Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Pohonné systémy s integrovaným PLC
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

Pohonné systémy s integrovaným PLC

Pohon je, vedle PC, nejdůležitějším automatizačním prvkem budoucnosti. Především u malých strojů a strojových modulů může pohon převzít i úlohy řízení. Použitím programování pohonů pomocí PLC-programovacích jazyků podle IEC 1131 je výrobcům strojů umožněno řešit úlohy pohonů a řízení důvěrně známými prostředky.

Podle těchto požadavků byl vyvinut pohonný systém 9300 Servo PLC, který se vyznačuje vysokou dynamikou řízení motorů a který má do jednoho systému integrován PLC, programovatelný podle standardu IEC 1131-3.
Vyvinutím pohonného systému s integrovaným PLC 9300 firmou Lenze byl vytvořen nový "milník" v technice pohonů, neboť doposud byly stroje sestavovány převážně z opětovně použitelných strojových modulů, které prováděly celkový proces svými uzavřenými dílčími funkcemi. Pro takový decentralizovaný koncept stavby strojů jsou potřebné inteligentní automatizační systémy, které vyřeší úlohy řízení na místě vzniku, tj. v samotných strojových modulech. Na místech, kde byly doposud pro řízení nasazovány menší PLC, vykonává dnes tuto práci sám regulátor pohonu.
Pro uživatele přinášejí inteligentní pohonné systémy řadu výhod. Je to především sjednocení strukturovaného programování řídicí a pohonné techniky v systému podle IEC 1131-3. Uživatel získá nástroj vývoje pro software PLC a nastavování parametrů pohonů, přístup ke všem technickým veličinám pohonů při provozu bez sběrnicového systému (BUS) využitím PLC. Další výhodou je úspora vlastních komponentů PLC a v neposlední řadě podpora ze strany jediného dodavatele systému pro řízení i pohony.

Hranice decentralizace

Mnohostrannými požadavky a nároky uživatelů jsou vytyčeny hranice decentralizace. Ty závisejí jednak na obsluze programu, jež je pro každého výrobce specifická, jednak na nevyhovující flexibilitě takových systémů. Požadované zvyšování flexibility "normované" obsluhy nemohou již dnešní inteligentní regulátory pohonů splnit, protože jejich celková funkčnost je pevně zakotvena v systému a není možné její další rozšiřování.
U většiny inteligentních decentralizovaných systémů je k dispozici omezený počet přípojných míst pro funkční jednotky. Uživatel využívá sice zřídka všech funkčních jednotek současně, ale velmi často nejsou určité funkce v potřebném počtu k dispozici. Když uživatel např. potřebuje v zapojení o jednu logickou funkci AND více, než systém umožňuje, je dosaženo právě hranice využitelnosti systému. Přístup ve formě volného programování není přitom uživateli většinou umožněn. Také způsob nastavování parametrů nebo konfigurace inteligentních ovladačových systémů je ve většině případů strukturován vlastním způsobem, i když se opírá o normu.

PLC a řízení motoru v jednom zařízení

Oba systémy, tj. PLC a regulátor pohonu, mohou být pojímány jednak odděleně, jednak mohou být obě jednotky vzájemně spojeny takovým způsobem, že fungují jako komplexní systém. Logické oddělení obou systémů pro uživatele znamená, že může být použito rozdělení úkolů stejně jako u stávajících koncepcí řízení, u nichž jsou PLC a regulátor pohonu prostorově odděleny. Integrace obou komponentů dovoluje na druhé straně programátorovi průběžný přístup k celkovému pohonnému systému pomocí programu PLC, takže se plně využije známých předností PLC a regulátorů pohonů v jednom systému.
Přes rozhraní jsou vzájemně vyměňována data mezi programem PLC a řízením pohonu, a tak jsou např. přímo zjišťovány jmenovité a skutečné hodnoty pro regulační obvod motoru. Je-li např. v programu PLC potřebné porovnání proudu motoru s prahovou hodnotou, může být signál proudu načten přes interní rozhraní a dále zpracován. V porovnání s dosavadními koncepcemi (s prostorovým oddělením PLC a regulátoru pohonu a s komunikací přes sběrnici) odpadají při použití 9300 Servo PLC valnou měrou náklady na jejich propojení. Výměna dat mezi oběma systémy je podstatně rychlejší a jednodušší.

