Programovatelné automaty
MALÁ FONTÁNA – levitace pingpongového míčku ve vodním sloupci
Jiří Zátopek , Tomáš Škařupa 17. 12. 2012 Prezenční forma studia IŘT 3|3X
OBSAH OBSAH ...................................................................................................................................... 1 VLASTNÍ ZADÁNÍ ................................................................................................................. 2 NÁVRH VYPRACOVÁNÍ ...................................................................................................... 3 TEORIE .................................................................................................................................... 4 VYPRACOVÁNÍ ...................................................................................................................... 7 Model fontány ........................................................................................................................ 7 Zápis řídícího algoritmu pro automaty SAIA ........................................................................ 8 GRAFTEC schéma a jeho popis: ............................................................................... 8 Režim 1 – Rychlý režim: ............................................................................................ 9 Režim 2 – Manuální režim: ...................................................................................... 11 Režim 3 – Sinus: ...................................................................................................... 13 Režim 4 – Pila: ......................................................................................................... 15 Režim 5 – Senzor: .................................................................................................... 16 Režim 6 – Průchozí režim: ....................................................................................... 19 Vizualizace úlohy v prostředí ContolWeb 6 ........................................................................ 21 ZÁVĚR:................................................................................................................................... 26 SEZNAM OBRÁZKŮ............................................................................................................ 27
1
VLASTNÍ ZADÁNÍ Vytvořte program, který bude prostřednictvím programovatelného automatu Saia řídit malou fontánu. Fontána bude obsahovat minimálně 3 režimy:
např.: pilovitý průběh, sinusový průběh. Uživatel bude moct ovládat jak výkon čerpadla tak bude moct i zadávat výšku hladiny míčku. Pokuste se navrhnout vlastní regulátor tak, aby míček udržoval konstantní výšku.
Simulace a ovládání: Výše zmíněné funkce bude možné ovládat prostřednictvím tlačítek tak i pomocí grafického rozhraní Control Webu. Control Web bude vykreslovat výšku hladiny a výkon čerpadlo do jednoho grafu.
Dokumentace: Popis zadaného PLC. Popis programu. Popis ovládacích programu
2
NÁVRH VYPRACOVÁNÍ Zápis řídícího algoritmu pro automaty SAIA Způsob zápisu řídícího algoritmu pro automat SAIA jsme zvolili ve formě GRAFTECu. Toto schéma bude rozvětveno do 5 režimů, pomocí kterých budeme ovládat výkon čerpadla a tím nastavovat aktuální výšku míčku levitujícího ve vodním sloupci. Pokud nebudeme v žádném režimu, což detekujeme pomocí zvolených tlačítek, bude zde obsažen propouštějící blok, který zajistí nastavení čerpadla na nulovou hodnotu, tudíž jeho vypnutí. Všechny bloky zajišťující běh daného režimu budou na stejné hierarchické úrovni, takže se bude vždy provádět právě jeden režim v odpovídajícím funkčním bloku. Režimy:
1) Rychlý režim – jedno tlačítko na spuštění (100% výkon) a na zastavení (0%) čerpadla, druhé na nastavení výkonu čerpadla pomocí Up - Down čítače s časovou prodlevou 2) Manuální režim – jedno tlačítko pro inkrementaci výkonu čerpadla po kroku 10, druhé na dekrementaci výkonu čerpadla po kroku 10. Další tlačítka na nastavení výkonu na minimum a na maximum 3) Sinus – míček levituje ve vodním sloupci podle funkce sinus (amplituda -1 až 1 přepočítána na procentuelní hodnotu výkonu čerpadla 0 – 100%) 4) Pila – tvar průběhu míčku levitujícího ve vodním sloupci kopíruje pilový průběh (inkrementální čítač s nulováním po dosažení žádané hodnoty) 5) Senzor – výkon čerpadla je nastavován na žádanou hodnotu pomocí sondy snímající polohu míčku. Navržená regulace bude mít za cíl dosáhnout žádané hodnoty (vztahující se k senzoru, nikoli k výkonu čerpadla). Řídit se tedy bude výkon čerpadla podle aktuální snímané výšky míčku. Požadovaná výška bude zadána procentuelně (0% - míček v minimální výšce, 100% - míček v maximální možné výšce)
Ve funkčních blocích, které rozhodují o větvení programu do požadovaných režimů, se budou kontrolovat jak hardwarová tlačítka připojená k automatu SAIA, tak softwarová tlačítka nastavovaná v prostředí ControlWeb 6. Jako globální proměnné zavedeme softwarová tlačítka a hodnoty senzoru a výkonu čerpadla (jak procentuelní, tak číselné). Celý program bude uzavřen v jednom GRAFTEC schématu využívajícím funkční bloky.
