Programiranje industrijskih kontrolera

1. Programiranje industrijskih kontrolera Programiranje industrijskih kontrolera

2. Programiranje industrijskih kontrolera • Smer: Elektronska kola i sistemi • Semestar: VII • Fond: 2 + 2 + 1 • Predmetni nastavnik: Goran Lj. Đorđević • Asistent: Milica Jovanović • Konsultacije: • 306ž • 1ž (u prizemlju) Programiranje industrijskih kontrolera

3. Ocenjivanje • Domaći zadaci i mini-projekti 40% • Završni ispit 60% Programiranje industrijskih kontrolera

4. PLC • Industrijski kontroler ili PLC od Programmable Logic Controller - programabilni logički kontroler • Digitalni elektronski uređaj koji poseduje programabilnu memoriju za smeštanje instrukcija kojim se realizuju specifične funkcije, kao što su logičke i aritmetičke operacije, redosledno izvršenje različitih akcija, odmeravanje vremenskih intervala, prebrojavanje događaja itd, a sve u cilju upravljanja različitim mašinama i procesima putem digitalnih i/ili analognih ulazno/izlaznih jedinica. Programiranje industrijskih kontrolera

5. PLC • Namenski elektronski uređaj, zasnovan na mikroprocesoru, koji je u mogućnosti da obavlja brojne tipove upravljačkih funkcija različitog nivoa složenosti. • Industrijski računar čiji su hardver i softver posebno prilagođeni radu u industrijskim uslovima, a koji se može lako programirati i ugrađivati u nove i postojeće industrijske sisteme Programiranje industrijskih kontrolera

6. PLC • PLC - (Programmable) - mogućnost programiranja. • Program rada se unapred priprema i puni u permanentu memoriju PLC kontrolera. • PLC program se razvija u jeziku lestvičastih (ladder) dijagrama, koji je nastao po ugledu na tzv. relejne šeme. • PLC - (Logic) - glavna osobina PLC kontrolera je mogućnost obavljanja logičkih (bulovih) funkcija. • Generiše diskretne (digitalne) izlazne signale u funkciji (logičkoj) diskretnih ulaznih signala • Karakteristično za prvobitne tipove PLC kontrolera. • Savremeni PLC-ovi, pored logičkih mogu da obavljaju: aritmetičke operacije, odmeravaju vremenske intervale, prebrojavaju događaje, a prihvataju i generišu, pored diskretnih, i analogne signale. Programiranje industrijskih kontrolera

7. PLC • PLC (Controller)- Glavna primena u industriji (proizvodnoj) gde se koristi kao upravljačka jedinica za automatsko upravljanje procesima • Prati ključne parametre procesa (posredstvom priključenih senzora i davača, i shodno memorisanom programu, generiše pobudu kojom deluje na proces (posredstvom aktuatora) Programiranje industrijskih kontrolera

8. PLC v.s. računar opšte namene • PLC nema spoljnu memoriju (diskove), kao i niz standardne ulazno/izlazne opreme • Operativni sistem PLC-a je jednostavniji i pruža komparativno manje mogućnosti od računara opšte namene. • PLC je koncipiran i projektovan za relativno uzak i jasno definisan obim poslova vezanih za nadzor i upravljanje pojedinim uređajima, mašinama i procesima • Rezultat - izuzetna fleksibilnost i jednostavnost. Programiranje industrijskih kontrolera

9. PLC v.s. mikroračunar • Područje primene PLC kontrolera isto je kao i za specijalizovane mikroračunarske kontrolere ili signal procesore • Razlika: PLC-a ne zahteva od korisnika gotovo nikakvo predznanje o arhitekturi mikroračunarskih sistema i programiranju. • Korisnik PLC-a je u najvećoj meri oslobođen rešavanja različitih problema vezanih za čisto računarski aspekt, i može da se u punoj meri skoncentriše na projektovanje same aplikacije Programiranje industrijskih kontrolera

10. Izgled tipičnog PLC sistema Programiranje industrijskih kontrolera

11. Primer - garaža Programiranje industrijskih kontrolera

12. Primer - hemijski proces Programiranje industrijskih kontrolera

13. Klasično rešenje - relejni sistem • Relejni panel - mnoštvo povezanih releja, relejnih tajmera i drugih elektromehaničkih sklopova • Mnoštvo problema: • Promena logike rada zahteva fizičko prepovezivanje • Teško pronalaženje i otklanjanje kvarova • Niska pouzdanost • Visoka cena • . . Programiranje industrijskih kontrolera

14. Savremeno rešenje - PLC • Kompaktniji. • Laka promena logike rada - reprogramiranje • Niža cena • Veća pouzdanost • Veće mogućnosti • ... Programiranje industrijskih kontrolera

