1. Úvod Použitý hardware a software Cíle diplomové práce Mostové jeřáby...6

Obsah

1

1. Úvod................................................................................................................4 1.1. Použitý hardware a software ................................................................... 5 1.2. Cíle diplomové práce ............................................................................... 5 2. Mostové jeřáby................................................................................................6 2.1. Nosníky.................................................................................................... 6 2.2. Pojížděcí ústrojí jeřábu ............................................................................ 7 2.3. Pohon ...................................................................................................... 8 2.4. Automatizace........................................................................................... 9 2.4.1 Systém vypnutí či zpomalení pojezdu jeřábu koncovými spínači....... 9 2.4.2. Protisrážkové zařízení..................................................................... 10 2.4.3. Systémy vážení břemene................................................................ 10 3. Datová komunikace.......................................................................................11 3.1. Přehled .................................................................................................. 11 3.2. Rozhraní RS 232C ................................................................................ 12 3.2.1. Úrovně napětí ................................................................................. 14 3.2.2. D-DUB 9, D-SUB 25........................................................................ 15 3.2.3. Délka vedení ................................................................................... 16 3.3. Rozhraní RS 485 ................................................................................... 17 3.3.1. Úrovně napětí ................................................................................. 17 3.3.2. Způsob přenosu dat ........................................................................ 18 3.3.3. Větvení............................................................................................ 19 3.3.4. Komunikační protokoly.................................................................... 19 3.3.5. Závěr............................................................................................... 19 3.4. DH 485 (Allen Bradley) .......................................................................... 19 3.5. Způsoby propojení řídícího automatu SLC 500 s PC ............................ 21 4. Programovatelné řídící automaty (PLC)........................................................22 4.1 Allen-Bradley SLC 500 ........................................................................... 24 4.1.1. Pevné automaty SLC 500 ............................................................... 25 4.1.2. Modulární automaty SLC 500 ......................................................... 26 4.1.3. Typy procesorů pro řídící automaty SLC 500.................................. 26 4.2. Programování řídících automatů ........................................................... 27 4.2.1. Programovací a vývojové prostředky .............................................. 27

Obsah

2

4.2.2. Programování automatů SLC 500................................................... 28 4.3. Stručný popis vlastností aplikace RSLogix 500 .................................... 28 4.3.1. Vlastnosti softwaru .......................................................................... 29 4.3.2. Programování v žebříčkovém „ladder“ diagramu ............................ 29 4.4. Organizace souborů v automatu............................................................ 30 4.4.1. Procesorový soubor ........................................................................ 30 4.4.2. Programové soubory....................................................................... 30 4.4.3. Datové soubory ............................................................................... 31 4.5. Stručný popis aplikace RSLinx .............................................................. 33 5. SCADA/HMI ..................................................................................................34 5.1. Hlavní společné rysy pro programové systémy SCADA/HMI : .............. 35 5.3. Wonderware FacorySuite ...................................................................... 36 5.4. Wonderware InTouch 7.1 ...................................................................... 36 5.5. DDE (Dynamic Data Exchange) ............................................................ 38 6. Model ............................................................................................................39 6.1. Fyzický model........................................................................................ 40 6.1.1. Podsystém pohonu ......................................................................... 42 6.1.2. Podsystém snímačů polohy ............................................................ 43 6.2. Příslušenství .......................................................................................... 46 6.2.1. Podsystém reverzace pohonu......................................................... 47 6.2.2. Podsystém zdroje............................................................................ 49 6.2.3. Podsystém manuálního ovládání .................................................... 53 6.3. Systém řízení......................................................................................... 55 6.3.1. Řídící program PLC ........................................................................ 58 6.3.2. Řídící program PC (SCADA/HMI) ................................................... 60 6.3.2. Vizualizace...................................................................................... 63 7. Výuka ............................................................................................................67 7.1. Výuka tvorby a programování vizualizačního prostředí ......................... 67 7.2. Interaktivní příručka pro studenty .......................................................... 69 7.3. Řešené příklady pro studenty ................................................................ 69 7.3. Návrhy dalších úloh ............................................................................... 69 8. Závěr.............................................................................................................70 9. Přílohy...........................................................................................................71

Obsah

3

10. Použitá literatura .........................................................................................76

Úvod

4

1. Úvod Tato diplomová práce si bere za úkol vytvořit výukový laboratorního model, na kterém by se mohli studenti VŠB Technické Univerzity Ostrava seznámit se základními principy počítačového řízení a vizualizace a ověřit si tak své získané teoretické znalosti na praktické modelové situaci. Doprovodnou součástí diplomové práce bude interaktivní výukový materiál, který v krátkých lekcích seznámí studenty s danou problematikou a pomůže jim tak orientovat se v daných problémech řízení technologických procesů a propojování řídících komponent v praxi. Diplomová práce je rozdělena na dvě hlavní části: •

Teoretická část ( kapitoly 2, 3, 4, 5 )

•

Praktická část ( kapitoly 6, 7, 8 )

Jako modelový příklad pro výuku jsem vybral dvounosníkový mostový jeřáb.

obr. 1 Mostový jeřáb dvounosníkový (snímek z provozu)

Úvod

5

1.1. Použitý hardware a software

•

Řídící programovatelný automat : Allen-Bradley SLC 500

•

Interface RS232C-DH485

: Allen-Bradley 1747PIC

•

Stavebnice

: FischerTechnik

•

Napájecí zdroj

: 24DC (vlastní konstrukce)

•

Programovací software pro PLC : Rockwell RS LOGIX 500

•

SCADA/HMI aplikace

: Wonderware FactorySuite InTouch 7.1

•

DDE server

: Rockwell RS Linx 1.54

•

Operační systém

: Windows 98SE

1.2. Cíle diplomové práce •

Vytvoření modelu mostového jeřábu vhodného pro výuku

•

Návrh, tvorba a zapojení elektrických obvodů příslušenství modelu

•

Návrh a realizace propojení modelu s PLC

•

Vytvoření řídícího programu PLC, který zajišťuje pohyb jeřábu dle programu nadřazené řídící aplikace

•

Vytvoření vizualizačních obrazovek, které schématicky znázorňují dynamické chování technologického procesu a umožňují ho jednoduše řídit a ovládat.

•

Vytvoření prostředí pro programovaní trajektorie jeřábu ve které lze jednotlivé programy jednoduše ukládat a měnit.

•

Vytvoření podrobné dokumentace ve formátu HTML

Mostové jeřáby

6

2. Mostové jeřáby Mostovými jeřáby nazýváme ty druhy jeřábů, u nichž nosnou ocelovou konstrukci tvoří jeřábový most, pojíždějící po vyvýšené jeřábové dráze. Nahoře na mostě, uvnitř, nebo i dole, pojíždí jeřábová kočka či podvozek s výložníkem.

obr. 2 Mostový jeřáb dvounosníkový

2.1. Nosníky Podle počtu nosníků lze mostové jeřáby rozdělit do dvou skupin : a) jednonosníkové b) vícenosníkové

obr. 3 Jednonosníkový mostový jeřáb

Mostové jeřáby

7

obr. 4 Dvounosníkový mostový jeřáb

2.2. Pojížděcí ústrojí jeřábu Jeřáb obvykle spočívá na čtyřech nebo více pojížděcích kolech. Jeřáb je veden po jeřábové dráze oboustrannými nákolky kol, které zabraňují jeho sjetí z jízdní dráhy.

V provozech

jsou

taktéž

k vidění

jeřáby

vedené

postranními

horizontálními kladkami, aby se snížil odpor při pojíždění a lépe se zabránilo příčení jeřábu.

obr. 5 Vedení jeřábu postraními kladkami

Pojíždějící kola jsou pak bez nákolků. Spočívá-li jeřáb na více než šestí kolech, vkládají se vždy dvě pojížděcí kola do vahadel, na která se usazuje vlastní konstrukce jeřábu, aby došlo k rovnoměrnému zatížení jednotlivých kol a tím i jeřábové dráhy. Obrázek : 1 – vahadlo kol, 2 – vahadlové nosníky, 3 – příčník mostu.

obr. 6 Uložení jeřábu na 8 a 16 kolech

Mostové jeřáby

8

2.3. Pohon Hnací pojížděcí kola mohou být poháněna buď centrálně, tj. jedním motorem umístěným zpravidla uprostřed mostu, nebo každé kolo či dvojice kol jednotlivě samostatným motorem. a) centrální pohon s průběžným hřídelem pomaloběžným – tento způsob je výhodný tím, že všechny ozubené převody jsou v jedné skříni motoru a průběžný hřídel je přímo spojen s poháněnými koly. Hřídel však musí být dimenzován na velký kroutící moment, proto se tento způsob uplatňuje především u jeřábů s menší nosností (do 12t).

obr. 7 Schéma pojížděcího ústrojí s průběžným hřídelem pomaloběžným

b) centrální pohon s průběžným hřídelem o středních otáčkách – Toto řešení se uplatňovalo u starších konstrukcí jeřábů.

obr. 8 Schéma pojížděcího ústrojí s průběžným hřídelem o středních otáčkách

c) rozdělený pohon jeřábu vícemotorový – Každá strana jeřábu je zde poháněna vlastním motorem s převodovkou a brzdou. Výhodou tohoto uspořádání je absence průběžného hřídele a fakt, že nedochází tak často k příčení. Nevýhodou je nutnost použití dvou motorů a převodovek.

Mostové jeřáby

9

2.4. Automatizace V dnešních dnech se do praxe nejčastěji zavádějí mostové jeřáby, které jsou již alespoň z části automatizovány. Mezi automatizované podsystémy nejčastěji patří : •

Systém vypnutí či zpomalení pojezdu jeřábu koncovými spínači

•

Protisrážkové zařízení

•

Systémy vážení břemene

Pro usnadnění práce s jeřábem se také velice často využívají bezdrátové systémy ovládání, díky nimž se jeřábník může volně pohybovat ve svém pracovním prostoru a nepřekáží mu v tom kabelové vedení.

obr. 9 Bezdrátové píkové a ruční ovládání jeřábu

2.4.1 Systém vypnutí či zpomalení pojezdu jeřábu koncovými spínači Ke zpomalení nebo vypnutí na konci jeřábové dráhy se používá křížový koncový spínač, ve spojení se stykačovým ovládáním a pohonem se samočinně působícími brzdami. Do činnosti se uvádí spínací vačkou na jeřábové dráze.

obr. 10 Křížový koncový spínač

Mostové jeřáby

10

2.4.2. Protisrážkové zařízení Protisrážkové zařízení chrání jeřáb fotoelektrickým měřením odstupu před náhodnou srážkou. Systém je často nastaven na snížení rychlosti pojezdu při přiblížení k překážce, s možností úplného vypnutí pojezdu při dosažení minimální předepsané vzdálenosti.

obr. 11 Protisrážkové zařízení

2.4.3. Systémy vážení břemene Systém vyhodnocuje napětí a proud pohonu, popřípadě signály odporového tenzometru, čímž předchází zvedání břemen, která by mohla poškodit pohon či samotnou konstrukci jeřábu.

obr. 12 Řídící jednotka systému vážení břemene

Datová komunikace

11

3. Datová komunikace V automatizačním průmyslu se uplatňuje široké spektrum sběrnic. Velkou skupinu těchto sběrnic tvoří tzv. fieldbusy, které se využívají zejména na nižšší, procesní úrovni řízení. Jsou obvykle charakterizovány jako sběrnice pro řízení v reálném čase, odolné vůči rušení s jednoduchou konstrukcí a nízkými pořizovacími náklady. Druhou významnou skupinu pak tvoří výkonnějších sběrnice určené pro vyšší úrovně řízení. Tyto sběrnice jsou optimalizovány pro velké datové toky a rozlohu sítě. Téměř každý z významných výrobců automatizační techniky používá své vlastní, patentované řešení. V praxi se pak velice často setkávají výrobky různých firem, přičemž se musí řešit vzájemná kompatibilita a způsob fyzického propojení. Ke slovu tak přicházejí speciální interfacy, mosty, či univerzální řídící systémy schopné využívat několika datových sběrnic najednou. 3.1. Přehled Na řídícím systému Allen-Bradley SLC řady 500 lze realizovat následující rozhraní : •

Ethernet – lokální sít s protokolem TCP/IP navržená pro rychlou výměnu informací mezi počítači a přidruženými zařízeními. Díky značné propustnosti (10Mb/s, 100Mb/s) umožňuje síť Ethernet komunikovat velkému počtu počítačů, procesorů a dalším zařízením určeným pro komunikaci na velké vzdálenosti.

