorie sau la o ieșire, instrucțiuni de numărare sau temporizare, instrucțiuni aritmetice de adunare, scădere, comparație etc. De asemenea, pot fi utilizate instrucțiuni de salt condiționat, instrucțiuni de subrutine și instrucțiuni de indexare.

Executarea instrucțiunilor este ciclică ceea ce determină o simplificare considerabilă a structurii logice interne și evită introducerea unui sistem de întreruperi prioritare.

Pentru a controla un proces sau o mașina, de cele mai multe ori controllerele sau mai multe dispozitive inteligente trebuie să lucreze împreună pentru a realiza comenzile. În scopul de a lucra împreună, aceste dispozitive trebuie să comunice.

Figura 3.14 Schema bloc a Easy Moller 821 DC- TCX

Pentru programarea PLC-ului, acesta trebuie să comunice, deoarece dispozitivul de programare (calculatorul), trebuie să comunice cu procesorul PLC-ului, în scopul de a transfera logica de configurare și de control înainte ca PLC-ul să poată executa orice altă operație.

Din aceste motive, este important pentru oricine, în automatizare să dețină noțiunile de bază ale comunicațiilor PLC-urilor.

PLC-ul dispune de porturi de comunicații, de obicei RS-232 pe 9-pini, dar opțional EIA-485 sau Ethernet. Modbus, BACnet sau DF1 sunt, de obicei incluse ca unul din protocoalele de comunicații.

Cele mai multe PLC-urile moderne pot comunica printr-o rețea cu un alt sistem, cum ar fi un computer care execută o SCADA („Supervisory Control And Data Acquisition” Control de supraveghere și achiziție de date) sau un browser web.

PLC-urile folosite în sistemele de I/O mai mari pot avea comunicarea peer-to-peer (P2P) între procesoare. Acest lucru permite unor părți separate ale unui proces complex să aibă control individual permițând în același timp subsistemelor să coordoneze link-ul de comunicare.

Aceste link-uri de comunicare sunt de multe ori folosite pentru dispozitive HMI, cum ar fi tastatura sau PC-urile de tip stații de lucru.

Unul din criteriile pentru care s-a ales acest tip de PLC, în afară de prețul scazut, este cel al randamentului superior cât și ușurința cu care poate el fi programat

Automatele Programabile sunt echipamente destinate conducerii automate a proceselor industriale. Acestea pot înlocui automatizările discrete ce utilizează o comandă realizată cu elemente electro-mecanice, pneumatice sau electronice ăn logică cablată, aducând flexibilitate, siguranță mărită în funcționare și, deasemenea o structură compactă.

Datorită simplității programării, fiabilității ridicate în exploatare și a accesibilității, aceste echipamente s-au impus într-o gamă largă de aplicații. PLC-ul EASY 821 DC TCX este produs de firma japoneză MOELLER. A fost proiectat, fiind destinat pentru aplicații de simplitate medie (înlocuiri grupuri de relee, mașini simple etc).

Un astfel de controler programabil, constă dintr-o unitate centrală de procesare (CPU), dintr-o memorie și module cu interfețe de intrare – ieșire care sunt conectate direct cu mecanismele cu care comunică automatul.

Unitatea centrală de Procesare

Unitatea centrală de procesare (CPU) rulează programul aplicației.Execută programe, procesează semnalale de intrare/ieșire și comunică cu dispozitivele externe. Are la bază un microprocesor care coordonează activitatea PLC-ului.

Timpul de scanare

Timpul de scanare în mod normal este un proces secvențial de citire a stării intrărilor și generează ieșirile corespunzătoare programului de aplicație și actualizează ieșirile. Timpul de scanare indică viteza cu care automatul reacționează la modificările semnalelor de pe intrări. Timpul necesar depinde de viteza de procesare a CPU, de lungimea programului utilizator și deasemenea de numărul subsistemelor cu care comunică PLC-ul, pentru o singură scanare poate varia de la 0.1 ms până la zeci de ms.

