Vezérlés 2.1. Vezérlés meghatározása Nyílt hatásláncú irányítás, ahol az irányított jellemző nincs (közvetlen) hatással az irányítási folyamatra. A vezérlést úgy kell kialakítani, hogy az irányítási rendszert érő zavaró hatások ne befolyásolhassák jelentősen az irányított (vezérelt) jellemzőt. Ezt csak úgy érhetjük el ha a lehető legnagyobb zavaró hatásokat is figyelembe vesszük – már a tervezés során is – és úgy alakítunk ki mindent, hogy még ezek se okozhassanak gondot a működés során. Emiatt a vezérlések általában pazarlóbbak – anyagban, energiában egyaránt – a szabályozásokhoz képest.
2.2. Vezérlés általános működési vázlata
kép : Vezérlés blokkvázlat
A vezérlési vonal 1
2.2.1. Vezérlési vonal szervei ·
·
·
·
·
Érzékelő Információszerzés eszköze. Nincs minden vezérlésben. Többnyire a célkitűzést előíró vezetőjel kialakításában van szerepe. Vezérlő Rendelkezőjelet hoz létre automatikus vezetőjel és/vagy kezelőszemély utasításai alapján. A vezetőjele lehet: o Belső, a vezérlő maga állítja elő. o Külső – de közvetlenül a Vezérlő által feldolgozható. o Külső jel – melyet érzékelő szerv segítségével alakítunk át a Vezérlő számára feldolgozható jellé. Kezelő A vezérlő önálló működését szükség esetén felülbíráló emberi parancsokat fogadja. Erősítő Jel/teljesítmény-illesztést végez a vezérlőegység és a beavatkozószerv között. (Nincs minden vezérlésben) Beavatkozó szerv A vezérelt berendezésre közvetlenül ható szerv.
2.2.2. Vezérlési vonal jelei · · · · ·
Vezetőjel Ez a jel határozza meg a vezérelt jellemző kívánt értékét (célkitűzés). Rendelkezőjel A célkitűzés megvalósításához szükséges „parancs” kiadása. Beavatkozójel A beavatkozószerv bemenő „működtető” jele. Módosított jellemző A vezérelt jellemző közvetlen befolyásolására alkalmas jel. Zavaró jellemzők A vezérelt jellemzőre ható olyan jelek, melyek nincsenek a vezérlőberendezés felügyelete alatt.
2
2.3. Vezérlések csoportosítása 2.3.1. A vezetőjel „származása” szerint · ·
Kézi vezérlés A vezetőjelet a vezérlést irányító személy határozza meg. Önműködő vezérlés A vezetőjelet a vezérlő emberi beavatkozás nélkül állítja elő.
2.3.2. Önműködő vezérlések csoportosítása a vezetőjel jellege szerint ·
Követővezérlés Külső, érzékelt vezetőjel határozza meg a rendelkezőjelet. Példa: o A környezeti megvilágítottsági szint által vezérelt közvilágítás o Külső hőmérséklet által vezérelt fűtés
·
Időtervvezérlés A vezetőjel egy – az időtől függő, előzetesen megtervezett program szerint alakul. Példa: o Kapcsolóórával vezérelt közvilágítás o Programtárcsás mosógép
·
Lefutóvezérlés Ezen vezérlés esetén a vezetőjel a vezérelt folyamat állapotától ( és esetleg külső érzékelt jelektől) függ. A vezérelt folyamat lépésekre bontható, az egyik lépésről a következő lépésre történő továbbhaladás feltételekhez kötött. Példa: o 1. lépés: Ha az alkatrész megérkezett: fúrógép bekapcsolása. o 2. lépés: Ha a fúrógép elérte üzemi fordulatszámát – fúrószár süllyesztése. o 3. lépés: Ha elértük a furatmélységet a fúrószár kiemelése. o 4. lépés: Ha a fúrószár elhagyta a munkadarabot a fúrógép leállítása. o Stb…
Az időterv- és a lefutó-vezérlést programvezérlésnek is nevezzük, mert egy előzetesen megtervezett program végrehajtásán alapulnak.
