ΘΕΜΑ ΠΤΥΧΙΑΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: Μετρητής σταθμού αυτοκινήτων με τη χρήση PLC ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ: ΣΙΣΜΑΝΗΣ ΜΙΧΑΗΛ Α.Ε.Μ:5066 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΤΡΑΜΑΝΤΖΑΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ Καβάλα Ιούνιος 2014
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... 2 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ PLC... 5 1.1 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ... 5 1.2 ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΤA PLC;... 7 1.3 ΠΟΥ ΤΑ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΜΕ;... 7 1.4 ΓΝΩΡΙΜΙΑ ΜΕ ΤΑ PLC... 8 1.5 MICROSYSTEMS... 10 2. ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΩΝ PLC ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΑ ΜΕ ΤΟΝ ΚΛΑΣΙΚΟ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟ... 11 3. HARDWARE ΚΑΙ SOFTWARE ΤΟΥ PLC... 14 3.1 HARDWARE... 14 3.2 SOFTWARE ΤΟΥ PLC ΚΑΙ ΠΩΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΕΙ... 18 3.3 ΤΥΠΟΙ PLC... 21 3.4 ΓΛΩΣΣΕΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ ΤΩΝ PLC... 23 4. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ GMWIN... 29 4.1 ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΚΤΕΛΕΣΗ GMWIN... 29 4.2 ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ... 29 4.3 ΣΥΝΔΕΣΗ ΤΟΥ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗ ΜΕ ΤΟ PLC... 33 4.4 ΞΕΚΙΝΟΝΤΑΣ ΤΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ... 33 4.5 ΕΡΓΑΛΕΙΟΘΗΚΗ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΣΕ ΓΛΩΣΣΑ LD... 35 4.6 ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΣΧΕΔΙΟΥ... 36 5. ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΑΣΚΗΣΗΣ ΜΕΤΡΗΤΗ ΣΤΑΘΜΟΥ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ ΜΕ ΧΡΗΣΗ PLC... 46 6. ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΜΑΚΕΤΑΣ... 59 7. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ... 67 8. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... 68 Α.Ε.Μ:5066 2
ΠΕΡΙΛΗΨΗ Σκοπός της πτυχιακής εργασίας είναι, να δείξουμε πως λειτουργεί ένας χώρος στάθμευσης αυτοκινήτων χρησιμοποιώντας τα PLC. Πιο συγκεκριμένα, με την υλοποίηση του προγράμματος στο GLOFA GMWIN, όταν ένα αυτοκίνητο εισέρχεται στο χώρο στάθμευσης ο αύξον μετρητής μας δείχνει πως ο χώρος έχει ένα σύνολο αυτοκινήτων. Αντίστοιχα όταν κάποιο αυτοκίνητο βγαίνει απ το χώρο στάθμευσης ο φθίνον μετρητής μας το υποδεικνύει. Για να γίνει αυτή η καταμέτρηση αυτόματα, κάνουμε χρήση των PLC όπως αναφέρεται και μέσα στην εργασία αλλά και για να γίνει πιο εύκολο στην πράξη με ην κατασκευή μακέτας στην οποία θα εξηγήσουμε αναλυτικά το πώς δουλεύει η άσκηση. Στα πρώτα κεφάλαια συναντάμε την εμφάνιση των PLC, που τα χρησιμοποιούμε, πως η ζωή μας γίνεται πιο εύκολη με αυτά καθώς και ποια είναι τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα τους. Έπειτα βλέπουμε το λογισμικό και το λειτουργικό σύστημα των PLC, τους τύπους και τις γλώσσες προγραμματισμού, ώστε να έχουμε μια εμπλουτισμένη εικόνα για το πώς λειτουργεί. Στη συνέχεια θα υποδείξουμε τις απαιτήσεις για την εγκατάσταση και πώς λειτουργεί το πρόγραμμα GMWIN αναλυτικά και βεβαίως μέσω ενός απλού παραδείγματος, προτού περάσουμε στην υλοποίηση της άσκησης. Μετά θα περάσουμε στην υλοποίηση της άσκησης και θα δούμε αναλυτικά τα βήματα που ακολουθήσαμε ώστε να δουλέψει χωρίς κανένα απολύτως πρόβλημα. Τέλος θα ασχοληθούμε με το πρακτικό μέρος, δηλαδή την κατασκευή της μακέτας όπου θα δούμε στην πράξη το πώς δουλεύει ένας χώρος στάθμευσης. Α.Ε.Μ:5066 3
ABSTRACT The purpose of thesis is to show how works a parking station using PLC. Specifically, with implementation of the program GLOFA GMWIN, when a car gets inside in the park station the ascending counter shows that station has total of cars. Respectively when a car departs from the car station, the regressive counter shows that. So for being that counting automatically, we make use of PLC as we can see below and make easier in act by making a model in which we can explain in detail how exercise can works. In first chapters we meet the appearance of PLC, where it can be used, how they make our lives easier by using them, and what are the advantages and disadvantages. Then we can see software and hardware of Plc as well and the programming language to have an enhanced image that how it works. Furthermore we will indicate to the requirements for installation and using of the program GMWIN detail and of course through a simple example before we pass in completion of the exercise. Then we ll continue in exercise completion and will see the steps which we followed to work without any problem. Finally we will deal with the practical part which means the construction of layouts where we look in practice and how works the parking station. Α.Ε.Μ:5066 4
1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ PLC 1.1 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ Στα τέλη της δεκαετίας του 1960, οι ανάγκες αυτοματοποίησης της Αμερικάνικης βιομηχανίας αυτοκινήτων, έφεραν στην επιφάνεια την μέχρι τότε καινοτόμα ιδέα, τους Προγραμματιζόμενους Λογικούς Ελεγκτές (PLCs, Programmable Logic Controllers). Σκοπός ήταν η αντικατάσταση του κλασικού αυτοματισμού ο οποίος χρησιμοποιούσε υλικά ηλεκτρομηχανικής τεχνολογίας. Σήμερα η ανάπτυξή του έχει εξελιχθεί ιδιαίτερα ώστε να χρησιμοποιείται σε μεγάλο βαθμό σε αρκετές μορφές βιομηχανικού αυτοματισμού. Πώς ξεκίνησε όμως η ανάγκη για την εύρεση μιας πρωτοποριακής συσκευής; Καταρχάς, βασικό στοιχείο του PLC είναι ένας μικροεπεξεργαστής, ο οποίος έχει την μορφή ολοκληρωμένου κυκλώματος. Ο μικροεπεξεργαστής ουσιαστικά είναι το μυαλό του υπολογιστή που ελέγχει και κατευθύνει όλες τις εργασίες και κάνει υπολογισμούς. Ένας μικροεπεξεργαστής περιλαμβάνει τις περισσότερες, αν όχι όλες, τις λειτουργίες της κεντρικής μονάδας επεξεργασίας ενός υπολογιστή σε ένα ενιαίο ολοκληρωμένο κύκλωμα. Το ολοκληρωμένο κύκλωμα είναι ένα κύκλωμα συνδεδεμένων λογικών πυλών, δημιουργημένο πάνω σε ένα φύλλο ημιαγωγού ή πυριτίου. Ταυτόχρονα πλεονεκτεί ως προς το μέγεθός του, τον εύκολο προγραμματισμό του, την υψηλή αξιοπιστία του καθώς και το χαμηλό κόστος. Το βασικότερο όμως πλεονέκτημά του είναι η δυνατότητά του να εκτελεί ποικιλία λειτουργιών με τον κατάλληλο προγραμματισμό. Εξού και η ονομασία του, Programmable. Ο βασικός λόγος ανάπτυξης του PLC ήταν το ιδιαίτερα μεγάλο κόστος κατασκευής και συντήρησης των πολύπλοκων μονάδων αυτοματισμού που αποτελούνταν από μηχανολογικό, όπως σκληρός δίσκος, και ηλεκτρικό εξοπλισμό όπως οι ηλεκτρονόμοι(ρελέ), οι βοηθητικές επαφές, τα χρονικά κ.α. Οι συγκεκριμένες διατάξεις παρουσίαζαν συχνά βλάβες και είχαν μικρότερη διάρκεια ζωής, με αποτέλεσμα την παύση των μηχανών με σκοπό τον εντοπισμό και την επίλυση του προβλήματος, κάτι το οποίο ήταν Α.Ε.Μ:5066 5
