Τεχνολογικών Εφαρμογών (Σ.Τ.ΕΦ.) Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τ.Ε. ΠΤΥΧΙΑΚΉ ΕΡΓΑΣΙΑ Σχολή Αυτόματο γέμισμα κιβωτίων και μετακίνηση πάνω σε ταινιόδρομο με τη χρήση PLC Automatic filling boxes and moving them on a conveyor belt using PLC Ντούντο Mεχμέτ Α.Ε.Μ.: 4369 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Τραμαντζάς Κωνσταντίνος ΚΑΒΑΛΑ, ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 2014
Πρόλογος Η παρούσα πτυχιακή εργασία πραγματοποιήθηκε στο Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Καβάλας, στο τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών. Στόχος αυτής της πτυχιακής είναι η κατανόηση και η λειτουργία τoυ PLC της LG και των δυνατοτήτων του. Στη παρούσα πτυχιακή το κύριο αντικείμενο είναι η κίνηση ενός κιβωτίου πάνω σε ένα τενιόδρομο και το γέμισμα αυτού με υλικά από μία χοάνη με τη χρήση PLC. Θέλω να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα καθηγητή µου κ. Τραμαντζά Κωνσταντίνο, ο οποίος µε βοήθησε πάρα πολύ ώστε να ολοκληρωθεί αυτή η εργασία. Τον ευχαριστώ πολύ για όλα όσα µου δίδαξε, για το επιστημονικό υλικό που µου προσέφερε, τις συμβουλές του, την συμπαράστασή του και τις ώρες που µου αφιέρωσε. Ακόμη την οικογένεια μου για την ηθική, ψυχολογική και οικονομική βοήθεια που μου προσέφεραν σε ολόκληρο το διάστημα των σπουδών μου. Νοέμβριος 2014, Καβάλα 1
Αφιερωμένο στη σύζυγο μου 2
Περιεχόμενα Πρόλογος... 1 Περιεχόμενα... 3 Περίληψη... 5 Abstract... 5 Εισαγωγή... 6 Κεφάλαιο 1: Ο Προγραμματιζόμενος Λογικός Ελεγκτής... 7 1.1 Ιστορική εξέλιξη.7 1.2 Σύγκριση PLC με παραδοσιακούς ηλεκτρονόμους (ρελέ) 10 1.3 Βασικά μέρη ενός προγραμματιζόμενου λογικού ελεγκτή 11 1.3.1 Μικροεπεξεργαστής / κεντρική μονάδα ελέγχου.11 1.3.2 Συσκευές εισόδου-εξόδου.12 1.3.3 Τροφοδοτικό..12 1.3.4 Η μνήμη και τα είδη της.12 1.3.5 Η κάρτα επικοινωνίας..13 1.4 Λειτουργίας ενός PLC 13 1.5 Κύκλος λειτουργίας.14 1.6 Λειτουργικά χαρακτηριστικά PLC.15 1.7 Λογισμικό προγραμματισμού Προγραμματιζόμενου Λογικού Ελεγκτή 16 Κεφάλαιο 2 Το PLC της LG GLOFA-GM7... 18 2.1 Προδιαγραφές..18 2.2 Τεχνικά χαρακτηριστικά..18 2.3 Ανάλυση εξαρτημάτων και συνδεσμολογίας..20 2.4 Παρουσίαση του PLC GM7 24 2.4.1 Τα βασικά μέρη του είναι.25 2.4.2 Κυκλική λειτουργία του PLC.26 2.4.3 GM7 και χρόνος 28 2.5 Το λογισμικό (Software) του GMWin της LG.28 2.5.1 Εγκατάσταση λογισμικού..28 3
2.5.2 Εκκίνηση του προγράμματος.30 2.5.3 Βασικές εντολές του GMWin.35 2.5.4 Τρόπος τοποθέτησης..38 2.6. GMWin Προσομοίωση..39 2.7 Δυνατότητες του PLC 44 2.7.1 Δυνατότητες του PLC σε θερμοκήπιο 44 2.7.2 Δυνατότητες του PLC σε πλυντήριο αυτοκινήτων 45 Κεφάλαιο 3: Γέμισμα κιβωτίων.46 3.1 Το πρόβλημα 46 3.2 Το πρόγραμμα GMWIN 47 3.3 Βασικές λειτουργίες του προγράμματος για την εκτέλεση του προβλήματος μας.48 3.4 Εφαρμογή του προγράμματος.55 3.5 Προσομοίωση της λειτουργίας του προγράμματος με αυτόματο γέμισμα κιβωτίων πάνω σε ταινιόδρομο..58 Συμπεράσματα... 64 Βιβλιογραφία... 65 Πηγές INTERNET... 65 Επιστημονικά άρθρα... 66 4
Περίληψη Σκοπός της πτυχιακής εργασίας είναι να καταφτάνει ένα κιβώτιο μέσω του ταινιοδρόμου κάτω από το την χοάνη γεμίσματος. Η χοάνη είναι γεμάτη με το υλικό μεταφοράς που απαιτείτε να γεμίσει. Το κιβώτιο σταθμεύει κάτω από τη χοάνη γεμίσματος περιμένοντας να ανοίξει το σωληνοειδές για να γεμίσει το κιβώτιο με το υλικό που έχει επιλεχτεί. Στη συνέχεια ο διακόπτης ορίου αντιλαμβάνεται ότι το κιβώτιο έχει γεμίσει και δίνει εντολή στο σωληνοειδές να κλείσει. Έπειτα ο ταινιόδρομος ξεκινά να κινείται, να απομακρύνεται και στη θέση του να έρχεται άλλο κιβώτιο. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται για όσες φορές είναι ενεργοποιημένο το σύστημά μας. Abstract To sum up the target on my thesis is to arrive a box through the conveyor belt under the filling hopper. The hopper is fulled with the material transfer. The bos stopped under the filling hopper and the tubular is opened and is filled the box with the material transfer. Consecutively, the limit switch understands that the box is fulled with the material and the limit switch commands to tubular to closed. Afterwards the conveyor belt started to remove from its position and took it place another box. The process is repeated as many times as our system is ON. 5
Εισαγωγή Η παρούσα πτυχιακή εργασία αποτελείται από τρία κεφάλαια. Τα κεφάλαια αυτά αναλύουν τον τρόπο λειτουργία και δράσης του προβλήματος που έχει τεθεί. Στο πρώτο κεφάλαιο, ο αναγνώστης εισάγεται στο χώρο των PLC. Μαθαίνει την ιστορική εξέλιξη του προγραμματιζόμενου λογικού ελεγκτή, τα βασικά του μέρη, τον τρόπο λειτουργίας του, τον τρόπο αποθήκευσης των δεδομένων σε αυτό. Ακόμη ένα σημαντικό κομμάτι που αναλύεται είναι ο κύκλος λειτουργίας του προγραμματιζόμενου λογικού ελεγκτή. Στο δεύτερο κεφάλαιο ο αναγνώστης ανακαλύπτει τα τεχνικά χαρακτηριστικά και τις προδιαγραφές του PLC GM7 της LG. Γίνετε αναφορά για τα βασικά του μέρη και πώς αυτά συντονίζονται μέσα στο χρόνο. Ακόμη το πώς αυτά θα επικοινωνήσουν με ένα ηλεκτρονικό υπολογιστή για να του δόση όλες τις εντολές και τις καθοδηγήσεις. Στο τελευταίο κεφάλαιο, γίνεται εκτενής αναφορά και επίλυση του προβλήματος του γεμίσματος του κιβωτίου από την χοάνη. Το πρόβλημα δομείται μέσα από την GMWIN. Η ανάλυση αποτελείται από βήματα που πρέπει να επακολουθήσει κάποιος για να υλοποιήσει και να λύσει το συγκεκριμένο πρόβλημα. Τέλος μέσω της προσομοίωσης υπάρχει εικονική απεικόνιση του προβλήματος με εύκολες και κατανοητές εικόνες. 6
