Έλεγχος Κίνησης Σημειώσεις του Θεωρητικού Μέρους

Transcript

1 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Έλεγχος Κίνησης Σημειώσεις του Θεωρητικού Μέρους Ενότητα: Τεύχος Β Μιχαήλ Παπουτσιδάκης Τμήμα Αυτοματισμού

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

3 Σκοποί ενότητας Εισαγωγή: Κίνηση και Ακολουθιακός Αυτοματισμός Σχεδίαση κυκλωμάτων ακολουθιακού αυτοματισμού Συνδυαστικός αυτοματισμός και ακολουθιακός αυτοματισμός Στοιχεία της μεθόδου προδιαγραφής GRAFCET Κανόνες της προδιαγραφής GRAFCET Λογικές συνδέσεις στα διαγράμματα GRAFCET Κυριότερες κινήσεις Παράδειγμα προδιαγραφής ακολουθιακού αυτοματισμού Παράδειγμα επίλυσης ολοκληρωμένης εφαρμογής Η διαδικασία επίλυσης και τεκμηρίωσης Περιγραφή του προβλήματος Περιγραφή διαθέσιμων σημάτων και συνδέσεων Περιγραφή της λύσης αυτοματισμού Συνδεσμολογία και προγραμματισμός του ΠΛΕ... 31

4 Σκοποί ενότητας Το παρόν τεύχος σημειώσεων απευθύνεται στους φοιτητές που παρακολουθούν το μάθημα ΕΛΕΓΧΟΣ ΚΙΝΗΣΗΣ του προγράμματος σπουδών του Τμήματος Μηχανικών Αυτοματισμού. Σκοπός της ενότητας «Έλεγχος Κίνησης Σημειώσεις Θεωρητικού Μέρους - Τεύχος Β» είναι οι φοιτητές που παρακολουθούν την ενότητα να: εισαχθούν στην έννοια της κίνησης και του ακολουθιακού αυτοματισμού, μάθουν να σχεδιάζουν κυκλώματα ακολουθιακού αυτοματισμού, γνωρίσουν σε βάθος (στοιχεία, κανόνες, λογικές συνδέσεις, κινήσεις, κ.α.) τη μέθοδο προδιαγραφής ακολουθιακών συστημάτων GRAFCET, είναι σε θέση να αναλύουν ένα πρόβλημα αυτοματισμού και να το επιλύουν κάνοντας χρήση της προδιαγραφής GRAFCET και των διδασκόμενων διδακτικών ενοτήτων.

5 1. Εισαγωγή: Κίνηση και Ακολουθιακός Αυτοματισμός Οι επόμενες ενότητες συνοψίζουν τα κύρια χαρακτηριστικά της συστηματικής μεθόδου GRAFCET για τη σχεδίαση συστημάτων ακολουθιακού αυτοματισμού. Οι ακολουθιακοί αυτοματισμοί παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τις εφαρμογές ελέγχου κίνησης. Ο κύριος λόγος είναι ότι τα περισσότερα συστήματα κίνησης σχεδιάζονται και κατασκευάζονται με τρόπο που να εμφανίζουν διακριτές καταστάσεις. Η λειτουργία του συστήματος κίνησης, σε αυτήν την περίπτωση αντιστοιχεί σε μια πορεία (ακολουθία) μεταπτώσεων μεταξύ κατάλληλων συνδυασμών αυτών των καταστάσεων και αποφεύγοντας άλλους συνδυασμούς. Το επόμενο Κεφάλαιο παρουσιάζει τη μέθοδο και το τρίτο Κεφάλαιο δίνει ένα παράδειγμα εφαρμογής με υλοποίηση του ακολουθιακού αυτοματισμού με Προγραμματιζόμενο Λογικό Ελεγκτή.

6 2. Σχεδίαση κυκλωμάτων ακολουθιακού αυτοματισμού Στο κεφάλαιο παρουσιάζεται η έννοια του ακολουθιακού αυτοματισμού και εισάγεται η μέθοδος απεικόνισης και προδιαγραφής ακολουθιακών συστημάτων GRAFCET. 2.1 Συνδυαστικός αυτοματισμός και ακολουθιακός αυτοματισμός Η παρούσα ενότητα επικεντρώνεται στα συστήματα ακολουθιακού αυτοματισμού. Όπως ο συνδυαστικός, έτσι και ο ακολουθιακός αυτοματισμός ανήκει επίσης στην κατηγορία του λογικού αυτοματισμού, διότι ασχολείται και αυτός με την εξέλιξη λογικών μεταβλητών, δηλαδή με παραμέτρους που παίρνουν δύο τιμές: αληθή ή ψευδή. Όμως, αντίθετα από ένα σύστημα συνδυαστικό αυτοματισμό, οι στιγμιαίες τιμές των εισόδων ενός συστήματος ακολουθιακού αυτοματισμού δεν καθορίζουν μονοσήμαντα και την τιμή της εξόδου του συστήματος. Το σχήμα 2.1 παρουσιάζει διαγραμματικά ένα παράδειγμα ακολουθιακού αυτοματισμού ο οποίος ελέγχει έναν ηλεκτροκινητήρα από ένα χειριστήριο με δύο πλήκτρα (μπουτόν) START και STOP. Σχήμα 2.1: Έλεγχος ηλεκτροκινητήρα Η αρχή της λειτουργίας αυτού του συστήματος είναι γνωστή: όταν πιέσουμε το πλήκτρο START ο κινητήρας μπαίνει σε κίνηση εφόσον είναι σε στάση - όταν πιέσουμε το πλήκτρο STOP ο κινητήρας σταματά, εφόσον κινείται. Υποθέτουμε ότι μια δεδομένη χρονική στιγμή γνωρίζουμε τη στιγμιαία τιμή των εισόδων π.χ. ότι δεν πιέζεται κανένα από τα δύο πλήκτρα του χειριστηρίου. Η πληροφορία αυτή δεν είναι από μόνη της επαρκής, για να καθορίσουμε με βεβαιότητα την κατάσταση της εξόδου, δηλαδή την κίνηση του κινητήρα. Ο κινητήρας μπορεί εξίσου καλά, να στρέφει ή να είναι σε στάση. Ειδικότερα γνωρίζουμε ότι χωρίς επέμβαση στο χειριστήριο ο κινητήρας θα κινείται, εάν ήδη έστρεφε προηγουμένως και θα παραμείνει σταματημένος, εάν ήταν ήδη σε στάση. Με άλλα λόγια, αυτό το σύστημα αυτοματισμού θυμάται και διατηρεί την κατάσταση που είχε προηγουμένως διαθέτει επομένως μνήμη. Αυτό είναι και ένα γενικότερο χαρακτηριστικό των συστημάτων ακολουθιακού αυτοματισμού δηλαδή ότι αυτά τα συστήματα διαθέτουν και εσωτερικές μεταβλητές (μνήμες). Όπως δείχνει και το σχήμα 2.2, το σύστημα αυτοματισμού καταχωρεί τιμές σε αυτές τις μνήμες και τις επαναχρησιμοποιεί μαζί με τις τιμές των εισόδων για τον υπολογισμό των τιμών των εξόδων του συστήματος.

