ιαχείριση και έλεγχος Programmable Logic Controller (PLC) µέσω Ethernet/Internet

Transcript

1 Ειδική Επιστηµονική Εργασία ιαχείριση και έλεγχος Programmable Logic Controller (PLC) µέσω Ethernet/Internet Χριστόπουλος Κωνσταντίνος Α.Μ. 82 Επιβλέπων: Ε. Ζυγούρης Αναπληρωτής Καθηγητής

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ PLC: Ορισµός και πεδίο εφαρµογής Πλεονεκτήµατα του PLC...3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 - PLCs ΥΛΙΚΟ Από τι αποτελείται ένα PLC οµή και µονάδες του S Χαρακτηριστικά της CPU 313C...13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 - PLCs ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ PLC S7-300 δοµή προγράµµατος Τύποι διαθέσιµων BLOCK PLC S7-300 Προγραµµατισµός Στάδια δηµιουργίας ενός Project ιευθυνσιοδότηση εισόδων/ εξόδων Γλώσσα προγραµµατισµού...42 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ S7-CPs for Industrial Ethernet υνατότητες επικοινωνίας Έλεγχος θερµοκρασίας-υγρασίας µε PID Αισθητήρες θερµοκρασίας- υγρασίας Μέθοδοι χειρισµού του αισθητήρα Ακροδέκτες σύνδεσης Αναλογικός κινητήρας SSB i

3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΜΕΣΩ LabVIEW NI OPC SERVER Χρήση του NI OPC Server για επικοινωνία του LabVIEW µε το PLC S Επικοινωνία του LabVIEW µε το PLC S DSC(Datalogging and Supervisory Control) module ιαχείριση αποτελεσµάτων...94 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Αποτελέσµατα- Συµπεράσµατα Εργαλεία για την υλοποίηση της εργασίας Εφαρµογές. 103 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ..105 ii

4 Περίληψη Ο στόχος της παρούσας διπλωµατικής εργασίας είναι ο έλεγχος και αποκατάσταση της θερµοκρασίας και της υγρασίας από απόσταση σε ένα χώρο ο οποίος απαιτεί συγκεκριµένες τιµές των δύο παραπάνω µεγεθών. Ένας τέτοιος χώρος µπορεί να είναι µια αίθουσα χειρουργείου ή µια µονάδα εντατικής θεραπείας. Ανάλογα µε τις επιθυµητές θερµοκρασίες που έχουν τεθεί, ενεργοποιούνται οι βάνες του θερµαντικού ή του ψυκτικού στοιχείου. Όταν η υγρασία του χώρου είναι κατώτερη της επιθυµητής, ενεργοποιείται η τρίοδος βάνα ατµού. Όταν η υγρασία του χώρου είναι υψηλότερη της επιθυµητής ενεργοποιείται η τρίοδος βάνα του ψυκτικού στοιχείου για επιπλέον ψύξη (αφύγρανση) και παράλληλα, αν χρειαστεί ενεργοποιεί και την τρίοδο βάνα του θερµαντικού στοιχείου για να διατηρήσει τη θερµοκρασία του χώρου στα επιθυµητά επίπεδα. Όλα αυτά υλοποιούνται µε τη βοήθεια του PLC S7 300 όσο αφορά το λειτουργικό µέρος, της µονάδας CP Lean για την επικοινωνία της εγκατάστασης από απόσταση µέσω ethernet, το LabVIEW 9.0 για την υλοποίηση του SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) και τέλος ο OPC SERVER της National instrument για την επικοινωνία του PLC S7 300 µε το LabVIEW 9.0. iii

5 Abstract The scope of this thesis is the control and restoration of temperature and humidity from distance in environments which demand precise values of these two measurements. Such an environment can be an Operating Room or an Intensive Care Unit. The valves of the heating or the cooling element are activated according to the desired temperature. When room humidity is below the desired one, the dew three-port valve is activated. On the other hand when humidity is above the desired level the three-port valve of the cooling element is activated for further cooling (dehydration) and at the same time, if needed, it activates the three-port valve of the heating element to maintain the room temperature at the desired level. This is possible with the use of PLC S7 300, when it comes to the functional part, the CP Lean unit for the distant communication of the installation through the use of Ethernet, the LabVIEW 9.0 for the implementation of the SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) and the OPC SERVER of the National Instrument for the communication of the PLC S7 300 with LabVIEW 9.0. iv

6 v

7 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή 1.1 PLC: Ορισµός και πεδίο εφαρµογής Τα PLCs (Programmable Logic Controllers) είναι οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές της βιοµηχανίας. Ο όρος προγραµµατιζόµενος λογικός ελεγκτής προκύπτει από τον αγγλικό όρο programmable logic controller και ορισµός του είναι ο ακόλουθος: «είναι ένα ψηφιακό ηλεκτρονικό σύστηµα, σχεδιασµένο για χρήση σε βιοµηχανικό περιβάλλον, το οποίο χρησιµοποιεί µια προγραµµατιζόµενη µνήµη για την αποθήκευση εντολών, ώστε να επιτελούνται διάφορες λειτουργίες, όπως λογικές, χρονικές, µετρητικές και αριθµητικές πράξεις και να ελέγχονται µέσω αναλογικών/ψηφιακών µονάδων, διάφορες µηχανές ή διαδικασίες»

8 2 Κεφάλαιο 1, Εισαγωγή Τα PLCs χρησιµοποιήθηκαν για πρώτη φορά στις αρχές της δεκαετίας του 60, µε σκοπό να αποτελέσουν µία πιο οικονοµική, ευέλικτη και αξιόπιστη λύση, για τα πολύπλοκα συστήµατα ελέγχου και προστασίας, που βασίζονταν µέχρι τότε σε ηλεκτροµηχανικούς ηλεκτρονόµους (relays). Τα µειονεκτήµατα των συστηµάτων relays ήταν πολλά. Τα relays, ως ηλεκτροµηχανικές συσκευές έχουν περιορισµένη διάρκεια ζωής, απαιτούν µεγάλη κατανάλωση ενέργειας για την λειτουργία τους και ευθύνονται για σηµαντικό ηλεκτρικό θόρυβο. Κατά δεύτερο λόγο, η εύρεση και η διόρθωση βλαβών σε συστήµατα µε πολλά relays, είναι µια επίπονη διαδικασία. Οι µικρές διαστάσεις των PLCs, η ταχύτητα και η ευκολία στον προγραµµατισµό τους, αλλά και η µεγάλη διάρκεια ζωής τους, αποτέλεσαν τις αιτίες για να διαδοθούν ταχύτατα και να παράγονται από µεγάλο αριθµό εταιρειών. Το βασικό τους πλεονέκτηµα είναι πως οι οποιεσδήποτε αλλαγές στον τρόπο ελέγχου, γίνονται αλλάζοντας µόνο το πρόγραµµα στη µνήµη του προγραµµατιζόµενου ελεγκτή, χωρίς να χρειαστεί να αλλάξει η συνδεσµολογία του, όπως συµβαίνει στον έλεγχο µε ηλεκτρονόµους, όπου οποιαδήποτε αλλαγή είναι πολύ δύσκολη και χρονοβόρα. Στις αρχές της δεκαετίας του 70, άρχισαν να αναπτύσσονται συστήµατα επικοινωνίας και δικτύωσης των PLCs µεταξύ τους. Το πρώτο σύστηµα επικοινωνίας PLC ήταν το Modbus της Modicon, µε το οποίο αποµακρυσµένα PLCs µπορούσαν να επικοινωνούν µε το ελεγχόµενο σύστηµα. Ανάλογα πρωτόκολλα επικοινωνίας (proprietary), αναπτύχθηκαν και από άλλες εταιρίες, ήταν όµως ασύµβατα µεταξύ τους. Τη δεκαετία του 80, έγινε µια προσπάθεια να χρησιµοποιηθούν κάποια κοινά πρότυπα (standards) για τα πρωτόκολλα επικοινωνίας των δικτύων PLC, τα οποία θα εξασφάλιζαν τη µεταξύ τους συµβατότητα. Εκείνη την εποχή, έγινε επίσης προσπάθεια να µειωθεί το µέγεθος των PLC s και να αναπτυχθεί το λογισµικό που θα έκανε εφικτό τον προγραµµατισµό τους από προσωπικό υπολογιστή και όχι από τερµατικά σχεδιασµένα αποκλειστικά για τον προγραµµατισµό των PLC s. Από κατασκευαστικής απόψεως, ένα PLC αποτελείται από έναν µικροελεγκτή (αποτελούµενο βασικά από µια κεντρική µονάδα επεξεργασίας (CPU), από περιοχές µνήµης και από κατάλληλα κυκλώµατα για τη λήψη και αποστολή σηµάτων εισόδου και εξόδου), ο οποίος

9 1.1 PLC: Ορισµός και πεδίο εφαµογής 3 επιτρέπει την εισαγωγή και αποθήκευση εντολών από τον χρήστη, οι οποίες ελέγχουν διάφορες παραγωγικές διαδικασίες. Οι εντολές αυτές δίνονται σε ηλεκτρονόµους ή διακόπτες, που µε τη σειρά τους διεγείρουν ή δέχονται τις αποκρίσεις των ελεγχόµενων ηλεκτροµηχανικών συσκευών. Ο αριθµός των ψηφιακών εξόδων και εισόδων ενός PLC, καθορίζεται µε βάση τις ανάγκες του αυτοµατισµού. Ένα από τα σηµαντικότερα πλεονεκτήµατα των PLC s, είναι η ευκολία µε την οποία µπορούν να αλλάζουν τη συµπεριφορά τους. Αν για παράδειγµα, κάποιο PLC έχει ρυθµιστεί για να θέτει εντός και εκτός λειτουργίας κάποιον ηλεκτρονόµο µε τη χρήση δύο κουµπιών, εύκολα µπορεί να κάνει το ίδιο και µε ένα - αρκεί µια µικρή επέµβαση στο λογισµικό του. Είναι προφανής ο λόγος που οι συσκευές αυτές έχουν αντικαταστήσει πολύπλοκα συστήµατα αυτοµατισµών. Οι χρήσεις τους είναι πολλές και ποικίλες. Αρχικά, σχεδιάστηκαν για να αντικαταστήσουν τα κλασικά πεδία (πίνακες) µε ηλεκτρονόµους, για τον έλεγχο διαφόρων µηχανηµάτων και συστηµάτων. Αργότερα, λόγω των δυνατοτήτων προγραµµατισµού τους και της µεγάλης ποικιλίας εξωτερικών συµπληρωµατικών µονάδων (π.χ. εισόδων/εξόδων), η χρήση τους εξαπλώθηκε σε πολύ πιο σύνθετες εφαρµογές, όπως ο έλεγχος και η παρακολούθηση παραγωγικών διαδικασιών σε πραγµατικό χρόνο, ενώ χρησιµοποιήθηκαν και ως ελεγκτές κλειστού βρόχου PID, PD ή PI. Με τη χρήση των PLCs το ηλεκτρικό κύκλωµα ελέγχου των µηχανών απλοποιείται, γίνεται πιο έξυπνο, πιο ευέλικτο σε µετατροπές, πιο αξιόπιστο στη λειτουργία. Η καλωδίωση του κυκλώµατος ελέγχου µπαίνει όλη σχεδόν στο πρόγραµµα του PLC. 1.2 Πλεονεκτήµατα του PLC Το κόστος των PLCs επιτρέπει σήµερα και στο πιο απλό µηχάνηµα, που έχει κάποιον ηλεκτρικό έλεγχο να το χρησιµοποιεί. Είναι συσκευές γενικής χρήσης, δεν είναι κατασκευασµένοι για ένα συγκεκριµένο είδος παραγωγής.

10 4 Κεφάλαιο 1, Εισαγωγή Με τη χρήση τους δεν µας ενδιαφέρει ο αριθµός των επαφών, χρονικών, απαριθµητών κλπ που θα χρησιµοποιηθούν µιας και αποτελούν στοιχεία µνήµης της CPU και όχι φυσικές οντότητες. Το PLC διαθέτει τέτοιες δυνατότητες, που µπορεί να χρησιµοποιηθεί για οποιοδήποτε µηχάνηµα. Ο προγραµµατισµός του είναι σχετικά εύκολος. Μπορούµε να αλλάξουµε τη διαδικασία στη λειτουργία ενός µηχανήµατος, που ελέγχεται από PLC διαφοροποιώντας το πρόγραµµα του και δεν είναι ανάγκη να αλλάξουµε ηλεκτρικά µέσα και καλωδίωση. Η χρήση του PLC στο κύκλωµα ελέγχου φέρνει και πιο χαµηλή κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Είναι εύκολη η διασύνδεση µεταξύ τους για ανταλλαγή πληροφοριών, ο τηλεχειρισµός και η τηλεποπτεία, ο εξ αποστάσεως προγραµµατισµός τους και η σύνδεση τους στο internet. Γενικά η παραγωγικότητα των µηχανηµάτων µε τη χρήση του PLC αυξάνεται, οι βλάβες και τα σταµατήµατα µειώνονται, η αυτοµατοποίηση γίνεται εύκολη.

11 Κεφάλαιο 2 PLCs- Υλικό 2.1 Από τι αποτελείται ένα PLC Ένα PLC αποτελείται από τα ακόλουθα µέρη, Σχήµα 2.1: Την κεντρική µονάδα επεξεργασίας ( Central Processing Unit, CPU ). Την µονάδα εισόδου ( Input Module ). Την µονάδα εξόδου ( Output Module ).

12 6 Κεφάλαιο 2, PLC- Υλικό Σχήµα 2.1. Μπλόκ διάγραµµα ενός PLC. Τα βασικά τεχνικά χαρακτηριστικά ενός PLC είναι: Ο αριθµός των εισόδων. Ο αριθµός των εξόδων. Η τάση εισόδου ( συνήθως 24ν DC ). Ο τύπος των εξόδων (Relay Transistor, Triac). Ο αριθµός των αναλογικών εισόδων και εξόδων, (αν υπάρχουν). Η τάση τροφοδοσίας (συνήθως κυµαίνεται από 100 µέχρι 240ν AC). 2.2 οµή και µονάδες του S7 300 Οι µονάδες από τις οποίες µπορεί να αποτελείται το S7 300 που χρησιµοποιείται στην εφαρµογή µας, Σχήµα 2.2, περιγράφονται παρακάτω: Το πλαίσιο στήριξης (Rack). Τροφοδοτικό PS (Power Supply). Κεντρική µονάδα επεξεργασίας CPU (Central Processing Unit). Σχήµα 2.2. Mονάδα CPU 313c.