Κεφάλαιο 1: Ο Προγραμματιζόμενος Λογικός Ελεγκτής 1.1 Ιστορική εξέλιξη Η εξέλιξη των αυτοματισμών και ιδιαίτερα των προγραμματιζόμενων λογικών ελεγκτών ακολούθησε την εξέλιξη της τεχνολογίας και την εξέλιξη των Η/Υ καθώς οι πρώτοι αυτοματισμοί ήταν υλοποιημένοι με καθαρά μηχανικά μέσα. Η «επανάσταση» στους αυτοματισμούς εντάθηκε με την χρήση του ηλεκτρισμού και συνεχίστηκε με την χρήση του ψηφιακού ηλεκτρονικού υπολογιστή. Από τη δεκαετία του '50 οι μηχανικοί άρχισαν να πειραματίζονται στη χρήση υπολογιστών στη βιομηχανία. Από τις πρώτες εφαρμογές των υπολογιστών στη βιομηχανία ήταν οι αυτόματες εργαλειομηχανές (τόρνοι, φρέζες κτλ.).η επιτυχημένη αυτή εφαρμογή οδήγησε τους μηχανικούς να αρχίσουν να σκέφτονται την αντικατάσταση όλων των μηχανικών αυτοματισμών ενός εργοστασίου από υπολογιστές, όμως μέχρι τη δεκαετία του '80 αυτό ήταν αδύνατο, διότι οι υπολογιστές ήταν συσκευές πανάκριβες και δύσκολες στη χρήση. Η επανάσταση της πληροφορικής ξεκινά το 1975 με την κατασκευή του πρώτου μικροϋπολογιστή. Η τεχνολογία άλλαξε πορεία, αλλάζοντας πορεία σε όλους τους τομείς της καθημερινής μας ζωής και έτσι ο μικροϋπολογιστής καθιερώθηκε παντού, σε όλους τους τομείς και σχεδόν σε όλες τις εφαρμογές. Η βιομηχανία μέχρι τη δεκαετία του '80 χρησιμοποιούσε ελάχιστα τα ηλεκτρονικά στους αυτοματισμούς της. καθώς το 90% και πλέον των αυτοματισμών καταλάμβαναν οι αυτοματισμοί με ρελέ (μηχανικοί αυτοματισμοί). Τα ηλεκτρονικά χρησιμοποιούνταν τότε κυρίως για κάποιες "'ευφυείς" εργασίες και οι κλακέτες αυτές τοποθετούνταν μέσα στους πίνακες των ρελέ. Στις αρχές της δεκαετίας του '80 οι εταιρίες παραγωγής ηλεκτρολογικού υλικού εμφανίζουν στους τεχνικούς και μηχανικούς της βιομηχανίας ένα νέο προϊόν αυτοματισμού, το οποίο ονόμασαν PLC (Programmable Logic Controller ή αλλιώς Προγραμματιζόμενος Λογικός Ελεγκτής). Οι εταιρίες δεν χρησιμοποιούσαν αρχικά 7
στην αγορά την πλήρη ονομασία, μιλώντας απλά για PLC. Αυτό έγινε καθαρά για λόγους marketing για να διεισδύσουν στην βιομηχανία. Οι πρώτες γλώσσες προγραμματισμού δεν έκαναν τίποτα παραπάνω από το να αντικαταστήσουν με πλήκτρα, σε μια ειδική συσκευή προγραμματισμού, το σχέδιο του ηλεκτρολογικού αυτοματισμού και έτσι τον τρόπο αυτό η είσοδος του PLC στη βιομηχανία υπήρξε πολύ επιτυχής και ομαλή. Σήμερα ο κλασσικός αυτοματισμός με ρελέ τείνει να εκλείψει καθώς όλες οι καινούριες εγκαταστάσεις χρησιμοποιούν PLC. Σήμερα τα PLC έχουν εξελιχθεί πάρα πολύ σε σχέση με τα πρώτα μοντέλα της δεκαετίας του '80. Η χρήση των PLC μας παρέχει πάρα πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τον κλασσικό αυτοματισμό. Η καθολική όμως γενίκευση της χρήσης τους δεν οφείλονται μόνο στα πλεονεκτήματα που παρέχουν στον τελικό χρήστη. Η χρήση των PLC σε σχέση με τον κλασσικό αυτοματισμό συμφέρει πρώτιστα τις εταιρίες που παράγουν είδη αυτοματισμού. Το κόστος έπεσε κατακόρυφα και ο χρόνος εκτέλεσης των εργασιών μειώθηκε δραματικά σε σχέση με τα ρελέ. Ο όγκος των ρελέ καταλάμβαναν πάρα πολύ χώρο. Σε αντίθεση με αυτά τα υλικά αυτοματισμού, όσον αφορά τον αυτοματισμό που χρησιμοποιεί PLC περιέχει μόνο μία συσκευή «το PLC». Ο όγκος μειώθηκε και η ταχύτητα αυξήθηκε. Κάθε βιομηχανική διαδικασία αποτελείται από μία σειρά απλών ή πολύπλοκων συσκευών (μηχανές, διακόπτες, ηλεκτρονόμοι, κτλ) με την συνεργασία των οποίων επιτυγχάνεται ο στόχος της διαδικασίας, που είναι η επεξεργασία κάποιων μεγεθών με σκοπό την παραγωγή κάποιων άλλων. Από πολύ νωρίς, και για λόγους οικονομίας και αποτελεσματικότητας, εμφανίστηκε η ανάγκη της αυτοματοποίησης της διαδικασίας. Τότε γεννήθηκε ο όρος Βιομηχανικοί Αυτοματισμοί ή γενικά Αυτοματισμοί, που αναφερόταν ουσιαστικά στην αυτοματοποίηση μιας βιομηχανικής και όχι μόνο διαδικασίας. Οι Αυτοματισμοί έφεραν την επανάσταση στα βιομηχανικά συστήματα, καθώς προσέφεραν: Αύξηση της παραγωγής Ελάττωση του κόστους Βελτίωση της ποιότητας Αύξηση της ευελιξίας Ραγδαία αύξηση της αποτελεσματικότητας του ελέγχου 8
Αρχικά, τα συστήματα αυτοματισμού υλοποιούνταν με συμβατικό τρόπο. χρησιμοποιώντας κάποιες ανεξάρτητες συσκευές, όπως είναι τα βοηθητικά ρελέ. αναλογικοί απαριθμητές και αναλογικοί χρονοδιακόπτες. Κάποιες από τις βασικές συσκευές του κλασικού (συμβατικού) αυτοματισμού, φαίνονται παρακάτω. Εικόνα 1 Ρελέ παλαιού τύπου Σήμερα, ο αυτοματισμός των βιομηχανικών συστημάτων υλοποιείται με τους Προγραμματιζόμενους Λογικούς Ελεγκτές (PLC). δηλαδή σε ειδικές ψηφιακές συσκευές (Εικόνα 2) που είναι σχεδιασμένες να εκτελούν λογικές και αριθμητικές λειτουργίες, που μέχρι τώρα εκτελούνταν από συνδυασμούς ηλεκτρονόμων (ρελέ). Εικόνα 2 PLC Ένας προγραμματιζόμενος λογικός ελεγκτής (Programmable logical Controller ή πιο απλά PLC από τα αρχικά) είναι ένας βιομηχανικός ελεγκτής που βασίζεται σε μικροεπεξεργαστή. Οι λειτουργίες του οποίου καθορίζονται από ένα πρόγραμμα 9
αποθηκεμένο σε μνήμη. Χρησιμοποιούνται από πληθώρα βιομηχανιών από μεμονωμένες μηχανές μέχρι και ολόκληρες διεργασίες. Αξίζει να σημειωθεί ότι το κόστος αγοράς τους έχει μειωθεί τόσο που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ακόμα και για οικιακές εφαρμογές. Η κύρια διαφορά του PLC σε σχέση με τον κλασικό αυτοματισμό είναι στον τρόπο με τον οποίο υλοποιούνται οι κανόνες αυτοματισμού. Τα παραδοσιακά ρελέ χρησιμοποιούσαν μια ολόκληρη διαδικασία από διακόπτες καλώδια κτλ. Σε αντίθεση το PLC δεν τα χρειάζεται αυτά και μπορεί να λειτουργήσει μέχρι και με wifi. 1.2 Σύγκριση PLC με παραδοσιακούς ηλεκτρονόμους (ρελέ) Αλλαγή κανόνων: αν οι κανόνες του συστήματος πρέπει να αλλάζουν, σε ένα παραδοσιακό σύστημα πρέπει να ξαναγίνει καλωδίωση. Γίνεται αντιληπτό ότι αυτό μπορεί να είναι δυσχερές, ακριβό και χρονοβόρο. Αντίθετα, ένας προγραμματισμένος ελεγκτής μπορεί να επαναπρογραμματιστεί για να εξυπηρετήσει μια αλλαγή κανόνων χωρίς να απαιτείται νέα καλωδίωση. Αξιοπιστία: τα κινούμενα μέρη είναι δυνατόν να παρουσιάσουν βλάβες με την πάροδο του χρόνου. Οι προγραμματισμένοι ελεγκτές έχουν ελάχιστα κινούμενα μέρη και επιπλέον ελέγχονται διεξοδικά στο εργοστάσιο παραγωγής τους. πριν δοθούν για χρήση. Αυτά τους καθιστούν υψηλής αξιοπιστίας. Επικοινωνία: τα παραδοσιακά συστήματα έχουν από μικρή έως καθόλου δυνατότητα επικοινωνίας με άλλα συστήματα. Οι προγραμματισμένοι ελεγκτές είναι από τη φύση τους κατάλληλοι για τέτοιο ρόλο. Σε μεγάλες αποστάσεις είναι ασύμφορο να μεταφέρεις χιλιόμετρα καλωδίων και εδώ έρχονται να δώσουν λύση τα δίκτυα επικοινωνίας των PLC. Εύκολη επεκτασιμότητα: αν απαιτούνται κάποιες επιπρόσθετες λειτουργίες το παραδοσιακό σύστημα πρέπει να εφοδιαστεί με νέο υλικό. Αντίθετα ο προγραμματιζόμενος ελεγκτής έχει μια τεράστια γκάμα ενσωματωμένων στοιχείων όπως ρελέ. χρονικά, μετρητές κτλ που μπορούν να χρησιμοποιηθούν οποιαδήποτε στιγμή. 10