2.3.3. Használt segédenergia szerint ·
·
Pneumatikus vezérlések o Sűrített levegővel üzemel. o Szűrt, por- és nedvességmentes levegő szükséges hozzá. o Könnyű, hajlékony, egyszerű vezetékezés. o Tűz- és robbanásveszélyes helyen is alkalmazható. o Nem szennyezi a környezetet, a hordozó közeg (levegő) szabadon ereszthető. Hidraulikus vezérlések
3
Nagynyomású folyadékkal (többnyire olaj) üzemel. Csak zárt körben alkalmazható. Nagy erők kifejtésére alkalmas. Különleges vezetékezés, és tömítés szükséges. Tűz-és robbanásveszélyes helyen is alkalmazható. Sérülés esetén környezetszennyező. Villamos vezérlések o Villamosenergiával üzemel. o Kis átmérőjű vezetéken viszonylag nagy energia továbbítható. o Könnyen illeszthető villamos jelekhez (hiszen ez a leggyakoribb jelhordozó). o Tűz- és robbanásveszélyes helyen nem vagy csak külön intézkedések mellett használható. Nem szennyezi a környezetét. Vegyes vezérlések pl. villamos-pneumatikus, villamos-hidraulikus, stb… A valóságban a vezérlések egy számottevő része ide tartozik – hiszen gyakran párosítják a villamos segédenergiával működö vezérlőket pneumatikus, hidraulikus beavatkozószervekkel. o o o o o o
·
·
2.4. Villamos vezérlések csoportosítása 2.4.1. Építőelemeik szerint ·
·
Érintkezős vezérlések Mágneskapcsolókat, érintkezőket, egyéb elektromechanikus elemeket tartalmazó vezérlések. Elektronikus vezérlések Mozgó alkatrészeket nem tartalmazó, elektronikus elemekből álló vezérlések.
2.4.2. Változtathatóság módja szerint ·
·
Huzalozott logikájú vezérlések A működést alapvetően az alkatrészek összeköttetései határozzák meg. A működés módosításához az összeköttetéseket kell módosítani ( a gyakorlatban ez gyakran a teljes villamos kapcsolás újratervezésével jár). Programozható vezérlések A vezérlés működése az összeköttetések módosítása nélkül – mindössze a vezérlő program cseréjével megváltoztatható.
2.5. Érintkezős villamos vezérlések felépítése, ábrázolása 2.5.1. Villamos vezérlések építőelemei ·
Érzékelőszervek (szenzorok) Az egyszerű vezérlésekben az érzékelők az érzékelendő fizikai mennyiség valamely határértékének átlépését jelzik kétállapotú (esetleg háromállapotú)
4
kimenő jelekkel. Elnevezésük valamilyen-kapcsoló pl.: o közelítés-kapcsoló o hőmérséklet-kapcsoló o nyomás-kapcsoló o fordulatszám-kapcsoló o folyadékszint-kapcsoló, stb…
Szenzorok csoportosítása:
5
Szenzorok, a tipikus kimeneti jeleik szerint:
Helyzetérzékelők csoportosítása:
6
Mechanikus helyzetkapcsolók:
7
8
Mágnessel működtetett közelítéskapcsoló, Reedrelé:
9
10
Magnetoinduktív közelítéskapcsoló:
11
Induktív közelítéskapcsolók:
12
13
Kapacitív közelítéskapcsolók:
14
Optikai érzékelők:
15
16
17
Ultrahang érzékelők:
18
Elektronikus közelítéskapcsolók jelképes ábrázolása:
19
Pneumatikus közelítéskapcsolók:
20
21
Hőmérsékletmérés: Egy ellenállás huzal hőmérséklet függése az alábbi: R = R T0 + DR = R T 0 + b(T - T0 ) <2.2.> ahol T0 a 0 ºC, T a mért hőmérsékletet, és RT0 a 0 ºC hőmérsékleten mért ellenállást, R a T hőmérsékleten mért ellenállást jelenti. A b W o hőmérséklet koefficiens az ellenállásváltozás C és hőmérsékletváltozás arányát adja meg. Az ellenállásmérés hídkapcsolásban történik. A referencia hőmérsékleten kiegyenlítve a mérőhidat, a hőmérő ellenállásának (RT) változása hatására feszültség mérhető a híd keresztágában. A pontos mérést torzítja a csatlakoztató rézvezetékek R V ellenállásának változásai, ami az előremenő, visszavezető, és tápfeszültség ág eltérő vezetékhosszából és hőmérsékletfüggéséből származik. A mérőkábelek egyenlő hossza szükséges, de nem elégséges. A három vezetékes (hideg vezeték) mérési módszer (2.11. ábra) szünteti meg teljesen ezt a hibát. A 2.11. ábrán az R 2 ; R T0 , és R1 > R 2 .