13 2.2 οµή και µονάδες του S Κάρτες Εισόδων / Εξόδων (ψηφιακές ή αναλογικές). Μονάδες ειδικών λειτουργιών FM (Function Module). Επεξεργαστής επικοινωνίας CP. Κάρτα διασύνδεσης των Rack Interface Module IM. Καλώδιο Profibus δικτύου µε τους Bus Connector. Το πλαίσιο στήριξης (Rack) Σχήµα 2.3. Πλαίσιο στήριξης. Ο ρόλος του είναι να στηρίζει απλά τις διάφορες κάρτες που θα συνδέσουν το σύστηµα αυτοµατισµού. Η επικοινωνία µεταξύ καρτών και γίνεται µε ένα συνδετήρα σχήµατος Π στο πίσω µέρος των καρτών. Στο Rack, Σχήµα 2.3, υπάρχει συγκεκριµένη σειρά που πρέπει να τοποθετείται ο εξοπλισµός. Στην πρώτη θέση κουµπώνουµε την κάρτα του τροφοδοτικού, στη δεύτερη θέση τοποθετούµε την CPU, την τρίτη θέση είτε χρησιµοποιούµε είτε όχι κάρτα διασύνδεσης των Rack (IM) πρέπει να την διαθέσουµε γι αυτήν, από την τέταρτη θέση και πέρα πάνω στο Rack συνδέονται τα υπόλοιπα στοιχεία. Στην συγκεκριµένη εφαρµογή στη τέταρτη θέση πάει η κάρτα δικτύου CP. Τα παραπάνω ισχύουν για το αρχικό Rack (Rack 0), στα Rack επέκτασης ξεκινάµε από την τρίτη θέση η οποία είναι αφιερωµένη για την κάρτα διασύνδεσης. Κάθε Rack εκτός από τα σταθερά που έχει (τροφοδοτικό, CPU, κάρτα διασύνδεσης) µπορεί να πάρει άλλες οκτώ κάρτες. Στο S7 300 µπορούν να τοποθετηθούν ένα κεντρικό Rack (οπού βρίσκεται και η CPU) και έως τρία πλαίσια στήριξης (Rack) επέκτασης, αποµακρυσµένα µεταξύ τους το πολύ δέκα µέτρα.

14 8 Κεφάλαιο 2, PLC- Υλικό Τροφοδοτικό PS (Power Supply) Σχήµα 2.4. Τροφοδοτικό PS. Μετατρέπει την τάση του δικτύου τροφοδοσίας στην κατάλληλη τάση λειτουργίας του PLC. Για το S7 300 η τάση λειτουργίας είναι 24 V DC, Σχήµα 2.4. Κεντρική µονάδα επεξεργασίας CPU Σχήµα 2.5. Κεντρική µονάδα επεξεργασίας. Η κεντρική µονάδα επεξεργασίας CPU (Central Processing Unit), Σχήµα 2.5, είναι ταυτόχρονα ο εγκέφαλος και η κινητήριος δύναµη ενός PLC. Η κεντρική µονάδα επεξεργασίας πραγµατοποιεί πολλαπλές βασικές λειτουργίες: ιάβασµα, ερµηνεία και εκτέλεση, µε τη σωστή διαδοχή, των οδηγιών που περιέχονται στη µνήµη.

15 2.2 οµή και µονάδες του S Έλεγχο του πρωτοκόλλου επικοινωνίας που έχουµε καθορίσει στο σύστηµά µας. Αποθήκευση των πληροφοριών. Εκτέλεση αριθµητικών πράξεων. Κατά µια άποψη, εάν συγκρίνουµε τη CPU µε την καλωδιωµένη λογική, τότε η CPU είναι το στοιχείο εκείνο το οποίο πραγµατοποιεί τις καλωδιώσεις οι οποίες ζητούνται από τον κύκλο εργασίας της µηχανής ή της εγκατάστασης. Σε αντίθεση όµως από την καλωδιωµένη λογική της οποίας η λειτουργία είναι «παράλληλη», το PLC εκτελεί τις λειτουργίες του µε «σειριακό» τρόπο. Για το λόγο αυτό στα PLC είναι χαρακτηριστική η ταχύτητα λειτουργίας των κυκλωµάτων. Εσωτερικά, η CPU περιέχει: Tον µικροεπεξεργαστή Αυτός εκτελεί τις εντολές των προγραµµάτων που έχει αποθηκευµένες η µνήµη, καθορίζει τη σειρά εκτέλεσης των λειτουργιών του συστήµατος και ελέγχει για τυχόν σφάλµατα. Tη µνήµη Η µνήµη µιας CPU χωρίζεται σε πέντε κατηγορίες: Μνήµη καταχώρησης (Load Memory) Στη µνήµη αυτή αποθηκεύεται το πρόγραµµα του χρήστη, η περιγραφή του συστήµατος, καθώς και οι παράµετροι των καρτών. Στα εν εξελίξει µοντέλα σε αυτήν την περιοχή µνήµης θα αποθηκεύονται και τα χρησιµοποιούµενα σύµβολα και ο σχολιασµός του προγράµµατος, πράγµα που έως τώρα γίνεται στη συσκευή προγραµµατισµού. Η µνήµη φόρτωσης προϋπάρχει σε κάθε CPU και µπορεί να επεκταθεί µε εξωτερικές µνήµες RAM ή Flash EPROM (FEPROM).

16 10 Κεφάλαιο 2, PLC- Υλικό Στα µοντέλα S7-300 µε CPU 313C η µνήµη φόρτωσης περιέχεται σε µια Micro Memory Card (MMC). Εποµένως η φόρτωση του προγράµµατος του χρήστη και η λειτουργία της CPU είναι δυνατή µόνο εφόσον υπάρχει η MMC. Μνήµη εργασίας (Work Memory) Η µνήµη εργασίας είναι ενσωµατωµένη στη CPU και δε µπορεί να επεκταθεί. Αυτή είναι RAM υψηλής απόδοσης (ταχύτητας) και διατηρεί το περιεχόµενό της µόνο µε τη βοήθεια µπαταρίας. Αυτή επιτρέπει την επεξεργασία του κώδικα και τα µπλοκ δεδοµένων του χρήστη. Η µεταφορά των απαραίτητων στοιχείων από εξωτερική µνήµη στη µνήµη εργασίας γίνεται από το λειτουργικό σύστηµα της CPU. Στην περίπτωση που το πρόγραµµα µεταφέρεται από συσκευή προγραµµατισµού, τότε αυτό καταχωρείται στη µνήµη φόρτωσης και εργασίας ταυτόχρονα. Μνήµη συστήµατος (System memory) Και η µνήµη συστήµατος είναι ενσωµατωµένη στη CPU και δε µπορεί να επεκταθεί. Σε αυτήν περιέχονται οµαδοποιηµένες οι µεταβλητές που χρησιµοποιούµε στο πρόγραµµά µας. Η κάθε οµάδα των µεταβλητών αυτών καταλαµβάνει ένα ορισµένο χώρο το µέγεθος του οποίου εξαρτάται από τη CPU που χρησιµοποιούµε. Οι περιοχές (οµάδες) που χωρίζεται η µνήµη συστήµατος είναι: µνήµη απεικόνισης εισόδων PII Σε αυτήν την περιοχή αποθηκεύονται οι τιµές των εισόδων που διαβάζει η CPU από τις κάρτες εισόδου στην αρχή κάθε κύκλου λειτουργίας. µνήµη απεικόνισης εξόδων PIQ Σε αυτήν την περιοχή αποθηκεύεται η τιµή κάθε µιας από τις χρησιµοποιούµενες εξόδους κατά τη χρονική περίοδο του κύκλου λειτουργίας κατά την οποία εκτελείται το πρόγραµµα του χρήστη. Αυτή η περιοχή µνήµης στο τέλος του κύκλου στέλνεται για να ενηµερώσει τις κάρτες εξόδου.

17 2.2 οµή και µονάδες του S βοηθητικά Μ (Merker) Σε αυτήν την περιοχή της µνήµης αποθηκεύονται ενδιάµεσα αποτελέσµατα τα οποία έχουν υπολογιστεί κατά την εκτέλεση του προγράµµατος. Τα αποτελέσµατα αυτά µπορεί να είναι µεγέθους ενός bit πχ Μ0.0 ή µεγέθους word πχ MW4 ή double word. Επειδή ο χώρος της µνήµης είναι κοινός για όλα αυτά θα πρέπει πάντα η διευθηνσιοδότηση να γίνεται µε προσοχή ώστε να µην έχουν επικάλυψη θέσεων µνήµης. χρονικά Τα Είναι η περιοχή της µνήµης του συστήµατος όπου αποθηκεύονται οι χρόνοι των χρονικών που χρησιµοποιούµε απαριθµητές C Είναι η περιοχή της µνήµης του συστήµατος όπου αποθηκεύονται τα περιεχόµενα των απαριθµητών τοπικά βοηθητικά L Είναι η περιοχή της µνήµης του συστήµατος όπου αποθηκεύονται προσωρινά δεδοµένα ενός µπλοκ που περιέχει κώδικα (πχ ενός OB, FB, FC). Τα τοπικά βοηθητικά έχουν ισχύ για όσο τρέχει το συγκεκριµένο µπλοκ το οποίο τα περιέχει. διαγνωστικά Καταχωρούνται διάφορες ενέργειες που έχουν γίνει στο σύστηµα µε ώρα και ηµεροµηνία όπως CPU σε RUN/STOP, βραχυκυκλωµένη κάρτα αναλογικών, κλπ. ιατηρούµενη µνήµη ιατηρούµενη µνήµη είναι η µνήµη η οποία είτε η τροφοδοσία κλείσει είτε µετάβαση από STOP σε RUN γίνει αυτή θα διατηρηθεί. Τέτοιες περιοχές είναι αυτές των βοηθητικών, των χρονικών, των απαριθµητών και των περιοχών µε δεδοµένα. Η δήλωση των περιοχών που θέλουµε να διατηρηθούν γίνεται µε τη βοήθεια του προγράµµατος παραµετροποίησης και προγραµµατισµού STEP 7.

18 12 Κεφάλαιο 2, PLC- Υλικό Μνήµη ρολογιού Πολλές διαδικασίες στο PLC χρειάζονται περιοδικό σήµα. Αυτό µπορούµε να το παράγουµε µε διαφορετικούς τρόπους (π.χ. χρονικά) αλλά ο ποιο ενδεδειγµένος κι ευκολότερος είναι η χρήση της µνήµης ρολογιού. Η µνήµη αυτή έχει µήκος 8 bit που το καθένα αναβοσβήνει περιοδικά µε µια συγκεκριµένη συχνότητα Hz Hz 1 Hz 1.25 Hz 2 Hz 2.5 Hz 5 Hz 10 Hz Κάρτες Εισόδων / Εξόδων (ψηφιακές ή αναλογικές) Σχήµα 2.6. Κάρτες Εισόδων/Εξόδων. Προσαρµόζουν τα ηλεκτρικά σήµατα από το εξωτερικό περιβάλλον προς τη CPU και αντιστρόφως. Η CPU 313C έχει ενσωµατωµένες 24 ψηφιακές εισόδους και 16 ψηφιακές εξόδους, επίσης έχει 4 αναλογικές εισόδους, 2 αναλογικές εξόδους για σήµατα τάσης/ έντασης και µια επιπρόσθετη είσοδο για µέτρηση θερµοκρασίας. Μια κάρτα ψηφιακών εισόδων των 24 VDC αναγνωρίζει σα σήµα «+1» τα 24 VDC και σαν σήµα «0» τα 0 V. Στις περιπτώσεις εκείνες που υπάρχει διακύµανση στην τάση (µη σταθεροποιηµένο τροφοδοτικό) οι ψηφιακές κάρτες έχουν ανοχές. Έτσι σαν σήµα «+1» καταλαβαίνει τις τάσεις VDC και σα σήµα «0» τις τάσεις VDC. Οι αναλογικές τιµές που µπορούν να διαβάσουν οι αναλογικές είσοδοι, έξοδοι είναι 0 10 V ή ±10 V για την τάση και 0 20 ma ή 4 20 ma για την ένταση. Ένα άλλο

19 2.2 οµή και µονάδες του S µέγεθος που µας ενδιαφέρει στην επιλογή µιας κάρτας αναλογικών εισόδων είναι η διακριτική τους ικανότητα (ακρίβεια). Όσο µεγαλύτερο φάσµα αριθµών µπορεί να χρησιµοποιήσει µια αναλογική κάρτα για την µετατροπή ενός αναλογικού µεγέθους τόσο µεγαλύτερη θα είναι η ακρίβεια. Το πλήθος των δυαδικών ψηφίων που χρησιµοποιούνται για την αναπαράσταση του αναλογικού µεγέθους καθορίζει το µέγιστο αριθµό των βηµάτων µετατροπής. Συνήθως χρησιµοποιούνται 16 bits. Ένα ακόµα µεγαλύτερο πλεονέκτηµα της σειράς S7 είναι ότι µια αναλογική κάρτα εισόδων µπορεί να γίνει τάσης ή έντασης και να µεταβάλουµε την περιοχή µέτρησης της επεµβαίνοντας τόσο εξωτερικά πάνω στην ίδια τη κάρτα όσο και στο software. 2.3 Χαρακτηριστικά της CPU 313C Σχήµα 2.7. Τροφοδοτικό και CPU 313c.