3
TEORIE Programovatelný automat SAIA PCD 2: Řídicí systém SAIA, od stejnojmenné společnosti sídlící ve Švýcarsku, je určen zejména pro oblasti zabývající se automatizovanými systémy, ať už se jedná o spojitý či diskrétní systém řízení. Jeho uplatnění lze můžeme nalézt např. v řízení technologie budov, výrobních linek, obráběcích strojů až po řízení celých podniků. Mezi největší přednosti řídicího systému SAIA patří jeho komunikační schopnosti. Do infrastruktury řídicího systému lze zapojit další podstanice pomocí lokální sítě např. prostřednictvím LAN. Vlastnosti automatu: CPU: Doba provádění bitové instrukce: Doba provádění číselné instrukce: Paměť: Počet vstupů/výstupů: Komunikační kanály: Integrovaná sériová rozhraní:
Volitelné rozhraní (pozice A): Volitelné rozhraní (pozice B1): Volitelné rozhraní (pozice B2): LON Integrovaný Web Server: Integrovaný FTP Server: Integrovaný E-mail Client: Hodiny reálného času: Ochrana dat:
Cold Fire CF 5407 162 MHz 0,12 μs 0,4 μs až / 1 MB RAM + 1 MB Flash 64 I/O modulů (max.1024 I/O) až 13 PGU RS 232, RS 485 USB, TCP/IP, Profi-S-Net (Profibus-DP Master, CAN) RS 232, RS 422/485, MP-Bus RS 232+RS 422/485, 2xRS232 Ethernet, Profibus-DP, LON RS 232+RS 422/485, 2xRS232 Ethernet, Profibus-DP Ano Ano Ano Ano 1 - 3 roky
Editory pro vývoj uživatelských aplikací: • Instrukční list - vytváření programů pomocí instrukcí • Graftec - vytváření programů pro sekvenční úlohy • Fupla – vytváření pomocí Funkčních boxů (základním balík obsahuje 250 Fboxů) • Kopla - vytváření v kontaktním plánu (součástí Fupla) Jednotlivé editory jsou navzájem kompatibilní, tzn., že můžeme mít část programu vytvořenou ve Fupla, ale také např. v Graftec editoru, instrukčním listu apod. zároveň.
4
Fupla (FBD) Pracovní plochu Fupla editoru lze rozdělit na tři části. V levé části jsou umístěny sběrnice pro zapisování vstupních dat jako jsou vstupy samotné nebo registry a konstanty. Napravo se nachází sběrnice se zápisem pro výstupní hodnoty. Střední oblast slouží pro zpracování vstupních hodnot pomocí nejrůznějších funkcí jako je např. AND, OR, XOR, ale jsou zde i zastoupeny např. různé druhy čítačů aj. Předávání dat mezi jednotlivými funkcemi je realizováno pomocí spojnic. Program se vykonává z levé strany na pravou a od shora dolů. Graftec (SFC) Graftec můžeme nazvat jako grafický jazyk sloužící pro realizaci sekvenčních programů. Vývojový diagram se skládá z procedur kroků a vyhodnocováním přechodů. Jednotlivé procedury kroků a vyhodnocování přechodů mezi nimi lze zapisovat buď již ve zmíněném jazyce Fupla nebo pomocí instrukčního listu. Control Web Control Web je otevřený komponentový průmyslový řídicí a informační systém reálného času pro operační systémy Windows 95 a vyšší a Windows NT 4.0 a vyšší. Control Web můžeme nazvat jako prostředníka mezi komunikacemi průmyslových strojů na straně jedné a podnikovými informačními systémy na straně druhé. Tento software jde zakomponovat do velké škály aplikací v průmyslu. Díky tomu, že je Control Web využíván v reálném čase, lze ho hlavně využívat jako rozsáhlý síťový podnikový dispečerský a operátorský systém. Aplikace vytvořené v Control Web jdou realizovat jak pomocí grafického prostředí, tak i pomocí klasického zápisu zdrojového kódu. Control Web je program, který umožňuje vytvářet vizualizační prostředí. Lze v něm vytvářet dva druhy aplikací: datově řízené aplikace nebo aplikace reálného času. Datově řízená aplikace cyklicky (podle zvolené periody) aktivuje jednotlivé přístroje, které s těmito daty pracují. Datově řízenou aplikaci je vhodné použít tehdy, kdy chceme data z technologie archivovat a vizualizovat nebo při vizualizaci pomalu se vyvíjejících dějů.
Vzhled Control Webu Tvorba celé vizualizační aplikace je řešena systémem grafických panelů, do kterých se vkládají jednotlivé přístroje. Dostupné přístroje jsou umístěny v paletě nástrojů. Parametry přístroje se nastavují pomocí inspektrura, kde lze také nastavit vzhled přístroje.