22
RV
RT
+UT
R1
RV U RV
R2
R2
-UT 2.11. ábra. Fém hőmérő három vezetékes bekötése
Az érzékelő fémhuzalokat szabványosították. A leggyakrabban alkalmazott huzalellenállások az alábbiak: A Pt100-as és Pt1000-es platinahőmérő ellenállása 0 ºC-on 100 Ω, illetve 1000 Ω a b = 0,385 W o . A mérési tartományuk függ a kialakítástól. Üvegcsőbe elhelyezve -200 C +450 ºC, kerámiatestbe ágyazva -200 - +850 ºC. Ezen belül a 0 - +200 ºC tartományban a pontossága 0,01 ºC, és statikus karakterisztikája lineáris. A Pt1000-es előnye a nagyobb érzékenysége, de drágább. A Ni100-as nikkelhőmérő ellenállása 0 ºC-on 100 Ω, b = 0, 614 W o . A mérési C tartománya -60 - +200 ºC. Kevésbé lineáris, mint a Pt100-as. A fémhőmérők tehetetlensége nagy, ezért csak lassan változó hőmérsékletek mérésére alkalmas. Termoelemek A különböző fémek csatlakoztatási pontjában termo-elektromotoros erő (feszültséggenerátor) lép fel. A T1 mért, és a T2 referencia hőmérsékleten elhelyezett Fe-Ko és a Ko-Fe termoelemek egymással szemben vannak kapcsolva. T1
T2
T3
Cu
Ko
Referencia termoelem
Fe
T4
Cu Ko
2.12. ábra Termoelem bekötése
A feszültségmérésben (2.12. ábra.), ha a réz (Cu) és a konstantán (Ko) forrasztási pontjai azonos (T3) hőmérsékleten vannak, akkor a termo feszültségeik kiejtik egymást. A mérés kiértékeléséhez az is szükséges, hogy a T 2 hőmérséklet ismert legyen. A mért feszültség: U = a(T1 - T2 ) <2.3.> A 2.13. ábrán az alábbi termoelemek statikus karakterisztikái láthatók: Fe-Ko: Vas-Konstantán Cu-Ko: Réz-Konstantán. Ni-CrNi: Nikkel-KrómNikkel Pt-RhPt: Platina-RhodiumPlatina A termoelemek statikus karakte risztikái széles hőmérséklettartományban közel lineárisak. A termoelemek osztályozásáról, jelöléséről bővebb információ a 3. mellékletben található.