20 14 Κεφάλαιο 2, PLC- Υλικό 1. Επιλογή τάσης τροφοδοσίας. 2. Θέση για κάρτα µνήµης (micro memory card) FEPROM. 3. ιακόπτη RUN P/ RUN/ STOP/ MRES. 4. Ψηφιακές κάρτες Εισόδων / Εξόδων. 5. Σύνδεση συστήµατος µε PC µέσω θύρας Multipoint Interface (MPI). 6. Αναλογικές κάρτες Εισόδων / Εξόδων. 7. Τροφοδοσία της CPU από το τροφοδοτικό µε 24 VDC. 8. Τροφοδοσία του συστήµατος µε 230 VAC. 9. ιακόπτης on/ off του τροφοδοτικού. Αντικατάσταση µιας FEPROM κάρτας µνήµης Το φόρτωµα του προγράµµατος του χρήστη και εποµένως η λειτουργία µιας CPU 31 C είναι δυνατό µόνο εφ όσον υπάρχει συνδεµένη µια MMC. Όταν βγάλουµε την MMC επιφέρει, το αυτόµατο πέρασµα της CPU σε κατάσταση STOP και ενεργοποιεί αυτόµατα την πλήρη διαγραφή της RAM µνήµης της CPU. Για την αντικατάσταση της πρέπει: Η CPU να είναι σε κατάσταση STOP. Βεβαιωνόµαστε ότι δεν είναι σε εξέλιξη εγγραφής από την προγραµµατίστρια διακόπτοντας όλες τις συνδέσεις επικοινωνίας και στη συνέχεια πατάµε το κουµπί εξαγωγής της MMC. Τοποθετούµε τη νέα MMC. Εφαρµόζουµε την διαδικασία διαγραφής του περιεχοµένου της RAM µνήµης της CPU. Όταν η διαδικασία διαγραφής ολοκληρωθεί αυτόµατα η RAM µνήµη θα πάρει το περιεχόµενο της εξωτερικής µνήµης που έχουµε συνδέσει. Οι FEPROM µνήµες έχουν διάρκεια ζωής έναν ορισµένο αριθµό εγγραφών/ διαγραφών (περίπου ).

21 2.3 Χαρακτηριστικά της CPU 313C 15 Η CPU 313C είναι εφοδιασµένη µε τα παρακάτω χαρακτηριστικά: Στην οικογένεια S7 300 η θέση της CPU στο RACK είναι προκαθορισµένη (θέση 2 αµέσως δεξιά από το τροφοδοτικό). Ο µικροεπεξεργαστής της CPU 313C έχει ταχύτητα επεξεργασίας 100 µε 200 ns per binary instruction. Επίσης έχει µνήµη 64 KB υψηλής ταχύτητας RAM (ίση µε 21 KΒ instructions). Η SIMATIC Micro Memory Card (max 8 MB) ως µνήµη φόρτωσης για το πρόγραµµα επιτρέπει στο project να αποθηκευτεί και στη CPU (πλήρως µε σύµβολα και σχόλια). Ο µέγιστος αριθµός των καρτών επέκτασης που µπορεί να πάρει η 313C είναι 31 modules. MPI (multi-point interface). Η θύρα διασύνδεσης MPI µπορεί να καλύψει έως και 8 συνδέσεις ταυτόχρονα µε S7-300/400 ή µε συσκευές προγραµµατισµού, PC, OP. Ανάµεσα αυτών των συνδέσεων µια είναι πάντα διαθέσιµη για τον προγραµµατισµό των συσκευών και άλλη για OPs. Με την MPI θύρα είναι δυνατό να υποστηρίξει ένα απλό network αποτελούµενο από 16 CPUs µέσω global data communication.

22 16 Κεφάλαιο 2, PLC- Υλικό

23 Κεφάλαιο 3 PLC- Λογισµικό 3.1 PLC S7-300 δοµή προγράµµατος Κατά τη φάση του σχεδιασµού ενός project, µία από τις πρώτες ενέργειες είναι να αποφασιστεί ο τρόπος δόµησης του προγράµµατος, δηλαδή, τι block θα περιέχει και πώς θα συνδέονται αυτά µεταξύ τους. Κάθε CPU περιλαµβάνει δύο προγράµµατα ανεξάρτητα το ένα από το άλλο: Λειτουργικό σύστηµα Το λειτουργικό σύστηµα είναι το σύνολο των ορισµών και εντολών που ελέγχουν τους πόρους του συστήµατος. Είναι αυτό που ενηµερώνει το ρολόι του πραγµατικού χρόνου στη CPU, που ελέγχει την κατάσταση του διακόπτη της CPU (RUN, STOP κλπ), ελέγχει την ενεργοποίηση των led στη CPU και ρυθµίζει τις επικοινωνίες µέσα από το

24 18 Κεφάλαιο 3, PLC- Λογισµικό MPI Interface. Στο λειτουργικό σύστηµα δε γίνονται µεταβολές αλλά είναι δυνατή η ανάγνωση ή η χρήση ορισµένων αποτελεσµάτων αυτού. Πρόγραµµα εφαρµογής Το πρόγραµµα εφαρµογής είναι το σύνολο των εντολών και ορισµών που χρειάζεται το PLC για τον έλεγχο της εγκατάστασης. Αυτό µπορεί να περιέχει block λογικής (εντολές) και block δεδοµένων (όπου καταχωρούνται λίστες µε αριθµούς). Επίσης υπάρχουν και έτοιµα block τα οποία περιέχουν λειτουργίες από πριν ορισµένες και καταχωρηµένες στο λειτουργικό σύστηµα του PLC. Στο πρόγραµµά του ο χρήστης καλεί αυτά τα block σε οποιοδήποτε σηµείο τα χρειαστεί, δίνοντας τους κάποιες παραµέτρους και λαµβάνει τα αποτελέσµατα, χωρίς να ενδιαφέρει το πώς παρήχθησαν. Ανάλογα µε τον τρόπο που χτίζεται ένα πρόγραµµα υπάρχουν τρία διαφορετικά είδη δόµησης. ΓΡΑΜΜΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ OB1 ΟΛΕΣ ΟΙ ΕΝΤΟΛΕΣ ΒΡΙΣΚΟΝΤΑΙ ΣΕ ΕΝΑ BLOCK. TO BLOCK ΑΥΤΟ ΕΙΝΑΙ ΥΠΟΧΡΕΩΤΙΚΑ ΤΟ ΟΒ1 ΤΟ ΟΠΟΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΑ ΚΑΛΕΙΤΑΙ ΑΠΟ ΤΗ CPU ΣΕ ΚΑΘΕ ΚΥΚΛΟ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Σχήµα 3.1. Γραµµικό πρόγραµµα. Όλο το πρόγραµµα του χρήστη βρίσκεται σε ένα συνεχόµενο µπλοκ. Η CPU επεξεργάζεται τις εντολές τη µία µετά την άλλη µέχρι το τέλος του µπλοκ και η διαδικασία αρχίζει πάλι από την αρχή. Έχει το πλεονέκτηµα ότι εύκολα και γρήγορα αρχίζει κάποιος τη φάση του προγραµµατισµού. Έχει το µειονέκτηµα ότι σε µεγάλα προγράµµατα είναι δύσκολο να εντοπίσουµε που γίνεται µια συγκεκριµένη εργασία.

25 3.1 PLC S7-300 δοµή προγράµµατος 19 ΤΜΗΜΑΤΟΠΟΙΗΜΕΝΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ OB1 ΣΤΟ ΟΒ1 ΓΡΑΦΟΥΜΕ ΤΟΝ ΤΡΟΠΟ ΚΑΙ ΤΗ ΣΕΙΡΑ ΚΑΛΕΣΜΑΤΟΣ ΤΩΝ ΙΑΦΟΡΩΝ BLOCK ΠΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΜΕ. ΣΕ ΚΑΘΕ ΕΝΑ ΑΠΟ ΑΥΤΑ ΤΑ BLOCK ΑΝΑΘΕΤΟΥΜΕ ΜΙΑ ΣΥΓΚΕΚΡΙΜΕΝΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ FB1 FB2 FC1.. Σχήµα 3.2. οµή τµηµατοποιηµένου προγράµµατος. Εδώ το πρόγραµµα χωρίζεται σε µπλοκ όπου κάθε ένα από αυτά υλοποιεί µια συγκεκριµένη εργασία. Για τη σωστή λειτουργία τους καθώς και τη σωστή σειρά εκτέλεσής τους φροντίζει ένα ειδικό µπλοκ το οποίο λέγεται µπλοκ οργάνωσης (ΟΒ1). ΟΜΗΜΕΝΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ OB1 ΕΙΝΑΙ Η ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΟΠΟΥ ΕΠΑΝΑΛΑΜΒΑΝΟΜΕΝΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΚΑΤΑΧΩΡΟΥΝΤΑΙ ΣΕ ΑΤΟΜΙΚΑ BLOCK ΚΑΘΕ ΦΟΡΑ ΠΟΥ ΧΡΕΙΑΖΟΜΑΣΤΕ ΤΗΝ ΣΥΓΚΕΚΡΙΜΕΝΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΑΠΟ ΤΟ ΟΒ1 ΚΑΛΕΙΤΑΙ ΑΥΤΟ ΤΟ ΣΥΓΚΕΚΡΙΜΕΝΟ BLOCK ΣΤΟ ΟΠΟΙΟ ΠΡΟΣ Ι ΟΝΤΑΙ ΙΑΦΟΡΕΤΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ FB.. FC.. Σχήµα 3.3. οµή δοµηµένου προγράµµατος.

26 20 Κεφάλαιο 3, PLC- Λογισµικό Ένα δοµηµένο πρόγραµµα περιλαµβάνει οπωσδήποτε µπλοκ µε παραµέτρους. Αυτά τα µπλοκ είναι σχεδιασµένα έτσι ώστε να µπορούν να είναι γενικής χρήσης. Όταν καλείται ένα τέτοιο µπλοκ του δίνουµε τις τρέχουσες παραµέτρους για µια διαδικασία (διευθύνσεις εισόδων, εξόδων, χρονικά κλπ). Ο δοµηµένος προγραµµατισµός µας προσφέρει πολλά προτερήµατα: Εξοικονόµηση µνήµης (δεν επαναλαµβάνουµε το γράψιµο ίδιων προγραµµάτων) Οποιαδήποτε αλλαγή στη λογική του αυτοµατισµού την περνάµε µια φορά στο πρόγραµµα και αυτόµατα γίνεται η διόρθωση της λειτουργίας οπού χρειάζεται (εξοικονόµηση χρόνου και ελαχιστοποίηση της πιθανότητας σφάλµατος). 3.2 Τύποι διαθέσιµων BLOCK Για το χτίσιµο της εφαρµογής µας έχουµε στη διάθεση µας διαφορετικά είδη block προγραµµατισµού. Το τι θα χρησιµοποιήσουµε και πως είναι τις περισσότερες φορές υποκειµενική υπόθεση και εξαρτάται από την εφαρµογή που έχουµε να προγραµµατίσουµε. Οι διάφοροι τύποι των διαθέσιµων µπλοκ είναι: OB (Organization Block) Αυτά έχουν το ρόλο του διαµεσολαβητή µεταξύ του λειτουργικού συστήµατος και του προγράµµατος του χρήστη. Κατά την εκδήλωση κάποιων ειδικών γεγονότων, όπως για παράδειγµα µιας χρονικής διακοπής, µιας διακοπής τροφοδοσίας κλπ, το λειτουργικό σύστηµα της CPU καλεί το αντίστοιχο block οργάνωσης. Ένα από τα διάφορα block οργάνωσης και πιο σηµαντικό είναι το ΟΒ1. Αυτό είναι ένα block το οποίο η CPU καλεί αυτόµατα και το εκτελεί συνεχώς κυκλικά. Μέσα σε αυτό το block βρίσκεται το κυρίως πρόγραµµα του χρήστη. Ένα άλλο σηµαντικό µπλοκ είναι το OB100, το οποίο εκτελείται µόνο µια φορά, µετά την παροχή τάσης, στο σύστηµα και πριν την συνεχόµενη κυκλική επεξεργασία του OB1. Στο παρακάτω Σχήµα 3.3 διακρίνεται η επεξεργασία που κάνει κυκλικά η CPU σε ένα πρόγραµµα.

27 3.2 Τύποι διαθέσιµων BLOCK 21 Block εκκίνησης (OB 100) Εκτελείται µια φορά µε τη παροχή τάσης Έναρξη της επιτήρησης του χρόνου κύκλου ιάβασµα των σηµάτων από τις κάρτες εισόδου και καταχώρησή τους στο process image (PII) Εκτέλεση του προγράµµατος στο OB 1 (κυκλική εκτέλεση) Γεγονότα (διακοπές time-of-day, hardware κλπ) Κλήση άλλων OB, FB, FC κλπ. Αποθήκευση στο πίνακα εξόδου (PIQ) Στην κάρτα εξόδων Κύκλος CPU Σχήµα 3.3. Κυκλική επεξεργασία προγράµµατος µιας CPU. Στη συνέχεια θα εξηγήσουµε πως επεξεργάζεται κυκλικά η CPU τα προγράµµατα της, Σχήµα 3.3. Όταν τροφοδοτούµε το σύστηµα µε τάση, ο επεξεργαστής ελέγχει ένα υπάρχον δηµιουργηµένο OB100. Εάν υπάρχει, εκτελεί τις εντολές που υπάρχουν σ αυτό και ξεκινά την κυκλική επεξεργασία. Στην αρχή διαβάζονται τα σήµατα από τις κάρτες εισόδων και εξόδων και η κατάσταση τους αποθηκεύεται στη µνήµη απεικόνισης εισόδων (PII). Με βάση τις τιµές στο PII εκτελείται το πρόγραµµα και παράγονται οι τιµές εξόδων, οι οποίες δεν εκτελούνται άµεσα, αλλά αποθηκεύονται προσωρινά στην µνήµη απεικόνισης εξόδων (PIQ). Όταν ολοκληρωθεί η εκτέλεση του προγράµµατος, οι τιµές που βρίσκονται αποθηκεµένες στο PIQ µεταφέρονται για υλοποίηση στις κάρτες εξόδων. Μετά την ενέργεια αυτή αρχίζει και πάλι ο κύκλος σάρωσης από την αρχή. Στον παρακάτω πίνακα δίνονται όλα τα διαθέσιµα block οργάνωσης SIMATIC S7, το καθένα µαζί µε την προτεραιότητά του.