επίπονο και χρονοβόρο. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα δυσμενείς οικονομικές επιπτώσεις στις επιχειρήσεις. Η Betford υπήρξε η πρώτη εταιρία που κατάφερε με επιτυχία να επιλύσει τα προαναφερθέντα προβλήματα, με μια νέα συσκευή που ονομάστηκε Modular Digital Controller (MODICON), η οποία και διατέθηκε στο εμπόριο με το όνομα MODICON 084. Το 1973 παρουσιάζεται ένα νέο πρωτόκολλο επικοινωνίας της MODICON, το Modbus το οποίο δίνει την δυνατότητα στα PLCs να επικοινωνούν με άλλες συσκευές όπως αισθητήρες, αλλά και μεταξύ τους, με σκοπό την ανταλλαγή δεδομένων. Συγκεκριμένα είναι ένα απλό, ευέλικτο και ευρέως χρησιμοποιούμενο πρωτόκολλο αρχιτεκτονικής master/slave, το οποίο επιτρέπει την ανταλλαγή διακριτών αναλογικών σημάτων μεταξύ συσκευών. Το Modbus αναπτύχθηκε από την Schneider Electric (πρώην Gould Modicon) για συστήματα ελέγχου διαδικασίας (process control). Έπειτα το 1990 χρησιμοποιείται το πρότυπο IEC 1131-3 το οποίο καθορίζει τόσο τον αριθμό και την ονομασία των γλωσσών προγραμματισμού, όσο και τα εσωτερικά τους στοιχεία (σύμβολα, εντολές κ.λ.π.). Το πρότυπο IEC 1131-3 είναι η πρώτη πραγματική προσπάθεια για την τυποποίηση γλωσσών προγραμματισμού για βιομηχανικούς αυτοματισμούς. Με την παγκόσμια υποστήριξή της, είναι ανεξάρτητη από οποιανδήποτε μεμονωμένη εταιρεία. Αποτελεί το τρίτο μέρος της σειράς IEC 1131. Αυτό αποτελείται από την γενική επισκόπηση, το hardware, τις γλώσσες προγραμματισμού, τις οδηγίες χρήσης και την επικοινωνία. Τα προγράμματα δημιουργούνται από έναν αριθμό διαφορετικών στοιχείων λογισμικού, γραμμένα σε οποιαδήποτε από τις IEC γλώσσες. Τυπικά, ένα πρόγραμμα αποτελείται από ένα δίκτυο των λειτουργιών και από μπλοκ λειτουργίας τα οποία έχουν την ικανότητα να ανταλλάσσουν δεδομένα. Η λειτουργία και τα μπλοκ λειτουργίας είναι τα βασικά στοιχεία για την δημιουργία ενός μπλοκ, το οποίο περιέχει μία δομή δεδομένων και έναν αλγόριθμο. Τα προγράμματα, τα μπλοκ λειτουργίας και οι λειτουργίες, ονομάζονται Μονάδες Οργάνωσης Προγράμματος (Program Organization Units, POUs). Όσον αφορά στην γλώσσα προγραμματισμού, η σύνταξη και η σημασιολογία έχουν καθοριστεί με αποτέλεσμα αν την έχετε μελετήσει και κατανοήσει μια φορά τότε μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια μεγάλη ποικιλία από συστήματα που βασίζονται σε αυτό το πρότυπο. Οι γλώσσες διακρίνονται σε γραφικές και κειμένου. Οι γραφικές (διάγραμμα Α.Ε.Μ:5066 6
Ladder, Ladder Diagram LD και Γλώσσα Λογικών Γραφικών, Function Block Diagram FBD,) και του κειμένου (Instruction List IL, & δομημένου Κειμένου, Structured Text ST). 1.2 ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΤA PLC; Το PLC δεν είναι τίποτα άλλο παρά ένας μικροϋπολογιστής, κατάλληλα προσαρμοσμένος ώστε να χρησιμοποιείται για τη λειτουργία των αυτοματισμών. Το PLC δηλαδή δημιουργήθηκε για να αντικαταστήσει τον κλασικό πίνακα αυτοματισμού με τους ηλεκτρονόμους. Δηλαδή έγινε μια μεγάλη αλλαγή περάσαμε κατευθείαν από τους ηλεκτρονόμους στους υπολογιστές παρακάμπτοντας τα ηλεκτρονικά. Για να μπορούν όμως οι τεχνικοί να χρησιμοποιήσουν το νέο προϊόν και να μην τρομάξουν από έννοιες όπως υπολογιστής, προγραμματισμός, γλώσσες προγραμματισμού κλπ, οι εταιρίες δεν ανέφεραν τίποτε από τα παραπάνω. Απλά τους είπαν αντί να σχεδιάσετε το ηλεκτρολογικό σχέδιο θα το κάνετε με το τρόπο που θα σας πούμε. Ουσιαστικά τους μάθαιναν προγραμματισμό. Οι πρώτες γλώσσες προγραμματισμού δεν έκαναν τίποτε άλλο από το να αντιγράφουν το ηλεκτρολογικό σχέδιο σε μια ειδική συσκευή προγραμματισμού. 1.3 ΠΟΥ ΤΑ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΜΕ; Ασανσέρ, διυλιστήρια, καράβια, υδροηλεκτρικά φράγματα, συστήματα γεννητριών, ανεμογεννήτριες, βιολογικοί καθαρισμοί, αντλιοστάσια, φανάρια σε διασταυρώσεις δρόμων, κυλιόμενες σκάλες, τούνελ κυκλοφορίας αυτοκινήτων, «έξυπνα» σπίτια, συναγερμοί, γραμμές παραγωγής στην βιομηχανία, αυτόματες μηχανές συσκευασίας εμφιάλωσης, γκαραζόπορτες, κυλιόμενες διαφημιστικές πινακίδες είναι μόνο λίγες από τις εφαρμογές που χρησιμοποιούνται τα PLC. Τα τελευταία 20 χρόνια στην Ελλάδα χρησιμοποιούνται σε πάρα πολλές εφαρμογές τείνοντας να αντικαταστήσουν τον κλασσικό αυτοματισμό. Καλύπτουν λοιπόν ένα τεράστιο φάσμα εφαρμογών και για αυτό το λόγο πολλοί μηχανικοί από διάφορους κλάδους έχουν στραφεί στην ενασχόλησή με αυτά Τα τελευταία χρόνια βέβαια έχει αναπτυχθεί ένας αρκετά κερδοφόρος κλάδος που ονομάζεται <<τεχνολογία των έξυπνων σπιτιών>>. Αυτή η τεχνολογία αποτελεί στην ουσία ένα υποσύνολο των δυνατοτήτων των Α.Ε.Μ:5066 7
PLC όπως τα γνωρίζουμε στην κλασσική μορφή τους και οι μηχανικοί των PLC που ασχολούνται με αυτήν, προσαρμόζονται πολύ πιο εύκολα. 1.4 ΓΝΩΡΙΜΙΑ ΜΕ ΤΑ PLC Το PLC είναι μια ηλεκτρονική διάταξη η οποία από την άποψη της λειτουργίας θα μπορούσε να προσομοιωθεί με ένα πίνακα αυτοματισμού. Έχει δηλαδή εισόδους και εξόδους που συνδέονται με τα στοιχεία μιας εγκατάστασης και βέβαια ένα αλγόριθμο που καθορίζει ότι κάποιος συνδυασμός εισόδων παράγει ένα αποτέλεσμα στις εξόδους (πχ η ενεργοποίηση ενός τερματικού διακόπτη σταματά έναν κινητήρα) οι ομοιότητες όμως σταματούν εδώ μιας και το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό των PLC είναι ότι οι κανόνες που καθορίζουν τη συμπεριφορά των εξόδων δεν είναι σταθεροί και συρματωμένοι,όπως σε ένα κλασικό πίνακα αυτοματισμού αλλά μπορούν να μεταβάλλονται με την επέμβαση στο πρόγραμμα του PLC χωρίς καμιά επέμβαση στο hardware του συστήματος. Δηλαδή η λογική της λειτουργίας που ενσωματώνεται στο PLC μέσω του προγραμματισμού του είναι μεταβαλλόμενη. Έτσι σε ότι αφορά το υλικό όλα τα PLC αποτελούνται από τη CPU η οποία περιέχει την λογική του αυτοματισμού και η οποία αφού διαβάσει την κατάσταση των εισόδων (input modules) ενεργοποιεί τις εξόδους (output modules) συμφωνά με τους κανόνες (πρόγραμμα) που έχουμε αποθήκευση στην μνήμη του. Βεβαία το σύστημα συμπληρώνεται από το τροφοδοτικό και πιθανόν από διατάξεις ενδείξεων και χειρισμών (operator panel, operator display). H CPU με την βοήθεια των εισόδων γνωρίζει κάθε στιγμή την κατάσταση ενός διακόπτη, εάν δηλαδή είναι διεγερμένος η όχι. Επιπλέον στην κατάλληλη έξοδο οπλίζει ένα ρελέ και μέσω αυτού ενεργοποιεί μια διάταξη κίνησης, φωτισμού κλπ. Αυτό που απομένει είναι η λογική, δηλαδή πότε πρέπει να οπλίσει το ρελέ. Αυτή η λογική είναι το πρόγραμμα του PLC που συντάσσεται σε συγκεκριμένη γλώσσα με τη βοήθεια ειδικού λογισμικού (programming software), και αποθηκεύεται στη μνήμη του PLC. Α.Ε.Μ:5066 8