23
Hőelemek típusai Megnevezés
Összetétel
Betű jel
Fe-CuNi
J
Vas Konstantán
Hőmérséklet tartomány
Hőmérséklet együttható
- 210 − +1200 °C : 0,54
mV + fehér - piros 10 oC k fekete mV + piros - zöld 10 oC k zöld
DIN43710
L
NiCr-NI
K
- 270 − +1370 °C : 0, 41
Pt10Rh-Pt
S
- 50 − +1770 °C
PlatinaRhodium Pt13Rh-Pt - Platina
R
- 50 − +1770 °C
Pt30Rh-Pt
B
- 0 − +1820 °C
Cu-CuNi
T
KrómNikkel Nikkel
Réz Konstantán
KrómNikkel Konstantán
- 270 − +400 °C DIN43710
U
NiCr-GuNi
E
Színkód
: 0, 07
mV 10 oC
+ piros - fehér k fehér
+ piros - szürke k szürke
: 0, 43
mV + kék - piros 10 oC k kék
- 200 − +950 °C - 330 − +1740 °C
Fordulatszám és szöghelyzet érzékelők Az analóg (pl.: tachogenerátor), illetve szinuszos (pl.: szinusz-koszinusz jeladó) jelet szolgáltató fordulatszám és szöghelyzet érzékelőket, a nagyobb pontosságuk, és ma már kisebb árukkal kiszorították a digitális encoderek. A digitális encoder (szöghelyzet-, fordulatszámadó) működésének alapelve, hogy a motor tengelyével együttforgó encoder tengelyre átlátszó tárcsa van rögzítve, amelyen átlátszatlan rovátkák, vagy koncentrikus körök mentén minták vannak. A tárcsa két oldalán egymással szemben optokapcsoló adó és vevő fejei vannak elhelyezve. Ha a motor, és vele az encoder tárcsa a forog, akkor a tárcsa rovátkái, vagy mintái megszaggatják a fénysugarak útját. Így az optokapcsolók kimenetein impulzus sorozat jelenik meg. A rovátkák száma a kör peremén 100 – 2000 közötti. Ez a szögelfordulás felbontása (R). A motorok megengedett fordulatszáma 4000 – 6000 fordulat/perc. Az impulzus sorozat frekvenciája (f) arányos a fordulatszámmal (n). f £ n 60 R <2.4.> Az impulzus sorozat határfrekvenciája (fM) 20 – 40 kHz. Az encodereknek két típusa van. Az inkrementális és az abszolút encoder.
24
Nyúlásmérő bélyeg: n Különböző mechanikai jelenségek mérésére használatos n Működési elv: egy adott huzal ellenállása nyújtás, alakváltoztatás hatására kismértékben változik n Ha ismerjük a huzal paramétereit => akkor a változás mértékéből kiszámítható a mechanikai jelenség (erő, nyomás) nagysága n Huzal ellenállása egyenesen arányos a hosszával, és fordítottan a keresztmetszetével. n Nyújtás hatására huzalhossz Δl-el megnő, a keresztmetszet A*-ra változik, hogy a térfogat állandó maradjon (a hordozó anyag „nyújtja”).
azaz:
ebből:
végül:
A nyúlásmérő bélyegek nyúlási (átalakítási) tényezője:
·
Beavatkozószervek o Mágneskapcsolók (nagyáramú relék) o Villamos gépek (egyéb kiegészítesekkel, lásd szervomotorok témakör) o Mágnesszelepek (elektromágnessel működtethető szelep) o Villanymotoros szelepek
25
A villamos vezérlések mágnesszelepekkel és villanymotoros szelepekkel tudnak kapcsolódni pneumatikus, hidraulikus rendszerekhez. ·
Relék Kis árammal működő behúzótekercsekkel, általában több nyitó és bontó érintkezőpárral, esetleg időzítési lehetőségekkel (késleltetve meghúz, késleltetve elenged) rendelkeznek. A relék alkotják az érintkezős vezérlések „lelkét” – velük valósítják meg a vezérlést irányító logikai kapcsolatokat (lásd: áramútrajz, egyszerű vezérlési példák).
·
Kapcsolók Két vagy többállású billenőkaros kapcsolók, nyomógombok Ezeket leginkább a kezelőn alkalmazzák a kézi beavatkozáshoz, irányításhoz. o Mikrokapcsolók Fő felhasználási területük: helyzet-, végállás-kapcsoló. o
26
·
Kijelzőszervek, mutató- , író-berendezések
2.5.2. Áramútrajz ·
Fogalma Az érintkezős vezérlések leírására alkalmazott, jól bevált, egyszerű, áttekinthető ábrázolási mód. o A vezérlést egyedi, az egyik tápvonaltól a másikig tartó áramágakra bontjuk. o Az ágakat függőlegesen, (lehetőleg) vezetékkereszteződés nélkül rendezzük el. o A készülékeket (pl. érintkezők) nyugalmi állapotukban ábrázoljuk, működtetési irányuk balról-jobbra mutat.
Bár az érintkezős vezérlések használata manapság már ritka a félvezetős eszközök térhódítása miatt - az áramútrajzot egyszerűsége, elterjedtsége miatt modernebb, nem érintkezős vezérlések leírására is használják, pl.: egyes PLC-knek létezik létradiagram programozási "nyelve" is, ahol áramútrajzalakban kell megfogalmazni a vezérlőprogramot.
27
·
Rajzjelei
Megnevezés
Rajzelem
Érintkezők általános jelölése, záró-, bontó- és váltó: Villamos hőrelé érintkezője a működtető ikerfémmel (bimetall):
Végállás-kapcsoló:
Nyomógombos (önvisszaálló) kapcsolók:
Többállású választókapcsoló:
Motor, háromfázisú motor, izzó:
Relé működtetőtekercse (általános): Késleltetve meghúzó, késleltetve elengedő relé tekercse:
28
Hőrelé (fűtő-) működtetőtekercse: táblázat : Áramutas ábrázolás fontosabb rajzjelei ·
Egyszerű vezérlési példák
o
ÉS kapcsolat - érintkezők soros kapcsolása A fogyasztó csak akkor működik - ha az A és a B érintkező is működtetve van.
kép: ÉS kapcsolat o
VAGY kapcsolat - érintkezők párhuzamos kapcsolása A fogyasztó működik - ha az A vagy a B vagy mindkettő érintkező működtetve van.
kép : VAGY kapcsolat o
Bekapcsolás - kapcsolóval és relével működtetett fogyasztó A fogyasztó akkor működik ha az A érintkező működtetve van. Ezt természetesen a K relé nélkül is meg lehet csinálni - de ezzel a megoldással kis áramú A érintkező is kapcsolhat nagy áramú fogyasztót, valamint a galvanikus leválasztás lehetősége is adott.
29
kép : Bekapcsolás o
NEM (tagadás) - nyitó-érintkező, illetve relés megoldás nyitó-érintkezővel Az első változatban a fogyasztó az A érintkező nyugalmi állapotában kap táplálást, A működtetése esetén nem. A második változat essetén - ha az A érintkező működtetve van akkor a K behúzótekercs és a K-1 nyitó-érintkező is működik - és ekkor a fogyasztó éppen nem kap táplálást. Értelemszerűen - ha az A érintkező nincs működtetve a fogyasztó akkor kap táplálást.
kép : Tagadás relé nélkül - és relével o
Öntartás - tárolás Minden komolyabb vezérlésben szükség van "emlékezőképességre" - azaz arra, hogy a vezérlés tudja milyen állapotban van éppen. Az öntartó kapcsolás - valójában egy 1-bites tárolóegység érintkezős-relés megvalósítása. Működése a következő: Alaphelyzetben a K meghúzótekercs nem kap táplálást - ezért egyelőre K-1 és K-2 is nyugalmi - azaz nyitott állapotban vannak, a Q fogyasztó (kimenet) sem kap táplálást. Ha az S nyomógombot (beírás - set) működtetjük, akkor K relé behúz, K-1 zárása folytán a relé most már saját magának biztosít táplálást - ezért S elengedése után is behúzott állapotban marad ( S és K-1 vagy kapcsolatban vannak). A relé csak akkor fog elengedni - ha működtetjük az R (törlés-reset) nyomógombot - hiszen ez tudja megszakítani K táplálását.
30
kép : Öntartó kapcsolás o
Kölcsönös reteszelés Reteszelésnek hívjuk azt az esetet - amikor egy áramkör megakadályozza egy másiknak a működését. Kölcsönös reteszelés esetén két áramkör - két öntartó kapcsolás akadályozzák kölcsönösen a másikat. Bármelyik öntartó kapcsolást bekapcsolhatjuk - de csak akkor ha a másik éppen nincs bekapcsolt állapotban. A kölcsönös reteszelést az öntartó kapcsolások reléivel sorba kötött A-2 és B-2 nyitó érintkezők valósítják meg.
kép : Öntartó kapcsolások kölcsönös reteszelése
·
Szállítószalag vezérlés Ebben a példában egy nagyon egyszerű szállítószalag-vezérlést láthatunk. Ha a futószalag bal felére egy csomagot dobnak - azt el kell juttatni a szalag másik végére és ha a csomag ledobódott - akkor a futószalagot le kell állítani.