Memoria

Memoria este alcătuită din 2 părți:

memoria în care PLC-ul păstrează sistemul de operare

memoria utilizator (se păstrează programul de aplicație și datele utilizate sau rezultate din program)

Memoria de date pentru automatele EASY, este organizată pe 16 biți.

Intrările și ieșirile acestui automat sunt disponibile pe rigletă cu șuruburi de prindere. Conectarea cu PC-ul sau alte dispozitive (de exemplu o consolă) se face cu ajutorul unei mufe mamă D-SUB de 9 pini.

Alimentarea automatului se face la tensiune de 24V DC cu un consum mediu de curent de cca 100mA. Ieșirile sunt alimentate separat, dar potențialele sunt aceleași.

Intrările digitale pot recepționa semnal de la diferite surse. Astfel limitele de tensiune la care lucrează intrările sunt logic 0 pentru tensiuni mai mici de 5V și logic 1 pentru tensiuni mai mari de 15V. Totuși există un histerezis de 1.4V. Fiecare intrare este prevazută cu un filtru care elimină vârfurile care ar perturba funcționarea normală a automatului (ar face ca intrările să sesizeze logic 1) precum și un delay de 5 ms pană la detectarea stării intrării.

Figura 3.15 Filtrarea intrărilor

În figura 3.15 se poate observa că primul vârf nu este prins deoarece este mai scurt de 5 ms, doar al doilea vârf fiind prins.

Ieșirile digitale pot fi conectate la dispozitive externe de acționare, relee, contactoare, bobine, valve, motor pas cu pas, motor de curent continuu. Se pot controla sarcini rezistive și sarcini inductive. Ieșirile sunt prevăzute cu diode de portecție la curenți inductivi de comutație.

Modulul de ieșiri este alimentat separat prin doi pini conectori cu tensiunea de 24 V DC.

Starea intrărilor și ieșirilor poate fi monitorizată direct pe automatul programabil cu ajutorul ledurilor de stare.

Figura 3.16 Mod de conectare intrări / ieșiri

Tabelul 3.3 Date tehnice :

Unitatea CPU

Un PLC EASY, poate avea pe modulul principal 20, 30, 40, sau 60 de terminale intrare / ieșire. Există mai multe tipuri de ieșiri in funcție de implementarea acestora utilizând relee sau tranzistoare (contact de releu, tranzistor NPN sau PNP).

Unități de extensie I/E

Pentru a mări capacitatea de I/E a PLC-ului, putem conecta maxim 3 module de extensie I/E la unitatea CPU, ajungând astfel la un maxim de 120 de I/E. Există trei tipuri de module de extensie I/E cu 20 de terminale. Maximul de 120 de unități se realizează prin conectarea la o unitate CPU cu 60 de I/E a trei unități, fiecare unitate având câte 20 de puncte I / E.

Unități analogice I/E

Pentru a conecta semnale de intrări și ieșiri analogice, la unitatea CPU pot fi cuplate până la 4 module analogice de I/E. Fiecare unitate analogică este prevăzută cu 2 intrări

Senzori de temperatură

Poate fi conectată o unitate pentru senzori de temperatură, care conține maxim 6 intrări – intrări specifice senzorilor de temperatură industriali (termocuplu, rezistență).

Control cu impulsuri sincronizate

Se pot genera impulsuri sincronizate. Frecvența impulsurilor de ieșire poate fi controlată ca multiplu al frecvenței de intrare, astfel permițând sincronizarea.

Intrări de mare viteză pentru controlul mașinilor

Funcții de intrări de întrerupere cu viteză mare

Pentru intrări de întrerupere sunt utilizate patru intrări cu un semnal de intrare cu o lățime de bandă de minim 50 µs și timp de răspuns 0.3 ms. Atunci când apare o intrare de întrerupere devine activată (ON) execuția programului principal se oprește și se execută programul de întrerupere.

Funcții de intrare cu filtre stabilizatoare

La intrare se poate seta constanta de timp pentru toate intrările la 1ms, 2 ms, 3ms, 4ms, 10ms, 20ms, 40ms sau la 80ms. Zgomotul exterior poate fi redus prin creșterea constantei de timp pe intrare.