28 22 Κεφάλαιο 3, PLC- Λογισµικό Σχήµα 3.4: Πίνακας προτεραιότητας και ιδιοτήτων των ΟΒ (Organization Block)

29 3.2 Τύποι διαθέσιµων BLOCK 23 FC (Functions) Οι συναρτήσεις είναι block τα οποία προγραµµατίζονται από το χρήστη. Τα FC είναι block κώδικα «στερούµενου µνήµης». Οι προσωρινές µεταβλητές (temporary variables) των FC αποθηκεύονται στην περιοχή των τοπικών δεδοµένων (local data stack). Μετά την επεξεργασία των FC αυτά τα δεδοµένα χάνονται. Για την αποθήκευση των δεδοµένων τα FC µπορούν να χρησιµοποιήσουν DB (shared data blocks). Ένα FC περιέχει ένα πρόγραµµα το οποίο εκτελείται όταν το FC καλείται από ένα άλλο block που περιέχει κώδικα. Τα FC χρησιµοποιούνται για: υπολογισµό κάποιας συνάρτησης και απόδοσης τιµής στο block που το έχει καλέσει (πχ υπολογισµός µαθηµατικών συναρτήσεων). έλεγχος µιας τεχνολογικής συνάρτησης (πχ έλεγχος ανεξάρτητων τµηµάτων εγκατάστασης). Τα FC παραµετροποιούνται και εποµένως µπορούν να χρησιµοποιηθούν για περιπτώσεις στις οποίες έχουµε επαναλαµβανόµενη λογική στο πρόγραµµά µας µε διαφορετικές παραµέτρους. FB (Function Block) Τα block συναρτήσεων προγραµµατίζονται και αυτά από το χρήστη και περιέχουν κώδικα. Ένα block συνάρτησης «έχει µνήµη». Σε αυτό διατίθεται ένα block δεδοµένων (DB) σαν δική του µνήµη. Αυτό το DB λέγεται instance data block και είναι µόνιµα δεσµευµένα µε το block συνάρτησης και για την ακρίβεια µε την κλήση (call) του block συνάρτησης. Επίσης είναι δυνατό σε κάθε κλήση block συνάρτησης να εκχωρηθεί ένα διαφορετικό block δεδοµένων (µε την ίδια δοµή αλλά µε διαφορετικές τιµές). Τα FB παραµετροποιούν όπως και τα FC εποµένως και αυτά χρησιµοποιούνται σε περιπτώσεις που έχουµε επαναλαµβανόµενη λογική. Τόσο οι παράµετροι οι οποίες µεταβιβάζονται στα FB όσο και οι στατικές µεταβλητές (static variables) αποθηκεύονται στο instance data block. Οι προσωρινές µεταβλητές (temporary variables) αποθηκεύονται στην περιοχή των τοπικών δεδοµένων. Στο τέλος της επεξεργασίας του FB όσα δεδοµένα αποθηκεύτηκαν στο instance data block δε χάνονται, ενώ αυτά τα δεδοµένα τα οποία

30 24 Κεφάλαιο 3, PLC- Λογισµικό αποθηκεύονται στη περιοχή των τοπικών δεδοµένων (local data stack) χάνονται. Τα FB περιέχουν πρόγραµµα το οποίο εκτελείται κάθε φορά που καλείται από άλλο block που περιέχει κώδικα. Τα block συναρτήσεων FB διευκολύνουν τον προγραµµατισµό συναρτήσεων συχνά χρησιµοποιούµενων και σύνθετων. DB (Instance Data Block) Για κάθε κάλεσµα ενός block συναρτήσεων (FB) το οποίο µεταφέρει παραµέτρους δεσµεύεται ένα πρότυπο block δεδοµένων (instance data block). Στο instance data block αποθηκεύονται οι πραγµατικές παράµετροι και τα στατικά δεδοµένα ενός FB. Οι µεταβλητές οι οποίες δηλώνονται στο FB καθορίζουν τη δοµή ενός instance data block. Για να µπορέσουµε να δηµιουργήσουµε ένα instance data block πρέπει να υπάρχει ήδη ένα FB στο οποίο θα δεσµευτεί. Υπάρχουν τρεις διαφορετικοί τρόποι χρήσης των instance data block: Για ένα block συνάρτησης FB χρήση περισσοτέρων προτύπων δεδοµένων (instance data block). Αυτόν τον τρόπο τον χρησιµοποιούµε όταν επιθυµούµε ίδιες λειτουργίες για διαφορετικές µονάδες πχ έλεγχος τριών αντλιών. DB 201 ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ 1 ΚΑΛΕΣΜΑ ΤΟΥ FB 22, DB 201 ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΕΙ ΤΑ Ε ΟΜΕΝΑ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ 1 FB 22 ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ DB 202 ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ 2 ΚΑΛΕΣΜΑ ΤΟΥ FB 22, DB 202 ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΕΙ ΤΑ Ε ΟΜΕΝΑ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ 2 DB 203 ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ 3 ΚΑΛΕΣΜΑ ΤΟΥ FB 22,DB 203 ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΕΙ ΤΑ Ε ΟΜΕΝΑ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ 3 Σχήµα 3.5. Ίδια λειτουργία µε διαφορετικούς κινητήρες.

31 3.2 Τύποι διαθέσιµων BLOCK 25 Όταν το FB22 παρασύρει τα DB 201 τότε το πρόγραµµα επεξεργάζεται παραµέτρους της αντλίας 1' όταν παρασύρει τα DB 202 επεξεργάζεται παραµέτρους της αντλίας 2 κοκ. Με ένα πρότυπο block δεδοµένων (instance data block) χρήση περισσοτέρων καλεσµάτων του ίδιου block συνάρτησης (FB). Έτσι εξοικονοµούµε χώρο µνήµης και κάνουµε καλύτερη διαχείριση των block δεδοµένων. Με αυτόν τον τρόπο σε ένα FB µπορούν να µεταφερθούν πρότυπα (instance) δεδοµένα διαφόρων κινητήρων τα οποία περιέχονται σε ένα instance DB. Για να το κάνουµε χρειάζεται να καλέσουµε τον έλεγχο του κινητήρα από ένα άλλο FB. Επίσης, είναι απαραίτητο να δηλώσουµε στην περιοχή δήλωσης του FB που καλεί, τις στατικές µεταβλητές για κάθε µια ξεχωριστή instance, µε τον τύπο των δεδοµένων του FB. Στην εικόνα που ακολουθεί, πχ το FB που καλεί είναι το FB21 «έλεγχος κινητήρα», οι µεταβλητές είναι του τύπου δεδοµένων του FB22 και τα πρότυπα (instance) προσδιορίζονται από Κινητήρας 1, Κινητήρας-2, Κινητήρας-3. FB 21: ΕΛΕΓΧΟΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΗΛΩΣΗ ΤΩΝ ΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ STAT, ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ 1, FB 22 STAT, ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ 2, FB 22 STAT, ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ 3, FB 22 DB 100 Ε ΟΜΕΝΑ ΚΙΝΗΤΗΡΑ 1 Ε ΟΜΕΝΑ ΚΙΝΗΤΗΡΑ 2 Ε ΟΜΕΝΑ ΚΙΝΗΤΗΡΑ 3 FB 22 : ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ κάλεσµα του FB 21 από ένα block λογικής καλούµε το FB 21, DB 100 µεταφέρει δεδοµένα για τον κινητήρα 1, κινητήρα 2, κινητήρα 3 κάλεσµα του FB 22 από το FB 21: καλεί τον κινητήρα 1 καλεί τον κινητήρα 2 καλεί τον κινητήρα 3 Σχήµα 3.6. οµή πρότυπου µπλόκ δεδοµένων.

32 26 Κεφάλαιο 3, PLC- Λογισµικό Σε αυτό το παράδειγµα, το FB 22 δεν χρειάζεται instance data block διότι τα δικά του << instance>> αποθηκεύονται στο instance data block του FB που το καλεί. Σε ένα block συνάρτησης µπορούµε να καλέσουµε instance άλλων FB που έχουν ήδη δηµιουργηθεί. Τα instance δεδοµένα τα οποία είναι απαραίτητα γι αυτόν το σκοπό µπορούν να δηλωθούν στο instance data block του FB που καλεί και εποµένως σε αυτήν την περίπτωση δε χρειάζονται συµπληρωµατικά DB (data block) για τα FB που καλούνται. Γι αυτά τα «multiple instances» που περιέχονται σε ένα instance data block είναι απαραίτητο να δηλώσουµε για κάθε instance, στην περιοχή δήλωσης του FB που καλεί, στατικές µεταβλητές µε τον τύπο των δεδοµένων του FB που καλείται. Το κάλεσµα µέσα στο FB πραγµατοποιείται χωρίς να καθορίσουµε ένα instance data block, αλλά απλά µε το όνοµα της µεταβλητής. Στο παράδειγµα της εικόνας τα προσδιδόµενα instance δεδοµένα αποθηκεύονται µαζί σε ένα instance data block. FB 12: ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ DB 12: ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ 1 FB 13: ΑΝΤΛΙΑ DB 13: ΑΝΤΛΙΑ 2 FB 14: ΑΝΑ ΕΥΤΗΡΑΣ ΗΛΩΣΗ ΤΩΝ ΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ STAT, ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ-10, DB 14 Ε ΟΜΕΝΑ ΑΝΑ ΕΥΤΗΡΑ Ε ΟΜΕΝΑ ΚΙΝΗΤΗΡΑ-10 Ε ΟΜΕΝΑ ΑΝΤΛΙΑ ΠΡΟΣΒΑΣΗ ΜΟΝΟ ΓΙΑ ΤΟ FB 12, ΚΑΛΕΣΜΑ: FB 12, DB12

33 3.2 Τύποι διαθέσιµων BLOCK 27 2 ΠΡΟΣΒΑΣΗ ΜΟΝΟ ΓΙΑ ΤΟ FB 13, ΚΑΛΕΣΜΑ: FB 13, DB13 3 ΠΡΟΣΒΑΣΗ ΜΟΝΟ ΓΙΑ ΤΟ FB 12, FB 13, FB 14 ΚΑΛΕΣΜΑ: FB 14, DB 14 ΜΕΤΑΦΟΡΑ Ε ΟΜΕΝΩΝ ΓΙΑ ΑΝΑ ΕΥΤΗΡΑ, ΚΙΝΗΤΗΡΑ-10, ΑΝΤΛΙΑ-10 ΚΑΛΕΣΜΑ ΤΟΥ FB 12 ΑΠΟ ΤΟ FB 14: CALL ΚΙΝΗΤΗΡΑ-10 ΚΑΛΕΣΜΑ ΤΟΥ FB 13 ΑΠΟ ΤΟ FB 14: CALL ΑΝΤΛΙΑ-10 Σχήµα 3.7. οµή πρότυπου µπλόκ δεδοµένων. DB (Data Blocks) Τα block δεδοµένων δεν περιέχουν κώδικα, αλλά περιέχουν δεδοµένα του προγράµµατός µας. Προγραµµατίζοντας τα block δεδοµένων καθορίζουµε σε ποια µορφή θα αποθηκευτούν τα δεδοµένα (σε ποια block, µε ποια σειρά και µε ποιο τύπο δεδοµένων). Υπάρχουν δύο τρόποι χρησιµοποίησης των block δεδοµένων: Βlock γενικών δεδοµένων (global data block GD). Πρότυπα block δεδοµένων (instance data block). Αυτά αναφέρονται στις προηγούµενες παραγράφους. Ένα block γενικών δεδοµένων είναι, κατά κάποιον τρόπο, ένα «ελεύθερο» block µέσα στο πρόγραµµα του χρήστη και δεν εκχωρείται σε κάποιο block «κώδικα». Αντίθετα, όπως είδαµε σε προηγούµενα κεφάλαια, ένα instance data block (πρότυπο block δεδοµένων) εκχωρείται σ ένα block συνάρτησης FB και αποθηκεύει ένα µέρος των τοπικών δεδοµένων αυτού του block συνάρτησης. Το µέγεθος των DB είναι µεταβαλλόµενο, όσον αφορά το µέγιστο µέγεθος αυτό εξαρτάται από τη χρησιµοποιούµενη CPU. Όταν ένα block κώδικα (FC, FB, OB) καλείται, αυτό µπορεί ταυτόχρονα να καταλάβει χώρο µνήµης και στη περιοχή των τοπικών δεδοµένων (L- Stack) και υπό µορφή ενός DB. Αντίθετα µε τα τοπικά δεδοµένα, τα δεδοµένα που περιέχονται σε ένα DB δεν χάνονται ούτε όταν αυτό κλείσει, αλλά ούτε και µετά την

34 28 Κεφάλαιο 3, PLC- Λογισµικό επεξεργασία του block που περιέχει κώδικα. Κάθε FB, FC, OB έχει πρόσβαση στο διάβασµα ή γράψιµο ενός DB. Ένα block κώδικα έχει την δυνατότητα να ανοίγει ταυτόχρονα ένα global data block και ένα instance data block. Στο Σχήµα 3.8 φαίνονται οι τρόποι πρόσβασης στα DB. FC 10 FC 11 Shared data block DB 20 ΠΡΟΣΒΑΣΗ ΑΠΟ ΟΛΑ ΤΑ BLOCK ΠΟΥ ΠΕΡΙΕΧΟΥΝ ΚΩ ΙΚΑ FB 12 Instance data block DB 112 ΠΡΟΣΒΑΣΗ ΜΟΝΟ ΑΠΟ ΤΟ FB 12 Σχήµα 3.8. οµή µπλόκ δεδοµένων. BLOCK ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ (SFC, SFB, SDB) Αυτά τα block είναι στοιχεία του λειτουργικού συστήµατος και περιέχουν προγράµµατα [συναρτήσεις συστήµατος (SFC) ή block συναρτήσεων συστήµατος (SFB) ή δεδοµένα (block δεδοµένων συστήµατος SDB)]. Τα blocks συστήµατος µας δίνουν πρόσβαση σε ένα αριθµό σηµαντικών συναρτήσεων συστήµατος όπως η διαχείριση του εσωτερικού ρολογιού της CPU ή διάφορες συναρτήσεις επικοινωνίας. Μπορούµε να καλέσουµε block SFC και SFB αλλά δεν µπορούµε να τα τροποποιήσουµε ούτε να τα προγραµµατίσουµε εµείς οι ίδιοι. Τα blocks αυτά δεν δεσµεύουν χώρο από την µνήµη χρήστη, οι κλήσεις όµως αυτών των blocks και τα πρότυπα blocks δεδοµένων (instance data block) των SFB βρίσκονται στη µνήµη του χρήστη. Τα blocks SDB περιέχουν διάφορες χρήσιµες πληροφορίες, όπως η διαµόρφωση του συστήµατος αυτοµατισµού ή η παραµετροποίηση των βαθµιδών. Τα blocks αυτά δηµιουργούνται

35 3.2 Τύποι διαθέσιµων BLOCK 29 από την ίδια την STEP 7. Ωστόσο εµείς µπορούµε να καθορίσουµε τα περιεχόµενα τους (για παράδειγµα όταν διαµορφώνουµε τους σταθµούς). Κατά κανόνα τα SDB βρίσκονται στη µνήµη φόρτωσης και δεν µπορούµε να τα προσπελάσουµε από το πρόγραµµα του χρήστη. STANDARD (IEC) BLOCK Αυτά είναι έτοιµα block που µας προσφέρουν έτοιµες λύσεις για τυποποιηµένες εφαρµογές αυτοµατισµού. Τέτοιες εφαρµογές για παράδειγµα είναι η αντιγραφή µιας περιοχής µνήµης σε µια νέα περιοχή, συγκρίσεις χρόνων/ ηµεροµηνιών, µέγιστο, ελάχιστο σε λίστα αριθµών κλπ. Βρίσκονται στο πακέτο της βιβλιοθήκης «Standard Library» το οποίο συνοδεύει το πακέτο S7. ΟΜΗ ΕΝΟΣ BLOCK Σε γενικές γραµµές ένα block που περιέχει κώδικα αποτελείται από τα εξής µέρη Σχήµα 3.9 : την κεφαλή του block (block header). Αυτό περιλαµβάνει τις ιδιότητες του block και το όνοµά του. την περιοχή των δηλώσεων (declarations) όπου δηλώνονται οι τοπικές. την περιοχή η οποία περιλαµβάνει τον κώδικα του χρήστη και τα τυχόν σχόλια. Σχήµα 3.9. ιαδικασία δηµιουργίας λογικών µπλόκ σε LAD.