1.3 Βασικά μέρη ενός προγραμματιζόμενου λογικού ελεγκτή Η βασική δομή του PLC φαίνεται στην εικόνα 1.5 καθώς και ο τρόπος τοποθέτησής του στο ελεγχόμενο περιβάλλον. Εικόνα 3 Μέρη PLC 1.3.1 Μικροεπεξεργαστής / κεντρική μονάδα ελέγχου Το κύριο εξάρτημα είναι ο μικροεπεξεργαστής που είναι επιφορτισμένος με την λήψη των αποφάσεων. Οι αποφάσεις αυτές βασίζονται στις οδηγίες που είναι αποθηκευμένες στη μνήμη. Το πρόγραμμα βρίσκεται αποθηκευμένο στη μνήμη και εκτελείται από τον μικροεπεξεργαστή. Η κεντρική μονάδα μπορεί να δεχτεί ψηφιακά σήματα εισόδου και εξόδου χαμηλής τάσης και πολύ μικρού ρεύματος, όπως όλα τα σύγχρονα συστήματα. Η τάση που δέχεται είναι συνήθως 1 Volt για το λογικό "0" και 5 Volt για το λογικό 1. Το ρεύμα εισόδου καθώς και το ρεύμα εξόδου δεν είναι μεγαλύτερα από λίγα ma(10-150ma). 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 μεταφοράς ή το μηχάνημα εφαρμογής. Σε κάθε περίπτωση από τη 11
συσκευή προγραμματισμού μπορούμε να φορτώσουμε το πρόγραμμα στη μνήμη του PLC και να το δούμε να εκτελείτε κατά τη διάρκεια της αυτοματοποιημένης διεργασίας. 1.3.2 Συσκευές εισόδου-εξόδου μπορεί να είναι διακόπτες, αισθητήρες, ανιχνευτές κτλ. Οι συσκευές εισόδου Συνδέονται στην είσοδο μέσω ενός δευτερεύον κυκλώματος εισόδου το οποίο είναι χαμηλής τάσης και όχι υψηλής όπως των μηχανημάτων. Έτσι ο επεξεργαστής μπορεί να διαβάζει τα σήματα εισόδου χωρίς να έρχεται σε επαφή με τις υψηλές τάσεις της εγκατάστασης. είναι βασισμένες πάνω στα ρελέ, βαλβίδες, λυχνίες κτλ οι οποίες Οι συσκευές εξόδου συνδέονται στο κύκλωμα εξόδου όπου λαμβάνουν σήματα από την κεντριική μονάδα. Τα κυκλώματα εξόδου βρίσκονται εκεί για να παρέχουν ηλεκτρική απομόνωση και να ρυθμίζουν τις διαφορές τάσεων. 1.3.3 Τροφοδοτικό Το τροφοδοτικό παρέχει τις διάφορες απαιτούμενες τάσεις λειτουργίας των συσκευών σε κάθε τμήμα του ελεγκτή. Μια μονάδα εισόδων ή εξόδων μπορεί να λειτουργεί με συνεχή τάση ή με εναλλασσόμενη τάση. Η τάση αυτή συνήθως δεν παρέχεται από τη μονάδα τροφοδοσίας του PLC. Πρέπει να τη δημιουργήσουμε εμείς με άλλη τροφοδοτική μονάδα. 1.3.4 Η μνήμη και τα είδη της Οι Προγραμματισμένοι Λογικοί Ελεγκτές (PLC) είναι εφοδιασμένος με κεντρική μνήμη, η οποία είναι υπεύθυνη για την προσωρινή αποθήκευση των προς επεξεργασία δεδομένων. Οι βασικότεροι τύποι μνήμης είναι οι εξής και είναι ίδιες με αυτών των Η/Υ: Μνήμη μόνο ανάγνωσης (ROM) : Σε αυτόν τον τύπο μνήμης αποθηκεύονται 12
μόνιμα τα δεδομένα καθώς και το σύνολο των εντολών στο PLC. Μνήμη τυχαίας προσπέλασης (RAM) : Σε αυτές αποθηκεύονται δεδομένα τα οποία διαβάζονται οποιαδήποτε στιγμή και εγγράφονται χωρίς περιορισμούς.. Για αυτό το λόγο, η μνήμη αυτή εφοδιάζεται με μια μπαταρία η οποία παρέχει την απαιτούμενη ενέργεια για τη διατήρηση των περιεχομένων της για επαρκώς μεγάλο χρονικό διάστημα. Προγραμματιζόμενη μνήμη ανάγνωσης (EPROM) : Η μνήμη αυτή αποτελεί ένα είδος μνήμης μόνο ανάγνωσης (ROM), με τη διαφορά ότι δίνεται η δυνατότητα διαγραφής των περιεχομένων της και επαναπρογραμματισμού. 1.3.5 Η κάρτα επικοινωνίας Για την επικοινωνία του Προγραμματισμένου Λογικού Ελεγκτή με τον υπολογιστή, χρησιμοποιείται μια κάρτα επικοινωνίας, βασικός πυρήνας της οποίος είναι το πρωτόκολλο RS232. που είναι και το πιο διαδεδομένο πρωτόκολλο επικοινωνίας για γενικού σκοπούς. Η κάρτα επικοινωνίας του PLC της LG που χρησιμοποιείται στην εγκατάστασή μας περιλαμβάνει τα παρακάτω βασικά χαρακτηριστικά : βασισμένο στο πρωτόκολλο RS232 ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων 24kbit/sec λυχνίες λειτουργίας SEND - RECEIVE - ERROR υποστηριζόμενα πρωτόκολλα : ASCII 1.4 Λειτουργίας ενός PLC Όταν το PLC βρίσκεται σε κατάσταση εκτέλεσης του προγράμματος (RUN) τότε λαμβάνει χώρα μία διαδικασία επαναληπτική που μπορούμε να πούμε ότι χωρίζεται στα εξής στάδια: Στην αρχή ο μικροεπεξεργαστής "διαβάζει" της εισόδους. Με λίγα λόγια ελέγχει το της τάσης για το λογικό 0 και 1. (input image). Επόμενο βήμα του μικροεπεξεργαστής είναι η εκτέλεσει των εντολών μεσα στον αυτοματισμό ώστε να δώσει τιμές εξόδου. (output image).. Τέλος ο μικροεπεξεργαστής θέτει τις τιμές της εικόνας εξόδων στις εξόδους του PLC. 13
Οι διαδικασίες αυτές επαναλαμβάνονται συνεχώς όσο το PLC βρίσκεται σε κατάσταση εκτέλεσες RUN. 1.5 Κύκλος λειτουργίας Ο χρόνος που χρειάζεται για να εκτελέσει το PLC ένα πλήρη κύκλο λειτουργίας ονομάζεται χρόνος κύκλου και εξαρτάται από τη "ταχύτητα" του μικροεπεξεργαστή του PLC, αλλά και από τον αριθμό και το είδος των εντολών του προγράμματος. Δηλαδή στο ίδιο PLC για ένα μεγαλύτερο πρόγραμμα έχουμε μεγαλύτερο χρόνο κύκλου. Ο χρόνος κύκλου αποτελεί και ένα μέτρο σύγκρισης μεταξύ των PLC. Για να μπορούν να συγκριθούν τα PLC ως προς τη ταχύτητα εκτέλεσης ενός προγράμματος, ορίζουμε το μέσο χρόνο κύκλου, σαν το χρόνο κύκλου ενός προγράμματος που περιλαμβάνει 1 Kbyte δυαδικές εντολές. Να σημειωθεί ότι η χειρότερη περίπτωση και σε ένα αργό PLC, ο χρόνος κύκλου δεν ξεπερνά μερικές εκατοντάδες χιλιοστά του δευτερολέπτου. Στην περίπτωση του κλασικού αυτοματισμού, όταν έχουμε αλλαγή της κατάστασης ενός διακόπτη εισόδου, η αλλαγή αυτή προκαλεί εκείνη τη στιγμή διαδοχικές αλλαγές στα στοιχεία του κυκλώματος που τροφοδοτούνται από το συγκεκριμένο διακόπτη. Αντίθετα με τον κύκλο λειτουργία του PLC, το PLC δεν αφουγκράζεται συνεχώς τον την εξωτερική εγκατάσταση, παρά μόνο κατά τα χρονικά διαστήματα που διαβάζει τις εισόδους και αποδίδει τιμές στις εξόδους. Στον υπόλοιπο χρόνο του κύκλου, το PLC είναι ένας υπολογιστής ο οποίος εκτελεί πράξεις απομονωμένο από το όλο σύστημα. Στην περίπτωση αυτή στο τέλος του κύκλου το PLC θα δώσει αποτελέσματα στις εξόδους, στα οποία δεν θα έχει ληφθεί υπ' όψη η αλλαγή στην κατάσταση της συγκεκριμένης εισόδου. Αυτό γιατί το PLC θα ενημερώσει την εικόνα των εισόδων για την αλλαγή στην κατάσταση της συγκεκριμένης εισόδου στην αρχή του επόμενου κύκλου επεξεργασίας του προγράμματος. To PLC θα δώσει αποτελέσματα στις εξόδους, στα οποία θα έχει ληφθεί υπ' όψη η αλλαγή στην κατάσταση της παραπάνω εισόδου στο τέλος του επόμενου κύκλου επεξεργασίας του προγράμματος. Λαμβάνοντος τα παραπάνω υπ' όψη θα έλεγε κάποιος ότι τελικά το PLC ανταποκρίνεται πολύ καθυστερημένα στις αλλαγές μας αυτοματοποιημένης 14