31
kép : Szállítószalag Maga az érintkezős vezérlés semmi más, mint a fentebb ismertetett öntartó kapcsolás:
kép : Szállítószalag vezérlése A csomag érkezését érzékeli az É1 érzékelő. Az É1 érzékelő egy öntartó kapcsolás segítségével bekapcsolja a szállítószalagot hajtó motort. o A szállítószalag végén a csomag elhagyja a szalagot, ezt az É2 érzékelő érzékeli. o Az É2 érzékelő működtetett állapota bontja a motort működtető áramkört. o o
2.6. Programozható Logikai Vezérlők (PLC) 2.6.1. Fogalma PLC : Programmable Logic Controller – magyarul: Programozható Logikai Vezérlő Vezérlési célokra kialakított, ipari körülményeket elviselő, megfelelő illesztésű be- és kimenetekkel rendelkező mikroszámítógép.
2.6.2. Felépítés Belső felépítés A legtöbb PLC-t tekinthetjük egy egykártyás mikroszámítógépnek is, belső, vázlatos felépítésük a következő:
32
kép : PLC belső felépítése · ·
·
· · · · ·
·
·
órajel : A CPU és esetleg más egységek órajelét állítja elő. CPU : Központi Feldolgozó Egység, processzor. Ez lehet valamilyen mikrovezérlő vagy akár személyi számítógépekben is alkalmazott processzor. belső sín : Ezen keresztül érintkezik a CPU a többi egységgel (esetleg egyes egységek a CPU nélkül egymással). Vonalainak szokásos csoportosítása: cím-sín, adat-sín, vezérlő-sín rendszer programtár : ebben található gyakorlatilag a PLC "operációs rendszere" felhasználói programtár : az irányítási feladatot ellátó, megírt, lefordított és letöltött program(ok) taláható(ak) benne adattár : a vezérlés közben ideiglenesen használandó adatok (változók) tárolására szolgál kezelőszervek : a legtöbb PLC-n található néhány kezelőszerv: egy-két nyomógomb, digitális forgatógomb, LED-ek, egyszerűbb kijelzők, stb... kapcsolat-illesztő : a programletöltéshez, kézi programozó vagy egyéb külső egységek (billentyűzetek, képernyők,...) csatlakoztatásához, valamilyen ipari hálózathoz történő csatlakozáshoz általában egy-két illesztőfelület áll rendelkezésre, például: o aszinkron soros csatoló (RS232, RS422, RS485) o CAN-busz,MOD-busz, PROFI-busz, FIELD-busz o USB (Universal Serial Bus) o ETHERNET (UTP, STP kábelen) tápegység : a belső tápfeszültség a digitális technikában manapság gyakran alkalmazott 5V, 3.3V (, 2.7V, 1.8V) egyenfeszültség - melyet a PLC külső tápfeszültségéből állítanak elő. A külső tápfeszültség leggyakrabban 24V-, ezt a tápegységet nem szokták a PLC-kbe beépíteni. bemenet / kimenet : Az irányított folyamat érzékelőinek kimeneti jelei és beavatkozószerveinek vezérlő bemenetei csatlakoznak ide. Összetettebb feladatoknál, egyszerű PLC-k alkalmazása esetén gyakran az együttműködő PLC-k is a szokványos be- és kimeneteik összeköttetése révén adnak hírt egymásnak. 33
Az egyszerűbb PLC-k csak digitális (azaz kétállapotú jelekkel működő) be- és kimenetekkel rendelkeznek. Komolyabb PLC-k analóg be- és kimenetekkel is szoktak rendelkezni)
Külső kialakítás A PLC-vel irányítandó folymat bonyolultsága természetesen széles skálán mozoghat. Kis feladatokhoz célszerű egyszerű, kevés be- és kimenettel rendelkező PLC-t használni. Nagyobb összetettebb irányítási feladatok nagytudású, sok és egyben többfajta be- és kimenettel rendelkező PLC-t kívánnak. Utóbbi esetben szinte mindig van igény a bővíthetőségre is, ezért a legtöbb gyártó két kialakítással készít PLC-t: ·
Kompakt ("kis-csomag") Ezek a PLC-k nem bővíthetők, olyat kell választani belőlük - mely a felmerülő igényeket biztosan el tudja látni.