Έτσι τώρα το συνολικό του συστήματος λειτουργεί ως εξής: Αρχικά η CPU διαβάζει τις εισόδους, δηλαδή παρατηρεί την κάθε είσοδο, και αν σε αυτή εμφανιστεί τάση (που σημαίνει ότι έχει κλείσει ο διακόπτης) καταχωρεί ένα λογικό 1 σε μια περιοχή της μνήμης του που είναι ειδική για αυτό τον σκοπό (input image). Η περιοχή αυτή περιέχει σε κάθε στιγμή την κατάσταση των εισόδων και λειτουργεί σαν ενδιάμεσος σταθμός ανάμεσα στον έξω κόσμο και την CPU. Στην συνεχεία εκτελείται το πρόγραμμα δηλαδή εξετάζεται η τιμή των εισόδων και αποφασίζεται η τιμή της εξόδου η οποία και καταχωρείται σε μια αντίστοιχη περιοχή μνήμης εξόδου (output image). Τέλος, η περιοχή της μνήμης εξόδου μεταφέρεται στην κάρτα εξόδου και διεγείρει με τη σειρά της το ρελέ. Η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται από την αρχή και διαρκώς δηλαδή ξαναδιαβάζεται που μπορεί τώρα να έχει διαφορετική τιμή κλπ. Η διαδικασία αυτή λέγεται κυκλική επεξεργασία στο PLC ή κύκλος ανίχνευσης (scan cycle). Είναι ιδιαίτερα σημαντικό εδώ να τονίσουμε ότι η πληροφορία για την κατάσταση της εισόδου αποκτάται μόνο στην αρχή του κύκλου και η κατάσταση της εισόδου κατά τον χρόνο εκτέλεσης του προγράμματος θεωρείται σταθερή (πράγμα που βεβαίως μπορεί να μην συμβαίνει), όμως ο κύκλος του PLC είναι τόσο σύντομος (τυπικά μερικά msec) που ακόμα και αν αλλάξει κατάσταση η είσοδος, η CPU θα τον αντιληφθεί στον αμέσως επόμενο κύκλο (πχ μετά από 3 ms) και θα δράσει ανάλογα με καθυστέρηση μόνο χιλιοστών του δευτερολέπτου. Φυσικά για ιδιαίτερα κρίσιμες εισόδους υπάρχουν τεχνικές που επιτρέπουν την ακαριαία πληροφόρηση και δράση της CPU (Event driven interrupt). Εδώ θα πρέπει επίσης να υπογραμμίσουμε, όπως εξάλλου είδαμε και πιο πάνω, ότι το αποτέλεσμα του αυτοματισμού (το πότε θα διεγερθεί η έξοδος ) το καθορίζει το πρόγραμμα και όχι οι καλωδιώσεις. Θα μπορούσαμε διατηρώντας τις ίδιες ακριβώς καλωδιώσεις και αλλάζοντας μόνο το πρόγραμμα να κάνουμε το σύστημα να συμπεριφέρεται εντελώς διαφορετικά. Αυτή είναι βέβαια και η μεγάλη διαφορά του PLC από οποιοδήποτε άλλο Α.Ε.Μ:5066 9
σύστημα αυτοματισμού που καθορίζει και το όνομα του δηλαδή προγραμματιζόμενος λογικός ελεγκτής (PLC). 1.5 MICROSYSTEMS Μια από τις κυριαρχικές τάσεις στην τεχνολογία αυτοματισμού τα τελευταία χρόνια είναι η σχεδίαση,παραγωγή και χρήση όλων και πιο μικρών συστημάτων (Microsystems),με τα οποία υλοποιούνται έξυπνες και ευέλικτες λύσεις(microsoloytions).tα συστήματα αυτά ανήκουν στην κατηγορία των προγραμματιζόμενων λογικών ελεγκτών.(programmable Logic Controllers PLC).Χρησιμοποιούνται στη θέση διατάξεων κλασσικού αυτοματισμού, ηλεκτρονικών (ιδιοκατασκευών) με προβλήματα αξιοπιστίας, συστημάτων που έχουν αναπτυχθεί ειδικά για κάποια εφαρμογή (και για αυτό έχουν πολύ μεγάλο κόστος) ή αντικαθιστούν τμήματα μεγάλων και πανάκριβων κεντρικών συστημάτων ελέγχου. Τα πεδία εφαρμογής των Microsystems είναι η βιομηχανία η κατασκευή μηχανών,οι αυτοματισμοί πλοίων,οι οικιακές εφαρμογές οι κτιριακές εγκαταστάσεις και άλλα.τα πλεονεκτήματα που παρέχουν οι λύσεις,που βασίζονται στους μικρούς ελεγκτές,είναι πολλά και σημαντικά: εξοικονόμηση κόστους-εξοικονόμηση χώρου, ευκολία στη χρήση, ευελιξία,αξιοπιστία, και πολλά ακόμα. Α.Ε.Μ:5066 10
2. ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΩΝ PLC ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΑ ΜΕ ΤΟΝ ΚΛΑΣΙΚΟ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟ Αν έπρεπε να δώσουμε το κύριο πλεονέκτημα-χαρακτηριστικό των PLC s, θα λέγαμε ότι είναι μία διάταξη, η οποία μπορεί κάθε φορά να επαναπρογραμματίζεται, με σκοπό να εκτελεί και μία διαφορετική εργασία, ανάλογα με τις απαιτήσεις που έχουμε να αντιμετωπίσουμε, σε αντίθεση με τον κλασσικό αυτοματισμό, ο οποίος κάθε φορά σχεδιάζεται για να μπορεί να εκτελεί ένα συγκεκριμένο ρόλο, χωρίς την δυνατότητα αλλαγής με γρήγορο και οικονομικό τρόπο. Επίσης ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά του είναι η δυνατότητα επέκτασης του αριθμού των εισόδων και εξόδων του, με αποτέλεσμα την προσαρμογή κάθε φορά της τελικής διάταξης, ειδικά στις ανάγκες μια συγκεκριμένης εφαρμογής. Καθώς η λογική της λειτουργίας του βασίζεται στον προγραμματισμό, είναι δυνατή η χρήση του ίδιου εξοπλισμού σε εντελώς διαφορετικές εφαρμογές. Γενικότερα τα πλεονεκτήματα ενός PLC είναι τα εξής: Χαμηλό κόστος υλοποίησης του αυτοματισμού. Μειωμένος χρόνος υλοποίησης του αυτοματισμού. Ελαχιστοποίηση κόστους συντήρησης. Μεγάλες δυνατότητες επέκτασης του αυτοματισμού. Ευκολία δημιουργίας πολύπλοκων διεργασιών. Δυνατότητα σύνδεσης με κεντρικό υπολογιστικό σύστημα ή εταιρικό δίκτυο. δηλαδή σύνδεση με πολλαπλά interfaces, όπως το Scada. Καταλαμβάνει ελάχιστο χώρο. Έλεγχος σωστής λειτουργίας. Ταχύτερη εγκατάσταση. Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Α.Ε.Μ:5066 11
Επίσης, - Το κόστος κατασκευής του PLC είναι σημαντικά μικρότερο από το κόστος παραγωγής ενός μεγάλου αριθμού βοηθητικών ηλεκτρονόμων, χρονικών και απαριθμητών. - Ο χρόνος κατασκευής του αυτοματισμού είναι μηδαμινός σε σχέση με την κατασκευή ενός κλασικού πίνακα αυτοματισμού. - Ευκολία στον αυτοματισμό, καθώς με την χρήση του PLC καταργείται μεγάλο μέρος πολύπλοκων καλωδιώσεων και οι λογικές πράξεις που οδηγούν στην τελική εντολή προς τις μονάδες ισχύος, εκτελούνται ταχύτατα από τον μικροεπεξεργαστή. - Ευελιξία στην τροποποίηση της λειτουργίας του αυτοματισμού. δηλαδή αν θέλουμε να κάνουμε αλλαγή στον αυτοματισμό, αυτή μπορεί να γίνει αρκετά γρήγορα αρκεί να αλλάξουμε μόνο το πρόγραμμα. - Χρησιμοποιώντας το PLC έχουμε δυνατότητα σύνδεσης με Η/Υ και παράλληλα παρακολούθηση του αυτοματισμού από απόσταση μέσω modem, δικτύου, GSM και άλλων πρωτοκόλλων. Γενικά τα PLC παρέχουν την δυνατότητα σύνδεσης, προγραμματισμού και παρακολούθησης της ροής του προγράμματος με αποτέλεσμα να γίνεται ευνοικότερος ο έλεγχος, ο συντονισμός και οποιαδήποτε σύνθετη διαδικασία αυτομάτου ελέγχου. Ένα από αυτά τα συστήματα είναι το SCADA (Supervisory control and data acquisition). Με τον όρο Scada περιγράφεται μια κατηγορία συστημάτων βιομηχανικού αυτομάτου ελέγχου και τηλεμετρίας. Το χαρακτηριστικό τους είναι ότι αποτελούνται από τοπικούς ελεγκτές, που ελέγχουν επί μέρους στοιχεία και μονάδες μιας εγκατάστασης, συνδεδεμένους σε ένα κεντρικό Master Station (Κύριο Σταθμό Εργασίας). Ο Master Station έχει την δυνατότητα να επικοινωνεί τα δεδομένα που συλλέγει από την εγκατάσταση σε ένα πλήθος από σταθμούς εργασίας, σε τοπικό LAN ή και να μεταδίδει τα δεδομένα της εγκατάστασης σε μακρινά σημεία μέσω κάποιου συστήματος τηλεπικοινωνίας, όπως μέσω του ενσύρματου τηλεφωνικού δικτύου ή μέσω κάποιου ασύρματου δικτύου. Επίσης είναι δυνατό ο κάθε ένας τοπικός ελεγκτής να βρίσκεται σε απομακρυσμένη τοποθεσία και να μεταδίδει τα δεδομένα προς το master station μέσω απλού καλωδίου ή μέσω ασύρματου πομποδέκτη, πάντα με Α.Ε.Μ:5066 12