διαδικασίας. Όμως, αυτό δεν είναι η πραγματικότητα, αφού ο χρόνος πραγματοποίησης ενός κύκλου προγράμματος από ένα PLC είναι πάρα πολύ μικρός, το πολύ 300ms σε πολύπλοκες εγκαταστάσεις αυτοματισμού. 1.6 Λειτουργικά χαρακτηριστικά PLC Τα PLC σήμερα έχουν και επιπλέον λειτουργίες που βοηθούν στην δημιουργία του αυτοματισμού. Οι λειτουργίες αυτές αυξάνουν συνεχώς καθώς τα PLC εξελίσσονται με ταχύτατους ρυθμούς. Αναφέρουμε ενδεικτικά τις σημαντικότερες από αυτές. λειτουργεία απαριθμητών : Οι απαριθμητές αποτελούν ακόμα ένα πολύ σημαντικό στοιχείο των PLC. Οι απαριθμητές μπορούν να απαριθμούν εξωτερικούς ή εσωτερικούς παλμούς. Η απαρίθμηση μπορεί να είναι προς τα πάνω (count up) ή προς τα κάτω (count down). Βοηθητικά ρελέ-flags : Κατά την συγγραφή μεγάλων προγραμμάτων μπορούμε να χρησιμοποιούμε βοηθητικές μεταβλητές για την απλούστευση και την εύκολη εποπτεία του προγράμματος. Ύπαρξη εσωτερικού ρολογιού, μέσω του οποίου μπορούμε να προγραμματίσουμε κάποιες εξόδους σε πραγματικό χρόνο, ημερομηνία και ώρα. Αριθμητικές λειτουργίες: Τα σύγχρονα PLC έχουν προσεγγίσει πάρα πολύ τις δυνατότητες των ηλεκτρονικών υπολογιστών. Σχεδόν όλα τα PLC έχουν σήμερα τη δυνατότητα να επεξεργάζονται αριθμητικές πράξεις. Αναλογικές είσοδοι-έξοδοι: Τα PLC ενώ αρχικά ήρθαν για να αντικαταστήσουν τους αυτοματισμούς καλωδιωμένης λογικής (αυτοματισμούς με ρελέ), οι δυνατότητές τους έχουν εξαπλωθεί με προοπτική να καλύψουν πλήρως και τα συστήματα αυτομάτου ελέγχου, όπως είναι αναλογικοί έλεγχοι θερμοκρασίας, πίεσης, στάθμης, στροφών κινητήρων κλπ. Αυτό γίνεται δυνατό με την δυνατότητα των PLC να δέχονται και να επεξεργάζονται αναλογικές εισόδους, όπως και να παρέχουν αναλογικές εξόδους. To PLC μετατρέπει τις αναλογικές τιμές των εισόδων σε ψηφιακές τιμές και στη συνέχεια επεξεργάζεται τις τιμές αυτές αξιοποιώντας τις 15
δυνατότητες για επεξεργασία ψηφιακών αριθμών όπως ήδη προαναφέραμε. Η δυνατότητα επεξεργασίας αναλογικών σημάτων έχει δώσει άλλη δυναμική στην εξέλιξη στα PLC. Δικτύωση PLC : Συνεργασία μεταξύ τους και με ηλεκτρονικούς υπολογιστές. Η εξέλιξη των PLC σήμερα αλλάζει τη μορφή της βιομηχανίας. Τα PLC μπορούν να συνδέονται μεταξύ των ανταλλάσσοντας πληροφορίες, όπως και να συνεργάζονται με ηλεκτρονικούς υπολογιστές, οι οποίοι ασχολούνται με τον έλεγχο όλης της παραγωγής και ακόμη με τον έλεγχο της αποθήκης και του λογιστηρίου του εργοστασίου. 1.7 Λογισμικό προγραμματισμού Προγραμματιζόμενου Λογικού Ελεγκτή Για να μπορέσει ο Προγραμματιζόμενος Λογικός Ελεγκτής να επιτελέσει το έργο του ελέγχου για το οποίο προορίζεται, γίνεται αντιληπτό ότι. αφού πρόκειται για ψηφιακή συσκευή, είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί ένα πρόγραμμα, με βάση το οποίο θα λειτουργεί το PLC. Αρχικά, στα πρώτα στάδια ανάπτυξης τους. οι Προγραμματιζόμενοι λογικοί ελεγκτές προγραμματίζονταν με μια «γλώσσα λογικής», που έγινε γνωστή με το όνομα Relay Ladder Logic ή RLL. Η γλώσσα αυτή περιλάμβανε απλές εντολές εισόδου και εξόδου, χωρίς να έχει τη δυνατότητα αριθμητικών η λογικών λειτουργιών. Σε αυτήν την περίπτωση, η χρήση ήταν ακριβώς αντίστοιχη με τη χρήση των συστημάτων συμβατικού αυτοματισμού. Με την πρόοδο που συντελέστηκε στον τομέα των ηλεκτρονικών και των μικροϋπολογιστών συστημάτων (προηγμένοι μικροεπεξεργαστές. αναλογικά κυκλώματα, ψηφιακά κυκλώματα, αναλογικοί ψηφιακοί μετατροπείς), τα PLC απέκτησαν- τη δυνατότητα να δέχονται τόσο ψηφιακά, όσο και αναλογικά σήματα και να εκτελούν αριθμητικές πράξεις μεταξύ των μεγεθών αυτών. Η επανάσταση αυτή εκτόξευσε τη χρησιμότητα των Προγραμματιζόμενων Λογικών Ελεγκτών και τους κατέστησε ικανούς να εκτελούν ακόμη και προχωρημένες μορφές ελέγχου συνεχούς χρόνου, όπως έλεγχο μηχανών, όπως θα δούμε στη συνέχεια. Έτσι, 16
στα επόμενα χρόνια, τα PLC τελειοποιήθηκαν και εξοπλίστηκαν και με πάρα πολλές έτοιμες συναρτήσεις (συναρτήσεις λογικής, ανάθεσης μεταφοράς ημών, αριθμητικών πράξεων). Συνεπώς, εμφανίστηκε επιτακτική η ανάγκη για ομαδοποίηση των προγραμμάτων, τα οποία άρχισαν να γίνονται μεγάλα και δυσανάγνωστα. Η λύση δόθηκε με τη γλώσσα Κλιμακωτής Λογικής (Ladder Diagram), με την οποία πλέον ο προγραμματισμός των συσκευών γινόταν γραφικά (πράγμα που διευκόλυνε τους προγραμματιστές, αφού έμοιαζε με τα κυκλώματα συμβατικού αυτοματισμού) και υπήρχε και η δυνατότητα άμεσης αλλαγής του λογισμικού, με άμεση συνέπεια στην αποτελεσματικότητα της διόρθωσης των λαθών και στην αξιοπιστία των συστημάτων αυτοματισμού. Ουσιαστικά αποτελεί μια γλώσσα υψηλού επιπέδου για τον προγραμματισμό των Προγραμματισμένων Λογικών Ελεγκτών. Οι πιο γνωστές γλώσσες προγραμματισμού για τους Προγραμματισμένους Λογικούς Ελεγκτές, είναι οι ακόλουθες. Κλιμακωτή λογική των ρελέ (γλώσσα μηχανή ;.RLL) Κλιμακωτή λογική (γλώσσα υψηλού επιπέδου, LD) Γλώσσα Γράφων Διαδοχικών Λειτουργιών (SFC) και Γλώσσα Λογικού Διαγράμματος (FBD) 17