•

ControlNet – otevřená, vysokorychlostní, deterministická síť používaná pro přenos časově kritických informací. Realizuje řízení v reálném čase a služby přenosu zpráv pro komunikaci mezi jednotlivými uzly sítě.

•

DeviceNet – otevřená síť určena pro vrstvu koncových zařízení. Poskytuje tedy propojení jednoduchými průmyslovými prvky, jakými jsou senzory a akční členy. Je založena na technologii CAN

Datová komunikace

12

(Controller Area Network) a nabízí interoperabilitu mezi zařízeními různých výrobců. Po jednom kabelu putují data i napájení sítě. •

DH + (DataHighway) - síť navržena pro podporu vzdáleného programování a sběr dat v průmyslových aplikacích.

•

DH 485 – síť navržená pro vzájemnou komunikaci procesorů SLC a sdílení informací mezi nimi.

•

Remote I/O – jednoduchá, všestranná a levná síť na úrovni senzorů a akčních prvků umožňující komunikaci vzdálených zařízení různých výrobců.

•

Sériová síť (RS 232, RS 422) – procesory 5/03, 5/04, 5/05 jsou vybaveny standardním sériovým rozhraním. Tato síť často slouží pro připojení modemů, ale může sloužit i pro aplikace sběru dat (SCADA).

obr. 13 Blokové schéma propojení jednotlivých typů datových sítí

3.2. Rozhraní RS 232C RS232C je standardní rozhraní pro sériový přenos informace vytvořený původně pro komunikaci dvou zařízení do vzdálenosti 20 m. Pro větší odolnost proti rušení může být informace po propojovacích vodičích přenášena větším napětím než je standardních 5V (max. 25V).

Datová komunikace

13

obr. 14 Napěťové úrovně rozhraní RS232C

Přenos informací probíhá asynchronně, pomocí pevně nastavené přenosové rychlosti a synchronizace sestupnou hranou startovacího impulsu. Kromě vodičů pro přenos dat - RxD a TxD obsahuje ještě další vodiče pro řízení toku dat. Je to nejrozšířenější rozhraní u počítačů a řídících systémů.

obr. 15 Realizace stykových obvodů rozhraní RS232C

Nevýhodou linky RS232C je omezená komunikační vzdálenost a nemožnost jejího větvení. Navíc obvykle nebývá od zařízení galvanicky oddělena, což v praxi přináší problémy se zemními smyčkami, které v průmyslovém prostředí celou komunikaci znemožní. Proto tam, kde nelze použít jinou linku, lze doporučit alespoň galvanicky oddělit všechny používané signály. Kromě zlepšení komunikace se tak předejde zničení budičů a přijímačů zařízení.

Datová komunikace

14

3.2.1. Úrovně napětí RS 232C používá dvě napěťové úrovně. Logickou 1 a 0. Log. 1 je někdy označována jako marking state nebo také klidový stav, Log. 0 se přezdívá space state. Log. 1 je indikována zápornou úrovní, zatímco logická 0 je přenášena kladnou úrovní výstupních vodičů. Povolené napěťové úrovně jsou uvedeny v tabulce.

Úroveň

Vysílač

Přijímač

Logická 0

+5 V až +15 V

+3 V až +25 V

Logická 1

-5 V až -15 V

-3 V až -25 V

Nedefinováno

–

-3 V až +3V

Nejběžněji se pro generování napětí používá napěťový zdvojovač z 5V a invertor. Logické úrovně jsou potom přenášeny napětím +10V pro log. 0 a –10V pro log. 1.

Datová komunikace

15

3.2.2. D-DUB 9, D-SUB 25 D-SUB 25

D-SUB 9

PIN NÁZEV SMĚR POPIS

PIN NÁZEV SMĚR

POPIS

1

SHIELD

---

Shield Ground

1

CD

<--

Carrier Detect

2

TXD

-->

Transmit Data

2

RXD

<--

Receive Data

3

RXD

<--

Receive Data

3

TXD

-->

Transmit Data

4

RTS

-->

Request to Send

4

DTR

-->

5

CTS

<--

Clear to Send

Data Terminal Ready

5

GND

---

System Ground

6

DSR

<--

Data Set Ready

7

RTS

-->

Request to Send

8

CTS

<--

Clear to Send

9

RI

<--

Ring Indicator

6 7 8 9-19

DSR GND CD n/c

<---<--

Data Set Ready System Ground Carrier Detect -

20

DTR

-->

Data Terminal Ready

21

n/c

-

-

22

RI

<--

Ring Indicator

2325

n/c

-

-

Pro sériovou komunikační linku RS 232C se nejčastěji používají konektory DSUB 25 a D-SUB 9 (často označované jako Canon 25, Canon 9).

Datová komunikace

16

3.2.3. Délka vedení Standard RS 232 uvádí jako maximální možnou délku vodičů 15 metrů, nebo délku vodiče o kapacitě 2500 pF. To znamená, že při použití kvalitních vodičů lze dodržet standard a při zachování jmenovité kapacity prodloužit vzdálenost až na cca 50 metrů. Kabel lze také prodlužovat při snížení přenosové rychlosti, protože potom bude přenos odolnější vůči velké kapacitě vedení. Uvedené parametry počítají s přenosovou rychlostí 19200bd. Texas Instruments uvádí jako výsledek pokusných měření následující délky vodičů k přenosovým rychlostem. Vzhledem k "laboratorním" podmínkách tohoto měření je třeba brát tyto údaje pouze jako orientační. V praxi je třeba počítat s rušením atd.

Přenosová

Maximální

Maximální

rychlost [Bd]

délka [ft]

délka [m]

19 200

50

15

9 600

500

150

4 800

1 000

300

2 400

3 000

900

Datová komunikace

17

3.3. Rozhraní RS 485 Tento typ rozhraní vznikl z potřeby co nejrychlejší komunikace mezi datovými zařízeními v technologickém prostředí, tj. v prostředí, kde lze předpokládat vyšší úroveň rušivých signálů. Požadavkem byla přenosová rychlost v řádu Mbit/s a vysoká spolehlivost. Pro přenos dat na větší vzdálenosti je vhodné použít linku RS485. Linka může být vedena až na vzdálenost 1600m (vodiče s kapacitou do 65pF/m) a lze ji větvit. Každý ze signálů linky je přenášen po dvojici vodičů, nejlépe v provedení twistový pár. Vodiče označované a a b jsou vysílačem buzeny v protifázi a přijímač vyhodnocuje jejich napěťový rozdíl. Tímto principem se odstraní součtové (aditivní) rušení.

obr. 16 Realizace stykových členů rozhraní RS458

3.3.1. Úrovně napětí Zatímco linka RS232 pracuje s úrovněmi typicky –12V a +12V, úrovně linky RS485 jsou menší, typický rozdíl mezi vodiči je 2V. Aby přijímač mohl pracovat diferenciálně, nesmí být rozdíl mezi zemí vysílače a zemí přijímače větší než 7V. V opačném případě se vstupy přijímače zahltí a dojde k přerušení komunikace. Proto je nezbytné používat linku RS485 vždy s galvanickým oddělením, jinak se její výhody ztratí.

Datová komunikace

18

3.3.2. Způsob přenosu dat Linka RS485 používá jeden pár vodičů pro oba směry toku dat. Je tedy třeba směr komunikace přepínat a to může být problém zvláště v případech, kdy s touto možností software nepočítá.

obr. 17 Provedení nevětvené linky RS485

Přepínání směru komunikace jistě bude vyřešeno u zařízení, které obsahuje už standardně linku RS485. Pokud však používáme zařízení s vyvedenou linkou RS232 (například počítač PC) a následným převodníkem RS232/RS485, je třeba přepínání směru zajistit. Nejvhodnější způsob je použít pro přepnutí některý volný řídící signál linky RS232 (například DTR nebo RTS), jeho ovládání však musí umožnit použitý program.

obr. 18 Blokové schéma převodníku RS232C-RS485

Datová komunikace

19

3.3.3. Větvení Jak již bylo řečeno, na rozdíl od sériové linky RS 232 lze linku RS 485 poměrně snadno dělit. Vytvářet síť s více vysílajícími stanicemi. U rozvětvených linek může být počet zařízení na lince maximálně 16, avšak existují přijímače s menší zátěží, takže jich může být až 128. Linka by měla být provedena jako linie s krátkými odbočkami, ne jako strom nebo hvězda.

3.3.4. Komunikační protokoly V historii byla řada pokusů o zavedení standardních komunikačních protokolů na sériových linkách, avšak žádný z nich se neujal. Typy komunikace jsou standardní maximálně pro zařízení od jednoho výrobce. Například firma Allen Bradley používá svého standardu DH 485. Tato skutečnost komplikuje připojení více zařízení různých výrobců na jednu linku, protože dochází ke kolizím datových toků. 3.3.5. Závěr Linku RS 485 lze doporučit pro široké spektrum datových přenosů v průmyslovém prostředí, na něž nejsou kladeny zvýšené nároky na datovou propustnost. Mezi hlavní výhody lze zařadit především cenovou dostupnost a dlouholeté zkušenosti s tímto standardem. 3.4. DH 485 (Allen Bradley) DH-485 je lokální komunikační síť firmy Allen-Bradley, navržená pro průmyslové aplikace. Je využívána pro řídící systémy SLC 500 a MicroLogix. Používá se na úrovni řídící vrstvy a její komunikační rychlost je 19,2 kb/s. V této síti může být zapojeno až 32 uzlů, v maximální vzdálenosti 1219 m. Síť umožňuje řízení přístupu ke sběrnici systémem vzájemného přenechávání práva k vysílání (token-passing) a má schopnost přidávat nebo odnímat uzly bez narušení provozu sítě. DH 485 lze připojit do sítě RS-232C (protokol DF1) pomocí jednotek rozhraní nebo konvertorů.