5
Obrázek 1: Vzhled Control Webu
Komunikace s PLC K propojení programovatelného automatu a vizualizačního prostředí je potřeba správně definovat ovladač. K tomuto slouží parametrický a mapovací soubor. Parametrický a mapovací soubory definují způsob fyzického připojení PLC k počítači, tj rozsah a datový typ kanálů. Kanály definované v těchto souborech pak slouží jako vstupní/výstupní komunikační cesty mezi PLC a Control Webem.
6
VYPRACOVÁNÍ Model fontány Model fontány byl vytvořen jako součást bakalářské práce studentem Ondřejem Vrzalem. Pro popis modelu si dovolím citovat z jeho bakalářské práce: Popis modelu Model představuje fontánu s jednou tryskou. Tryska vytváří vodní sloupec, na jehož vrcholu se vznáší lehký míček. Úroveň výšky hladiny, a tedy i polohy míčku, se reguluje v manuálním režimu potenciometrem na ovládací skříňce a v automatickém režimu pomocí programu v PLC. Ultrazvukové čidlo v horní části modelu snímá polohu míčku a posílá data přes analogový modul s převodníkem do programovatelného automatu. Model je připojen k PLC řady PCD2. Čerpadlo Model je vybaven jedním nízkonapěťovým ponorným čerpadlem Barwig BWV 04 o výtlačné výšce 6 m a výkonu 10 l/min. Provoz čerpadla je při napětí 12 V omezen pouze na třicet minut. Čerpadlo je však chlazeno proudem vody a při použitém napětí v rozsahu do 9 V je doba provozu neomezena. Ultrazvukové čidlo polohy Pro detekci polohy míčku na vodním sloupci je použito ultrazvukové čidlo německé společnosti Pepperl+Fuchs s označením UC2000-30GM-IUR2-V15. Toto čidlo snímá polohu ultrazvukem v rozsahu od 80 mm až do 2000 mm. Čidlo je napájeno stejnosměrným napětím 10 až 30 V a výstupním signálem může být napětí v rozsahu 0 až 10 V nebo proud 4 až 20 mA. Právě napěťovým výstupem je čidlo připojeno k PLC přes ovládací skříň modelu ke vstupně výstupnímu modulu s 10bitovým převodníkem PCD2.W200.
7
Zápis řídícího algoritmu pro automaty SAIA GRAFTEC schéma a jeho popis: Toto je programové schéma v prostředí GRAFTEC.
Obrázek 2: GRAFTEC schéma První blok je inicializační a nastavuje vstupy a výstupy automatu. Jako vstup jsme si nadefinovali výstupní hodnotu sondy snímající míček. Pro nás je to vstup do programu, který nelze měnit, jen jej číst, proto jako vstup. Jako výstup je definován výkon čerpadla. Tato hodnota je pro nás výstupem, protože do ní můžeme zapisovat, tudíž ji můžeme měnit a tím ovlivňovat chování míčku. Po prvním bloku následuje přechodový blok, který je v tomto případě prázdný, jakožto každý blok, u kterého není komentář. Dalším blokem získáme po jeho průchodu procentuelní hodnotu výkonu čerpadla. Také si zde definujeme konstanty, které reprezentují horní a dolní polohu míčku odpovídající číselné hodnotě sondy. V převodu na procentuelní hodnotu výkonu čerpadla můžeme vidět, že jako nulový výkon (spodní hranici, kdy míček nelevituje, ale po jejíž přesáhnutí se míček začne vznášet) udáváme hodnotu 100.
8
Obrázek 3: FB diagram bloku převodu (výkonu čerpadla, hodnoty senzoru) Nyní se dostáváme do fáze, kdy se vyhodnocují podle stisků tlačítek zvolené režimy.
Režim 1 – Rychlý režim:
Obrázek 4: FB diagram pro test na tlačítka – Rychlý režim
Pohled programátora: V přechodovém bloku pro rychlý režim vyhodnocujeme tlačítka A1 – D1 a A2 – B2, a to jak hardwarová, tak softwarová. Funkcí OR docílíme toho, že v jednom bloku testujeme obě varianty tlačítek a nemusíme tak všechno kopírovat a přepisovat. Podobně jsou tlačítka ošetřena i v dalších přechodových blocích, proto dále již nebudu detailně popisovat, proč jsou takto zapojeny. 9
Jak můžeme vidět, tato funkce je přiřazena tlačítkům A1_start, A2 a B2, proto se při jejich logickém součinu přesuneme do následujícího bloku. Současně ale nesmí být stisknuta tlačítka B1_manual, C1_sin a D1_pila (řešíme negovaným vstupem). Při výše zmíněném uspořádání (na všech vstupech log. 1) dá výsledek hradla AND jedničku, na výstupu součtového hradla taktéž a tím umožníme průchod tímto blokem do dalšího. Stejná reakce je i na softwarová tlačítka jen s tou výjimkou, že musí být vypnuté tlačítko A1_start (negovaný vstup do hradla AND). Pokud je tato podmínka splněna, nebereme v potaz hardwarová tlačítka, ale jen tlačítka softwarová, která musí dávat obdobný výsledek, jako v předchozím případě. Tato skutečnost je využívána i v dalších režimech, proto ji dále již nebudeme uvádět.
