plc curs automatizari_ro

Controlere logice programabile

Universitatea “Stefan cel Mare” Suceava

2009

Inginer Tiron Mihai-Cristian

1 | G N U F r e e D o c u m e n t a t i o n L i c e n c e

Cuprins

1 PLC (Programable Logic Controllers) ……………………………………31.1 Introducere…………………………………………………………………31.2 Programarea propriu zisă..................................................................41.3 Conexiuni PLC……………………………………………………………..51.4 Intrările logice în LD………………………………………………………71.5 Ieşirile logice în LD………………………………………………………..8

2 Harware PLC………………………………………………………………………92.1 Introducere……………………………………………………………………..92.2 Intrări şi Ieşiri…………………………………………………………………..102.3 Intrări…………………………………………………………………………….122.4 Ieşiri……………………………………………………………………………..142.5 Relee………… ……………………………………………………………….152.6Studiu de ……………………………………………………………………..15

3 Senzori……………………………………………………………………………213.1 Introducere………………………………………………………………….213.2 Conectarea Senzorilor……………………………………………… ..…..223.2.1 Întrerupătoarele…………………………………………………….… ..223.2.2 TTL…………………………………………………………………………233.2.3 Sinking (NPN…………………………………………………………….243.2.4 Sinking(PNP)……………………………………………………………26

4 PLC Operation ……………………………………………………………………..304.1 Secventa de operare…………………………………………………….33


1.PLC

1.1 Intoducere

Automatica s-a dezvoltat în decursul a mai multor decenii. În trecut oamenii au fost unealta principalã pentru controlarea unui sIstem automat. Mai mult în ultimul timp electricitatea a fost folositã pentru control şi primele controale electrice s-au sprijinit pe relee. Aceste relee permiteau putereii să fie conectatã direct fãrã un comutator mecanic. Este normal să foloseşti relee pentru a face deciziile de control simple. Dezvoltarea de calculatoare ieftne a avut ca rezultat apariţia automatelor programabile Programmable Logic Controller( PLC). Apariţia PLC-urilor a început în 1970 a devenit alegerea cea mai des întâlnită pentru conducerea proceselor.

Diagrama logică este una din metodele principale de programare a PLC-urilor. Selectând logica de scarã (LD) ca metodă de programare, efortul de a reinstrui inginerii in programarea automatelor industriale a fost mult redusa.

Sistemele de control moderne încã includ releele, dar acestea sunt rareori folosite pentru logicã. Un releu este un dispozitiv simplu care foloseşte un câmp magnetic pentru a controla un comutator, cum este prezentat şi în figura următoare


Fig.1 Releul şi contactele sale

Când o tensiune este aplicată la intrarea releului, curentul rezultat creeazã un câmp magnetic. Câmpul magnetic trage un comutator de metal spre un contact fix şi în acest mod se realizează un contact electric. Contactul care se închide la energizarea bobinei se numeşte contact deschis, iar celălalt care se închide la deenergizarea bobinei se numeşte normal închis.

Releul este des folosit pentru izolarea surselor de comandă. Când noi luãm în consideraţie PLC-ul acolo vom avea 2 intrãri una normal deschis una normal închis şi o ieşire logică. Logica de scarã (LD) în PLC este de fapt un program de calculator cu care utilizatorul poate schimba după dorinţă modul de lucru al automatului programabil. Starile intrărilor pot fi toate normal deschise dar în program acestea apar ca unul deschis şi unul închis, adică pot fi programate în acest mod. PLC-ul permite acest lucru. El va trata în logica internă intrarile exact aşa cum au fost ele definite de către operator. Acest lucru este valabil şi pentru ieşiri.

Deasemenea în PLC ieşirile pot fi tratate ca intrări şi ieşiri în mod simultan, acest lucru putând fi făcut şi cu o logică de relee dar mult mai costisitor.

1.2 Programarea propriu zisă

Primele PLC-uri au fost programate cu o tehnică ce era bazată pe scheme cu logică tip releu. Aceasta este programarea tip LD (ladder logic), pentru a putea interpreta uşor aceasta schema ne putem imagina că alimentarea este pe partea stângă iar cea din dreapta este nul sau potenţial 0.


Fig.2 Exemplu de programare în LD (Moeller Easy Soft)

În exemplul de mai sus dacă I1 este activ reprezentând intrarea I1 a automatului programabil, programat ca fiind intrare activă când vom avea potenţial la borna acesteia, şi markerul (o variabilă internă a automatului) M11 va fi inactivă (logică inversă) atunci ieşirea counterului rapid CH1 va număra impulsurile primite de la intrarea I1.