Datová komunikace

20

Komunikační síť DH-485 umožňuje výrobním zařízením sdílet informace. Aplikační program může provádět přes síť činnosti typu: •

Monitorování procesů, parametrů zařízení a stavů, včetně chybové a poruchové detekce.

•

Sběr dat.

•

Dohled nad řídícím systémem.

•

Nahrávání a čtení programů přes síť.

Komunikační protokol Protokol podporuje dvě třídy zařízení: inicializační a reagující. Všechny iniciační zařízení v síti postupně dostávají právo k vysílaní. Tento příkaz stanoví, které iniciační zařízení má právo vysílat. V danou chvíli má právo vysílat pouze jedno zařízení. V síti DH-485 si uzly předávají právo vysílat. Uzel s právem vysílat může poslat platný paket na síť, má povolen jeden přenos (plus dva nové pokusy). Po poslání jedné zprávy se pokusí předat právo k vysílání svému následníkovi posláním speiálního ("token pass") paketu. Jestliže síť není aktivní (nereaguje), uzel se pokouší předat právo znovu. Po třech neúspěšných pokusech se uzel pokusí najít nového následníka. Přípustný rozsah uzlových adres pro inicializační zařízení je od 0 do 31 a pro reagující zařízení je od 1 do 31. V síti musí být nejméně jedno inicializační zařízení.

Datová komunikace

21

3.5. Způsoby propojení řídícího automatu SLC 500 s PC Programování řídícího automatu se obvykle provádí na běžném počítači typu PC a proto je nutné vytvořit komunikační rámec pro tyto dva subjekty. Problém je ovšem v tom, že malý programovatelný počítač SLC řady 500 s procesorem 5/02, který byl použit pro řízení modelu, nemá k dispozici sériové rozhraní RS 232, kterým by bylo možno komunikovat s PC. Řešením je modul rozhraní RS 232 / DH 485, který pomocí komunikačního protokolu DF1 provede přemostění mezi komunikační sítí DH 458 a RS 232.

Propojení PC – řídící automat SLC 500 přes 1747-PIC Interface 1747-PIC (Personal Computer Interface Convertor) je obousměrný převodník signálu úrovně RS-232 (PC) na úroveň signálu DH-485 (SLC 500).

obr. 19 Interface 1747PIC sběrnic RS232C-DH485

Schéma zapojení :

obr. 20 Propojení automat - PC přes interface

Programovatelné řídící automaty (PLC)

22

4. Programovatelné řídící automaty (PLC) Programovatelné automaty jsou programovatelné řídící systémy umožňující řízení průmyslových a technologických systémů a procesů. Jsou známy pod označením PLC (Programmable Logic Controller). Menší typy bývají řešeny jako kompaktní celky, větší se zásadně konstruují jako modulární. V automatizační technice se programovatelné automaty používají zhruba od r.1970. Původně byly určeny pro řízení strojů, jako náhrada za pevnou reléovou logiku. Postupně se jejich možnosti rozšiřovaly a dnes se s nimi můžeme setkat v nejrůznějších oborech, kde vytlačují dříve používané přístroje. Jsou to nejenom tradiční strojírenské výrobní technologie včetně manipulační a dopravní techniky, ale i energetika aj. Velkou předností PLC je jejich univerzálnost. Již patří minulosti, že PLC řešily jen logické úlohy, zatímco k řízení spojitých veličin se používaly spojité PID regulátory.

obr. 20 Vnitřní struktura PLC

Vnitřní struktura PLC je znázorněna na obrázku 20. Pokud se jedná o modulární provedení, má pochopitelně variabilní počet vstupních i výstupních


23

jednotek a dalších zařízení. Funkční bloky jsou propojeny prostřednictvím jedné nebo dvou sběrnic. Modulové jednotky běžně osazované v PLC jsou centrální procesorová jednotka, systémová paměť, uživatelská paměť, interface s PC a množství I/0 modulů. Skutečnou sestavu volí uživatel tak, aby programovatelný automat co nejlépe vyhovoval řešeným úlohám. Na binární (dvouhodnotové vstupy) se připojují tlačítka, přepínače, koncové spínače a jiné snímače s dvouhodnotovým charakterem signálu. Binární výstupy

jsou

určeny

k buzení

cívek

relé,

stykačů,

el.mag.

spojek,

pneumatických a hydraulických převodníků, k ovládání signálek, ale i ke stupňovitému řízení pohonů a frekvenčních měničů. Analogové vstupní a výstupní moduly zprostředkují kontakt se spojitým prostředím. K analogovým vstupům lze například připojit snímače teploty ( odporové, polovodičové, termočlánky ), snímače tlaku, vlhkosti, hladiny, ale i většinu

inteligentních

přístrojů

s analogovými

výstupy.

Prostřednictvím

analogových výstupů lze ovládat spojité servopohony a frekvenční měniče, ale třeba i ručkové měřící přístroje a jiné spojitě ovládaná akční členy. Centrální procesorová jednotka realizuje soubor instrukcí a systémových služeb, zajišťuje i základní komunikační funkce s vlastními i vzdálenými moduly a s nadřízeným systémem. Paměťový prostor PLC je obvykle rozdělen na dvě části. První část je systémová paměť, kde jsou uživatelské registry, čítače a časovače, komunikační, časové a jiné systémové proměnné. Druhá část slouží k uložení uživatelského programu a během vykonávání programu se nemění. Nazývá se uživatelská paměť. Protože programovatelné automaty byly původně určeny k realizaci logických úloh a k náhradě pevné logiky, nechybějí v žádném PLC instrukce pro základní logické operace. V souboru instrukcí PLC nechybí ani instrukce pro aritmetiku a operace s čísly.


24

Některé PLC poskytují i velice výkonné instrukce pro komplexní operace, např. pro realizaci regulátorů a jejich automatického seřizování. 4.1 Allen-Bradley SLC 500 Řídicí systém SLC-500 je výkonný, modulární, spolehlivý a uživatelsky přátelský řídicí systém s příznivým poměrem výkon/cena. Možnost výběru z velkého množství modulů umožňuje sestavit řídicí systém optimálně navržený pro Vaši aplikaci. programování se provádí v příčkovém diagramu na PC nebo speciálním programovacím přístrojem. Řídicí systémy SLC-500 mohou navzájem komunikovat po sériové průmyslové síti DH-485 rychlostí 19,2 kBaud. Na této síti může pracovat až 32 stanic. Celková délka sítě může být max. 1,3 km. Datový kanál pro přímé napojení na DH-485 mají všechny procesory 5/01 až 5/03. Procesor 5/04 je vybaven kanálem DH+ a umožňuje kombinovat systémy SLC-500 a PLC-5. Procesory 5/05 jsou vybaveny standardním Ethernet portem s protokolem TCP/IP a je možné je začlenit do počítačové sítě. Druhý datový kanál na procesorech 5/03 až 5/05 je typu RS-232 a lze na něm používat protokol DH-485, DF1 nebo ASCII. Pomocí speciálních komunikačních jednotek lze systém připojit i na ostatní komunikační linky - ControlNet, DeviceNet a RIO a používat všechny technické prostředky navržené pro tyto linky. Základní vlastnosti systému : •

Rychlé a výkonné procesory s pamětí až 64K.

•

Síťové rozšiřující jednotky ( Repote I/O, Flex I/O …)

•

Zabudovaná komunikace v sítích Ethernet, DeviceNet, ControlNet a dalších

•

Modularita a flexibilnost

•

Vysokorychlostní specializované jednotky I/O

•

Široký rozsah analogových I/O, výkonné matematické instrukce, instrukce PID


25

•

Odolnost vůči teplotě, vlhkosti, rázům a vibracím

•

Shoda se světovými standardy

Firma Allen-Bradley nabízí automaty řady SLC 500 ve dvou základních verzích: 1. Systém SLC 500 jako pevný automat s možností rozšíření o 2 sloty. 2. Systém SLC 500 nakonfigurován jako modulární I/O automat s možností až 480 vstupních/výstupních bodů.

4.1.1. Pevné automaty SLC 500 Pevné automaty SLC 500 obsahují pevně vložený procesor s možností připojení

na

DH-485,

napájecí

zdroj

a

předdefinovaný

počet

I/O

(vstupních/výstupních) bodů v základním balíku. Počet I/O bodů lze rozšířit až na 104. Automat dále nabízí rozšířené možnosti síťové komunikace. Kapacita paměti RAM obvykle bývá 1K. Dva přídavné rozšiřující sloty mohou obsahovat až 64 dalších I/O bodů. Řídící program může být uložen v paměti EEPROM nebo UVPROM.

obr. 21 Řídící automaty Allen-Bradley SLC 500


26

4.1.2. Modulární automaty SLC 500 Modulární systém SLC-500 je stavebnice skládající se ze zdrojů, procesorů a periferních jednotek zasunutých do rámů se 4, 7, 10 nebo 13 pozicemi. Pokud nestačí 13 pozic v základním rámu, lze připojit jeden až dva rozšiřující rámy až do celkového počtu 30 pozic (kromě procesoru). Tyto automaty nabízejí značnou flexibilitu systémové konfigurace a větší I/O kapacitu než pevné automaty. Uživatel si může vybrat z různých modulových polic (rámů), napájecích zdrojů, procesorů a diskrétních nebo speciálních I/O modulů k vytvoření aplikačního řídicího systému.

4.1.3. Typy procesorů pro řídící automaty SLC 500 Procesor (katalogové č.) Kapacita paměti (instrukčních slov) Zálohování paměti/ doba zálohování

5/01

1K/4K 4 K/ 16 K

kondenzátor / baterie

5/02

4 K + 16 K

baterie

5/03

5/04

5/05

16 K + 4 K

16 K + 4 K

32 K + 4 K

32 K + 4 K

64 K + 4 K

64 K + 4 K

baterie

baterie

baterie

Flash

Flash

Flash

0,9 ms/K

0,9 ms/K

s 1761-NET-

s 1761-NET-

AIC

AIC

12 K + 4 K 8K+4K

Zálohování

EEPROM /

EEPROM /

programu

UVPROM

UVPROM

8 ms/K

4,8 ms/K

1 ms/K

standard

standard

standard

ne

ne

ne

standard

ne

RS-232

na 1747-KE

na 1747-KE

standard

standard

ne

RIO

na 1747-SN

na 1747-SN

na 1747-SN

a 1747-DCM

a 1747-DCM

Doba cyklu pro 1 K instrukcí DH-485 DH+

na 1747-SN a na 1747-SN a 1747-DCM

1747-DCM


27

4.2. Programování řídících automatů K programování PLC existují speciální jazyky, původně navržené pro realizaci logických funkcí. Jazyky u různých výrobců jsou si sice podobné, ale ne stejné. Není možná přenositelnost programů mezi PLC různých výrobců. •

Jazyk mnemokódů – je obdobou assembleru u počítačů a je také strojově orientován. To znamená, že každé instrukci PLC systému odpovídá stejně pojmenovaný příkaz jazyka. Tyto jazyky jsou často používané, zejména profesionálními programátory.

