Automate programabile 1 ing. Luncan Radu

Automate programabile

Automatele programabile mai sunt prescurtate şi PLC-uri (Programmable Logic Controller). Automatul programabil (PLC) este un aparat electronic care controlează regimurile de funcţionare ale maşinilor şi proceselor. PLC-ul recepţionează semnale prin intermediul intrărilor sale, le prelucrează după un program şi transmite semnale la ieşirile sale.

Altfel spus, rolul automatului programabil (AP) este de a transmite semnalul (tensiunea) de comandă la bornele unui element de execuţie (releu) în funcţie de prescripţiile din program.

AP-ul va fi intrercalat între borna de 24V şi 0V a sursei de alimentare a releului (fig.1.a). Programul se realizează cu ajutorul unui soft de programare; prin program se pot comanda intrările şi

ieşirile după dorinţă, se pot măsura timpi şi efectua operaţii de calcul. Caracteristicile principale ale unui automat programabil sunt numărul maxim de intrări/ieşiri, capacitatea memoriei şi viteza de calcul.

Un automat programabil conţine în structura sa un microprocesor, care prelucrează datele primite de la senzori cu ajutorul unui program şi transmite semnale electrice de comandă la relee care comandă electrovalve distribuitoare. Programul se scrie pe calculator într-un limbaj specific programatorului, apoi programul este transferat în memoria automatului prin intermediul unei interfeţe de comunicare serială RS232.

Dacă se doreşte modificarea unor parametrii ai produsului, se fac modificări în program, acesta se înregistrează în programator şi se reporneşte agregatul. Forma automatelor programabile diferă de la firmă la firmă.

În figura 1 sunt prezentate automatele firmelor Festo (fig.b) şi Moeller (fig.c). Automatele din figură sunt preparate pentru scopuri didactice. Auomatele propriu-zise sunt cele notate cu 1, iar pe cutia 2 sunt montate bornele de alimentare, bornele de intare şi ieşire, conectorii pentru legarea cu calculatorul, butoane de reglaj, butoane de comutare etc

2.1. Noţiuni introductive Automatul programabil FEC (Front End Controller), a fost conceput de firma FESTO pentru aplicaţii de

automatizare. Automatul programabil FEC poate fi utilizat pentru înlocuirea panourilor de comandă cu relee tradiţionale şi reprezintă un sistem de comandă ideal pentru aplicaţii care necesită un număr limitat de puncte de control (intrări/ieşiri).

Astfel, se poate utiliza pentru aplicaţii de control, măsurare, reglare, monitorizare, şi comunicaţie, în domenii industriale foarte diverse, cum ar fi: reglarea presiunii, debitelor, temperaturii, nivelului etc.

2.2. Schema electrică În figura 2 este prezentată schema electrică unui automat programabil al firmei FESTO. Intrările pot fi senzori de proximitate, limitatoare de cursă, butoane de pornire-oprire.

Fig.1 b c

1

2

a

2. Automatul programabil FEC

1. Noţiuni introductive

Automate programabile 2 ing. Luncan Radu Ieşirile sunt bobine de relee, elemente semnalizare (acustice, optice). Intrările formează două grupuri de

8 respectiv 4 intrări. În interiorul automatului toate intrările dintr-un grup sunt conectate la un nod comun: S0 pentru primele 8, S1 la ultimele 4.

Ieşirile automatului sunt în număr de 8. Ca şi la intrări, există grupuri de ieşiri care sunt conectate la acelaşi nod, în interiorul FEC-ului. Astfel există 3 grupuri: primele 4 ieşiri formează primul grup, următoarele 2 al doilea, iar ultimele 2 ieşiri reprezintă cel de-al treilea grup. Notaţia nodurilor: C0, Cl şi C2. În schema posturilor de lucru cele trei noduri sunt alimentate din exterior cu 24 V c.c. La comanda de activare a unei ieşiri, releul acesteia se închide, la borna ieşirii fiind transmisă tesiunea de 24 V.