Unele automate programabile sunt limitate din punct de vedere al utilizarii numărului de intrări pentru o linie de program , astfel în exemplul de mai sus se pot folosi 4 intrări şi o ieşire.

Dacă intrările sunt active în configuraţia corectă acesta va avea rezultat acţionarea unei ieşiri, adică potenţialul din partea stângă va ajunge în partea dreaptă. O intrare poate fi un senzor, un switch, un senzor analogic, o altă ieşire de la un alt automat, un contact al unui releu, etc.

Ieşirile vor putea fi intrări pentru alte automate, bobine de releu, motoare, becuri, led-uri, etc.

Exista şi alte metode de programare a PLC-urilor. Una din metodele mai timpurii au implicat instrucţiuni mnemonice. Aceste instrucţiuni pot fi derivate direct din programul LD,existând câteva instrucţiuni specifice LD(încărcare în memorie), LDN(încărecarea valorii negate în memorie), AND ( sumă logică), OR(sau logic), ST(memorare),STN(memorarea valorii negative), END(end), ADD(adunare),SUB(scădere), JMP(salt la), CAL(apelare funcţie), etc.


Programarea text structurat este alt mod de programare al automatelor programabile.

IF value < 7 THEN WHILE value < 9 DO value:=value+1; END_WHILE;END_IF;

În acest exemplu simplu variabila “value” este comparată cu o constantă şi este incrementată în bucla While până când va fi mai mare decît această constantă.

1.3 Conexiuni PLC

Când un proces este controlat de PLC foloseşte intrările sale să ia decizii legate de acţionarea ieşirilor, acestea fiind scanate tot timpul ciclic. Numai cu ajutorul intrărilor PLC-ul poate detecta o nouă stare fiind complet dependent de acestea.

Raspuns de la senzori Conexiune la acţionări

Fig.3 Descrierea funcţionării PLC

PLC citeşte încontinuu datele de la intrare şi actualizează datele de la ieşirea sa. Astfel prin acţionarea ieşirilor procesul va fi modificat şi astfel şi senzorii vor indica noi stări, deci noi configuraţii de ieşire. Acest lucru nu se petrece instantaneu, intrările sunt scanate pe rând de sus în jos şi de la stânga la dreapta.

Primul lucru care este analizat la pornirea automatului programabil, este verificarea interna a intrărilor şi a ieşirilor pentru a se asigura funcţionarea


Proces tehnologic

PLC

echpamentului. Unele automate programabile au intrări şi ieşiri dedicate pentru astfel de verificări.

Dacă automatul programabil trece de această verificare atunci el poate începe scanarea intrărilor şi calcularea ieşirilor, după un ciclu de scanare va trece din nou la verificarea funcţionării corecte după care va continua cu scanarea intrărilor.

Valorile intrărilor sunt apoi stocate în memoria automatului şi acum se poate începe rezolvarea structurii logice a programului din automat, luându-se în calcu valorile intrărilor memorate în automat şi nu cele curente. După rezolvarea structurii programului vor fi scanate şi ieşirile în acest moment ieşirile automatului fiind modificate.Acest lucru este făcut pentru a preveni problemele ce ar putea interveni cu schimbarea intrărilor în timpul scanarii programului. Apoi se face din nou o verificare a funcţionării automatului din punct de vedere al funcţionării hardware.

Timpul de scanare este de ordinul zecilor de milisecunde.(20 ms-1000 ms)

Programul schimba ieşirile prin examinarea intrărilor

Introdu noile ieşiri

Automat pornit

Citirea intrărilor

Procesul se schimbă iar PLC-ul verifica schimbarile din system

Fig.4 Scanarea intrărilor şi ieşirilor în PLC

1.4 Intrarile logice in Ladder Logic

Reprezentarea intrărilor în ladder logic se poate face în mai multe moduri ca în figura următoare:


Fig.5 Reprezentarea intrărilor şi ieşirilor în LD

Intrările sunt reprezentate prin două linii paralele ca I01(intrare digitală 1 contact NO) sau M01 (intare temporară contact NO).Tot în acest exemplu putem remarca şi o intare negată reprezentată prin aceleaşi 2 linii paralele cu o diagonală între ele M08 reprezentând un contact normal închis.

M01 apare în acest exemplu şi ca ieşire digitală, în cazul nostru fiind legătura între linia 1 din program şi linia 3.

1.5 Ieşirile logice în ladder logic

Reprezentarea ieşirilor în ladder logic se poate observa în exemplul de mai sus

Fig. 5 putând fi observate atît ieşirile automatului programabil Q04 şi memoria temporară M04 sau M02. Ieşirilor cât şi intrărilor le pot fi atribuite diferite funcţii pentru a le defini comportamentul acestora în cadrul programului.