•

Jazyk kontaktních (reléových) schémat – Je grafickým programovacím jazykem, který se zobrazuje ve formě reléových a kontaktních schémat. Jazyk je vhodný při programování nejjednodušších logických operací a v případech, kdy s nimi pracují lidé, kteří neznají tradiční počítačové programování.

•

Jazyk

logických

schémat

–

Základní

logické

operace

popisuje

obdélníkovými značkami. Své značky mají i ucelené funkční bloky. Vychází vstříc uživatelům zvyklým na kraslení logických schémat. •

Jazyk strukturovaného textu – Je obdobou vyšších programovacích jazyků pro PC. Umožňuje úsporný a názorný zápis algoritmu.

4.2.1. Programovací a vývojové prostředky K zadání a ladění uživatelského programu slouží programovací přístroje. Tradičně byly řešeny jako specializované přístroje v kufříkovém nebo ručním provedení. V současné době se pro komfortní programování používají téměř výhradně počítače standardu PC nebo jim podobné. Programovací přístroje ( vývojová prostředí, systémy ) umožňují zápis programu, jeho opravy, překlad ze zdrojové formy do kódu PLC a ladění


28

programu. Některé PLC systémy umožňují i přenos programu PLC do programovacího systému a jeho zpětné přeložení.

4.2.2. Programování automatů SLC 500 K programování automatů SLC 500 či MicroLogix lze použít například produkt firmy Rockwell Software s názvem RSLogix 500 pracující pod systémem Windows. Pro komunikaci s automatem pak může sloužit například aplikace RSLinx nebo WINteligent LINX.

4.3. Stručný popis vlastností aplikace RSLogix 500 RSLogix 500 je 32-bitový produkt firmy Rockwell Software, umožňující programování procesorů řady SLC-500 či Micrologix 1000, 1200, 1500 v prostředí Windows. RSLogic 500 je kompatibilní s programy vytvořenými v jiných programech firmy Rockwell Software (APS, AI500), což umožňuje velmi snadnou údržbu, změny programů atd. pro celou řadu řídících systémů.

obr. 22 Aplikace RS Linx 500


29

4.3.1. Vlastnosti softwaru •

Forma zápisu v žebříčkové logice umožňuje soustředit se na aplikační logiku místo striktního dodržování programové syntaxe.

•

Nástroje pro ladění programu, který pomáhá uživateli orientaci v nalezených chybách

•

Editace programu pomoci „DRAG-AND-DROP“ funkcí

•

Snadné vyhledávání a záměna dat v kódu

•

Rozsáhlá knihovna datamonitorů, na kterých lze pozorovat změny a vzájemné interakce, usnadňující ladění programu.

•

Knihovna pro kompilaci programu pro různá zařízení

Minimální požadavky na PC :

Operační systém Microsoft Windows 95.

Pentium/300 (Pentium III doporučováno).

32 MB RAM (64 MB doporučováno).

50 MB volného místa na harddisku.

VGA grafický adaptér 640 × 480 (800 × 600 doporučováno).

Myš.

4.3.2. Programování v žebříčkovém „ladder“ diagramu Ladder (žebříčkové) programování je grafický programovací jazyk založený na reléových schématech s tím rozdílem, že příčky reléových schémat mají „elektrickou spojitost“ kdežto příčky v ladder diagramech mají „spojitost logickou“. Žebříčkový program se skládá z jednotlivých příček (Rung), obr. 3.2. Každá příčka obsahuje vstupní a výstupní instrukce, přičemž vstupní instrukce jsou umístěny vlevo a výstupní vpravo u konce příčky. Výstupní instrukce se provádí v případě, že k ní „existuje logická cesta“, která obsahuje pouze pravdivé (true) instrukce. Analogie s logickými funkcemi je nasnadě. Sériové zapojení prvků - AND, paralelní - OR atd. V programu RSLogix jsou pravdivé proměnné označeny zelenou barvou.


30

obr. 23 ukázka žebříčkového algoritmu

Během činnosti automatu, procesor sleduje stavy bitů v datových souborech, vyhodnocuje žebříčkovou logiku a podle ní mění stavy na výstupu. Vedle zápisu programu v žebříčkovém diagramu umožňuje aplikace RSLogix i zápis pomocí funkčních bloků či SFC jazyka.

4.4. Organizace souborů v automatu Automat používá tři typy souborů:

Procesorový soubor.

Programový soubor.

Datový soubor.

4.4.1. Procesorový soubor Procesorový soubor obsahuje programové i datové soubory vytvořené pod jménem

procesorového

souboru.

Zahrnuje

všechny

instrukce,

data

a konfigurační informace. Procesorový soubor je přenositelná jednotka. Může být přenesena z/do SLC-500, 5/01, 5/02, 5/03 procesoru nebo z/do paměťového modulu umístěného v procesoru.

4.4.2. Programové soubory Programové soubory obsahují řídící informace, hlavní žebříkový program a podprogramy. První tři programové soubory obsahuje každý projekt. Systémový program (soubor 0) – je v každém projektu a obsahuje systémové a uživatelské informace jako je typ procesoru, I/O konfigurace, název procesorového souboru a heslo.


31

Rezervovaný program (soubor 1) – uživateli nepřístupný. Hlavní žebříkový program (soubor 2) – je v každém projektu a zahrnuje uživatelem naprogramované instrukce, definující způsob chovaní automatu. Podprogramové žebříkové programy (soubory 3 - 255) – jsou to uživatelem vytvořené programy aktivované instrukcemi v hlavním programovém souboru. 4.4.3. Datové soubory Datové soubory obsahují data vztahující se k instrukcím v programových souborech. Každý projekt může obsahovat až 256 datových souborů. Tyto soubory jsou organizovány podle typu dat, které obsahují. Prvních 9 datových souborů (0 - 8) má typ předem nastavený. Ostatním (9 – 255) uživatel může přiřadit vlastní typ. Uživatel může použit pouze tyto typy souborů: Bitový, Časovač, Čítač, Řídící a Celočíselný. Každý datový soubor je identifikovaný písmenem představující datový typ a číslem. Datové soubory obsahují elementy, jejichž velikost je různá podle datového typu. Tyto elementy se dále dělí na slova nebo bity, které jsou dány typem souboru, např. typ časovač obsahuje slova (ACC a PRE) a bity (DN, EN a TT), celočíselný typ pouze elementy. Adresovány mohou být jednotlivé elementy, slova nebo bity. Adresy jsou vytvářeny pomocí alfanumerických znaků oddělených oddělovači. Oddělovače mohou být dvojtečky, lomítka a tečky. Příklady adres jsou zobrazeny na obr. 4.4. Jednotlivým adresám lze přiřadit symboly, které usnadňují programování.

obr. 24 Adresace datových souborů


32

Typy datových souborů Typy datových souborů použitelné při programování automatů SLC 500 jsou uvedeny v tabulce 3-1. Označe

Název

ní O

Output

I

Input

Obsah

Výstup Stavy výstupních svorek automatu. Vstup

Stavy vstupních svorek automatu. Informace o řídících operacích užitečné

S

Status

Stavový pro řešení problémů s automatem a ladění programu.

B

Bit

Bitový

T

Timer

Časovač

C

Counter

Čítač

Informace pro bitové instrukce. Hodnoty akumulátoru ACC, cílové hodnoty PRE a stavové bity. Hodnoty akumulátoru ACC, cílové hodnoty PRE a stavové bity. Velikosti, ukazatele a stavové bity

R

Control

Řídící

speciálních instrukcí jako pro posouvání registrů a třídění.

N F

Integer Floating Point

Celočíseln Číselné hodnoty nebo bitové informace. ý Reálný

Hodnoty v rozsahu od -1,1754944⋅1038 do 3,40282347⋅1038.

Rezervova Není přístupný.

r

Reserved

ST

String

Řetězec

A

ASCII

Znak

ný


33

4.5. Stručný popis aplikace RSLinx RSLinx je 32-bitová aplikace, zajišťující komunikaci mezi automatem a HMI (Human Machine Iinterface) aplikací, např. RSLogix - InTouch. Zajišťuje také sdílení a vzájemné předávání dat pro aplikace využívající protokol DDE (Dynamic Data Exchange) nebo OPC (OLE for Process Control).

obr. 25 Program RS Linx

Základním oknem programu RSLinx je RSWho, obrázek 3-11, které v levé části zobrazuje použitelné ovladače a v pravé části připojená zařízení. Ovladači se vybírá mezi připojenými typy sítí (Ethernet, DH-485 přes převodník PIC). Zařízení v síti jsou specifikována svým uzlem (NODE) a jedinečným identifikačním číslem připojeného zařízení (uzlu) v síti.

SCADA/HMI

34

5. SCADA/HMI Problematika vizualizace a řízení technologických procesů je stále více úzce spojena s programovou podporou při projektování systémů řízení. Programové produkty nazývané SCADA/HMI (Supervisity Control and Data Acquisition / Human-Machine

Interface)

umožňují

rychlý

a

efektivní

vývoj

aplikací

v distribuovaných víceúrovňových technologických systémech řízení malého, středního i velkého rozsahu.

obr. 26 Funkce SCADA/HMI v řídícím systému

Použití programového vývojového prostředí, které lze souhrně označit jako SCADA, přináší řadu výhod ve srovnání s tradičními zakázkovými uživatelskými programy vyvíjenými standardními algoritmicko-programátorskými prostředky.

SCADA/HMI

35

obr. 27 Podíl s ystému SCADA/HMI na řízení procesu

5.1. Hlavní společné rysy pro programové systémy SCADA/HMI : •

Objektově orientované systémy pracující v integrovaném prostředí

•

Technologie mnohonásobného sdílení kódu, funkčních objektů a metod

•

Funkčně, rychlostně, objemově a z hlediska spolehlivosti optimalizované programové moduly

•

Dobrý uživatelský komfort, vzhled

•

Snadná modifikovatelnost a ladění programu

•

Aplikační program pracuje jako událostmi řízený systém kooperativních paralelních procesů s různými prioritami spuštění

•

Snadný přechod z vývojového prostředí do runtime režimu a zpět

•

Podpora práce v počítačových sítích

•

Snadná realizace operátorské ovládací, monitorovací, bilanční a kontrolní funkce prostřednictvím hierarchicky uspořádaných grafických obrazovek,

ovládacích

prvků,

aktuálních

a

historických

trendů,

alarmových hlášení, přehledových protokolů atd. Programové systémy SCADA/HMI se stávají stále výraznější dominantou při projektování systémů řízení technologických a výrobních procesů, především při jejich distribuovaném víceúrovňovém uspořádání s rozmanitými prostředky

SCADA/HMI

36

pro jejich realizaci. Dnes se stává jejich využití takřka nevyhnutelné při rychlé a etapové realizaci středních a velkých systémů řízení se stovkami a tisíci monitorovacích a řízených veličin.

5.3. Wonderware FacorySuite

Systém InTouch patří do skupiny produktů firmy Wonderware s názvem FactorySuite. FactorySuite je integrovaná

rodina

softwarových

produktů

pro průmyslovou automatizaci a tvořící ucelený výrobní informační systém označovaný jako MMI (Man-Machine Interface). Následuje přehled některých programů této skupiny:

InTouch – softwarový systém kategorie HMI, určený pro vizualizaci a supervizní řízení průmyslových procesů.