Observaţii: Cele trei noduri C0, Cl şi C2 pot fi alimentate cu tensiuni diferite, funcţie de nevoile de comandă ale

utilizatorului. De exemplu: C0 cu 12 V C.C., Cl cu 110 V c.a. iar C2 cu 220 V c.a.;

2.3. Caracteristici hardware. Unitatea centrală a automatului programabil FEC este un microprocesor AM186 care funcţionează la 20

MHz. Microprocesorul conţine, printre altele, trei componente importante: � unitatea aritmetica - logica (UAL) în care se execută toate instrucţiunile de logică booleana şi operaţiile

aritmetice; � un acumulator în care se depozitează rezultatul furnizat de UAL; � regiştri de lucru, care reprezintă o memorie locală la care microprocesorul are un acces mai rapid decât

la memoria obişnuită. FEC-ul funcţionează cu două tipuri de memorie: � un modul de memorie nevolatilă "Flash" (ţine locul harddisk-ului obişnuit în calculatoarele personale)

cu rolul de a memora programele sursă, pe cele compilate, fişierele cu sistemul de operare şi un număr de date importante ale aplicaţiei pentru cazul căderilor accidentale de tensiune.

� un modul de memorie RAM, este o memorie de lucru în care se păstrează variabile şi alte date ce îşi schimbă frecvent conţinutul.

Pentru programarea aplicaţiilor de automatizare se poate alege între două medii de programare: � mediul FST (Festo Software Tools) şi FEC (Front End Controler) este rulat ca aplicaţie MS-DOS şi

suportă limbajele de programare STL (Statement List) şi Ladder Diagram (LDR), care sunt un standard în programarea automatelor programabile.

Fig.2

Automate programabile 3 ing. Luncan Radu � Mediul FEC DOS-SPC care oferă posibilitatea programării aplicaţiilor de automatizare cu limbaje de

nivel înalt (Pascal, C, Basic, etc) 2.4. Structura unui program STL.

Pentru scrierea unui program în limbajul STL (Statement List-limbaj de instrucţiuni) se poate alege între trei structuri posibile:

1) program cu paşi (STEP program); 2) program paralel; 3) program executiv.

Primul tip de program este cel mai general exemplu. Următoarele două sunt cazuri particulare obţinute prin simplificarea celui dintâi.

Programarea automatelor programabile de tip FESTO în limbajul "statement list' (stl). La programarea în limbajul STL, programele sunt realizate prin scrierea de instrucţiuni în modul text. Ca orice

limbaj de programare în mod text, limbajul STL foloseşte un set de cuvinte cheie. Ordinea de scriere a instrucţiunilor şi tipul acestora determină structura programului şi modul de funcţionare al programului.

In tabelul 1 sunt cuprinse instrucţiunile mai des folosite ale limbajului de programare FST. Tabelul 1

Instrucţiune Semnificaţie

1 AND Execută funcţia SI logic între doi operanzi (de un bit sau multibit)

2 DEC Decrementează un operand sau acumulatorul multibit

3 IF Cuvânt cheie ce marchează începutul părţii condiţionale a unei sentinţe

4 INC Incrementează un operand sau acumulatorul multibit

5 JMP TO xx Execută un salt la pasul cu numele (sau numărul): xx

6 LOAD xx Încărca operandul xx de un singur bit sau multibit în acumulatorul de un singur bit sau multibit

7 NOP Instrucţiune specială, întotdeauna adevărată în partea condiţională. Este utilizată şi în partea executivă a unei sentinţe unde execuţia ei înseamnă: „nu face nimic!”

8 OR Execută funcţia logica SAU între doi operanzi (de un bit sau multibit)

9 OTHRW Oferă posibilitatea de a continua un program dacă partea condiţională a unei instrucţiuni nu este adevărată.

10 RESET Schimbă valoarea unui operand de un bit. Valoarea finală este totdeauna 0 logic. 11 SET Schimbă valoarea unui operand de un bit. Valoarea finală este totdeauna 1 logic. 12 TO Utilizată cu instrucţiunea LOAD pentru a specifica un operand destinaţie

13 THEN Indică începutul parţii executive a unei instrucţiuni

Orice program lucrează cu operanzi şi operatori.