Funcții de intrare cu răspuns rapid

Se utilizează patru intrări pentru intrări cu răspuns rapid (împărțit între intrări de întrerupere în modul numărător) ce face posibilă citirea semnalelor de intrare cu durată de 50 µs.

Alte funcții

Întreruperi pe intervale de timp

Întreruperile pe un anumit interval de timp se pot seta între 0.5 și 319.968ms, deasemenea se poate seta ca să se execute doar pe o singură întrerupere (one-shot mode) sau întreruperi periodice (scheduled mode).

Setări analogice

Controlul setărilor analogice, permite modificarea valorii de la 0 la 200 în IR 250 și IR 251 prin reglaj manual. Aceste valori pot fi folosite în aplicații pentru a controla anumite mărimi sau interval de timp.

Calendar/ Ceas

Ceasul incorporat (cu precizie de maxim 1 minut pe lună) poate fi citit din program pentru a afișa anul, luna, ziua, ziua din săptămână și timpul curent. Ceasul se poate seta de la dispozitive de programare (de exemplu consola de programare) sau timpul se poate ajusta prin rotunjire în sus sau jos la cea mai apropiată valoare de minut.

Temporizatorul Long-Term (de termen îndelungat)

TIMLeste un temporizator de durate lungi care poate fi setat la valoarea maximă 99.99 secunde (27 ore, 46 minute, 30 secunde).

Control Analogic PID

Instrucțiunea PID poate fi utilizată cu o unitate analogică de I/O pentru controlul unor procese continue.

În prezent, automatizările s-au infiltrat prin vaste domenii iar PLC-urile sunt din ce în ce mai utilizate, acest lucru implicând și necesitatea cunoașterii programării precum și utilizării acestora. Costurile în continuă scădere, în ce privesc automatele programabile, duc la o creștere a procentului de automatizare în majoritatea țărilor. Companiile tind să schimbe forța de lucru manuală, realizând că o investiție în automatizarea industriilor, vor reduce semnificativ costurile de producție. Procesul de modernizare în acest sens asigură o creștere a productivității și calității produselor.

Utilizarea automatelor programabile oferă multe avantaje, din mai multe motive cum ar fi: controlul și comanda la distanță a proceselor industriale cu ajutorul caluclatorului, o precizie mai bună decât forța de muncă manuală, folosirea în medii dăunătoare omului – datorându-se insensibilității la perturbații. Costurile sunt relativ reduse, luând în considerare mediile în care sunt aplicate, și productivitatea de care dau dovadă. Pe de altă parte, nu este rentabilă folosirea acestora pe arii restrânse.

În lucrarea de față, pentru realizarea aplicației, am utilizat dispozitivul EASY MOELLER 821 DC TCX. Am încercat sa pun în evidență unele facilități de natură hardware și software pe care le oferă dispozitivele PLC (Programmable Logic Controller), scopul lucrării fiind ambalarea unor produse finite de către un manipulator respectând o anumită ordine.

În concluzie, putem observa că necesitatea automatizării și anume a PLC-urilor, în principal în procesele industriale este foarte importantă, luând în considerare avantajele care apar, în urma realizării controlului automat, cum ar fi eliminarea erorilor umane. PLC-urile sunt în plin proces de dezvoltare, având o aplicabilitate vastă în multe domenii, controlerele produse de firma MOELLER, fac cu succes față cererilor în domeniu, devenind de-a lungul timpului un membru marcant pe piața acestor modalități de automatizare.

CAPITOLUL III

PROIECTAREA UNUI SISTEM PENTRU AMBLARE

De proiectare mecanica in catia banda robotul desen 2D

3.1. STRUCTURA MECANICA

Parte cinematica miscari (motor c.c.)

3.2. CONFIGURATIA HARDWARE

PLC legat la intari butoane senzori si la iesire puntea H

3.3. PROGRAMAREA SISTEMULUI

Program aplicatie moller Easy

CAPITOLUL IV

APLICATII SI EXPERIMENTE

Simulari si alicati in fluid-sim

CAPITOLUL V

CONCLUZII SI CONTRIBUTII

BIBLIOGRAFIA