Astfel ele pot fi acţionate pe front crescator, descrescator, cu funcţie set-reset, negaţie, impuls.


2 Hardware PLC

2.1 Introducere

În acest capitol vor fi descrise următoarele:

- Configuraţii hardware PLC

- Tipuri de intrări şi ieşiri

- Conexiuni electrice pentru intrări şi ieşiri

- Relee

- Diagrame tip Ladder Logic

Există posibilităţi multiple pentru o configuraţie hardware PLC, chiar şi de la un singur producător. Dar pentru fiecare configuraţie există componente comune şi multe concepte comune.

Componentele esenţiale ale unei configuraţii hardware sunt:

- Sursa de alimentare poate fi inclusă în automatul programabil sau poate fi de sine stătătoare. Nivelele uzuale în configuraţiile cu automate programabile sunt : 24Vcc, 120 Vac, 220Vac;

- CPU (Unitatea Centrala de Procesare) reprezentând de obicei o unitate de calcul unde diagrama tip ladder logic sau programul este stocat şi procesat;

- Intrări-Ieşiri un număr de terminale intrări-ieşiri pentru ca procesul să poată iniţia acţiuni şi pentru a le putea duce la bun sfârşit;

- Indicatori care indică starea curentă a PLC-ului ca starea pornit-oprit, program în execuţie, eroare, baterie epuizată.

Configuraţia unui PLC se referă întotdeauna la echipamentele ce formeaza configuraţia completă a automatului programabil(sursa, automat, extensii).

Placa de bază(Rack) în unele modele mai vechi rack-ul susţine cardurile de extensii, prima reprezentând tot timpul automatul programabil. Placile de bază pot fi conectate una după alta ca intr-o reţea fiind insă limitate hardware. Acest tip de dispunere este costisitor ca preţ însă este uşor de depanat şi întreţinut!

Mini sunt similare ca configuraţii cu plăcile de bază dar sunt la jumătate ca mărime.

Configuraţia compactă este limitată din punct de vedere tehnologic dar este benefică acolo unde este critic spaţiul.


Micro sunt configuraţii limitate din cauza numărului fix de intrări ieşiri dar cu costuri mici.

Software este un plc pe bază de soft ce are o interfaţă pentru intrări-ieşiri ceea ce permite PLC-ului să fie conectat la senzori sau la celelelte PLC-uri prin reţea.

Mini micro Rack

Fig.6 Configuraţii tipice de PLC

2.2 Intrări şi Ieşiri

Intrările şi ieşirile trebuiesc monitorizate şi controlate pentru a putea conduce un proces tehnologic.

Intrările cât şi ieşirile pot fi categorisite în două părţi distincte: logice şi continue(analogic). De exemplu un releu poate doar fi acţionat şi neacţionat deci va fi o intrare sau ieşire logică. Dacă lumina va avea niveluri diferite atunci înseamnă că este analogică. Intrările sau ieşirile analogice sunt preferate pentru că sunt mult mai intuitive dar cele logice sunt acceptate deoarece oferă o siguranţă mai mare , oferă o stare certă sigură, simplificând controlul procesului.

Ca rezultat PLC-urile folosesc cel mai frecvent intrări-ieşiri logice în configuraţiile sale. În acest capitol vom aborda intrările logice iar pe cele analogice le vom discuta în capitolul următor.

Ieşirile conectate la dispozitive cum ar fi contactoarele sau alte acţionări de acest gen vor afecta procesul condus . O listă de posibilă de dispozitive ce pot fi conectate la ieşirea automatelor programabile sunt:

- Valve cu bobină acţionate precum releele ce pot închide sau deschide un debit pneumatic sau hidraulic;

- Lumini pot fi conectate direct la ieşirea automatului programabil dacă tensiunea furnizată la ieşirea acestora este suficientă pentru a le aprinde;


- Contactoare pentru pornirea motoarelor deoarece motoarele absorb o catitate considerabilă de energie trebuie pornite în acest mod.

- Servo motoarele pot fi pornite cu ajutorul unor ieşiri analogice permiţând pornirea lor în trepte;

Ieşirile automatelor sunt de obicei protejate cu ajutorul releelor dar pot fi şi ele echipate la rândul lor cu relee interne sau tranzistoare de putere.

Intrările logice vin de obicei de la senzori care convertesc fenomenele fizice în semnale electrice. Exemple de astfel de senzori sunt enumerate mai jos:

- Senzori de proximitate folosesc inductanţa, capacitanţa sau lumina pentru a o transforma în semnale electrice;

- Întrerupătoare mecanisme mecanice care vor închide sau deschide calea pentru un semnal logic;

- Potenţiometru măsoară poziţia unghiulară folosind rezistenţa;

- LVDT(linear variable differential transformer) măsoară deplasarea liniară folosind cuplajul magnetic;

Intrările în automat vin în cîteva variante simple întâi diferenţiate de alimentare ac sau dc şi npn sau pnp.

