ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Βιομηχανικοί Ελεγκτές Ενότητα: ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 1 ΕΛΕΓΧΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΑΛΑΦΟΔΗΜΟΣ Τμήμα Μηχ. Αυτοματισμού ΤΕ
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 2
1. Σκοποί ενότητας... 4 2. Περιεχόμενα ενότητας... 4 3. Άσκηση 1... 5 4. Εκτέλεση... 6 5. PLC... 6 6. Ερωτήσεις... 8 3
1. Σκοποί ενότητας Παρέχει βασικές γνώσεις σχεδίασης ελέγχου συστήματος μεταφοράς Παρέχει βασικές γνώσεις προγραμματισμού PLC 2. Περιεχόμενα ενότητας Άσκηση 1 PLC 4
3. Άσκηση 1 Η εκπαιδευτική διάταξη ΕΤ705 προσομοιώνει ένα σύστημα μεταφοράς. Αυτό περιλαμβάνει διατάξεις φόρτωσης, μεταφοράς και εκφόρτωσης καθώς και βοηθητικά στοιχεία όπως διακόπτες, αισθητήρες θέσης και βάρους. Σχήμα 1. Εμπορική Αμαξοστοιχία του 20 αιώνα Το σύστημα μεταφοράς πρέπει να λειτουργεί ως εξής: Αρχικά, το φορείο βρίσκεται στο σταθμό φόρτωσης και είναι κενό φορτίου. Πιέζοντας το πλήκτρο START έχουμε τις παρακάτω λειτουργίες (βήματα): 1. το φορείο γεμίζει 2. μετακινείται στο σταθμό εκφόρτωσης και εκεί αδειάζει 3. αναμένει για χρονικό διάστημα Τ1 4. επιστρέφει στο σταθμό φόρτωσης όπου αναμένει για χρονικό διάστημα Τ2 5. μετακινείται στο σταθμό εκφόρτωσης εκεί αναμένει για χρονικό διάστημα Τ3 6. επιστρέφει στο σταθμό φόρτωσης όπου και σταματά Ο κύκλος δεν επηρεάζεται από τυχόν επόμενους χειρισμούς στο πλήκτρο START. Εάν πιεσθεί το πλήκτρο STOP, το φορείο ολοκληρώνει τον τρέχοντα κύκλο και σταματά στο 5
4. Εκτέλεση Αναγνωρίστε την πειραματική διάταξη ΕΤ705. Καταγράψτε τα σήματα εισόδου και εξόδου που θα χρησιμοποιήσετε. Για κάθε μια από τις ανωτέρω περιπτώσεις, προγραμματίστε το PLC σε γλώσσα STL. 5. PLC Η τεχνική του αυτοματισμού μέχρι πριν τρις δεκαετίες περίπου, βασιζόταν στο μεγαλύτερο μέρος της στα συστήματα συρματωμένης λογικής. Δηλαδή, η λειτουργία του αυτοματισμού στηριζόταν στην συρμάτωση ανάμεσα στα διάφορα στοιχεία (π.χ. επαφές, πηνία, ρελέ, χρονικά κ.λπ., για αυτοματισμούς με ρελέ, πύλες AND, πύλες OR κ.λπ., για αυτοματισμούς με ηλεκτρικές πλακέτες). Επομένως, ένας πίνακας αυτοματισμού μπορούσε να κατασκευασθεί, μόνον όταν είχε τελειώσει οριστικά η μελέτη, δηλ. το συνδεσμολογικό σχέδιο. Επιπλέον, κάθε μετέπειτα αλλαγή είχε σαν αποτέλεσμα αντίστοιχη αλλαγή στην συρμάτωση (τροποποίηση του πίνακα), με τα γνωστά προβλήματα, π.χ. αν φτάνουν ή όχι οι ελεύθερες επαφές των ρελέ, αν υπάρχει χώρος για προσθήκη νέου υλικού κ.λπ. Σήμερα, τα συστήματα προγραμματιζόμενης λογικής, με κύριους εκπρόσωπους στη βιομηχανία τους ελεγκτές προγραμματιζόμενης λογικής, έχουν πια εκτοπίσει τελείως τα προηγούμενα συστήματα αυτοματισμού. Οι ελεγκτές προγραμματιζόμενης λογικής έκαναν την εμφάνισή τους στην αγορά στα τέλη του 1960, επιβαλλόμενοι τόσο από τις παραγωγικές διαδικασίες που απαιτούσαν όλο και πιο πολύπλοκη λογική στα συστήματα ελέγχου, όσο και από την πρόοδο στην βιομηχανία της ηλεκτρονικής που μπορούσε να προμηθεύσει τους κατασκευαστές με τα απαραίτητα στοιχεία (μνήμες, επεξεργαστές, A/D μετατροπείς, κτλ.). Τα πρώτα PLC είχαν την δυνατότητα επεξεργασίας μόνο ψηφιακών σημάτων και βέβαια ο προγραμματισμός τους δεν ήταν, όπως συνηθίστε