Pohled uživatele: Pro vykonání Rychlého režimu je potřeba zapnout tlačítko A1_start a s ním současně tlačítka A2 a B2. Po celou dobu vykonávání tohoto režimu MUSÍ zůstat tlačítka zapnuta. Tlačítka B1_manual, C1_sin a D1_pila musí zůstat po celou dobu vykonávání Rychlého režimu vypnuta. Pokud vše dodržíme, nacházíme se nyní v bloku pro rychlý režim.
Obrázek 5: FB diagram pro vykonávání funkcí – Rychlý režim
10
Pohled programátora: Zde vyhodnocujeme tlačítka C2 a D2 (hardwarová i softwarová). Číslo režimu je 1, proto toto číslo zobrazíme na 7segmentovém displeji pouhým přesunem 0 nebo 1 na dílčí segmenty odpovídající číslu 1. Hardwarové tlačítko C2 jde na hradlo OR společně se softwarovým tlačítkem, takže stačí stisknout pouze jedno tlačítko a výstup dává log. 1 (podobně použito i v dalších režimech, proto nebudu dále takto podrobně popisovat). Dále pokračujeme na AND hradlo, které zajišťuje, aby bylo stisknuto tlačítko C2 a zároveň nebylo stisknuto tlačítko D2, které má jinou funkci. Pokud je na výstupu log. 1, přesuneme hodnotu 100 na výstup přes součtový blok (z důvodu duplicity výstupu – smí být jen jeden) a tím spustíme výkon čerpadla na plný výkon. Po vypnutí tlačítka se na výstup přenese hodnota 0 – vypnutí čerpadla Zapnutím tlačítka D2 zvyšujeme čítač každou 1/10s (blok Blink). Zároveň nesmí být stisknuto tlačítko C2. Porovnáváme hodnotu výkonu čerpadla, a pokud výkon čerpadla přesahuje nebo se rovná hodnotě 100, přestaneme čítač inkrementovat a drží na své aktuální hodnotě. Tento úkon je opět realizován hradlem AND. Pokud tlačítko D2 pustíme, čítač se začne dekrementovat se stejným zpožděním, jako inkrementace, dokud nedosáhne nuly (nulový výkon čerpadla).
Pohled uživatele: Pro dvoupólovou funkci čerpadla (0 nebo 100%) stiskneme tlačítko C2. Po dobu jeho držení je výkon čerpadla nastaven na hodnotu 100%. Po uvolnění tlačítka je výkon čerpadla nastaven do defaultního stavu, tudíž na 0%. Pro funkci inkrementace výkonu čerpadla po 1/10s stiskneme tlačítko D2. Po dobu jeho držení se bude hodnota čítače (odpovídající hodnotě výkonu čerpadla) zvyšovat až do hodnoty 100%. Až jí dosáhne, přestane čítač čítat a bude tuto hodnotu udržovat. Po uvolnění tlačítka se bude čítač plynule snižovat až do hodnoty 0.
Režim 2 – Manuální režim:
Obrázek 6: FB diagram pro test na tlačítka – Manuální režim
11
Pohled programátora: V přechodovém bloku pro manuální režim vyhodnocujeme tlačítka A1 – D1, a to jak hardwarová, tak softwarová. Jak můžeme vidět, tato funkce je přiřazena tlačítkům A1_start a B1_manual, proto se při jejich logickém součinu přesuneme do následujícího bloku. Současně ale nesmí být stisknuta tlačítka C1_sin a D1_pila (řešíme negovaným vstupem). Při výše zmíněném uspořádání (na všech vstupech log. 1) dá výsledek hradla AND jedničku, na výstupu součtového hradla taktéž a tím umožníme průchod tímto blokem do dalšího. Tlačítka A2 – D2 nekontrolujeme, ty používáme pro funkce v následujícím režimu.
Pohled uživatele: Pro vykonání Manuálního režimu je potřeba zapnout tlačítko A1_start a s ním současně tlačítko B1_manual. Po celou dobu vykonávání tohoto režimu MUSÍ zůstat tlačítka zapnuta. Tlačítka C1_sin a D1_pila musí zůstat po celou dobu vykonávání Manuálního režimu vypnuta. Pokud vše dodržíme, nacházíme se nyní v bloku pro manuální režim.