IndustrialSQL Server – real-time relační historizační databáze.

SuiteVoyager – výrobní internetový informační portál.

InControl – přímé řízení procesů.

InTrack – systém pro sledování a řízení rozpracované výroby.

InBatch – řízení vsádkových procesů.

DT Analyst – sledování a analýza příčin a délek prostojů.

I/O Servery – komunikační programy pro připojení na řídící hardware a zařízení pro sběr dat.

5.4. Wonderware InTouch 7.1 InTouch je objektově orientovaný grafický softwarový systém kategorie HMI ( Human-Machine

Interface

),

určený

pro

vizualizaci,

supervizní

řízení

průmyslových procesů. InTouch umožňuje uživatelům díky intuitivnímu grafickému rozhraní rychle a snadno vytvářet

vlastní grafické operátorské

obrazovky. Názorná grafika se vytváří v prostředí InTouch WindowMaker

SCADA/HMI

37

pomocí nástrojů zahrnujících standardní grafické objekty, bitmapy, objekty ActiveX aj. Každému z prvků výrobní scény lze pak velmi snadno přiřadit dynamickou vazbu ( změny velikosti objektu, pozice, barvy atd. ) Aplikace InTouch také obsahuje výkonný editor skriptů (VisualBasic), který dále rozšiřuje schopnosti vizualizace. Vykonávání skriptů může být definováno při splnění nejrůznějších procesních podmínek a parametrů svázaných s aplikací.

obr. 28 Aplikace InTouch - Editor skriptů

Funkce FastSwitch umožňuje rychlé přepínání mezi vývojovým (WindowMaker) a runtime prostředím (WindowViewer). Vývojář si tak rychle a snadno může ověřit, jak bude jeho aplikace vypadat a jak se bude chovat ještě před jejím nasazením ve skutečném výrobním prostředí.

SCADA/HMI

38

obr. 29 Aplikace InTouch - WindowWiever

InTouch

umožňuje

připojení

témeř

k jakémukoliv

průmyslovému

automatizačnímu řídícímu zařízení ( Allen-Bradley, Siemens, Modicon atd. ) prostřednictvím velkého počtu tzv. I/O Serverů. Všechny I/O Servery podporují komunikaci Microsoft DDE pro dynamickou výměnu dat mezi aplikacemi.

5.5. DDE (Dynamic Data Exchange) DDE (Dynamic Data Exchange) je komunikační protokol, navržený firmou Microsoft, který dovoluje aplikacím v prostředí Windows vzájemně si posílat a přijímat data, či instrukce. Využívá vztahu klient-server mezi dvěma komunikujícími aplikacemi. Serverová aplikace přijímá požadavky z jiných aplikací zajímajících se o její data a poskytuje jim je. Aplikace požadující data jsou nazývány KLIENT. Některé aplikace se mohou chovat jako server i jako klient, například InTouch a Excel. DDE se často využívá ke shromažďování a distribuci aktuálních dat, například dat z výrobních procesů z průmyslových sítí. Klientské aplikace mohou využívat DDE pro jednorázové přesuny dat nebo pokračující výměny dat, kdy se data posílají jakmile je nová (aktuální) informace k dispozici.

Model

39

6. Model Model je účelově definovaný systém na základě principu podobnosti s originálem, s cílem umožnění či usnadnění řešení problému ( jenž je definován na originálu systému ) pomocí modelu. Na modelu lze provádět experimenty vedoucí k posouzení kvality hypotéz vyřčených k originálu problému [ prof. Alois Burý – Modelování a simulace ].

obr. 30 Vymezení pojmu MODEL

Pojem MODEL v sobě zahrnuje jak fyzickou realizaci technologického procesu mostového jeřábu a jeho příslušenství, tak i systém řízení tvořený hardwarovými (PLC, PC…), i softwarovými (vizualizace, řídící program…) prvky. Model se tedy na nejnižší dekompoziční úrovni skládá z těchto tří základních celků : •

Fyzický model

•

Příslušenství

•

Systém řízení

Model

40

6.1. Fyzický model Fyzický

model

mostového

jeřábu

byl

sestaven

ze

stavebnice

firmy

FischerTechnik, tak, aby co nejlépe odpovídal reálnému dvounosníkovému mostovému jeřábu s centrálním pohonem pomaloběžného hřídele. (viz. kapitola 2).

obr. 31 Fyzický model mostového jeřábu s příslušenstvím

Parametry fyzického modelu Parametr

Hodnota

Délka

390 mm

Šířka

270 mm

Výška

260 mm

Rozlišovací schopnost čidla

1mm/impuls

Počet výstupů

7

Počet vstupů

10

Napájecí napětí

24 DC

Model

41

Fyzický model mostového jeřábu je pro každý směr pohybu (osy X,Y,Z) vybaven

stejnosměrným

pohonem

s

převodovkou,

koncovými

spínači,

bezkontaktními snímači polohy a jiným příslušenstvím (reverzační obvod, manuální ovládání atd.)

obr. 32 elektrické schéma modelu ( RO – Reverzační obvod, S1 až S6 – Koncové spínače, Sx – Snímač polohy osy X, Fo – Fotosnímač )

Model

42

Na vyšší dekompoziční úrovní lze vymezit vedle samotného fyzického modelu mostového jeřábu ještě další dva podsystémy : •

Podsystém pohonu

•

Podsystém snímačů

6.1.1. Podsystém pohonu K pohonu

jeřábu

byly

použity

tři

stejnosměrné

motory

FischerTechik

Minimotor24V s těmito parametry :

Parametry motorů FischerTechnik 24V Veličina

Značka Hodnota Jednotka

Odpor

R

95

Ω

Jmenovité napětí

U

18

V

Max. otáčky

n

12200

ot/min

Proud naprázdno

I

0,009

A

Jmenovitý moment

M

1,2

mNm

Proud při m. zátěži

I

0,19

A

Max. výkon

P

0,77

W

Účinnost

η

64

%

obr. 33 MiniMotor FischerTechnik 24V

Model

43

Stejnosměrné pohony jsou v automatizační praxi hojně rozšířeny, zejména pro jednoduchost řízení a možnost snadné změny směru otáčení ( viz. : Podsystém reverzace pohonu ). Jistou nevýhodou motoru je komutační ústrojí, které zvyšuje nároky na údržbu a omezuje max. proud motoru. 6.1.2. Podsystém snímačů polohy V podsystému snímání polohy byly použity tyto snímače : •

Mechanické koncové spínače

•

Bezkontaktní snímače polohy

obr. 34 Mechanický koncový spínač FischerTechnik

Koncové spínače jsou pasivní binární čidla, která převádí dva možné mechanické stavy na dvě rozlišitelné hodnoty napětí ( resp. jiné veličiny ). Koncové spínače jsou na modelu využity k : •

vymezení pracovního prostoru jeřábu

•

kalibraci bezkontaktních snímačů polohy

Vedle koncových spínačů byly při tvorbě modelu použity bezkontaktní indukční snímače polohy fy. FischerTechnik. Jedná se o aktivní binární čidla, která díky své konstrukci dokáží rozlišit s požadovanou přesností přiblížení kovové pohyblivé části mechanizmu nebo tělesa s ním mechanicky spojeného. Snímač

Model

44

převádí otáčky kola, z části pokrytého vodivým materiálem, na el. impulsy, které jsou dále zpracovávány řídícím systémem řízení.

obr. 35 Způsob bezkontaktního snímání polohy (NM – nevodivý materiál, VM – vodivý materiál, Č – čidlo)

obr. 36 Bezkontaktní indukční snímač polohy

V blízkosti čela snímače je umístěno feritové jádro cívky oscilačního obvodu. Oscilátor kmitá na určeném pevném kmitočtu. Přiblížením kovového předmětu do blízkosti jádra dojde k rozladění oscilátoru. Změna kmitočtu se po detekci vyhodnotí a klopný obvod se přepne do druhého stavu. Pokud snímač zaznamená přítomnost kovového předmětu, interpretuje ji jako stav log. 1 (TRUE). Pokud žádný kovový předmět není v dosahu snímače, je tento stav interpretován jako log. 0 (FALSE).

Model

45

obr. 37 Blokové schéma indukčního snímače (zleva : feritové jádro, oscilátor, detektor, klopný obvod, koncový člen, VD1 – dioda, VT1 – tranzistor NPN)

Parametry bezkontaktních snímačů Parametr Jmenovité napětí Pracovní napětí Max. proud Krytí Max. spínací frekvence Max. vzdálenost čidla

Hodnota 24 DC 10-35 DC 300mA IP 67 2000 Hz 4 mm

obr. 38 Bezkontakní snímač polohy (použití na modelu)

Model

46

6.2. Příslušenství Zvýšíme-li dekompoziční úroveň příslušenství modelu, pak dostáváme tyto podsystémy : •

Podsystém reverzace pohonu

•

Podsystém zdroje

•

Podsystém manuálního ovládání

obr. 39 Příslušenství modelu ( 1 – zdroj napětí, manuální ovládání, 2 – reverzační obvod )

Model

47

6.2.1. Podsystém reverzace pohonu Směr otáčení stejnosměrného pohonu lze změnit jen polaritou napájecího napětí. Z řídícího automatu však máme k dispozici jen tyto dva binární signály pro ovládání směru otáčení pohonu : •

chod vlevo (0V; +24V)

•

chod vpravo (0V; +24V)

Pokud přivedeme na reverzační obvod řídící signál o hodnotě +24V (úroveň log. 1), pak dojde ke spuštění příslušného pohonu. Pokud je řídící signál na úrovní 0V (úroveň log. 0), pohon stojí. Změnu polarity napájecího napětí proto musí

zajišťovat

reverzační

obvod

se

dvěma

dvoukontaktovými

rélé

s následujícími parametry.

Parametry reverzačního obvodu Parametr

Hodnota

Max. pracovní napětí

24DC

Příkon

0,4 W

Max. proud na kontaktu

1,25 A

Max. spínaný výkon

30 W

Materiál kontaktu Typ relé Pro

každý

motor

existuje

Ag + Au 2 x spínač, 1x vypínač

samostatný

reverzační

obvod

se

dvěma

dvoukontaktovými relé. LED dioda indikuje sepnutí cívky relé. Směr otáčení určují dva řídící signály na svorkách 11 a 12, které spínají příslušné relé. Tím se změní polarita napájení na stejnosměrného pohonu a dojde ke změně smyslu otáčení pohonu. Tzn. přivedeme-li z řídícího automatu signál na svorku 11, pak se sepne relé K2 a motor se roztočí směrem doleva a naopak, přivedeme-li řídící signál na svorku 12, pak se sepne relé K1 a motor se roztočí směrem doprava. Stav, kdy jsou na svorky obvodu přivedeny zároveň řídící signály pro chod vlevo i vpravo, je ošetřen pomocnými kontakty relé.