Κεφάλαιο 2 Το PLC της LG GLOFA-GM7 Στη παρούσα πτυχιακή θα ασχοληθούμε με το PLC της εταιρίας LG το GLOFA-GM. Συγκεκριμένα το hardware την έκδοση GM7. Εκεί πάνω θα στηθεί το υπό εξέταση πρόβλημα. Λόγο του μικρού όγκου διεργασιών θα χρησιμοποιηθεί το GM7 με τον μικρότερο αριθμό θυρών καθαρά για θέμα οικονομίας χώρου και κόστους. Παρακάτω αναλύεται το εν λόγο PLC. 2.1 Προδιαγραφές Το PLC της εταιρίας LG το GLOFA-GM έχει τις εξής προδιαγραφές: 1) Σχεδιασμένο με βάση τις διεθνείς προδιαγραφές του προτύπου IEC61131-3 με σκοπό να επιτευχθεί: a) Εύκολη στήριξη συσκευή προγραμματισμού b) Επιτυχείς επικοινωνία με γλώσσες σύμφωνα με IEC61131 και πιο συγκεκριμένα IL / LD / SFC 2) Αναπτύσσει πρωτόκολλο επικοινωνίας σύμφωνα με τις διεθνείς προδιαγραφές του προτύπου. 3) επεξεργασία υψηλής ταχύτητας με έναν επεξεργαστή 4) Διάφορες ειδικές ενότητες που διευρύνει το φάσμα της εφαρμογής του PLC 2.2 Τεχνικά χαρακτηριστικά 18
Το GM7 έχει ευρύ φάσμα εφαρμογών 1) Η επεξεργασία γίνεται σε υψηλές ταχύτητες οι οποίες φτάνουν στο 0,5 μs/βήμα στον επεξεργαστή 2) Διάφορα ενσωματωμένες λειτουργίες πάνω στη βασική μονάδα του GM7 που μπορεί να εκτελέσει πολλές λειτουργίες χωρίς τη χρήση ξεχωριστών μέσων. Η κατασκευή διαφόρων μερών που περιέχονται στο GM7. Τέτοια είναι: a) Fast Processing Applications: Επιτρέπει να διαβάζει από 4 εισόδους, κάθε μία έχοντας πλάτος παλμού μικρότερο από 0.2ms b) High speed counter: Υποστήριξη υψηλής ταχύτητας έως 16kHz ή 8kHz σε 2 φάσης. 3) λειτουργία φίλτρου θορύβου εισόδου μειώνοντας την πιθανότητα εισόδου εξωτερικού θορύβου. Ο χρόνος του φίλτρου μπορεί να προγραμματιστεί από 0 έως 15 ms. 4) Χρησιμοποιώντας την ενσωματωμένη έξοδο μπορεί να ελέγχει ο βηματισμός κινητήρα ή σερβοκινητήρα. 5) Χρησιμοποιώντας RS - 232C ενσωματωμένη θύρα, επικοινωνεί με εξωτερικές συσκευές, όπως υπολογιστές ή συσκευές παρακολούθησης. 6) Έχει PID λειτουργία ελέγχου με το οποίο μπορεί εύκολα ένα σύστημα χωρίς ξεχωριστή ενότητα να συνδεθεί. 7) Διακόπτη RUN / STOP για την έναρξη και τον τερματισμό του PLC. 8) Εύκολη αποθηκεύσει του πρόγραμματος του χρήστη, με απλό χειρισμό σε GMWIN. 9) Αυτοδιαγνωστικές λειτουργίες 10) Αναγνώριση σφαλμάτων με λεπτομερείς κώδικες. 11) Αποτρέπει την ακούσια ανάγνωση και τη γραφή, χρησιμοποιώντας τον κωδικό πρόσβασης. 12) Λειτουργία Επανεκκίνησης. 13) Λειτουργεία On-line εντοπισμού σφαλμάτων στο PLC. 19
14) Χρονική λειτουργία εκτέλεση του προγράμματος. 2.3 Ανάλυση εξαρτημάτων και συνδεσμολογίας Το PLC της εταιρίας LG το GLOFA-GM και συγκεκριμένα το GM7 έχει την δυνατότητα της επέκτασεις αν αυτό είναι απαραίτητο. Εικόνα 4 Εξάρτημα συνδεσμολογίας Εικόνα 5 Στοιχεία PLC 20
Η επικοινωνία με το PLC γίνεται μέσω της θύρας RS-232C με τον Η/Υ. Εικόνα 6 Θύρα για PLC Για να συνδεθούν αρκετά PLC μαζί, γιατί επιθυμείτε μια πιο πολύπλοκη διαδικασία θα πρέπει να ενωθούν τα αντίστοιχα Expansion module στο κάθε PLC ώστε να δοθεί ο κατάλληλος αριθμός θυρών για της διεργασίες μας. Εικόνα 7 Τρόπος επικοινωνίας μέσω Η/Υ 21
Ενώ η επικοινωνία με συσκευές παρακολούθησης γίνεται μέσω της θύρας RS-422 Εικόνα 8 Θύρα RS422 Εικόνα 9 Σύνδεση με εργαλειομηχανές τύπου CNC Σε περιπτώσεις που το πλήθος των διεργασιών είναι τεράστιο και απαιτείται μεγάλος αριθμός συνδέσεων, τότε μπορεί να συνδεθεί μέσω των προεκτάσεων και με άλλα PLC με μέγιστο αριθμό τα 32. 22
Εικόνα 10 Σύνδεση πολλών PLC για πολύπλοκες διεργασίες Το διάγραμμα που θα μπορούσε να περιγράψει την συνδεσμολογία του υπολογιστή με το PLC είναι το ακόλουθο: Εικόνα 11 Συνδεσμολογία με υπολογιστή Στο εν λόγο σύστημα η CPU επεξεργάζεται το σήμα, την λειτουργία του συστήματος, την αποθήκευση των εφαρμογών, των δεδομένων της μνήμης και την εκτέλεση του προγράμματος. Οι μονάδες εισόδου λαμβάνουν τα σήματα και τα μεταδίδουν στο PLC. Οι μονάδες εξόδου με την σειρά τους λαμβάνουν το επεξεργασμένο σήμα και το μεταφέρουν στα μηχανήματα που είναι πάνω τους κουμπωμένα. 23
Η τροφοδοσία παρέχει τη μετατροπή και της κατάλληλες τάσης στο κάθε μέρος που αυτό χρειάζεται. Η τροφοδοσία του τροφοδοτικού γίνεται από το δίκτυο υπό τάση 220V. Το μετατρέπει σε 24V και το διανέμει παράλληλα όπου χρειάζεται. Τέλος το communications modules παρέχει στο σύστημα την επικοινωνία εκείνη με τα άλλα συστήματα όπως το GMWIN. 2.4 Παρουσίαση του PLC GM7 Εικόνα 12 PLC GLOFA 24
2.4.1 Τα βασικά μέρη του είναι Εικόνα 13 LG GLOFA 1) Τα LED λειτουργείας του PLC a) Tο PWR LED δηλώνει αν η τροφοδοσία του συστήματος σωστή. Συγκεκριμένα στην κατάσταση On ενημερώνει ότι η παροχή είναι φυσιολογική, ενώ στην κατάσταση Off ότι η παροχή δεν είναι φυσιολογική και χρειάζεται έλεγχο. b) Το RUN LED δηλώνει την λειτουργία του συστήματος. Συγκεκριμένα στην κατάσταση On ενημερώνει ότι η ροή δεδομένων από το σύστημα είναι φυσιολογική, ενώ στην κατάσταση Off ότι το σύστημα δεν δέχεται καλή τροφοδοσία ή ότι έχει σταματήσει ή ότι ανίχνευσε ένα σφάλμα στο πρόγραμμα και πρέπει να επανεξεταστεί. 25
c) Το ERR LED δηλώνει την αυτοεπιθεώρηση λάθος ή ότι η CPU εργάζεται με άλλες ασχολίες. 2) Η σειρά λυχνιών I/O LED δείχνει την κατάσταση λειτουργίας 3) Στον χώρο νούμερο 3 βρίσκεται ο χώρος εγκατάστασης της μπαταρίας σε περίπτωση που θελήσουμε να το κάνουμε αυτόνομο το PLC 4) Στο σημείο εκείνο έχω την δυνατότητα να λειτουργήσω το PLC χειροκίνητα στις επιλογές RUN, STOP και PAU / REM. 5) Στο σημείο 5 αυτό που κάνω είναι επίσης χειροκίνητα να υποδηλώσω αν θέλω να κάνω χρήσει του προγράμματος από την μνήμη ή από τον υπολογιστή. 6) Ο χώρος υποδοχής για τη θύρα RS-232C για την σύνδεση με το GMWIΝ 7) Στο χώρο με αριθμό 7 είναι ο σημείο εκείνο για την σύνδεση με επέκταση για άλλα PLC. 8) Προστατευτικό κάλυμμα για την καλωδίωση 9) Γάντζος πάνω σε ράγα για να κουμπωθεί το PLC Είδη του PLC GW7 Τα είδη του PLC GW7 χωρίζονται με βάση τις ψηφιακές εισόδους εισαγωγής. Οι ψηφιακές είσοδοι χωρίζονται σε 5 κατηγορίες Με 10 εισόδους-εξόδους Με 20 εισόδους-εξόδους Με 30 εισόδους-εξόδους Με 40 εισόδους-εξόδους Με 60 εισόδους-εξόδους 2.4.2 Κυκλική λειτουργία του PLC Ένα πρόγραμμα PLC διαδοχικά εκτελείται από το πρώτο βήμα για την τελευταία βαθμίδα, η οποία ονομάζεται σάρωση. Αυτή η διαδοχική επεξεργασία ονομάζεται κυκλική λειτουργία. Κυκλική λειτουργία του PLC συνεχίζεται εφόσον οι συνθήκες 26
δεν αλλάζουν ώσπου να διακοπεί η επεξεργασία κατά τη διάρκεια της εκτέλεσης του προγράμματος. Αυτή η επεξεργασία έχει ταξινομηθεί στα ακόλουθα στάδια: Εικόνα 14 Διάγραμμα Ροής για τα PLC 27
2.4.3 GM7 και χρόνος Το GM7 της LG είναι ένα PLC το οποίο μπορεί να ρυθμιστή μεταξύ 1ms και 4294967,29 sec δηλαδή για 50 μέρες περίπου. Η επεξεργασία γίνεται σε ένα σταθερό χρονικό κύκλο. Ο χρόνος θεωρείται αντικειμενικά τεράστιος γιατί στο PLC συνήθως ο χειριστής έχει καθημερινή επαφή. 2.5 Το λογισμικό (Software) του GMWin της LG 2.5.1 Εγκατάσταση λογισμικού Η εγκατάσταση του λογισμικού μπορεί να γίνει είτε μέσω του CD το οποίο χορηγείται με το PLC είτε δωρεάν μέσω της ιστοσελίδας του www.imopc.com το εικονίδιο το οποίο εμφανίζεται είναι το εξής Κάνοντας διπλό κλικ εμφανίζεται ένα πλαίσιο διαλόγου που δείχνει το μήνυμα καλωσορίσματος. Για την εγκατάσταση είναι απαραίτητο να βγείτε από οποιοδήποτε άλλο προγράμματα εφαρμογή που μπορεί να τρέχει κατά την εγκατάσταση του GMWIN. 28
Πατώντας next το πρόγραμμα εμφανίζει το πλαίσιο διαλόγου για το πού επιθυμεί κάποιος να κάνει την εγκατάσταση. Στην καρτέλα Setup επιλέγει κάποιος που θέλει να εγκατασταθεί το GMWin. Αν επιλέξει [Browse] εμφανίζεται ένα παράθυρο διαλόγου θα εμφανιστεί για την πορεία που πρέπει να εισαχθούν. Αλλιώς Next για συνέχεια. Το πλαίσιο διαλόγου για την εγκατάσταση 29
Το πλαίσιο διαλόγου μετά την εγκατάσταση. Επιλέγετε η επιλογή Finish για να ολοκληρωθεί η εγκατάσταση. Μετά την εγκατάσταση στην επιφάνεια εργασίας θα εμφανιστεί το εξής εικονίδιο 2.5.2 Εκκίνηση του προγράμματος Πατώντας διπλό κλικ στη επιφάνεια εργασίας το πρόγραμμα ανοίγει και είναι έτοιμο για χρήση. 30
Στη συνέχεια πατώντας στη γραμμή εργαλείων Project για την δημιουργία ενός νέου project. 31
Σε αυτό το μενού μπορούμε να εισάγετε τις λεπτομέρειες του έργου και που θα δημιουργηθεί. Πρέπει να επιλέξετε το PLC που πρόκειται να χρησιμοποιηθεί. Πατώντας next μεταβαίνει στην καρτέλα define program. 32
Το επόμενο βήμα είναι να οριστεί το όνομα του αρχείου που θα χρησιμοποιηθεί. Τα αρχεία στο GMWin πρέπει να έχουν την επέκταση.scr. Το όνομα μπορεί να αλλάξει και μετά. 33
Στη συνέχεια θα πρέπει να επιλεχτεί η γλώσσα είναι πρόκειται να γράψει το προγράμματος; Η προεπιλογή είναι συγκεκριμένη. SFC, LD και IL. 34
Μετά την επιλογή αυτή εμφανίζεται το παρακάτω παράθυρο. Στα αριστερά εμφανίζεται το project tree. Κάτω από το project tree έχουμε τις παραμέτρους της βιβλιοθήκης. Στο λευκό πλαίσιο κάτω είναι το μέρος όπου εμφανίζονται τα λάθη και οι προειδοποίησης του προγράμματος. Δεξιά είναι η στήλη με τις λογικές εντολές για τον προγραμματισμό του PLC. 2.5.3 Βασικές εντολές του GMWin Όλα τα προγράμματα διαγραμμάτων περιέχουν βασίζονται στη Boolean λογική. Είναι σημαντικό να ξεχωρίσουν τα βασικά προγράμματα τόσο περίπλοκο είναι κατασκευασμένα από αυτά τα απλά προγράμματα. Οι βασικές εντολές είναι οι ακόλουθες: 35
Οι συντομογραφία αυτών είναι η εξής: Αυτές τις εντολές χωρίζονται σε εντολές εισόδου και εντολές εξόδου. Το πρώτο σχήμα αναφέρεται σε ανοιχτή επαφή. Το δεύτερο σε κλειστή επαφή. Το τρίτο στην θετική σύνδεση επαφών μεταξύ του συστήματος και του PLC. Τέλος στην αρνητική σύνδεση επαφών μεταξύ του συστήματος και του PLC. Για τις εντολές εξόδου έχουμε τα εξής: 36
Ότι το πηνίο του PLC είναι ανοικτό. Στο δεύτερο σχήμα το πηνίο του PLC είναι κλειστό, στο τρίτο σχήμα ορισμός του PLC. Στο τέταρτο σχήμα την θετική άκρη του PLC και τέλος στο πέμπτο σχήμα την αρνητική άκρη του PLC. Η σύνδεση με των εισόδων και των εξόδων γίνεται με την Boolean λογική. Έτσι έχουμε: AND Gate: Z = A AND B OR Gate: Z = A OR B NOT Gate: Z = NOT A Or Μανδαλωτές μεταξύ εισόδου και εξόδου 37
Ένα κύκλωμα ασφάλισης κατέχει υψηλή απόδοση Όταν η είσοδος έχει αφαιρεθεί. υπάρχουν δύο μέθοδοι κύκλωμα ασφάλισης: Κύκλωμα μάνταλο και πηνία που / reset. Ένα κύκλωμα ασφάλισης κατέχει υψηλή απόδοση όταν έχει αφαιρεθεί η είσοδος. υπάρχουν δύο μέθοδοι κύκλωμα ασφάλισης: Κύκλωμα μάνταλο και Set / Reset πηνία. Χρησιμοποιώντας τεχνική S Χρησιμοποιώντας τεχνική Z 2.5.4 Τρόπος τοποθέτησης Σχεδιάστε ένα απλό κύκλωμα χρησιμοποιώντας μια λογική πύλη και μια OR πύλη για τη δημιουργία ενός βασική αλληλοσυνδέονται. Κανονικά Ανοιχτές (NO) στην εργαλειοθήκη και πατήστε το δεξί κουμπί του ποντικιού στη θέση '0 σειρά και στήλη '1 'στο παράθυρο LD 38
Επόμενη: Επιλέξτε μια κανονικά κλειστή (NC) εικονίδιο επαφής στην εργαλειοθήκη και κάντε κλικ στο δεξί πλήκτρο του ποντικιού για τη θέση σειράς '0 'και της στήλης '2' στο παράθυρο LD Επόμενη: Επιλέξτε ένα εικονίδιο κανονικά ανοικτή σπείρα στην εργαλειοθήκη και κάντε κλικ με το δεξί πλήκτρο του το ποντίκι για την θέση σειράς '0 'στη δεξιά πλευρά. Θα δείτε ότι η γραμμή είναι δημιουργείται αυτόματα, έτσι ώστε να συνδέεται με τις εισόδους δίχτυα. Επιλέξτε το εικονίδιο σύνδεσης γραμμής Up στην εργαλειοθήκη και κάντε κλικ με το δεξί πλήκτρο του ποντίκι μεταξύ των γραμμών '1 'και '0 σειρά και στήλη '1' στο παράθυρο LD. 2.6. GMWin Προσομοίωση Από τα εργαλεία του GMWin υπάρχει η δυνατότητα να προσομοιωθεί το PLC στην οθόνη του υπολογιστή ώστε να αποτυπωθεί εικονικά Από την επιλογή εργαλεία πατήστε προσομοίωση. 39
Κατόπιν ο υπολογιστής στήνει εικονικά το PLC μιμείται να δουλέψουνε τις δραστηριότητες που επιθυμείται να δουλέψουν Κατόπιν πατάμε την εντολή ΟΚ και εμφανίζεται το παράθυρο διαλόγου για την εικονική προσομοίωση. Το PLC βρίσκεται στην θέση S (stop). Δηλαδή είναι σε αναμονή. Μόλις έρθει στη θέση R (Run) προσομοιωμένο αρχίζει να λειτουργεί. 40
Αφού γίνει η δομική πρέπει να φορτωθεί στο PLC Αν το PLC δεν είναι σωστά συνδεδεμένο τότε θα εμφανίσει την ακόλουθη καρτέλα. 41
Αλλιώς εμφανίζει το εξής: Διαλέγετε την επιλογή Upload Program και φορτώνεται στο PLC. Κατά τη διάρκεια της φόρτωσης εμφανίζεται το εξής: Μετά το τέλος στην οθόνη εμφανίζεται το εξής 42
43