36 30 Κεφάλαιο 3, PLC- Λογισµικό Στο Σχήµα 4.10 παρουσιάζεται η δοµή ενός FB Σχήµα οµή ενός function µπλόκ.

37 3.3 PLC S7-300 Προγραµµατισµός PLC S7-300 Προγραµµατισµός Σε αυτή την ενότητα αναφέρονται σταδιακά οι διάφορες δυνατότητες που έχει το πακέτο προγραµµατισµού «STEP 7». Το STEP 7 χρησιµοποιείται για τη διαµόρφωση και τον προγραµµατισµό των simatic PLCs. Χρησιµοποιώντας το λογισµικό STEP 7 µπορούµε να δηµιουργήσουµε το πρόγραµµα ενός project. Οι S7 προγραµµατιζόµενοι ελεγκτές αποτελούνται τη µονάδα τροφοδοσίας, την CPU, και τις µονάδες εισόδων εξόδων (I/O modules). Οι προγραµµατιζόµενοι λογικοί ελεγκτές (PLC) παρακολουθούν και ελέγχουν τη λειτουργία µιας µηχανής µε τη βοήθεια του S7 προγράµµατος από το οποίο οι µονάδες εισόδων, εξόδων παίρνουν τις διευθύνσεις τους, Σχήµα Σχήµα Γενικό σχεδιάγραµµα διασύνδεσης hardware και software.

38 32 Κεφάλαιο 3, PLC- Λογισµικό Το πρώτο βήµα πριν αυτοµατοποιήσουµε µια εγκατάσταση είναι να ξεχωρίσουµε τα επιµέρους τµήµατα τα οποία είναι συνδεδεµένα µεταξύ τους. Αρχικά λοιπόν πρέπει να χωριστεί η διαδικασία παραγωγής σε επιµέρους εργασίες : Hardware: Αριθµό και τύπο εισόδων και εξόδων. Αριθµό και τύπο µονάδων. Αριθµό των απαιτούµενων rack. Χωρητικότητα και τύπο CPU. HMI συστήµατα. Συστήµατα δικτύωσης. Software: οµή προγράµµατος. ιαχείριση δεδοµένων για τη διαδικασία αυτοµατισµού. εδοµένα διαµόρφωσης (Configuration). εδοµένα επικοινωνίας. Τεκµηρίωση προγράµµατος και project. Στο Simatic S7 όλες οι απαιτήσεις σε Hardware και Software µιας διαδικασίας αυτοµατισµού διαχειρίζονται µέσα από ένα project. Ένα project περιλαµβάνει το απαραίτητο Hardware (µε τη διαµόρφωση του υλικού), το δίκτυο ( µε τη διαµόρφωση του ), όλα τα προγράµµατα καθώς και ολόκληρη τη διαχείριση δεδοµένων για µια λύση αυτοµατισµού. Ο Simatic Manager είναι το κύριο εργαλείο στο Step 7 αφού είναι αυτός που διαχειρίζεται τα project. Το χαρακτηριστικό του εικονίδιο, Σχήµα 3.12, υπάρχει στο Desktop των Windows και πατώντας διπλό κλικ του εκκινεί το πρόγραµµα. Σχήµα Εικονίδιο του Simatic Manager.

39 3.3 PLC S7-300 Προγραµµατισµός 33 Ένα STEP 7 project µπορεί να δηµιουργηθεί µε διαφορετική σειρά που φαίνεται στο Σχήµα ΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ PROJECT CONFIGURING THE HARDWARE CREATING A PROGRAM CREATING A PROGRAM CONFIGURING THE HARDWARE ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΣΤΗ CPU ΚΑΙ DEBUGGING Σχήµα Στάδια προγραµµατισµού. Για τη δηµιουργία ενός πολύπλοκου προγράµµατος µε πολλές εισόδους και εξόδους, συνιστάται πρώτα να γίνεται το hardware configuration. Το πλεονέκτηµα αυτής της ενέργειας είναι ότι στη διαδικασία του hardware configuration το STEP 7 εµφανίζει τις πιθανές διευθύνσεις εισόδων/ εξόδων που µπορούν να χρησιµοποιηθούν κατά τον προγραµµατισµό. Στην άλλη περίπτωση θα πρέπει να γίνουν οι δηλώσεις των εισόδων/

40 34 Κεφάλαιο 3, PLC- Λογισµικό εξόδων αυθαίρετα από τον χρήστη µε αποτέλεσµα να µην είναι δυνατή η κλήση τους από το STEP Στάδια δηµιουργίας ενός Project Για τη δηµιουργία ενός project αρχικά ενεργοποιούµε τον Simatic Manager µε αποτέλεσµα την εµφάνιση των Σχηµάτων 3.14 έως και Σχήµα Επιλογή δηµιουργίας ενός νέου project.

41 3.4 Στάδια δηµιουργίας ενός Project 35 Σχήµα Επιλογή δηµιουργίας ενός νέου project. Κάθε CPU έχει τις δικές της ιδιότητες Απαιτείται για την επικοινωνία µε τη συσκευή προγραµµατισµού ή το PC Σχήµα α) Επιλογή της κατάλληλη β) Επιλογή της MPI address.

42 36 Κεφάλαιο 3, PLC- Λογισµικό To OB 1 αντιπροσωπεύει το υψηλότερο επίπεδο προγραµµατισµού και οργανώνει όλα τα υπόλοιπα block Σχήµα α) Επιλογή του ΟΒ 1 εάν δεν είναι προεπιλεγµένο β) επιλογή της Γλώσσας προγραµµατισµού (µπορεί να αλλάξει σε οποιοδήποτε στάδιο προγραµµατισµού). Σχήµα Ονοµασία του Project.

43 3.4 Στάδια δηµιουργίας ενός Project 37 Μετά την ολοκλήρωση του Step 7 Wizard ο Simatic Manager εµφανίζει το παράθυρο του Project askisi. Από το σηµείο αυτό µπορούν να ξεκινήσουν όλες οι λειτουργίες και ουσιαστικά ο προγραµµατισµός του project askisi. οµή του project Εµφάνιση αντικείµενων και φακέλων που επιλέγονται από το αριστερό παράθυρο Σχήµα Αρχικό παράθυρο του Project askisi. Στη συνέχεια επιλέγοντας το ΟΒ1 ανοίγει το παράθυρο για να προγραµµατίσουµε σε Ladder Logic, Statement List ή σε Function Block Diagram ανάλογα µε τη γλώσσα επιλογής. Η αλλαγή της γλώσσας προγραµµατισµού µπορεί να γίνει και µετά το τέλος του προγραµµατισµού. Γλώσσα προγραµµατισµού αλλάζει εσωτερικά σε κάθε block µε την επιλογή View.

44 38 Κεφάλαιο 3, PLC- Λογισµικό Σχήµα Παράθυρο επιλογής γλώσσας προγραµµατισµού. Σχήµα Αρχικό παράθυρο του ΟΒ1.

45 3.5 ιευθυνσιοδότηση εισόδων/ εξόδων ιευθυνσιοδότηση εισόδων/ εξόδων Στην φάση της ανάπτυξης του αυτοµατισµού υπάρχει η δυνατότητα ο προγραµµατισµός να γίνει είτε µε τις απόλυτες διευθύνσεις (Absolute Addressing) ενός στοιχείου (π.χ. Ι 0.4 ) είτε µε συµβολικές (Symbolic Adressing) ονοµασίες (π.χ. Αντλία 1). Στην πρώτη περίπτωση είναι καλύτερη η εποπτεία όσον αφορά τη θέση και τη διεύθυνση στο PLC ενώ στη δεύτερη είναι καλύτερη όσον αφορά τη λειτουργία του αυτοµατισµού. Απόλυτες διευθύνσεις Κάθε είσοδος ή έξοδος έχει µια προκαθορισµένη απόλυτη τιµή από το hardware configuration. Σχήµα Τρόπος διευθυνσιοδότησης καρτών εισόδων/εξόδων.

46 40 Κεφάλαιο 3, PLC- Λογισµικό Συµβολικές ονοµασίες Οι απόλυτες διευθύνσεις µπορούν να αντικατασταθούν από συµβολικά ονόµατα που θα επιλέξει ο χρήστης. Με τα συµβολικά ονόµατα το πρόγραµµα γίνεται ποιο ευανάγνωστο. Οι συµβολικές ονοµασίες µπορούν να χρησιµοποιηθούν στα όρια ενός µόνο block (Local Symbols) είτε σε όλο το πρόγραµµα (Global Symbols). Στην πρώτη περίπτωση ανοίγουµε το επιθυµητό block προγράµµατος (π.χ. FC12) και δηλώνουµε εκεί την αντιστοίχηση µιας απόλυτης διεύθυνσης µε την συµβολική της ονοµασία. Για τα Global Symbols δηµιουργείται ένας πίνακας συµβόλων (Symbol table), όπου η συµβολική ονοµασία κάθε στοιχείου που δηλώνεται θα πρέπει να είναι µοναδική. Αυτή η συµβολική ονοµασία θα εµφανίζεται αυτόµατα σε όλα τα σηµεία του προγράµµατος που θα γίνεται αναφορά στο συγκεκριµένο στοιχείο. Η δηµιουργία του πίνακα συµβόλων γίνεται µέσα από τον Simatic Manager. Σχήµα Παράθυρο επιλογής για τη δηµιουργία Symbolic addresses.

47 3.5 ιευθυνσιοδότηση εισόδων/ εξόδων 41 Σχήµα Αντιστοίχηση απόλυτης τιµής µε συµβολική ονοµασία. Ένα παράδειγµα απόλυτης διεύθυνσης και συµβολικής ονοµασίας φαίνεται στα Σχήµατα 3.25 και Σχήµα Προγραµµατισµός σε Ladder Logic µε απόλυτες τιµές.

48 42 Κεφάλαιο 3, PLC- Λογισµικό Σχήµα Προγραµµατισµός σε Ladder Logic µε συµβολικές ονοµασίες. 3.6 Γλώσσα προγραµµατισµού LAD (LADDER Logic) Η πρώτη γλώσσα προγραµµατισµού είναι η Ladder Logic (LAD) που είναι µια γλώσσα γραφικών που χρησιµοποιεί ηλεκτροµηχανικά σύµβολα και επιτρέπει ουσιαστικά τη µεταφορά του ηλεκτρολογικού σχεδίου στο PLC. Με τη γλώσσα αυτή η εκπαίδευση των τεχνικών, που ήταν συνηθισµένοι στον κλασσικό αυτοµατισµό, γινόταν εύκολα και γρήγορα, αφού δεν άλλαζε ουσιαστικά την εργασία σχεδιασµού του αυτοµατισµού. Η γλώσσα LADDER χρησιµοποιεί όχι την Ευρωπαϊκή τυποποίηση στο σχεδιασµό των ηλεκτρικών επαφών, αλλά την Αµερικάνικη. Αυτό ίσως οφείλεται στο γεγονός ότι τα

49 3.6 Γλώσσα προγραµµατισµού 43 πρώτα PLC αναπτύχθηκαν στην Αµερική. Όµως στη συνέχεια αυτός ο σχεδιασµός βόλεψε και έτσι διατηρήθηκε και από τις Ευρωπαϊκές εταιρίες, µε αποτέλεσµα σήµερα να είναι καθιερωµένος. Στο Σχήµα 3.27 φαίνεται το περιβάλλον της γλώσσας Ladder. Σχήµα Αρχικό παράθυρο για προγραµµατισµό σε Ladder. εισαγωγή network ανοικτή επαφή κλειστή επαφή πηνίο εισαγωγή έτοιµων OB, FC, FB, SFC, SFB από τις Libraries του S7 Σχήµα Επιλογές για προγραµµατισµό σε Ladder.

50 44 Κεφάλαιο 3, PLC- Λογισµικό STL (Statement List) Η δεύτερη γλώσσα προγραµµατισµού είναι η Statement List (STL) που αναπτύχθηκε σχεδόν ταυτόχρονα µε τη LADDER, αν και οι εταιρίες έδειξαν στην αρχή δισταγµό να την προωθήσουν, φοβούµενες µην τροµάξουν το τεχνικό κατεστηµένο της βιοµηχανίας. Η γλώσσα αυτή δηµιουργεί λίστα προγράµµατος µε εντολές, που αντιστοιχούν στις λογικές πύλες (AND, OR NOT κτλ). Στην αρχή η γλώσσα αυτή ήταν πολύ φτωχή και περιοριζόταν µόνο στις βασικές Boolean εντολές. Στη συνέχεια οι γλώσσες αυτές αναπτύχθηκαν πολύ και συναντά κανείς σε αυτές στοιχεία από τις γλώσσες των υπολογιστών και κυρίως των γλωσσών Assembly. Ο προγραµµατισµός σε αυτή τη γλώσσα απαιτεί από το χρήστη να έχει στοιχειώδεις γνώσεις προγραµµατισµού. Στο παρακάτω Σχήµα 3.29 φαίνεται το περιβάλλον της Statement List για το ίδιο πρόγραµµα. Σχήµα Προγραµµατισµός σε STL.