Model

48

obr. 40 Reverzační obvod

Popis reverzačního obvodu Označení

Popis

1

Napájení motoru +

2

Napájení motoru -

3

Napájení motoru + (přívod na další relé)

4

Napájení motoru - (přívod na další relé)

5

Výstup relé K1 k motoru

6

Výstup relé K2 k motoru

7

Relé K2

8

LED dioda 2

9

Relé K1

10

LED dioda1

11

Spínání relé K2

12

Spínání relé K1

13

Cívka relé K1, K2 -

14

Cívka relé K1, K2 -

Model

49

obr. 41 Elektrické schéma reverzačního obvodu

6.2.2. Podsystém zdroje Důležitou součástí elektronických zařízení je napájení elektrickou energií. Většina elektronických zařízení vyžaduje : 1) stejnosměrné napětí 2) nižší napětí něž 230V Mezi nejdůležitější parametry zdroje napětí patří jeho jmenovitá hodnota napětí, maximálním výstupním proud, zvlnění, stabilita. V našem případě byl sestaven zdroj s těmito parametry : U = 24V, Imax = 1,3A. Standardní napájecí zdroj lze rozdělit na několik funkčních bloků :

obr. 42 blokové schéma zdroje

Jednotlivé funkce bloků jsou odvozeny od požadavků na zdroj, které jsme si již uváděli. Snížení síťového napětí provádí transformátor. Usměrňovací diody

Model

50

převedou střídavý průběh na stejnosměrný s určitým zvlněním, které odstraní filtrační článek. Stabilizační člen zajistí, aby při kterémkoli odebíraném proudu (do Imax.) byla jmenovitá hodnota výstupního napětí konstantní. Proudová ochrana registruje překročení maximálního povoleného odebíraného proudu do zátěže. V případě překročení přeruší elektrický proud do zátěže. Nastavitelné proudové ochrany se používá pro ochranu zátěže. Transformátor Byl použit standardní transformátor 220/24V, jištěný na primárním vinutí pomalou pojistkou 150mA. Usměrňovací můstek Pro usměrnění střídavého napětí byl použit Greatzův můstek z usměrňovacích diod.

obr. 43 Greatzův můstek

Základním efektem můstku je převrácení záporné půlvlny do kladné poloosy. Tím je vyplněna vzniklá mezera, která je důsledkem jednosměrného usměrnění. Je zvětšena efektivní hodnota vzniklého pulzního napětí. Vzniklé pulzní napětí má dvojnásobnou frekvenci síťového (100Hz). Diody v můstku jsou proudově namáhány v propustném směru proudem, jehož velikost je dána činným odporem uzavírající obvod výstupu. Proud prochází vždy sériovým obvodem dvojicí diod. Druhá dvojice je namáhána v závěrném směru napětím. Protože se jedná o výstup z transformátoru a o pulzní napětí, je nutno brát na zřetel při návrhu diod maximální špičkové hodnoty napětí a proudu.

Model

51

Filtrační článek Důsledkem usměrnění střídavých složek pomocí usměrňovacích diod je vznik pily, která je superponovaná na hodnotu usměrněného napětí. To si označíme U1. Dle použité formy usměrnění má pila i svůj kmitočet. Při jednocestném usměrnění je frekvence pily nezměněna, je tedy dána síťovou 50Hz frekvencí. U Greatzova můstku dochází k překlápění záporné půlvlny, která způsobí zdvojnásobení frekvence pily. Bohužel frekvence 100 Hz lehce projde do ostatních obvodů a projeví se třeba bručením v reproduktoru zesilovače. Další nevýhodou pily je to, že mění svůj tvar a velikost se zvětšujícím se odběrem proudu. Parazitní vliv pily definuje především její diference, nebo-li rozdílnost extrémních bodů. Úkolem filtračního článku je to, aby byla výstupní diference co nejmenší.

obr. 44 Vstupní a výstupní průběhy napětí filtračního článku

Základní obvodové zapojení filtračního článku je na obr. 51. Jedná se o filtrační článek tytu P. Článek se skládá z dvou vyhlazovacích kondenzátorů a sériově zapojeného odporu. Protože je odpor zapojený sériově, spadá na něm napětí, které je závislé na odebíraném proudu. Zpravidla se jedná o malý odpor (1-10 Ohm), takže je odpor proudově namáhán. Jeho velikost nesmí příliš omezit hodnotu výstupního proudu. Obecně platí: čím je hodnota odporu větší, tím účinnější je efekt filtrace.

Model

52

obr. 45 Filtrační článek PI

Filtrační kondenzátory způsobují tzv. pomalé zhasínání zdroje. Po vypnutí

síťového napájení jsou schopny ještě chvíli dodávat elektrickou energii (do svého vybití). Stabilizační člen Nedílnou součástí zdroje stabilního napětí je stabilizační člen. Jeho úkolem je zajistit stabilní jmenovité napětí U2 pro všechny hodnoty výstupního proudu I2 (resp. Iz) až po maximální dovolený (dimenzovaný) proud Izmax. Stabilizační člen si je možno představit jako funkční blok dle obr. 4, který má vstup a výstup.

obr. 46 Napěťová stabilita zdroje (U1 pokles vstupního napětí, U2 pokles výstupního napětí)

Model

53

Schéma zapojení :

obr. 47 Elektrické schéma zdroje

6.2.3. Podsystém manuálního ovládání Model může pracovat ve dvou režimech : •

Automatický režim

•

Manuální režim

obr. 48 Obvod manuálního ovládání integrovaný se zdrojem napětí

Model

54

Přepínání mezi režimy AUTO a MANUAL je možné díky isostatu (přepínač s několika

spínacími

póly).

V automatickém

režimu

je

model

řízen

programovatelným automatem a ovládací tlačítka nemají vliv na chování modelu. V režimu manuálním je model řízen pouze ovládacími tlačítky a automat se na řízení nepodílí. Připojení obvodu manuálního ovládání k modelu a PLC je možné přes konektor D-SUB 25.

obr. 49 Elektrické schéma obvodu manuálního ovládání 1-ISOSTAT (přepínač AUTOMATIKA-MANUÁL), 2-ovládací tlačítka manuálního režimu

Model

55

6.3. Systém řízení Řídící systém modelu mostového jeřábu tvoří těchto 6 hardwarových celků : •

PC ( vizualizace, SCADA/HMI )

•

Rozhraní RS 232C

•

Interface ( sběrnice RS 232C – DH 485 )

•

Rozhraní DH 485

•

PLC ( programovatelný automat )

•

Vstupně výstupní signály I/O

obr. 50 Blokové schéma hrdwarových prvků řídícího systému

Nad technologickým procesem ( fyzický model ) tedy vzniknou tři vrstvy řízení : •

Manuální ovládání modelu ( tlačítka )

•

Přímá vrstva řízení ( řídící automat – PLC )

•

Operátorská vrstva řízení ( SCADA/HMI )

Model

56

Přímá vrstva řízení je realizována programovatelným řídícím automatem AllenBradley SLC 500 (viz. kapitola 4) s 8 výstupy, 12 vstupy a dvěma rozšiřujícími sloty.

obr. 51 Řídící automat (PLC) Allen-Bradley SLC 500

Operátorská vrstva řízení je tvořena SCADA/HMI aplikací Wonderware InTouch 7.1 (viz kapitola 5). Komunikace mezi přímou vrstvou řízení (PLC) a operátorskou vrstvou řízení (PC) je na fyzické úrovni realizována sběrnicemi RS232C, DH485 a interfacem 1747PIC mezi nimi (viz kapitola 3). Výměnu dat pak zprostředkovává aplikace RSLinx, která umožňuje komunikaci PC s PLC díky protokolu dynamické výměny dat DDE (Dynamic Data Exchange), která je součástí aplikací RSLinx a InTouch.

Model

57

obr. 52 Komunikace mezi vrstvami řízení

Řízení modelu tedy probíhá na dvou úrovních •

Řídící program PC ( naprogramovaná sekvence souřadnic prostředí InTouch)

•

Řídící program PLC ( polohování modelu dle souřadnic )

Tedy : V prostředí InTouch může být vytvořen libovolný program pohybu jeřábu (sekvence souřadnic). InTouch předává vhodnou sekvenci těchto souřadnic na nižší řídící úroveň do programu řídícího automatu. Řídící automat polohuje pomocí řídících signálů fyzický model do požadované pozice.

Model

58

6.3.1. Řídící program PLC Řídící programy modelu byly vytvořeny pomocí žebříčkového programovacího jazyka aplikace RSLogix 500 (viz kapotola 4) tak, aby plnily úkoly zadané nadřazenou aplikací (InTouch) a zárověň zajišťovaly bezpečnost provozu modelu. Ve vizualizační aplikaci InTouch bylo vytvořeno prostředí sloužící k tvorbě programu,

které

řídí

model

na

nejvyšší

úrovni,

tzn.

že

předává

naprogramovanou sekvenci souřadnic polohy modelu řídícímu programu v PLC. Řídící program PLC lze rozdělit na 3 moduly : •

Bezpečnostní modul - zajišťuje, aby nedošlo k překročení mezí pohybu jeřábového mostu v pracovním prostoru ( koncové spínače, snímače polohy ).

•

Výkonný modul – zajišťuje polohování jeřábu v pracovním prostoru dle zadaných souřadnic z nadřazené řídící aplikace.

•

Vazební modul – zajišťuje provázání proměnných s nadřazenou aplikací

obr. 53 Ukázka programu PLC - řídící algoritmus ( 1 – bezpečnostní modul, 2 – výkonný modul)

Na obr. 53 Je znázorněna jedna z příček žebříčkového diagramu, která zajišťuje nastavení polohy jeřábu dle souřadnic předaných z vyšší řídící

Model

59

aplikace. Logický prvek LES má hodnotu TRUE, je-li A ( aktuální poloha – akumulátor čítače C5:0 ) menší než B ( požadovaná poloha – proměnná typu integer předaná vyšší řídící aplikací InTouch). Jsou-li tedy splněny podmínky bezpečnosti ( koncový spínač X-doprava není sepnut a operátor spustí program „GO“ ), pak dojde ke spuštění příslušného pohonu. Pohon se vypne v případě, že je jeřáb v požadované poloze, nebo pokud dojde k poruchovému stavu ( sepnutí koncového spínače „Spinac X-doprava ). Pohon může být vypnut také operátorem, pokud přeruší běh programu. Celý program řídícího automatu se nalézá v kapitole 9. Přílohy.

obr. 54 Ukázka programu PLC - navázní vstupu na na vnitřní proměnné

Pro grafickou vizualizaci polohy mostového jeřábu a její numerické vyjádření v souřadnicích, bylo potřeba vytvořit podprogram, který by čítal impulsy z bezkontaktních indukčních snímačů polohy jeřábu v závislosti na jeho směru pohybu. Program tedy sleduje směr pohybu jeřábu a v závislosti na něm přičítá, či odečítá impulsy vyslané snímačem a převádí je v souřadnice polohy modelu. V programu byly použity tvz. „Countery“, česky čítače. (v programu lze například přistoupit k counteru pro osu X přes adresu C5:0.) Countery obsahují adresu ACC (accumulator), ke které přičítají, či odečítají příchozí impulsy. (např. hodnota čítaných impulsů pro osu X je dostupná na adrese C5:0.ACC).