Přehled struktury

Celkovou funkci systému pohonu 9300 Servo PLC je možné rozdělit do tří hlavních částí.
Provozní systém regulátoru pohonu
Sem náleží všechny softwarové moduly, které umožňují funkci regulátoru pohonu jako takového - funkce pro nastavování parametrů prostřednictvím kódovaných míst, budiče pro komunikaci pomocí sběrnice, jako je InterBus-S, Profibus-DP, systémová sběrnice (CAN), jakož i software pro regulaci motoru. Obsahuje také provozní systém pro část PLC.
Technologické funkce
To jsou PLC programy, které vznikají propojením "funkčních bloků" Lenze - funkčních jednotek, které byly vyvinuty speciálně pro účely techniky pohonů. Tím je možné vytvořit jednoduchým způsobem funkce pohonu, jako je úhlově synchronní běh motorů, řízení pozice apod.
PLC podle IEC 1131-3
Integrovaný PLC podle IEC 1131-3 je plně volně programovatelný a slouží k řízení pohonného systému a k decentralizovanému řízení periferie stroje. Zde uživatel nachází všechny funkce známé z PLC, jako jsou čítače, časovače, matematické funkce a stejně tak i všechny složky normovaného jazyka IEC 1131-3. S integrovaným PLC je systém jako celek velmi flexibilní a snadné je i jeho programování. Regulátor pohonu 9300 Servo PLC nemá k dispozici pouze funkce podobné PLC, ale je integrován "opravdový" PLC. To ovšem znamená, že druh a způsob programování, jakož i samotné programovací jazyky jsou definovány normou IEC 1131-3. Uživatel se tak nemusí učit žádné jazyky, používané speciálně různými výrobci.

Rozšiřující komponenty

<div>Rozšíření I/O přes systémovou sběrnici
Má-li být stroj řízen PLC, je důležitou a rozhodující veličinou počet zpracovávaných signálů vstupu/výstupu (I/O). U dosavadních malých PLC je zpracováváno 8 až 256 digitálních, částečně také analogových signálů vstupu/výstupu (I/O).
V systému 9300 Servo PLC je integrováno pět digitálních a dva analogové I/O s decentralizovanými I/O rozšiřujícími moduly, jež umožňují rozšíření až na 64 digitálních vstupů a 64 digitálních výstupů na jeden regulátor pohonu. Tyto rozšiřující jednotky jsou určeny k montáži na lišty s kloboučky a komunikují přes systémovou sběrnici (CANopen) s regulátorem pohonu. Pro zvláštní rozšíření systému jsou k dispozici také ruční ovládací jednotky, obslužné jednotky (MMI) a spínače BCD.
Připojení sběrnice k nadřízené rovině
Komunikace s nadřazenými systémy nadřízené roviny (pracovní stanice PC, řídicí počítač, vysoce výkonný PLC) se děje paralelně se systémovou sběrnicí (CANopen). Zde je možné připojení na Profibus-DP, InterBus-S, CANopen, DeviceNet nebo RS232/485/LWL. Při uvádění do provozu nebo pro "diagnózu z místa" je možné použít zásuvnou zobrazovací a obslužnou jednotku LCD.
Přenos programu a diagnóza on-line přes CAN
Přenos PLC-uživatelského programu z PC k regulátoru pohonu se děje přes systémovou sběrnici (CANopen). Tímto komunikačním kanálem se děje i dálkové nastavování parametrů pohonného systému, provádí se diagnostika a optimalizace "z místa". K tomuto účelu je PC vybaven zásuvným modulem pro systémovou sběrnici, který se zasouvá do zásuvky pro tiskárnu. Tím se počítač "stává schopným komunikace CAN" a může komunikovat s každým CAN-účastníkem připojeným na sběrnici. Pokud je PC vybaven rozhraním TCP/IP, je možná komfortní dálková diagnóza regulátoru pohonu v modulu stroje.