7 Σχήμα 2.2: Γενική μορφή ακολουθιακού κυκλώματος αυτοματισμού 2.2 Στοιχεία της μεθόδου προδιαγραφής GRAFCET Οι ακολουθιακοί αυτοματισμοί υλοποιούνται με διαφορετικές τεχνολογίες: με ηλεκτρικά, με ηλεκτρονικά, μηχανικά, πνευματικά, υδραυλικά και άλλα στοιχεία ή ακόμη και με συνδυασμό αυτών των τεχνολογιών. Για την ανάλυση των ακολουθιακών αυτοματισμών είναι αναγκαία η χρήση μεθόδων που να αποτυπώνουν την ουσία της λειτουργίας τη λογική του αυτοματισμού-, ανεξάρτητα από τον εκάστοτε συγκεκριμένο τρόπο τεχνικής υλοποίησης. Μια τέτοια γενική μέθοδος απεικόνισης είναι η GRAFCET (GRAphe Fonctionnel de Commande Etape Transition). Η μέθοδος GRAFCET αναπτύχθηκε αρχικά από τη Γαλλική Ένωση για την Κυβερνητική στην Οικονομία και την Τεχνολογία (AFCET) και έχει ενταχθεί ως επίσημο πρότυπο σε αρκετές Ευρωπαϊκές χώρες. Σύμφωνα με τη μέθοδο, τα ακολουθιακά συστήματα απεικονίζονται με διαγράμματα. Τα κύρια στοιχεία της μεθόδου απεικόνισης GRAFCET, όπως παρουσιάζονται και στο μερικό παράδειγμα του σχήματος 2.3, είναι τα εξής: Οι φάσεις. Κάθε φάση απεικονίζεται με ένα αριθμημένο τετράγωνο και αντιστοιχεί σε μια κίνηση ή εργασία. Οι κινήσεις απεικονίζονται πλάι στις αντίστοιχες φάσεις με παραλληλόγραμμα, στο εσωτερικό των οποίων αναγράφεται το όνομα της κίνησης. Μια φάση και η αντίστοιχη κίνηση συνδέονται με μια λεπτή γραμμή (χωρίς βέλος). Το σχήμα 2.3 απεικονίζει δύο φάσεις (3 και 8) και αντίστοιχα δύο εργασίες (κίνηση εμπρός και στάση) Οι δεσμοί. Ένας δεσμός απεικονίζεται με μια γραμμή που συνδέει δυο διαδοχικές φάσεις. Οι δεσμοί είναι προσανατολισμένοι, δηλαδή έχουν βέλος που δείχνει τη σειρά διαδοχής των φάσεων δηλαδή ποια είναι η προηγούμενη φάση και ποια η επόμενη. Συχνά το βέλος των δεσμών παραλείπεται, διότι η κατεύθυνση ροής των φάσεων είναι προφανής από το περιεχόμενο του διαγράμματος ή από τη λογική του συστήματος αυτοματισμού. Το σχήμα 2.3 περιλαμβάνει ένα δεσμό που συνδέει τις δύο φάσεις και υποδηλώνει μετάβαση από τη φάση 3 στη φάση 8. Οι μεταβάσεις. Η μετάβαση απεικονίζεται με μια παχιά γραμμή κάθετη σε ένα δεσμό. Κάθε μετάβαση συνδέεται με μια συνθήκη, δηλαδή με τις προϋποθέσεις που πρέπει να συντρέχουν, για να ενεργοποιηθεί η μετάβαση. Η συνθήκη γράφεται πλάι στο

8 σύμβολο της μετάβασης. Το σχήμα 2.3, περιλαμβάνει μια μετάβαση που ενεργοποιείται, όταν η συνθήκη PRESS είναι αληθής. Σχήμα 2.3: Απλό παράδειγμα διαγράμματος GRAFCET Το σχήμα 2.4 συνοψίζει τη μορφή και τα χαρακτηριστικά αυτών των δομικών στοιχείων της απεικόνισης GRAFCET. Σχήμα 2.4: Βασικά δομικά στοιχεία GRAFCET 2.3 Κανόνες της προδιαγραφής GRAFCET Κάθε φάση ενός διαγράμματος GRAFCET έχει δύο δυνατές καταστάσεις: μπορεί να είναι είτε ενεργή είτε αδρανής (απενεργοποιημένη). Οι ενεργές φάσεις σημειώνονται κάθε στιγμή με ένα στίγμα (τελεία) τοποθετημένο στην κάτω δεξιά γωνία του συμβόλου τους (αριθμημένο τετράγωνο). Οι δεσμοί και οι μεταβάσεις που παρεμβάλλονται μεταξύ των φάσεων «μεταφέρουν» την ενεργοποίηση από τη μια φάση στην επόμενη. Η διαδικασία αυτή, δηλαδή η εξέλιξη του διαγράμματος GREFCET, γίνεται σύμφωνα με τρεις κανόνες.

9 1ος κανόνας: αρχικοποίηση Πριν την έναρξη της λειτουργίας του αυτοματισμού, το ακολουθιακό σύστημα βρίσκεται στην αρχική του κατάσταση. Στο διάγραμμα η κατάσταση αυτή απεικονίζεται με μια ειδική φάση, την αρχική φάση, που σημειώνεται με ένα διπλό τετράγωνο, όπως στο σχήμα 2.5. Σχήμα 2.5: Συμβολισμός της αρχικής φάσης 2ος κανόνας: μετάβαση Μια μετάβαση εφαρμόζεται, όταν και μόνον όταν η συνθήκη με την οποία συνδέεται είναι αληθής και ταυτόχρονα η προηγούμενη φάση είναι ενεργή. Στην περίπτωση αυτή, η μετάβαση ασκείται υποχρεωτικά. Το σχήμα 2.6 παρουσιάζει μια μετάβαση σε διαφορετικές καταστάσεις. Στην περίπτωση (α) του σχήματος η μετάβαση 2/3 δεν εφαρμόζεται (ανεξάρτητα εάν η συνθήκη «β» είναι αληθής ή ψευδής), διότι η φάση 2 είναι αδρανής. Στην περίπτωση (β) του σχήματος η μετάβαση δεν εφαρμόζεται, παρόλο που η προηγούμενη φάση 2 είναι ενεργή, διότι η συνθήκη «β» είναι ψευδής. Στην περίπτωση (γ) η μετάβαση μπορεί να εφαρμοσθεί, διότι συντρέχουν όλες οι προϋποθέσεις του κανόνα: η φάση 2 είναι ενεργή και η συνθήκη της μετάβασης «β» είναι αληθής. Το τελευταίο σχήμα (δ) δείχνει την κατάσταση του διαγράμματος μετά την εφαρμογή της μετάβασης: η φάση 2 απενεργοποιήθηκε και η φάση 3 έγινε ενεργή. Σχήμα 2.6: Περιπτώσεις μετάβασης