Tipurile pnp sau npn indică că senzorul doar închide sau deschide calea către intrarea la care este conectat.

-NPN când este activ permite curentului să curgă către masă.

-PNP când este activ acesta va permite curentului să curgă de la sursă prin dispozitivul de ieşire către masă. Această metodă este cel mai bine folosită atunci când toate dispozitivele fosesc o singură sursă de alimnetare.


2.3 Intrări

În PLC-urile mici intrările sunt de obicei incluse în automat . Pentru cele mari acestea sunt achiziţionate ca module separate sub formă de carduri de 8 sau 16 inrări de acelaşi tip pe aceeaşi cartelă. Mai jos sunt enumerate valorile între care pot fi categorisite inrările logice:

- 12-24Vcc

- 100-120 Vac

- 10-60Vcc

- 12-24Vcc-ac

- 5Vdc

- 200-240Vac

- 48Vdc

- 24Vac


Intrările PLC-urilor în mod general nu alimentează dispozitivele care vor fi folosite ca intrări ale acestora, în acest caz vom avea nevoie de o sursă separată de alimentare a acestora.

Fig.7 Alimentarea intrărilor în PLC

Intrările au în general o impedanţă foare mare de intrare deci vor folosi un curent foarte mic .

În exemplul de mai sus Fig. 7 există două intrări unul fiin buton de apăsare iar celălalt fiind un senzor de temperatură. Simbolurile prezentate mai sus sunt standard şi vor fi discutate într-un capitol următor.Ambele inrări sunt alimentate de la firul cald al sursei de alimentare care este ca un plus la o sursă de alimentare în curent continuu.Când ambele întrerupătoare sunt deschise nu trece curent prin nici unul din ele deci tensiunea nu ajunge la intrările PLC-ului.

Dacă unul din aceste întrerupătoare se închide atunci tensiunea va ajunge la automat şi dacă tesiunea se află între anumite limite acceptate de configuraţia internă a automatului atunci lumina corespondentă intrării respective se va aprinde. Notaţiile în diagrama ladder logic au fost făcute pentru un automat Allan Bradley şi reprezintă faptul că intrarea se alfă în rack-ul 1 slotul 3. Masa automatului se va conecta la masa sursei de alimentare aceeaşi care furnizează potenţialul pentru intrările sale şi în nici un caz nu se va conecta împreună cu masa de împământare. Dacă vom mai avea încă o


intrare pentru o altă intrare care are nevoie de o tensiune diferită pentru intrările autoatului atunci vom conecta masele surselor cu comunul automatului programabil.Cardurile de intrări au linie de comun separată deci pot fi conectate la surse diferite, iar pentru a le conecta la aceeasi sursă va trebui să conectăm punctele de comnu între ele.

Intrările DC sunt de obicei alimentate cu tensiuni între 12-24V deci sunt mai sigure.

Intrările DC sunt mai rapide .

Intrările DC pot alimenta o diversitate de echipamente electrice.

Intrările AC sunt imune la zgomotul electric, şi se pretează mai mult aplicaţiilor la distanţă.

Alimentarea AC este de obicei mai ieftină la alimentarea echipamentelor.

Fig.8 Izolarea intrărilor în PLC (cc şi ac)

2.4 Module de ieşire


Ca şi intrările , ieşirile automatelor nu alimentează dispozitivele de ieşire direct aşa că precauţii vor trebui luate la alimentarea acestora şi la sarcina la care sunt supuse.

-120Vac

-24Vdc

-12-48Vac

-12-48Vdc

-5Vdc

-230Vac

Aceste card-uri au de obicei 8 sau 16 ieşiri de acelaşi fel cu diferite tensiuni de alimentare. O alegere destul de înţeleaptă este alegerea modulelor cu ieşire pe tranzistoare. Releele sunt însă şi mai flexibile putând comuta atât tensiuni de alimentare dc şi ac dar au o viteză ma scăzută sunt mai robuste şi costă mai mult şi se vor uza după câteva milioane de cicluri. Ieşirile tip releu vor fi adesea numite contacte uscate. Tranzistoarele sunt limitate la ieşiri dc iar triacele sunt limitate la ieşiri ac.