σύνολο από τοπικούς ελεγκτές συνδεδεμένους σε τοπολογία αστέρα προς ένα master station. Στην τοπολογία αστέρα (star) όλες οι συσκευές συνδέονται με μια κεντρική πλήμνη (hub). Ένα από τα κοινά εξαρτήματα του συστήματος Scada θεωρείται το PLC, που χρησιμοποιείται ως συσκευή πεδίου επειδή είναι πιο οικονομικό, ευέλικτο και προσαρμόσιμο από τα ειδικού σκοπού RTUs. Το PLC ποικίλει σε πλεονεκτήματα εν αντιθέσει με τα μειονεκτήματα. Παρ' όλα αυτά σαν μειονέκτημα θα μπορούσε να θεωρηθεί η έλλειψη επαρκούς γνώσης των τεχνικών, ειδικά στην Ελλάδα, πράγμα που καθιστά δύσκολη και με προβλήματα την εφαρμογή των PLC. Αντίστοιχα ο προγραμματισμός μπορεί να γίνει μόνο από άτομα με γνώσεις προγραμματισμού PLC. Ένα από τα κυριότερα μειονεκτήματα των PLC είναι η Ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή, γιατί στον χώρο εγκατάστασης είναι πιθανό να υπάρχουν ηλεκτρομαγνητικά πεδία τα οποία είναι ικανά να δημιουργήσουν παρεμβολές και στην λειτουργία του PLC. Το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο είναι ένα φυσικό πεδίο που παράγεται από ηλεκτρικά φορτισμένα αντικείμενα. Επηρεάζει τη συμπεριφορά των φορτισμένων αντικειμένων στην περιοχή του πεδίου. Το ηλεκτρικό πεδίο επεκτείνεται επ άπειρον στο χώρο και περιγράφει τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις. Είναι μια από τις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις στη φύση, εκ των οποίων οι υπόλοιπες είναι η βαρύτητα, η ασθενής αλληλεπίδραση και η ισχυρή αλληλεπίδραση. Το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο μπορεί να εκφραστεί ως ο συνδυασμός ενός ηλεκτρικού πεδίου, το οποίο παράγεται από στατικά φορτία και ενός μαγνητικού πεδίου, το οποίο παράγεται από κινούμενα φορτία. Γι' αυτό και είναι απαραίτητο να προστατεύουμε τον ελεγκτή μας με περίβλημα από ατσάλι, αν οι αιτίες παρεμβολής που προκαλούνται από μεγάλους αγωγούς και να τον τοποθετούμε μακριά από τις πηγές αυτές. Επίσης δεν υπάρχουν ακόμα στην αγορά συσκευές που να συνεργάζονται άμεσα με το PLC και γι αυτό τον λόγο απαιτείται η χρήση ειδικών interfaces. Επίσης δεν υπάρχουν ακόμα στην αγορά συσκευές που να συνεργάζονται άμεσα με το PLC και γι αυτό τον λόγο απαιτείται η χρήση ειδικών interfaces. Α.Ε.Μ:5066 13
3. HARDWARE ΚΑΙ SOFTWARE ΤΟΥ PLC 3.1 HARDWARE Σχήμα 3.1. Το Hardware του Plc Με την έννοια Hardware εννοούμε τα ηλεκτρονικά μέρη, διαμέσου των οποίων όλες οι λειτουργίες της εγκατάστασης ή του μηχανήματος που πρόκειται να ελεγθεί διευθύνονται και ενεργοποιούνται σε μια λογική σειρά. Ένα PLC αποτελείται από 1. τον Δίαυλο Επικοινωνίας (Bus) 2. την Μονάδα Τροφοδοσίας 3. Τον Επεξεργαστή (Central Processing Unit, CPU) 4. την Μνήμη 5. την Μονάδα Επικοινωνίας 6. τις Μονάδες Εισόδων και Εξόδων Συγκεκριμένα Α.Ε.Μ:5066 14
1. Ο δίαυλος επικοινωνίας εξασφαλίζει την επικοινωνία μεταξύ όλων των μερών του PLC. 2. Η μονάδα τροφοδοσίας ενός PLC έχει σκοπό να δημιουργήσει από την τάση του δικτύου τροφοδοσίας τις απαραίτητες εσωτερικές τάσεις, που απαιτούνται για την τροφοδοσία των ηλεκτρονικών στοιχείων (τρανζίστορ, ολοκληρωμένα κυκλώματα κ.α.) του PLC. 3. Ο επεξεργαστής αποτελεί τον εγκέφαλο του PLC. Λαμβάνει τιμές αποθηκευμένες στην μνήμη, εκτελεί πράξεις σύμφωνα με τον κώδικα και αποθηκεύει τα αποτελέσματα ξανά στην μνήμη, οπότε και διαμορφώνεται η κατάσταση των εξόδων. 4. Στην μνήμη αποθηκεύεται το πρόγραμμα που συνθέτει ο μηχανισμός και περιέχει τα δεδομένα που χρησιμοποιούνται από το πρόγραμμα. δηλαδή ουσιαστικά χρησιμοποιείται για την αποθήκευση δεδομένων. 5. Η μονάδα επικοινωνίας είναι το μέσο για την επικοινωνία του ελεγκτή προκειμένου να μεταφερθεί σε αυτόν το πρόγραμμα που πρόκειται να εκτελεστεί. Η επικοινωνία αυτή μπορεί να πραγματοποιηθεί με πρωτόκολλο επικοινωνίας CANopen, το πρωτόκολλο ενσύρματης τοπικής δικτύωσης υπολογιστών Ethernet, το σειριακό πρωτόκολλο επικοινωνίας Modbus κλπ. Κάθε PLC διαθέτει σίγουρα μία διεπαφή αλλά παράλληλα έχει και επιπλέον θύρες επικοινωνίας για περιφερειακά. 6. Οι μονάδες εισόδων μεταφέρουν τις τιμές των εισόδων και οι μονάδες εξόδων μεταφέρουν την κατάσταση των εξόδων. Οι είσοδοι και οι έξοδοι αποτελούν βασικό στοιχείο επιλογής στο PLC. Ο δίαυλος επικοινωνίας Bus, είναι ένα σύστημα μεταφορά και επεξεργασίας δεδομένων (κατά το πρότυπο λειτουργίας των Η/Υ), που διατρέχει όλη την εγκατάσταση και πάνω στον οποίο συνδέονται όλα τα ενεργά στοιχεία του συστήματος, όπως μπουτόν, διακόπτες, αισθητήρια, καθώς και στοιχεία εξόδου που δίνουν εντολές για την ενεργοποίηση ρελέ, ηλεκτρικών βαλβίδων, ηλεκτροκινητήρων. Οι μονάδες των εισόδων και των εξόδων αποτελούν τις μονάδες επικοινωνίας της κεντρικής μονάδας με τους αισθητήρες, διακόπτες, μπουτόν, που δίνουν τις εντολές, καθώς και με τους Α.Ε.Μ:5066 15
ηλεκτρονόμους ισχύος των κινητήρων, τις ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες, τις ενδεικτικές λυχνίες και γενικά τους αποδέκτες που εκτελούν τις εντολές του αυτοματισμού Οι είσοδοι μετατρέπουν το ηλεκτρικό σήμα σε μια λογική ψηφιακή κατάσταση 0 ή 1 και οι έξοδοι μετατρέπουν μια λογική ψηφιακή κατάσταση σε ηλεκτρικό σήμα. Τα ψηφιακά σήματα εισόδου και εξόδου που μπορεί να δεχτεί η κεντρική μονάδα είναι χαμηλής τάσης και ρεύματος. Οι μονάδες εισόδων και εξόδων αναλαμβάνουν να προσαρμόσουν τα σήματα εισόδου και εξόδου, που έχουμε στον αυτοματισμό, σε σήματα που μπορεί να δεχτεί η κεντρική μονάδα, σε τάση και ρεύμα. Η προσαρμογή αυτή γίνεται είτε με την χρήση ηλεκτρονικών στοιχείων ισχύος είτε με την χρήση κατάλληλων ρελέ. Οι είσοδοι και οι έξοδοι είναι ουσιαστικά οι ακροδέκτες (κλέμες, ελάσματα κ.α.) που καταλήγει το σύστημα του PLC. Στους διάφορους τύπους των PLC οι μονάδες εισόδων και εξόδων αντιμετωπίζονται με διαφορετικό τρόπο. Γενικά ισχύει ότι μια μονάδα εισόδων ή εξόδων μπορεί να λειτουργεί με συνεχή τάση ή με εναλλασσόμενη τάση. Τυπικές τάσεις που συναντάμε στα PLC είναι: DC 24V, 48V, 60V και AC 24V, 48V, 115V, 230V, με συνηθέστερες τις DC 24V και AC 115V και 230V. Η τάση αυτή δεν παρέχεται συνήθως από τη μονάδα τροφοδοσίας του PLC. Πρέπει να την δημιουργήσουμε εμείς με άλλη τροφοδοτική μονάδα. Βέβαια αν η τάση των εισόδων είναι ίδιας τάξης με αυτή των εξόδων, τότε είναι δυνατό να χρησιμοποιηθεί η ίδια τροφοδοσία για DC τάσεις, και μετασχηματιστές χειρισμού για AC τάσεις. Η μνήμη της κεντρικής μονάδας διακρίνεται στην RAM, ROM και EEPROM. Κάποιες από αυτές ανήκουν στην κατηγορία των πτητικών, οι οποίες χάνουν τα δεδομένα τους που έχουν αποθηκευμένα όταν διακόπτεται η τάση και άλλες στην κατηγορία των πτητικών, δηλαδή σε εκείνες που έχουν την δυνατότητα να διατηρούν το περιεχόμενό τους ακόμα κι όταν η τάση τροφοδοσίας δεν είναι η απαραίτητη. Οι μνήμες RAM (Random Access Memory, μνήμη τυχαίας προσπέλασης) υπάρχουν στην κεντρική μονάδα επεξεργασίας (CPU) ενός PLC και αναφέρονται και ως μνήμες γραφής- ανάγνωσης. Στην μνήμη RAM μπορούμε να γράφουμε και να σβήνουμε αλλά επειδή ανήκει στην κατηγορία των πτητικών, πάντα την Α.Ε.Μ:5066 16