10 3ος κανόνας: διαδικασία ενεργοποίησης των φάσεων Όταν μια μετάβαση εφαρμόζεται, όλες οι φάσεις που βρίσκονται στο δεσμό αμέσως πριν τη μετάβαση γίνονται αδρανείς και όλες οι φάσεις που βρίσκονται στο δεσμό μετά τη μετάβαση ενεργοποιούνται. Θεωρητικά αυτές οι αλλαγές συμβαίνουν ταυτόχρονα και στιγμιαία. Το σχήμα 2.7 δείχνει την πρακτική χρονική ακολουθία με την οποία εφαρμόζεται η μετάβαση από τη φάση 2 στη φάση 3. Σχήμα 2.7: Χρονική ακολουθία για την εφαρμογή της μετάβασης 2/3 2.4 Λογικές συνδέσεις στα διαγράμματα GRAFCET Τα διαγράμματα GRAFCET μπορούν να απεικονίσουν με απλό τρόπο τις βασικές λογικές σχέσεις OR και AND. Ειδικότερα η σχέση OR εφαρμόζεται όταν κατά την εξέλιξη του διαγράμματος η ενεργοποίηση μιας φάσης μπορεί να ακολουθείται από την επιλεκτική ενεργοποίηση μιας ή και περισσότερων άλλων φάσεων. Το σχήμα 2.8 παρουσιάζει μια τέτοια περίπτωση. Η φάση 5 ακολουθείται είτε από τη φάση 6 (εάν η συνθήκη «εμπρός» είναι αληθής) είτε από τη φάση 7 (εάν η συνθήκη «δεξιά» είναι αληθής) ίτε και από τι δύο φάσεις εάν και οι δύο συνθήκες είναι αληθείς. Σχήμα 2.8: Επόμενες φάσεις που συνδέονται με τη σχέση OR

11 Ακόμη, η σχέση OR εφαρμόζεται, όταν κατά την εξέλιξη του διαγράμματος η ενεργοποίηση μιας φάσης μπορεί να προέλθει από προηγούμενη ενεργοποίηση μιας ή και περισσότερων άλλων φάσεων. Το σχήμα 2.9 παρουσιάζει μια τέτοια περίπτωση. Η φάση 10 ενεργοποιείται, είτε όταν η φάση 8 είναι ενεργή (και η συνθήκη «εμπόδιο ΔΕ» είναι αληθής) είτε, όταν η φάση 9 είναι ενεργή (και η συνθήκη «εμπόδιο ΑΡ» είναι αληθής). Σχήμα 2.9: Προηγούμενες φάσεις που συνδέονται με τη σχέση OR Η χρήση των διακλαδώσεων των δεσμών GRAFSET θέλει ιδιαίτερη προσοχή. Το σχήμα 2.10 παρουσιάζει τον εσφαλμένο και σωστό τρόπο απεικόνισης μιας διακλάδωσης OR. Σχήμα 2.10: Ορθός τρόπος διαγραμματικής απεικόνισης της σχέσης OR Επίσης, η σχέση AND εφαρμόζεται, όταν κατά την εξέλιξη του διαγράμματος η ενεργοποίηση μιας φάσης ακολουθείται από την ταυτόχρονη ενεργοποίηση πολλών άλλων φάσεων. Όπως δείχνει και το σχήμα 2.11, η σχέση AND απεικονίζεται με διπλή γραμμή. Στο παράδειγμα του σχήματος, εάν η συνθήκη «μπουτόν» είναι αληθής, η φάση 6 ακολουθείται ταυτόχρονα και από τη φάση 7 και από τη φάση 8.

12 Σχήμα 2.11: Επόμενες φάσεις που συνδέονται με τη σχέση AND Ομοίως χρησιμοποιούμε τη σχέση AND, όταν κατά την εξέλιξη του διαγράμματος η ενεργοποίηση μιας φάσης μπορεί να προέλθει μόνον από την ταυτόχρονη προηγούμενη ενεργοποίηση μιας ομάδας άλλων φάσεων. Το σχήμα 2.12 παρουσιάζει μια τέτοια περίπτωση. Η φάση 8 ενεργοποιείται όταν οι φάσεις 6 και 7 είναι ενεργές και εφόσον επιπρόσθετα επαληθεύεται η συνθήκη της μετάβασης. Σχήμα 2.12: Προηγούμενες φάσεις που συνδέονται με τη σχέση AND 2.5 Κυριότερες κινήσεις Σε κάθε φάση του διαγράμματος αντιστοιχεί μια κίνηση, η οποία εκτελείται όταν η αντίστοιχη φάση είναι ενεργή. Ο απλούστερος τύπος κίνησης είναι η συνεχής κίνηση. Έτσι στο παράδειγμα του σχήματος 2.13 η κίνηση αρχίζει, μόλις η φάση 15 ενεργοποιηθεί, και σταματά, μόλις η φάση 15 απενεργοποιηθεί.

13 Σχήμα 2.13: Συνεχής κίνηση Ένας άλλος τύπος κίνησης εξαρτά την κίνηση από μια εξωτερική συνθήκη. Το σχήμα 2.14 παρουσιάζει ένα παράδειγμα αυτής της κίνησης. Η κίνηση λαμβάνει χώρα, εάν η φάση 15 είναι ενεργή και εάν επιπλέον η συνθήκη «θ» είναι αληθής. Το σχήμα δείχνει δύο τρόπους απεικόνισης της εξάρτησης από εξωτερική συνθήκη. Ο δεύτερος τρόπος σημειώνεται με το γράμμα C από τον όρο condition (συνθήκη). Σχήμα 2.14: Εξάρτηση από εξωτερική συνθήκη Ακόμη, η απεικόνιση GRAFCET υποστηρίζει κινήσεις με χρονική καθυστέρηση. Όπως δείχνει το σχήμα 2.15, η κίνηση αρχίζει 2 δευτερόλεπτα μετά από την ενεργοποίηση της αντίστοιχης φάσης 15. Η κίνηση με καθυστέρηση σημειώνεται με το γράμμα D από τον όρο Delay (καθυστέρηση).

14 Σχήμα 2.15: Χρονική καθυστέρηση Με ανάλογο τρόπο μπορούμε να απεικονίσουμε κινήσεις που διαρκούν για προγραμματισμένο χρόνο. Στο παράδειγμα του σχήματος 2.16, η κίνηση αρχίζει αμέσως με την ενεργοποίηση της αντίστοιχης φάσης 15 και διαρκεί 15 δευτερόλεπτα, δηλαδή όσο έχει προκαθοριστεί. Η κίνηση με χρονοπρόγραμμα σημειώνεται με το γράμμα L από τον όρο Length (διάρκεια). Σχήμα 2.16: Προγραμματισμένη διάρκεια Μια άλλη χρήσιμη κίνηση είναι η στιγμιαία εκπομπή ενός στενού παλμού. Στο παράδειγμα του σχήματος 2.17, η κίνηση αρχίζει αμέσως με την ενεργοποίηση της αντίστοιχης φάσης 15 και διακόπτεται σχεδόν την ίδια στιγμή. Έτσι, η φάση 15 συνοδεύεται από έναν παλμό που μπορεί να αξιοποιηθεί, π.χ για να να ενεργοποιήσει έναν ηλεκτρονόμο ή να καταχωρήσει νέα τιμή σε έναν καταμετρητή (counter). Η κίνηση με παλμό σημειώνεται με το γράμμα P από τον όρο Pulse (παλμός).