Operanzii sunt identificatori ai sistemului (intrări, ieşiri, temporizatoare, numărătoare, etc) şi reprezintă numele

acestor resurse. În cadrul unui program utilizarea acestor operanzi este singurul mod de accesare a resurselor pe care le reprezintă. În funcţie de dimensiunea lor, exista două tipuri de operanzi:

� operanzi de un singur bit (SBO - single bit operands); � operanzi de mai mulţi biţi (MBO - multibit operands) - în general 16 biţi care formează un cuvânt (word). Operanzii de un bit SBO pot fi evaluaţi ca adevăraţi sau falşi (1 sau 0 logic). De asemenea, ei pot fi modificaţi din 0

logic în 1 logic sau invers. Operanzii multibit MBO sunt acele resurse care se pot accesa într-un octet (8 biţi) sau cuvânt (word, 16 biţi) şi care

Automate programabile 4 ing. Luncan Radu reprezintă numere întregi. Ei pot lua valori în domeniile:

� 0….255, pentru un octet (8 biţi); � 0….65535, pentru un cuvânt (16 biţi) reprezentat ca număr întreg fară semn; � -32767…32767, pentru un cuvânt (16 biţi) reprezentat ca întreg cu semn. Valoarea operanzilor MBO poate fi testată prin comparare (<, >, =, etc) cu valori constante sau cu alţi operanzi

multibit. Instrucţiuni STL permit modificarea conţinutului unui operand MBO prin: � scrierea în aceştia a unor valori constante sau a valorilor altor operanzi MBO; � incrementarea (adunarea cu o unitate a valorii operandului); � decrementarea (scăderea cu o unitate a valorii sale); � manipulare a valorii MBO prin intermediul operatorilor multibit aritmetici sau a celor logici. Operatori sunt acele simboluri care apar pe lângă operanzi, modificând sau folosind valoarea numerică sau logică

a acestora. De exemplu simbolul '+' este operatorul de adunare şi se aplică între doi operanzi multibit, rezultatul fiind suma celor doi operanzi. Exista operatori care se aplică operanzilor de un singur bit şi operatori care se aplica operanzilor multibit.

Structura unui program cu paşi Un program cu paşi poate conţine până la 255 de paşi. Paşii programului sunt delimitaţi de instrucţiunea

STEP, urmată (opţional) de un nume sau un număr dat de utilizator. Următorul pas începe la următoarea instrucţiune STEP. Numărul sau numele pasului este folosit pentru claritatea programului şi pentru instrucţiuni de salt la pasul de interes din oricare parte a programului.

Un pas al programului cuprinde una sau mai multe sentinţe. O sentinţă este definită prin instrucţiunile IF-THEN-OTHRW.

O sentinţă completă conţine: � o condiţie formată din cuvântul cheie IF ... urmat de o expresie logică simplă sau complexă care se va evalua ca

fiind adevărată sau falsă. În expresia logică pot apărea operanzi SBO, operatori de comparaţie cu operanzi MBO, alte instrucţiuni.

� o parte executivă formată din cuvântul cheie THEN ... urmat de un set de instrucţiuni care se vor executa numai în cazul în care condiţia este adevărată;

� o parte executivă alternativă formată din cuvântul cheie OTHRW . .. urmat de un set de instrucţiuni care se vor executa dacă expresia logică din partea condiţională IF este falsă. Instrucţiunea OTHRW poate să lipsească.

Toate instrucţiunile din partea executivă, THEN, se execută numai dacă expresia logică care urmează după cuvântul cheie IF, este adevărată. Partea executivă cuprinde toate instrucţiunile care urmează după cuvântul cheie THEN şi până la întâlnirea unei unuia din cuvintele cheie IF, STEP sau OTHRW.

În figura 3 este prezentată schema logică a instrucţiunii IF-THEN-OTHRW, dacă condiţia este adevărată atunci se execută secvenţa S1, iar dacă condiţia este falsă atunci se execută secvenţa S2.

