Programabilni logični krmilnik (PLK) (angleško ...mmlins1/dokumenti/PLC.pdf · •grafične metode (do 5 vhodnih spremenljivk) •tabelarične metode - poljubno število vh. spremenljivk

1

Krmilniki

• Programabilni logični krmilnik (PLK)

(angleško: Programmable Logic Controller -

PLC) osnovno orodje za avtomatizacijo

industrijskih procesov in naprav.

• Razvoj pogojen s potrebami po

avtomatizaciji proizvodnje in potrebami po

spremembah oz. fleksibilnosti te

avtomatizacije.

2

• Prvotne naprave so obdelovale le digitalne

signale. Posebno s hitrim razvojem

mikroračunalnikov v 70-ih letih, so PLK-ji

doživeli razširitev z aritmetičnimi funkcijami,

možnostjo pozicioniranja, obdelavo

analognih signalov ipd.

• PLK je na mikroprocesorju zasnovana

krmilna naprava, ki je bila razvita kot

nadomestek relejne logike. V osnovi je

namenjena realizaciji sekvenčnega vodenja,

omogoča pa tudi reševanje enostavnejših

regulacijskih nalog.

3

Mesto PLK-ja pri vodenju procesov

• Zaradi množične proizvodnje in uporabe

PLK-jev v industriji so ti postali:

– relativno poceni;

– zelo zanesljivi v delovanju;

– enostavni za uporabo (programiranje, montaža

in servisiranje).

4

• Iz celotnega nabora funkcij sistemov za

vodenje uporabljamo PLK-je predvsem za:

– logične operacije;

– krmiljenje;

– zbiranje podatkov za potrebe nadzora;

– kot vmesnik za izvajanje daljinskih komand.

5

6

Priključitev signalov na PLK

• Signale priključimo na PLK preko

vhodno/izhodnih enot. Pri tem ločimo

binarne in zvezne signale

• Digitalni vhodi (običajno 24 V DC)

• Digitalni izhodi

• Analogni vhodi

• Analogni izhodi

7

Načrtovanje sekvenčnega vodenja

• Dve vrsti logičnih krmilij:

Kombinacijska krmilja

– stanje vhodnih signalov se neposredno preslika

v stanje izhodnih signalov;

– takšno krmilje ne vsebuje pomnilnih elementov.

Sekvenčna krmilja

– stanje izhodov ni odvisno le od stanja vhodnih

signalov, temveč tudi od stanja notranjih

pomnilnih elementov;

– ista kombinacija vhodnih stanj se lahko preslika

v različne izhodne kombinacije.

8

Kombinacijska krmilja

• Realizirana z osnovnimi logičnimi funkcijami

• Preklopne funkcije

– vhodi so preklopne ali logične spremenljivke, ki lahko zavzamejo dve vrednosti, 0 ali 1

– tudi rezultat lahko zavzame le ti dve vrednosti

• Interpretacija logičnih spremenljivk

– delovni kontakt releja: x=0 - kontakt je razklenjen (ne prevaja), x=1 - kontakt je sklenjen (prevaja)

– delovni kontakt tipke: x=0 - tipka ni pritisnjena, x=1 - tipka je pritisnjena

– mirovni kontakt tipke: x=0 - tipka je pritisnjena, x=1 - tipka ni pritisnjena

9

Zgradba kombinacijskega krmilja

• Takšno krmilje sestavlja

več preklopnih funkcij

• Če znamo preklopno

funkcijo izraziti z

osnovnimi logičnimi

operacijami, znamo

funkcijo tudi realizirati

• Pravilnostna tabela

vrednosti preklopne

funkcije pri vseh možnih

kombinacijah vrednosti

vhodnih logičnih

spremenljivk

x 1

x 2

x n

funkcija 1 y 1

funkcija 2 y 2

funkcija m y m

10

Osnovne logične operacije

• Negacija

• Logični in (AND)

'maskiranje'

1 x y

x y

0 1

1 0

& x 1

y 0 0 1 1

0 1 0 1

x 2

y

0 0 0 1

x 2 x 1

1 x 1 x 2

y

vhodni register 11011000

maska 01101101

izhod 01001000

11

Osnovne logične operacije /2

• Logični ali (OR)

'maskiranje'

x 1

y 0 0 1 1

0 1 0 1

x 2

y

0 1 1 1

x 2 x 1

1 x 2 y

x 1

vhodni register 11011000

maska 01101101

izhod 11111101

12

Osnovne logične operacije /3

• Negiran ali (NOR)

x 1

y 0 0 1 1

0 1 0 1

x 2

y

1 0 0 0

x 2 x 1

1 x 1 x 2

y

x 1

0 0 1 1

0 1 0 1

0

y

0 0 0 1

x 2 x 1

x 2

0

y

x 2

x 1

Realizacija AND z NOR

13

Osnovne logične operacije /4

• Negiran in (NAND)

• Ekskluzivni ali (XOR)