Fig.9 Izolarea ieşirilor în PLC (tranzistor, triac şi releu)

Precauţii suplimentare trebuiesc luate atunci când folosim ieşiri ac şi dc doarece dacă am conectat alimentarea ac la un tranzistor acesta va funcţiona cu o tensiune diminiată, iar dacă am conectat o tensiune dc la un triac acesta va fucţiona chiar şi după ce s-a înlăturat tensiunea de alimentare a ieşirii respective. O problemă deosebită cu ieşirile sunt sursele de alimentare. Se obişnuieşte să se izoleze sursele de alimentare la fel ca şi punctele lor de masă.

Fig.10 Card de ieşire alimentat cu 24 Vcc.Exemplu de conectare cu două surse de a limentare separate

În exemplul de mai sus avem două surse de alimentare una care alimentează PLC-ul şi ieşirile sale iar una care alimentează un dispozitiv care este comandat de acest PLC. Separarea lor este practic realizată cu ajutorul unui releu.


Fig.11 Card de ieşire alimentat cu 24 Vcc.Exemplu de conectare cu o sursă de alimentare

În exemplul de mai sus însă este folosită aceeaşi sursă de alimentare de 24Vcc. În acest exemplu este folosită un card cu ieşiri alimentate la 24 Vcc.

În exemplul următor însă vom folosi alt tip de card, unul alimentat la 120 Vcc-ac. În acest caz fiecare intrare a fost alimentată separat pentru comanda diferită a releului şi a becului însă toate sursele de alimentare au de această dată un punct comun.


Fig.12 Card de ieşire alimentat cu 124 Vcc-ca. Exemplu deconectare cu două surse de alimentare separate

2.5 Relee

Cu toate că sunt folosite rar pentru controlul logic releeele sunt încă folosite deoarece pot comuta sarcini mari. Astfel următoarele dispozitive pot fi tratate ca relee:

- Contactoare relee speciale pentru comutarea unor sarcini foarte mari;

- Motor Starter este un contactor special care este specific pornirii motoarelor;

- Arc Suppression când un contactor este acţionat sau deacţionat apare un arc care poate duce la distrugerea pastilelor de contact . La releele ac acest lucru


poate fi evitat atunci când tensiunea trece prin 0.La releele care comută o sarcină AC acest lucru poate fi minimizat prin suflarea cu gaz presurizat spe contacte pentru a împiedica formarea arcului.

- Bobinele AC dacă un releu normal este acţionat cu ajutorul tensiunii ac lamelele releului vor vibra la frecvenţa tensiunii de alimentare.

Un lucru important în alegerea releelor pentru ieşirile automatului programabil sunt tensiunea de alimentare şi curentul maxim suportat de acestea. Deasemenea dacă sarcina releelor este inductivă se vor lua măsuri suplimentare de protecţie a contactelor releelor.

2.6 Studiu de caz

O presă electrică foloseşte 24Vcc pentru a acţiona o electrovalvă pentru a împinge şi a retrage un piston hidraulic. Electrovalva are un comun şi doi pini de comandă, alimentarea unui pin va duce la deschiderea electrovalvei într-un sens de avans iar celălalt va deschide calea pentru retragere.

Fig.13 Conexiunile unei prese hidraulice. (Studiu de caz)

Card-urile de intrare şi ieşire sunt ambele la 24Vcc şi vor fi alimentate de la aceeaşi sursă.

Fig.14 Schema electrică pentru aplicaţia de mai sus


3 Senzori

3.1 Introducere

Obiectiv:

- Să înţelegeţi tipurile diferite de rezultate ale dispozitivului pentru generarea semnalelor.

- Să ştiţi tipurile dispozitivelor pentru generarea semnalelor de bazã şi înţelegerea rezultatelor de aplicaţie.

- Dispozitive pentru generarea semnalelor electric; comutatoare, TTL, sursã;

- Detectarea de vecinãtate (apropiere); senzori cu contact, senzori optici, senzori ultrasonici ;

Dispozitivele pentru generarea semnalelor permit PLC-ului detectarea stării unui proces. Dispozitivele pentru generarea semnalelor logice pot numai sã detecteze un status care este ori adevãrat sau fals. Exemple de fenomenele fizice care sunt caracteristic detectate sunt listate mai jos.

- Senzor inductiv - este un obiect de metal prin apropiere?

- Senzor capacitiv - este un obiect dielectric prin apropiere?

- Prezenţã opticã – este întrerupt un fascicul de luminã de un obiect sau acest obiect reflectă o sursă de luminã ?

- Contact mecanic - este un obiect un comutator al unui întrerupător?

În ultimul timp, preţul pentru dispozitivele pentru generarea semnalelor a scãzut şi a devinit un echipament de întâlnit în echipamentele electrocanice. Ei sunt disponibil în multe formulare de la vânzãtorii multipli ca de exemplu Allan-Bradley, Omron, Wenglor şi Turk. În dispozitivele pentru generarea semnalelor de aplicaţie sunt interşanjabile între vânzãtorii PLC, dar dispozitivul pentru generarea semnalelor fiecare va avea cerinţele de interfaţã specifice.


