1

UNIVERSITATEA DEPARTAMENT

TEHNICĂ ELECTROTEHNICĂ

CLUJ-NAPOCA ŞI MĂSURĂRI

Romul COPÎNDEAN

Curs 2

AUTOMATE PROGRAMABILE

MATERIALE DIDACTICE ELECTRONICE

Structura automatelor programabile

Modulele de intrare şi ieşire logice

2

CUPRINS

1. Structura automatelor programabile.................................................................................3

1.1. Introducere.................................................................................................................3

Arhitectura automatelor programabile..................................................................................4

1.2 Modulele de intrare logice...........................................................................................5

1.2.1 Conectarea senzorilor la intrările digitale. ............................................................7

TEMA 1.............................................................................................................................8

1.3 Modulele de ieşire logice ............................................................................................9

1.3.1 Conectarea ieşirilor digitale.................................................................................11

TEMA 2...........................................................................................................................13

1.4 AplicaŃii de conectare a intrărilor şi ieşirilor ..............................................................13

1.4.1 Comutatoare decadice........................................................................................13

1.4.2 Tastatură zecimală..............................................................................................14

1.4.3 Tastatura hexa....................................................................................................14

1.4.4 Intrare matricială .................................................................................................15

1.4.5 Comanda unui afişaj 7 segmente cu decodor ....................................................16

TEST DE AUTOEVALUARE NR. 1.................................................................................17

1.4. Bibliografie ...............................................................................................................18

3

1. Structura automatelor programabile

1.1. Introducere

Introducere

capitol

În acest capitol va fi prezentată structura internă a automatelor

programabile.

Automatul programabil este compus din:

• Unitatea centrală: conŃine un procesor, o unitate de calcul

aritmetic

• Memorie de lucru de tip RAM pentru execuŃia instrucŃiunilor

• Memorie de tip Flash pentru programul executat

• Memorie de date

• Module de intrare / ieşire logice si analogice

• Regiştri interni

• Circuite de temporizare

• Circuite de numărare

• Module de comunicare în reŃea şi pentru programare

Obiective

capitol

• Enumerarea blocurilor din structura automatelor programabile

• Descrierea detaliată a circuitelor de intrare logică şi moduri de

conectare a senzorilor

• Descrierea detaliată a circuitelor de ieşire logică şi moduri de

conectare a elementelor de execuŃie

• Exemple de conectare a intrărilor şi ieşirilor

Durată medie de

studiu individual

Durata medie de studiu individual: 100 minute.

Acest interval de timp presupune parcurgerea conŃinutului

capitolului, realizarea aplicaŃiilor si a testelor de autoevaluare

4

Arhitectura automatelor programabile Arhitectură tipică a unui automat programabil este prezentată în figura. 1

Fig. 1 Arhitectura unui automat programabil

Se observa rolul important al intrărilor/ieşirilor logice şi analogice şi al posibilităŃilor

de extensie.

Unitatea centrală de prelucrare conŃine unul sau mai multe microprocesoare ce

realizează calcule aritmetice şi logice, comunicaŃia şi interacŃiunea dintre celelalte

componente.

Ceasul de timp real, este util în programe de tip agenda, el livrează data, ora, minutul,

secunda şi pentru a funcŃiona în permanenŃă are nevoie de o baterie pentru a nu pierde

datele la întreruperea tensiunii de alimentare a automatului programabil.

Memoria:

ROM - această memorie este utilizată pentru stocarea sistemului de operare al AP;

RAM - este împărŃită în mai multe blocuri având fiecare o utilizare specifică. Aici sunt

păstrate:

-imaginile ieşirilor şi intrărilor AP,

-valorile prestabilite şi actuale ale temporizatoarelor şi contoarelor,

5

-zona de lucru a procesorului,

-zona de stocare a programului,

-alte zone de memorie având destinaŃie specială.

Memoria RAM îşi pierde conŃinutul la întreruperea sursei de alimentare de aceea, pentru

menŃinerea programului şi a datelor stocate în aceasta, AP trebuie să aibă prevăzută o

sursă de alimentare auxiliară (baterie).

Controlerul port serial RS 232, este folosit pentru a programa automatul programabil.