15. Istorijat PLC-a • Nastali kasnih 60’ i ranih 70’ godine prošlog veka. • Prvobitna primena u automobilskoj industriji (u fabrikama automobila) • Težna da se smanji vreme zastoja prilikom promene proizvodnog procesa (novi model automobila). • Prvi PLC-ovi su se programirali kao konvencionali računari tog vremena - previše složeno za industrijske inženjere tog vremena • Uvođenje mikroprocesora 80’ god. - prekretnica u razvoju i ekspanzija u širenju PLC-ova • Praćeno napretkom u načinu programiranja (olakšano programiranje i korišćenje) • Širenje oblasti primene: • Ne samo ON/OFF upravljanje već i složenije funkcije • Specijalizacija za pojedine zahtevne zadatke upravljanja • Mogućnost komunikacije sa drugim PLC-ovima ili računarima Programiranje industrijskih kontrolera

16. Prednosti PLC-a • Fleksibilnost • U prošlosti, svaka električno-upravljna mašina za proizvodnju zahtevala je svoju sopstvenu upravljačku jedinicu; u pogonu sa 15 mašina, postojalo je 15 različitih, namenski projektovanih, upravljačkih jedinica. Danas je moguće isti model PLC-a koristiti za upravljanje bilo kojom od 15 mašina. Uz to, verovatno neće biti potrebe za 15 PLC-ova, jer jedan PLC lako može da opsluži više različitih mašina, tako što će, konkurentno, za svaku priključenu mašinu izvršavati poseban, namenski program. • Laka promena programa i korekcija grešaka • Kod tradicionalih, relejnih panela, svaka promena programa zahtevala je značajno vreme za prepovezivanje panela i uređaja. Sa druge strane, kod PLC-a, promena programa je laka i brza. Novi program se preko tastature ili na neki drugi način učitava u PLC, a prepovezivanje obično nije potrebno, tako da celokupna aktivnost ne traje duže od nekoliko minuta. Takođe, uočene nepravilnosti u radu sistema, koje su posledica greške u programu se mogu lako i brzo ispraviti Programiranje industrijskih kontrolera

17. Prednosti PLC-a • Laka promena programa i korekcija grešaka Relejni sistem PLC sistem Programiranje industrijskih kontrolera

18. Prednosti PLC-a • Veliki broj kontakta • PLC možemo zamisliti kao mnoštvo ˝virtuelnih˝, nepovezanih relea (kontakta), tejmera, brojača i drugih složenijih komponenti, koje se programiranjem ˝povezuju˝ na željeni način. • Implementaciona moć zavisi isključivo od količine raspložive memorije • Rele = 1 bit • Tajmer, brojač = 24 bita • Memorija tipičnog PLC je reda više desetina KB Programiranje industrijskih kontrolera

19. Prednosti PLC-a • Niska cena • Napredak poluprovodničke tehnologije → povećanje mogućnosti uz pad cene • Danas je moguće, po ceni ispod 100$, nabaviti PLC sa ogromnim brojem interno-raspoloživih ˝virtuelnih˝ relea, tajmera, brojača, sekvencera i drugih funkcija (od kojih neke nemaj pandam u ˝relejnom˝ svetu). Programiranje industrijskih kontrolera

20. Prednosti PLC-a • Mogućnost probnog rada • Rad PLC-a se može ispitati u laboratoriji, pre ugradnje u proizvodni pogon. • Program se piše, testira, analizira i, ako je nophodno, modifikuje sve do trenutka kada se proceni da su sve zahtevane funkcije korektno realizovane. • Tek tada se program prenosi u PLC koji se instalira (ili je već instaliran) u proizvodni pogon. • Velika ušteda skupog ˝fabričkog˝ vremena (nema zastoja u proizvodnji). • Nasuprot tome, testiranje konvencionalnih relejnih sistema se može obaviti samo u fabričkoj hali, što može biti veoma vremenski neracionalno. Programiranje industrijskih kontrolera

21. Prednosti PLC-a • Mogućnost vizuelnog praćenja rada : • Rad PLC-a se može direktno pratiti na ekranu monitora - na pogodan način se u grafičkom obliku prikazuju stanja ulaza i izlaza PLC-a uz ˝osvetljeno˝ prikazivanje logičkih putanja koje su trenutno aktivne i ispisivanje obaveštenja o evetualnom neispravnom radu sistema ili o nastanku nekih izuzetnih situacija Programiranje industrijskih kontrolera

22. Prednosti PLC-a • Brzina rada • Vreme od trenutka kada se promeni stanje ulaza PLC-a do trenutka kada PLC-a reaguje postavljajući svoje izlaze nije duže od nekoliko do nekoliko desetina milisekundi • PLC-ovi su brži od relejnih sistema • Brzina rada određena periodom sken ciklusa PLC-a Programiranje industrijskih kontrolera