Acest capitol va începe va examinarea tehnicilor diverse electrice pentru dispozitivele pentru generarea semnalelor, şi vor concluziona cu o examinare a mai multor tipuri de dispozitive pentru generarea semnalelor logice.

3.2 Conectarea senzorilor

Când un dispozitiv pentru generarea semnalelor detecteazã o schimbare logicã el trebuie sã semnalizeze această transformare în PLC. Generatorul de semnal poate semnala schimbarea semnalului prin generarea unei tensiuni de alimentare sau a unui curent , ambele mărimi trebuind să se situeze între valori standardizate pentru ca PLC-ul să poată lua decizii corecte.

Obiectiv:

- Să înţelegeţi tipurile diferite de rezultatele ale dispozitivului pentru generarea semnalelor.

- Să ştiţi tipurile de dispozitive pentru generarea semnalelor de bazã şi să înţelegeţi rezultatele de aplicaţie.

- Dispozitive pentru generarea semnalelor electrice; Comutatoare, TTL, sursã, NPN

- Detectarea de vecinãtate (apropiere); senzori inductivi, senzori capacitivi, senzori optici, senzori ultrasonici;

Senzorii pot fi :

NPN, PNP, Relee, senzori analogici (în tensiune sau curent), senzori care furnizează semnale TTL.

3.2.1 Întrerupătoarele

Exemplul cel mai simplu ale rezultatelor dispozitivului pentru generarea semnalelor sunt comutatoarele şi releele. Un exemplu simplu este prezentat în figura următoare :


Fig.15 Intrări logice în PLC

În figurã un comutator de contact NO este o intrare conectatã la la 01. Un dispozitiv pentru generarea semnalelor cu un rezultat de releu este de asemenea prezentat conectat şi el la intrarea 06. Dispozitivul pentru generarea semnalelor trebuie sã fie alimentat separat, de aceea V+ şi capetele de linie V- sunt conectatã la sursa de alimentare. Dispozitivului pentru generarea semnalelor rezultat va deveni activ când un fenomen a fost detectat. Acest înseamnã comutatorul intern ( probabil un releu) va fi închis a permis curent pentru a se scurge şi voltajul pozitiv va fi va cere de la de intrare 06.

3.2.2 Tranzistorul Transistor Logic ( TTL)

Tranzistor-tranzistorul Logic (TTL) se bazează pe douã nivele de voltaj, 0V pentru false şi 5V pentru adevãrat. Voltajele pot de fapt sã fie puţin mari decât 0V, sau sã fie mai mic decât 5V sã fie detectate în mod corect. Aceastã metodã este foarte uşor influenţată de zgomotul electric, şi ar trebui numai sã se întrebuinţeze când este necesarã. Ieşirile TTL sunt comune dispozitivelor electronice şi calculatoarelor, şi vor fi necesare uneori. Când vor fi conectate la alte circuite de dispozitiv simple pentru a îmbunãtãţi semnalul, ca de exemplu trrigerul Schmitt în exemplul următor:


Fig.16 Schmitt Trigger.

Un trigger Schmitt va primi un voltaj de intrare între 0-5V şi îl va transforma la 0V sau 5V. Dacã voltajul este într-un domeniu ambiguu, între 1. 5 - 3.5 el va fi va ignorat. Dacã un dispozitiv pentru generarea semnalelor are un rezultat TTL PLC are nevoie sã foloseascã un card de intrare TTL pentru valorile citite. Dacã dispozitivul pentru generarea semnalelor TTL este folosit pentru alte aplicaţii el ar trebui sã fie menţionat că acel rezultat curentul maxim este 20mA.

3.2.3 Sourcing-Sinking

Senzorii sinking (NPN) pentru generarea semnalelor permit curentului să curgă de la dispozitivul pentru generarea semnalelor la punctul comun, în timp ce

Senzorii sourcing (PNP) permit curentului a se scurge de la o sursã pozitivã la dispozitivului pentru generarea semnalelor. Pentru ambele metode aceste important este curentul care trece prin ele şi nu voltajul. Folosind fluxul de curent, în loc de voltaj, zgomotele electrice sunt mult reduse.