Pot fi şi alte porturi pentru programare cum ar fi de exemplu RS 422.

Pentru comunicare, se mai folosesc, ca module de extensie, RS 485, Ethernet, ASI,

CCLink, Profibus, Modbus, CAN...

1.2 Modulele de intrare logice Aceste module permit unităŃii centrale a AP să efectueze o citire a stării logice a

traductoarelor sau senzorilor care îi sunt asociaŃi. Modulele pot avea 4, 8, 16, 32, 64, 128,

256 intrări.

Fiecărei intrări îi corespunde o cale care prelucrează semnalul electric pentru a elabora o

informaŃie binară, bitul de intrare care este memorat. Ansamblul de biŃi de intrare formează

cuvântul de intrare. Periodic, procesorul automatului adresează (citeşte modulul),

conŃinutul cuvântului de intrare este astfel copiat în zona de date ale automatului.

Fiecare cale este filtrată împotriva paraziŃilor şi a contactelor imperfecte şi izolate electric

pentru a mări fiabilitatea şi securitatea sistemului (separare galvanică).

În figura 2 este prezentată schema de principiu pentru o intrare logică de curent

continuu, sunt mai multe intrări X1…Xn ce pot fi active dacă primesc o tensiune polaritate

pozitivă şi un comun COM de polaritate negativă.

Fig. 2 Bloc de intrare în curent continuu.

6

În figura 3 este prezentată schema de principiu pentru o intrare logică de curent

alternativ.

Fig. 3 Bloc de intrare în curent alternativ.

Acest tip de circuit de intrare poate funcŃiona si curent continuu. Sunt mai multe

intrări X1…Xn ce pot fi active dacă primesc o tensiune polaritate pozitivă şi un comun S/S

de polaritate negativă sau intrările X1…Xn, pot fi active dacă primesc o tensiune polaritate

negativă şi un comun S/S de polaritate pozitivă.

O variantă a circuitului din figura 3, este cea din fig. 4 în care s-a scos puntea

redresoare şi s-au introdus două LED-uri în optocuplor.

a) b)

Fig. 4 Bloc de intrare cu borna comuna (-) a) şi borna comuna (+) b) [2]

Un modul de intrare este definit în principal prin numărul de intrări pe care le are şi

caracteristicile electrice acceptate (tensiune, tipul curentului etc.).

Valorile nivelelor de intrare pot fi:

- "0"logic = 0V

- "1" logic = 5 Vcc, 12 Vcc, 24 Vcc, 48 Vcc, 12Vca, 24Vca, 120 Vca, 240 Vca

7

SpecificaŃiile de intrare pentru 24V, la automatul programabil FX1S Mitsubishi sunt

prezentate in tabelul 1 [1]

Tensiune de intrare 24V DC+10%- 15%

Curent de intrare 24V DC, 7mA

OFF ^ ON >4.5mA Curent de intrare la

comutare

ON ^ OFF <1.5mA

Timpul de răspuns 10ms

Circuit de izolare Optocuplor

Indicator luminos LED

Tabelul 1. AP FX1S Mitsubishi. SpecificaŃii de intrare [1]

1.2.1 Conectarea senzorilor la intrările digitale.

În figura 4 este dat de exemplu automatul FX-1S de la Mitsubishi, care este

alimentat la tensiune continuă de 24V, cu nivele logice 0 şi 24Vcc. După cum se observă

există doua modalităŃi de conectare:

Fig. 4 Conectarea senzorilor la intrările digitale [1]

• Intrările X0-Xn primesc semnalul de nivel logic 1 direct de la sursa de alimentare de

24V sau printr-un tranzistor PNP. Intrarea comună de referinŃă S/S este legată la

0V

• Intrările X0-Xn primesc semnalul de nivel logic 1 direct de la sursa de alimentare de

0V sau printr-un tranzistor NPN. Intrarea comună de referinŃă S/S este legată la

24V

ObservaŃie: Circuitul tranzistorului poate fi alimentat de la o altă tensiune decât cea

din automatul programabil, după cum se poate vedea în figura 5

8

Fig. 5 Conectarea senzorilor alimentaŃi de la sursa separată, cu ieşire open colector [1]

TEMA 1

ConectaŃi senzorul Hall la intrarea automatului programabil

Fig.6. Senzor Hall [3]

ConectaŃi senzorul de proximitate la intrarea automatului programabil

Fig.7 Senzor proximitate [4]

9

1.3 Modulele de ieşire logice

Un modul de ieşire permite automatului programabil să acŃioneze asupra

elementelor de acŃionare. Acesta realizează corespondenŃa: stare logică – semnal electric.