23. Prednosti PLC-a • Leder programiranje • Za programiranje PLC kontrolera koristi se jezik lestvičastih logičkih dijagrama (ili leder dijagrama - ladder diagram),. • Dugi niz godina u upotrebi u industriji pri projektovanju logičkih i sekvencijalnih relejnih uređaja • Lako razumljiv industrijskim inženjerima. • Industrijski inženjeri ne moraju biti eksperti za programiranje da bi u svojim sistemima koristili PLC-ove Programiranje industrijskih kontrolera

24. Leder dijagram (program) Programiranje industrijskih kontrolera

25. Prednosti PLC-a • Pouzdanost i lakoća održavanja • Poluprovodničke komponente, od kojih je PLC sačinjen, su, generalno, pouzdanije od mehaničkih sistema ili relea i tajmera • Troškovi održavanja upravljačkih sistema zasnovanih na PLC-u su niži, a vreme zastoja kraće Programiranje industrijskih kontrolera

26. Prednosti PLC-a • Jednostavnost naručivanja komponenti upravljačkog sistema : • PLC je jedan urađaj • Kada naručeni PLC stigne u industrijski pogon, svi brojači, relei, i druge ˝virtuelne˝ komponente ˝sadržane˝ u PLC-u su takođe stigle • Relejni sistem se sklapa od raznorodnih, fizičkih komponeti Programiranje industrijskih kontrolera

27. Prednosti PLC-a • Dokumentacija. • Leder dijagrami, kako grafički prikazi, su u toj meri samo-deskriptivni da obično nije neophodna neka dodatna dokumentacija koja bi upotpunjavala opis rada PLC-a i načina na koji su realizovane njegove funkcije. • Ne postoji opasnost da dokumentacija bude neažurna, što je često slučaj sa dijagramima i šemama relejnih panela (kada inženjer nakon učinjene intervencije ne unese izmenu u relejnu šemu). Programiranje industrijskih kontrolera

28. Prednosti PLC-a • Bezbednost. • Program PLC-a se ne može promeniti pre nego što je PLC ˝otključan˝ • Brzo reprogramiranje • Otvara mogućnost za postizanje neke vrste adaptivnog proizvodnog procesa, gde se program rada menja shodno karakteristikama svakog pojedinačnog prizvoda ili čestim varijacijama u procesu proizvodnje Programiranje industrijskih kontrolera

29. Nedostaci PLC-a • Nova tehnologija • Nije lako promeniti način razmišljanja industrijskih inženjera sa relejne logike na PLC koncept • Jednostavna instalacija • Aplikacije sa fiksim programom • Pojedine aplikacije zasnovane su na samo jednoj funkciji koja se veoma retko ili nikada ne menja • Zamena postojeće opreme PLC-om ne donosi veliki dobitak, jer se glavna osobenost PLC-a – mogućnost reprogramiranja – praktično ne koristi • PLC je najbolje rešenje kada su neophodne periodične promene u načinu rada Programiranje industrijskih kontrolera

30. Nedostaci PLC-a • Uslovi rada. • PLC nije pogodno rešenje za ekstremne uslove rada, kao što su: visoka temperatura, vlažnost, vibracije, električne smetnje, a koji su karakteristični za pojedine proizvodne procese • Bezbednost u radu • Kod relejnih sistema uvek postoji tzv. STOP prekidač, kojim se u bilo kom momentu može trenutno prekinuti rad sistema (isključenjem napajanja). • Relejni sistem se automatski ne resetuje kada se napajanje uključi, već zadržava stanje u kome je bio kada je napajanje isključeno • STOP prekidač povezan na ulaz PLC-a nije bezbedno rešenje - šta ako PLC otkaže ? Programiranje industrijskih kontrolera

31. PLC sistem Programiranje industrijskih kontrolera

32. Konstrukcija PLC-a • Kompaktni PLC Programiranje industrijskih kontrolera

33. Kompaktni (mikro PLC) • Measures 4.72”x 3.15” x 1.57”. • 32 I/O points • Standard RS 232 serial communication port Programiranje industrijskih kontrolera