τροφοδοτούμε με μια μπαταρία, συνήθως λιθίου, ώστε να μένει αναλλοίωτο στην μνήμη το πρόγραμμα του αυτοματισμού. Ουσιαστικά η μεταφορά προγράμματος από το PC στο PLC και αντίστροφα, σημαίνει την μεταφορά από την μνήμη RAM ενός συστήματος στην μνήμη RAM του άλλου συστήματος. Ο χρόνος που χρειάζεται για να διαβαστεί ή να γραφεί μια πληροφορία είναι πάντα ο ίδιος. Στην μνήμη ROM αποθηκεύεται το λειτουργικό σύστημα του PLC, δηλαδή όλες τις απαραίτητες λειτουργίες για να δουλέψει το PLC. Στην μνήμη EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory ή ηλεκτρικά διαγραφόμενες και προγραμματιζόμενες μνήμες μόνο ανάγνωσης) μπορούμε να γράψουμε, να σβήσουμε, να ξαναγράψουμε μέσω ειδικού εξοπλισμού, καθώς η συγκεκριμένη μνήμη προγραμματίζεται και σβήνει ηλεκτρικά. Έχει το πλεονέκτημα να παραμένει η μνήμη ακόμα κι αν βγάλουμε την τροφοδοσία. Για αυτό και χρησιμοποιείται για την μόνιμη αποθήκευση προγραμμάτων. Βεβαίως εκτός από τα βασικά χαρακτηριστικά του, απαραίτητα είναι: το/τα πλαίσιο/α για την τοποθέτηση των μονάδων και των επεκτάσεών τους ο ηλεκτρονικός υπολογιστής (Η/Υ) για τον προγραμματισμό του PLC Επίσης υπάρχουν εκδόσεις PLC τα οποία είναι σχεδιασμένα να λειτουργούν σε περιβάλλον με μεγάλες μεταβολές θερμοκρασίας και υγρασίας και να μην επηρεάζονται από βιομηχανικά παράσιτα βλ. ηλεκτρονικός θόρυβος. Ο προγραμματισμός τους πραγματοποιείται με γλώσσες προγραμματισμού κατάλληλες για τον σχεδιασμό του προγράμματος και η εκτέλεση του προγράμματος γίνεται με τρόπο τακτικό και σειριακό. Η επιλογή της γλώσσας προγραμματισμού εξαρτάται από την εμπειρία και την γνώση του χρήστη σε ψηφιακά ηλεκτρονικά, σε υπολογιστές, σε συστήματα αυτοματισμού που λειτουργούν με κλασικό τρόπο και φυσικά εξαρτάται από την φύση του προβλήματος που έχουμε να αντιμετωπίσουμε. Α.Ε.Μ:5066 17
3.2 SOFTWARE ΤΟΥ PLC ΚΑΙ ΠΩΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΕΙ Στην μονάδα επεξεργασίας του PLC εκτελούνται οι πράξεις που περιέχονται στις εντολές του προγράμματος. Η μνήμη του PLC, αποτελείται από bits, bytes και words, τα οποία αντιπροσωπεύουν τα εσωτερικά και εξωτερικά στοιχεία του. Για παράδειγμα όταν αναφερόμαστε στην πρώτη είσοδο, ουσιαστικά εννοούμε το συγκεκριμένο bit που σχετίζεται με την πρώτη είσοδο. Η έννοια «διεύθυνση του PLC χρησιμοποιείται για να ξεχωρίζουμε χιλιάδες bits με τα οποία είναι δομημένο ένα PLC. Κάθε εσωτερικό ή εξωτερικό στοιχείο του PLC έχει την δική του διεύθυνση ώστε να είναι μοναδικό και εύκολα προσβάσιμο. Οι μονάδες εισόδου παίρνουν εντολές από διακόπτες, αισθητήρες ενώ οι μονάδες εξόδου δίνουν εντολές σε μοτέρ, ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες κλπ. Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό ενός PLC είναι ότι οι κανόνες που καθορίζουν την συμπεριφορά των εξόδων δεν είναι σταθεροί όπως σε έναν κλασικό πίνακα αυτοματισμού, αλλά μπορούν να μεταβάλλονται με την επέμβαση στο πρόγραμμα του PLC χωρίς όμως να επεμβαίνουμε στο hardware του συνολικού έργου, δηλαδή όλης της εγκατάστασης Ας υποθέσουμε ότι ένα PLC βρίσκεται σε κατάσταση λειτουργίας του αυτοματισμού, η διαδικασία που ακολουθείται κατά την λειτουργία είναι η εξής: Α.Ε.Μ:5066 18
Σχήμα 3.2 Κύκλος λειτουργίας του PLC Η CPU διαβάζει τις εισόδους, δηλαδή «παρακολουθεί» την κάθε είσοδο και αν σε αυτή εμφανιστεί υψηλή τάση, καταχωρεί ένα λογικό 1 σε μια περιοχή της μνήμης του που έχει δεσμευτεί για αυτό τον σκοπό, ενώ για χαμηλή τάση καταχωρεί ένα λογικό 0. Οι τιμές 0 ή 1 για κάθε είσοδο, αποθηκεύονται σε μια περιοχή μνήμης. Ο μικροεπεξεργαστής παίρνοντας σαν δεδομένα τις τιμές των εισόδων που διάβασε, εκτελεί τις εντολές του προγράμματος, το οποίο λειτουργεί τον αυτοματισμό. Η εκτέλεση του προγράμματος θα δώσει αποτελέσματα για τις εξόδους. Τα αποτελέσματα αυτά αποθηκεύονται σε μια περιοχή μνήμης. Όπως και η εικόνα των εισόδων, αντίστοιχα και η εικόνα των εξόδων περιέχει την τιμή 0 ή 1 για κάθε έξοδο. Οι τιμές αυτές προκύπτουν από την εκτέλεση του προγράμματος. Α.Ε.Μ:5066 19
Ο μικροεπεξεργαστής αποδίδει τις τιμές της εικόνας των εξόδων στις εξόδους. Αυτό σημαίνει ότι σε όποια έξοδο έχει λογικό 0 θα δοθεί χαμηλή τάση και αντίστοιχα σε όποια έξοδο έχει λογικό 1 θα δοθεί υψηλή τάση. Στο τέλος αυτής διαδικασίας έχει ολοκληρωθεί ένας πλήρης κύκλος λειτουργίας και η διαδικασία ξαναρχίζει από την αρχή. Ο κύκλος λειτουργίας εκτελείται συνεχώς όσο το PLC βρίσκεται σε κατάσταση RUN, ουσιαστικά δηλαδή ένα PLC εκτελεί συνεχώς τα βήματα του κύκλου λειτουργίας. Ο χρόνος που χρειάζεται ένα PLC για να εκτελέσει έναν πλήρη κύκλο λειτουργίας, ονομάζεται χρόνος κύκλου και εξαρτάται από την ταχύτητα του μικροεπεξεργαστή αλλά και από τον αριθμό και το είδος των εντολών του προγράμματος. Στις εισόδους συνδέονται όλα τα αισθητήρια όργανα τα οποία απαιτούνται για ένα κύκλωμα αυτοματισμού (τερματικοί, μπουτόν, διακόπτες). Ο ελεγκτής αντιλαμβάνεται αν ότι ένα αισθητήριο είναι ανοιχτό ή κλειστό από το αν εμφανίζεται συγκεκριμένη τάση στην αντίστοιχη κλέμα εισόδου. Οι τάσεις αυτές δεν παρέχονται από την μονάδα τροφοδοσίας του ελεγκτή αλλά πρέπει να δημιουργηθούν από εμάς με το κατάλληλο τροφοδοτικό (για DC) ή με μετασχηματιστή τάσης χειρισμού (για AC). Αντίστοιχα τα καλώδια που πηγαίνουν προς τα ρελέ ισχύος, βαλβίδες, λυχνίες, συνδέονται στις κλέμες εξόδου. Κατά μέσο όρο, ανάλογα τον τύπο του PLC, οι τιμές των ηλεκτρικών ψηφιακών ή αναλογικών σημάτων, τάσεων/ρευμάτων, που προέρχονται από αυτά τα αισθητήρια, εισάγονται στο PLC και γίνεται η επεξεργασία τους με βάση συγκεκριμένες διαδικασίες και εντολές που έχει καταχωρήσει ο χρήστης (βλ. πίνακα 1). Με βάση αυτήν την επεξεργασία παράγονται κατάλληλα σήματα εξόδου με την βοήθεια των οποίων ενεργοποιούνται τα κυκλώματα ισχύος. Πίνακας 1 Τιμές τάσεων και ρευμάτων, αναλογικών και ψηφιακών εισόδων/εξόδων Α.Ε.Μ:5066 20
Πίνακας 3.3 Τάσεων και Ρευμάτων 3.3 ΤΥΠΟΙ PLC Στην αγορά υπάρχουν πολλές εταιρίες από τις οποίες μπορούμε να επιλέξουμε το κατάλληλο για εμάς PLC. Καθεμιά από αυτές διαθέτει μεγάλη γκάμα διαφορετικών PLC. Ευρέως γνωστές είναι οι παρακάτω: Πίνακας 3.4 Τύποι των PLC Η σωστή επιλογή ενός PLC εξαρτάται από τον τύπο, το είδος, τα χαρακτηριστικά του κλπ. Όσον αφορά στους τύπους, υπάρχουν δύο τύποι PLC, οι μη επεκτάσιμοι (τύπου Block) και οι επεκτάσιμοι. Τα μη επεκτάσιμα PLC διαθέτουν όλες τις μονάδες τους ενσωματωμένες στο Α.Ε.Μ:5066 21
PLC, δηλαδή της τροφοδοσίας, των εισόδων και εξόδων, του Ethernet, μερικών αναλογικών εισόδων/εξόδων, του RTC (Real Time Clock). Ο αριθμός των εισόδων και εξόδων ποικίλουν ανάλογα τις απαιτήσεις του αυτοματισμού που θέλουμε να υλοποιήσουμε. Σε κάθε ακροδέκτη του PLC αναγράφεται το όνομα της εισόδου ή της εξόδου καθώς η κάθε είσοδος και έξοδος του PLC έχει προκαθορισμένο όνομα το οποίο αναφέρεται και στο πρόγραμμα. Αντιθέτως, στα επεκτάσιμα PLC οι διάφορες λειτουργικές μονάδες, όπως ο επεξεργαστής, το τροφοδοτικό και οι είσοδοι/έξοδοι, είναι τοποθετημένες σε ανεξάρτητες υπομονάδες. Οι υπομονάδες αυτές έχουν την δυνατότητα βυσμάτωσης πάνω σε ένα πλαίσιο στήριξης. Η αύξηση των επιμέρους μονάδων έχει σαν αποτέλεσμα να πολλαπλασιάζονται οι δυνατότητές τους και να καθίστανται ικανοί να καλύψουν πιο απαιτητικές εφαρμογές. Πλεονεκτούν όταν χρειάζεται μεγάλος αριθμός εισόδων και εξόδων. Επίσης σε ενδεχόμενο βλάβης σε μία από τις υπομονάδες, η αντικατάσταση γίνεται χωρίς να πειραχτούν οι υπόλοιπες. Επιπλέον για να επιλέξουμε ένα PLC λαμβάνουμε υπόψη μας την τάση τροφοδοσίας (12Vdc, 24Vdc ή 230Vac), τον αριθμό και το είδος σημάτων των εισόδων και εξόδων, την τάση σημάτων εισόδου (ψηφιακά 24Vdc, 230Vac, αναλογικά σήματα ή τάσης ρεύματος), είδος μονάδας εξόδου (ρελέ, τρανζίστορ, TRIAC), δυνατότητες επικοινωνίας και δικτύωσης, ευκολία στην χρήση και την εκμάθηση, τις συνθήκες που λειτουργεί πιο σωστά και σε τι αντίξοες συνθήκες μπορεί να ανταποκριθεί (θερμοκρασία, υγρασία, βροχή). Αναλυτικότερα, Ο αριθμός των εισόδων και εξόδων. Είναι σημαντικό να γνωρίζουμε τον ακριβή αριθμό εισόδων και εξόδων που πρόκειται να χρησιμοποιηθούν για την βέλτιστη αλλά και οικονομικότερη χρήση. Ο τύπος των εισόδων και εξόδων. Απαραίτητο επίσης να γνωρίζουμε είναι ο τύπος των εισόδων και εξόδων, δηλαδή αν χρειαζόμαστε ψηφιακή είσοδο, όπως push buttons, ή αναλογική είσοδο, όπως ένα θερμοστοιχείο. Αντίστοιχα και για τις εξόδους, δηλαδή αν πρόκειται για ψηφιακή έξοδο, όπως ρελέ, λάμπα ή για αναλογική έξοδο, όπως τον έλεγχο κίνησης βαλβίδων. Το μέγεθος μνήμης. Η επιλογή της μνήμης με βάση το μέγεθός της κρίνεται σημαντική, καθώς θα πρέπει να είναι αρκετή για την δημιουργία του προγράμματος του PLC. Α.Ε.Μ:5066 22