15 Σχήμα 2.17: Παλμός Η κίνηση δεν είναι απαραίτητο να συνδέεται με μια μόνο φάση αλλά μπορεί να εξαρτάται από δύο ή και περισσότερες φάσεις του διαγράμματος. Η χαρακτηριστικότερη περίπτωση αυτής της κατηγορίας είναι η παραμένουσα κίνηση, που ονομάζεται επίσης κίνηση με μνήμη ή κίνηση τύπου flip-flop. Στο παράδειγμα του σχήματος 2.18, η κίνηση αρχίζει με την ενεργοποίηση της φάσης 20 και συνεχίζει (παραμένει) μετά την απενεργοποίηση της φάσης 20. Η κίνηση θα διακοπεί όταν ενεργοποιηθεί η φάση 32. Η κίνηση με μνήμη σημειώνεται με το γράμμα S από τον όρο Set (θέση σε λειτουργία) και με το γράμμα R από τον όρο Reset. Σχήμα 2.18: Μνήμη στοιχείο flip/flop

16 2.6 Παράδειγμα προδιαγραφής ακολουθιακού αυτοματισμού Η πρόσβαση σε ένα χώρο στάθμευσης ελέγχεται με ηλεκτροκίνητο φράγμα (μπάρα). Η είσοδος επιτρέπεται σε όσους οδηγούς διαθέτουν ειδική μαγνητική κάρτα, η οποία ελέγχεται με συσκευή ανάγνωσης τοποθετημένη στην είσοδο του χώρου. Όταν η συσκευή αναγνωρίσει την κάρτα, η μπάρα πρέπει να ανυψώνεται και να παραμένει ψηλά για 15 δευτερόλεπτα - χρόνο επαρκή για τη διάβαση του αυτοκινήτου. Κατόπι, η μπάρα πρέπει να επιστρέφει στην αρχική της θέση. Το σχήμα 2.19 παρουσιάζει διαγραμματικά τα κύρια στάδια του κύκλου λειτουργίας. Σχήμα 2.19: Έλεγχος πρόσβασης σε χώρο στάθμευσης - κύκλος λειτουργίας.

17 Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τη μέθοδο απεικόνισης GRAFCET για να περιγράψουμε τη λειτουργία του συστήματος αυτοματισμού. Το σχήμα 2.20 παρουσιάζει μια τέτοια περιγραφή με τέσσερις φάσεις 1-4 τοποθετημένες σε κύκλο. Κάθε φάση συνδέεται με μια κίνηση που περιγράφει με απλούς όρους την ενέργεια που πρέπει να γίνεται με τις κατάλληλες εντολές από το σύστημα αυτοματισμού. Η φάση 2 π.χ. συνδέεται με την ενέργεια «ανύψωση της μπάρας». Μεταξύ των φάσεων τοποθετούνται κατάλληλες μεταβάσεις που συνδέονται με την εκάστοτε κατάσταση του συστήματος αυτοματισμού π.χ. «μπάρα ανεβασμένη». Σχήμα 2.20: Διάγραμμα GRAFCET για τον έλεγχο πρόσβασης σε χώρο στάθμευσης Ας αντικαταστήσουμε τις περιγραφές των κινήσεων με συγκεκριμένες εργασίες και τις συνθήκες των μεταβάσεων από λεκτικές φράσεις με συγκεκριμένα τεχνικά σήματα. Έτσι διαμορφώνουμε το σχήμα 2.21.

18 Σχήμα 2.21: Τεχνικό διάγραμμα GRAFCET για τον έλεγχο πρόσβασης σε χώρο στάθμευσης Τα σύμβολα που χρησιμοποιεί το διάγραμμα του σχήματος 2.21 αναφέρονται σε συγκεκριμένο τρόπο υλοποίησης του αυτοματισμού. Ο τρόπος αυτός παρουσιάζεται συνοπτικά στο σχήμα 2.22 και περιλαμβάνει τα εξής στοιχεία: Κάρτα = σήμα από τη συσκευή ότι η κάρτα είναι αποδεκτή S1 S2 = διακόπτες που ενεργοποιούνται, όταν η μπάρα είναι ψηλά ή κατεβασμένη αντίστοιχα. KM1, KM2 = ηλεκτρονόμοι που ελέγχουν την κατεύθυνση περιστροφής του κινητήρα που μετακινεί τη μπάρα. Τ1 = στοιχείο μέτρησης του χρόνου (δε φαίνεται στο σχήμα) Σχήμα 2.22: Διάταξη για τον έλεγχο της στάθμευσης

19 3. Παράδειγμα επίλυσης ολοκληρωμένης εφαρμογής Στο παρόν κεφάλαιο περιγράφεται μια συστηματική προσέγγιση στην αντιμετώπιση και επίλυση προβλημάτων αυτοματοποίησης κίνησης με ολοκληρωμένες λύσεις αυτοματισμού (συστήματα). Στο παράδειγμα γίνεται χρήση των Προγραμματιζόμενων Λογικών Ελεγκτών (ΠΛΕ). Η προσέγγιση αυτή δίνει βαρύτητα και στα θέματα της τεχνικής επικοινωνίας, δηλαδή στον τρόπο καταγραφής και τεκμηρίωσης του προβλήματος αυτοματισμού και της προτεινόμενης λύσης, ώστε αυτά να μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν από διαφορετικούς τεχνικούς σε διαφορετικές χρονικές περιόδους. 3.1 Η διαδικασία επίλυσης και τεκμηρίωσης Ο τελικός σκοπός της επίλυσης ενός προβλήματος αυτοματισμού είναι η ανάπτυξη μιας λύσης που να επιβάλει στο ελεγχόμενο σύστημα την επιθυμητή συμπεριφορά. Ταυτόχρονα, μια σωστή εφαρμογή αυτοματισμού πρέπει να ανταποκρίνεται και σε άλλα κριτήρια, όπως τα εξής: Να είναι οικονομικά εφικτή καταρχήν ως δαπάνη για την αρχική κατασκευή και εγκατάσταση της λύσης π.χ. για την αγορά των αναγκαίων προγραμματιζόμενων ελεγκτών, για τις εργασίες συρμάτωσης των οργάνων, για τη διαμόρφωση των χώρων ή την εγκατάσταση γραμμών τηλεπικοινωνιών κλπ. Στο κόστος της εφαρμογής πρέπει να συνυπολογίζεται και η δαπάνη συντήρησης π.χ. για την αναβάθμιση του προγράμματος, για την αποσφαλμάτωση προβλημάτων που θα εμφανισθούν αργότερα, για την επέκταση της εφαρμογής σε άλλα συστήματα, για την εκπαίδευση του προσωπικού που θα την επιβλέπει κλπ. Να είναι ασφαλής για τους χειριστές και για το περιβάλλον. Η εφαρμογή αυτοματισμού πρέπει να περιορίζει την πιθανότητα οι χειριστές ή άλλα πρόσωπα να τραυματισθούν ή να εκτεθούν σε επικίνδυνες συνθήκες ή σε βλαβερές ουσίες. Επιπλέον, πρέπει να μειώνει ή να αποφεύγει την επιβάρυνση του περιβάλλοντος με χημικά αλλά και με θόρυβο, απόρριψη θερμότητας, ακτινοβολία κλπ. Μια συστηματική προσέγγιση με συγκεκριμένα βήματα και στάδια βοηθάει στην ανάπτυξη λύσεων που να είναι αποτελεσματικές και ταυτόχρονα να ικανοποιούν τα παραπάνω κριτήρια. Τα συνήθη βήματα της διαδικασίας ανάπτυξης ολοκληρωμένων λύσεων αυτοματισμού με προγραμματιζόμενους λογικούς ελεγκτές είναι τέσσερα. 1. Περιγραφή του προβλήματος αυτοματισμού. 2. Αναγνώριση των σημάτων και παραμέτρων που εμπλέκονται. 3. Περιγραφή της λύσης αυτοματισμού. 4. Συνδεσμολογία και προγραμματισμός του ΠΛΕ. Κάθε βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία πληροφοριών από το περιβάλλον και το κτίσιμο ενός τμήματος της ολοκληρωμένης λύσης. Ταυτόχρονα, κάθε βήμα περιλαμβάνει την αντίστοιχη τεκμηρίωση, δηλαδή την καταγραφή των αποτελεσμάτων με τυποποιημένο τρόπο, ώστε αυτά να μπορούν να μεταδοθούν ή να καταχωρηθούν για μελλοντική χρήση.