51 3.6 Γλώσσα προγραµµατισµού 45 FBD (Function Block Diagram). Η τρίτη γλώσσα είναι η Function Block Diagram η οποία χρησιµοποιεί και αυτή γραφικά, αλλά αντί του ηλεκτρολογικού σχεδίου του αυτοµατισµού χρησιµοποιεί το αντίστοιχο λογικό. Η γλώσσα αυτή είναι νεότερη και δεν χρησιµοποιείται από όλες τις εταιρίες. Στο Σχήµα 3.30 φαίνεται το περιβάλλον της Function Block Diagram. Σχήµα Προγραµµατισµός σε FBD.

52 46 Κεφάλαιο 3, PLC- Λογισµικό

53 Κεφάλαιο 4 Σύστηµα ελέγχου θερµοκρασίας υγρασίας 4.1 S7-CPs for Industrial Ethernet Σχήµα 4.1. CP Lean.

54 48 Κεφάλαιο 4, Σύστηµα ελέγχου θερµοκρασίας υγρασίας Η CP Lean, Σχήµα 4.1, µονάδα επικοινωνίας είναι σχεδιασµένη για το χειρισµό των SIMATIC S7-300 ή SIMATIC C7 αυτόµατων συστηµάτων. Η CP έχει ενσωµατωµένες 2 θύρες RJ45 επιτρέποντας σύνδεση χωρίς την ανάγκη ύπαρξης hub. Υποστηρίζει σύνδεση 10/100 Μbps full/half duplex µε την δυνατότητα της επιλογής autosensing για την αυτόµατη επιλογή της καταλληλότερης ταχύτητας ενώ διαθέτει δικό της επεξεργαστή για να ανακουφίζει τον κεντρικό επεξεργαστή από τις διαδικασίες επικοινωνίας. Τα τεχνικά χαρακτηριστικά της CP που χρησιµοποιούµε σε αυτή την εργασία υπάρχουν στο σχήµα 4.2. Τεχνικα χαρακτηριστικά της CP Lean Ταχύτητα µετάδοσης 10/100 Mbps autosensing Άθροισµα συνδέσεων TCP/UDP που λειτουργουν ταυτόχρονα 2 x RJ45 µε λειτουργύα autocrossover/autonegotiation Μέγιστος αριθµός δεδοµένων 8 µέγιστο για TCP Μέγιστος αριθµός δεδοµένων 8 KB για UDP Αριθµός συνδέσεων µε 2 KB S7 communication Αριθµός συνδέσεων µε PG/ OP communication 4 µέγιστο Αριθµός συνδέσεων µε PG/ OP communication 4 µέγιστο Συνολικός αριθµος συνδεσεων 12 µέγιστο ιαστάσεις (Π Υ Β ) σε mm Βάρος 200 γραµµάρια περίπου Σχήµα 4.2. Τεχνικά χαρακτηριστικά της CP Lean.

55 4.2 υνατότητες επικοινωνίας υνατότητες επικοινωνίας Σχήµα 4.3. Connectors of a CP Lean. Η CP Lean υποστηρίζει τις παρακάτω υπηρεσίες επικοινωνιών, Σχήµα 4.3: Επικοινωνία µέσω των πρωτοκόλλων TCP/IP και UDP (απλό και multicast). Επικοινωνία µέσω του πρωτοκόλλου ISO-on-TCP. PG/OP επικοινωνύα (επικοινωνία µε συσκευές προγραµµατισµού). S7 communication (server). S5 compatible communication. Profinet I/O device. Η επικοινωνία PG/OP χρησιµοποιείται µόνο για να φορτώσουµε τα δεδοµένα συστήµατος και τα προγράµµατα στα PLC, οπότε και δε θα ασχοληθούµε µαζί της. Η επικοινωνία S7 είναι ένας πολύ απλός και αποτελεσµατικός τρόπος επικοινωνίας µεταξύ ενός σταθµού S7 300 µε έναν άλλο S7-300 ή PC (µόνο ως client). Τέτοιου είδους επικοινωνία µεταξύ των δύο PLC που έχουµε δεν είναι διαθέσιµη (εξαιτίας της CP), αλλά ούτε και θα χρειαστεί αφού τα PLC δεν επικοινωνούν µεταξύ τους, παρά µόνο µε το PC. Επικοινωνία PLC PC µε S7 communication είναι εφικτή. Έτσι, ο υπολογιστής µπορεί να διαβάσει και να γράψει σε οποιαδήποτε θέση µνήµης του PLC

56 50 Κεφάλαιο 4, Σύστηµα ελέγχου θερµοκρασίας υγρασίας χωρίς να απαιτείται η χρήση διεπαφής για το χρήστη (user-interface), όπως είναι οι block συναρτήσεις επικοινωνίας. Αυτό απλουστεύει και τη όλη διαδικασία εγγραφής κώδικα. Στον OPC client ορίζουµε µεταβλητές που αντιστοιχούν απευθείας στις θέσεις µνήµης του PLC που µας ενδιαφέρουν και έχουµε πρόσβαση σε αυτές πολύ εύκολα. Η επικοινωνία S7 στηρίζεται στο πρωτόκολλο TCP/IP. Η επικοινωνία S5-compatible επιτυγχάνεται είτε µε τη διεπαφή SEND / RECEIVE (SR) και τα πρωτόκολλα ISO Transport, ISO-on-TCP, TCP, UDP και , είτε µε τις υπηρεσίες FETCH / WRITE και τα πρωτόκολλα ISO Transport, ISO-on-TCP και TCP. Τα πρωτόκολλα ISO Transport και δεν υποστηρίζονται από τη CP Lean ενώ το UDP δε χρησιµοποιήθηκε διότι δεν εξασφαλίζει αξιόπιστη επικοινωνία αφού δε γίνεται επανεκποµπή κατεστραµµένων ή χαµένων πακέτων. Το UDP χρησιµοποιείται σε εφαρµογές που απαιτείται η άµεση και γρήγορη επικοινωνία και δείχνουν ανοχή σε χαµένα ή κατεστραµµένα πακέτα. Στη βιοµηχανία, συνήθως, αυτό δεν είναι αποδεκτό. Η επικοινωνία S5- compatible απαιτεί τη χρήση block συναρτήσεων επικοινωνίας για την ανταλλαγή δεδοµένων και συγκεκριµένα των συναρτήσεων (FC) AG_SEND και AG_RECV. 4.3 Έλεγχος θερµοκρασίας-υγρασίας µε PID Αυτή η εργασία πραγµατεύεται την παρατήρηση και τον έλεγχο της θερµοκρασίας και υγρασίας. Σύµφωνα µε τις Τεχνικές Οδηγίες του Τεχνικού Επιµελητηρίου Ελλάδας (ΤΟΤΕΕ 2425/86) οι συνιστάµενες συνθήκες σχεδιασµού για κλιµατιζόµενους χώρους κατά το θέρος φαίνονται στο Σχήµα 4.5. Οι τιµές που έχουµε ρυθµίσει για την εργασία µας είναι για µια αίθουσα χειρουργείου. Αυτές πρέπει να µένουν όσο το δυνατό σταθερές και µε οποιαδήποτε µικρή αλλαγή να γίνεται άµεση διόρθωση µε PID (proportional integral derivative) έλεγχο, Σχήµα 4.5.

57 4.3 Έλεγχος θερµοκρασίας-υγρασίας µε PID 51 ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΧΩΡΟΥ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ( C) ΣΧΕΤΙΚΗ ΥΓΡΑΣΙΑ (%) Κατοικίες Κτίρια γραφείων Βιβλιοθήκες - Μουσεία Εστιατόρια και Κέντρα διασκεδάσεως Εκπαιδευτικά κτίρια Νοσοκοµεία Αίθουσες Χειρουργεία Αναρρωτήρια Σχήµα 4.4. (ΤΟΤΕΕ 2425/86). Σχήµα 4.5. Μπλόκ διάγραµµα PID control. Στο Σχήµα 4.6 βλέπουµε το µπλόκ διάγραµµα στο οποίο φαίνονται όλα τα στάδια ελέγχου των συνθηκών σε ένα χώρο. Στον αεραγωγό εξαγωγής του αέρα από το χώρο που ελέγχουµε υπάρχει ένα διπλό αισθητήριο θερµοκρασίας- υγρασίας το QFM 65 της SIEMENS το οποίο παίρνει τις µετρήσεις που καταλήγουν στο PLC. Ανάλογα µε αυτές τις τιµές υπάρχουν οι παρακάτω επιλογές. Στις µετρήσεις που παίρνουµε προτεραιότητα έχει η τιµή της υγρασίας εάν αυτή είναι µικρότερη από το επιτρεπτό όριο τότε το PLC δίνει εντολή στην αναλογική δίοδο ηλεκτροβάνα ατµού να διοχετεύσει ατµό στον αεραγωγό εισαγωγής αέρα µέσα στο χώρο. Στην συνέχεια γίνεται και ο έλεγχος της θερµοκρασίας και ανάλογα τις τιµές ενεργοποιούνται οι τρίοδοι ηλεκτροβάνες του ψυχρού ή του θερµαντικού στοιχείου για να ζεστάνουν ή να

58 52 Κεφάλαιο 4, Σύστηµα ελέγχου θερµοκρασίας υγρασίας ψύξουν τον αέρα που εισάγεται στο χώρο. Τέλος αν η τιµή της υγρασίας είναι υψηλότερη από την κανονική τότε παίρνει πρώτα το ψυκτικό στοιχείο για να κάνει την αφύγρανση του εισερχόµενου αέρα και στη συνέχεια γίνεται ο έλεγχος και της θερµοκρασίας. TEMPERATURE CONTROL HUMIDITY CONTROL Σχήµα 4.6. Μπλόκ διάγραµµα. Για την υλοποίηση αυτής της άσκησης τα βήµατα του προγραµµατισµού του PLC παρουσιάζονται αναλυτικά στα Σχήµατα 4.7 έως και 4.27.

59 4.3 Έλεγχος θερµοκρασίας-υγρασίας µε PID 53 Σχήµα 4.7. Επιλογή του Hardware. Σχήµα 4.8. Εισαγωγή του PLC της σειράς S7 300.

60 54 Κεφάλαιο 4, Σύστηµα ελέγχου θερµοκρασίας υγρασίας Σχήµα 4.9. Εισαγωγή του PLC της σειράς S Πριν επιλέξουµε το Hardware θα πρέπει να έχει προηγηθεί η παρακάτω ρύθµιση που φαίνεται στα Σχήµατα 4.10, 4.11 έτσι ώστε όταν στο Hardware configuration εισάγουµε την CP lean να µπορεί να επικοινωνήσει µέσω Ethernet µε το PLC. Σχήµα Ρύθµιση του Set PG/PC Interface.

61 4.3 Έλεγχος θερµοκρασίας-υγρασίας µε PID 55 Σχήµα Ρύθµιση του Set PG/PC Interface. Στην συνέχεια πάµε στο Hardware configuration για να εισάγουµε στην εργασία µας τα υλικά που θα χρησιµοποιήσουµε. Σχήµα Ρύθµιση του Hardware configuration.

62 56 Κεφάλαιο 4, Σύστηµα ελέγχου θερµοκρασίας υγρασίας Πρώτα επιλέγουµε το Rail επάνω στο οποίο θα στήσουµε το PLC. Στη πρώτη σειρά του Rail επιλέγουµε το τροφοδοτικό που είναι το PS 307 2A. Σχήµα Εισαγωγή του τροφοδοτικού. Στη δεύτερη σειρά επιλέγουµε το ακριβές µοντέλο του PLC που θα χρησιµοποιήσουµε από τη σειρά S7 300, που είναι η 313C µε κωδικό 6ES BF03-0AB0. Σχήµα Εισαγωγή του PLC.

63 4.3 Έλεγχος θερµοκρασίας-υγρασίας µε PID 57 Η Τρίτη σειρά µένει κενή και τέλος στη τέταρτη σειρά εισάγουµε την κάρτα δικτύου CP lean. Σχήµα Εισαγωγή της CP lean. Σχήµα Έλεγχος δοµής του Hardware configuration.

64 58 Κεφάλαιο 4, Σύστηµα ελέγχου θερµοκρασίας υγρασίας Σχήµα Έλεγχος δοµής. Σχήµα Έλεγχος δοµής.

65 4.3 Έλεγχος θερµοκρασίας-υγρασίας µε PID 59 Μετά το Hardware configuration το project έχει την µορφή του Σχήµατος Σχήµα Τελική µορφή του project. Στη συνέχεια αρχίζει ο προγραµµατισµός του PLC ανοίγοντας το ΟΒ1. Όµως για να καλέσουµε τα function block για τον PID έλεγχο FB41 (CONT_C) το οποίο το χρειάζεται στην συγκεκριµένη εργασία θα πρέπει να γίνει από το OB35. Αυτό γιατί το ΟΒ35 είναι ένα "cyclic interrupt" block. Tο OB35 έχει προκαθορισµένο χρόνο 100ms από το Hardware configuration εποµένως θα πρέπει να αλλάξουµε και την προκαθορισµένη τιµή του FB41 στην παράµετρο CYCLE σε 100ms ώστε να συµφωνεί µε το χρόνο διακοπής του ΟΒ35. Με αυτή τη ρύθµιση πληροφορούµε το S7 πρόγραµµα κάθε πότε θα καλεί το συγκεκριµένο block. Για την εισαγωγή του ΟΒ35 γίνεται πατώντας δεξί κλικ επάνω στο αρχικό παράθυρο του project όπως φαίνεται στο Σχήµα 4.20.

66 60 Κεφάλαιο 4, Σύστηµα ελέγχου θερµοκρασίας υγρασίας Σχήµα Εισαγωγή του ΟΒ35. Ανοίγοντας το ΟΒ το ονοµάζουµε ΟΒ35 και επιλέγουµε τη γλώσσα προγραµµατισµού (LAD) και εµφανίζεται το παράθυρο προγραµµατισµού. H πρώτη function που εισάγουµε στην εργασία µας είναι η FC105 SCALE CONVERT η οποία βρίσκεται στο µονοπάτι Libraries -> Standard Library -> TI S7 Converting Blocks ->FC105 SCALE CONVERT. Η λειτουργία της συγκεκριµένης function είναι να παίρνει την τιµή του θερµόµετρου και να την µετατρέπει από Word που είναι η είσοδος PIW752 σε DWord MD2 για να µπορεί να τη διαχειριστεί το FB41 (PID CONTROL). Το FB41 (PID CONTROL) µπορεί να πάρει και απευθείας την είσοδο PIW752 αν αλλάξουµε κάποιες από τις default τιµές των παραµέτρων του, αλλά η µετατροπή αυτή γίνεται γιατί η µορφή MD είναι ποιο εύχρηστη και από άλλα FB(function block). Το µονοπάτι για την FB41 είναι Libraries -> Standard Library -> PID Control Blocks.