Τον τύπο του PLC. Όπως αναφέραμε και παραπάνω, οφείλουμε να επιλέξουμε ένα πτητικού ή μη πτητικού τύπο PLC, αναλόγως με το αν μας εξυπηρετεί στο πρόβλημα που θέλουμε να υλοποιήσουμε, να χρησιμοποιήσουμε PLC με ενσωματωμένες όλες τις μονάδες του ή όχι. Την τάση τροφοδοσίας. Τα AC PLC λειτουργούν σε τάση τροφοδοσίας 220V, αντίθετα ένα DC PLC απαιτεί μόνο 24V για να λειτουργήσει. Συνεπώς θα πρέπει να διαλέξουμε το PLC με βάση την διαθέσιμη τάση τροφοδοσίας του πίνακα ελέγχου. Την δυνατότητα επικοινωνίας με πολλά interfaces. Αναλόγως το είδος της διεπαφής, οφείλουμε να επιλέξουμε και το κατάλληλο PLC. Δηλαδή αν θέλουμε το PLC να επικοινωνεί με πρωτόκολλο επικοινωνίας ModBus, θα χρειαστούμε και την αντίστοιχη θύρα. Για να επιλέξουμε το κατάλληλο PLC οφείλουμε να λάβουμε υπόψην όλες τις παραπάνω παραμέτρους και να κατανοήσουμε πλήρως το πρόγραμμα που θέλουμε να υλοποιήσουμε. 3.4 ΓΛΩΣΣΕΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ ΤΩΝ PLC Σχήμα 3.5 Γλώσσες προγραμματισμού των PLC Α.Ε.Μ:5066 23
Όταν αναφερόμαστε σε ένα PLC, ο προγραμματισμός είναι μια από τις βασικές έννοιες που μας έρχονται στο μυαλό. Τι είναι όμως ουσιαστικά ο προγραμματισμός και πως υλοποιείται από την εκάστοτε γλώσσα προγραμματισμού; Προγραμματισμός είναι το σύνολο των διαδικασιών σύνταξης ενός υπολογιστικού προγράμματος για την πραγματοποίηση εργασιών ή για την επίλυση ενός δεδομένου προβλήματος. Ο προγραμματισμός περιλαμβάνει επίσης τον έλεγχο του προγράμματος για την επαλήθευση της ακρίβειάς του, και την προπαρασκευή των οδηγιών με τις οποίες ένας υπολογιστής θα εκτελέσει τις εργασίες που καθορίζονται στις προδιαγραφές του προγράμματος. Θεμελιώδη ρόλο στον υπολογιστικό προγραμματισμό διαδραματίζουν οι χιλιάδες γλώσσες προγραμματισμού, δηλαδή οι κώδικες επικοινωνίας οι οποίοι απαραίτητοι για την δημιουργία ενός προγράμματος. Με πιο απλά λόγια, προγραμματισμός ενός PLC σημαίνει να δημιουργήσουμε μια σειρά από εντολές οι οποίες λύνουν έναν συγκεκριμένο αλγόριθμο που αντιστοιχεί σε μια λειτουργία ενός συστήματος αυτοματισμού. Η διαδικασία που ακολουθείται για να γράψουμε αυτές τις εντολές αποτελεί το πρόγραμμα. Κάθε PLC ακολουθεί συγκεκριμένες γλώσσες προγραμματισμού σύμφωνα με την αρχιτεκτονική του hardware. Θεωρητικά θα μπορούσαμε να προγραμματίσουμε ένα PLC γράφοντας εντολές σε μια γλώσσα μηχανής, κάτι που καθιστούσε όμως το PLC δύσκολο στον προγραμματισμό του και μόνο από ανθρώπους με βαθιά γνώση στην δομή και την λειτουργία των διαφόρων επεξεργαστών θα μπορούσε να επιτευχθεί. (ς εκ τούτου λοιπόν, οι κατασκευαστές του, πρότειναν γλώσσες προγραμματισμού οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν από ανθρώπους που σχετίζονται με τον έλεγχο συστημάτων. Προτού αναλύσουμε ποιες είναι οι κατάλληλες γλώσσες προγραμματισμού ενός PLC, θα πρέπει να κατανοήσουμε την έννοια της γλώσσας προγραμματισμού. Γλώσσα προγραμματισμού ονομάζεται μια τεχνητή γλώσσα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο μιας μηχανής, συνήθως υπολογιστή. Οι γλώσσες προγραμματισμού ορίζονται από ένα σύνολο συντακτικών και εννοιολογικών κανόνων, που ορίζουν τη δομή και το νόημα, Α.Ε.Μ:5066 24
αντίστοιχα, των προτάσεων της γλώσσας. Χρησιμοποιούνται για να διευκολύνουν την οργάνωση και διαχείριση πληροφοριών, αλλά και για την ακριβή διατύπωση αλγορίθμων. Κάθε γλώσσα προγραμματισμού έχει το δικό της σύνολο τυπικών προδιαγραφών ή κανόνων που αφορούν στο συντακτικό, το λεξικό και το νόημά της. Ποια είναι όμως η κατάλληλη γλώσσα προγραμματισμού που θα επιλέξουμε; Οι γλώσσες προγραμματισμού κατηγοριοποιούνται με βάση: 1. τον τρόπο οργάνωσης του προγράμματος 2. τον στόχο που έχει η γλώσσα 3. τον τρόπο που περιγράφουν το ζητούμενο αποτέλεσμα 1. Στην κατηγορία αυτή διακρίνονται οι εξής γλώσσες: i. διαδικαστικές ή δομημένες (procedural or structured), που το πρόγραμμα είναι οργανωμένο σε διαδικασίες, που αποτελούνται από σειρές εντολών που περιγράφουν αλγορίθμους. Σε αυτή την κατηγορία ανήκουν η Pascal, η C++. ii. Αντικειμενοστρεφείς (object-oriented), όπου το πρόγραμμα είναι οργανωμένο σε αντικείμενα, δηλαδή μια μονάδα που αποτελείται από την περιγραφή κάποιων δεδομένων και την περιγραφή των αλγορίθμων που τα επεξεργάζονται. Το αντικειμενοστρεφές πρόγραμμα αποτελείται από διάφορα αντικείμενα που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Σε αυτή την κατηγορία ανήκουν η Java, η C++. iii. Συναρτησιακές (functional), όπου οι υπολογισμοί εκφράζονται ως εφαρμογές μαθηματικών συναρτήσεων. Σε αυτή την κατηγορία ανήκουν η Lisp, η Haskell, η OCaml. 2. Στην κατηγορία αυτή διακρίνονται οι εξής γλώσσες: i. Γλώσσες γενικής χρήσης, όπως η Pascal Α.Ε.Μ:5066 25
ii. Γλώσσες προγραμματισμού συστημάτων, όπως η C iii. Γλώσσες σεναρίων (scripting), όπως η Perl, η Python iv. Γλώσσες ειδικών εφαρμογών v. Παράλληλες ή κατανεμημένες γλώσσες, όπως η Java, η Erlang, η Cilk 3.Στην κατηγορία αυτή ανήκουν οι εξής γλώσσες: i. Προστακτικές (imperative), όπως η C, η Java, η OCaml ii. δηλωτικές (declarative), όπως η Haskell, η SQL, η Prolog Επιπλέον οι γλώσσες προγραμματισμού διακρίνονται σε γραφικές και μη γραφικές, ανάλογα με το είδος των στοιχείων που χρησιμοποιούν. Οι γραφικές χρησιμοποιούν γραφικά στοιχεία που μοιάζουν αρκετά με τα σύμβολα που χρησιμοποιούνται στον κλασικό αυτοματισμό και με τα σύμβολα λογικών πυλών (AND, NOT, OR, XOR, κλπ). Οι μη γραφικές χρησιμοποιούν εντολές που η κάθε μία αντιστοιχεί σε μια εντολή της γλώσσας μηχανής. Οι γραφικές είναι πιο προσιτές σε ανθρώπους που έχουν εμπειρία στον κλασικό αυτοματισμό. Συνεπώς η επιλογή της κατάλληλης γλώσσας εξαρτάται από την γνώση και την εμπειρία του εκάστοτε χρήστη στην αντίστοιχη γλώσσα ή σε γλώσσα με παρόμοια λογική. Παράλληλα ο χρήστης οφείλει να είναι γνώστης ψηφιακών ηλεκτρονικών, συστημάτων αυτοματισμού και ηλεκτρονικών υπολογιστών. Οι βασικές γλώσσες προγραμματισμού ενός PLC είναι οι παρακάτω. IL: Instruction List LAD: Ladder Diagram ή διάγραμμα Επαφών STL: Statement List ή Λίστα Εντολών FBD: Function Block Diagram ή Γλώσσα Λογικών Γραφικών SFC: Sequential Function Chart ή διάγραμμα Ροής ST: Structured Text ή δομημένου κειμένου C++ Α.Ε.Μ:5066 26