& x 1

y 0 0 1 1

0 1 0 1

x 2

y

1 1 1 0

x 2 x 1

1 x 2 y

x 1

= x 1

y 0 0 1 1

0 1 0 1

x 2

y

0 1 1 0

x 2 x 1

1

x 2

y

x 1

14

Boolova algebra (preklopna algebra)

• Dve vrednosti spremenljivk: 0, 1

• Operacije

– disjunkcija (ali, OR): +, ;

x + y, x y

– konjunkcija (in, AND): ·, , &;

x · y, x y, x & y

– negacija (ne, NOT):¯ , ¬;

x, ¬x

• Zapis preklopnih funkcij z Boolovo algebro

f1=x·z+y·z+x·y, f2=x·z+y·z+x·y·z

15

Veitchevi diagrami

• Za dve spremenljivki

• Za tri spremenljivke

npr. AB AB

AB AB

A

B

m 0

m 1 m 3

m 2

A

B 1

1

f = AB+AB

ABC

A

B

m 5

m 7 m 6

m 4

C

m 0

m 2 m 3

m 1

ABC ABC ABC ABC

ABC ABC ABC B 1

1

A

C

1 1

1 1

f = ABC+ABC+ABC+ABC+ABC+ABC

npr.

16

Poenostavljanje • Enolična pravilnostna tabela - različni

algebrajski zapisi

• Zapise lahko poenostavljamo

– s pravili Boolove algebre

• zahteva nekaj spretnosti

• ne vemo, če je dobljeni zapis minimalen

– s sistematično minimizacijo

• grafične metode (do 5 vhodnih spremenljivk)

• tabelarične metode - poljubno število vh.

spremenljivk

najbolj znana je metoda Quine McCluskey

zanjo obstajajo računalniški algoritmi

17

Poenostavljanje z Veitchevimi diagrami

• Osnova - sosednost kvadratov

– sosednja kvadrata se razlikujeta le v eni

spremenljivki

– kot sosednje štejemo tudi kvadrate na skrajnih

robovih neke vrstice ali stolpca

– če je v dveh sosednjih kvadratih enica, ju lahko

združimo

– združitev dveh sosednjih kvadratov eliminira

spremenljivko, ki je pri enem negirana, pri

drugem pa ne:

x·y+x·y = (x+x)·y = 1·y = y

18

Primeri poenostavljanja

B 1

1

f = ABC+ABC+ABC+ABC+ABC+ABC

A

C

1 1

1 1

f = AC+BC+AB

B 1

1

A

C

1 1

1 1

f = BC+AB+AC

Ali na drug način:

19

Primeri poenostavljanja /2

B

1

1

A

C

1

1

1

1

D

1

x 2

1

1

x 1

x 3

1

1

1

x 4

1

a) b)

f = x 1 x 2 x 4 +x 1 x 2 x 3 +x 2 x 3 x 4 +x 1 x 2 x 3 x 4 f = AB+BCD+ABCD

20

Primeri poenostavljanja /3

D

1

B

C

1

1

f = ACD+BDE+BCDE+ACDE

1

1

1

A

1

1

1

1

E

1

C

B

1

21

Realizacija preklopne funkcije v PLK

f

A &

&

&

&

C

D

B

E

A

A

B

f

( )

C D

D E

B C D E

A C D E

FBD:

LD:

22

Načrtovanje kombinacijskih krmilij

• Besedni opis

• Za vsak izhod krmilja

– ugotovimo, kateri vhodi nanj vplivajo

– zapišemo pravilnostno tabelo

• če v tabeli pride do protislovij, je potrebna

realizacija s sekvenčnim krmiljem

– zapišemo preklopno funkcijo

• poenostavimo zapis, če je potrebno

– realiziramo preklopno funkcijo v PLK

23

Primer: vrtalni stroj Besedni opis: Če deluje stroj v avtomatskem načinu, se motor vrtalnika vrti le tedaj, ko so vrata zaprta. Če deluje stroj v ročnem načinu, se motor vrti tedaj, ko so vrata zaprta, ali pa če so vrata odprta in je vrtalnik v zgornji legi. Izhod: Y = vključenost motorja vrtalnika (0-se ne vrti, 1-vrti se) Vhodi:

A=režim delovanja (0 – ročni, 1 - avtomatski) B=odprtost vrat (0 – zaprta, 1 - odprta) C=lega vrtalnika (0 – ni zgornja lega, 1 – zgornja lega)

Načrtovanje kombinacijskih krmilij

24

A B C Y

0 0 0 1

0 0 1 1

0 1 0 0

0 1 1 1

1 0 0 1

1 0 1 1

1 1 0 0

1 1 1 0

pravilnostna tabela preklopna funkcija (besedilo):

BCABABAY =

0 0 1 0

1 1 1 1

A

B

C

CABY =

poenostavljena funkcija:

Načrtovanje kombinacijskih krmilij

25

A C

B

Y

1Y1

1&

B

A

C

realizacija z logičnimi vrati

realizacija v PLK (lestvični diagram)

Načrtovanje kombinacijskih krmilij

26

Primer - laboratorijska peč Ventilator V (vklop = 1)

Luč L (vklop = 1)

Temperatura T (1 = prekoračena)

Električna napetost EN (1 = priključena)

Stikalo vrat SV (1 = vrata zaprta)

Stikalo luči SL (1 = vključeno)

Grelnik G (vklop = 1)

27

Primer /2

• Besedni opis

– Grelnik (G) je vključen, ko je aktivirano

močnostno stikalo (EN) in so vrata zaprta (SV)

in je temperatura (T) pod mejo.