kép : Kompakt PLC Moduláris ( fiókos - fiókrendszerű) Fiókrendszerű PLC-k esetében külön házban alakítják ki a tápegységet, a központi vezérlőt, a kommunikációs egységet, a be- és kimeneti egységeket (ezeken belül is gyakran külön a digitális és az analóg egységeket). A feladat megoldásához szükséges egységek közös sínre fűzhetők. Az irányítási feladat bonyolultságával együtt a rendszer is tovább bővíthető - új egységek csatlakoztatásával. ·
34
kép : Fiókrendszerű PLC
2.6.3. Illesztések A PLC belső áramkörei és a be-kimeneti pontok között illesztő áramköröket találhatunk. Ezek gyakran több feladatot is ellátnak egyszerre: · · ·
Szintillesztést végeznek a belső logikai szintek és az irányításban alkalmazott (legtöbbször 24V , 48V , 230V~) egyen- és váltakozófeszültségek között. Védelmet biztosítanak a bejövő zavarokkal, nagyfeszültségű impulzusokkal, rövidzárral szemben. Galvanikusan elválasztják a PLC és a hozzá csatlakozó berendezések áramköreit.
Illesztésekben használt áramköri elemek ·
·
Tranzisztor Tranzisztorokkal önmagában csak feszültségszint-illesztést és áramerősítést tudunk megoldani. Gyakran használják őket a többi felsorolt elemmel együtt. A bemeneti és a kimeneti oldalon egyaránt előfordulnak. Dióda A bemeneti oldalon fordított bekötés elleni védelemhez és feszültségkorlátozó megoldásokhoz használják. A kimeneti oldalon feszültségtüskék energiájának elnyeléséhez alkalmazzák őket. Nagyfeszültségű impulzusok gyakran keletkeznek kisfeszültségű áramkörökben is induktív fogyasztók kikapcsolásakor.
·
·
·
RC-tagok Nagyfrekvenciás zavaró hatások kiszűrésére használják - túlnyomó részt a bemeneti oldalon. Transzformátor Feszültségszint-illesztést és galvanikus leválasztást valósítanak meg vele a bemeneti oldalon (csak váltakozó jelekhez). Optocsatoló Az optocsatolókban világítódiódával előállított, szigetelőanyagon áthaladó és a túloldalon fototranzisztorral felfogott fény továbbít hírt. Többnyire a bemeneti oldalon használják (néha nagyfeszültségű kimeneteknél is) galvanikus leválasztás céljára. 35
·
Relé A kisméretű mágneskapcsolók - azaz a relék két feladatot is elláthatnak: áramerősítés és galvanikus leválasztás. Egyszerű, kompakt PLC-kben gyakran találkozhatunk apró relékkel megvalósított kimeneti áramkörökkel.
2.6.4. Alapvető utasítások Rengeteg PLC-típus létezik - mégis, röviden összefoglalhatjuk azokat az utasításokat, melyek szinte minden PLC-ben rendelkezésre állnak a vezérlőprogram elkészítése során: · ·
· · · ·
Bemenetek olvasása A bemenetek, kimenetek és belső változók között logikai kapcsolatok létrehozása (legalább ÉS, VAGY, NEM) Logikai műveletek eredményének belső tárhelyre vagy kimenetre írása Feltételes végrehajtás: HA feltétel AKKOR utasítás Időzítők beállítása, indítása, lekérdezése Számlálók léptetése, törlése, lekérdezése
2.6.5. Programvégrehajtás Magától értetődően a legegszerűbb végrehajtási mód - szinte minden programozási környezetben - a soros (szekvenciális) végrehajtás. Ekkor a felsorolt utasítások sorban, egymás után hajtódnak végre. A PLC-k többségében ezen felül találkozhatunk egy másfajta végrehajtási móddal is: a körkörös (ciklikus) végrehajtással. Mivel a legtöbb vezérlés olyan, hogy a PLC-nek állandóan figyelnie, csinálnia kell valamit - ezért a PLC az elkészített vezérlőprogramot - vagy annak egy részét - állandóan újra és újra, körkörösen végrehajtja. Ha ezt elég gyorsan teszi - akkor olyan hatást érhetünk el, mint ha a benne szereplő utasítások szinte folyamatosan, egyszerre fejtenék ki hatásukat. Azt az időtartamot - mely időközönként a program futása újrakezdődik ciklusidőnek nevezzük. Ez jellemzően 0.001-0.1s közötti időtartam szokott lenni PLC-től és feladattól függően. A vezérlési feladatok egy részénél fontos követelmény lehet, hogy a vezérlőprogram az összes bemenet állapotáról egyszerre kapjon információt és a kimeneteket is csak egyszerre, egyidejüleg (szinkronizálva) tudja megváltoztatni. A körkörös végrehajtásban egy-egy apró időszeletet foglal el a kimenetek közös olvasása és kiírása, valamint a PLC önelleőrző tesztjének végrehajtása. Egyes esetekben - hogy a ciklusidő állandó, kiszámítható legyen - a körkörös végrehajtásba üresjáratot (holtidőt) is iktathatnak.