Πιο αναλυτικά, IL: Είναι χαμηλού επιπέδου γλώσσα προγραμματισμού, δηλαδή μια γλώσσα πολύ κοντά στην γλώσσα μηχανής και στο υλικό του υπολογιστή και μοιάζει πολύ με την Assembly. &εν χρειάζεται compiler, γιατί ο επεξεργαστής για τον οποίο γράφτηκε η γλώσσα μπορεί να τρέξει το πρόγραμμα όπως είναι. Ladder: Η γλώσσα Ladder είναι η πρώτη γλώσσα που αναπτύχθηκε και επιτρέπει την μεταφορά του ηλεκτρολογικού σχεδίου μέσω του H/Y στο PLC. Χρησιμοποιεί τα αμερικάνικα σύμβολα των επαφών και ανήκει στην κατηγορία των γραφικών γλωσσών μηχανής. STL: Ανήκοντας στις μη γραφικές γλώσσες, η STL είναι μια γλώσσα προγραμματισμού σε μορφή κειμένου. Έχει την ικανότητα βέλτιστης χρήσης της μνήμης και εκτέλεσης του προγράμματος. δημιουργεί μια λίστα προγράμματος με εντολές οι οποίες αντιστοιχούν στις λογικές πύλες (AND, OR NOT κλπ) τοποθετημένες σε γραμμές η μία κάτω από την άλλη οι οποίες καταχωρούνται με συντομογραφικό τρόπο. Σε κάθε γραμμή περιέχονται δύο στοιχεία, η εντολή και η μεταβλητή. Η εντολή, αναγράφεται με λατινικούς χαρακτήρες και μπορεί να είναι είτε εντολή φόρτωσης (Load, LD), είτε εντολή από τις εκφράσεις της άλγεβρας Boole, είτε έτοιμη ρουτίνα του ελεγκτή (πχ, χρονιστής). Η μεταβλητή συνήθως περιέχει την διεύθυνση κάποιας εισόδου ή εξόδου. Παρόλο που στην αρχή η λίστα εντολών ήταν αρκετά φτωχή και περιοριζόταν μόνο στις βασικές λογικές εντολές, σήμερα έχει εξελιχθεί πάρα πολύ και συναντά κανείς σε αυτές στοιχεία από τις γλώσσες των υπολογιστών και κυρίως των γλωσσών Assembly. FBD: Και αυτή η γλώσσα είναι γραφική, αλλά αντί του ηλεκτρολογικού σχεδίου του αυτοματισμού, χρησιμοποιεί το αντίστοιχο λογικό κύκλωμα. Ο τρόπος αυτός χρησιμοποιεί τα λογικά σύμβολα των λογικών πυλών της άλγεβρας Βοοle με τα οποία σχεδιάζουμε λογικά Α.Ε.Μ:5066 27
κυκλώματα, CSF. SFC: είναι μια γραφική γλώσσα προγραμματισμού. Είναι μια παράλληλη γλώσσα στην οποία πολλαπλές ροές ελέγχου μπορούν να είναι ενεργές ταυτόχρονα. ST: Η Structured Text μοιάζει ιδιαίτερα με την γλώσσα προγραμματισμού C και ως προς την δομή αλλά και ως προς τις εντολές της. Η γλώσσα δομημένου κειμένου απαιτεί ειδικές γνώσεις προγραμματισμού και τείνει να αφανιστεί καθώς δεν χρησιμοποιείται ιδιαίτερα. C++: Η γλώσσα C++ είναι μια γενικού σκοπού γλώσσα προγραμματισμού Η/Υ. Θεωρείται μέσου επιπέδου γλώσσα, καθώς περιλαμβάνει έναν συνδυασμό χαρακτηριστικών από γλώσσες υψηλού και χαμηλού επιπέδου. Είναι μια μεταγλωττιζόμενη γλώσσα πολλαπλών παραδειγμάτων, με τύπους, δηλαδή πρόκειται για ένα πρόγραμμα που μετατρέπει/μεταφράζει κείμενο γραμμένο σε μια γλώσσα προγραμματισμού σε μια άλλη γλώσσα προγραμματισμού. Υποστηρίζει δομημένο, αντικειμενοστρεφή και γενικό προγραμματισμό. Α.Ε.Μ:5066 28
4. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ GMWIN Το GMWIN είναι ένα πρόγραμμα εξομοίωσης στο οποίο προγραμματίζουμε όλους τους τύπους των Plc της GLOFA και έχει τα εξής χαρακτηριστικά: Χρησιμοποιεί τις γλώσσες Ladder Diagram, Instruction List, Sequential Function Chart. Χρησιμοποιεί την έκφραση των άμεσων μεταβλητών με την τυποποίηση I,Q,M και κάνει το πρόγραμμα εύκολο και βολικό με χρήση των συμβόλων. Η κατανομή του προγράμματος μεταβλητής μνήμης γίνεται αυτόματα ή από το χρήστη. Διαθέσιμο για να επιλέξει διάφορους τύπους δεδομένων και τα είδη και να ορίσει την αρχική τιμή και εύκολο να κατανοηθεί το πρόγραμμα με το σχόλια για τις μεταβλητές. 4.1 ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΚΤΕΛΕΣΗ GMWIN Ο υπολογιστής θα πρέπει να διαθέτει επεξεργαστή Pentium και άνω καθώς και το λιγότερο, 160ΜΒ μνήμη. Περισσότερες από 2 σειριακές θύρες για να γίνει η μέγιστη δυνατή χρήση του GMWIN και για να επικοινωνήσει με το PLC. Έναν εκτυπωτή ώστε να μπορεί να γίνει εκτύπωση του προγράμματος. Απαιτείται λογισμικό 95/98/NT/2000/XP. 4.2 ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ Ανοίγοντας το εικονίδιο του προγράμματος GMWIN μας παραπέμπει στο παρακάτω παράθυρο. Α.Ε.Μ:5066 29
Εικόνα 4.1 Βήματα εγκατάστασης του προγράμματος GMWIN Πατώντας Next για τη συνέχεια της εγκατάστασης. Α.Ε.Μ:5066 30
Εικόνα 4.2 Βήματα εγκατάστασης του προγράμματος GMWIN Με το Brose επιλέγουμε την τοποθεσία που θα αποθηκευτεί το πρόγραμμα. Με το Back επιστρέφουμε στην αρχική σελίδα της εγκατάστασης. Με το Next προχωράμε στο επόμενο βήμα της εγκατάστασης και με το Cancel ακυρώνουμε την εγκατάσταση. Εμείς θα επιλέξουμε το Next ώστε να συνεχίσουμε την εγκατάσταση. Εικόνα 4.3 Πορεία εγκατάστασης του προγράμματος GMWIN Εφόσον καθορίσουμε το μέρος της αποθήκευσης του προγράμματος και πατώντας Next, βλέπουμε την πρόοδο της εγκατάστασης. Α.Ε.Μ:5066 31
Εικόνα 4.4 Βήμα εγκατάστασης του προγράμματος GMWIN Αφού τελειώσει η εγκατάσταση του GMWIN, θα πρέπει να επανεκκινήσουμε τον υπολογιστή ώστε να εγκατασταθεί πλήρως. Α.Ε.Μ:5066 32
4.3 ΣΥΝΔΕΣΗ ΤΟΥ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗ ΜΕ ΤΟ PLC Εικόνα 4.5 Τρόποι σύνδεσης του Η/Υ με το PLC Όπως βλέπουμε στο σχήμα θα πρέπει να τοποθετήσουμε ένα RS-232C καλώδιο μεταξύ του υπολογιστή και του Plc. 4.4 ΞΕΚΙΝΟΝΤΑΣ ΤΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ Για το σχέδιο Εντολές New project Open Open Project from PLC Save Περιγραφή Δημιουργία σχεδίου για πρώτη φορά Ανοίγει το υπάρχον σχέδιο Μεταφορτώνει το σχέδιο και το πρόγραμμα του Plc Αποθηκεύει το σχέδιο Α.Ε.Μ:5066 33
Save as Close Open project bundle Make project bundle Add to project M Area Edit Preview Print Project Print Program Printer Setup Option Previous project list Exit Αποθηκεύει το σχέδιο με άλλο όνομα Κλείνει το σχέδιο Ανοίγει τη δέσμη του αρχείου Δεσμεύει όλα τα αρχεία που συνδέονται με το έργο, σαν ένα αρχείο Προσθέτει αρχεία (πρόγραμμα, διαφάνειες, βιβλιοθήκες) Επεξεργάζεται την περιοχή Μ και την αποθηκεύει Εμφανίζει την οθόνη για να τυπωθεί εκ των προτέρων Εκτυπώνει το σχέδιο Ενεργοποιεί τα σύνολα περιεχομένου του προγράμματος Επιλογή τρόπου εκτύπωσης Κατάλογος επιλογών Ανοίγει το πρόγραμμα που εκτελέστηκε την προηγούμενη φορά Τερματίζει το GMWIN Επεξεργασία και Συντομεύσεις Εντολές Συντομεύσεις Περιγραφή New program Ctrl+N Δημιουργία προγράμματος για πρώτη φορά Open Ctrl+O Ανοίγει το υπάρχον πρόγραμμα Save Ctrl+S Αποθηκεύει το πρόγραμμα Undo Ctrl+Z Ακυρώνει την επεξεργασία του σχεδίου και επιστρέφει στην προηγούμενη ενέργεια Cut Ctrl+Χ Κόβει το μαρκαρισμένο αρχείο και το αποθηκεύει Copy Ctrl+C Αντιγράφει το επιλεγμένο αρχείο Α.Ε.Μ:5066 34
Paste Ctrl+V Επικολλά το αντιγραμμένο αρχείο Delete Del Διαγράφει το επιλεγμένο αρχείο Find Ctrl+F Βρίσκει το αρχείο που θα ζητηθεί Replace Ctrl+H Βρίσκει το αρχείο που θα ζητηθεί και το αντικαθιστά με ένα νέο Find next Ctrl+F3 Τρέχει επανειλημμένα το προηγούμενο αρχείο που θα εκτελεστεί Find in files Βρίσκει τους χαρακτήρες απ όλους τους φακέλους Toolbox Χρησιμοποιεί τη μπάρα επεξεργασίας για κάθε πρόγραμμα 4.5 ΕΡΓΑΛΕΙΟΘΗΚΗ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΣΕ ΓΛΩΣΣΑ LD 1 Arrow Mode 3 Open Contact 5 Positive Transition 7 Horizontal Link 9 Coil 11 Set Coil 13 Positive Transition 15 Function 17 Return 2 Block Mode 4 Closed Contact 6 Negative Transition 8 Vertical Link 10 Negated Coil 12 Reset Coil 14 Negative Transition 16 Function Block 18 Jump 19 Subroutine Call Α.Ε.Μ:5066 35