να λέμε, φιλικός στον χρήστη. Για παράδειγμα, η αποθήκευση του προγράμματος γινόταν σε κασέτες. H δεκαετία του 70 ήταν η εποχή όπου τα PLC άρχιζαν να εγκαθίστανται δειλά - δειλά στην βιομηχανία, ενώ καθιέρωσή τους ήρθε την επόμενη δεκαετία (1980). Η παρουσία του προσωπικού υπολογιστή από το 1982 και μετά, από την μία μεριά προσέφερε απεριόριστες δυνατότητες και ευκολίες στην δημιουργία και τον έλεγχο προγραμμάτων, ενώ από την άλλη απείλησε τα PLC που κινδύνευσαν προσωρινά από συστήματα ελέγχου με προσωπικούς υπολογιστές (PC based automation). Όμως το τοπίο ξεκαθάρισε οριστικά στα τέλη της δεκαετίας όπου τόσο τα PLC, όσο και οι Η/Υ απέκτησαν την θέση τους στις παραγωγικές διαδικασίες με σαφές πλεονέκτημα υπέρ των PLC. Στα συστήματα προγραμματιζόμενης λογικής, η κατασκευή και συρμάτωση του πίνακα είναι ανεξάρτητη από τη λειτουργία που πρόκειται να εκτελέσει ο 6
αυτοματισμός, με άλλά λόγια η μελέτη δεν αποτελεί προϋπόθεση. Πάνω στις κλέμες του ελεγκτή συνδέονται όλα τα στοιχεία, που δίνουν εντολές (τερματικοί διακόπτες, μπουτόν κ.λπ.), καθώς και όλα τα στοιχεία που δέχονται εντολές (πηνία, ρελέ ισχύος κινητήρων, βαλβίδες, λυχνίες κ.λπ.). Η λειτουργία του αυτοματισμού προγραμματίζεται στην μνήμη του ελεγκτή, ακόμα και την τελευταία στιγμή, πριν από τη θέση σε λειτουργία. Επομένως η μελέτη (πρόγραμμα) μπορεί να γίνεται παράλληλα με την επιλογή του υλικού και την κατασκευή του πίνακα. Αν στην συνέχεια χρειαστεί να γίνουν αλλαγές στη λειτουργία, γεγονός σύνηθες στον αυτοματισμό, τότε αυτές γίνονται πολύ απλά «διορθώνοντας» το πρόγραμμα, χωρίς να χρειαστεί να επέμβουμε τη συρμάτωση του πίνακα. Αυτή η ευελιξία στις μετατροπές και οι πολλές τους δυνατότητες αποτελούν το σπουδαιότερο πλεονέκτημα των ελεγκτών προγραμματιζόμενης λογικής στην τεχνική του αυτοματισμού. Τέλος, από τις αρχές του 1990 έως σήμερα η ανάπτυξη των ελεγκτών προγραμματιζόμενης λογικής είναι αλματώδης και χαρακτηρίζεται από δίκτυα υψηλών ταχυτήτων, ταχύτατους και πανίσχυρους κεντρικούς επεξεργαστές Στην επίλυση ενός προβλήματος αυτοματισμού με ένα ελεγκτή συναντάμε τρία στάδια. Παρακάτω περιγράφονται τα στάδια αυτά, ενώ παράλληλα παρουσιάζεται η αντιστοιχία που έχουν με σύστημα συρματωμένης λογικής (π.χ. αυτοματισμός με ρελέ). Πίνακας 1. Λογικές προγραμματισμού Αυτοματισμών PLC/Ρελέ Προγραμματιζόμενη λογική Συρματωμένη λογική 1. Επιλογή ελεγκτή προγραμματιζόμενης λογικής. 2. Τοποθέτηση ελεγκτή σε πίνακα. Συρμάτωση εξωτερικών στοιχείων της εγκατάστασης (τερματικοί, μπουτόν, διακόπτες, ενδ. λυχνίες, ρελέ ισχύος, βαλβίδες κ.λπ.), πάνω στις κλέμες του ελεγκτή. 1. Επιλογή βοηθητικού ρελέ, χρονικών, κ.λπ. που χρειάζονται για τον αυτοματισμό, βάσει του συνδεσμολογικού σχεδίου. 2. Απλή τοποθέτηση του υλικού (βοηθητικά ρελέ, χρονικά) μέσα στον πίνακα. Συρμάτωση των εξωτερικών στοιχείων της εγκατάστασης (τερματικοί, μπουτόν, διακόπτες, ενδ. λυχνίες, ρελέ ισχύος, βαλβίδες κ.λπ.) πάνω στην κλεμοσειρά του πίνακα. 3. Προγραμματισμός. 3. Συρμάτωση του υλικού αυτοματισμού (βοηθητικά ρελέ, χρονικά) μέσα στον πίνακα μεταξύ τους, σύμφωνα με το συνδεσμολογικό σχέδιο. 7
6. Ερωτήσεις 1. Τι είναι PLC; 2. Ποιες είναι οι λογικές προγραμματισμού στους Αυτοματισμούς ; 8