67 4.3 Έλεγχος θερµοκρασίας-υγρασίας µε PID 61 Σχήµα Εισαγωγή του FC105. Επόµενο βήµα είναι η εισαγωγή δύο FB41 CONT_C ICONT όπου το ένα θα είναι για τον PID έλεγχο του ψυκτικού στοιχείου και το άλλο για τον PID έλεγχο του θερµαντικού στοιχείου. Σχήµα Εισαγωγή του FB41 CONT_C ICONT.

68 62 Κεφάλαιο 4, Σύστηµα ελέγχου θερµοκρασίας υγρασίας Κάθε FB41 έχει και ένα data block από το οποίο µπορεί κανείς να δει τις default τιµές για κάθε παράµετρο καθώς επίσης µπορεί και να τις αλλάξει ανάλογα µε τις απαιτήσεις κάθε άσκησης. Ένα τέτοιο µπλόκ φαίνεται στο Σχήµα Σχήµα Εισαγωγή του FB41 CONT_C ICONT. Στην συγκεκριµένη εργασία οι παράµετροι που αλλάξαµε είναι το SP_INT µε το οποίο ρυθµίζουµε την τιµή που θέλουµε ως κεντρική τιµή, DEADB_W µε το οποίο ρυθµίζουµε γύρω από το SP_INT τη περιοχή που δεν θα αντιδρά το PID και τέλος το LMN_HLM το LMN_LLM, που είναι η ανώτερη και η κατώτερη τιµή που θα παίρνει η έξοδος του PID. Για να διαχειριστούµε τις εξόδους από τα δύο PID εισάγουµε στην εργασία µας δυο functions µια για το καθένα οι οποίες κάνουν ακριβώς την αντίθετη λειτουργία από την FC105. Αυτή η function είναι η FC106 και

69 4.3 Έλεγχος θερµοκρασίας-υγρασίας µε PID 63 βρίσκεται στο µονοπάτι Libraries -> Standard Library -> TI S7 Converting Blocks - >FC106 UNSCALE CONVERT. Η έξοδος του FC106 είναι αυτή που θα µας δώσει την έξοδο από το PLC και είναι η PQW752 για το θερµαντικό στοιχείο και η PQW754 για το ψυκτικό στοιχείο. Σχήµα Εισαγωγή του FC106. Από το Network 6 και µετά γίνεται ο έλεγχος για την υγρασία στο χώρο. Την µέτρηση της υγρασίας την παίρνουµε στην είσοδο PIW754. Για τον έλεγχο της υγρασίας έχουµε εισάγει άλλα δύο PID (ένα για την υγρασία και ένα για το ψυκτικό στοιχείο), το θερµαντικό στοιχείο έχει µόνο ένα PID που ελέγχεται µόνο από τη θερµοκρασία. Η διαδικασία που ακολουθείτε είναι παρόµοια µε τη διαδικασία που ακολουθήθηκε για την θερµοκρασία. Η διαφορά είναι ότι έχει προστεθεί το Network 7 το οποίο όταν η υγρασία ξεπεράσει το ανώτερο επιτρεπτό όριο τότε προτεραιότητα για τον έλεγχο του ψυκτικού στοιχείου την έχει η υγρασία. Το Network 7 είναι ένας συγκριτής µιας Dword του οποίου του δίνουµε µια σταθερή τιµή και τη συγκρίνει µε τη τιµή εισόδου. Το µπλόκ αυτό φαίνεται στο Σχήµα 4.25.

70 64 Κεφάλαιο 4, Σύστηµα ελέγχου θερµοκρασίας υγρασίας Σχήµα Εισαγωγή του Comparator. Στην εργασία αυτή έχουµε δυο αναλογικές εισόδους και τρεις αναλογικές εξόδους, το PLC µας όµως µας παρέχει µόνο δύο αναλογικές εξόδους. Σε αυτή την περίπτωση έχουµε δύο επιλογές η µια είναι να αγοράσουµε µια κάρτα επέκτασης η οποία θα έχει κάποιο επιπλέον κόστος και η δεύτερη επιλογή είναι να δηµιουργήσουµε µια αναλογική έξοδο από µια ψηφιακή µε PWM. Αυτή την δυνατότητα µας την παρέχει το SFB43 PULSEGEN ICONT (System Function Blocks). Το µονοπάτι για αυτό το block είναι Libraries -> Standard Library -> System Function Blocks -> SFB43 PULSEGEN ICONT. Η εισαγωγή του SFB43 γίνεται στο OB1.

71 4.3 Έλεγχος θερµοκρασίας-υγρασίας µε PID 65 Σχήµα Εισαγωγή του SFB43 PULSEGEN ICONT. Την έξοδο από το PID της υγρασίας δεν µπορούµε να την δώσουµε απευθείας σαν είσοδο στο SFB43. Για 0 10V πρέπει να πάρει σαν είσοδο την τιµή από 0 32,για να το πετύχουµε αυτό εισάγουµε στην εργασία ένα διαιρέτη στον οποίο του δίνουµε µια σταθερή τιµή και αυτός τη διαιρεί µε την έξοδο του PID. Ο διαιρέτης αυτός βρίσκεται στον φάκελο Floating-point fct όπως µπορούµε να διακρίνουµε στο Σχήµα 4.27.

72 66 Κεφάλαιο 4, Σύστηµα ελέγχου θερµοκρασίας υγρασίας Σχήµα Εισαγωγή του ιαιρέτη.

73 4.4 Αισθητήρες θερµοκρασίας- υγρασίας Αισθητήρες θερµοκρασίας- υγρασίας Σχήµα Αισθητήρας θερµοκρασίας, υγρασίας QFM 65. Το αισθητήριο που χρησιµοποιείται στην εργασία µας είναι το QFM 65 το οποίο µετράει θερµοκρασία και υγρασία. Η τάση τροφοδοσίας του είναι 24 VAC και το σήµα εξόδου είναι 0.10 VDC. Το αισθητήριο αυτό το συνδέουµε µε το PLC στην συγκεκριµένη άσκηση ή και σε οποιαδήποτε άλλη συσκευή που µπορεί να διαχειριστεί την έξοδο 0.10 VDC Μέθοδοι χειρισµού του αισθητήρα Σχετική υγρασία: Ένα ηλεκτρονικό κύκλωµα µέτρησης µετατρέπει το σήµα του αισθητήρα σε µια τάση εξόδου DC V, που ανταποκρίνεται στο % της σχετικής υγρασίας. Στην περιοχή V ( % r.h.) το σήµα είναι γραµµικό και έχει πολύ καλή ακρίβεια.

74 68 Κεφάλαιο 4, Σύστηµα ελέγχου θερµοκρασίας υγρασίας Θερµοκρασία: Η θερµοκρασία µετριέται µε τη βοήθεια του στοιχείου Pt1000 thin-film του οποίου η ηλεκτρική αντίσταση αλλάζει ανάλογα µε τη θερµοκρασία περιβάλλοντος. Η αλλαγή της αντίστασης µετατρέπεται σε 2 DC 0 10V τα οποία ενεργούν ανεξάρτητα. Το ένα DC 0 10V σήµα ανταποκρίνεται στην περιοχή θερµοκρασίας 0 50 C και το άλλο στην περιοχή C Ακροδέκτες σύνδεσης Σχήµα Ακροδέκτες σύνδεσης του QFM 65. G, M: Τάση λειτουργίας AC 24 V (SELV). G: ιαφορά δυναµικού συστήµατος (SP). M: Ουδέτερος συστήµατος (SN), µέτρηση ουδετέρου. BRH: Ηλεκτρικό σήµα DC V for % r.h. B at50 : Ηλεκτρικό σήµα DC V για περιοχή µέτρησης θερµοκρασίας C. B at35 : Ηλεκτρικό σήµα DC V για περιοχή µέτρησης θερµοκρασίας C.

75 4.5 Αναλογικός κινητήρας SSB Αναλογικός κινητήρας SSB61 Σχήµα Αναλογική ηλεκτροβάνα SSB31... Ο αναλογικός κινητήρας SSB61 (DC 0 10V) να συνδεθεί σε δίοδες αλλά και σε τρίοδες βάνες του τύπου VVP45 και VXP45 µε kvs 6.3 m 3 /h. Η τάση λειτουργίας του είναι AC 24V.

76 70 Κεφάλαιο 4, Σύστηµα ελέγχου θερµοκρασίας υγρασίας

77 Κεφάλαιο 5 ιαχείριση του συστήµατος µέσω LabVIEW 5.1 NI OPC Server O ΝΙ(National Instrument) OPC Server είναι ένα interface µεταξύ πολλών πηγών δεδοµένων, όπως είναι οι προγραµµατιζόµενοι λογικοί ελεγκτές (PLC), οι αποµακρυσµένες µονάδες τερµατικού (RTUs), καθώς και οι αισθητήρες σε χώρο του εργοστασίου που χρησιµοποιούνται σε HMI / SCADA εφαρµογές, εργαλεία εφαρµογής, και βάσεις δεδοµένων. O OLE for process control (OPC) καθορίζει τις προδιαγραφές για την επικοινωνία σε πραγµατικό χρόνο µεταξύ συσκευών ελέγχου και human machine interfaces (HMIs). Οι OPC Servers είναι διαθέσιµοι για την οπτικοποίηση όλων των PLCs και των προγραµµατιζόµενων αυτόµατων ελεγκτών (PACs). O ΝΙ(National Instrument) OPC Server προσφέρει ένα ενιαίο interface για την επικοινωνία µε πολλές συσκευές, έτσι δεν χρειάζεται να µάθει κανείς νέα πρωτόκολλα επικοινωνίας ή να χάνει το χρόνο του για την κατανόηση νέων εφαρµογών. Ο

78 72 Κεφάλαιο 5, ιαχείριση του συστήµατος µέσω LabVIEW συνδυασµός των NI OPC Servers και NI LabVIEW λογισµικού παρέχει µια ενιαία πλατφόρµα για την παροχή υψηλής απόδοσης µετρήσεων και ελέγχου τόσο σε νέα όσο και σε είδη υπάρχοντα βιοµηχανικά συστήµατα. Ο NI OPC Server συνδέεται µέσω του OPC Client µε τη µονάδα του LabVIEW Datalogging και εποπτικού ελέγχου (DSC), έτσι ώστε να µπορούν να αναπτύξουν ένα ολοκληρωµένο HMI / SCADA. Στο µοντέλο επικοινωνίας Client-Server για την ανταλλαγή δεδοµένων κάθε συσκευή έχει συγκεκριµένο Server ενώ ο Client(µια συσκευή που ελέγχουµε) µπορεί να είναι κοινός για πολλούς Server όπως φαίνεται στο Σχήµα 5.1. Σχήµα 5.1. Επικοινωνία. 5.2 Χρήση του NI OPC Server για επικοινωνία του LabVIEW µε το PLC S7 300 Η παραµετροποίηση του NI OPC Server αρχίζει µε τη δηµιουργία καναλιού στο οποίο θα γίνεται η επικοινωνία. Ο OPC Server ενεργοποιείται πατώντας το παρακάτω εικονίδιο που φαίνεται στο Σχήµα 5.2. Σχήµα 5.2. Εικονίδιο εκκίνησης Προγράµµατος.

79 5.2 ιασύνδεση του NI OPC Server µε το PLC S Στη συνέχεια, Σχήµα 5.3, εµφανίζεται το επόµενο παράθυρο επικοινωνίας και ξεκινάει η δηµιουργία του καναλιού και συνεχίζεται έως και το Σχήµα 5.8. Σχήµα 5.3. Επιλογή καναλιού. Σχήµα 5.4. Ονοµασία καναλιού.

80 74 Κεφάλαιο 5, ιαχείριση του συστήµατος µέσω LabVIEW Σχήµα 5.5. Επιλογή του τύπου επικοινωνίας. Σχήµα 5.6. Επιλογή του Network Adapter.

81 5.2 ιασύνδεση του NI OPC Server µε το PLC S Σχήµα 5.7. Επιλογή βελτιστοποίησης. Σχήµα 5.8. Αποθήκευση του καναλιού που δηµιουργήθηκε.

82 76 Κεφάλαιο 5, ιαχείριση του συστήµατος µέσω LabVIEW Στην συνέχεια από το Σχήµα 5.9 έως και το Σχήµα 5.18 γίνεται η επιλογή της συσκευής µε την οποία θα γίνει η επικοινωνία. Σχήµα 5.9. Εισαγωγή συσκευής επικοινωνίας. Σχήµα Ονοµασία συσκευής επικοινωνίας.

83 5.2 ιασύνδεση του NI OPC Server µε το PLC S Σχήµα Επιλογή σειράς συσκευής επικοινωνίας. Σχήµα ιεύθυνση συσκευής.

84 78 Κεφάλαιο 5, ιαχείριση του συστήµατος µέσω LabVIEW Σχήµα Παράµετροι που καθορίζουν τους χρόνους επικοινωνίας. Σχήµα Επιλογή υποβιβασµού συσκευής σε περίπτωση αποτυχίας της επικοινωνίας.

85 5.2 ιασύνδεση του NI OPC Server µε το PLC S Σχήµα Επιλογή θύρας επικοινωνίας. Σχήµα Επιλογή τύπου επικοινωνίας.

86 80 Κεφάλαιο 5, ιαχείριση του συστήµατος µέσω LabVIEW Σχήµα Επιλογή διευθυνσιοδότησης. Σχήµα Τέλος ρυθµίσεων. Σε αυτό το σηµείο έχει ολοκληρωθεί η επικοινωνία του PLC µε το LABVIEW. Το επόµενο βήµα είναι να προσθέσουµε τις διευθύνσεις και τις ονοµασίες των εισόδων και εξόδων που χρησιµοποιούνται σε κάθε εφαρµογή.

87 5.2 ιασύνδεση του NI OPC Server µε το PLC S Σχήµα Εισαγωγή εισόδων, εξόδων. Σχήµα Εισαγωγή µιας αναλογικής εισόδου (θερµοστάτης χώρου).