36
kép : körkörös végrehajtás ábrázolása
2.6.6. Programozás Eszközök Másfél-kettő évtizeddel ezelőtt - amikor még a hordozható számítógépek nem voltak ilyen elterjedtek és áruk is jóval magasabb volt - ipari körülmények között a PLC programozását hordozható, kézi programozóval végezték. Természetesen ekkor is lehetett a programozást személyi számítógéppel végezni, de vagy a (nagyon drága) számítógépet kellett a letöltés idejére a PLC közelébe vinni vagy a PLC-t kellett kiszerelni a környezetéből és azt vinni a PC közelébe.
kép : kézi programozó Mára sokat változott a helyzet. A hordozható PC-ket bátran viszik ipari környezetbe is - viszonylag alacsony áruk miatt. A PLC-k számottevő része manapság már ETHERNET hálózati csatolóval is rendelkezik - így helyi hálózat esetén más helységből, épületből is történhet a programozása. Gyakran előfordul, hogy a PLC önálló internet-kiszolgálóként is működik - ekkor akár a világ bármely részéről elérhetjük, honlapján keresztül állapotát megfigyelhetjük, utasításokat adhatunk számára, FTP kapcsolaton keresztül pedig módosíthatjuk a vezérlőprogramot is. Egyre több PLC rendelkezik memóriakártya-olvasóval is. Az elterjedt és olcsó kártyákkal gyorsan és biztonságosan szállíthatjuk a vezérlőprogramot a programfejlesztő PC és a PLC-k között. Programnyelvek
37
·
·
·
Utasításlista : szokványos megoldás a programozási ismeretekkel rendelkező felhasználók részére. A programot szöveges alakban megadott utasítások sorozatából állítjuk össze. Logikai függvények (kapuk) : összetettebb logkai függvények megadása esetén hasznosak lehetnek azok a programozási környezetek - ahol látszólag egy digitális kapcsolási rajz elkészítésével lehet a vezérlőprogramot létrehozni. Létradiagram : A PLC-k térhódításával egyre kevesebb szükség van az érintkezős vezérlések használatára. Sok olyan (főként idősebb) szakember létezik - akik érintkezős-relés vezérlések építésében szereztek gyakorlatot. A PLC-gyártók elsősorban az ő szaktudásukhoz igazítva hozták létre a létradiagram-elvű programozási környezeteket. A vezérlő-program helyett egy relés-érintkezős tervet kell készíteni az áramútrajzhoz hasonló külalakban.
kép : létradiagram programozási példa
2.6.7. Alkalmazás célszerűségi határa Az érintkezős-relés vezérlések ára a feladat bonyolultságával egyenletesen növekszik, majdnem nulláról indul. A kompakt vezérlők ára természetesen állandó azonban nem lehet velük tetszőlegsen bonyolult feladatot megoldani. A fiókrendszerű PLC-k ára még egyszerű kiépítés esetén is magasabb, mint az egyszerűbb kompakt vezérlőké - hiszen a bővíthetőség lehetősége is növeli az árat. A fiókrendszerű PLC szinte bármilyen összetett feladat ellátására alkalmas - sőt, komolyabb feladatok esetén ez a legolcsóbb megoldás.
38
kép : relés vezérlés és PLC-k ár-bonyolultság függvénye
39