Obrázek 7: FB diagram pro vykonávání funkcí – Manuální režim
Pohled programátora: Zde vyhodnocujeme tlačítka A2 - D2 (hardwarová i softwarová). Číslo režimu je 2, proto toto číslo zobrazíme na 7segmentovém displeji pouhým přesunem 0 nebo 1 na dílčí segmenty odpovídající číslu 2. 12
Tlačítko B2 slouží k inkrementaci čítače, přičemž jako maximální hodnota je nastavena hodnota 100 (odpovídá procentuelní hodnotě výkonu čerpadla. Nemožnost jejího přesáhnutí je ošetřena pomocí komparátoru, z jehož výstupu se dostáváme přes člen AND na vstup inkrementálního pinu čítače. Čítač se inkrementuje po kroku 10 pomocí násobícího hradla, z kterého se dostáváme přímo na výstup. Tlačítko A2 má opačnou funkci – čítač dekrementujeme, opět po kroku 10. Tlačítko C2 a D2 nastaví hodnotu čítače na jeho defaultní hodnotu. Tato hodnota se za běhu programu mění, buď je 0, nebo 100 (pouhým vynásobením s log 1. – zmáčknuté D2, nebo log. 0 – zmáčknuté C2). Z toho vyplývá, že při zapnutém C2 odpovídá výsledek 0 (čerpadlo na 0%), při zapnutém D2 je výsledek násobené číslo – v našem případě 10 (po konečném vynásobení je výkon čerpadla nastaven na 100%).
Pohled uživatele: Stiskem tlačítka A2 výkon čerpadla snižujeme (po 10%), stiskem tlačítka B2 naopak výkon čerpadla zvyšujeme (také po 10%). Tlačítko C2 nastaví výkon čerpadla na 0%, tlačítko D2 naopak na 100%. Všechny tlačítka jsou nyní ve funkci vratného spínače, tudíž jejich držením, nebo stisknutím dosáhneme stejné funkce (např. držením tlačítka B2 se výkon čerpadla nezvyšuje neustále, ale pouze se jednou zvýší a až po opětovném stisku se zvýší znovu – reakce pouze na náběžnou hranu).
Režim 3 – Sinus:
Obrázek 8: FB diagram pro test na tlačítka – režim sinus
Pohled programátora: V přechodovém bloku pro sinusový režim vyhodnocujeme tlačítka A1 – D1 a A2 – D2, a to jak hardwarová, tak softwarová. Jak můžeme vidět, tato funkce je přiřazena tlačítkům A1_start a C1_sin, proto se při jejich logickém součinu přesuneme do následujícího bloku. Současně ale nesmí být stisknuta tlačítka C1_sin a D1_pila ani žádná z tlačítek A2 – D2 (řešíme negovaným vstupem). Při výše 13
zmíněném uspořádání (na všech vstupech log. 1) dá výsledek hradla AND jedničku, na výstupu součtového hradla taktéž a tím umožníme průchod tímto blokem do dalšího.
Pohled uživatele: Pro vykonání režimu Sinus je potřeba zapnout tlačítko A1_start a s ním současně tlačítko C1_sin. Po celou dobu vykonávání tohoto režimu MUSÍ zůstat tlačítka zapnuta. Všechna ostatní tlačítka musí zůstat po celou dobu vykonávání tohoto režimu vypnuta. Pokud vše dodržíme, nacházíme se nyní v bloku pro režim Sinus.
Obrázek 9: FB diagram pro vykonávání funkcí – režim Sinus
Pohled programátora: Zde se nevyhodnocují žádná tlačítka, tento režim je automatický. Každou půl-sekundu zvyšujeme čítač o 1 až po hodnotu 20 (pin Max na čítači). Po přesažení této hodnoty se čítač vynuluje a čítá od začátku. Převodem výstupu čísla čítače na typ float a jeho následném vynásobením číslem 0,314 dostaneme rozsah 0 - 6,28, což je 1 perioda funkce sinus. Blokem Sin spočítáme hodnotu funkce sinus v daném okamžiku. Nyní dostáváme rozsah -1 až 1. Musíme tento rozsah nějak převést na rozsah 0 – 100%. Přičteme 1 (nyní máme rozsah 0 – 2) a následným vynásobením číslem 50 již dostáváme náš tížený výsledný rozsah 0 – 100%. Tento rozsah se převádí přímo na výstup – výkon čerpadla.