2.7 Δυνατότητες του PLC 2.7.1 Δυνατότητες του PLC σε θερμοκήπιο Τα φυτά στο θερμοκήπιο πρέπει να ποτίζονται κάθε 3 ώρες. Υπάρχουν δύο ελεγκτές για την ροή του νερού συνδεδεμένα στο PLC. Οι αντλίες εφοδιάζουν τα φυτά με νερό και δεν λειτουργούν ταυτόχρονα. Αν στο θερμοκηπίου επικρατή πολύ ζέστη τότε ο ανεμιστήρας ψύξη ξεκινά την λειτουργία για να δροσίσει τα φυτά. Αν όμως επικρατούν συνθήκες ψήχουν τότε το PLC δίνει εντολή για να ξεκινήσει ο ανεμιστήρας και να ζεστάνει τα φυτά. Ο ανεμιστήρας και ο θερμαντήρας δεν μπορούν να λειτουργούν ταυτόχρονα. Το PLC διαθέτει On / Off εισόδου από θερμοκρασία Ο ψεκαστήρας νερού δεν πρέπει να ανάβουν όταν η πόρτα είναι ανοικτή και είναι ανοικτά και τα παράθυρα. 44
Ο ρυθμιστής των πάντων είναι ο θερμοστάτης που υπάρχει στο σύστημα. 2.7.2 Δυνατότητες του PLC σε πλυντήριο αυτοκινήτων Σχεδιάστε ένα απλό σύστημα στάθμευσης αυτοκινήτων για να παρακολουθούν και να ελέγχουν τον αριθμό των αυτοκινήτων στον χώρος στάθμευσης αυτοκινήτων. Η μέγιστη χωρητικότητα του χώρου στάθμευσης αυτοκινήτων είναι 20 αυτοκίνητα. Η είσοδος είναι χωριστή από την έξοδο κατά την οποία θα υπάρχουν εμπόδια. Το εμπόδιο εισόδου θα αυξηθεί όταν ο οδηγός έχει πίεσε το κουμπί για είσοδο και υπάρχουν διαθέσιμες θέσεις. Το φράγμα εξόδου θα αυξηθεί σε το αυτοκίνητο πλησιάζει και αφού διευθετηθεί η κατάλληλη αμοιβή. Το φράγμα εξόδου θα αυτόματα αυξάνεται όταν υπάρχει συναγερμός πυρκαγιάς, η πύλη εισόδου δεν θα ανοίξει και το κουδούνι θα ηχήσει. Για να επαναφέρετε το συναγερμό πυρκαγιάς, η συνοδός στάθμευσης αυτοκινήτων πρέπει να χρησιμοποιήσετε ένα κλειδί. 45
Κεφάλαιο 3: Γέμισμα κιβωτίων 3.1 Το πρόβλημα Στη παρούσα πτυχιακή τέθηκε το πρόβλημα του αυτόματου γέμισματος κιβωτίων και μετακίνηση πάνω σε ταινιόδρομο με τη χρήση PLC. Αυτό το οποίο χρειαζόμαστε είναι ο κινητήρας, κιβώτιο, φωτοδιακόπτης, ένα σωληνοειδή, η χοάνη γεμίσματος, ταινιόδρομο και διακόπτης ορίου. Σκοπός του πειράματος είναι να καταφτάνει ένα κιβώτιο μέσω του ταινιοδρόμου κάτω από το την χοάνη γεμίσματος. Η χοάνη είναι γεμάτη με το υλικό μεταφοράς που απαιτήτε να γεμίσει. Το κιβώτιο σταθμεύει κάτω από την χοάνη γεμίσματος περιμένοντας να ανοίξει το σωλεινοειδές για να γεμίσει το κιβώτιο με το υλικό που έχει επιλεχτεί. Στη συνέχεια ο διακόπτης ορίου αντιλαμβάνεται ότι το κιβώτιο έχει γεμίσει και δίνει εντολή στο σωλεινοειδές να κλείσει. Έπειτα ο ταινιόδρομος ξεκινά να κινείται, να απομακρύνεται και στη θέση του έρχεται άλλο κιβώτιο. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται εσαεί ή όσες φορές έχει προγραμματιστεί. Όλες αυτές οι διαδικασίες πρέπει να συντονιστούν και να ακολουθηθούν με ιεραρχία ώστε να υλοποιηθεί και να εκτελεστή η διαδικασία σωστά. Αυτή την δουλειά την κάνει το PLC το οποίο αναλύσαμε πιο πάνω. Το ερώτημα που μένει να απαντηθεί είναι πως γίνεται ο προγραμματισμός του PLC. 46
Εικόνα 15 Γενικό σχέδιο για το παράδειγμα 3.2 Το πρόγραμμα GMWIN Το πρόγραμμα GMWIN χρησιμοποιήθηκε για την υλοποίηση του παρόντος προβλήματος. Η γλώσσα αυτή θυμίζει έντονα την γλώσσα προγραμματισμού Ladder. Δηλαδή ο κώδικας υλοποιήτε σε γραφικό περιβάλλον. 47
3.3 Βασικές λειτουργίες του προγράμματος για την εκτέλεση του προβλήματος μας Κατά την εκκίνηση του προγράμματος το περιβάλλον που θα απασχοληθεί κάποιος είναι το εξής. 48
Βήμα 1 Από την γραμμή εντολών του προγράμματος επιλέγετε το εικονίδιο με τον φάκελο, ώστε να δημιουργηθεί ένα νέο project. Στην οθόνη του υπολογιστή εμφανίζεται η καρτέλα με το όνομα new project. Το μενού αυτής της καρτέλα είναι πολύ εύκολο. Στην θέση enter project name τοποθετούμε το όνομα της διαδικασίας που θέλουμε να κάνουμε. Στο συγκεκριμένο παράδειγμα ονομάστηκε gem. Κατόπιν επιλέγω το PLC που θα χρησιμοποιήσω. Από το μενού του Select PLC type. Στο παρόν παράδειγμα επιλέγουμε την επιλογή GM7. Κατόπιν πατάμε το πλήκτρο επόμενο. 49
Βήμα 2 Η καρτέλα του New Project μετατράπηκε σε Define Program. Στο διάλογο του μενού εμφανίζεται το Enter program file name. Στο Enter program file name εμφανίζεται ο τόπος του αρχείου που έ3χει αποθηκευτεί στον υπολογιστή μας. Πατάμε επόμενο. Βήμα 3 50
Η καρτέλα Add Program δίνει στο χρήστη την επιλογή να διαλέξει την γλώσσα προγραμματισμού που επιθυμεί. Στο παρόν παράδειγμα επιλέγεται η επιλογή LD το οποίο παραπέμπει σε συντομογραφία της γλώσσας προγραμματισμού Ladder. Έπειτα πατάτε το πλήκτρο τέλος για να αποθηκευτούν οι ρυθμίσεις οι οποίες έγιναν. Βήμα 4 Οι ρυθμίσεις έχουν αποθηκευτεί και η παραπάνω καρτέλα είναι το περιβάλλον εργασίας μας για τη δημιουργία του προγράμματος μας. Όπως παρατηρείτε το περιβάλλον του προγράμματος αποτελείται από γραφική απεικόνιση. Η στήλη με τα ROW είναι το σημείο για την τοποθέτηση των διεργασιών που θα κάνει το PLC. Βήμα 5 51
Πατάμε πάνω στο ROW 0 για να ονοματίσουμε την πρώτη γραμμή εντολής. Εμφανίζεται η καρτέλα Label or Rung Comment. Μαρκάρουμε την επιλογή Label και πατάμε ΟΚ. Βήμα 6 Στο βήμα αυτό τοποθετούμε το όνομα της διαδικασίας που έχουμε επιλέξει. Στο παρόν παράδειγμα τη λέξη START. Η πρώτη γραμμή θα μου δώσει την διαδικασία εκκίνησης του συστήματος. Στη συνέχεια πατάτε το πλήκτρο ΟΚ. Βήμα 7 Στο START έχει τοποθετηθεί στο σύστημα μας. 52
Το επόμενο μέλημα είναι να δημιουργηθεί η γραμμή εντολών στο σύστημα. Η ανοιχτή γραμμή που έχει προκύψει είναι με ένα σύρσιμο του ποντικού θα κλείσει και θα δημιουργήσει το εξής. Βήμα 8 53
Όταν πατήσει κάποιος τη κλειστή γραμμή του εμφανίζει την παραπάνω καρτέλα. Για να ορίσει τιμές στην είσοδο πατώντας το πλήκτρο Direct Variable Comment. Τότε τρέχει η καρτέλα Add/ Edit Variable. Για το παράδειγμα της πτυχιακής το Variable του START θα είναι το εξής. Το σημαντικό είναι η επιλογή του Assign(AT) όπου τοποθετούμε την τιμή ΙΧ0.01 Παρακάτω φαίνεται η καρτέλα του STOP. 54
Με αυτό τον τρόπο γεμίζουμε και τις υπόλοιπες γραμμές του συστήματος μας με τις διεργασίες που επιθυμούμε. Έτσι με αυτή την ακολουθιακή σειρά γίνετε το γέμισμα για τις διεργασίες του γεμίσματος, του σωληνοειδούς, του Stop, του λαμπτήρα ροής, λαμπτήρα γεμίσματος και του κινητήρα. 3.4 Εφαρμογή του προγράμματος Μετά από την διαδικασία που ακολουθήθηκε παραπάνω το σύστημα μας είναι έτοιμο για να εκτελέσει την εργασία που του έχει ανατεθεί. Στην οθόνη του υπολογιστή υπάρχει ο εξής γραφικός κώδικας. 55