Periodic, procesorul adresează modulul de ieşire şi realizează înscrierea biŃilor unui

cuvânt de memorie pe căile de ieşire ale modulului.

Elementele de comutaŃie ale modulului sunt:

-electromecanice (contacte de relee interne modulului), fig.8

-electronice (tranzistoare şi triacuri), fig. 9 şi fig.10

Fig. 8 Modul ieşire logică cu releu

Fig. 9 Modul ieşire logică cu tranzistor

10

Fig. 10 Modul ieşire logică cu triac

Ieşirile cu tranzistoare sunt utilizate în cazul comenzii dispozitivelor de c.c, ieşirile

cu triacuri sunt folosite pentru comanda dispozitivelor de c.a. iar ieşirile cu relee pot fi

utilizate atât pentru comanda dispozitivelor de c.c. cât şi a celor de c.a.

Modulele care au număr mare de ieşiri au avantajul că prin utilizarea lor se ocupă

mai puŃine locuri pe magistrala automatului dar au dezavantajul că nu pot furniza un curent

mare de comandă pentru ieşiri.

SpecificaŃiile de ieşire la automatul programabil FX1S Mitsubishi sunt prezentate in tabelul

2

Descriere Ieşiri pe releu Ieşiri pe tranzistor

Tensiune de comutare < 240V AC, < 30V DC 5 - 30V DC

Curent/ieşire 2A/1 ieşire, 8A/COM 0.5A/1 ieşire, 0.8A/COM

Sarcină inductivă maximă 80VA, 120/240

VAC,

12W/24VDC

Sarcină maximă bec incandescent 100W (1.17A/85V

AC,

0.9W/24V DC

Răspuns OFF ^ ON 10ms < 0.2ms; <5|is (Y0,Y1 only)

ON ^ OFF 10ms < 0.2ms (I > 0.2 A);

<5us (Y0,Y1 doar) Circuit de izolare Releu Optocuplor

Indicare luminoasă LED

ProtecŃie Intern Nu

Fuzibil

extern

În funcŃie de sarcină

Tabelul 2. AP FX1S Mitsubishi. SpecificaŃii pentru ieşiri [1]

11

1.3.1 Conectarea ieşirilor digitale Exista mai multe posibilităŃi de conectare a ieşirilor digitale la un automat programabil.

In fig. 11 este prezentat un exemplu de conectare a ieşirilor digitale pe releu la un AP

FX1S Mitsubishi. SemnificaŃia dispozitivelor de ieşire din schema este indicata in tabelul 2

Fig. 11 Conectarea ieşirilor pe releu, FX1S Mitsubishi [1]

1 Neconectat

6 R= 100-200Ω, C=100nF

2 Fuzibil 7 Sarcina inductivă

3 Dioda 8 Bec

4 Contacte interblocate

mecanic

9 Sursă cc

5 Buton STOP de urgenŃă 10 Sursă ca

Tabelul 2. SpecificaŃie dispozitivelor de ieşire corespunzătoare fig 9

În fig. 12 este prezentat un exemplu de conectare a ieşirilor digitale pe tranzistor la un AP

FX1S Mitsubishi

12

Fig. 12 Conectarea ieşirilor pe tranzistor, FX1S Mitsubishi [1]

În fig. 13 este prezentat un exemplu de conectare a ieşirilor digitale pe tranzistor la un AP

FX3U Mitsubishi [2]

Fig. 13 Conectarea ieşirilor pe tranzistor, FX3U Mitsubishi

În fig. 14 este prezentat un exemplu de conectare a ieşirilor digitale pe tiriac, la un bloc de

ieşire conectat ca extensie, FX2N-16EYS, Mitsubishi

Fig. 14 Conectarea ieşirilor pe triac [2]

13

TEMA 2

ConectaŃi un motor de curent continuu la ieşirea Ap pentru a se roti :

• într-un sens

• în două sensuri

1.4 AplicaŃii de conectare a intrărilor şi ieşirilor

1.4.1 Comutatoare decadice Pentru automatul FX3U, se utilizează funcŃia DSW, Digital Switch, rezultatul citiri se va găsi în registrul D100

Se pot citi cifre pana la 9999, este util de exemplu, când se numără obiecte şi valoarea se poate modifica fără a reprograma automatul.