Pohled uživatele: V tomto bloku uživatel nic nedělá, režim je automatický a počítá nám funkci sinus. Pomocí této funkce se nastavuje výkon čerpadla, tudíž dráha (nebo spíš výška) míčku od trysky opisuje tuto funkci. 14
Režim 4 – Pila:
Obrázek 10: FB diagram pro test na tlačítka – režim Pila
Pohled programátora: V přechodovém bloku pro pilový režim vyhodnocujeme tlačítka A1 – D1 a A2 – D2, a to jak hardwarová, tak softwarová. Jak můžeme vidět, tato funkce je přiřazena tlačítkům A1_start a D1_pila, proto se při jejich logickém součinu přesuneme do následujícího bloku. Současně ale nesmí být stisknuta tlačítka B1_manual a C1_sin ani žádná z tlačítek A2 – D2 (řešíme negovaným vstupem). Při výše zmíněném uspořádání (na všech vstupech log. 1) dá výsledek hradla AND jedničku, na výstupu součtového hradla taktéž a tím umožníme průchod tímto blokem do dalšího.
Pohled uživatele: Pro vykonání režimu Pila je potřeba zapnout tlačítko A1_start a s ním současně tlačítko D1_pila. Po celou dobu vykonávání tohoto režimu MUSÍ zůstat tlačítka zapnuta. Všechna ostatní tlačítka musí zůstat po celou dobu vykonávání tohoto režimu vypnuta. Pokud vše dodržíme, nacházíme se nyní v bloku pro režim Pila.
15
Obrázek 11: FB diagram pro vykonávání funkcí –režim Pila
Pohled programátora: Tento režim je velice jednoduchý. Každou 1/10s inkrementujeme čítač, jehož maximum je 50. Po překročení této hodnoty se čítač nuluje. Maximum 50 jsme zvolili proto, abychom zvýšili rychlost, s jakou se dostaneme na číslo 100 (maximální výkon čerpadla). Následným vynásobením hodnoty čítače číslem 2 toho dosáhneme. Tuto hodnotu přivedeme přímo na výstup.
Pohled uživatele: V tomto bloku uživatel nic nedělá, režim je automatický ve výsledku kopíruje dráha, po které se míček pohybuje, pilový průběh.
Režim 5 – Senzor:
Obrázek 12: FB diagram pro test na tlačítka –režim Senzor
Pohled programátora: V přechodovém bloku pro režim Senzor vyhodnocujeme tlačítka A1 – D1, a to jak hardwarová, tak softwarová. 16
Jak můžeme vidět, tato funkce je přiřazena tlačítkům A1_start, B1_manual, C1_sin a D1_pila stisknutým zároveň, proto se při jejich logickém součinu přesuneme do následujícího bloku. Při výše zmíněném uspořádání (na všech vstupech log. 1) dá výsledek hradla AND jedničku, na výstupu součtového hradla taktéž a tím umožníme průchod tímto blokem do dalšího. Tlačítka A2 – D2 nekontrolujeme, ty používáme pro funkce v následujícím režimu.
Pohled uživatele: Pro vykonání tohoto režimu je potřeba zapnou tlačítko A1_start, B1_manual, C1_sin a D1_pila zároveň. Po celou dobu vykonávání tohoto režimu MUSÍ zůstat tlačítka zapnuta. Pokud vše dodržíme, nacházíme se nyní v prvním bloku pro režim Senzor.
Obrázek 13: FB diagram pro vykonávání funkcí – režim Senzor - regulace
Pohled programátora: V tomto bloku žádná tlačítka netestujeme, pouze se zde snažíme dosáhnout žádané hodnoty výšky míčku. Tuto hodnotu nastavujeme na senzor a pomocí zvyšování a snižování výkonu čerpadla se jí snažíme dosáhnout. Hodnota vstupu, což je hodnota ze senzoru, je porovnává s žádanou hodnotou, kterou jsme my zadali. Toto je reakce na zpětnou vazbu, tuto hodnotu budeme zadávat až v následujícím bloku. Pokud bude hodnota vstup větší, jak požadovaná hodnota, tak se čítač inkrementuje. Berme nyní v potaz, že vyšší hodnota značí větší vzdálenost od čidla, tudíž musíme výkon čerpadla zvýšit, aby se tato hodnota snížila. Zároveň je zde ale ošetřeno, že výkon čerpadla nesmí přesáhnout 100% výkonu (jinak by se čerpadlo vypnulo, nebo lépe řečeno přetekla paměť a šli bychom znovu od 0). 17
Pokud bude naopak hodnota vstupu menší, než požadovaná hodnota, čítač dekrementujeme. Hodnotu čítače posíláme opět přes blok Min (na výstup pošle vždy menší hodnotu z dvou porovnávaných) na výstup – ošetření, aby se na výstup nenastavila hodnota větší jak 100.
Pohled uživatele: Z uživatelského pohledu nás tento blok nezajímá, probíhají zde pouze regulační procesy a různé převody. Nic zde uživatel nenastavuje.