20 3.2 Περιγραφή του προβλήματος Για να επιλύσει κάποιος ένα πρόβλημα αυτοματισμού, πρέπει καταρχήν να το κατανοήσει. Η αντίληψη και η καταγραφή του προβλήματος αυτοματισμού είναι, επομένως, το πρώτο και το θεμελιώδες βήμα για την ανάπτυξη μιας ολοκληρωμένης εφαρμογής. Αυτή η κατανόηση αφορά σε δύο μέρη: στην αντίληψη του περιβάλλοντος του συστήματος του αυτοματισμού και στην αντίληψη του στόχου του αυτοματισμού. Το περιβάλλον του συστήματος αυτοματισμού Το περιβάλλον του συστήματος αυτοματισμού είναι η συγκεκριμένη βιομηχανική εφαρμογή ή η διάταξη ή η συσκευή στην οποία ανήκει ο αυτοματισμός. Αυτή η περιγραφή είναι αναγκαία, διότι ο σκοπός του συγκεκριμένου αυτοματισμού έχει νόημα μόνο για τη συγκεκριμένη διάταξη ή συσκευή. Μάλιστα κάτι που είναι επιθυμητό για μια εφαρμογή (π.χ. η διατήρηση ενός χώρου σε υψηλή θερμοκρασία, σε μια θερμική κατεργασία) μπορεί να είναι ανεπιθύμητο ή επικίνδυνο σε μια άλλη (π.χ. σε μια εφαρμογή κλιματισμού). Επιπλέον η περιγραφή του περιβάλλοντος δίνει πληροφορίες για τις συνθήκες στις οποίες ο αυτοματισμός πρέπει να λειτουργεί (π.χ. σε περιβάλλον με σκόνη ή με υγρασία), καθώς και για τους περιορισμούς που πρέπει να αντιμετωπίσει. Το σχήμα 3.1 παρουσιάζει ένα παράδειγμα βιομηχανικής εφαρμογής. Πρόκειται για μια πρέσα θερμής συγκόλλησης. Η πρέσα αποτελείται από έναν υδραυλικό κύλινδρο με έμβολο, στο άκρο του οποίου υπάρχει ένα ηλεκτρικό θερμαντικό στοιχείο. Τα υλικά που πρόκειται να συγκολληθούν (σε μορφή φύλλων) τοποθετούνται μεταξύ του εμβόλου του υδραυλικού κυλίνδρου και της βάσης της πρέσας. Όταν ο κύλινδρος ενεργοποιηθεί, συμπιέζει τα δύο υλικά μεταξύ τους. Όταν το θερμαντικό στοιχείο ενεργοποιηθεί, θερμαίνει τα υλικά. Με τις δύο αυτές ενέργειες το πλαστικό από το οποίο αποτελούνται τα υλικά λιώνει και τα δύο φύλλα ενώνονται σε ένα σώμαδηλαδή συγκολλούνται.

21 Σχήμα 3.1: Πρέσα συγκόλλησης με ταυτόχρονη θέρμανση Η πρέσα συγκόλλησης λειτουργεί υπό την επίβλεψη ενός χειριστή, ο οποίος τοποθετεί τα υλικά προς συγκόλληση πάνω στη βάση της πρέσας, ελέγχει την ενεργοποίηση του υδραυλικού κυλίνδρου και του θερμαντικού στοιχείου και, αφού ολοκληρωθεί η συγκόλληση, απομακρύνει τα συγκολλημένα υλικά. Ο στόχος του συστήματος αυτοματισμού Ο στόχος του συστήματος αυτοματισμού είναι η συγκεκριμένη συμπεριφορά την οποία το σύστημα αυτοματισμού πρέπει να εξασφαλίζει. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ο στόχος συνδέεται στενά με την περιγραφή της διάταξης ή εφαρμογής, διότι αποκτά νόημα μόνο για τις συγκεκριμένες συνθήκες και προδιαγραφές του περιβάλλοντος του συστήματος αυτοματισμού. Εξάλλου, ακόμη και ένας στόχος που είναι επιθυμητός σε διαφορετικές εφαρμογές, μπορεί για κάποιες να είναι ανέφικτος ή αντιοικονομικός. Στην περίπτωση του παραδείγματος της πρέσας συγκόλλησης ο στόχος του συστήματος αυτοματισμού είναι πολλαπλός. 1. Το σύστημα αυτοματισμού πρέπει να συμπιέζει τα δύο υλικά για αρκετό χρονικό διάστημα έτσι ώστε οι επιφάνειες που θα συγκολληθούν να διατηρούνται σε επαφή. Οι δοκιμές συγκόλλησης έδειξαν ότι το διάστημα αυτό δεν χρειάζεται να ξεπερνά τα 20 δευτερόλεπτα. Παρατεταμένη συμπίεση μπορεί να προξενήσει μόνιμη παραμόρφωση στα υλικά.

22 2. Ο αυτοματισμός πρέπει να διατηρεί τη θερμοκρασία της ένωση κάτω από τους 70 βαθμούς Κελσίου. Τυχόν υψηλότερες θερμοκρασίες αλλοιώνουν το πλαστικό υλικό και η αντοχή του συγκολλημένου υλικού μειώνεται. 3. Ο αυτοματισμός πρέπει να εξασφαλίζει ότι ο χειριστής της πρέσας, αφού τροφοδοτήσει την πρέσα με υλικά, έχει απομακρύνει τα χέρια του από το σημείο της συγκόλλησης. Κατά την κάθοδο του, το έμβολο κινείται πολύ γρήγορα και με μεγάλη δύναμη και αποτελεί κίνδυνο για το χειριστή. Όπως παρουσιάζει και το σχήμα 3.2, οι επιμέρους στόχοι αφορούν στοιχεία στην περιοχή της συγκόλλησης διότι εκεί επιτελείται και η βασική λειτουργία της πρέσας. Σχήμα 3.2: Η διαδικασία της θερμής συγκόλλησης 3.3 Περιγραφή διαθέσιμων σημάτων και συνδέσεων Μια επιτυχημένη λύση αυτοματισμού με ΠΛΕ αξιοποιεί την υπολογιστική δύναμη και ευελιξία του ΠΛΕ, τον οποίο μπορούμε να προγραμματίσουμε, ώστε να επιτυγχάνει κατάλληλη επεξεργασία των πληροφοριών. Όμως η μορφή αυτής της επεξεργασίας εξαρτάται από τις διαθέσιμες πληροφορίες. Επομένως, η ανάπτυξη της λύσης αυτοματισμού με ΠΛΕ προϋποθέτει ότι καταρχήν γνωρίζουμε ποιες είναι οι διαθέσιμες πληροφορίες και ποιο είναι το περιεχόμενό τους. Ειδικότερα, η επεξεργασία της λύσης αυτοματισμού στηρίζεται σε προηγούμενη αναγνώριση και καταγραφή: των παραμέτρων τις οποίες το σύστημα αυτοματισμού δέχεται από το περιβάλλον, (ονομάζονται και σήματα εισόδου ή μεταβλητές εισόδου ή απλά είσοδοι), των παραμέτρων τις οποίες το σύστημα αυτοματισμού μπορεί να επηρεάζει (γνωστές και ως σήματα εξόδου ή μεταβλητές εξόδου ή απλά έξοδοι).