Fig. 15 Conectarea a patru comutatoare decadice [2]

14

O variantă pentru 2 decade poate fi urmărită în fig.16

Fig. 16 Conectarea a doua comutatoare decadice [2]

1.4.2 Tastatură zecimală Pentru automatul FX3U, se utilizează funcŃia TKY, Ten Key Input, rezultatul citiri se va găsi în registrul D100

Fig. 17 Conectare tastatura zecimală [2]

1.4.3 Tastatura hexa Pentru automatul FX3U, se utilizează funcŃia HKY, Hexadecimal Key Input, rezultatul citiri se va găsi în registrul D100

15

Fig. 17 Conectare tastatură hexazecimală [2]

1.4.4 Intrare matricială Pentru automatul FX3U, se utilizează funcŃia MTR, Hexadecimal Key Input, rezultatul citiri se va găsi în releele M30÷M37, M40÷M47, M50÷M57

Fig. 18 Citire matrice [2]

16

1.4.5 Comanda unui afişaj 7 segmente cu decodor Pentru automatul FX3U, se utilizează funcŃia SEGL, Seven Segment with Latch, rezultatul citiri se va găsi în registrul D100, pentru 4 cifre

Fig. 18 Afişaj 7 segmente, 4 cifre [2]

O varianta pentru 2 cifre, este prezentată în figura19

Pentru automatul FX3U, se utilizează funcŃia BCD, rezultatul citiri se va găsi în registrul D100,

pentru 2 cifre

Fig. 19 Afişaj 7 segmente, 2 cifre [2]

17

Teste de

autoevaluare

TEST DE AUTOEVALUARE NR. 1

MarcaŃi cu X răspunsurile corecte:

1. Un automat programabil poate include:

a) procesor şi memorie adevărat fals

b) temporizatoare şi numărătoare adevărat fals

c) ceas de timp real adevărat fals

d) module de intrare / ieşire logice si analogice adevărat fals

2. Nivelele de intrare la AP pentru "1" logic pot fi:

a) 0 ÷ +10V adevărat fals

b) 5 Vcc, 12 Vcc,ca, 24 Vcc,ca 48 Vcc,120 Vca, 240 Vca adevărat fals

c) -5V ÷ +5V adevărat fals

3. Circuitul de izolare prin optocuplor este obligatoriu în cazul ieşirii

logice cu :

a) releu adevărat fals

b) tranzistor adevărat fals

c) tiristor adevărat fals

18

Răspunsuri:

Nr Răspuns corect ExplicaŃie

1 a) adevărat

b) adevărat

c) adevărat

d) adevărat

Vezi pag.3 , fig.1

2 a) fals

b) adevărat

c) fals

Vezi pag.6

3 a) fals

b) adevărat

c) adevărat

Vezi fig. 8,9,10 pag. 9

1.4. Bibliografie

1. FX1S Series Programmable Controllers, Hardware Manual, Manual

number:JY992D83901, Manual revision:J, Mitsubishi Electric, Industrial Automation,

Date:March 2007

2. FX3U Series Programmable Controllers, User's Manual - Hardware Edition, Manual

number JY997D16501, Manual revision E, Mitsubishi Electric, Industrial Automation, Date

6/2007

3. Senzor Hall, DN6848/SE/S, Panasonic, www.datasheetcatalog.com, 12 iunie 2011

4. Standard Proximity Sensor E2E-XF, OMRON Corporation , Industrial Automation

Company ,

http://www.alliedelec.com/images/products/datasheets/bm/OMRON_ELECTRONICS_INC/

70227451.pdf, la 9 aug 2012