3.1.Competenţe � Scrierea programului � Efectuarea şi verificarea funcţionării circuitului pneumatic şi a circuitului electric

3.2. Cerinţe Comanda unui cilindru cu dublu efect, care trebuie să execute o mişcare continuă alternativă cu un timp de pauză la

capătul fiecărei curse cu ajutorul unui autoamt programbil FESTO. În acest caz programul trebuie să conţină relee de timp (temporizatoare).

Etapele programării sunt:

� Alocarea listei În tabelul 1 este prezentată lista de alocări pentru intrările şi ieşirile AP: buton de pornire, senzori, relee şi

teporizatoare. Vom atribuii elementelor din listă următorii identificatorii:

Conditia

THEN

DA

S1

IF

S2

OTHRW

NU

Fig. 3 3. Aplicaţie practică

Automate programabile 5 ing. Luncan Radu

Cilindrul va fi comandat cu un distribuitor 5/2 bistabili cu solenoid, iar capetele de cursă vor fi sesizate cu senzori

magnetici sau limitatoare de cursă. Observaţie. Pentru fiecare releu de timp sunt necesari doi operanzi, unul pentru numele releului T1 şi T2 şi al doilea

pentru conţinutul temporizatorului TP1 şi TP2 (valoarea care se înscrie în temporizator). Pentru scrierea programului se va folosi limbajul STL al automatelor FESTO (folosind mediul de programare FST-

Festo Software Tools) � Scrierea programului se face din meniul Program, opţiunea New, unde rezultă caseta New program.

STEP 1 IF N I0.0 ‘dacă butonul P/O nu este activat THEN LOAD V100 ‘încarcă valoarea 500 (aproximativ 5 sec) TO TP1 ‘în temporizatorul T1

LOAD V500 ‘încarcă valoarea 100 (aproximativ 1 sec) TO TP2 ‘în temporizatorul T2

STEP 2 IF I0.0 ‘dacă se apasă butonul P/O AND I0.1 ‘şi senzorul S1 este închis (pistonul este retras) THEN SET O0.0 ‘atunci releul K1este activat, pistonul se extinde SET T1 ‘se activează temporizatorul T1 RESET O0.1 ‘releul K2 este dezactivat STEP 3 IF I0.2 ‘dacă S2 este închis AND N T1 ‘şi temporizatorul T1 a terminat temporizarea THEN RESET O0.0 ‘atunci releul K1 este dezactivat SET O0.1 ‘releul K2 este activat, pistonul se retrage SET T2 ‘se activează temporizatorul T2 STEP 4 IF N T2 ‘dacă temporizatorul T2 a terminat temporizarea THEN JMP TO 2 ‘atunci programul revine la pasul 2 Observaţie. Dacă se doreşte doar un singu ciclu, atunci ultima instrucţiunea va lipsi.

� Salvarea şi compliarea programului. � Introducerea programului în AP (automatul alimentat la 24V, se conectează între calculator şi automat

interfaţa de comunicare serială RS232) (fig. 4). � Se execută circuitul de forţă (fig. 5) şi circuitul de comandă (fig. 6, 1- automat programabil, 2- cutie cu relee).

Tabel 1 Element de comandă Intrări Ieşiri Temporizatoare Buton pornire I0.0 - Senzor S1 I0.1 - Senzor S2 I0.2 - Releu K1 - O0.0 Releu K2 - O0.1 Releu de timp 1 - - T1 Releu de timp 2 - - T2 Conţinutul temporizatorului T1 - - TP1 Conţinutul temporizatorului T2 - - TP2

Automate programabile 6 ing. Luncan Radu

Bibliografie. Luncan R, Acţionări pneumatice în mecatronică şi automate programabile clasa a XII-a, Editura Imprimeriei de Vest, Oradea, 2008

1-automat, 2- cutie butoane, 3- cutie relee, 4-cilindru cu dublu efect, 5- senzor magnetic, 6- distribuitor 5/2 cu electrovalve, 7- sursa de tensiune 24V c.c, 8- program

1 2 3 4 5 6

8

7

Fig.5

Fig.6