Βήμα 1 Από την γραμμή εντολών επιλέγουμε το Compile και έπειτα την εντολή Built All. Κατά την διαδικασία του built στην οθόνη εμφανίζονται την εξής καρτέλα. 56
Κατόπιν από την γραμμή εντολών μπορώ να πατήσω την εντολή Start Simulation για να ξεκινήσει να τρέχει την προσομοίωση Κατόπιν αφού έχουμε πατήσει το πλήκτρο της προσομοίωσης το πρόγραμμα ενημερώνει ότι είναι έτοιμο να ξεκινήσει την προσομοίωση. Πατήστε ΟΚ και σαν εμφανίζει το εικονικό PLC. 57
3.5 Προσομοίωση της λειτουργίας του προγράμματος με αυτόματο γέμισμα κιβωτίων πάνω σε ταινιόδρομο Βήμα 1 Από το προηγούμενο μέρος όπως αναφέρθηκε πατάμε Start Simulation και εμφανίζεται το παραπάνω εικονικό PLC. Το PLC ενημερώνει ότι είναι της LG και ότι τρέχει σε περιβάλλον GLOFA. 58
Βήμα 2 Το PLC έρχεται σε στη κατάσταση R δηλαδή (run) και το πρώτο πράσινο λαμπάκι για να δηλώσουμε το STOP. Στην κατάσταση αυτή ενημερώνει η προσομοίωση ότι ο κινητήρας κινητέ και ότι το σωληνοειδές είναι κλειστό 59
Βήμα 3 Πατήστε και το δεύτερο πράσινο κουμπί του PLC. Τώρα το σωληνοειδές έχει κλείσει. Ο λόγος είναι γιατί έχει ανάψει ο λαμπτήρας ροής και ταυτόχρονα κινείται και το μοτέρ για να φέρει το κιβώτιο από εκείνη στην θέση γεμίσματος. 60
Βήμα 4 Πατήστε και το τρίτο πράσινο κουμπί του PLC Το γέμισμα ξεκινάει, ο κινητήρας έχει σταματήσει. Αφού το σωληνοειδές έχει ανοίξει το κιβώτιο γεμίζει με τα υλικά που θέλουμε. 61
Βήμα 5 Πατήστε και το τέταρτο πράσινο κουμπί του PLC Τώρα ο λαμπτήρας ροής έχει ανάψει και υποδηλώνει ότι το κιβώτιο έχει γεμίσει. Αυτό εξαναγκάζει το σωληνοειδές να κλείσει και να σταματήσει το γέμισμα. Ταυτόχρονα ξεκινάει ο κινητήρας για να απομακρύνει το κιβώτιο από τον χώρο εργασίας. 62
Βήμα 6 Πατήστε το τρίτο πράσινο κουμπί του PLC για να κλείσει. Το σωληνοειδές παραμένει κλειστό και η διάταξη του σχήματος υποδηλώνει ότι το κιβώτιο έχει φύγει και το σύστημα με το σωληνοειδές είναι κλειστό. Η όλη διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται για να γεμίσει και άλλα κιβώτια. 63
Συμπεράσματα Η μελέτη πάνω στο θέμα του αυτοματισμού γενικότερα και πιο συγκεκριμένα στην υλοποίηση αυτοματισμού μέσω Προγραμματιζόμενος Λογικός Ελεγκτής (PLC) μας ώθησε στο να εμβαθύνουμε τις γνώσεις μας στις γλώσσες προγραμματισμού, στα PLC, στο συντονισμό των μέσων και αισθητήριων και στα διάφορα περιφερειακά που χρησιμοποιήσαμε. Ένα ολοκληρωμένο πακέτο για την εφαρμογή όλων αυτών προσφέρεται μέσα από το PLC της LG GLOFA. Το PLC της LG GLOFA έχει πολυάριθμες εφαρμογές και χρήσεις και είναι ο πιο απλός και εύκολος τρόπος για να συνδέσει κάνεις τις γνώσεις του στον προγραμματισμό με το περιβάλλον. Στο παράδειγμα της χοάνης με τον ταινιόδρομο το κιβώτιο γέμιζε με υλικά και ο συντονισμός όλων των μερών έγινε μέσω ενός PLC. Το PLC μας έδωσε τη δυνατότητα να συγχρονίσουμε τον ταινιόδρομο (κατ επέκταση των κινητήρα) τη βαλβίδα ανοίγματος και κλεισίματος της χοάνης (αναφέρθηκε ως σωληνοειδές) καθώς και τον αισθητήρα ορίου γεμίσματος του κιβωτίου. Η διαδικασία αυτή μέσω του προγραμματισμού μπορεί να επαναληφθεί για όσες φορές εμείς επιθυμούμε. Η περεταίρω εξέλιξη που μπορεί να δεχτεί το PLC του συγκεκριμένου παραδείγματος είναι να συνδεθούνε πάνω του και άλλες διαδικασίες όπως για παράδειγμα αδειάσματος του κιβωτίου στο πέρας του ταινιόδρομου, στην ακινητοποίηση του συστήματος όταν αδειάσει η χοάνη, στο ζύγισμα των κιβωτίων και άλλα. Όλα αυτά μπορούν να συνδεθούν σε ένα PLC ή σε μια διάταξη PLC πετυχαίνοντας μεγαλύτερη πολυπλοκότητα στο σύστημα μας δηλαδή μεγαλύτερη αυτονομία. 64
Βιβλιογραφία 1. Ν. Μαραντίδη: Αυτοματισμός με SIMATIC S7, ΣΗΜΕΝΣ ΑΕ, 2000 2. Στ. Ρουμπή: Αυτοματισμός με προγραμματιζόμενους ελεγκτές, 1989 3. Klaus Bieder: ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΚΟΙ & ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΙ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ (έκδοοη οτην Ελληνική γλώσσα), ΕΥΡΩΠΑΪΚΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΕΣ ΕΚΔΟΣΕΙΣ (Εκδοτικός όμιλος "ΙΩΝ"), 1998 4. Ν. Α. Πανταζής: ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΖΟΜΕΝΟΙ ΛΟΓΙΚΟΙ ΕΛΕΓΚΤΕΣ, Εκδόσεις "ΙΩΝ", 1992 5. Ν. Α. Πανταζής: ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ ΜΕ PLC, Εκδόσεις Α. ΣΤΑΜΟΥΛΗΣ, 1998 6. M. Morris Mano: Ψηφιακή Σχεδίαση (έκδοση οτην Ελληνική γλώσσα), ΔΕΥΤΕΡΗ ΕΚΔΟΣΗ, Εκδόσεις Α. ΠΑΠΑΣΩΤΗΡΙΟΥ, 1992 7. Θ. Ν. Κωστόπουλος Υδραυλικά και Πνευματικά συστήματα, 2007 8. Σταύρου Ρουμπή Αυτοματισμός με προγραμματιζόμενους ελεγκτές, 2009 9. Κοκκοτός Ανδρέας, Κουράκος Νικόλαος Έλεγχος Πνευματικών Συστημάτων με χρήση Προγραμματιζόμενων Λογικών Ελεγκτών (P.L.C.), 2010 Πηγές INTERNET 1. http://users.sch.gr/imarinakis/automatisms_modern.htm 2. http://greek.wpc-extrusionline.com/china- plc_automatic_plastic_pe_wrapping_band_production_line_for_spiral_sheath_pipe- 2062704.html 3. http://greek.encrustingmachines.com/chinaplc_system_designed_bread_production_line_for_filling_bread_jam_bread_butter_ bread-320690.html 4. http://greek.encrustingmachines.com/chinaplc_system_designed_bread_production_line_for_filling_bread_jam_bread_butter_ bread-320690.html 5. http://greek.plasticextrusion-line.com/china- large_diameter_pe_hdpe_plastic_pipe_production_line_with_plc_control- 1241122.html 65
Επιστημονικά άρθρα 1. T. Garstka, R. Dobrakowski, B. Koczurkiewicz, H. Dyja, The system of automation for controlled cooling of the shapesoriginal Research Article Journal of Materials Processing Technology, Volumes 157 158, 20 December 2004, Pages 159-164 2. M. Alper Selver, Olcay Akay, Fikret Alim, Sibel Bardakçı, Mehmet Ölmez, An automated industrial conveyor belt system using image processing and hierarchical clustering for classifying marble slabsoriginal Research ArticleRobotics and Computer-Integrated Manufacturing, Volume 27, Issue 1, February 2011, Pages 164-176 66