23 Είσοδοι Κάθε σήμα εισόδου παράγεται από αντίστοιχο αισθητήριο ή διάταξη εισόδου. Η σημαντικότερη πληροφορία σχετικά με ένα σήμα εισόδου είναι ακριβώς αυτή η ταυτότητα, δηλαδή η αναγνώριση του οργάνου που το παράγει. Ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του οργάνου, το σήμα εισόδου μπορεί να αντιστοιχεί σε λογική μεταβλητή, δηλαδή να παίρνει δύο ηλεκτρικές τιμές (π.χ. τάσεις) που να αντιστοιχούν στις λογικές καταστάσεις Αληθής και Ψευδής. Ακόμη, όπως αναφέρθηκε σε προηγούμενη ενότητα, το σήμα εισόδου μπορεί να είναι αναλογικό και να παίρνει συνεχείς τιμές σε ένα διάστημα (π.χ. τάσης ή ρεύματος). Στην περίπτωση του παραδείγματος της πρέσας συγκόλλησης, το σύστημα αυτοματισμού δέχεται διάφορα λογικά και αναλογικά σήματα. Το σχήμα 3.3 απεικονίζει έναν από τους δύο πανομοιότυπους χειροδιακόπτες ασφαλείας που διαθέτει η πρέσα. Πρόκειται για μηχανικούς διακόπτες που βρίσκονται τοποθετημένοι σε ασφαλή απόσταση από το σημείο συγκόλλησης. Όταν ένας χειροδιακόπτης ενεργοποιηθεί, δίνει ένδειξη ότι ο χειριστής έχει τοποθετήσει το χέρι του στο διακόπτη και επομένως το έχει απομακρύνει από την επικίνδυνη ζώνη της πρέσας. Σχήμα 3.3: Ο χειροδιακόπτης ασφαλείας Ο χειροδιακόπτης είναι συνδεδεμένος ως κανονικά ανοικτός, δηλαδή στην κατάσταση ηρεμίας (χωρίς χειρισμό) δεν άγει. Η επιλογή αυτή είναι ασφαλέστερη, διότι εάν ο διακόπτης ήταν κανονικά κλειστός, σε περίπτωση διακοπής της ηλεκτρικής τροφοδοσίας το όργανο αυτό θα έδινε την εσφαλμένη ένδειξη ότι τα χέρια του χειριστή είναι ασφαλή. Ο πίνακας του σχήματος 3.4 καταγράφει τα χαρακτηριστικά των σημάτων εισόδου S1 και S2 που αντιστοιχούν στον αριστερό και δεξιό χειροδιακόπτη ασφαλείας.

24 Είσοδος Όργανο Ηλεκτρικό σήμα Λειτουργία S1 Αριστερός χειροδιακόπτης, φέρει ένδειξη ΑΡ 0 ή 12 V σ.ρ. (Κ.Α.) κλειστός (12 V), όταν ο πιέζεται από το χέρι. Ανοικτός (0 V) στην ελεύθερη θέση S2 Δεξιός χειροδιακόπτης, φέρει ένδειξη ΔΕ 0 ή 12 V σ.ρ. (Κ.Α.) κλειστός (12 V), όταν ο πιέζεται από το χέρι. Ανοικτός (0 V) στην ελεύθερη θέση Σχήμα 3.4: Αναγνώριση εισόδων S1 και S2 Η βιομηχανική διάταξη του παραδείγματος περιλαμβάνει επίσης δύο μηχανικούς διακόπτες με τροχίσκο (ράουλο) τοποθετημένους στα άκρα της διαδρομής του εμβόλου, όπως φαίνεται στο σχήμα 3.5. Όταν ένας από τους διακόπτες ενεργοποιηθεί δίνει ένδειξη ότι το έμβολο βρίσκεται στην αντίστοιχη θέση. Σχήμα 3.5: Οι διακόπτες θέσης του εμβόλου Ο πίνακας του σχήματος 3.6 καταγράφει τα χαρακτηριστικά των σημάτων εισόδου S3 και S4 που αντιστοιχούν στην ανώτερη και στην κατώτερη θέση της διαδρομής του εμβόλου δηλαδή σε πλήρη συστολή ή πλήρη έκταση του υδραυλικού κυλίνδρου. Είσοδος Όργανο Ηλεκτρικό σήμα Λειτουργία S3 Άνω διακόπτης θέσης, φέρει 0 ή 12 V σ.ρ. (Κ.Α.) κλειστός (12 V), όταν το έμβολο ανέβει. Ανοικτός (0 V)

25 ένδειξη S3 στην ελεύθερη θέση S4 Κάτω διακόπτης θέσης, φέρει ένδειξη S4 0 ή 12 V σ.ρ. (Κ.Α.) κλειστός (12 V), όταν το έμβολο κατέβει. Ανοικτός (0 V) στην ελεύθερη θέση Σχήμα 3.6: Αναγνώριση εισόδων S3 και S4 Η πρέσα συγκόλλησης είναι ακόμη εφοδιασμένη και με αναλογικό όργανο μέτρησης της θερμοκρασίας, προσαρμοσμένο στη βάση της (κάτω πλάκα συμπίεσης), όπως παρουσιάζεται στο σχήμα 3.7. Το όργανο περιλαμβάνει το καθαυτό αισθητήριο, που συλλαμβάνει τις μεταβολές της θερμοκρασίας και μια ηλεκτρονική διάταξη, που ενισχύει το σήμα που παράγεται από το αισθητήριο και το μετατρέπει σε ηλεκτρική τάση με μέγεθος ανάλογο προς τη θερμοκρασία. Σχήμα 3.7: Όργανο θερμοκρασίας Ο πίνακας του σχήματος 3.8 καταγράφει τα χαρακτηριστικά του σήματος εισόδου TMP που αντιστοιχεί στη μέτρηση της θερμοκρασίας της συγκόλλησης. Είσοδος Όργανο Ηλεκτρικό σήμα Λειτουργία TMP Αναλογικό θερμόμετρο ενσωματωμένο στη βάση της πρέσας 0 έως 10 V Περιοχή λειτουργίας από 20 έως 220 βαθμούς Κελσίου. Συντελεστής μετατροπής 0.05 volt ανά βαθμό Κελσίου. Σχήμα 3.8: Αναγνώριση εισόδου TMP