Obrázek 14: FB diagram pro vykonávání funkcí – režim Senzor - nastavování
Pohled programátora: V tomto bloku nastavujeme pomocí tlačítek A2 – D2 požadovanou hodnotu vzdálenosti míčku od senzoru. Nastavení je podobné Manuálnímu režimu s tím rozdílem, že zde nenastavuju přímo výkon čerpadla, ale žádanou vzdálenost míčku od senzoru. Až zpětná vazba nastavuje podle odchylky žádané hodnot a aktuální hodnoty senzoru výkon čerpadla. Můžeme tedy říci, že nastavení je shodné s Manuálním režimem až na to, že místo nastavení výkonu čerpadla zde nastavujme hodnotu, která odpovídá procentuelní vzdálenosti míčku od sondy. Odchylku od žádané hodnoty se snažíme kompenzovat v předešlém bloku a dostat ji na 0. Z důvodu shody funkce tlačítek s Manuálním režimem zde uvedeme pouze jejich stručný popis. Tlačítko A2 dekrementuje čítač po kroku 10, tlačítka B2 jej naopak inkrementuje (taktéž po kroku 10). Tlačítkem C2 nastavíme žádanou hodnotu na 0%, tlačítkem D2 na 100%. Opět je zde ošetřeno přetečení čítače.
Pohled uživatele: 18
Nastavování je obdobné s Manuálním režimem, nastavujeme zde ale vzdálenost míčku od sondy (procentuelně).
Režim 6 – Průchozí režim:
Obrázek 15: FB diagram pro test na tlačítka –Průchozí režim
Pohled programátora: V přechodovém bloku pro průchozí režim vyhodnocujeme tlačítka A1 – D1 a A2 – D2, a to jak hardwarová, tak softwarová. Jak můžeme vidět, tato funkce je přiřazena stisknutému tlačítku A1_start, zároveň nesmí být stisknuto žádné jiné tlačítko. Při jejich logickém součinu přesuneme do následujícího bloku.
Pohled uživatele: Pro vykonání tohoto režimu je potřeba zapnou tlačítko A1_start. Po celou dobu vykonávání tohoto režimu MUSÍ zůstat tlačítko zapnuté. Pokud vše dodržíme, nacházíme se nyní v bloku pro průchod.
Obrázek 16: FB diagram pro vykonávání funkcí – Průchozí režim
19
Pohled programátora: Tento blok nelze nazvat režimem, je to jen průchod celu smyčkou bez jakéhokoli nastavování. Jediná funkce, kterou vykonává je ta, že vypne čerpadlo pouhým přesunutím nulové hodnoty na výstup. Na 7segmentovém displeji je zobrazen jako režim 0.
Pohled uživatele: Tento blok je průchozí, zde nic uživatel nenastavuje. Pouze se zde automaticky nastaví výkon čerpadla na 0.
Zpětná smyčka: Všechny výstupy z funkčních bloků se vracejí zpět na začátek programu, který běží ve smyčce.
20
Vizualizace úlohy v prostředí ContolWeb 6 Komunikace s PLC Pro komunikaci se využívá ovladač, který zajistí komunikaci pomocí kanálů. Tyto kanály se definují pomocí mapovacího a parametrického souboru obr. č. 17 a obr. č. 18. Rozsah kanálu, které jsme využili pro komunikaci se Saia jsou ukázány na obrázku č. 19 a č 20.
Obrázek 17: Parametrického soubor
Obrázek 18: Mapovacího soubor
21
Rozsah kanálu využitých pro kominici s programovatelným automatem Saia je zobrazen na následujícím obrázku.
Obrázek 19: Globální proměnné v CW
Obrázek 20: Globální proměnné v Saia
22
Rozhraní Control Webu Ovládáni CW vychází ze stejného principu, jakým se ovládá malá fontána přes PLC. Po spuštění CW se nám zobrazí úvodní obrazovka na kterém je zobrazen jen 7-segmentový display, který zobrazuje číslici 0 (není aktivovaný žádný režim). Na úvodním zobrazení lze vidět hodiny, zobrazující aktuální čas a jedno tlačítko, které je určené pro aktivaci zbylého ovládacího panelu.
Obrázek 21: Úvodní panel Při sepnutí daného tlačítka do pozice 1 se zobrazí kompletní panel pro ovládání malé fontány viz ukázka obr. č. 22.