Εικόνα 4.6 4.6 ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΣΧΕΔΙΟΥ Στην προηγούμενη υποενότητα είδαμε τις εντολές του προγράμματος GMIN. Θα συνεχίσουμε με ένα απλό παράδειγμα για το πώς θα δημιουργήσουμε ένα σχέδιο προτού περάσουμε στην υλοποίηση της εργασίας. Βήμα 1 ο. Επιλέξτε [Project]-[new project ]. Εικόνα 4.7 Βήμα δημιουργίας σχεδίου Βήμα 2 ο. Συμπληρώστε τα απαιτούμενα κενά για να προχωρήσετε με το πρόγραμμα. Α.Ε.Μ:5066 36
Εικόνα 4.8 Βήμα δημιουργίας σχεδίου Βήμα 3 ο. Δίνουμε το όνομα robot.src και επιλέγουμε τη γλώσσα LD για να συνεχίσουμε στο πρόγραμμα. Α.Ε.Μ:5066 37
Εικόνα 4.9 Βήμα δημιουργίας σχεδίου Βήμα 4 ο. Πατάμε Finish για τη συνέχεια του προγράμματος Α.Ε.Μ:5066 38
Εικόνα 4.10 Βήμα δημιουργίας σχεδίου Βήμα 5 ο. Τοποθετούμε μία ανοιχτή επαφή ΙΧ0.0.0 και την ονομάζουμε SWITCH_1 Βήμα 6 ο. Τοποθετούμε στο κύκλωμα μια έξοδο, την ποία ονομάζουμε QX0.0.0 και τη συνδέουμε με την ανοιχτή επαφή. Βήμα 7 ο. Τοποθετούμε ένα Function και επιλέγουμε το ADD Α.Ε.Μ:5066 39
Εικόνα 4.11 Πορεία του σχεδίου Βήμα 8 ο. Συνδέουμε στο ΕΝ του ADD μια δεύτερη ανοιχτή επαφή ΙΧ0.0.1 και την ονομάζουμε LIMIT_SWITCH. Βήμα 9 ο. Ονομάζουμε την είσοδο ΙΝ1 ABC και στο elementary το δηλώνουμε ως SINT. Α.Ε.Μ:5066 40
Εικόνα 4.12 Πορεία του σχεδίου Βήμα 10 ο. Αντίστοιχα κάνουμε το ίδιο και για την είσοδο IN2 και την ονομάζουμε 1 με elementary SINT. Βήμα 11 ο. Τελευταίο στάδιο του κυκλώματος είναι να ονομάσουμε την έξοδο OUT,ABC_ADD με elementary SINT. Α.Ε.Μ:5066 41
Εικόνα 4.13 Πορεία του σχεδίου Βήμα 12 ο. Το επόμενο βήμα είναι να κάνουμε compile, ουσιαστικά να ελέγξουμε αν το κύκλωμά μας δουλεύει χωρίς το παραμικρό πρόβλημα. Α.Ε.Μ:5066 42
Εικόνα 4.14 Επιλογή για τον έλεγχο του κυκλώματος Εικόνα 4.15 Έλεγχος του κυκλώματος Α.Ε.Μ:5066 43
Εφόσον το compile γίνεται επιτυχώς, δεν υπάρχει κάποιο λάθος στο κύκλωμα. Βήμα 13 ο. Τελευταίο βήμα είναι να εξηγήσουμε πως τρέχει το πρόγραμμα. Εικόνα 4.16 Επιλογή για ξεκίνημα της εξομοίωσης Πατώντας Start Simulation, μας εμφανίζει το PLC Simulator Το οποίο έχει τις εξής λειτουργίες. Εικόνα 4.17 Ξεκίνημα της εξομοίωσης Α.Ε.Μ:5066 44
Εικόνα 4.18 Τρόποι λειτουργίας Ένδειξη (ανοιχτού-κλειστού Plc) Μονάδα CPU Μονάδα Εισόδων Μονάδα Εξόδων Μονάδες Εισόδων και Εξόδων Διαγραφή Εντολής Εικόνα 4.19 Τρόποι λειτουργίας Αυτά λοιπόν είναι τα βήματα με τα οποία θα ξεκινήσουμε το πρόγραμμα. Α.Ε.Μ:5066 45
5. ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΑΣΚΗΣΗΣ ΜΕΤΡΗΤΗ ΣΤΑΘΜΟΥ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ ΜΕ ΧΡΗΣΗ PLC Σκοπός της εργασίας «Μετρητής σταθμού αυτοκινήτων με χρήση PLC» είναι να μετρά τον αριθμό των αυτοκινήτων που μπαίνουν και βγαίνουν από ένα χώρο στάθμευσης. Όταν ένα αυτοκίνητο μπαίνει, σκανδαλίζεται η εντολή εξόδου αύξοντα μετρητή, και αυξάνει τη συσσωρευμένη τιμή κατά 1. Αντίστοιχα, όταν ένα αυτοκίνητο βγαίνει, σκανδαλίζει την εντολή εξόδου του φθίνοντα μετρητή και τη μειώνει τη συσσωρευμένη τιμή κατά 1. Καθώς και οι δύο μετρητές έχουν την ίδια διεύθυνση, η συσσωρευμένη τιμή θα είναι ίδια. Όποτε η συσσωρευμένη τιμή εξισωθεί με την προκαθορισμένη, η έξοδος ενεργοποιείται για να ανάψει η ένδειξη «LOT FULL». Ξεκινώντας το κύκλωμα θα τοποθετήσουμε μια ανοιχτή επαφή ΙΧ0.0.0 και θα την ονομάσουμε ENTER_SWITCH. Εικόνα 5.1 Πορεία της άσκησης Α.Ε.Μ:5066 46
Εικόνα 5.2 Πορεία της άσκησης Έπειτα θα τοποθετήσουμε στο κύκλωμά μας έναν αύξοντα μετρητή CTUD(Αύξοντα- Φθίνονταα μετρητή) και συνδέουμε την είσοδο ENTER_SWITCH στο CU του αύξοντα μετρητή. Α.Ε.Μ:5066 47
Εικόνα 5.3 Πορεία της άσκησης Ο CTUD αύξον- φθίνον μετρητής μας περιέχει για δεύτερη είσοδο ΙΧ0.0.1 την EXIT_SWITCH ώστε να μπορούμε να μειώσουμε τον αριθμό των αυτοκινήτων που βγαίνουν από το χώρο στάθμευσης. Α.Ε.Μ:5066 48
Εικόνα 5.4 Πορεία της άσκησης Έπειτα θα τοποθετήσουμε στον CTUD μια τρίτη είσοδο την ΙΧ0.0.2 RESET ώστε να μπορούμε να καθαρίσουμε τη μνήμη του μετρητή ανά πάσα στιγμή. Α.Ε.Μ:5066 49
Εικόνα 5.5 Πορεία της άσκησης Στη συνέχεια ο μετρητής μας θα περιέχει μια τέταρτη είσοδο την ΙΧ0.0.3, όπου την ονομάζουμε LOAD και η χρήση της είναι να γεμίζει τον μετρητή με την προκαθορισμένη τιμή που του δίνουμε στη συνέχεια. Α.Ε.Μ:5066 50
Εικόνα 5.6 Πορεία της άσκησης Μετά θα τοποθετήσουμε στον CTUD αύξον- φθίνον μετρητή το setting value (PV) ώστε να δώσουμε στο μετρητή να μετρά μέχρι την προκαθορισμένη τιμή (15 στη συγκεκριμένη άσκηση) και να μας δείχνει ότι ο σταθμός αυτοκινήτων είναι γεμάτος Α.Ε.Μ:5066 51
Εικόνα 5.7 Δηλώνουμε τον αριθμό 10 Προκαθορισμένη τιμή που δηλώνουμε στον PV. Τέλος θα εισάγουμε μια έξοδο QX0.0.0 με όνομα LOT_FULL ως ενδεικτική λυχνία ώστε να ανάβει όταν ο σταθμός των αυτοκινήτων θα είναι γεμάτος και θα τη συνδέσουμε στο QU του CTUD μετρητή. Εικόνα 5.8 Πορεία της άσκησης Α.Ε.Μ:5066 52
Ακολουθεί το πλήρες κύκλωμα της εργασίας «Μετρητή σταθμού αυτοκινήτων με χρήση Plc». Εικόνα 5.9 Πλήρες κύκλωμα Εφόσον τελειώσουμε με την υλοποίηση του κυκλώματος θα συνεχίσουμε με τον έλεγχο και την εξομοίωση του. Πρώτα λοιπόν θα κάνουμε Compile για να δούμε αν λειτουργεί σωστά. Εικόνα 5.10 Επιλογή για τον έλεγχο του κυκλώματος Α.Ε.Μ:5066 53
Εικόνα 5.11 Έλεγχος του κυκλώματος Με αυτόν τον τρόπο βλέπουμε ότι το κύκλωμα θα τρέξει σωστά και ότι στην υλοποίησή του δεν υπήρξε κάποιο λάθος. Τελευταίο βήμα θα είναι η εξομοίωση του προγράμματος. Α.Ε.Μ:5066 54
Εικόνα 5.12 Επιλογή για ξεκίνημα της εξομοίωσης Με το που επιλέξουμε να Start Simulation το πρώτο πράγμα που θα εμφανιστεί στην οθόνη μας θα είναι: Εικόνα 5.13 Ξεκίνημα της εξομοίωσης Α.Ε.Μ:5066 55
1 ο Βήμα. Γυρίζουμε το PLC Simulator σε λειτουργία RUN και ενεργοποιώντας την 1 η επαφή, στο CV βλέπουμε ότι αυξάνεται ο αριθμός (μπήκαν 5 αυτοκίνητα στο χώρο). Εικόνα 5.14 Πορεία της άσκησης Εφόσον ανοίγουμε την 1 η είσοδο ξανά και ξανά ο αριθμός αυξάνεται μέχρι να φτάσουμε στην επιθυμητή τιμή (όπου είναι ο αριθμός 10) και να ανοίξει η έξοδος LIGHT_EXIT όπως θα δούμε παρακάτω. Εικόνα 5.15 Πορεία της άσκησης Α.Ε.Μ:5066 56
Αν στη συνέχεια κάποιο αυτοκίνητο αποχωρίσει από το χώρο στάθμευσης, πατώντας τη 2 η επαφή αμέσως μειώνεται ο αριθμός τον αυτοκινήτων και εφόσον δεν είναι πια γεμάτος η έξοδος LOT_FULL θα σβήσει. Εικόνα 5.16 Πορεία της άσκησης Με αυτόν τον τρόπο πατώντας ξανά και ξανά τη 2 η επαφή ο μετρητής θα μειώνει τον αριθμό των αυτοκινήτων που βγαίνουν από το χώρο στάθμευσης μέχρι να αδειάσει τελείως. Έπειτα πατώντας την 3 η επαφή RESET αυτόματα μηδενίζεται ο αριθμός των αυτοκινήτων που βρίσκονται στο χώρο στάθμευσης. Εικόνα 5.17 Πορεία της άσκησης Α.Ε.Μ:5066 57
Αντίστοιχα εάν πατήσουμε την 4 η επαφή LOAD ο μετρητής, φορτώνει τη μέγιστη επιθυμητή τιμή. Εικόνα 5.18 Πορεία της άσκησης Α.Ε.Μ:5066 58