34. Konstrukcija PLC-a • Modularni PLC: Programiranje industrijskih kontrolera

35. Proizvođači PLC-ova • ALLEN-BRADLEY • GE • MODICOM - GOULD • SQUARE-D • etc. Programiranje industrijskih kontrolera

36. CPU i PM Programiranje industrijskih kontrolera

37. CPU • Konektori za povezivanje sa PM i drugim PLC-ovima. • Backup baterija • Ključ: • OFF - sistem nije operativan niti se može programirati • RUN - sistem je operativan (radi), ali se ne može programirati. • DISABLE - Isključuje sve izlaze, tj. postavlja ih u neaktivno stanje. • MONITOR - uključuje ekran na kome će se prikazivati trenutne operativne informacije • RUN/PROGRAM - Sistem je operativan, a modifikacije programa su dozvoljene. Ovaj način rada se mora oprezno koristiti, jer se svaka modifikacija programa trenutno manifestuje u radu sistema. • PROGRAM - sistem nije operativan, ali se može programirati ili reprogramirati Programiranje industrijskih kontrolera

38. PM - Programator/monitor Programiranje industrijskih kontrolera

39. Ulazni i izlazni PLC moduli • PLC pribavlja informacije iz okruženja posredstvom ulaznih, a predaje informacije okruženju putem izlaznih modula CPU + U/I moduli Programiranje industrijskih kontrolera

40. Ulazni i izlazni PLC moduli • Modul može imati 4, 8, 12 ili 16 terminala (pristupnih tačaka). • Ulazni, izlazni ili kombinovani moduli (sa podjednakim ili različitim brojem ulaznih i izlaznih terminala, npr. 12 ulaza i 8 izlaza). • Kod većih PLC sistema, ulazni i izlazni moduli su smešteni u posebne rekove koji su sa CPU-om povezuju pomoću odgovarajućeg višežičnog kabla. • Svaki U/I modul ima jedinstvenu adresu • Karakteristike U/I modula: • Opseg napona ili struje • DC ili AC • Proizvođači PLC sistema nude palete ulaznih i izlaznih modula deklarisanih za različite opsege • Diskretni U/I moduli - prihvataju i generišu diskretne - digitalne, tj. ON/OFF signala • Analogni U/I moduli - prihvataju i generišu analogne signale. (Poseduju ugrađene A/D, odnosno D/A konvertore.) • Udaljeni U/I moduli -sprega sa CPU nije direktna, već komuniciraju prenosom podataka Programiranje industrijskih kontrolera

41. Uređaji sa kojima se PLC povezuje • Ulazni ON/OFF uređaji • Ulazni analogni uređaji • Izlazni ON/OFF uređaji • Izlazni analogni uređaji Programiranje industrijskih kontrolera

42. Ulazni ON/OFF uređaji • Prekidači i tasteri Programiranje industrijskih kontrolera

43. Ulazni ON/OFF uređaji • Normalno otvoren (NO) i normalno zatvoren (NC) kontakt. NO NC Programiranje industrijskih kontrolera

44. Prekidači L o c k i n g N o n - l o c k i n g N o r m a l l y O p e n N o r m a l l y C l o s e d DPST P 1 SPDT P 2 M u l t i p l e P o l e M u l t i p l e T h r o w Programiranje industrijskih kontrolera M a k e - b e f o r e - b r e a k B r e a k - b e f o r e - m a k e

45. Granični prekidači Programiranje industrijskih kontrolera

46. Ulazni analogni uređaji • Ulazni analogni uređaji generišu promeljive električne signale koji se vode na odgovarajuće (analogne) PLC ulazne module. potenciometri ugljeni žičani Programiranje industrijskih kontrolera

47. LVDT • Linearni varijabilni diferencijalni transformator (LVDT) • Naizmenični (AC) izlazni napon LVDT-a varira, kako se jezgro pomera (uvlači/izvlači) • Koristiti za indikaciju pozicije nekog mehaničkog sklopa koji je fizički spojen sa jezgrom Programiranje industrijskih kontrolera

48. Termopar • Spoj dva metala. • Između spojeva se generiše napon koji zavisi od razlike temperatura spojeva. • Napon je obično veoma mali (reda nekoliko desetina uV/0C), • Zavisnost napona od temperature nije linearna. Programiranje industrijskih kontrolera

49. Izlazni ON/OFF uređaji - Solenoid • Elektromehanički aktuator, čijim radom se upravlja pomoću elektromagnetne sile proizvedene u namotaju. • U zavisnosti od smera struje, menja se i smer sile magnetnog polja koja privlači gvozdeno jezgro ka centru namotaja ili ga odbija od centra. jednosmerni dvosmerni Programiranje industrijskih kontrolera

50. Izlazni ON/OFF uređaji - Rele • Struja koja protiče kroz kalem stvara magnetno polje koje prilači kotvu i zatvara (ili otvara) kontakt, koji, dalja upravlja nekim drugim urađajem. Rele obično ima, ne samo jedan, više kontakta od kojih su neki NO, a drugi NC tipa. Kontakti relea su električno izolovani od PLC modula Kroz kontakte relea može proticati veća struja, a kontakt može prekidati više napone nego kontakt izlaznog modula Programiranje industrijskih kontrolera