26 Έξοδοι Το σύστημα αυτοματισμού πρέπει να παράγει ένα σήμα εξόδου για κάθε διαθέσιμο όργανο, η λειτουργία του οποίου επηρεάζει το στόχο του αυτοματισμού. Όπως και για τα σήματα εισόδου, η σημαντικότερη πληροφορία σχετικά με ένα σήμα εξόδου είναι ακριβώς αυτή η ταυτότητα, δηλαδή η αναγνώριση του οργάνου που ελέγχεται από τον ΠΛΕ μέσω του συγκεκριμένου σήματος. Ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του οργάνου, το σήμα εξόδου μπορεί να αντιστοιχεί σε λογική μεταβλητή, δηλαδή να παίρνει δύο ηλεκτρικές τιμές (τυπικά τάσεις) που να αντιστοιχούν στις λογικές καταστάσεις Αληθής και Ψευδής. Ακόμη το σήμα εξόδου μπορεί να είναι αναλογικό και να παίρνει συνεχείς τιμές σε ένα διάστημα (π.χ. τάσης ή ρεύματος). Στην περίπτωση του παραδείγματος της πρέσας συγκόλλησης, το σύστημα αυτοματισμού παράγει τρία λογικά σήματα εξόδου που απευθύνονται σε ισάριθμα όργανα δράσης. Το σχήμα 3.9 παρουσιάζει τη θέση και το ρόλο των οργάνων αυτών στη γενική διάταξη της πρέσας. Η παροχή υδραυλικού υγρού υψηλής πίεσης στον υδραυλικό κύλινδρο ελέγχεται από δύο ηλεκτρομαγνητικές υδραυλικές βαλβίδες δύο θέσεων (ανοικτή ή κλειστή). Η μια βαλβίδα παρέχει υδραυλικό υγρό στο άνω διαμέρισμα του κυλίνδρου και προκαλεί την έκταση, δηλαδή την κάθοδο του εμβόλου και επομένως τη συμπίεση των υλικών στην πρέσα συγκόλλησης. Η άλλη παρέχει υδραυλικό υγρό στο κάτω διαμέρισμα του κυλίνδρου και προκαλεί τη συστολή, δηλαδή την άνοδο του εμβόλου.

27 Σχήμα 3.9: Όργανα δράσης της πρέσας Επίσης, η πρέσας διαθέτει θερμαντικό στοιχείο ενσωματωμένο στην πλάκα πίεσης του εμβόλου. Το θερμαντικό στοιχείο είναι μια ηλεκτρική αντίσταση, η τροφοδοσία της οποίας ελέγχεται από την επαφή ενός ηλεκτρονόμου (ρελαί). Το σχήμα 3.10 παρουσιάζει τον τρόπο σύνδεσης των εξόδων του ΠΛΕ με τα όργανα δράσης. Όπως δείχνει το κύκλωμα επαφών στην αριστερή πλευρά του σχήματος, η λογική έξοδος Κ1 του προγραμματιζόμενου λογικού ελεγκτή ελέγχει την ενεργοποίηση του πηνίου της υδραυλικής βαλβίδας «ΚΘ» για την κάθοδο του εμβόλου. Ομοίως η έξοδος Κ2 ελέγχει το πηνίο της βαλβίδας «ΑΝ» για την άνοδο του εμβόλου. Ακόμη η λογική έξοδος Κ3 ελέγχει το πηνίο του ηλεκτρονόμου H. Μια επαφή αυτού του ηλεκτρονόμου (η Η1 στο σχήμα) ελέγχει με τη σειρά της την τροφοδοσία της ηλεκτρικής αντίστασης που θερμαίνει την περιοχή της συγκόλλησης.

28 Σχήμα 3.10: Κύκλωμα επαφών των εξόδων του ΠΛΕ Ο πίνακας του σχήματος 3.11 καταγράφει τα χαρακτηριστικά των σημάτων εξόδου για τον έλεγχο της κίνησης του υδραυλικού κυλίνδρου και του θερμαντικού στοιχείου. Έξοδος Όργανο Ηλεκτρικό σήμα Λειτουργία K1 K1 K3 Πηνίο υδραυλικής βαλβίδας για την κάθοδο του εμβόλου Πηνίο υδραυλικής βαλβίδας για την άνοδο του εμβόλου Ηλεκτρονόμος τροφοδοσίας θερμαντικού στοιχείου 0 ή 24 V Εφόσον είναι Αληθής, η βαλβίδα παρέχει υδραυλικό υγρό στο άνω διαμέρισμα του κυλίνδρου 0 ή 24 V Εφόσον είναι Αληθής, η βαλβίδα παρέχει υδραυλικό υγρό στο κάτω διαμέρισμα του κυλίνδρου 0 ή 24 V Εφόσον είναι Αληθής, ο ηλεκτρονόμος παρέχει 220 V ε.ρ. στην αντίσταση του θερμαντικού στοιχείου Σχήμα 3.11: Αναγνώριση εξόδων Κ1, Κ2 και Κ3

29 3.4 Περιγραφή της λύσης αυτοματισμού Η βασική λογική οποιασδήποτε λύσης αυτοματισμού μπορεί και πρέπει να περιγράφεται λεκτικά, με απλές φράσεις που να αποδίδουν τον τρόπο με τον οποίο λειτουργεί το σύστημα αυτοματισμού. Στην περίπτωση του παραδείγματος της πρέσας συγκόλλησης, η λειτουργία του συστήματος αυτοματισμού συνοψίζεται στις διαδικασίες που περιγράφονται παρακάτω. Αρχικά το έμβολο είναι στην άνω θέση και ο χειριστής έχει τοποθετήσει τα υλικά προς συγκόλληση στη βάση της πρέσας. Όταν ο χειριστής ενεργοποιήσει ταυτόχρονα τους δύο χειροδιακόπτες, το έμβολο κατεβαίνει και ταυτόχρονα το θερμαντικό στοιχείο τροφοδοτείται με ηλεκτρικό ρεύμα. Το σύστημα ελέγχου παρακολουθεί την εξέλιξη της θερμοκρασίας της συγκόλλησης καθώς και το χρόνο από την αρχή της συμπίεσης. Εάν η θερμοκρασία ξεπεράσει το προκαθορισμένο όριο των 70 βαθμών Κελσίου ή εάν παρέλθει ο κανονικός χρόνος συμπίεσης των 20 δευτερολέπτων, η συγκόλληση έχει ολοκληρωθεί. Το έμβολο ανεβαίνει και η ηλεκτρική τροφοδοσία του θερμαντικού στοιχείου διακόπτεται. Ο χειριστής απομακρύνει το συγκολλημένο υλικό, τοποθετεί νέα υλικά στην πρέσα και ο κύκλος ξαναρχίζει. Το σχήμα 3.12 παρουσιάζει αυτή τη λογική του αυτοματισμού με τη μορφή διαγράμματος φάσεων (GRAFCET). Πρόκειται για ένα κυκλικό διάγραμμα με πέντε φάσεις και πέντε μεταβάσεις.