– Ventilator (V) je vključen, ko je vključeno

močnostno stikalo (EN) ali ko je temperatura

(T) nad mejo, hkrati pa so vrata (SV) zaprta.

– Luč (L) je prižgana, ko je vključeno stikalo luči

(SL), ali če so vrata odprta.

28

Primer /3

EN &

>=1

>=1

SV

T &

SL

V

G

L

S V T G

EN V

T

S V

S L L

( )

( )

( )

E N

S V

Izvedba v PLK

FBD: LD:

29

Sekvenčna krmilja

• Realizirana z osnovnimi logičnimi funkcijami in pomnilnimi elementi

– podobnost z asinhronskimi sekvenčnimi digit. vezji

• Pogosto lahko enak rezultat dosežemo tako s kombinacijskim kot s sekvenčnim krmiljem

– sekvenčno krmilje je enostavnejše -> manjši in enostavnejši program krmilnika

– manjša občutljivost na šumne signale in motnje

– sistem stabilnih stanj; prehod v novo stanje se izvede le ob določenih pogojih; na ostale spremembe sistem ne odgovarja

– enostavnejše odkrivanje napak

30

Sekvenčna krmilja /2

• Izhodi so odvisni od vhodov in notranjih stanj

• Notranji pomnilnik z lastnimi stanji – krmilja ne moremo opisati z vhodno/izhodno

pravilnostno tabelo

– v pravilnostni tabeli nastopijo protislovja - ista kombinacija vhodov da različne izhode

• Dve skupini sekvenčnih krmilij – prosto delujoča krmilja - na vhodu se lahko pojavi

poljubna kombinacija v poljubnem zaporedju

– sekvenčno delujoča krmilja - kombinacije vhodov se vedno pojavljajo v določenem zaporedju

31

Diagrami poteka

Osnovni elementi diagrama poteka

32

Primer: dvoročni vklop

• Besedni opis:

– Krmilje zahteva, da hkrati pritisnemo dve tipki

(z vsako roko eno), preden se prične neka

avtomatizirana akcija. S tem preprečimo, da bi

npr. stiskalnica delavcu stisnila roko.

– Krmilje mora odreagirati na vhodno sekvenco

(00,11), izhod se torej postavi na 1 le, če se

'hkrati' vključita oba vhoda. Če se najprej

vključi en vhod in nato drugi, mora ostati izhod

krmilja na vrednosti 0.

33

Primer: dvoročni vklop /2

• Signali: T1, T2, VKLOP

• Besedni opis:

Ali je pritisnjena tipka T1?

Če je, ali je pritisnjena tipka T2?

Če je, potem VKLOP, drugače nazaj na

začetek.

Če ni pritisnjena tipka T1, ali je pritisnjena

tipka T2?

Če ni potem vklop, drugače nazaj na začetek.

34

Pogon

Transportni trak

Preša

Pnevmatskaročica

Ročica v

izhodišču

Ročicaiztegnjena

Izmet

obdelovanca

MS1

MS2

MS3

STOP

START

MS4

Primer stroja za preoblikovanje

35

Primer stroja za oblikovanje /2

• Tekoči trak dostavlja surovce enega za drugim k stiskalnici. Ko je surovec nasproti stiskalnice, mejno stikalo MS1 ustavi trak. Nato pnevmatska ročica potisne surovec v stiskalnico. Po aktiviranju mejnega stikala MS3 se vrne ročica v izhodiščni položaj, ko se aktivira mejno stikalo MS2, se izvede stiskanje v želeno obliko. Sledi izmet obdelovanca, ki vključi svetlobno stikalo MS4 in omogoči obdelavo naslednjega surovca.

36

Primer stroja za oblikovanje /3

• Če je pritisnjen START, se naprava vklopi

(M1=1). Nato se požene tekoči trak (Y10=1).

• Ko je surovec pri MS1, se trak ustavi in iztegnemo

ročico (Y11=1).

• Ko pride ročica do položaja MS3, se skrči

(Y12=1).

• Ko pride ročica nazaj do MS2, se izvede stiskanje

in izmet (Y13=1)

• Ko je izmet opravljen (MS4=1), preverimo STOP.

• Če ni pritisnjen, se vrnemo, drugače se naprava

izklopi.