88 82 Κεφάλαιο 5, ιαχείριση του συστήµατος µέσω LabVIEW Σχήµα Όλες οι είσοδοι έξοδοι της συγκεκριµένης εργασίας. Στην συνέχεια πατάµε το εικονίδιο που βρίσκεται στο Σχήµα 5.22 και φαίνεται αν έχει γίνει σωστά η επικοινωνία. Quick Client Σχήµα Έναρξη ελέγχου επικοινωνίας.. Σχήµα Έλεγχος επικοινωνίας.

89 5.2 ιασύνδεση του NI OPC Server µε το PLC S Αν η επικοινωνία είναι καλή φαίνεται στο Σχήµα 5.24 στην στήλη το Quality και στη στήλη value να αλλάζουν οι τιµές. Ο προγραµµατισµός του NI OPC SERVER έχει πραγµατοποιηθεί και στη συνέχεια θα χρησιµοποιηθεί από το LabVIEW για τη δηµιουργία του HMI. Στο Σχήµα 5.24 φαίνεται πως υλοποιείται η συνεργασία των τριών προγραµµάτων. Σχήµα Χρήση του OPC Server για σύνδεση PLC µε LabVIEW. 5.3 Επικοινωνία του LabVIEW µε το PLC S7 300 Το LabVIEW είναι ένα περιβάλλον ανάπτυξης προγραµµάτων που διαφέρει από τα άλλα. Ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του είναι ο τρόπος µε τον οποίο σχεδιάζεις την κάθε εφαρµογή. Το LabVIEW χρησιµοποιεί µία γραφική γλώσσα προγραµµατισµού που ονοµάζεται G. Με το πρόγραµµα αυτό αντί να γράφουµε σειριακά µε τη µορφή εντολών το σώµα του προγράµµατος, χρησιµοποιούµε block diagrams για την απεικόνιση απλών εντολών και υποπρογραµµάτων. Ένα πρόγραµµα σε LabVIEW ονοµάζεται VI (Virtual Instrument) επειδή µιµείται την εµφάνιση και λειτουργία ενός πραγµατικού οργάνου. Στην παρούσα εργασία θα χρειαστεί η δηµιουργία ενός Project για να είναι δυνατή η επικοινωνία του VI µε τον OPC SERVER και κατ επέκταση µε το PLC. Για την δηµιουργία ενός project γίνεται η ενεργοποίηση του LabVIEW από το παρακάτω εικονίδιο και στη συνέχεια γίνεται η επιλογή empty project όπως φαίνεται στο Σχήµα 5.26.

90 84 Κεφάλαιο 5, ιαχείριση του συστήµατος µέσω LabVIEW Σχήµα Ενεργοποίηση LabVIEW. Σχήµα Επιλογή δηµιουργίας project. Όταν θα ανοίξει το project κάνουµε δεξί κλικ επάνω στο My Computer και επιλέγουµε New- I/O Server όπως φαίνεται στο Σχήµα Στην συνέχεια ακολουθούν τα παράθυρα έως το Σχήµα 5.29.

91 5.3 ιασύνδεση του LabVIEW µε το PLC S Σχήµα Επιλογή I/O Server. Σχήµα Επιλογή OPC Client.

92 86 Κεφάλαιο 5, ιαχείριση του συστήµατος µέσω LabVIEW Σχήµα Επιλογή NI OPC Server. Όταν δηµιουργηθεί το project κάνοντας δεξί κλικ στον OPC1 και την επιλογή Create Bound Variables γίνεται η εισαγωγή των µεταβλητών από τον OPC Server όπως φαίνεται στα Σχήµατα 5.30 και Σχήµα Εισαγωγή µεταβλητών από τον OPC Server.

93 5.3 ιασύνδεση του LabVIEW µε το PLC S Σχήµα Επιλογή µεταβλητών από τον OPC Server. Τέλος το επόµενο στάδιο είναι να φτιαχτεί το πρόγραµµα VI του LabVIEW στο οποίο θα είναι δυνατή η παρακολούθηση και ο έλεγχος των µεταβλητών του PLC σε ένα γραφικό περιβάλλον. Από το Σχήµα 5.32 φαίνεται πως εισάγουµε ένα VI στο project και στη συνέχεια γίνεται ο προγραµµατισµός του. Σχήµα ηµιουργία του VI.

94 88 Κεφάλαιο 5, ιαχείριση του συστήµατος µέσω LabVIEW Σχήµα Τελική µορφή του project. Η εισαγωγή των µεταβλητών στο VI γίνεται µε drag-an-drop από την κεντρική σελίδα του project στο front panel του VI. Σχήµα VI. Κάθε µεταβλητή που είναι αναλογική εισάγεται στο front panel µε τη µορφή που φαίνεται στο Σχήµα 5.34 και αν είναι ψηφιακή εισάγεται σαν Boolean. Οπότε είναι

95 5.3 ιασύνδεση του LabVIEW µε το PLC S απαραίτητο πολλές φορές να αλλάξουµε την µορφή τους σε αυτό που αντιπροσωπεύουν πραγµατικά, για παράδειγµα το temperature που υπάρχει στην εργασία µπορεί να αντικατασταθεί µε ένα θερµόµετρο όπως φαίνεται στο Σχήµα 5.35 µε δεξί κλικ επάνω στην µεταβλητή και την επιλογή replace. Σχήµα Αντικατάσταση των µεταβλητών µε γραφικά. 5.4 DSC(Datalogging and Supervisory Control) module Όταν πρόκειται για την κατασκευή νέων µηχανών ή την βελτιστοποίηση των υφιστάµενων βιοµηχανικών συστηµάτων, ο σχεδιασµός µιας ανταγωνιστικής λύσης, επιτυγχάνοντας παράλληλα ένα µικρότερο χρόνο διάθεσης στην αγορά µπορεί να αποτελέσει πρόκληση. Με τη χρησιµοποίηση του εργαλείου σχεδίασης των γραφικών συστηµάτων της National Instrument(ΝΙ), µπορούµε να αυξήσουµε την απόδοση και να µειώσουµε τις λειτουργικές δαπάνες µέσω του προηγµένου ελέγχου, τις µετρήσεις υψηλής ταχύτητας, την κίνηση ακριβείας, της τεχνητής όρασης, και των human machines interfaces (HMIS). Στο επίκεντρο του σχεδιασµού των γραφικών συστηµάτων είναι το NI LabVIEW, ένα ανοικτό και ευέλικτο περιβάλλον ανάπτυξης που συνδυάζει την ευκολία χρήσης των εργαλείων διαµόρφωσης µε την ευελιξία µιας ισχυρής γλώσσας προγραµµατισµού. Το DSC (Datalogging and Supervisory Control)

96 90 Κεφάλαιο 5, ιαχείριση του συστήµατος µέσω LabVIEW module της NI είναι ο καλύτερος τρόπος για την ανάπτυξη των συστηµάτων ελέγχου και παρακολούθησης. Το DSC (Datalogging and Supervisory Control) Module έχει τις παρακάτω δυνατότητες: Alarming Προειδοποίηση επιπέδων στάθµης. Προειδοποίηση ρυθµού αλλαγών. Προειδοποίηση αγνώστων γεγονότων. Data Logging Άντληση πληροφοριών από το LabVIEW ή µέσω µιας SQL-compatible ODBC interface. Καταγραφή αλλαγών των τιµών των shared variables αυτόµατα σε trace format. ιαδραστικά και προγραµµατιστικά εργαλεία για χειρισµό της βάσης δεδοµένων. Καταγραφή δεδοµένων στη βάση δεδοµένων Citadel. Industrial Graphics Το DSC module περιέχει µια βιβλιοθήκη µε παραπάνω από 4000 γραφικά. Επιπλέον ενδείξεις για σωλήνες, δεξαµενές και αντλίες. Ιστορικά και πληροφορίες και ανάλυση δεδοµένων σε πραγµατικό χρόνο.

97 5.4 DSC(Datalogging and Supervisory Control) module 91 Σχήµα Χρήση του DSC module για αντικατάσταση των µεταβλητών µε γραφικά. Σχήµα Χρήση του DSC module για αντικατάσταση των µεταβλητών µε γραφικά.

98 92 Κεφάλαιο 5, ιαχείριση του συστήµατος µέσω LabVIEW Για την παρούσα εργασία µε τη βοήθεια του DSC module το VI της εφαρµογής µας πήρε την τελική µορφή του Σχήµατος Σχήµα Τελικό VI front panel. Σε αυτό το VI έχει απεικονιστεί ο χώρος (ένα χειρουργείο στην συγκεκριµένη εργασία) στον οποίο θα γίνεται ο έλεγχος και ρύθµιση της θερµοκρασίας και υγρασίας. Επίσης φαίνεται και όλο το ηλεκτροµηχανολογικό σύστηµα που υλοποιεί τις παραπάνω ρυθµίσεις ψύξης- θέρµανσης. Από την αριστερή πλευρά του σχήµατος βλέπουµε τον αεραγωγό εισαγωγής αέρα στο χώρο. Ο αέρας που εισάγεται περνάει πρώτα από το ψυκτικό στοιχείο το οποίο έχει µια τρίοδος αναλογική ηλεκτροβάνα που ψύχει τον αέρα εισαγωγής ανάλογα µε τις απαιτήσεις του χώρου. Στο κάτω µέρος της ηλεκτροβάνας υπάρχουν δυο ενδείξεις, η µια δείχνει την τάση που τροφοδοτείται και η άλλη το ποσοστό επί τοις εκατό που είναι ανοικτή. Το δεύτερο στοιχείο που συναντά ο αέρας εισαγωγής είναι το θερµαντικό που θερµαίνει τον αέρα και αυτό ανάλογα µε τις απαιτήσεις του χώρου. Τέλος πριν την εισαγωγή του αέρα στο χώρο υπάρχει µια δίοδος αναλογική ηλεκτροβάνα η οποία ενεργοποιείται µόνο αν η υγρασία είναι σε χαµηλότερα επίπεδα από αυτή που έχει ρυθµιστεί. Επίσης κάτω από την δίοδος

99 5.4 DSC(Datalogging and Supervisory Control) module 93 ηλεκτροβάνα υπάρχουν οι ανάλογες ενδείξεις για την τάση που έχει στα άκρα της και το ποσοστό επί της εκατό που είναι ανοικτή η ηλεκτροβάνα. Στην δεξιά πλευρά υπάρχει ο αεραγωγός εξαγωγής αέρα από το κλιµατιζόµενο χώρο. Επάνω σε αυτόν τον αεραγωγό έχουµε ένα διπλό αισθητήριο το QFM 65 το οποίο µετράει τη θερµοκρασία και την υγρασία που έχει ο χώρος. Κάτω από το αισθητήριο αυτό υπάρχουν ψηφιακές ενδείξεις για την θερµοκρασία και την υγρασία καθώς επίσης και η αντιστοιχία των τιµών αυτών σε τάση (Volt) που µετράει το αισθητήριο. Στο εσωτερικό του χώρου µπορούµε να διακρίνουµε ένα θερµόµετρο το οποίο µας δείχνει τη θερµοκρασία του χώρου και άλλη ψηφιακή ένδειξη που µας δείχνει την υγρασία του χώρου. Στην δεξιά πλευρά του τοίχου µπορούµε να διακρίνουµε ένα ψηφιακό θερµοστάτη χώρου τον οποίο µπορούµε να του ρυθµίζουµε τη θερµοκρασία που θέλουµε να έχει ο χώρος πατώντας τα βελάκια (επάνω βελάκι για αύξηση της θερµοκρασίας και κάτω για την µείωση της). Σχήµα Τελικό VI block diagram.

100 94 Κεφάλαιο 5, ιαχείριση του συστήµατος µέσω LabVIEW 5.5 ιαχείριση αποτελεσµάτων Με τη χρήση του LabVIEW έχουµε την δυνατότητα να ελέγχουµε την όλη διαδικασία µε την καταγραφή και την απεικόνιση των αποτελεσµάτων σε γραφικές παραστάσεις για την κάθε ηµέρα ξεχωριστά. Με το πρόγραµµα που φαίνεται στο Σχήµα 5.40 δηµιουργείται κάθε ηµέρα ένα ξεχωριστό txt αρχείο. Έχουµε την δυνατότητα να επιλέξουµε την συχνότητα (χρονική διάρκεια) που θα παίρνουµε τις µετρήσεις κατά την διάρκεια της ηµέρας. Ρυθµιση χρόνου καταγραφής σε 2 sec Σχήµα Πρόγραµµα καταγραφής αποτελεσµάτων.

101 5.4 ιαχείριση αποτελεσµάτων 95 Το txt που δηµιουργείται φαίνεται στο Σχήµα Σχήµα Πρόγραµµα καταγραφής αποτελεσµάτων. Στην συνέχεια µπορούµε από το κεντρικό VI (pid10.vi) πατώντας το button GRAPH να εµφανιστεί ένα παράθυρο για να επιλέξουµε για ποια ηµέρα να µας εµφανίσει την γραφική παράσταση αυτό φαίνεται στο Σχήµα Το αρχικό block διάγραµµα που καλεί την συνάρτηση των γραφικών παραστάσεων φαίνεται στο Σχήµα Είναι µια case structure η οποία αν πατηθεί το button GRAPH τότε ενεργοποιείται ένα άλλο VI το GRAPH.vi.

102 96 Κεφάλαιο 5, ιαχείριση του συστήµατος µέσω LabVIEW Σχήµα Επιλογή ηµεροµηνίας για την δηµιουργία γραφικών παραστάσεων. Σχήµα Block διάγραµµα που καλεί το GRAPH.vi.

103 5.4 ιαχείριση αποτελεσµάτων 97 Η συνάρτηση που αποτελεί το GRAPH.vi φαίνεται στο Σχήµα 5.44 η οποία είναι αυτή που δηµιουργεί τις γραφικές παραστάσεις για τη θερµοκρασία και την υγρασία. Σχήµα Block διάγραµµα που δηµιουργεί τις γραφικές παραστάσεις. Στα Σχήµατα 5.45 και 5.46 που ακολουθούν βλέπουµε τις γραφικές παραστάσεις για µια συγκεκριµένη ηµεροµηνία. Με αυτό τον τρόπο µπορεί να γίνεται δειγµατοληπτικά ο έλεγχος για το πόσο σωστά δουλεύει το σύστηµα. Σχήµα Γραφική παράσταση θερµοκρασίας για µια µέρα.

104 98 Κεφάλαιο 5, ιαχείριση του συστήµατος µέσω LabVIEW Σχήµα Γραφική παράσταση υγρασίας για µια µέρα.