Obrázek 22: CW nabídka-zobrazen celý panel 23
Jakmile je uživatelem vybrán 1z 5 režimů, zobrazí se na 7-seg. display jeho číslo a jeho název (např.: manuální režim). Pokud režim, který je zvolen, umožňuje ovládání pomocí dalších tlačítek, zobrazují se popisky nad určenýma tlačítky. Na obrázku č. 23 je vyobrazen režim č. 3. Jedná se o sinus. průběh. CW zobrazuje grafický průběh výšky míčku(barva modrá), který je nadnášen pomocí vodní trysky, a výkon čerpadla (barva zelená). Výkon čerpadla a výška hladiny se zobrazují i na display. Hodnota na display je přepočítána v procentech. Nad spodními tlačítky se nezobrazuje žádný text =:> pro zvolený režim nejsou žádná dolní tlačítka aktivní.
Obrázek 23: Sin průběh
Na následujícím obrázku si lze prohlédnout režim regulace (č. 5), kdy pro daný režim jsou aktivní i dolní tlačítka. Nad jednotlivými tlačítky se zprava doleva zobrazily názvy B2Up(slouží pro zvyšování žádané hodnoty hladiny), A2-Down (snižování žádané hodnoty hladiny), 0 (při aktivaci daného tlačítka klesne hladina na 0 – míček spadne dolů), 100 (míček vyletí do maximální výšky).
24
Obrázek 24: Regulační režim Obrázek č. 25 je upraven v programu Corel Draw a je obohacen a popisky Control Webu.
. Obrázek 25: Control Web s popisky
25
ZÁVĚR: Cílem této práci bylo naprogramovat PLC od firmy Saia, které slouží k řízení malé fontány. Grafické schéma programu bylo vytvořené pomoci Graftecu. Program má celkem 5 režimů ovládaní, jsou jimi: Rychlý režim, Manuální režim, Sinus, Pila, Senzor. V těchto režimech se dá nastavovat výkon čerpadla, výška hladiny atd., kde princip jednotlivých režimů je popsán výše. U režimu Senzor, kde je implementovaný regulátor jsme se potýkali s problémem, kdy nám senzor udávající výšku míčku vracel nepřesné údaje způsobené stříkajícími kapkami. Tento problém se částečně podařilo vyřešit průměrováním hodnot a vypisování průměrné hodnoty. Pro tento program bylo vytvořeno vizualizační prostředí, které umožňuje monitorovat a nastavovat výkon čerpadla a výšku míčku pomocí počítače. K vizualizaci byl použit program Control Web 6, který pěkně vizualizuje průběh výkonu čerpadla a výšky hladiny. K této dokumentaci jsou také přiloženy zdrojový soubor programu SAIA, Control Web, Corel Draw- upravený obrázek, prezentace v Power pointu a dokument uložený ve formátu doc a pdf.
26
SEZNAM OBRÁZKŮ Obrázek 1: Vzhled Control Webu ............................................................................................ 6 Obrázek 2: GRAFTEC schéma .................................................................................................. 8 Obrázek 3: FB diagram bloku převodu (výkonu čerpadla, hodnoty senzoru) ........................... 9 Obrázek 4: FB diagram pro test na tlačítka – Rychlý režim ...................................................... 9 Obrázek 5: FB diagram pro vykonávání funkcí – Rychlý režim .......................................... 10 Obrázek 6: FB diagram pro test na tlačítka – Manuální režim ................................................ 11 Obrázek 7: FB diagram pro vykonávání funkcí – Manuální režim.......................................... 12 Obrázek 8: FB diagram pro test na tlačítka – režim sinus ................................................... 13 Obrázek 9: FB diagram pro vykonávání funkcí – režim Sinus ................................................ 14 Obrázek 10: FB diagram pro test na tlačítka – režim Pila ................................................... 15 Obrázek 11: FB diagram pro vykonávání funkcí –režim Pila .................................................. 16 Obrázek 12: FB diagram pro test na tlačítka –režim Senzor............................................... 16 Obrázek 13: FB diagram pro vykonávání funkcí – režim Senzor - regulace ...................... 17 Obrázek 14: FB diagram pro vykonávání funkcí – režim Senzor - nastavování ..................... 18 Obrázek 15: FB diagram pro test na tlačítka –Průchozí režim ................................................ 19 Obrázek 16: FB diagram pro vykonávání funkcí – Průchozí režim ......................................... 19 Obrázek 17: Parametrického soubor ....................................................................................... 21 Obrázek 18: Mapovacího soubor ............................................................................................. 21 Obrázek 19: Globální proměnné v CW .................................................................................... 22 Obrázek 20: Globální proměnné v Saia ................................................................................... 22 Obrázek 21: Úvodní panel ...................................................................................................... 23 Obrázek 22: CW nabídka-zobrazen celý panel ..................................................................... 23 Obrázek 23: Sin průběh .......................................................................................................... 24 Obrázek 24: Regulační režim ................................................................................................. 25 Obrázek 25: Control Web s popisky ...................................................................................... 25
27