Când discutăm despre sinking şi sourcing noi facem referire la ieşirea senzorului care se comportă ca un comutator (cu o anumită pirdere de tensiune). De fapt ieşirea dispozitivului pentru generarea semnalelor rezultat este normal un tranzistor, care va acţiona ca un comutator un tranzistor PNP pentru sourcing (ieşire) şi un tranzistor NPN pentru sinking (intrare). Pentru a declanşa trecerea curentului prin intrarea la care este conectat senzorul respectiv acesta va trebui să conducă sau să permită trecerea curentului spre punctul de masă sau de la sursa de alimenatare. În figura 17 este indicat cum senzorul detectează un fenomen fizic şi şi sarcina sa care este o intrare dintr-un card plc va fi străbătută de un curent minim permis prin tranzistorul NPN. De obicei aceşti senzori vor avea algoritmi interni de corecţiei a tensiunii de basculare deci nu vor avea praguri intermediare ci doar închis sau deschis.


Fig.17 Senzorul tip Sinking (NPN)

3.2.4 PNP Sourcing Sensor

Senzorii PNP sau sourcing au un comportament complementar senzorilor NPN.

Astfel sarcina lor adică o intrare în cardul de intrări ale PLC va fi străbătută de un curent minim permis prin tranzistorul PNP atunci când senzorul este activat.

În figura 18 se poate observa că senzorul cât timp nu detectează un fenomen fizic în preajma sa va avea linia activă la V+ iar tranzistorul va fi închis, odată cu apariţia unui fenomen fizic tranzistorul se va închide şi va permite trecerea curentului prin intrarea plc-ului. Majoritatea senzorilor PNP-NPN suportă curenţi de până la ordinul amperilor şi pot comuta sarcinile direct. Un astfel de exemplu este indicat în figura 20 unde senzorii sunt folosiţi pentru comutarea unor surse de lumină.


Fig. 18 Senzorul tip Sourcing (PNP)

Exemplul poate reprezenta un senzor de mişcare montat în holurile întunecoase.

Fig.20 Controlul direct folosind NPN PNP

Când notăm punctele de alimenare trebuie să luăm în considerare că există două tipuri de notaţii, pe de o parte poate fi V+ şi punctul de masă notat cu common (comun) , şi V+ şi V- caz în care presupuneţi că punctual comun este V-.

În exemplul sinking sursa de lumină este conectată cu un capăt la punctul de alimentare V+ iar cu celălalt este conectat la ieşirea senzorului NPN. Când senzorul este activ va permite curentului să treacă prin sursa de lumină şi apoi prin tranzistorul


NPN către V-. În exemplul sourcing curnetul va trece în primul rând prin senzor apoi prn

sursa de lumină şi apoi va ajunge la potenţialul V- când senzorul este activ. În acest punct este evident că ieşirea unui astfel de senzor va fi folosită pentru alimentarea unei intrări a unui card PLC, chiar dacă nu este indicat sensul curentului care va trece prin acesta. Există două posibilităţi de a conecta senzorii la intrările PLC-urilor. Prima se referă la carduri obişnuite de conectare adică cele cu comun şi intrări le la potenţialul la V+ şi senzorii PNP.

A doua opţiune este să achiziţionăm carduri construite special pentru senzori NPN şi PNP.

Fig. 21 Comportamentul intern al cardului PLC la alimentarea senzorului NPN

În exemplul de mai sus linia întreruptă reprezintă calea urmată de curentul electric atunci când senzorul este activ. Acest tip de card nu este unul folosit în mod general ci este unul folosit atunci când se folosesc senzori tip NPN.

Un exemplu de card folosit în mod general este cel prezentat în figura următoare:


Fig. 22 Comportamentul intern al cardului PLC la alimentarea senzorului PNP

În exemplul de mai sus curentul trece prin senzor apoi prin optocuplor şi apoi ajunge la potenţialul negativ.

Conectarea cu ajutorul firelor este un amănunt important în proiectarea PLC-urilor, senzorii cu 3 fire fiind înlocuiţi cu senzorii cu 2 fire. Exemplul următor reprezintă modul de conectare al acestor senzori la intrările cardului PLC.


Fig. 23 Senzori cu 2 fire

În acest mod acest tip de senzori pot fi conectaţi şi ca ieşire sinking sau intrare sourcing. Însă acest lucru necesită ca intrarea automatului să permită trecerea curentului numit şi curent residual dar de asemenea să poată determina atunci când senzorul este activ compararea curentului ce străbate intrarea cu o valoare stabilită.

Achiziţionarea acestor senzori şi a cardurilor de intrarere este un aspect foarte important în proiectare. Pentru evitarea confuziilor trebuie căutate punctele de comun, dacă ele sunt pentru potenţial pozitiv sau comun. Unii producători vor permite conectarea senzorilor tip PNP şi NPN în cadrul aceluiaşi card.


Reprezentarea senzorilor în diagramele electrice se face ca în figura următoare:

Fig. 24 Simbolurile senzorilor NPN şi PNP

Se observă că sunt folosite culori pentru terminalele senzorilor pentru uşurarea conectării lor: maro pentru potenţialul pozitiv, albastru pentru cel negative, alb pentru ieşirea sinking şi negru pentru intrarea sourcing.