Model

60

obr. 55 Ukázka programu PLC - použití čítačů (1 – CTD - Counter Down – čítač dolů, CTU - Counter Up – čítač nahoru)

6.3.2. Řídící program PC (SCADA/HMI) Prostředí SCADA/HMI aplikace InTouch nebylo použito jen jako pasivního vizualizačního prostředku. Bylo vytvořeno prostředí v němž lze velice snadno vytvořit program pohybu jeřábu v pracovním prostoru. Tento program pak předává sekvenci operátorem naprogramovaných souřadnic přes DDE interface na nižší řídící úroveň (PLC), která zajistí příslušný pohyb jeřábu dle předaných souřadnic.

obr. 56 Tlačítka ručního ovládání operátora

Model

61

V praxi pak programovací proces pohybu jeřábu může vypadat takto : Operátor přesune mostový jeřáb ručním ovládáním do požadované polohy. Pak polohu uloží do jednoho z přednastavených významných bodů, mezi kterými se bude jeřáb pohybovat v programovém režimu.

obr. 57 Významné body programu

Na obr. 57 je číslem 1 označeno tlačítko, které uloží aktuální polohu jeřábu do významného bodu. Číslem 2 jsou označeny souřadnice tohoto bodu. Barevný kruhový indikátor mezi významnými body určuje, zda je při přechodu mezi dvěma významnými body zapnut magnet.

Model

62

obr. 58 Ukládnání a nahrávání programu

Je li program hotov a ověřena jeho spolehlivost, může operátor tento program uložit na záznamové médium pro další použití. Data programu jsou ukládána ve formátu CSV, kdy jsou jednotlivé hodnoty souřadnic od sebe oddělené čárkou. Soubor je čitelný v běžném editoru i v běžných tabulkových procesorech (Excel…).

obr. 59 Ruční ovládání dle zvolených souřadnic

Operátor může použit k snažšímu polohování jeřábu i funkce „jdi na pozici“, která polohuje jeřáb dle operátorem zadaných souřadnic. Stisknutím tlačítka „GO“ se jeřáb začne přesunovat na operátorem zadané souřadnice. Pokud je vytvořen (či načten ze záznamového média) program, pak ho lze spustit tlačítkem „PROGRAM“, přičemž se vypnou všechny funkce ručního polohování

Model

63

jeřábu. K vytvoření programovacího prostředí pro pohyb jeřábu, byly využity podmínkové skripty aplikace InTouch. 6.3.2. Vizualizace K tvorbě dispečerských obrazovek a vizualizaci výrobní scény byla použita aplikace InTouch 7.1. firmy Wonderware (viz kapitola 5). Vizualizace, neboli zviditelnění technologického procesu, je vyšší formou jeho řízení, kdy má člověk možnost nejen do řízeného děje zasahovat, sledovat jej, případně reagovat na vzniklé situace, nýbrž průběh děje poznávat z hlediska zákonitostí a vlastností, celý děj popsat, důležité

vlastnosti

děje archivovat, vytvářet

předpisy a programy pro dosažení požadovaného výsledku a postupně tak vytvářet vyšší formu řízení s cílem s eliminovat rutinní práci a zvýšit její efektivitu.

Vizualizační prostředí InTouch plní tyto 3 základní úlohy : •

Vizualizace – schématické znázornění důležitých veličin procesu ( poloha, koncové spínače atd. )

•

Řídící aplikace – ovládání modelu

•

Programovací prostředí – tvorba programu pohybu modelu

Vizualizace modelu mostového jeřábu byla zvolena schématická, co nejvíce přehledná. Použita byla standardní barevná schémata indukátorů. Na obr. 61 vidíme obrazovku, na níž můžeme sledovat stav koncových spínačů pojezdové dráhy jeřábu, stav magnetické hlavice i přibližnou polohu jeřábu ve všech osách pohybu v grafickém vyjádření.

Model

64

obr. 60 Vizualizační obrzovka - JEŘÁB

Všechny ovládací a informační prvky jsou jasné a zřetelné, tak aby se operátorovi pracovalo snadno a pohodlně. V levé části obrazovky je navigační menu, sloužící operátorovi ke změně vizualizační obrazovky. Na obr. 61 je obrazovka, které slouží k ručnímu ovládání modelu. Poloha jeřábu je znázorňována jak graficky, tak i v numerickém souřadnicovém systému trojrozměrného prostoru. V pravé dolním rohu se nachází ovládací pult, jímž může operátor snadno pohybovat jeřábem ve všech stupních volnosti. Dokud je příslušné tlačítko operátorem stisknuto, pohybuje se jeřáb příslušným směrem. Operátor také může ovládat magnetickou úchopnou hlavici jeřábu.

Model

65

obr. 61 Vizualizační obrazovka - OVLÁDÁNÍ

Jak již bylo naznačeno výše, aplikace InTouch byla využita jako nejvyšší stupeň řízení modelu, kdy bylo v programovacích skriptech vytvořeno prostředí v němž lze vytvářet nové programy pohybu modelu, či editovat a upravovat již dříve vytvořené programy.

Model

66

obr. 62 Vizualizační obrazovka - PROGRAMOVÁNÍ

Na obr. 62 je vizualizační obrazovka, v níž lze vytvářet, modifikovat, ukládat a spouštět programy pro řízení modelu. Při tvorbě vizualizačního i programového prostředí jsem byl omezen demo verzí SCADA/HMI aplikace InTouch, což znamenalo, že k dispozici bylo jen 32 proměnných. To byl hlavní důvod, proč byl programovací systém redukován jen na 4 významné body. Při použití „plné“ verze aplikace InTouch se rýsují nové kvalitativní horizonty vizualizačních a programovacích obrazovek.

Výuka

67

7. Výuka 7.1. Výuka tvorby a programování vizualizačního prostředí Výukový model byl vyroben hlavně proto, aby se studenti seznámili s problémy automatizace komplexně. Od technologického procesu, přes snímače, sběrnice, PLC až k programování řídícího automatu. Hlavní těžiště této práce však leží v možnosti výuky programování vizualizačního softwaru. Program PLC byl této myšlence zcela podřízen a chová se jako interface, přes který lze model

ovládat

jakoukoliv

jinou

SCADA/HMI

aplikací

disponující

DDE

protokolem připojenou na tento interface. Přínos pro výuku je zcela zřetelný. Každý student si může naprogramovat svou vlastní vizualizační obrazovku, kterou pak provázáním proměnných přes interface spojí s modelem. Další výhodou je nezávislost na použitém vizualizačním prostředí.

Výuka

Směr do PLC

68

Interface mezi PLC a SCADA/HMI aplikacemi Typ Popis proměnné proměnné

N7:0

Integer

Hodnota souřadnice X na kterou se má model přesunout

N7:1

Integer

Hodnota souřadnice Y na kterou se má model přesunout

N7:2

Integer

Hodnota souřadnice Z na kterou se má model přesunout

B3:0/6

Boolean

Dokud je proměnná TRUE pohybuj modelem vlevo

B3:0/7

Boolean

Dokud je proměnná TRUE pohybuj modelem vpravo

B3:0/8

Boolean

Dokud je proměnná TRUE pohybuj modelem dozadu

B3:0/9

Boolean

Dokud je proměnná TRUE pohybuj modelem dopředu

B3:0/10

Boolean

Dokud je proměnná TRUE pohybuj modelem nahoru

B3:0/11

Boolean

Dokud je proměnná TRUE pohybuj modelem dolů

B3:0/12

Boolean

Dokud je proměnná TRUE sepní el.magnet hlavice

Směr do PC

Typ proměnné

Popis proměnné

C5:0.ACC

Integer

Hodnota aktuální souřadnice modelu na ose X

C5:1.ACC

Integer

Hodnota aktuální souřadnice modelu na ose Y

C5:2.ACC

Integer

Hodnota aktuální souřadnice modelu na ose Z

B3:0/0

Boolean

Stav koncového spínače K1

B3:0/1

Boolean


B3:0/2

Boolean


B3:0/3

Boolean


B3:0/4

Boolean


B3:0/5

Boolean


B3:0/13

Boolean

Stav fotosnímače

Výuka

69

7.2. Interaktivní příručka pro studenty Vybrané statě diplomové práce jsou pro potřeby studentů uloženy ve formátu HTML s kontextovým navigačním menu, usnadňujícím orientaci v textu. Díky této příručce si studenti velmi rychle osvojí práci s modelem a jeho řídícím systémem. 7.3. Řešené příklady pro studenty Jako ukázka programování modelu v prostředí InTouch byl vytvořen program pro přenášení materiálu z fotosnímače na určené místo. Na tomto jednoduchém příkladu mohou studenti pochopit způsob programování a začít s vymýšlením vlastních, složitějších úloh. 7.3. Návrhy dalších úloh Pro lepší využití modelu bych doporučil rozšířit volné pozice řídícího automatu o další vstupně-výstupní jednotky, tak aby bylo možno realizovat složitější programy. Například na magnetickou hlavu jeřábu by mohla být připevněna fotočidla, která by zabezpečovala bezpečnost pohybu magnetické hlavice v pracovním prostoru, tak aby nedošlo ke kolizi. Dalším možným rozšířením je systém rozpoznávání obrazu. Nad model by se umístila kamera, která by rozlišovala druh přepravovaného materiálu a řídící systém by se staral o doručení materiálu na určené místo.

Závěr

70

8. Závěr Při vytváření modelu jsem se soustředil na spolehlivost a uživatelskou přívětivost. Řídící systém modelu je navržen hierarchicky, kdy každá úroveň řízení má své vlastní pole působnosti a předává výsledky své činnosti na úrovně sousední. Nevydal jsem se cestou několika neměnných řídících programů, které by studenti jen slepě napodobovali. Vydal jsem se cestou tvorby volného prostředí, ve kterém mohou studenti uplatnit svůj talent a tvůrčí přístup k řízení modelu.

Závěrem bych shrnul do jednotlivých bodů výsledky mé práce : •

Byl vytvořen fyzický model mostového jeřábu

•

Model jsem osadil snímači polohy a koncovými snímači

•

Vytvořil jsem příslušenství modelu ( napájecí zdroj, reverzační obvod, manuální ovládání…)

•

Navrhl a realizoval jsem způsob propojení modelu s PLC

•

Vytvořil jsem program PLC, který zajišťuje pohyb jeřábu dle programu nadřazené řídící aplikace (interface)

•

Vytvořil jsem vizualizační prostředí, které schématicky znázorňuje dynamické chování technologického procesu a umožňuje ho jednoduše řídit a ovládat.

•

Vytvořil jsem prostředí pro programovaní trajektorie jeřábu ve které lze jednotlivé programy jednoduše ukládat a měnit.

Dle mého názoru se podařilo vyrobit model, který přiláká pozornost studentů, jenž se systémem „škola hrou“ naučí základní principy automatizace. Naučí se pracovat jak s hardwarovými, tak i softwarovými prvky řídících systémů, které je budou provázet po celou dobu získávání pracovních zkušeností v praxi.