30 Σχήμα 3.12: Διάγραμμα φάσεων για το σύστημα αυτοματισμού της πρέσας Το διάγραμμα φάσεων συνοδεύεται από αναλυτικότερη περιγραφή του περιεχομένου των φάσεων και των μεταβάσεων. Ειδικότερα, ο πίνακας του σχήματος 3.13 επεξηγεί τις εργασίες ή κινήσεις που περιλαμβάνονται σε κάθε φάση αναφέροντας τα συγκεκριμένα όργανα που ενεργοποιούνται, καθώς επίσης και τα σήματα εισόδου που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της συνθήκης για κάθε μετάβαση. Φάση Μετάβαση 1 Αναμονή, καμία κίνηση 1/2 Ταυτόχρονη ενεργοποίηση του δεξιού και του αριστερού χειροδιακόπτη S1 και S2 2 Κάθοδος εμβόλου, ενεργοποίηση πηνίου ΚΘ μέσω της εντολής Κ1 2/3 2/4 Ενεργοποίηση του διακόπτη στην κάτω θέση του εμβόλου S4

31 3 Θέρμανση, ενεργοποίηση πηνίου Η μέσω της εντολής Κ3 4 Αναμονή για χρονικό διάστημα 20 δευτερολέπτων, καμιά κίνηση 5 Άνοδος εμβόλου, ενεργοποίηση πηνίου ΑΝ μέσω της εντολής Κ2 3/5 Μετρούμενη θερμοκρασία TMP μεγαλύτερη ή ίση από 70 βαθμούς Κελσίου 4/5 Χρόνος αναμονής από την αρχή της συμπίεσης ίσος με 20 δευτερόλεπτα 5/1 Ενεργοποίηση του διακόπτη στην άνω θέση του εμβόλου S3 Σχήμα 3.13: Περιγραφή φάσεων και μεταβάσεων του διαγράμματος GRAFCET 3.5 Συνδεσμολογία και προγραμματισμός του ΠΛΕ Ανεξάρτητα από τη μορφή στην οποία αποτυπώνεται (γραφική μορφή ή λίστα εντολών), το πρόγραμμα του ΠΛΕ πρέπει απαραίτητα να συνοδεύεται από αναλυτική κατάσταση που να περιγράφει όλες τις χρησιμοποιούμενες μεταβλητές. Αυτή κατάσταση σχηματίζεται ταυτόχρονα με την ανάπτυξη του κώδικα και αποτυπώνει την επιλογή των πλέον κατάλληλων μονάδων εισόδου, εξόδου, μνήμης και επεξεργασίας που ο ΠΛΕ διαθέτει, για να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις του συστήματος αυτοματισμού. Ο πίνακας του σχήματος 3.14 παρουσιάζει ένα παράδειγμα κατάστασης μεταβλητών για έναν υποθετικό ΠΛΕ, που θα εξυπηρετήσει την αυτοματοποιημένη λειτουργία της πρέσας συγκόλλησης. Η πρώτη στήλη του πίνακα αναφέρει την ονομασία της παραμέτρου, όπως αυτή χρησιμοποιείται κατά τον προγραμματισμό του ελεγκτή (π.χ. Ι1.2). Η δεύτερη στήλη αναφέρει το συμβολικό όνομα του εξωτερικού σήματος που αντιστοιχεί (εφόσον υπάρχει) σε αυτήν την παράμετρο (π.χ. S2). Η τρίτη στήλη αναφέρει τα ειδικότερα χαρακτηριστικά της παραμέτρου και επιπρόσθετα τη σύνδεση της παραμέτρου με μια μονάδα (κάρτα) εισόδων ή εξόδων. Στο συγκεκριμένο παράδειγμα του σχήματος 3.14 οι είσοδοι που αντιστοιχούν στους διακόπτες S1, S2, S3 και S4 φιλοξενούνται στην κάρτα εισόδων που καταλαμβάνει τη θέση με αριθμό 1 στο σύστημα επέκτασης του ΠΛΕ. Η κάρτα αυτή αντιλαμβάνεται τις λογικές στάθμες Αληθής ή Ψευδής με ηλεκτρική τάση 0 ή 12 V αντίστοιχα. Η αναλογική είσοδος της θερμοκρασίας υποστηρίζεται από διαφορετική κάρτα (αναλογικών εσόδων), εγκατεστημένη στη θέση με αριθμό 4. Όπως αναφέρεται στον πίνακα, αυτή η μονάδα εισόδου δέχεται τάσεις στην περιοχή 0 έως 10 V και τις μετατρέπει σε δυαδικές λέξεις των οκτώ bit, δηλαδή σε ψηφιακές τιμές 0 έως 255. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το όργανο θερμοκρασίας αρχίζει να μετρά από τους 20 βαθμούς, με βήμα 0,1 V ανά βαθμό και συνολικό εύρος 200 βαθμούς. Επομένως οι 70 βαθμοί αντιστοιχούν σε τιμή της τάσης (70-20)Χ 0,05 = 2,5 V. Η δεκαδική τιμή που αντιστοιχεί είναι 255Χ2,5/10=64.

32 Οι έξοδοι Κ1 και Κ2 χρησιμοποιούν μια κάρτα εγκατεστημένη στη δεύτερη θέση. Η κάρτα αυτή παράγει σήματα τάσης 0 ή 24 V και μπορεί να παράσχει στα πηνία των υδραυλικών βαλβίδων το αναγκαίο ρεύμα (στον πίνακα εκτιμάται σε 250 ma). Η έξοδος Κ3, λόγω της χαμηλότερης απαίτησης του ηλεκτρονόμου σε ρεύμα, μπορεί να χρησιμοποιήσει μια ξεχωριστή κάρτα εξόδων μικρότερης ισχύος, τοποθετημένη στην 3η θέση. Μνήμη Σήμα Είδος Περιοχή λειτουργίας / μονάδα I1.1 S1 Λογική είσοδος 0 ή 12 V (κάρτα εισόδων #1) I1.2 S2 Λογική είσοδος 0 ή 12 V (κάρτα εισόδων #1) I1.3 S3 Λογική είσοδος 0 ή 12 V (κάρτα εισόδων #1) I1.4 S4 Λογική είσοδος 0 ή 12 V (κάρτα εισόδων #1) DW4.2 TMP Αναλογική είσοδος 0 έως 255 (οκτώ bit σε δυαδική απεικόνιση), αντιστοιχεί σε τάσεις εισόδου 0-10 V (κάρτα αναλογικών εισόδων #4) Q2.1 K1 Λογική έξοδος 0 ή 24 V, 250 ma (κάρτα εξόδων #2) Q2.2 K2 Λογική έξοδος 0 ή 24 V, 250 ma(κάρτα εξόδων #2) Q3.1 K3 Λογική έξοδος 0 ή 24 V, 100 ma(κάρτα εξόδων #3) Τ1 - Χρονικό 0 έως 100 sec Σχήμα 3.14: Κατάσταση μεταβλητών του προγράμματος της πρέσας Οι μεταβλητές αυτές χρησιμοποιούνται στο παρακάτω κώδικα προγράμματος για ΠΛΕ A A A I1.1 αριστερός χειροδιακόπτης I1.2 δεξιός χειροδιακόπτης I1.3 έμβολο στην άνω θέση

33 S Q2.1 κάθοδος του εμβόλου A S I1.4 έμβολο στην κάτω θέση Q3.1 θέρμανση Α I1.4 έμβολο στην κάτω θέση KT 20S φόρτωση χρόνου αναμονής 20 second SD Τ1 διέγερση της χρονικής λειτουργίας Τ L T1 εκπνοή της χρονικής διάρκειας S R Q2.2 άνοδος του εμβόλου Q3.1 διακοπή της θέρμανσης L DW4.2 ανάκτηση της θερμοκρασίας L KD64 φόρτωση δεκαδικής τιμής 64 >=? σύγκριση S R Q2.2 άνοδος του εμβόλου Q3.1 διακοπή της θέρμανσης A R I1.3 έμβολο στην άνω θέση Q2.2 διακοπή της ανόδου του εμβόλου