4 PLC Operation

În figura de mai jos este prezentată structura unui sistem de calcul de tip desktop. Sensul sagetilor este foarte important deoarece indica comunicaţia între echipamentele sistemului.

Fig.25 Structura simplificata a unui calculator personal

Vom transpune aceasta structura în cea a unui automat programabil asa cum este prezentat şi în figura următoare:

Fig.26 O structura PLC orientată pe intrări – ieşiri


În acest fel putem face următoarele analogii:

Tastatura sau mouse-ul poate fi comparată asemenea unui senzor de proximitate

Cip-ul de intrare poate fi considerat tot asamblul format din dispozitive electronice, suportul fizic pe care operează tastatura şi elementele auxiliare ale calculatorului pe care le putem compara cu cardurile de intrare cu alimentare la 24V

Partea de procesare 686 poate fi asemănată cu unitatea centrală a automatului programabil

Circuitele de ieşire care include placa video poate fi comparată cu un modul de ieşire cu tranzistor

Pentru ieşire putem compara monitorul cu o sursa de lumina de indicaţie sau control

Stocarea informaţiilor se face similar în ambele cazuri

Folosind aşa zisele plăci de achiziţie se pot folosi calculatoare personale pentru a controla procesle industriale însă nu este recomandat deoarece acestea nu vor putea face faţă condiţiilor de lucru ale mediilor industriale pentru care aceste automate programabile au fost special concepute.


4.1 Secvenţa de operare

Toate automatele programabile au 4 faze de scanare care se derulează de mai multe ori în interval de o secundă, numit şi ciclu de scanare. În primă fază acesta îşi va testa propriile intrări şi ieşiri pentru a detecta eventualele erori de funcţionare. După această scanare urmează copierea tuturor intrărilor în memoria plc-ului proces numit şi scanarea intrărilor. După copierea intrărilor în memorie plc-ul trece la rezolvarea diagramei logice aflată în acesta, acest proces numindu-se scanare logică. După această scanare rezultatul este şi el deasemenea salvat tot în memorie şi abia când ciclul de scanare este terminat ieşirile vor primi valorile corespondente din memoria automatului programabil.

Fig. 27 Ciclul de scanare

Self test – Se verifică dacă toate cardurile sunt funcţionale, se resetează timerele de tip urmărire- verificare (acestea pot genera erori pentru a nu periclita buna funcţionare a programului în cazul unei erori interne);

Input scan – Citeşte valorile intrărilor de la senzori şi butoane şi copie valorile acestor în memoria automatului, acest lucru face ca automatul programabil să funcţioneze rapid şi se evită schimbarea valorilor intrărilor pe timpul scanării programului ;

Scanare logică – Bazat pe diagrama logică sau programul aflat în memoria automatului programabil plc-ul va lua decizii şi va salva rezultatele în memoria sa până la sfărşitul ciclului curent de scanare;

Scanarea ieşirilor – Plc-ul citeşte din memoria sa şi atribuie valorile respective ieşilor sale;


Scanarea logică a programului

În figura de mai jos putem vedea cum funcţionează scanarea logică în interiorul unui plc. Acestea sunt analizate de sus în jos şi de la stânga la dreapta. În figura de mai jos prima linie scanată va avea ca rezultat ieşirea cu numărul trei apoi cea cu numărul 4 aflată imediat sub ea şi aşa şi pentru celelalte linii de program.

Scanarea devine mai complicată atunci când vom folosi valorile unor ieşiri ca intrări în program.

Fig. 28 Desfăşurarea scanării logice în plc

Fig.29 Greşeală în programarea plc-ului


În exemplul de mai sus la scanarea primei linii de program vom avea ca rezultat ieşirea X care va fi memorată în memoria automatului până la sfârşitul ciclului de scanare, apoi este executată a doua linie de program care afectează aceeaşi ieşire şi ca rezultat adresa din memorie corespondentă ieşirii este modificată din nou din, rezultatul final fiind inregistrat ca fiind cel al ultimei linii sacanate, în cazul nostru prima linie fiind ineficientă.

Stările automatului programabil

Lipsa capacităţii de control extern a automatului programabil este un factor foarte important pentru un plc. Ceea de ce dispune plc-ul însă este un set de indicatori folosit în urmărire şi eventual depanarea programului. Principalele indicaţii ale plc-ului sunt PORNIT, ACTIV, AVARIE şi sunt de obicei singurele indicaţii pe lângă cele ale intrărilor şi ale ieşirilor.


plc curs automatizari_ro

Documents