Přílohy

71

9. Přílohy Popis I/O PLC a vnitřních proměnných PLC I/O

Popis

Proměnná RS Logix

OUT 0

Motor osa X - doleva

B3:0/6

OUT 1

Motor osa X - doprava

B3:0/7

OUT 2

Motor osa Y - dozadu

B3:0/8

OUT 3

Motor osa Y - dopředu

B3:0/9

OUT 4

Motor osa Z - nahoru

B3:0/10

OUT 5

Motor osa Z - dolů

B3:0/11

OUT 6

El. Magnet

B3:0/12

IN 0

Konc.spínač osa X - doleva

B3:0/0

IN 1

Konc.spínač osa X - doprava

B3:0/1

IN 2

Konc.spínač osa Y - dozadu

B3:0/2

IN 3

Konc.spínač osa Y - dopředu

B3:0/3

IN 4

Konc.spínač osa Z - nahoru

B3:0/4

IN 5

Konc.spínač osa Z - dolů

B3:0/5

IN 6

Snímač polohy osa X

C5:0.ACC

IN 7

Snímač polohy osa Y

C5:1.ACC

IN 8

Snímač polohy osa Z

C5:2.ACC

IN 9

Fotosnímač

B3:0/13

Přílohy

72

Popis zapojení konektoru D-SUB 25 ( MANUAL - PLC ) Barva vodiče

PIN

Popis

Hnědý

1

Napájení + 24V

Černý

2

Čítač osa Y

Černý

3

Čítač osa X

Černý

4

Čítač osa Z

Bílý

5

Koncový spínač osa X – vpravo

Zelený

6

Koncový spínač osa X – vlevo

Žlutý

7

Koncový spínač osa Y – dopředu

Šedý

8

Koncový spínač osa Y – dozadu

Řůžový

9

Koncový spínač osa Z – nahoru

Fialový

10

Koncový spínač osa Z – dolů

Bílo-růžový

11

LDR

12 13 Řůžovo-Šedý

14

Motor osa X-relé K1

Červeno-Modrý

15


Bílo-Zelený

16

Motor osa Y-relé K3

Hnědo-Zelený

17


Bílo-Žlutý

18

Motor osa Z-relé K5

Hnědo-žlutý

19


Bílo-šedý

20

Elektromagnet +

Hnědo-šedý

21

Elektromagnet -

22 23 24 Modrý

25

Napájení - 24V

Přílohy

73 Popis zapojení konektoru D-SUB 25 ( MANUAL - MODEL ) Barva vodiče

PIN

Popis

1 Hnědý

2

Čítač osa Y

HnědoBílý

3

Čítač osa X

HnědoČerný

4

Čítač osa Z

Oranžový

5

Koncový spínač osa X – vpravo

OranžovoBílý

6

Koncový spínač osa X – vlevo

Šedý

7

Koncový spínač osa Y – dopředu

ŠedoČerný

8

Koncový spínač osa Y – dozadu

Růžový

9

Koncový spínač osa Z – nahoru

RůžovoČerný

10

Koncový spínač osa Z – dolů

Bílý

11

LDR

12 13 Zelený

14


ZelenoBílý

15


Modrý

16


ModroBílý

17


Fialový

18


FialovoBílý

19


Žlutý

20

Elektromagnet +

21 22 Červený

23

Napájení motorů (přes relé) +

Černý

24 25

Napájení motorů (přes relé) -

Přílohy Program řídícího automatu

74

Přílohy

75

Použitá literatura

76

10. Použitá literatura [1]

KEBO, V., HRNČÍŘ, M. Malé programovatelné automaty Allen Bradley : základní uživatelská příručka SLC-500. skripta VŠB-TU Ostrava, 1996.

[2]

LANDRYOVÁ, L., PAVELEK, M., KONEČNÝ, M. Návrh procesních systémů : programové systémy SCADA/MMI. 1. vyd. Ostrava : skripta VŠB-TU Ostrava, 1996. 93 s. ISBN 80-02-01100-7

[3]

VLACH, J. Řízení a vizualizace technologických procesů Nakladatelství BEN – technická literatura, Praha 1999

[3]

Rockwell Automation (Allen–Bradley), SLC 500TM Chassis-Based Processors : product data. USA, 1997. 1747-2.39.

[4]

Rockwell Automation (Allen–Bradley), SLC 500TM Modular Hardware Style : User Manual. USA, 2001. 1747-UM011C-EN-P.

[5]

Rockwell Automation (Allen–Bradley), Data Highway/Data Highway Plus/Data Highway II/Data Highway-485 Cable : Instalation Manual. USA,1994. 1770-6.22.

[6]

Rockwell Automation (Allen–Bradley), Řídící systém SLC 500 : Přehled výrobků. 2001.

[7]

Rockwell Automation (Rockwell Software), RSLogix Product Family Brochure. USA, 2000. 9398-LIGIXPF-NOV00.

[8]

Rockwell Automation (Rockwell Software), RSLogix 5 & 500 : Technical Data Sheet. USA, 2000. 9398-LOGIXTD-OCT00.

[9]

Rockwell Automation (Rockwell Software), Quick Start Guide Aps 6.0. USA, 1995. 9399-APCQS.

[10]

Rockwell Automation (Rockwell Software), User Manual Aps 6.0. USA, 1995. 9399-APSUM.

[11]

Wonderware Corporation, InTouch 8.0 : Procesní vizualizace. 2003.

[12]

Wonderware Corporation, Wonderware FactorySuite InTouch 7.11 : Uživatelská příručka. 2002.

[13]

Wonderware Corporation, Wonderware FactorySuite NetDDE for the Microsoft Windows Operating System : User's Guide. Wonderware Corporation. Revision B, USA, 1999.

[14]

F.Dražan, L.Kupka a kol. Jeřáby SNTL 1968

[15]

Rockwell Automation (Rockwell Software), Getting Results with RSLinx USA, 1998.

[16]

Rockwell Automation (Rockwell Software), Getting Results with RSLogix 500 USA, 1998.

[17]

Rockwell Automation (Rockwell Software), Hardware configuratin – reference guide USA, 1998.

Použitá literatura [18]

http://www.wonderware.cz

[19]

http://www.controltech.cz

[20]

http://www.software.rockwell.com

77

Seznam použitých obrázků

78

Seznam použitých obrázků obr. 1 Mostový jeřáb dvounosníkový (snímek z provozu) .................................. 4 obr. 2 Mostový jeřáb dvounosníkový.................................................................. 6 obr. 3 Jednonosníkový mostový jeřáb................................................................ 6 obr. 4 Dvounosníkový mostový jeřáb ................................................................. 7 obr. 5 Vedení jeřábu postraními kladkami .......................................................... 7 obr. 6 Uložení jeřábu na 8 a 16 kolech............................................................... 7 obr. 7 Schéma pojížděcího ústrojí s průběžným hřídelem pomaloběžným ........ 8 obr. 8 Schéma pojížděcího ústrojí s průběžným hřídelem o středních otáčkách8 obr. 9 Bezdrátové píkové a ruční ovládání jeřábu .............................................. 9 obr. 10 Křížový koncový spínač ......................................................................... 9 obr. 11 Protisrážkové zařízení.......................................................................... 10 obr. 12 Řídící jednotka systému vážení břemene ............................................ 10 obr. 13 Blokové schéma propojení jednotlivých typů datových sítí .................. 12 obr. 14 Napěťové úrovně rozhraní RS232C..................................................... 13 obr. 15 Realizace stykových obvodů rozhraní RS232C ................................... 13 obr. 16 Realizace stykových členů rozhraní RS458 ........................................ 17 obr. 17 Provedení nevětvené linky RS485 ....................................................... 18 obr. 18 Blokové schéma převodníku RS232C-RS485 ..................................... 18 obr. 19 Interface 1747PIC sběrnic RS232C-DH485......................................... 21 obr. 20 Vnitřní struktura PLC............................................................................ 22 obr. 21 Řídící automaty Allen-Bradley SLC 500............................................... 25 obr. 22 Aplikace RS Linx 500 ........................................................................... 28 obr. 23 ukázka žebříčkového algoritmu............................................................ 30 obr. 24 Adresace datových souborů................................................................. 31 obr. 25 Program RS Linx.................................................................................. 33 obr. 26 Funkce SCADA/HMI v řídícím systému ............................................... 34 obr. 27 Podíl s ystému SCADA/HMI na řízení procesu .................................... 35 obr. 28 Aplikace InTouch - Editor skriptů ......................................................... 37 obr. 29 Aplikace InTouch - WindowWiever ...................................................... 38 obr. 30 Vymezení pojmu MODEL..................................................................... 39 obr. 31 Fyzický model mostového jeřábu s příslušenstvím .............................. 40 obr. 32 elektrické schéma modelu.................................................................... 41 obr. 33 MiniMotor FischerTechnik 24V............................................................. 42

Seznam použitých obrázků

79

obr. 34 Mechanický koncový spínač FischerTechnik ....................................... 43 obr. 35 Způsob bezkontaktního snímání polohy............................................... 44 obr. 36 Bezkontaktní indukční snímač polohy .................................................. 44 obr. 37 Blokové schéma indukčního snímače .................................................. 45 obr. 38 Bezkontakní snímač polohy (použití na modelu).................................. 45 obr. 39 Příslušenství modelu............................................................................ 46 obr. 40 Reverzační obvod ................................................................................ 48 obr. 41 Elektrické schéma reverzačního obvodu.............................................. 49 obr. 42 blokové schéma zdroje ........................................................................ 49 obr. 43 Greatzův můstek.................................................................................. 50 obr. 44 Vstupní a výstupní průběhy napětí filtračního článku ........................... 51 obr. 45 Filtrační článek PI ................................................................................ 52 obr. 46 Napěťová stabilita zdroje ..................................................................... 52 obr. 47 Elektrické schéma zdroje ..................................................................... 53 obr. 48 Obvod manuálního ovládání integrovaný se zdrojem napětí ............... 53 obr. 49 Elektrické schéma obvodu manuálního ovládání ................................. 54 obr. 50 Blokové schéma hrdwarových prvků řídícího systému......................... 55 obr. 51 Řídící automat (PLC) Allen-Bradley SLC 500 ...................................... 56 obr. 52 Komunikace mezi vrstvami řízení ........................................................ 57 obr. 53 Ukázka programu PLC - řídící algoritmus ............................................ 58 obr. 54 Ukázka programu PLC - navázní vstupu na na vnitřní proměnné........ 59 obr. 55 Ukázka programu PLC - použití čítačů................................................. 60 obr. 56 Ruční ovládání operátora..................................................................... 60 obr. 57 Významné body programu ................................................................... 61 obr. 58 Ukládnání a nahrávání programu......................................................... 62 obr. 59 Ruční ovládání dle zvolených souřadnic .............................................. 62 obr. 60 Vizualizační obrzovka - JEŘÁB............................................................ 64 obr. 61 Vizualizační obrazovka - OVLÁDÁNÍ ................................................... 65 obr. 62 Vizualizační obrazovka - PROGRAMOVÁNÍ........................................ 66

1. Úvod Použitý hardware a software Cíle diplomové práce Mostové jeřáby...6

Recommend Documents