Programování podle IEC 1131-3

Velmi rozšířený problém a tím také důležitý požadavek při výrobě strojů se dotýká strukturování a vytváření softwaru pro řízení. Protože je řídicí software výraznou částí výrobního know-how, skrývá se právě v tvorbě softwaru významný potenciál pro vytváření hodnot. Proto je nutné software vytvářet jednotným způsobem pomocí jednoduchých a přitom velmi účinných nástrojů. Tvorba a obsluha programů, jakož i jejich dokumentace, ať již pro řízení, tak také pro decentralizované ovladače a regulátory pohonu, by měly být provedeny stejným způsobem a měly by být jednotné. Programátor se musí při programování regulátoru pohonu nebo PLC snadno orientovat ve známém prostředí. Vezmeme-li v úvahu dosavadní koncepce řízení s centrálním PLC a rozdělenými ovladači nebo regulátory pohonů, musí uživatel nutně ovládat značný počet drobných vývojových nástrojů.
Požadavky na vývoj softwaru pro řídicí systémy orientované do budoucna vedou k mezinárodní normě IEC 1131-3. Tato norma (která se t. č. prosazuje jako standard v automatizační technice) definuje následující prvky tvorby softwaru:
* strukturování softwaru pomocí rozličných druhů úkolů, programově-organizačních jednotek (POE), funkčních stavebních celků (FB) a funkcí (FUN);
* použití a tvorba dat pomocí různých typů dat a pomocí lokálních a globálních proměnných, přezkušování typů, úschovy dat;
* jazyky pro tvorbu programů jako "Seznam příkazů" (AWL - syntaxe podobná assembleru), "Kontaktní plán" (KOP - jako schéma), "Jazyk funkčních bloků" (FBS s bloky regulační techniky), "Strukturovaný text" (ST - spisovný jazyk PASCAL) nebo "Sekvenční blokové schéma" (AS - programové řetězce);
* knihovny pro opětovné použití softwarových modulů. Sem náleží:
- standardní knihovna: standardní části IEC 1131-3 (čítače, časovače, logické obvody), matematické funkce, operátory pro změnu typů;
- knihovna výrobce: specifické funkční celky výrobce, určené speciálně pro pohonnou techniku. Přídavně jsou nabízeny technologické funkce z katalogu předloh, jako je úhlově synchronní pohyb apod.;
- knihovna uživatele: zde si může uživatel uchovávat vlastní softwarové moduly (ochrana know-how). Samostatně vytvořený software je do knihovny zařazen jako funkční modul.
Těžištěm normy IEC 1131-3 je definice struktury softwaru - obzvláště ukládání dat a rozložení do modulů. Pod pojmem rozklad na moduly se rozumí přiřazení a rozdělení celkového řídicího softwaru do jednotlivých samostatně uzavřených částí. Předností tohoto uspořádání je logické funkční rozdělení a tím vznikající možnost opětovného využití softwaru. Rozklad na moduly přispívá významně k provozní bezpečnosti řídicího softwaru a tím i k provozní bezpečnosti strojového modulu.

Jednoduché programování

Uživateli jsou nabízeny kompletně připravené technologické funkce ve formě programů v "Rozšiřujícím jazyku funkčních bloků" (CFC). Tento další vývoj Jazyka funkčních bloků (FBS) systému IEC 1131-3 dovoluje volné grafické programování a tvorbu bezpočtu funkčních plánů bez použití sítě FBS. Technologické funkce nabízejí kompletní řešení nejrůznějších případů od jednoduchých regulací otáček až po komplexní řízení průběhů. Uživatel si může tyto programy vybrat z katalogu předloh, převést je do regulátoru pohonu a tak vyřešit standardní úlohy pohonné techniky bez velkých nároků na programování. Standardní programy mohou být uživatelem rozšiřovány a přizpůsobovány specifickým požadavkům. Právě vznikající řešení mohou být přebírána importní funkcí SETP5/STEP7.
Pomocí směsi všech pěti jazyků v jediném projektu může kromě toho programátor vybrat pro každou úlohu nejvhodnější jazyk. Vývojové prostředí obsahuje nespočet přímých (on-line) funkcí pro monitorování a odlaďování. Vizualizace a simulace off-line usnadňují předběžné testování a obsluhu.

Použití u šnekového dávkovače

Praktický příklad využití systému 9300 Servo PLC představuje šnekový dávkovač jako soběstačný strojový modul plnicího zařízení. Regulátor pohonu 9300 Servo PLC pracuje ve spojení se standardním servopohonem 9300. Obě zařízení jsou vzájemně propojena systémovou sběrnicí (CANopen), na niž je přídavně připojeno obslužné zařízení.
Standardní servopohon pohání transportní pás, který se musí při naplnění zásobníku posunout sem a tam právě o polovinu šířky zásobníku, aby se tuhý materiál, kterým se zásobník plní, mohl v zásobníku rozprostřít po vrstvách. Všechny signály od periferií stroje (senzory stavu naplnění zásobníku, senzor viskozity, váhy, řízení plnicího ventilu) jsou načteny a posléze řízeny regulátorem pohonu 9300 Servo PLC. Odtud se též odvozuje, v závislosti na viskozitě materiálu, velikost rychlosti posuvu transportního pásu.
Pomocí obslužného zařízení je možné nastavit strojový modul do různých režimů (čištění, různé velikosti zásobníků). V PLC-softwaru 9300 Servo PLC jsou jednotlivé pracovní kroky stroje realizovány pomocí různých úloh.

Další články

Automatizace, regulace
Elektrotechnika a regulace
Převody/pohony/ložiska/spojky

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: