Milan R. Ristanovi
INDUSTRIJSKA AUTOMATIKA SKRIPTA
Univerzitet u Beogradu • Maxinski fakultet • Katedra za automatsko upravljanje Beograd, 2016
Sadraj 1
2
3
Xta je to industrijska automatika?
1
1.1
Definicija industrijske automatike . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.2
Uloga sistema automatskog upravljanja u industriji
. . . . . . . . . .
1
1.3
Arhitektura sistema industrijske automatike . . . . . . . . . . . . . .
3
1.3.1
3
Piramida industrijske automatike . . . . . . . . . . . . . . . . .
Elektriqno upravljanje
4
2.1
Komponente elektriqnog kontaktnog upravljanja . . . . . . . . . . . . . .
4
2.1.1
Tasteri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
2.1.2
Beskontaktni blizinski prekidaqi . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
2.1.3
Kontaktori i releji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
2.1.4
Vremenski releji
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
2.1.5
Prekidaqi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
2.1.6
Impulsni releji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
2.1.7
Obrtno rele
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
2.1.8
Solid-State releji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
2.1.9
Sklopke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
2.1.10 Zaxtitni ureaji diferencijalne struje (FI sklopke) . . . . .
14
2.1.11 Vazduxni prekidaqi sa elektronskim iskljuqivanjem . . . . . .
16
2.1.12 Sigurnosno iskljuqenje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
2.1.13 Poskakivanje kontakata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
2.1.14 Prenaponi iskljuqivanja i elektriqno pranjenje . . . . . . . .
18
2.2
Izvod grafiqkih simbola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
2.3
IP klase zaxtite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
2.4
Prikazivanje elektriqnog kontaktnog upravljanja . . . . . . . . . . . . .
22
2.5
Osnovne sprege kod elektriqnog kontaktnog upravljanja . . . . . . . . .
24
2.6
Upravljanje trofaznih asinhronih motora . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
2.6.1
Zvezda-trougao startovanje motora . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
2.6.2
Promena smera obrtanja vratila motora
. . . . . . . . . . . . .
32
2.6.3
Upravljanje brzine obrtanja vratila motora . . . . . . . . . . .
33
Pneumatsko upravljanje
34
3.1
Izvoenje pneumatskih instalacija . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36
3.2
Sistem za sabijanje i pripremu vazduha . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
ii
SADRAJ
3.3
3.4
3.5
3.6 4
3.2.1
Kompresori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
3.2.2
Rezervoari za vazduh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
3.2.3
Suxaqi vazduha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
3.2.4
Razvod komprimovanog vazduha . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38
3.2.5
Priprema vazduha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
39
Pneumatski cilindri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40
3.3.1
Cilindri jednostranog dejstva . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40
3.3.2
Cilindri dvostranog dejstva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
3.3.3
Posebna izvoenja cilindara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
42
Ventili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
43
3.4.1
Prikazivanje ventila . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
43
3.4.2
Razvodni ventili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
43
3.4.3
Ventili za upravljanje protoka . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
49
3.4.4
Zaustavni ventili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
50
3.4.5
Crtanje dijagrama povezivanja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
53
3.4.6
Primeri pneumatskog upravljanja . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55
Elektropneumatsko upravljanje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
60
3.5.1
Kolo za samodranje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
62
3.5.2
Sekvencijalno upravljanje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
63
Zadaci za vebanje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
65
Programabilni kontroleri
72
4.1
Osnovne karakteristike programabilnih kontrolera . . . . . . . . . .
72
4.1.1
Struktura i funkcija centralne procesorske jedinice . . . . .
77
4.1.2
Ulazne jedinice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
79
4.1.3
Izlazne jedinice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
80
4.2
Programiranje
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
81
4.2.1
Programski jezici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
81
4.2.2
Pisanje programa
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
82
4.2.3
Cikliqno izvrxavanje korisniqkog programa . . . . . . . . . . .
86
4.2.4
Osnovne funkcije
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
89
4.2.5
Status bitovi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
95
4.2.6
Tajmeri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
97
4.2.7
Brojaqi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.2.8
Sekvencijalno upravljanje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.3
Upravljanje u realnom vremenu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.4
Nadzor i upravljanje procesa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Literatura
118
Spisak slika 1.1
Piramida industrijske automatike.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
2.1
Prekidaqi.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
2.2
Taster. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
2.3
Mikroprekidaq. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
2.4
Beskontaktni blizinski prekidaq.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
2.5
Kontaktor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
2.6
Simbol kontaktora sa glavnim i pomonim kontaktima. . . . . . . . . .
7
2.7
Rele. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
2.8
Rele sa kontaktima u zaxtitnom gasu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
2.9
Vremensko rele. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
2.10 Ruqno aktivirani prekidaq. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
2.11 Grebenasti prekidaq sa 4 poloaja u 3 ravni. . . . . . . . . . . . . . .
10
2.12 Impulsno rele sa dva poloaja prekljuqivanja. . . . . . . . . . . . . . .
10
2.13 Obrtno rele. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
2.14 Solid-state rele koje upravlja motor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
2.15 Kolo solid-state releja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
2.16 Sklopka. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
2.17 Izvedba i povezivanje FI sklopke na trofazni naizmeniqni napon. . .
15
2.18 Vazduxni prekidaq. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
2.19 Prekidaq NUNO-STOP jedne numeriqki upravljane maxine. . . . .
17
2.20 Poskakivanje kontakata. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
2.21 Ograniqavanje prenapona iskljuqivanja sa elementima za pranjenje. .
18
2.22 Grafiqki simboli prema IEC, ANSI, BS, DIN. . . . . . . . . . . . . . . .
19
2.23 Grafiqki simboli prema IEC, ANSI, BS, DIN. . . . . . . . . . . . . . . .
20
2.24 Xema delovanja u meuspregnutom prikazu upravljanja nekog motora. .
22
2.25 Xema delovanja u razdvojenom prikazu upravljanja nekog motora. . . .
23
2.26 Xematski prikaz povezivanja upravljanja motora. . . . . . . . . . . . .
23
2.27 I-logiqka funkcija. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
2.28 ILI-logiqka funkcija. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
2.29 I-logiqka funkcija sa NE-logiqkom funkcijom. . . . . . . . . . . . . .
26
2.30 Sprezanje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
2.31 Quvanje kolom za samodranje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27
2.32 Quvanje kolom za samodranje sa vixe tastera. . . . . . . . . . . . . . .
28
2.33 Zavisnost struje i obrtnog momenta od broja obrtaja.
29
. . . . . . . . .
iv
SPISAK SLIKA 2.34 Zvezda veza i trougao veza. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30
2.35 Xema startovanja zvezda-trougao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
2.36 Upravljanje promene smera sa kontaktorima. . . . . . . . . . . . . . . . .
32
2.37 Asinhroni motor sa izmenljivim polovima (2 razdvojena namotaja). .
33
3.1
Strukturni dijagram pneumatskog upravljanja. . . . . . . . . . . . . . .
34
3.2
Pneumatsko upravljanje sa postrojenjem za sabijanje i pripremu vazduha i pripremnom grupom. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36
3.3
Nomogram za dimenzionisanje razvoda komprimovanog vazduha. . . . . .
38
3.4
Polaganje cevnog razvoda komprimovanog vazduha. . . . . . . . . . . . .
38
3.5
Pripremna grupa.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
39
3.6
Cilindar jednostranog dejstva. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40
3.7
Cilindar dvostranog dejstva sa prolaznom klipnjaqom i nepodexljivim priguxenjem na kraju hoda. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
3.8
Posebna izvoenja cilindara. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
42
3.9
Ventili sa diskretnim poloajima ukljuqivanja. . . . . . . . . . . . . .
43
3.10 2/2-razvodni ventil (sa kuglicom). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
44
3.11 Upravljanje cilindra jednostranog dejstva. . . . . . . . . . . . . . . . .
44
3.12 Upravljanje cilindra dvostranog dejstva. . . . . . . . . . . . . . . . . .
45
3.13 3-poloajni razvodni ventili. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45
3.14 Ukljuqivanje ventila sa sedixtem.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46
3.15 3/2-razvodni ventil sa predupravljanjem. . . . . . . . . . . . . . . . . .
46
3.16 Indirektno upravljanje (daljinsko upravljanje). . . . . . . . . . . . . . .
47
3.17 Ventili sa otvorima. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
3.18 Impulsno upravljanje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
48
3.19 Upravljanje brzine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
49
3.20 Nepovratni ventil.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
50
3.21 Brzoispusni ventil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
50
3.22 Naizmeniqno nepovratni ventil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51
3.23 Upravljanje cilindra sa 4 poloaja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51
3.24 Ventil dvostrukog pritiska. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
52
3.25 Upravljanje zabravljivanja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
52
3.26 Crtanje dijagrama povezivanja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
53
3.27 Situacioni plan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
53
3.28 Oznaqavanje komponenti. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
54
3.29 Upravljanje hoda ureaja za savijanje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55
3.30 Sekvencijalno upravljanje ureaja za savijanje sa iskljuqivanjem signala. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
56
3.31 Koraqno upravljanje ureaja za savijanje (sa logiqkim simbolima). . .
57
3.32 Modul koraqnog upravljanja 0Z2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
58
3.33 Koraqno upravljanje (sa logiqkim simbolima). . . . . . . . . . . . . . .
59
3.34 Koraqno upravljanje (sa pneumatskim simbolima). . . . . . . . . . . . .
59
3.35 Elektropneumatsko upravljanje (xematski prikaz). . . . . . . . . . . . .
60
3.36 Xema delovanja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
60
v
SPISAK SLIKA 3.37 Direktno upravljanje cilindra. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
61
3.38 Indirektno upravljanje cilindra. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
61
3.39 Kolo za samodranje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
62
3.40 Situacioni plan i dijagram stanja ureaja za vertikalno dodavanje. .
63
3.41 Pneumatski dijagram ureaja za vertikalno dodavanje. . . . . . . . . .
64
3.42 Xema delovanja ureaja za vertikalno dodavanje. . . . . . . . . . . . .
64
3.43 Zaxtitna mrea. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
65
3.44 Turbina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
65
3.45 Rezervoar za prikupljanje teqnosti. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
66
3.46 Ureaj za sortiranje paketa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
67
3.47 Automat za utiskivanje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
68
3.48 Postrojenje za pranje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
69
3.49 Kada za pranje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
70
3.50 Ulaz u garau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
71
4.1
Nivoi upravljaqkog sistema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
73
4.2
Kompaktni PLC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
73
4.3
Umreavanje programabilnih kontrolera. . . . . . . . . . . . . . . . . .
74
4.4
Industrijski PC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
75
4.5
Modularni programabilni kontroler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
75
4.6
Prednji izgled jednog programabilnog kontrolera.
. . . . . . . . . . .
76
4.7
Unutraxnja struktura programabilnog kontrolera. . . . . . . . . . . .
77
4.8
Dijagram ulaza. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
79
4.9
Dijagram izlaza. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
80
4.10 Hijerarhija objekata u projektu.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
82
4.11 Veza izmeu apsolutnog i simboliqkog adresiranja. . . . . . . . . . . .
83
4.12 Tabela simbola. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83
4.13 Struktuiranje programa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
84
4.14 Izvrxavanje korisniqkog programa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
86
4.15 Elementarni tipovi podataka. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
88
4.16 Struktura bajta, reqi i duple reqi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
88
4.17 Identitet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
89
4.18 I-funkcija. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
89
4.19 ILI-funkcija. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
90
4.20 Negacija. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
90
4.21 Interna promenljiva. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
91
4.22 SR-memorisanje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
91
4.23 RS-memorisanje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
92
4.24 Pozitivna i negativna ivica signala. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93
4.25 Obrada pozitivne (uzlazne) ivice signala. . . . . . . . . . . . . . . . .
93
4.26 Obrada negativne (uzlazne) ivice signala. . . . . . . . . . . . . . . . .
94
4.27 Operacije obrada ivice signala. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
94
4.28 Standardni funkcijski blok tajmera. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
97
vi
SPISAK SLIKA 4.29 Vremenska karakteristika ponaxanja tajmera pulsa. . . . . . . . . . . .
98
4.30 Vremenska karakteristika ponaxanja tajmera po ukljuqenju. . . . . . .
99
4.31 Vremenska karakteristika ponaxanja tajmera po iskljuqenju. . . . . . . 100 4.32 Standardni funkcijski blok brojaqa navixe. . . . . . . . . . . . . . . . 102 4.33 Standardni funkcijski blok brojaqa nanie. . . . . . . . . . . . . . . . 102 4.34 Standardni funkcijski blok brojaqa navixe/nanie. . . . . . . . . . . 103 4.35 Struktura korisniqkog programa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 4.36 Struktura jednog koraka. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 4.37 Postrojenje za mexanje boje.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.38 Sekvencijalni tok programa prema IEC 61131-3. . . . . . . . . . . . . . . 107 4.39 Xema delovanja ureaja za mexanje boje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 4.40 Programski blok Reimi rada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 4.41 Programski blok Sekvencijalni lanac. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 4.42 Programski blok Izdavanje naredbi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 4.43 Programski blok Signalizacija. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 4.44 Digitalni sistem upravljanja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 4.45 Ureaji za vizuelizaciju. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Poglavlje 1
Xta je to industrijska automatika? 1.1
Definicija industrijske automatike
Etimologija pojma industrijska automatika se sastoji iz dva dela. U najxirem smislu te reqi, pojam industrija - nije nixta drugo nego sistematske ekonomske aktivnosti usmerene na proizvodnju, usluge ili trgovinu. S druge strane pojam automatika je izveden od grqkih reqi “Auto” (samostalno) i “Matos” (kretanje). Dakle, pod pojmom “automat” moemo da smatramo da je to sredstvo koje se samostalno kree. Odavde je mogue dati sledeu definiciju: industrijska automatika je skup tehnologija sa ciljem rada industrijskih maxina i sistema bez znaqajne intervencije qoveka i postizanja performansi koje su znatno superiornije u odnosu na ruqno upravljanje. Dakle, primenom tehnologija industrijske automatike spreqava se monotonost rada, grexke usled zamora radne snage i ostvaruje se stalnost kvaliteta. Osim toga, mogue je obraditi veu koliqinu informacija koja prevazilazi kapacitete qoveka kao operatora.
1.2
Uloga sistema automatskog upravljanja u industriji
Da bi se od neke sirovine ili polufabrikata napravio gotov industrijski proizvod potrebno je nekoliko stvari: energija, radna snaga, infrastruktura i proces proizvodnje. Pomenuta je proizvodnja, koja predstavlja sistematske ekonomske aktivnosti sa ciljem ostvarivanja profita. Profit moe da se definixe sledeom jednostavnom relacijom: (Cena/kom. - Troxkovi/kom.) x Obim proizvodnje = Profit Analizom prethodne jednaqine dolazi se do zakljuqka da se smanjenjem troxkova podie profit. Sliqno, poveanjem obima proizvodnje, pri uslovu da je robu mogue prodati, takoe raste profit. Konaqno, profit je mogue poveati rastom cene pri zadranom obimu proizvodnje. U strukturu cene troxkova po jedinici proizvoda ulaze materijal, energija, radna snaga i infrastruktura. Automatika moe da redukuje troxkove materijala,
Poglavlje 1. Xta je to industrijska automatika?
2
optimizovanjem utroxka materijala. Programiranjem maxina da troxe samo onoliko energije koliko je u tom trenutku neophodno, redukuju se troxkovi. Zamenom ljudskog rada, automatskim maxinama, smanjuje se troxak radne snage. Automatizovanjem proizvodnje se proizvodi mnogo vixe jedinica proizvoda, tako da se troxak infrastrukture deli sa ukupnim brojem komada. Na obim proizvodnje utiqu: • vreme proizvodnje, • vreme manipulacije materijala, • vreme zastoja, • vreme za kontrolu kvaliteta. Automatizovanjem procesa proizvodnje, redukuju se mnogi parametri i smanjuje se vreme proizvodnje. Upotrebom automatizovane opreme za manipulaciju materijala izmeu maxina u proizvodnom procesu, redukuje se ovo vreme. Automatizovanjem procesa, ostvaruje se visoko koordinisani rad maxina i postrojenja i postie se maksimalna iskorixenost opreme. Konaqno, automatizovanim postupkom kontrole kvaliteta, kontrolixe se svaki proizvod i izbegava se statistiqka kontrola odreene serije proizvoda. Elementarna ekonomija uqi da jediniqna cena proizvoda zavisi od tranje za datim proizvodom, kao i kvaliteta istih. Redukovanjem troxkova, smanjuje se cena, a samim tim raste i tranja. Ako postoji tranja, a uz to je mogue ostvariti povixeni kvalitet, onda je za dati proizvod mogue podii cenu. Kvalitet proizvoda zavisi od materijala, procesa proizvodnje i upravljanja, xto je u tesnoj vezi sa tehnologijom primenjene automatike. Proces proizvodnje je u tesnoj vezi sa upravljanjem, a korixenjem automatskog upravljanja i sofisticiranih raqunarskih programa prua se mogunost primene naprednih tehnika i algoritama upravljanja, tako da se poveava kvalitet a samim tim i profit. Ekonomija koja se zasniva na navedenom se naziva Economy of Scale - proizvodnja velike koliqine proizvoda upotrebom sofisticirane tehnologije radi poveanja profita. Drugi, moderan koncept ekonomije je Economy of Scope. ivotni ciklus nekog proizvoda danas je veoma dinamiqan. Otpoqinje sa definisanjem koncepcije proizvoda, zatim proizvodnjom, prodajom na trixtu i izumiranjem datog proizvoda prirodnom smru ili pak nastaje novi proizvod koji menja dati proizvod. Dakle, prva faza je faza konceptualnog definisanja i projektovanja novog proizvoda. Nakon toga ide faza instalisanja nove opreme ili prilagoavanja i podexavanja postojee opreme proizvodnji novog proizvoda i otpoqinjanjem same proizvodnje, kao i kontrola kvaliteta proizvoda. Sledei korak je prodaja proizvoda, ali i dobijanje povratnih informacija sa trixta, od korisnika ili korisniqkih servisa. Ove informacije se koriste za kontinuirani razvoj i istraivanje na usavrxavanju proizvoda. Dakle, ivotni vek proizvoda se neprekidno i dramatiqno smanjuje. To znaqi da ivotni ciklus proizvoda mora znatno da se ubrza. Da bi ovo bilo mogue postii, neophodno je da proizvodni sistem moe da se brzo prekonfigurixe, xto je jedino mogue sa visoko automatizovanim sistemima. Industrijska automatika dvadeset prvog veka razvija Economy of Scope.
3
Poglavlje 1. Xta je to industrijska automatika?
1.3
Arhitektura sistema industrijske automatike
1.3.1
Piramida industrijske automatike
Ниво 4 Off-line
Управљање производње
ја ци
ика
ун
Индустријска ауто.
ком
Ниво 0 Embeded h/w, s/w
Аутоматско управљање
ких
Ниво 1 Real-time s/w специјални h/w
Супервизорско управљање
јс ри уст нд
Ниво 2 On-line, Real-time s/w генерални h/w
и тем
Ниво 3 Off-line
Просторна / времанска оса
Предузеће с Си
Индустријска ИТ
Na slici 1.1 je data piramida industrijske automatike. Ona je podeljena u pet nivoa. Najnii nivo, nivo 0 sadri senzore i izvrxne organe, koji su u direktnoj vezi sa procesom, odn. maxinom, i predstavljaju “oqi i ruke” kontrolera. Sledei nivo je nivo automatskog upravljanja. Vixe sistema automatskog upravljanja se vodi iz sledeeg nivoa, supervizorskog upravljanja. Nadzor qitavog proizvodnog sistema kao celine, ukljuqujui proizvodnju, odravanje, sistem kvaliteta, inventar i sl., se vodi iz sledeeg nivoa, upravljanje proizvodnje. Konaqno, na vrhu se nalazi preduzee, koji ne uzima u obzir samo proizvodnju, ve i prodaju, marketing, razvoj novih proizvoda i sl.
Сензори Актуатори
Процес / Машина Slika 1.1. Piramida industrijske automatike. Nije neophodno da svi navedeni nivoi budu potpuno automatizovani. Drugim reqima, nivoi senzora i aktuatora, kao i sistema automatskog upravljanja moraju obavezno da budu automatizovani. Meutim, poqevxi od nivoa supervizorskog upravljanja, javljaju se funkcije koje ne moraju obavezno da budu automatizovane, ve ih obavlja qovek. Na nivou upravljanja proizvodnje, odn. preduzea, gotovo sve operacije se obavljaju od strane qoveka, korixenjem odgovarajuih alata. Idui od podnoja ka vrhu piramide, prostorna i vremenska osa se poveavaju. U ovom kursu se prouqavaju nivoi 0, 1 i 2.
Poglavlje 2
Elektriqno upravljanje Elektriqno upravljanje se sastoji od elektriqnih upravljaqkih ureaja i elektriqno upravljanih izrvxnih organa. Najjednostavniji elektriqni upravljaqki ureaj moe da bude prekidaq, sa npr. elektromotorom, za ukljuqivanje/iskljuqivanje pogona neke maxine alatke. Elektriqnom upravljaqkom sistemu pripadaju jox sigurnosni ureaji (npr.: termostati, ...) ili razni tipovi ureaja za prikazivanje statusa (signalne lampice, ...). Ukoliko se upravljanje izvodi putem okidanja elektriqnih kontakata, radi se o kontaktnom upravljanju, za razliku od beskontaktnog ili elektronskog upravljanja.
2.1
Komponente elektriqnog kontaktnog upravljanja
Najvanije komponente elektriqnog kontaktnog upravljanja su: prekidaqi, konektori, kablovi i razne vrste ureaja za prikazivanje statusa, sl. 2.1. Изборни прекидач
Светлећи тастер
ON/OFF тастер
Главни прекидач
Брегасти прекидач са точкићем
Slika 2.1. Prekidaqi.
2.1.1
Tasteri
Prekidaqi koji reaguju na pritisak, ili krae tasteri, kao npr. dugme za zvono, deluju samo dok traje njihovo aktiviranje. Drugim reqima, oni zahtevaju trajno aktiviranje, tj. imaju samo jedno stabilno stanje (monostabilni). Spajanje ili razdvajanje kontakata se vrxi preko pomerljivog prekidaqkog elementa, koji moe, npr. da se aktivira rukom, sl. 2.2. Razlikuju se dve vrste kontakata, normalno-otvoreni ili radni, skraeno NO
5
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje Прекидачки елемент
Тастер
Повратна опруга
Правац активирања
Контакти
НЗ (мирни)
НО (радни)
Симбол
Slika 2.2. Taster. (NO: normally opened), koji pri aktiviranju tastera zatvaraju strujni krug, odn. normalno-zatvoreni ili mirni, skraeno NZ (NC: normally closed), koji pri aktiviranju tastera prekidaju strujni krug. Tasteri qesto imaju vixe parova kontakata, npr. tri NO ili tri NZ. Taster qesto moe da slui za prikazivanje statusa tako xto aktivira odgovarajuu lampicu koja je ugraena u taster. Prekidaqi sa velikom, crvenom kapom u obliku pequrke na utoj pozadini (gljivasti prekidaqi) se koriste kao NUNO-STOP prekidaqi. Kod ovakvih tastera se uvek koristi NZ kontakt, kako bi se aktiviranjem u sluqaju havarije vrxilo prekidanje strujnih krugova. Graniqnim prekidaqima koji se aktiviraju preko brega se signaliziraju graniqni ili krajnji poloaji razliqitih pokretnih delova maxina. Graniqni prekidaqi se izvode sa oprugom (mikroprekidaqi), kako bi se qak i pri veoma laganim aktiviranjima ostvarilo trenutno uspostavljanje/raskidanje kontakta, sl. 2.3. Подизач Симбол
Покретни прекидачки елемент
Контакти
Slika 2.3. Mikroprekidaq.
6
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
2.1.2
Beskontaktni blizinski prekidaqi
Beskontaktni blizinski (proximity) prekidaqi veoma qesto zamenjuju graniqne prekidaqe, sl. 2.4. Типичне изведбе
Активна површина Активна површина
у PNP техници
Функција затварања Функција отварања
Slika 2.4. Beskontaktni blizinski prekidaq. Izvode se kao: • Induktivni - reaguju prilikom pribliavanja metalnog predmeta. Koriste se kao graniqni prekidaqi. • Kapacitativni - reaguju na vixe vrsta materijala, naroqito na teqnosti. Koriste se kao senzori poplave. • Optoelektronski - reaguju na refleksiju svetla. Radi suzbijanja smetnji, uglavnom se koristi impulsno laserska ili infracrvena svetlost. • Ultrazvuqni - reaguju na bazi vremena eho signala reflektovanog od tela u blizini.
7
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
2.1.3
Kontaktori i releji
Za razliku od tastera, aktiviranje kontaktora se vrxi elektromagnetski. Napajanjem namotaja kontaktora, povlaqi se kotva i zatvaraju se kontakti, sl. 2.5. Kontaktori mogu biti izvedeni da se aktiviraju bilo jednosmernom ili naizmeniqnom strujom. Kontaktori se koriste za snage od 1 kW do 500 kW i slue za ukljuqivanje elektriqnih potroxaqa velikih snaga, pre svega motora, spojnica, koqnica ili elektriqnih grejaqa. Контакти намотаја контактора
Комора за гашење Симбол Котва Покретни прекидачки део Непомични прекидачки део Намотаји контактора
Slika 2.5. Kontaktor. Kod kontaktora treba razlikovati glavne kontakte, koji slue za ukljuqivanje motora i pomone kontakte, koji se koriste za upravljaqke i kontrolne svrhe, sl. 2.6. Kontaktori koji imaju samo pomone kontakte se nazivaju pomoni releji (rastavni releji). Releji kod elektriqnog upravljanja imaju istu ulogu kao pomoni releji, slue kao daljinski upravljan prekidaq. Njihova izvedba, veliqina i prekidna mo se, kao i kod kontaktora, razlikuje.
Главни контакти
Главни контакти: 3НО
Помоћни контакти
Помоћни контакти: 1НЗ, 2НО
Slika 2.6. Simbol kontaktora sa glavnim i pomonim kontaktima.
8
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
Uspostavljanje i prekidanje kontakta se vrxi preko kontaktne opruge (lisnate opruge). Kod ovih releja, kotva koja nalee preko oxtre ivice, biva privuqena magnetnim poljem. Kontaktne opruge bivaju dodirnute malom qivijom. Vreme izmeu trenutka napajanja namotaja releja i uspostavljanja kontakta je izmeu 1 i 10 ms. Ovo vreme je znaqajno manje nego kod kontaktora, ali je s tim u vezi i prekidna mo od nekoliko mW do reda veliqine 1 kW. Releji poznati kao print releji, su pripremljeni za lemljenje na xtampane ploqe i qesto se koriste u elektronskim ureajima. Прикључне папучице
Контактне опруге НЗ
Симбол
НО
Намотај
Котва
Slika 2.7. Rele. Releji sa kontaktima u zaxtitnom gasu imaju naroqito dug ivotni vek. Kontakti su utopljeni u staklenu cevqicu, unutar koje je vakuum ili je pak napunjena plemenitim gasom. Okolo staklene cevqice se nalazi magnetni namotaj. Dok kroz namotaj protiqe elektriqna struja, kontakti bivaju namagnetisani, meusobno se privlaqe qime prave kontakt, sl. 2.8. Нормално отворено
Стаклена цев
Контактне опруге
Наизменично
Намотај
Slika 2.8. Rele sa kontaktima u zaxtitnom gasu.
9
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
2.1.4
Vremenski releji
Vremenski releji se koriste kada je potrebno napraviti vremensku zadrxku izmeu ukljuqivanja releja i preklapanja kontakata, odn. iskljuqivanja releja i raskidanja kontakta. Releji sa ovom osobinom se nazivaju releji sa zadrxkom po ukljuqenju i releji sa zadrxkom po iskljuqenju. Vremena zadrxke mogu da se podexavaju od nekoliko milisekundi, preko vixe sekundi, minuta i qasova. Vremenska zadrxka se postie punjenjem, odn. pranjenjem kondenzatora. Elektronski vremenski releji imaju generator takta, a podexavanje vremena se vrxi jednostavno i egzaktno putem cifara.
Симбол Избор секунди, минута, часова Задршка по укључењу Избор вредности
Задршка по искључењу
Slika 2.9. Vremensko rele.
2.1.5
Prekidaqi
Prekidaqi ostaju u jednom poloaju prekljuqivanja u zavisnosti od delovanja. Oni imaju vixe od jednog diskretnog poloaja prekljuqivanja i zahtevaju trenutno (impulsno) aktiviranje. Na slici 2.10 je prikazan ruqni prekidaq sa dva poloaja prekljuqivanja (UKLj/ISKLj).
Непомични прекидачки елемент
Симбол
Покретни прекидачки елемент
Slika 2.10. Ruqno aktivirani prekidaq.
10
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
Na slici 2.11 je dat vixepoloajni izborni prekidaq, koji jednovremeno moe da prekida vixe strujnih krugova. Симбол Управљачка плоча Гребен
Slika 2.11. Grebenasti prekidaq sa 4 poloaja u 3 ravni.
2.1.6
Impulsni releji
Impulsno rele je elektromagnetno aktivirani prekidaq sa dva poloaja prekljuqivanja, sl. 2.12. Kotva se pokree nalevo ili nadesno, u zavisnosti da li je levi ili desni namotaj napojen. Zahvaljujui permanentnom magnetu, kotva ostaje u trenutnom poloaju koji ima nakon prestanka delovanja na namotaj. Изведба Језгро од меког гвожђа Намотај 1
Намотај 2
Симбол
Перманентни магнет
Slika 2.12. Impulsno rele sa dva poloaja prekljuqivanja. Impulsni releji smeju da budu pobuivani jednosmernom strujom. Impulsno rele moe da slui kao jednobitni memorijski element kod sekvencijalnog upravljanja. Prilikom nestanka napajanja, impulsno rele zadrava prethodno zauzet poloaj.
11
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
2.1.7
Obrtno rele
Obrtno rele je elektromagnetno aktivirani prekidaq sa dva ili vixe poloaja prekljuqivanja, sl. 2.13. Prilikom svakog strujnog impulsa, povlaqi se kotva koja zakree nazubljeni toqak. Prilikom svakog impulsa bregasta ploqa uspostavi strujni krug preko kontaktnih opruga (a)). Druga varijanta obrtnog relea (b)) sadri 8 pari kontakata koji se sekvencijalno jedan za drugim ukljuquju pri pojavi impulsa na namotaju. Ovo rele se koristi kod sekvencijalnih automata.
Брегаста плоча Котва
Назубљени точак
Намотај релеа
Контактне опруге
Симбол
Клизни контакт
Контактне опруге
Симбол
Slika 2.13. Obrtno rele.
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
2.1.8
12
Solid-State releji
Poluprovodniqki (solid-state) releji su qisto poluprovodniqki ureaji koji zamenjuju elektromehaniqke releje u mnogim aplikacijama, posebno za ukljuqivanje/iskljuqivanje AC optereenja kao xto su motori ili elektromagneti. Fiziqki se izvode u kuixtu priblino iste veliqine kao i konvencionalni elektromehaniqki releji sa odgovarajuim prikljuqcima kao na slici 2.14. Dva ulazna prikljuqka odgovaraju kontaktima namotaja elektromehaniqkog releja, dok par izlaznih prikljuqaka odgovara normalno-otvorenim kontaktima releja, sl. 2.15. Ulazni upravljaqki napon je obiqno 5 VDC, 24 VDC ili 120-240 VAC. Izlazna struja moe da ide i do 50 A.
Slika 2.14. Solid-state rele koje upravlja motor. Na slici 2.15 je prikazan blok dijagram jednog poluprovodniqkog releja, gde ulazni napon okida svetleu diodu, koja pak deluje na foto tranzistor, koji zatim okida triak. Ovim se obezbeuje galvansko razdvajanje ulaznog od izlaznog stepena, qime se dozvoljava da upravljaqka elektronika ima sopstveno uzemljenje, kao i da se spreqi prolaz kratkotrajnih visokih naponskih skokova u energetskom kolu ka sofisticiranim elektronskim komponentama.
Slika 2.15. Kolo solid-state releja. Poluprovodniqki releji nemaju pokretnih delova, xto teorijski znaqi da se nikada nee pohabati, xto ih qini imunim na udare i vibracije. Osim toga, zbog integrisane elektronike mogu da se upravljaju nisko-naponskim izvorom (kao npr. TTL) bez obzira na izlazni stepen. Osim toga, imaju znatno bri odziv od elektromehaniqkih releja. Meutim, glavni nedostaci poluprovodniqkih releja su: lano okidanje usled elektriqnog xuma; kada god su ukljuqeni, ako izlazna impendansa nije egzaktno 0 Ω, dolazi do malog pada napona i sledstveno do gubitaka unutar releja; kada su iskljuqeni, mogu da imaju latentnu struju curenja; za razliku od konvencionalnih elektromagnetnih releja, ne moe im se predvideti otkaz; imaju ograniqenu konfiguraciju izlaznih kontakata.
13
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
2.1.9
Sklopke
Sklopke se koriste da bi se xtitili elektriqni ureaji ili postrojenja. Kao i kod prethodno pomenutih prekidaqa, sklopka ostaje u poloaju u kom je bila postavljena. Za iskljuqivanje je potrebna znatno manja sila nego za ukljuqivanje, jer se prilikom ukljuqivanja napree povratna opruga, a poloaj prekljuqivanja se postavlja zapinjaqom, sl. 2.16. Iskljuqivanje se vrxi ruqnim pritiskom na taster Isklj. ili automatski. Za automatsko iskljuqivanje se najqexe koriste termiqka zaxtita, elektromagnetna prekostrujna zaxtita i podnaponska zaxtita.
Опруга Искљ Симбол
Повратна опруга коленасте полуге Укљ
Запињача
Коленаста полуга Опруга контакта
Заштитна реза
Прекидачки део Опруга Термичка прекострујна заштита са биметалом (прекострујна заштита) Биметал Симбол Активирање Укључивање није могуће
Магнетна прекострујна заштита (заштита од кратког споја) Електромагнет Искљ. Симбол Ручно искључив.
Slika 2.16. Sklopka.
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
14
Kod termiqke zaxtite, usled poveanog protoka struje, dolazi do pregrevanja bimetala, koji se savija i deluje na zaxtitnu rezu, koja dalje prekida kontakt. Termiqkom zaxtitom se xtite elektromotori od dugotrajnog preoptereenja. Kratkotrajna velika struja, npr. polazna struja asinhronog motora, nema nikakvog uticaja. Termiqka zaxtita se podexava prema nazivnoj struji motora. Elektromagnetni prekostrujni zaxtitni prekidaq slui, pre svega, za brzo iskljuqivanje pri kratkom spoju. Pri oko pet puta veoj struji od nominalne, elektromagnet deluje na zaxtitnu rezu i prekida kontakt. Elektromagnetni podnaponski zaxtitni prekidaq slui za nadzor gubitka napona u elektriqnoj mrei. Pad napona od 30% do 50% uslovljava iskljuqivanje prekidaqa.
2.1.10
Zaxtitni ureaji diferencijalne struje (FI sklopke)
FI sklopka (RCD - Residual Current Device) iskljuquje neki ureaj ili strujni krug ukoliko se deo struje ne vraa dovodnim provodnikom. To je sluqaj, kada se dodirne neki deo koji provodi struju ili kada se usled oxteene izolacije deo struje preko kuixta ili provodnika za uzemljenje odvodi u zemlju. FI sklopka se ponaxa kao veoma osetljiv transformator zbirne struje (sl. 2.16), tj. ona reaguje kada je suma struja razliqita od nule qak i u sluqaju da je ta razlika i nekoliko miliampera. Funkcionalnost FI sklopke se proverava propuxtanjem male struje izvan strujnog transformatora, tasterom T. Razlikuju se tri sluqaja: • Kontakt telom - struja protiqe kroz telo kao posledica nekog nesrenog sluqaja. • Kratak spoj - struja protiqe od jednog ka drugom provodniku, ka provodniku uzemljenja, ili kao posledica Voltinog luka. Ovo moe da se dogodi i jednovremenim dodirom dela tela i uzemljenja ureaja. • Odvod na zemlju - struja otiqe direktno u zemlju ili ka nekom uzemljenom ureaju. U osnovi, svaki kontakt telom je opasan po ivot pri struji veoj od 10 mA. Kontakt telom i kratak spoj mogu da dovedu do poara. Posebno je opasna upotreba elektriqnih ureaja u kupatilu, kada neka osoba, bez izolacije preko odee ili cipela, koristi npr. fen za kosu ili drugi elektriqni aparat. FI sklopkom moraju da se xtite sve utiqnice i elektriqni ureaji: u vlanim sredinama (kupatila, bazeni), na gradilixtima, kampovima, pristanixtima, prostorima za zabavu, laboratorijama i sliqnim prostorima. Pri tom razlika struje na koju sklopka mora da odreaguje mora da bude manja od 30 mA.
15
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
Склопка
Струјни трансформатор Контакт телом
Кратак спој
Slika 2.17. Izvedba i povezivanje FI sklopke na trofazni naizmeniqni napon.
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
2.1.11
16
Vazduxni prekidaqi sa elektronskim iskljuqivanjem
Moderni vazduxni prekidaqi (sl. 2.18) se izvode u elektronskoj tehnici i omoguavaju:
Slika 2.18. Vazduxni prekidaq. • zaxtitu od preoptereenja, • zaxtitu od kratkog spoja, • zaxtitu od odvoda na zemlju, • nadzor nesimetriqnog optereenja, • iskljuqivanje pri padu napona, • praenje temperature (npr. motora). Otuda postoje i vazduxni prekidaqi koji osim funkcije rastavljanja mogu da prikazuju jaqinu struje, napone, trenutne snage, cos ϕ i sl. Moderni vazduxni prekidaqi imaju mogunost komunikacije putem mrenih protokola, npr. RS 485, AS-I Bus, PROFIBUS-DP, MODBUS RTU, PROFINET i sl. Moderni vazduxni prekidaqi u sebi sadre sve oblike zaxtitnih funkcija kao i mogunost oqitavanja aktuelnog stanja.
2.1.12
Sigurnosno iskljuqenje
U sluqaju opasnosti, neko postrojenje ili maxina se mora putem NUNO-STOP prekidaqa ili ureaja, zaustaviti, odn. zadrati u nekom stanju iz koga ne mogu proistei dalje opasnosti. Prekidaq NUNO-STOP je: • crven, • na utoj pozadini, • dobro vidljiv i • lako dostupan (sl. 2.19).
17
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
Slika 2.19. Prekidaq NUNO-STOP jedne numeriqki upravljane maxine.
2.1.13
Poskakivanje kontakata
Prilikom preklapanja kontakata obavezno dolazi do poskakivanja, sl. 2.20, tj. kontakti se kratko vreme otvaraju i zatvaraju. Ova osobina posebno unosi velike smetnje kod elektronskih ureaja, na primer impulsnih brojaqa. Brojaq tada ne broji eljeni broj prekljuqivanja, ve neeljeni broj poskakivanja kontakta. U ovakvim sluqajevima moraju da se koriste elektronski sklopovi koji eliminixu kratkotrajno poskakivanje kontakata.
Поскакивање Укљ.
Искљ.
Slika 2.20. Poskakivanje kontakata.
18
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
2.1.14
Prenaponi iskljuqivanja i elektriqno pranjenje
Prilikom ukljuqivanja/iskljuqivanja namotaja kontaktora ili drugih induktivnih optereenja, javljaju se prenaponi od nekoliko hiljada volti. Usled prenapona nastaje elektriqni luk, koji prouzrokuje elektromagnetne smetnje i dovodi do korozije na kontaktima, pa qak i do slepljivanja kontakata. Ove smetnje moraju da se uklone ugradnjom elemenata za pranjenje, koji se paralelno postavljaju sa induktivnim optereenjem.
Ограничавање пренапона искључења
Пражњење варистором
Индуктивно оптерећење
Пражњење RC-чланом
Додатни елемент за пражњење са диодом Контактор
Пражњење диодом
Slika 2.21. Ograniqavanje prenapona iskljuqivanja sa elementima za pranjenje. Varistor ima u nazivnom opsegu napona veliku otpornost, a u podruqju prenapona malu, qime se postie da za kratko odvodi visoki prenapon. RC-qlan se koristi iskljuqivo kod kontaktora koji se pobuuju naizmeniqnim naponom. Ovaj element priguxuje visokofrekfentne smetnje, npr. igliqaste impulse. Dioda, zapreqno postavljena sa namotajem kontaktora koji se pobuuje jednosmernim naponom, ne propuxta struju kada je namotaj pobuen pozitivnim naponom (A1). Kada se kolo prekine, nastaje skok napona izmeu A1 i A2 (A2 je na pozitivnom potencijalu), a napon se preko diode kratko prazni.
19
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
2.2
Izvod grafiqkih simbola
Симбол
Опис
Симбол
Опис
НО прекидач НО прекидач брзи
Ручно активирање (опште)
НЗ прекидач НЗ прекидач брзи
•Повлачењем
•Притиском
•Закретањем •Киповањем
Наизменичи Наизменични прекидач прекидач без прекида
Педалом Преносивим погоном
Прекидач, без самосталног повратног хода
Ваљчаним погоном Погон силом (опште)
НО прекидач, са временском задршком по укључењу НЗ прекидач, са временском задршком по искључењу Пакет са једним НО конактом, једним контактом са временском задршком по укључењу и једним контактом са временском задршко по искључењу
Погон клипом Склопка са механичким ослобађањем Погон за НУЖНИ-СТОП тастер Активирање преко точкића путем електромагнетне прекострујне заштите путем електромагнетне прекострујне заштите
Прекидач за велике снаге Симбол за неизбежно активирање
Моторни заштитни прекидач (3-полни) са термичким и магнетним прекидањем
Активирање за импулсно реле
Погон силом (опште) Растављач Активирање на присуство Осигурач (општи)
Активирање додиром
Осигурач (3-полни) 10 А, тип D II
Блокада у једном смеру
Утичница (женска)
Утикач (мушки)
Блокада у оба смера
Спојница растављена спојена
Засек, засечено
Slika 2.22. Grafiqki simboli prema IEC, ANSI, BS, DIN.
20
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
Симбол
Опис
Симбол
Опис
Електроматнетни погон намотај релеја, намотај контактора
Поднапонско реле •називно подручје 180 V до 200 V •Повраћај при 130%
Електроматнетни погон намотај релеја са два раздвојена намотаја
Мерно реле за мерење наизменичог напона
Електроматнетни погон, са временском задршком по искључењу Електромагнетни погон, са временском задршком по укључењу
Прекострујно реле са два излаза, делује при 5 пута већој врености од подешене
Струја према телу
Електромагнетни погон, са временском задршком по укључењу и искључењу
Струја према земљи
Електромагнетни погон, импулсног релеја
Струја између неутралних водова Одводник пренапона
Електромагнетни погон реманентног релеја Диода (опште) Корачно реле, импуслно реле
Диода за рад у пробоју - Z диода, Esaki диода
МТК Breakdown диода, сучељене Z -диода Блинкујуће реле, 5 пута у минути Лампе (опште): Светлосни сигнал (опште) RD црвена, BU плава, YE жута, WH бела, GN зелена
Исправљач
Исправљач у мосту
Инвертер
или Ne Xe Na Hg I IN ЕL ARC FL IR UV LED
Неон Ксенон Натријумска Живина Јод Тињалица Луминенца Светлосни лук флуоресцентно Инфрацрвено Ултраљубичасто Светлећа диода
Сирена, труба
Звоно, будилник
Примарна челија, акумулатор
Примарне ћелије, акумулатори Електромеханички погон, у побуђеном положају
Звоно, будилник - Z диода, Esaki диода
Slika 2.23. Grafiqki simboli prema IEC, ANSI, BS, DIN.
21
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
2.3
IP klase zaxtite
Zaxtita kuixta od prodora prljavxtine, vode ili mehaniqkog kontakta je definisana normom IEC529. Stepen zaxtite se obiqno izraava slovima “IP” iza kojih slede dve cifre, npr. IP65, gde te dve cifre definixu stepen zaxtite. Prva cifra se odnosi na stepen zaxtite opreme na prodor stranih tela ili na stepen zaxtite osoblja od elektriqnog udara. Druga cifra pokazuje obim zaxtite na vodu. U tabelama ispod je dat tabelarni prikaz znaqenja prve i druge cifre u oznaci stepena zaxtite. Treba napomenuti da se tekstualni opisi u tabelama nexto razlikuju od onih u standardu, ali su dimenzije taqne. Prva cifra 0 1
Zaxtita od kontakta qoveka Nema posebne zaxtite Zadnjom stranom xake
2
Prstom
3
5
Alatom, icom itd. debljine > 2.5mm Alatom, icom itd. debljine > 1mm Potpuna zaxtita
6
Potpuna zaxtita
4
Zaxtita od stranih tela Nema posebne zaxtite Velika strana tela, preqnik > 50mm Strana tela srednje veliqine, preqnik > 12.5mm Mala strana tela, preqnik > 2.5mm Mala strana tela, preqnik > 1mm Zaxtieno od praxine; praxina ne sme da prodre u obimu koji bi ugrozio funkciju ureaja Potpuna zaxtita od praxine
Tabela 2.1. Zaxtita od qvrstih predmeta. Druga cifra 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Zaxtita od prodora vode Nema posebne zaxtite Vertikalno kapanje vode Kapanje vode pod uglom (do 15◦ od vertikale) Prskanje vodom (u svim pravcima do 60◦ od vertikale) Prskanje vodom u svim pravcima Polivanje vodom iz mlaznice u svim pravcima Polivanje jakim mlazom vode pod visokim pritiskom Privremeno uranjanje Permanentno uranjanje
Tabela 2.2. Zaxtita od prodora vode.
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
2.4
22
Prikazivanje elektriqnog kontaktnog upravljanja
Xeme delovanja elektriqnog upravljanja mogu da budu prikazane na dva naqina. Xema delovanja u meuspregnutom prikazu. Prikazuje veze u celosti, sl. 2.24.
Slika 2.24. Xema delovanja u meuspregnutom prikazu upravljanja nekog motora. Prekidaqem S1 se, preko relea K1 aktivira kontaktor Q1 koji napaja motor M1 sa tri faze L1, L2 i L3. Signalna lampa prekidaqa S1 svetli kada motor nije u pogonu, odn. iskljuquje se kada se motor ukljuqi. Invertovanje signala se vrxi preko NZ kontakta relea K1. Xema delovanja u meuspregnutom prikazu se koristi samo kod veoma jednostavnih upravljanja, jer bi kod sloenih sistema prikaz postao nepregledan.
23
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
Xema delovanja u razdvojenom prikazu. Kod ovakvih xema, svaki ureaj ima svoj uspravan elektriqni vod, sa jedinstvenom brojnom oznakom u rastuem nizu, sl. 2.25. Kontakti releja i kontaktora se u nekom elektriqnom vodu prikazuju samo u zavisnosti od funkcije koju obavljaju. Kontakti pripadajueg pobudnog kalema relea se prikazuju istim velikim slovom, npr.: kontakt K1 pripada kalemu releja K1.
Главно коло
Помоћно коло
Slika 2.25. Xema delovanja u razdvojenom prikazu upravljanja nekog motora. Xematski prikaz povezivanja. Xematski prikaz povezivanja je jednovremeno i xematski prikaz i xema povezivanja, sl. 2.26. Na xemi se vidi kako se ceo ureaj ili grupa ureaja meusobno spaja provodnicima. Takoe je dat broj i popreqni presek vodova u provodniku.
Мотор
Прекидач и сигнална лампа
Slika 2.26. Xematski prikaz povezivanja upravljanja motora.
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
2.5
24
Osnovne sprege kod elektriqnog kontaktnog upravljanja
Kod elektriqnog kontaktnog upravljanja se putem releja ili kontaktora prekidaqki signali prenose, pojaqavaju, umnoavaju, invertuju, kombinuju ili quvaju. Prenos. Putem releja ili kontaktora mogue je prekidaqke signale preneti sa jednog strujnog kruga na drugi, bez njihovog meusobnog elektriqnog sprezanja (sl. 2.25). Taster S1 propuxta bezbedni komandni niski napon 24 V, aktivirajui pobudu releja K1. Kontaktor Q1 na naizmeniqnom radnom naponu 230 V, se napaja preko NO kontakta relea K1, qime se obezbeuje da se ne aktivira direktno prekidaqem S1. Jednosmerni napon L+ i L− i naizmeniqni napon L1 i N su na taj naqin elektriqno razdvojeni. Ovim se umanjuje xtetan uticaj impulsnih smetnji sa naizmeniqnih vodova L1 i N na jednosmerne vodove L+ i L−. Pojaqavanje, umnoavanje, invertovanje. Rele K1 (sl. 2.25) slui za ukljuqivanje niskog elektriqnog optereenja. Meutim, kontakti K1 relea mogu da ukljuquju vixestruko vee optereenje, npr. pobudu kontaktora Q1. Kontaktor Q1 moe pak da ukljuquje jox vee optereenje, npr. motor. Dakle, relejima ili kontaktorima je mogue pojaqati prekidnu mo. Obzirom da veina releja ili kontaktora ima vixe pari kontakta, mogue je prekidati vixe strujnih krugova, ili ih pak umnoavati. Prekidaqem S1 sa slike 2.25 je mogue ukljuqivati neki ureaj, pri qemu signalna lampa P1 svetli dok maxina nije u pogonu, odn. ne svetli pri ukljuqenom motoru. Drugim reqima, NZ kontaktom releja K1 se vrxi invertovanje.
25
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
Binarna logika. Za realizovanje I-logiqke funkcije kontakti se postavljaju redno. Rele K1 biva pobueno samo ako su prekidaqi S1 I S2 aktivirani (sl. 2.27).
Булова функција
Slika 2.27. I-logiqka funkcija. Za realizovanje ILI-logiqke funkcije kontakti se postavljaju paralelno. Rele K3 biva pobueno samo ako su kontakti K1 ILI K2 pobueni (sl. 2.28).
Булова функција
Slika 2.28. ILI-logiqka funkcija.
26
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje NE-logiqka funkcija se realizuje NZ kontaktima (sl. 2.29).
Булова функција
Slika 2.29. I-logiqka funkcija sa NE-logiqkom funkcijom. Qesto postoji potreba za ukljuqivanjem, kada se ukljuquje ili rele K1 ili rele K2, ali nikada oba istovremeno. Na primer, K1 za hod motora nalevo i K2 za hod motora nadesno, tako da su oba releja spregnuta jedan nasuprot drugom, sl. 2.30.
Механичко спрезање
Електрично спрезање
Slika 2.30. Sprezanje. Sprezanje se postie mehaniqki, preko NO kontakta tastera S1 za jedan smer i NZ kontakta za drugi smer. Osim mehaniqkog sprezanja, postoji i elektriqno sprezanje, preko NZ kontakta K2 u strujnom krugu releja K1 i NZ kontakta K1 u strujnom krugu releja K2. Kada je relej K1 pobuen, bezuslovno se prekida tok struje kroz strujni krug releja K2 i obratno.
27
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
Quvanje stanja. Trenutno stanje prekidanja se quva kolom za samodranje. Kolo za samodranje se nalazi u strujnom krugu NO kontakta releja K1, kao jednog para kontakta releja K1. Impulsnim aktiviranjem tastera UKLj S1, pobuuje se relej K1 i zatvara se NO kontakt K1 u paralelnom strujnom krugu tastera S1. Zbog toga relej K1 ostaje pobuen i posle prestanka aktiviranja tastera S1. Samim tim se memorixe impuls aktiviranja tastera S1. Kratkotrajno prekidanje strujnog kruga tasterom ISKLj S2 ili S3, rele K1 ostaje bez napajanja i gubi se quvanje. Taster S2 ispred grane za samodranje bezuslovno iskljuquje relej K1 qak i kada je taster UKLj S1 aktiviran. Aktiviranjem tastera ISKLj S3 u grani za samodranje prekida se samodranje kola. Rele K1 ostaje pobueno, ako je taster UKLj S1 aktiviran. Dakle, kada je taster ISKLj pre grane za samodranje (kao S2 na slici 2.31) prioritet je prekid quvanja. Kada je taster ISKLj u grani za samodranje (kao S3 na slici 2.31) prioritet je quvanje.
Искљ
Укљ
Искљ
Грана за самодржање
Slika 2.31. Quvanje kolom za samodranje.
28
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
Elektriqni ureaji koji se ukljuquju tasterom, a ne prekidaqem, uglavnom koriste kolo za samodranje. Ako je potrebno davati komandu za ukljuqivanje nekog ureaja sa vixe meusobno udaljenih komandnih tabli i/ili iskljuqivati sa vixe komandnih mesta (npr. kroz NUNO-STOP prekidaqe), onda se svi tasteri za ukljuqivanje vezuju u paraleli (NO), a svi tasteri za iskljuqenje redno (NZ), sl. 2.32.
Искљ
Самодржећи контакт
Укљ
Slika 2.32. Quvanje kolom za samodranje sa vixe tastera.
29
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
2.6
Upravljanje trofaznih asinhronih motora
Obrtni moment asinhronog motora nije jednako proporcionalan struji motora. Samo deo aktivne struje doprinosi obrtnom momentu. Maksimalni moment motora Mk je na oko 2/3 sinhrone brzine obrtnog magnetnog polja, sl. 2.33. Najvei obrtni moment se naziva i kipmoment Mk . Ukoliko se motor koji se slobodno vrti optereti momentom optereenja, dolazi do pada broja obrtaja do oko 20%. Ukoliko optereenje pree kipmoment Mk , motor e se preopteretiti i doi e do zaustavljanja. Струја мировања
Кип струја
Кип момент
Струја I Обртни момент M
Називна струја Називни момент
Број обртаја
Slika 2.33. Zavisnost struje i obrtnog momenta od broja obrtaja. Nazivni moment Mn je negde oko 1/3 vrednosti kipmomenta Mk . Nazivni broj obrtaja se nalazi na oko 5% ispod sinhrone brzine motora. Relativno procentualno smanjenje broja obrtaja je poznato kao klizanje, u oznaci s.
30
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
Namotaji statora motora mogu da budu povezani u zvezdu ili trougao (sl. 2.34).
Звезда веза (Y)
Троугао веза (Δ)
Струја I Обртни момент M
Намотаји статора
Број обртаја
Slika 2.34. Zvezda veza i trougao veza. U zvezdi, pri √ trofaznom naizmeniqnom naponu od 400 V, svaki namotaj je pod naponom 400V/ 3 = 230V, dok su u trouglu namotaji na 400V. U trouglu, trofazna asinhrona maxina vuqe 3 puta veu struju nego u zvezdi i isporuquje 3 puta vei moment, odn. tri puta veu snagu.
31
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
2.6.1
Zvezda-trougao startovanje motora
Pri direktnom upuxtanju trofazne asinhrone maxine, polazna struja je 3 do 6 puta vea od nominalne. Zvezda-trougao startovanje se uglavnom izvodi kontaktorima, kao na xemi 2.35. Za zvezda spregu (Y), kontakti motora U1, V1, W1 se preko kontaktora Q1 povezuju na mreu, a tri druga kraja U2, V2 i W2 se kratko spajaju u zvezdixte kontaktorom Q2. Startovanje u zvezdu se vrxi aktiviranjem tastera S1. Istovremeno sa aktiviranjem tastera S1 i kontaktora Q1, aktivira se kontakt za samodranje Q1 i stavlja se pod napon vremensko rele K1. Nakon prepodexenog vremena kaxnjenja, kada se motor zabrzao, K1 ukljuquje, a samim tim Q2 se iskljuquje a Q3 ukljuquje. Kontaktorom Q3 meusobno se spajaju namotaji U1-V2, V1-W2 i W1-U2, qinei trougao (∆).
Главно струјно коло
Помоћно струјно коло
Троугао контактор
Звезда контактор
Реле са врем. кашњењем
Slika 2.35. Xema startovanja zvezda-trougao. Motorni zaxtitni prekidaq F1 sa termiqkom zaxtitom xtiti motor od preoptereenja, a njegov NZ kontakt iskljuquje kontaktore. Zvezda-trougao startovanje smanjuje polaznu struju i polazni moment na treinu.
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
2.6.2
32
Promena smera obrtanja vratila motora
Zamenom dva od tri napojna voda menja se smer obrtnog polja, a samim tim i smer obrtanja vratila motora. Zamena se vrxi upravljanjem promene smera sa kontaktorima, sl. 2.36. Kontaktor Q1 ukljuquje smer obrtanja vratila motora udesno, dok kontaktor Q2 to qini za smer ulevo. Oba kontaktora su naizmeniqno spregnuta preko tastera S2 i S3, kao i NZ kontakta Q1 i Q2. Kada se motor nalazi u stanju mirovanja, aktiviranjem tastera S2, odn. S3, trenutno se ukljuquje smer udesno, odn. ulevo. Kada je motor u radu, aktiviranjem odgovarajueg tastera za suprotstavljeni smer, najpre se preko NZ kontakta raskida strujni krug odgovarajueg grananja. Tek kada se odgovarajui kontaktor iskljuqi, poqinje da deluje strujni krug novog smera obrtanja.
Slika 2.36. Upravljanje promene smera sa kontaktorima.
Poglavlje 2. Elektriqno upravljanje
2.6.3
33
Upravljanje brzine obrtanja vratila motora
Kod asinhronih motora je radni broj obrtaja vratila u najveoj meri odreen obrtnim magnetnim poljem, xto je diktirano uqestanoxu elektriqne mree i brojem pari polova. Kao xto je ranije reqeno, radni broj obrtaja je usled optereenja nekoliko procenata ispod sinhrone brzine. Motori sa izmenljivim polovima mogu da imaju 2 ili 3 para polova statora i samim tim se mogu ukljuqivati na 2 ili 3 brzine. Na slici 2.37 je data xema upravljanja sa dva razdvojena namotaja statora, pri qemu su kontaktori meusobno spregnuti.
Slika 2.37. Asinhroni motor sa izmenljivim polovima (2 razdvojena namotaja).
Poglavlje 3
Pneumatsko upravljanje Pneumatika potiqe od grqke reqi “Pneuma” (vazduh, disanje) i predstavlja tehniqku primenu vazduha pod pritiskom. Pritom se najqexe misli na nadpritisak, mada se koristi i vazduh na podpritisku. Pneumatsko upravljanje se sastoji od upravljaqkog dela i energetskog dela, sl. 3.1.
Slika 3.1. Strukturni dijagram pneumatskog upravljanja. Upravljaqki deo prima i obrauje signale. U energetskom delu se posredstvom upravljaqkih elemenata (ventila) vrxi pojaqavanje signala i upravljanje izvrxnih elemenata (cilindara, motora) uz ostvarivanje odgovarajuih radnih sila i hodova. Podruqje primene pneumatike je kod: • linearnih pogona za doturanje, stezanje, premextanje i izbacivanje; • obrtnih pogona za zavijanje, buxenje ili bruxenje; • oscilatornih pogona za xtemovanje, seqenje, pritiskanje, probijanje ili zakivanje; • mlaznica za sortiranje elemenata i izduvavanje obradaka radi uklanjanja neqistoa i opiljaka; • kod obrade povrxina peskarenjem i farbanja; • kod tehnologije testiranja duine kod mernih ureaja; • kod transporta qvrstih materija u rasutom stanju. Usled kompresibilnosti vazduha, mogunost korixenja pneumatskog upravljanja je ograniqena na niske pritiske.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
35
Najvanije karakteristike pneumatskog upravljanja su: • Komprimovani vazduh se transportuje vodovima i skladixti u rezervoarima. • Mobilni kompresori omoguavaju proizvodnju komprimovanog vazduha nevezano za jedno mesto. • Komprimovani vazduh je gotovo neosetljiv na promenu temperature i moe da se koristi u eksplozivno i poarno opasnim sredinama. • Brzine kretanja klipnjaqa pneumatskih cilindara dostiu 3 m/s. • Kod obrtnih motora je mogue postii brzine do 30 000o/min, a kod malih turbina do 450 000o/min. • Alati i ureaji su optereeni u mirovanju, preoptereeni ili imaju velike polazne momente. • Pneumatski ureaji imaju priliqno malu masu u odnosu na performanse, robusni su i lako se servisiraju. • Potrebna je veoma dobra zaxtita od buke kompresora i izduvnih elemenata. • Gubici na curenje vazduha diu troxkove energije. • Uljne pare u izbacnom vazduhu zagauju okolinu i radno mesto. • Nije mogue ostvariti velike sile na klipu jer je radni pritisak uglavnom ispod 10 bar. • Nije mogue ostvariti male i konstantne brzine klipa, odn. broj obrtaja motora.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
3.1
36
Izvoenje pneumatskih instalacija
Pneumatske instalacije se sastoje od sistema za sabijanje i pripremu vazduha i dela koji se odnosi na upravljanje, sl. 3.2.
Slika 3.2: Pneumatsko upravljanje sa postrojenjem za sabijanje i pripremu vazduha i pripremnom grupom. Kompresor usisava vazduh iz atmosfere i sabija ga. Usled sabijanja, vazduh se greje i zbog toga mora da se obezbedi hlaenje. Eventualni kondenzat vode koji se izdvoji iz vazduha se ispuxta preko odvajaqa kondenzata. Komprimovani vazduh se preko rezervoara i cevne mree transportuje do kola upravljanja. Pre nego xto poqne da se koristi za upravljanje, iz vazduha moraju da se odstrane mehaniqke neqistoe, zatim da se podesi konstantna vrednost pritiska i izvrxi zauljivanje vazduha radi podmazivanja pneumatskih ureaja. U kolu upravljanja se, npr. obradak, stee pneumatskim cilindrom jednosmernog dejstva, a zatim cilindrom dvosmernog dejstva oblikuje savijanjem.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
3.2 3.2.1
37
Sistem za sabijanje i pripremu vazduha Kompresori
Kompresori usisavaju vazduh iz atmosfere i sabijaju ga na eljeni radni pritisak. Usisni filter slui za odstranjivanje praxine i drugih qvrstih tela iz vazduha. U zavisnosti od principa komprimovanja, razlikuju se klipni i turbo kompresori. Klipni kompresori rade na zapreminskom principu, tj. vazduh se usisava u cilindar, biva zarobljen, sabija se i potiskuje u rezervoar vazduha pod pritiskom. Jednostepeni klipni kompresori sa hodom klipa imaju radni pritisak do 10 bar-a i kapacitet do 100 m3 /h . Pri uobiqajenim radnim pritiscima 7...10 bar koriste se dvostepeni klipni kompresori sa meustepenim razmenjivaqem toplote. Membranski kompresori komprimuju vazduh putem prenapregnute membrane. Koriste se za proizvodnju komprimovanog vazduha bez zauljivanja, npr. za primenu u prehrambenoj industriji. Ostvaruju radne pritiske do 10 bar i rade bez odravanja. Druga grupa klipnih kompresora su obrtni klipni kompresori. Njihov rad je bexuman i koriste se za radne pritiske do 7 bar-a, kao dvostepeni sa meustepenim razmenjivaqem toplote. Izvode se kao krilni ili vijqani kompresori. Protoqni ili turbokompresori usisavaju vazduh putem lopatica ili propelera, ubrzavajui i sabijajui ga. Izvode se kao aksijalni ili radijalni turbokompresori i koriste se za velike protoke.
3.2.2
Rezervoari za vazduh
Iza kompresora se po pravilu postavljaju rezervoari za vazduh koji imaju ulogu: • da uskladixte odreenu koliqinu vazduha pod pritiskom i ublae oscilacije pritiska koje nastaju usled konaqnog broja klipova maxine; • da preko zidova rezervoara obezbede razmenu toplote i ohlade komprimovani vazduh; • da ukoliko se pree linija zasienja vlanog vazduha, zadre kondenzat vode i kapljica ulja. Rezervoari su obiqno cilindriqnog oblika sa zaobljenim bazama. Na najnioj taqki rezervoara se postavlja slavina za ispuxtanje kondenzata. Ispuxtanje kondenzata moe da bude i automatsko.
3.2.3
Suxaqi vazduha
U samom rezervoaru se kondenzuje odreena koliqina vlage, ali uprkos tome na njegovom izlazu vazduh jox uvek moe da zadri znatnu koliqinu. Prisustvo vlage je opasno za ispravan rad pnumatskih kola upravljanja i zbog toga vazduh mora da se suxi. Postoje tri osnovna tipa suxenja: • suxenje hlaenjem, • adsorpcijom i • absorpcijom.
38
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
3.2.4
Razvod komprimovanog vazduha
Komprimovani vazduh se cevnim vodovima razvodi od rezervoara ka potroxaqima. Cevi se prave od razliqitog materijala, uglavnom od vuqenih qeliqnih, bakarnih i PVC cevi. Glavni razvodni vod se po pravilu izvodi kao prstenasti vod, sl. 3.4. Pad pritiska u cevima, sabirnicima i armaturama, pri uobiqajenom radnom pritisku od oko 8 bar-a, ne sme da pree 0,1 bar. Izbor preqnika cevi glavnog razvoda se odreuje iz nomograma na sl. 3.3. Nazivna mera cevnog razvoda se odreuje na osnovu potrebne koliqine vazduha, otpora u vodovima i armaturi, radnog pritiska i dozvoljenog pada pritiska u instalaciji. Дужина вода у m
Пример: задато: Радни притисак: Количина ваздуха:
7 bar 10 m3/min
Количина ваздуа у m3/min
Попречни пресек вода у mm и инчима
Одређује 1 и 2
Дужина вода:
200 m
Одређује 3 дозвољени пад притиска:
0,1 bar
Одређује 4 потребно: пречник цеви у mm Решење 5 Попречни пресек:
Пад притиска у цевном разводу у bar-има
70 mm
Радни притисак у bar-има
Slika 3.3. Nomogram za dimenzionisanje razvoda komprimovanog vazduha.
Пад 1%
од компресора
Одвајање ваздуха Пад 1%
Пад 1%
Одвајач кондензата Зауљивач Припремна група
Slika 3.4. Polaganje cevnog razvoda komprimovanog vazduha.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
3.2.5
39
Priprema vazduha
Qestice re koje nastaju unutar cevnih vodova mogu da dospeju do kola upravljanja i izazovu zastoje. Zbog toga se mora vrxiti filtriranje komprimovanog vazduha. Osim toga, radni pritisak prema potroxaqima mora da bude regulisan, a kada se to zahteva, vazduh mora i da se zaulji. Pripremna grupa se sastoji od filtera vazduha, regulatora pritiska vazuha i zauljivaqa, sl. 3.5.
Slika 3.5. Pripremna grupa. Vazduh ulazi u filter vazduha sa boqne strane i kree da krui. Usled dejstva centrifugalne sile, qestice neqistoe kao opiljci od re, kapljice vode ili ulja, bivaju ubrzane ka zidu posude i pregradnoj ploqi. Ventilom za ispuxtanje na dnu posude prikupljene neqistoe se ispuxtaju. Na uloxku filtra se zaustavljaju preostale qestice veliqine poroznosti filtra. Zamenljivi uloak se pravi kao sito od bronze, mesinga ili qelika za povixene uslove rada, odn. od sinterovanog metala, sinterovanih sintetiqkih materijala ili keramike. Zadatak regulatora pritiska je da obezbedi da se potroxaqi uvek snabdevaju konstantnim pritiskom. Zauljivaq vazduha ubacuje u vazduh sredstvo za podmazivanje. Zauljivaq radi na Venturijevom principu, dakle usled smanjene protoqne povrxine, poveava se brzina strujanja vazduha, a samim tim dolazi do pojave podpritiska. Ovaj podpritisak usisava ulje iz lonqeta kroz vertikalnu kapilarnu cevqicu, natapajui vazduh kap po kap. Odgovarajuom priguxnicom podexava se doziranje kapljica u struju vazduha.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
3.3
40
Pneumatski cilindri
Pneumatski cilindri pretvaraju pneumatsku energiju u mehaniqku energiju. Dele se na cilindre jednostranog i dvostranog dejstva. Mehaniqka energija se koristi za ostvarivanje pravolinijskog kretanja za premextanje, podizanje, dopremanje radnih alata i obradaka, ili za postizanje sile zatezanja ili pritiska.
3.3.1
Cilindri jednostranog dejstva
Cilindri jednostranog dejstva (sl. 3.6) se pokreu usled pritiska vazduha, tj. dolazi do izvlaqenja klipnjaqe. Povratni hod se obezbeuje silom opruge. Hod izvlaqenja klipnjaqe je ograniqen spoljaxnjom silom, duinom cilindra ili distantnim qaurama. Povratna opruga ograniqava hod klipnjaqe na oko 100 mm.
Slika 3.6. Cilindar jednostranog dejstva.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
3.3.2
41
Cilindri dvostranog dejstva
Kod cilindara dvostranog dejstva obe strane klipa su aktivne. Mogue je ostvariti radne hodove u oba smera. Nasuprot cilindrima jednostranog dejstva, zbog nepostojanja povratne opruge, cilindri dvostranog dejstva imaju znatno due radne hodove, do 2 m. Osim toga, mogue je podexavati brzinu hoda klipnjaqe u oba smera. Hod klipnjaqe je uglavnom ograniqen zaustavljanjem klipa u cilindru. Oxteenja usled udara klipa u krajnje poloaje, koja nastaju usled velikih masa ili brzina, mogu da se eliminixu nepodexljivim odbojnicima, sl. 3.7. Usled dvostrukog uleixtenja klipnjaqe, cilindri dvostranog dejstva mogu da podnesu znatno vee boqne sile.
Slika 3.7: Cilindar dvostranog dejstva sa prolaznom klipnjaqom i nepodexljivim priguxenjem na kraju hoda.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
3.3.3
42
Posebna izvoenja cilindara
Cilindar sa vixe poloaja se dobija qeonim sastavljanjem dva cilindra dvostranog dejstva. Pri jednakim hodovima oba cilindra, mogue je napraviti 3, odn. pri razliqitim hodovima 4 krajnja poloaja. Tandem cilindar se koristi kada je potrebno ostvariti veliku silu pri malom nazivnom preqniku klipa. Saqinjen je od dva cilindra postavljena jedan za drugim, qije su klipnjaqe spojene, tako da se sumiraju aktivne sile na klipovima. Cilindar za beskontaktni dodir na klipu imaju jedan permanentni magnet, preko qijeg se magnetnog polja aktivira beskontaktni graniqni prekidaq. Na cilindrima se mogu priqvrstiti jedan ili vixe beskontaktnih prekidaqa, kojima se mogu kontrolisati krajnji poloaji ili meupoloaji cilindara.
Slika 3.8. Posebna izvoenja cilindara.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
3.4 3.4.1
43
Ventili Prikazivanje ventila
Ventili sa vixe diskretnih poloaja ukljuqivanja se prikazuju sa meusobno oslonjenim blokovima (poljima), pri qemu broj polja odreuje mogui broj ukljuqivanja, sl. 3.9.
Slika 3.9. Ventili sa diskretnim poloajima ukljuqivanja.
3.4.2
Razvodni ventili
Razvodni ventili (razvodnici) su elementi za upravljanje ili regulisanje radnog medijuma komprimovanog vazduha. Oni upravljaju start, stop, pravac i regulixu pritisak i koliqinu komprimovanog vazduha. Oznaqavaju se saglasno njihovoj funkciji. Ventili se kratko oznaqavaju prema broju prikljuqaka i broju poloaja ukljuqivanja: npr. razvodni ventil sa 3 prikljuqka i 2 poloaja ukljuqivanja je 3/2razvodni ventil (reqima: tri-kroz-dva-razvodni-ventil).
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
44
Podela razvodnih ventila prema funkciji 2/2-razvodni ventil se koristi kao prolazni ventil, slavina ili odzraqniimpulsni davaq, sl. 3.10.
Slika 3.10. 2/2-razvodni ventil (sa kuglicom). 3/2-razvodni ventili se koriste za upravljanje cilindara jednostranog dejstva ili kao impulsni davaq, sl. 3.11. Ovaj ventil moe da u svom radnom poloaju vrxi napajanje, a u mirnom da vrxi odzraqivanje. Ako je ventil due u mirnom stanju nego u aktiviranom, onda se ventil tako koristi sa blokiranim nultim poloajem. Obratno, ako je ventil u mirnom stanju krae nego u aktiviranom, onda se ventil koristi sa optoqnim nultim poloajem.
Slika 3.11. Upravljanje cilindra jednostranog dejstva.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
45
Za upravljanje cilindara dvostranog dejstva se koriste 4/2 i 5/2-razvodni ventili, sl. 3.12. 5/2-razvodni ventili imaju pri bilo kom radnom poloaju otvor za odzraqivanje.
Slika 3.12. Upravljanje cilindra dvostranog dejstva. 4/3, odn. 5/3-razvodnim ventilima je mogue unutraxnjost cilindara dvostranog dejstva drati ili pod pritiskom ili na atmosferskom pritisku, sl. 3.13. Ventili tada zauzimaju ili blokirajui mirni poloaj ili plivajui mirni poloaj. U plivajuem mirnom poloaju je rukom mogue pomeriti klipnjaqu cilindra.
Slika 3.13. 3-poloajni razvodni ventili.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
46
Podela razvodnih ventila prema konstrukciji Prema konstruktivnom principu razvodni ventili se dele na ventile sa sedixtem i ventile sa otvorima. Ventili sa sedixtem imaju zatvaraq u vidu kuglice, konusa, ploqice ili tanjiria. Ventil sa tanjirastim sedixtem, u varijanti 3/2razvodnika, radi sa preklopom, tj. za vreme trajanja hoda ukljuqivanja, otvor za oduxak ostaje zatvoren, pre nego xto se oslobodi otvor za napajanje, sl. 3.14. Ventili sa sedixtem su neosetljivi na neqistoe. Izvode se sa svim vrstama aktiviranja. Povratni hod je uglavnom putem opruge.
Slika 3.14. Ukljuqivanje ventila sa sedixtem. Hod aktiviranja ventila sa sedixtem je mali, ali su sile pri veim nazivnim merama velike. Zbog toga se izvode kao predupravljani ventili, bilo elektromagnetno ili pneumatski, sl. 3.15.
Slika 3.15. 3/2-razvodni ventil sa predupravljanjem.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
47
Kod indirektnog upravljanja (daljinskog upravljanja) jasno se razlikuju signalni od upravljaqkih elemenata, sl. 3.16.
Slika 3.16. Indirektno upravljanje (daljinsko upravljanje). Razvodni ventili sa otvorima ostvaruju veze usled aksijalnog pomeranja upravljaqkog klipa, sl. 3.17. Hodovi ukljuqivanja kod razvodnih ventila sa otvorima su veliki, ali su sile aktiviranja male.
Slika 3.17. Ventili sa otvorima.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
48
Impulsni ventili (bistabilni) su ventili sa otvorima, koji se obostrano aktiviraju usled pritiska. Kada je impulsni ventil aktiviran, on ostaje u tom poloaju ukljuqivanja, dok se ne pojavi suprotan impuls, koji menja poloaj ukljuqivanja. Ovi ventili quvaju stanje ukljuqivanja. Kod impulsnog upravljanja je mogue aktivirati upravljaqki element klipnjaqom cilindra. Na slici 3.18 je prikazano kako izvlaqenje klipnjaqe daje signal za povratni hod. Impulsnim upravljanjem mogu da se meusobno spreu kretanja vixe cilindara. Kod vremenskog upravljanja, impulsnim aktiviranjem signalnog elementa S1, daje se upravljaqki signal upravljaqkom elementu 1V1 i dolazi do izvlaqenja klipnjaqe, sl. 3.18. Istovremeno, upravljaqki signal deluje na priguxno-nepovratni ventil, kojim se odreuje punjenje zapremine ventila sa vremenskim kaxnjenjem. Ovaj ventil upravlja impulsni ventil za drugi poloaj ukljuqivanja, a klipnjaqa cilindra se uvlaqi (upravljanje bez krajnjeg poloaja).
Slika 3.18. Impulsno upravljanje.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
3.4.3
49
Ventili za upravljanje protoka
Podexavanjem popreqnog preseka protoqne povrxine kod ventila za upravljanje protoka, podexava se zapreminski protok radnog fluida, tj. brzina klipnjaqe cilindra ili broj obrtaja motora. Podexavanje brzine cilindara Priguxenje napajanja, tj. upravljanje koliqine vazduha kojom se napaja izvrxni element, slui za upravljanje brzine cilindara jednostranog dejstva, odn. motora sa jednim smerom obrtanja, sl. 3.19. Priguxenje oduxka, tj. upravljanje koliqine vazduha koja se ispuxta iz izvrxnog elementa, slui za upravljanje brzine cilindara dvostranog dejstva, odn. motora sa jednim smerom obrtanja, sl. 3.19. Kod razvodnih ventila sa 5 prikljuqaka, priguxenje oduxka se vrxi ugradnjom podexljivih priguxnica u otvore za oduxak na samom cilindru.
Slika 3.19. Upravljanje brzine.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
3.4.4
50
Zaustavni ventili
Zaustavni ventili spreqavaju protok radnog fluida u jednom smeru i dopuxtaju slobodan protok u suprotnom smeru. U ovu grupu ventila spadaju nepovratni ventili, brzoispusni ventili, naizmeniqni nepovratni ventili i ventil dvostrukog pritiska. Nepovratni ventil ima zaustavni element u vidu kuglice, konusa, ploqice ili tanjiria, sl. 3.20. Zaustavljanje je mogue samo usled sile pritiska ili potporne opruge.
Slika 3.20. Nepovratni ventil. Brzoispusni ventil brzim odzraqivanjem poveava brzinu klipnjaqe cilindara.
Slika 3.21. Brzoispusni ventil.
51
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
Naizmeniqno nepovratni ventil ima dva upravljaqka prikljuqka i jedan radni prikljuqak. Ovaj ventil spaja upravljaqki prikljuqak koji je pod pritiskom sa radnim prikljuqkom. Slui za realizovanje logiqke funkcije ILI.
Slika 3.22. Naizmeniqno nepovratni ventil. Naizmeniqno nepovratnim ventilom, npr. moe da se upravlja cilindar sa 4 poloaja preko 4 signalna elementa, sl. 3.23. Положаји
Однос ходова 1:2 Извршни елемент
Крајњи управљачки елемент Управљачки елемент
Сигнални елемент
Сигнал. елем. за положај
Slika 3.23. Upravljanje cilindra sa 4 poloaja.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
52
Ventil dvostrukog pritiska ima dva upravljaqka prikljuqka i jedan izlaz. Protok se uspostavlja samo kada su prisutni pritisci na oba upravljaqka signala, sl. 3.24. Ovaj element slui za realizovanje logiqke funkcije I.
Slika 3.24. Ventil dvostrukog pritiska. Na slici 3.25 je prikazana xema upravljanja zabravljivanja.
Slika 3.25. Upravljanje zabravljivanja.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
3.4.5
53
Crtanje dijagrama povezivanja
Na dijagramu povezivanja su prikazane sve komponente bez obzira na njihov prostorni raspored. Komponente se postavljaju horizontalno ili vertikalno, po mogustvu bez ukrxtanja vodova, sl. 3.26.
Slika 3.26. Crtanje dijagrama povezivanja. Na situacionom planu je xematski prikazan prostorni raspored izvrxnih elemenata, sl. 3.27.
Slika 3.27. Situacioni plan.
54
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
Svaka komponenta ima svoju oznaku koja treba da bude uokvirena. Oznaka se sastoji od broja postrojenja, broja kruga upravljanja, oznake vrste komponente i broja komponente, sl. 3.28. Komponente koje imaju funkciju u vixe krugova upravljanja, imaju oznaku 0 za krug upravljanja, kao npr. pripremna grupa, sl. 3.27.
Број постројења
Ознака компоненте
Број круга управљања
Број компоненте
(Није неопходно само ако је једно постројење)
Словна ознака
Тип компоненте
Пример
P
Пумпе и компресори
Клипни компресор
А
Погон
Цилиндар
М
Погонска машина
Електромотор
S
Улазни елемент
Старт - тастер
V
Вентил
Разводник
Z
Остале компоненте
Припремна група
Slika 3.28. Oznaqavanje komponenti. Vodovi se na dijagramu prikazuju razliqitim tipovima linije u zavisnosti od funkcije. Radni i napojni vodovi, kao vodovi pod pritiskom, se prikazuju punim linijama. Upravljaqki vodovi mogu da se prikazuju isprekidanim ili punim linijama. Spoj vodova se prikazuje punom taqkom.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
3.4.6
55
Primeri pneumatskog upravljanja
Upravljanje hoda ureaja za savijanje Signalni elementi 1S2 i 2S1 na dijagramu povezivanja sa sl. 3.29 su opremljeni sa taster-toqkiem sa povratkom u prvobitan poloaj i smeju da budu aktivirani bregom na klipnjaqi samo u naznaqenom smeru. Kada bi se signalnim elementom 2S1 testirao krajnji poloaj cilindra 2A (uvlaqenje klipnjaqe), ne bi bilo mogue otpoqeti upravljanje aktiviranjem signalnog elementa 1S1, jer je na impulsni ventil 1V ve doveden upravljaqki pritisak od 2S1 koji je jednak ili vei od suprotstavljenog signala za start. Takoe, ne bi mogao da usledi korak 3, jer bi signalni element 1S2 bio zadran u krajnjem poloaju cilindra 1A (izvuqeno stanje).
Slika 3.29. Upravljanje hoda ureaja za savijanje.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
56
Sekvencijalno upravljanje (sa ikljuqivanjem signala) ureaja za savijanje Upravljanje krajnjih poloaja hoda cilindara signalnim elementima 1S2 i 2S1 se izvodi iskljuqivanjem signala putem vremenskih elemenata 1V1 i 2V1, sl. 3.30. Vremena iskljuqivanja su podexljiva. 4/2-impulsni razvodni ventili 1V2 i 2V2 slue kao binarni memorijski elementi. Postavljanje memorijskih elemenata se vrxi signalnim elementima 1S1, odn. 1S2, xto za posledicu ima izvlaqenje klipnjaqa; ponixtavanje memorijskih elemenata se vrxi povratnim impulsima preko signalnih elemenata 2S1 i 2S2.
Slika 3.30: Sekvencijalno upravljanje ureaja za savijanje sa iskljuqivanjem signala.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
57
Koraqno upravljanje Kod koraqnog upravljanja dolazi do ukljuqivanja, odn. iskljuqivanja upravljaqkih signala pri svakom koraku pomeranja (taktu pomeranja). Sekvenca taktova u eljenom sledu taktova se obezbeuje kroz pripremni signal prethodnog takta i kroz signal brisanja narednog takta.
Slika 3.31. Koraqno upravljanje ureaja za savijanje (sa logiqkim simbolima). Kod koraqnog upravljanja ureaja za savijanje, aktiviranjem signalnog elementa 1S1 se postavlja memorijski element 0Z1, sl. 3.31. Izlazni signal iz 0Z1 ukljuquje upravljaqki element 1V, tako da dolazi do izvlaqenja klipnjaqe cilindra 1A; osim toga, preko I-elementa se priprema memorijski element 0Z2. Memorijski element 0Z2 se postavlja tada, kada klipnjaqa cilindra 1A doe u krajnji poloaj, odreen signalnim elementom 1S3. Izlazni signal memorijskog elementa 0Z2 ukljuquje upravljaqki element, tako da se izvlaqi klipnjaqa cilindra 2A; on brixe memorijski element 0Z1, ukljuquje takoe signale za prethodni takt i priprema I-element za naredni takt. Memorijski element 0Z3 se postavlja, kada klipnjaqa cilindra 2A dosegne krajnji poloaj, odn. aktivira signalni element 2S2. Izlazni signal 0Z3 ukljuquje upravljaqki element 2V u poqetnu poziciju; cilindar 2A se ponovo uvlaqi; dalje se brixe memorijski element 0Z2 i priprema se 0Z4. Memorijski element 0Z4 se postavlja, kada se uvuqe klipnjaqa cilindra 2A i aktivira se signalni element 2S1. Njegov izlazni signal brixe memorijski element 0Z3 i ukljuquje upravljaqki element 1V u poqetni poloaj. Cilindar 1A se kree i aktivira signalni element 1S2, tako da se brixe memorijski element 0Z4. Upravljanje je ponovo u poqetnom poloaju.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
58
Kod koraqnog upravljanja, u modulu koraqnog upravljanja moe da se koristi Ielement i 3/2-razvodni-impulsni ventil, sl. 3.32.
Slika 3.32. Modul koraqnog upravljanja 0Z2. Prednost koraqnog upravljanja je da se pri jednom koraku (taktu) izvodi samo jedno kretanje, bez naruxavanja prethodnog ili narednog koraka. Nedostatak je velika cena modula koraqnog upravljanja.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
59
Na sl. 3.34 su data dva pneumatska cilindra dvostranog dejstva koji izvode kretanje: 1A+, 1A-, 2A+, 2A-.
Slika 3.33. Koraqno upravljanje (sa logiqkim simbolima).
Slika 3.34. Koraqno upravljanje (sa pneumatskim simbolima).
60
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
3.5
Elektropneumatsko upravljanje
Elektropneumatskim upravljanjem se upravljaju maxine i ureaji sa pneumatskim pogonima i elektriqnim upravljanjem. Elektriqni upravljaqki deo prihvata signale od signalnih elemenata (tastera, prekidaqa, senzora). Upravljaqki elementi (releji, kontaktori, impulsni releji) obrauju signale (binarna logika, vremensko kaxnjenje, pojaqavanje) i predaju signale na elektromagnetno aktivirane pneumatske razvodne ventile, sl. 3.35. Izvrxni elementi (elektromagnetno aktivirani 3/2-, 4/2- ili 5/2- razvodni ventili) kod pneumatskog upravljaqkog dela upravljaju cilindre i motore kod pogonskih grupa maxina ili postrojenja.
Slika 3.35. Elektropneumatsko upravljanje (xematski prikaz). Kod prikazivanja elektropneumatskog upravljanja, pneumatski energetski deo se prikazuje razdvojeno od elektriqnog upravljaqkog dela. Elektriqni upravljaqki deo se crta u obliku xeme delovanja, sl. 3.36. Број струјне вертикале
Тастер
НО контакт
Тастер
Електромагнет
НЗ контакт
Разводни вентил
Светлосни сигнал
Slika 3.36. Xema delovanja.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
61
Primer: Pritiskom na taster S1 potrebno je da se izvuqe klipnjaqa cilindra jednostranog dejstva. Otpuxtanjem tastera dolazi do uvlaqenja klipnjaqe. Napraviti pneumatski dijagram i xemu delovanja. Rexenje: Na pneumatskom dijagramu upravljanja, cilindar se upravlja 3/2elektromagnetno aktiviranim razvodnikom (1M1) sa povratnom oprugom, sl. 3.37. Na xemi delovanja, dok je aktiviran taster S1, zatvara se strujni krug namotaja magneta 1M1.
Slika 3.37. Direktno upravljanje cilindra. Kod indirektnog upravljanja realizacija moe da bude relejnom tehnikom, elektronskim upravljanjem ili programabilnim logiqkim kontrolerima. Kod indirektnog upravljanja, aktiviranjem tastera S1 se zatvara strujni krug releja K1. U strujnom krugu 2 se zatvara NO kontakt releja K1 i uspostavlja se tok struje kroz namotaj magneta 1M1 i magnetni ventil se aktivira (xema delovanja 1, sl. 3.38).
Slika 3.38. Indirektno upravljanje cilindra. Kada je potrebno da cilindar ostane izvuqen, dok se ne pojavi drugi upravljaqki signal za povratni hod, onda je mogue umesto tastera S1 ugraditi prekidaq S0, sl. 3.38. Pri prvom aktiviranju se zatvara strujni krug, a pri drugom otvara, (xema delovanja 2, sl. 3.38).
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
3.5.1
62
Kolo za samodranje
Kolom za samodranje je mogue kratkotrajnim aktiviranjem tastera upravljati izvlaqenje klipnjaqe cilindra, dokle god se kratkotrajno ne aktivira signal za uvlaqenje, sl. 3.39. Preko tastera UKLj S1 se zatvara strujni krug relea K1. NO kontakt releja K1 je paralelno povezan sa tasterom S1, drei struju napajanja namotaja relea dokle god se tasterom ISKLj S2 ne raskine samodranje.
Slika 3.39. Kolo za samodranje. Svi kontakti releja moraju da budu prikazani u tabeli kontakata, koja se nalazi na xemi delovanja odmah ispod odgovarajueg namotaja relea. Tabela daje informaciju u kojoj strujnoj vertikali se koristi neki kontakt releja.
63
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
3.5.2
Sekvencijalno upravljanje
Primer: Ureaj za vertikalno dodavanje. Radni komadi, koji pristiu sa transportera sa valjcima, treba da se cilindrom 1A podignu na nivo drugog transportera sa valjcima, sl. 3.40. Cilindar 2A dodaje radni komad na drugi transporter sa valjcima. Nakon toga se cilindar 1A prvi vraa u poqetni poloaj, a zatim i cilindar 2A. Ситуациони план 2. Транспортер са ваљцима
1. Транспортер са ваљцима
Дијаграм стања Кораци Цилиндар
Цилиндар
Редослед кретњи:
Slika 3.40. Situacioni plan i dijagram stanja ureaja za vertikalno dodavanje. Sa dijagrama stanja se vidi da je graniqni taster S3 poqetna pretpostavka za cilindar 1A. Graniqni taster S2 inicira kretanje cilindra 2A, S4 ukljuquje povratni hod cilindra 1A, a graniqni taster S1 upravlja povratni hod cilindra 2A. Sa dijagrama stanja se osim navedenog zakljuquje, da niti graniqni tasteri S3 i S4, niti S2 i S1 ne daju signale istovremeno, jer su oni suqeljeni komandni signali koji aktiviraju razvodne ventile. Ovo nije ni za oqekivati, jer se cilindri uvlaqe u istom redosledu u kome se i izvlaqe.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
64
Na pneumatskom dijagramu se oba cilindra upravljaju 5/2-razvodnim ventilima, koji su sa obe strane aktivirani putem elektromagneta sa predupravljanjem i mogunoxu ruqnog aktiviranja, sl. 3.41. Namotaji magneta razvodnika 1M1, 1M2, 2M1 i 2M2 se upravljaju indirektno preko releja K1 do K4. Aktiviranjem tastera S0, izvrxava se programirana sekvenca, sl. 3.42. Da bi se ukljuqio dodatni zahtev iz magacina i omoguio kontinuirani rad, sistem se mora proxiriti sa graniqnim tasterom S12, releom K5, kao i tasterima S10 i S11. Preko NO kontakta K3 u strujnoj vertikali 5 se magnet 2M2 ventila 2V rastereuje i postavlja u poqetni poloaj.
Slika 3.41. Pneumatski dijagram ureaja za vertikalno dodavanje.
Slika 3.42. Xema delovanja ureaja za vertikalno dodavanje.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
3.6
65
Zadaci za vebanje
Primer 1 Zaxtitna mrea Presa kree u radni hod samo tada, kada je spuxtena zaxtitna mrea (mikrotaster S2) i kada je aktiviran taster za start S1. Realizovati automat elektriqnim upravljanjem.
Slika 3.43. Zaxtitna mrea. Primer 2 Nadzor zaxtite turbine Signalna lampica alarma P se ukljuquje kada se prekoraqi odreeni broj obrtaja n (n je preveliko ⇒ S1=0) ili je temperatura u leixtu ϑ previsoka (ϑ je previsoka ⇒ S2=0) ili rashladni krug vixe nije u funkciji (rashladni krug u radu ⇒ S3=1). Realizovati automat elektriqnim upravljanjem.
Slika 3.44. Turbina.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
66
Primer 3 Rezervoar za prikupljanje teqnosti Pranjenje rezervoara za prikupljanje teqnosti se vrxi preko elektromagnetno aktiviranih ventila M1 i M2, u zavisnosti od napunjenosti rezervoara. Kada je teqnost u rezervoaru dosegla nivo definisan senzorom S1 (S1=0), otvara se ventil M1. Kada se dosegne nivo definisan senzorom S2, otvara se ventil M2. Kada se dosegne nivo definisan senzorom S3, otvaraju se oba ventila M1 i M2. U sluqaju grexke senzora, kada npr. senzor S2 daje informaciju a S1 ne daje, svetli alarmna lampica P i oba ventila se preventivno otvaraju. Realizovati automat elektriqnim upravljanjem.
Slika 3.45. Rezervoar za prikupljanje teqnosti.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
67
Primer 4 Sortiranje paketa Paketi se dopremaju transporterom do taqke gde se vrxi njihovo sortiranje, na osnovu qega se predmeti preusmeravaju na jedan od tri boqna transportera. Tri vrste paketa (mali, srednji i veliki) pristiu u proizvoljnom redosledu na mesto odakle se vrxi distribucija. Najmanji paketi se upuuju na gornji transporter, srednji paketi u srednju granu, a najvei paketi se preusmeravaju na donji transporter. Pneumatski senzori su tako postavljeni da bi se izvrxila identifikacija veliqine paketa. Kada proe najmanji paket, aktivira se samo jedan senzor; kada proe srednji paket aktiviraju se dva ili tri senzora, odnosno veliki paket aktivira sva qetiri senzora. Realizovati automat pneumatskim upravljanjem.
Slika 3.46. Ureaj za sortiranje paketa.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
68
Primer 5 Automat za utiskivanje Automat za utiskivanje stavlja ig na radni komad. Kada se ureaj ukljuqi tasterom S1 i kada se u magacinu nalazi radni predmet (B1=1), izvlaqi se klipnjaqa cilindra 1A i stee se radni predmet. Zatim cilindar 2A vrxi utiskivanje, nakon qega se vraa u poqetni poloaj. Kada se klipnjaqa cilindra 1A vrati u gornji poloaj, cilindar C3 vrxi izbacivanje radnog predmeta iz ureaja. Kada se magacin isprazni, nakon dopunjavanja se mora ponovo aktivirati taster S1 za otpoqinjanje rada. Realizovati automat pneumatskim upravljanjem.
Slika 3.47. Automat za utiskivanje.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
69
Primer 6 Postrojenje za pranje Korpa postrojenja za pranje se putem elektropneumatskog upravljanja potapa, a zatim vadi iz kade za pranje. Ciklus pranja otpoqinje aktiviranjem tastera S1. Za vreme trajanja procesa svetli signalna lampica P1. Realizovati automat elektropneumatskim upravljanjem.
Slika 3.48. Postrojenje za pranje.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
70
Primer 7 Kada za pranje U kadi za pranje se sa metalnih delova pre galvanizacije otklanjaju neqistoe. Proces pranja otpoqinje aktiviranjem tastera S1, nakon qega se hvata korpa (prisustvo korpe se utvruje senzorom B1). Cilindar 1A hvata korpu, cilindar 2A podie korpu, a cilindar 3A prenosi korpu iznad kade. Zatim se potapa korpa u kadu (cilindar 2A se izvlaqi i ponovo uvlaqi), nakon qega se cilindar 3A i 2A vraaju u poqetni poloaj, a cilindar 1A oslobaa korpu. Realizovati automat pneumatskim upravljanjem.
Slika 3.49. Kada za pranje.
Poglavlje 3. Pneumatsko upravljanje
71
Primer 8 Prepoznavanje smera Diskriminator smera ulaza sa jednom saobraajnom trakom u podzemnu garau slui za generisanje pulsa za brojanje automobila koji ulaze/izlaze iz garae. Kada vozilo ulazi u garau, najpre preseqe snop fotoelije LI1, a zatim LI2. Prilikom izlaska iz garae, sve se dexava obrnutim redom. Realizovati automat elektriqnim upravljanjem.
Slika 3.50. Ulaz u garau.
Poglavlje 4
Programabilni kontroleri 4.1
Osnovne karakteristike programabilnih kontrolera
Prema standardizaciji Udruenja proizvoaqa elektriqne opreme (The National Electrical Manufacturers Association - NEMA) programabilni logiqki kontroler - PLC (PLC - Programmable Logic Controller) ili krae programabilni kontroler se definixe kao: “digitalni elektronski ureaj koji koristi programabilnu memoriju za pamenje naredbi kojima se zahteva izvoenje specifiqnih funkcija, kao xto su logiqke funkcije, sekvenciranje, prebrojavanje, merenje vremena, izraqunavanje, u cilju upravljanja razliqitih tipova maxina i procesa preko digitalnih ulazno-izlaznih modula.” Programabilni kontroleri u osnovi imaju strukturu digitalnog raqunara. U najveem broju sluqajeva se sastoje od: • napajanja, • centralne procesorske jedinice, • memorije, • ulazno/izlazne jedinice i • internih magistrala Programabilni kontroleri su, s obzirom na skromne mogunosti mikroprocesora, prvobitno zamixljeni kao specijalizovani ureaji koji se mogu programirati da obave istu funkciju kao i niz logiqkih ili sekvencijalnih elemenata koji se nalaze u nekom relejnom ureaju ili automatu. Meutim, za razliku od ureaja realizovanih u relejnoj tehnologiji, gde su komponente “programirane” povezivanjem provodnicima, programabilni kontroleri imaju program koji se skladixti u programabilnoj memoriji.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
73
Programabilni kontroleri se uglavnom koriste kao ureaj za obradu signala u kolu upravljanja, sl. 4.1.
Slika 4.1. Nivoi upravljaqkog sistema. Kod manjih sistema upravljanja, reda veliqine 100 DI/DO (DI - digital input: digitalni ulaz; DO - digital output: digitalni izlaz), koriste se kompaktni programabilni kontroleri, poznati kao mikro PLC-ovi, sl. 4.2. Kod upravljaqkih sistema sa vixe stotina DI/DO se koriste modularni PLC-ovi.
Slika 4.2. Kompaktni PLC.
74
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
Qest sluqaj je da se kod jednog ureaja u proizvodnji instalira lokalni programabilni kontroler. Tada se taj lokalni kontroler putem neke komunikacione magistrale povezuje sa centralnim raqunarom ili dispeqerskom stanicom, sl. 4.3. Telecontrol and Fernwirk- und substation control Stationsleittechnik PC
S71200 mit CP 12427 with Controller PC/PG/IPC Database Server IWLAN Controller
Security
Access Point Controller
PC/PG
Industrial Ethernet Switches
Access Point
IWLAN RCoax Cable
Controller Link
Wireless Devices Link
RF180C Mobile Panel
Field devices
Code reading systems
Drives IO-Link master
RFID system
Motion Control Systems Link
IO-Link module
Link Power supply
Power supply LOGO!
Access Point
Client Module
Controller Sensors
Compact feeder arrangement
Compact starter
Compact feeder
Field device
Slaves
Slaves Signalling column
Slika 4.3. Umreavanje programabilnih kontrolera.
G_IK10_XX_00007
AS-Interface
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
75
Programabilni kontroleri se mogu integrisati u druge mikroprocesorske upravljaqke sisteme. Qesto se za realizaciju takvih sistema koriste industrijski PC raqunari, sl. 4.4.
Slika 4.4. Industrijski PC. U danaxnje vreme najqexe se koriste modularni programabilni kontroleri. Centralna jedinica modularnog kontrolera se sastoji od napajanja, centralne procesorske jedinice (CPU) i najmanje jednog ulazno/izlaznog modula.
Slika 4.5. Modularni programabilni kontroler.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
76
Za rad centralne procesorske jedinice je neophodno istu prikljuqiti na izvor napajanja, najqexe 24V DC, sl. 4.6. Kako ne bi doxlo do gubitka podataka u sluqaju nestanka napajanja, program se smexta na mikro memorijsku karticu. Postavljanjem izbornika reima rada u poloaj STOP, zaustavlja se izvrxavanje programa i omoguava se prenos korisniqkog programa u CPU. Prenos podataka se vrxi preko odgovarajueg interfejsa (MPI, PROFIBUS-DP ili PROFINET). Prebacivanjem izbornika u poloaj MRES, brixe se sadraj memorije CPU. Izborom RUN pokree se korisniqki program. Programabilni kontroleri imaju mogunost samotestiranja i davanja informacija o statusu rada ili grexke. Индикатори статуса и грешке Меморијска картица Изборник режима рада MPI интерфејс PROFIBUS-DP интерфејс Напајање централне процесорске јединице Интегрисани дигитал. улази и излази
Slika 4.6. Prednji izgled jednog programabilnog kontrolera.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
4.1.1
77
Struktura i funkcija centralne procesorske jedinice
Centralna procesorska jedinica se sastoji od mikroprocesora, radne (work memory), sistemske (system memory) i programske memorije (load memory), koji su meusobno povezani magistralama, sl. 4.7.
Slika 4.7. Unutraxnja struktura programabilnog kontrolera.
Programska memorija U programskoj memoriji se nalazi kompletan korisniqki program, ukljuqujui konfiguracione podatke (sistemski podaci) koji sadre hardversku konfiguraciju. Korisniqki program se uvek inicijalno prenosi sa ureaja za programiranje u programsku memoriju, a odatle u radnu memoriju. Program koji je smexten u programskoj memoriji se ne izvrxava, ve se prilikom starta centralne procesorske jedinice, uqitava sadraj programske memorije u radnu memoriju. Ukoliko CPU nema mikro memorijsku karticu (MMC-kartica), onda je programska memorija projektovana u obliku RAM-a ili EPROM-a integrisanog u CPU. Ukoliko se programska memorija sadri od integrisanog RAM-a ili RAM memorijske kartice, neophodna je backup baterija kako bi se saquvao korisniqki program. Kada je programska memorija izvedena kao integrisani EEPROM, kao flash EPROM, ili mikro memorijska kartica, CPU moe da radi bez backup baterije. Korisniqki program se preko programera (ureaja za programiranje), smexta na MMC-karticu, a prethodni sadraj kartice se pritom nepovratno brixe. Radna memorija Radna memorija se izvodi u obliku veoma brzog RAM-a i potpuno je integrisana u CPU. U radnu memoriju se smextaju “relevantni” podaci za izvrxavanje programa. Operativni sistem CPU-a kopira programski kˆod “relevantan za izvrxavanje” i korisniqke podatke u radnu memoriju. “Relevantan” ne znaqi da e se neki postojei objekat ili postojei deo kˆ oda neophodno pozvati ili izvrxiti. “Aktuelni” korisniqki program se izvrxava u radnoj memoriji. U zavisnosti od procesora, radna memorija moe da bude izvedena kao jedna celina, ili se pak moe u zavisnosti od programa podeliti u celine koje su remanentne (retentive - neisparljive, ne brixu se prilikom nestanka napajanja) i neremanentne (non-retentive - isparljive, pri svakom novom startu kontrolera se postavljaju na nulu).
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
78
Sistemska memorija Sistemska memorija sadri promenljive (adrese, varijable), koje se nazivaju operandi i koji se koriste u toku izvrxavanja programa. Adrese se kombinuju u podruqja (address areas). Podruqje operanada centralne procesorske jedinice saqinjavaju: • Ulazi (Input; skr. I) - slika (“process image”) digitalnih ulaznih jedinica. • Izlazi (Output; skr. Q, od engleske reqi quit) - slika (“process image”) digitalnih izlaznih jedinica. • Unutraxnje promenljive (Memorija; skr. M) - interna memorija za skladixtenje informacija, meurezultata, sa globalnim podruqjem vidljivosti. Mogu da se adresiraju kao bitovi, bajtovi, reqi ili duple reqi. Jedan deo unutraxnjih promenljivih moe da bude remanentan. • Tajmeri (Timer; skr. T) elementi za realizovanje funkcija vremenske zadrxke. • Brojaqi (Counter; skr. C) su softverski brojaqi, koji mogu da vrxe brojanje unapred i unazad. • Privremeni lokalni podaci (L) su lokacije koje se koriste kao dinamiqki meu-baferi za vreme procesuiranja nekog bloka. Privremeni lokalni podaci se smextaju na L stak, koji CPU dinamiqki koristi za vreme izvrxavanja programa. Veliqina sistemske i radne memorije je nepromenljiva. Slika procesa Slika procesa (process image) sadri signalna stanja ulazno/izlaznih modula. Razlikuje se process-image input (PII) i process-image output (PIQ) tabele. Prva se odnosi na adresno podruqje ulaza (I), dok se druga odnosi na adresno podruqje izlaza (Q). Slika procesa je deo interne sistemske memorije centralne procesorske jedinice i poqinje sa I/O adresom 0, a zavrxava se sa gornjom granicom adresnog podruqja koja je specifiqna za svaki CPU.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
4.1.2
79
Ulazne jedinice
Ulazne jedinice se dele na module od uglavnom 4, 8, 16 ili 32 binarnih ulaza, sl. 4.8. Ulazni modul sadri kolo za prilagoenje signala, npr. razdelnik napona ili RC-filter za potiskivanje xumova. Osim toga, kod jednosmernih signala se koristi dioda kao zaxtita od inverznog polariteta, odn. kod naizmeniqnih signala se koristi ispravljaq vezan u most. Za galvansko razdvajanje jednosmernog naponskog signala se koristi optokapler (fotodioda kao predajnik i fotoelija kao prijemnik kao jedna komponenta). Odgovarajua svetlea dioda omoguava traenje grexke pri puxtanju sistema u rad, odn. prikazivanje stanja ulaznog signala. Ulazni signali se kroz multiplekser, upravljan adresnim dekoderom, prenose ka magistrali podataka.
Slika 4.8. Dijagram ulaza.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
4.1.3
80
Izlazne jedinice
Izlazne jedinice se takoe dele na module od uglavnom 4, 8, 16 ili 32 binarnih izlaza, sl. 4.9. Izlazni moduli sadre pojaqavaqki stepen, npr. tranzistore za binarne jednosmerne signale (24V, 200mA) ili trijaqke (elektronski prekidaq naizmeniqne struje) za direktno upravljanje naizmeniqnih optereenja, npr. 50Hz, 230V. Konaqno, izlazni moduli mogu da imaju relejne izlaze, tj. da imaju bezpotencijalne kontakte.
Slika 4.9. Dijagram izlaza.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
4.2 4.2.1
81
Programiranje Programski jezici
Poqetkom 90-ih godina 20. veka, pod vostvom Meunarodne elektrotehniqke komisije (International Electrotechnical Comission - IEC), je nastao standard IEC 1131, sa glavnim ciljem standardizacije programskih jezika i uniformisanja koncepta organizacije programskog sistema, kao i brige za deklarisanje promenljivih i korixenje elementarnih i izvedenih tipova podataka. Standard danas nosi oznaku IEC 61131-3, a trenutno (drugo) izdanje je iz 2003. godine. Na raspolaganju je pet programskih jezika: • Lista instrukcija (IL) (eng: Instruction list, nem: Anweisungsliste - AWL), • Struktuirani tekst (ST) (eng: Structured text, nem: Struktuierter Text - ST), • Lestviqasti dijagram (LD) (eng: Ladder diagram, nem: Kontaktplan - KOP), • Funkcijski blok dijagram (FBD) (eng: Function block diagram, nem: Funktionsbausteinsprache - FBS) i • Sekvencionalni funkcijski dijagram (SFC) (eng: Sequential function chart, nem: Ablaufsprache - AS). Programski jezici IL i ST su tekstualni, LD i FBD su grafiqki, dok SFC sadri i grafiqke i tekstualne elemente.
82
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
4.2.2
Pisanje programa
Prema IEC 1131 svaki zadatak automatizacije se tretira kao projekat. Unutar svakog projekta postoji odreena hijerarhija, sl. 4.10. Пројекат Умрежавање (MPI, PROFIBUS, Ethernet) Хардверска конфигурација Програм Табела симбола Изворни програм Блокови Организациони блокови (OB) Функционални блокови (FB) Функције (FC) Блокови података (DB)
• • • Програм, који не зависи од хардвера
Slika 4.10. Hijerarhija objekata u projektu. S obzirom da su softveri za programiranje objektno orijentisani, delovi programa su objekti, kojima korisnik prilikom programiranja dodeljuje osobine. Posredstvom odgovarajueg programskog editora, vrxi se povezivanje elementa na izabranu tehnologiju. Zatim se u projekat ubacuju odgovarajui hardverski elementi. Zatvaranjem hardverske konfiguracije, kompletira se struktura u hijerarhiji. Sada je mogue pisati elemente korisniqkog programa. Pritom, mogue je koristiti postojee ili dostupne izvorne programe. Takoe je mogue pisati programe bez definisanja hardverske konfiguracije, koje je kasnije mogue koristiti kao izvorne programe.
83
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
Simboliqko adresiranje ima veliku prednost i doprinosi spreqavanju grexaka pri razvoju programa. Takoe, spreqava se dvostruko adresiranje, sl. 4.11. Процесна слика улаза Табела симбола Симбол Motor_ON_OFF
Адреса Тип под.
Кориснички програм Симболичко адресирање
“Motor_ ON_OFF”
Апсолутно адресирање Апсолутна адреса
Slika 4.11. Veza izmeu apsolutnog i simboliqkog adresiranja. Umesto apsolutne adrese, u programu mogu da se koriste imena (simboli). U tabeli simbola se definixu globalni simboli. To znaqi, da su ovi simboli vidljivi u celom korisniqkom programu i svuda imaju isto znaqenje, sl. 4.12. U koloni Symbol daje se ime odgovarajuem simbolu.
Slika 4.12. Tabela simbola.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
84
Struktura programa Da bi se program uqinio preglednim, treba se ve u fazi razvijanja programa prilagoditi tehnoloxkim i funkcionalnim uslovima projektnog zadatka. Programski jezici prema IEC 61131-3 daju mogunost struktuiranja, sl. 4.13. Korisnik treba da svrsishodno podeli program u manje, pregledne jedinice (elemente).
Slika 4.13. Struktuiranje programa. Programabilni kontroleri sadre razliqite tipove programskih blokova u kojim se quvaju korisniqki program ili odgovarajui podaci. U zavisnosti od zahteva, korisniqki program moe biti rasporeen u vixe razliqitih blokova. Organizacioni blokovi (OB - Organisation Block), funkcijski blokovi (FB Function Blok) i funkcije (FC - Function) sadre korisniqki program i otuda se qesto oznaqavaju kao elementi koda. Podaci koji pripadaju korisniqkom programu quvaju se u blokovima podataka (DB - Data Block). Organizacioni blokovi predstavljaju vezu izmeu operativnog sistema i korisniqkog programa. Pozivanje organizacionih blokova je mogue samo od strane operativnog sistema. OB1 organizuje cikliqno izvrxavanje glavnog programa, u kome funkcije i funkcijski blokovi pozivaju odgovarajue potprograme. Drugi organizacioni blokovi organizuju tok upravljanja, periodiqno prekidanje programa, kao npr. alarmi vremenskog qasovnika ili prekidi (interaptovi) usled nekog dogaaja, kao npr. prijava grexke. Svakom OB-u se dodeljuje odgovarajua klasa prioriteta. Vreme izvrxavanja programa u OB1 se nadgleda tzv. funkcijom “cycle time monitoring”. Standardno vreme monitoringa izvrxavanja jednog ciklusa skeniranja je 150ms (obiqno moe da se podexava u dijapazonu od 1ms do 6s). Ukoliko je vreme izvrxavanja jednog ciklusa vee od prepodexenog vremena nadzora, CPU e da pozove odgovarajui OB (“time error”). Ukoliko ovaj OB ne postoji, CPU ide u STOP mod. OB1 ima najniu klasu prioriteta 1 i zbog toga moe biti prekinut od strane drugih OB-ova. Najvixu klasu prioriteta 28 ima npr. alarm grexke CPU-a. Funkcije (FC) su logiqki blokovi “bez memorije”. Privremene promenljive se quvaju u magacinskoj memoriji i gube se nakon izvrxenja funkcije. Funkcije se koriste: da bi se vratila vrednost bloku koji je poziva; da bi se izvrxila neka
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
85
tehnoloxka funkcija. Funkcijski blokovi sadre potprograme, koji po mogustvu treba tako da budu napisani da mogu da se parametrixu. U tu svrhu smeju da koriste lokalne promenljive. Ovi funkcijski blokovi, mogu dalje da se koriste u drugim programima. Svakom FB-u uvek pripada pridrueni blok podataka (Instance Data Block). Parametri koji se prosleuju funkcijskom bloku i statiqke promenljive se quvaju u pridruenom DB-u. Privremene promenljive se quvaju na lokalnoj magacinskoj memoriji. Podaci koji se quvaju u pridruenom DB-u se ne gube kada se izvrxi FB. Sistemski funkcijski blokovi (SFB) su funkcijski blokovi koje daje proizvoaq i koji su integrisani u CPU. Oni su deo operativnog sistema i ne uqitavaju se kao deo programa. Takoe su “blokovi sa memorijom”. Sistemske funkcije (SF) su preprogramirane funkcije koje su integrisane u CPU i deo su operativnog sistema. Blokovi podataka (DB) su podruqja za skladixtenje korisniqkih podataka, npr. merenih vrednosti nekog objekta ili procesa.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
4.2.3
86
Cikliqno izvrxavanje korisniqkog programa
Postavljanjem prekidaqa za izbor reima rada na RUN otpoqinje cikliqno izvrxavanje programa. Prvo se iz sistemske memorije proqitaju trenutna stanja ulaza, tzv. slika procesa (process image), zatim sledi izvrxavanje glavnog programa. Na kraju se novonastala stanja izlaza (slika izlaza) preslikavaju iz sistemske memorije na izlaze. Tada se nanovo osveava slika ulaza i izvrxava glavni program. Vreme potrebno za jedan prolaz se naziva vreme ciklusa. Ono je srazmerno veliqini glavnog programa i snazi procesora. Ovo vreme najqexe iznosi nekoliko milisekundi.
Slika 4.14. Izvrxavanje korisniqkog programa. Korisniqki program se moe podeliti u sekcije, koje CPU obrauje u zavisnosti od odreenih dogaaja. Ti dogaaji mogu da budu start sistema, zatim interapt (prekid), detekcija grexke u programu i sl. (sl. 4.14). Delovi programa koji se izvrxavaju prilikom razliqitih dogaaja su dele u odgovajue klase prioriteta, koje definixu redosled (koji ne moe meusobno biti prekinut), kada se jednovremeno desi nekoliko dogaaja. Najnii prioritet ima glavni program, koji se cikliqno izvrxava u CPU-u. Svi ostali dogaaji mogu da prekinu glavni program na bilo kom mestu, pri qemu CPU zatim izvrxava set instrukcija pridruenih servisnoj rutini koja obrauje prekid ili rutini koja obrauje grexku i vraa se u glavni program. Za svaki dogaaju postoji odgovarajui oraganizacioni blok, koji ujedno predstavlja klasu prioriteta u korisniqkom programu. Kada se desi neki dogaaj, CPU poziva odgovarajuci organizioni blok. Organizacioni blok je deo korisniqkog programa koji korisnik moe samostalno da napixe. Pre nego xto CPU zapoqne izvrxavanje gravnog programa, izvrxi se startup rutina. Ova rutina moe da se inicira prilikom ukljuqivanja napajanja CPU-a, prilikom promene moda rada CPU-a ili sa ureaja za programiranje.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
87
Glavni program se nalazi u organizcionom bloku OB1, koji se uvek izvrxava. Poqetak korisniqkog programa je identiqan sa prvom linijom u u OB1. Kada se OB1 zavrxi (kraj programa), CPU se vraa operativnom sistemu i nakon izvrxavanja razliqitih sistemskih funkcija (npr. osveavanje slike ulaza/izlaza), ponovo se poziva OB1. Dogaaji koji mogu da se umexaju u izvrxavanje programa su interaptovi (prekidi) i grexke. Interaptovi mogu da doi iz procesa (hardverski interaptovi) ili od CPU-a (watchdog interaptovi, time-of-day, interpatovi, itd.). U zavisnosti od naqina kako se grexke tretiraju, razlikujemo sinhrone i asinhrone grexke. Sinhrone grexke su one grexke koje zavise od izvrxavnja programa i mogue im je ui u trag.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri Elementarni tipovi podataka Na sl. 4.15 su prikazani elementarni tipovi podataka.
Slika 4.15. Elementarni tipovi podataka.
Slika 4.16. Struktura bajta, reqi i duple reqi.
88
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
4.2.4
89
Osnovne funkcije
Binarne logiqke operacije Povezivanje kontakata kod lestviqastog dijagrama (LAD) u rednu ili paralelnu vezu odreuje kombinaciju stanja binarnih signala. Kod funkcijskog blok dijagrama (FBD), blokovi analogni elektronskim komponentama reprezentuju Bulove funkcije I i ILI. Kada se eli da se stanje jednog binarnog operanda dodeli nekom drugom binarnom operandu, koristi se I-funkcija sa samo jednim ulazom, sl. 4.17.
Slika 4.17. Identitet. Sl. 4.18 pokazuje tabelu vrednosti i dijagram stanja signala I-logiqke funkcije.
Slika 4.18. I-funkcija.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
90
Sl. 4.19 pokazuje tabelu vrednosti i dijagram stanja signala ILI-logiqke funkcije.
Slika 4.19. ILI-funkcija. Sl. 4.20 pokazuje tabelu vrednosti i dijagram stanja signala negacije.
Slika 4.20. Negacija.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
91
SR/RS memorijski blokovi Kod mnogih zadataka automatizacije se zahteva memorisanje kratkotrajnih signala. Programabilni kontroleri imaju mogunost quvanja unutraxnjih promenljivih, tzv. flegova, qije je podruqje vidljivosti i izvan granica funkcija (FC) i funkcijskih blokova (FB). Svaka unutraxnja promenljiva ima taqno odreenu memorijsku lokaciju, sl. 4.20
Slika 4.21. Interna promenljiva. Alternativno, mogue je meurezultat saquvati kao lokalnu promenljivu unutar nekog bloka. Tada je ovaj podatak dostupan unutar datog bloka. Jedan deo unutraxnje memorije je mogue podesiti da bude remanentan, tj. ovaj deo memorije zadrava vrednosti i nakon prestanka napajanja PLC-a. Funkciju memorisanje je mogue realizovati osnovnim logiqkim funkcijama, sl. 4.22.
Slika 4.22. SR-memorisanje.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
92
Gotovo ista funkcija skladixtenja se ostvaruje sa RS-memorijskim elementom, sl. 4.23. Razlika je u tome, xto kada se jednovremeno pojave ulazi za postavljanje i brisanje, na izlazu nastaje signal 1. Moe se rei da je SR-memorijski element dominantno brixui, dok je RS-memorijski element dominantno postavljajui.
Slika 4.23. RS-memorisanje.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
93
Obrada ivica signala Razliqitim elementima za obradu ivica signala hvataju se promene stanja signala. Pozitivna (uzlazna) ivica se dexava kada signal menja stanje sa “0” na “1”. Obratno, radi se o negativnoj (silaznoj) ivici, sl. 4.24. Na ovaj naqin se formira impuls, koji se u programabilnom kontroleru prepoznaje kao da traje jedan ciklus.
Slika 4.24. Pozitivna i negativna ivica signala. Uz pomo I-logiqkog elementa i RS-memorijskog elementa mogue je realizovati funkciju obrade ivice signala. Na sl. 4.25 su prikazane dve mogunosti realizacije.
Slika 4.25. Obrada pozitivne (uzlazne) ivice signala.
94
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
Kao i kod obrade pozitivne ivice signala, u sluqaju negativne ivice se takoe poredi prethodno i trenutno stanje signala. Na sl. 4.26 su prikazane dve mogunosti realizacije.
Slika 4.26. Obrada negativne (uzlazne) ivice signala. Veina proizvoaqa programabilnih kontrolera prema IEC 61131-3 imaju obradu ivice signala kao operacije, sl. 4.27. Operand impulsa je mogue pozivati na vixe mesta u programu. Takoe je mogue vrxiti obradu ivice signala bez impulsnog operanda, tj. izlaz iz operanda impulsa se direktno vodi u SR-memorijski element. Обрада позитивне ивице са импулсним операндом
Операнд ивице
Обрада позитивне ивице без импулсним операндом Операнд импулса
Операнд импулса
Сигнал
Сигнал
Slika 4.27. Operacije obrada ivice signala.
95
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
4.2.5
Status bitovi
Status bitovi (status bits) su binarni “flegovi” (stanje kˆod bitova). CPU koristi ove bitove za kontrolu binarnih operacija i postavlja ih za vreme digitalne obrade. Mogue je proveravati ove status bitove ili delovati u zavisnosti od njihovog stanja. Status bitovi se kombinuju u req - status req (status word). Meutim, ovoj status reqi nije mogue pristupitita iz LAD ili FBD-a. Tabela 4.1 pokazuje raspoloive status bitove. CPU koristi binarne flegove za kontrolu binarnih operacija; digitalni flegovi uglavnom ukazuju na rezultat aritmetiqkih i matematiqkih funkcija. Binarni flegovi /FC RLO STA OR BR Digitalni flegovi OS OV CC0 CC1
First check Result of logic operation Status Status bit OR Binary result Stored overflow Overflow Condition code (status) bit 0 Condition code (status) bit 1
Tabela 4.1. Status bitovi.
Prva provera /FC status bit upravlja binarnu logiku unutar sistema logiqke kontrole. Prvi korak svake binarne logiqke operacije uvek poqinje sa /FCı“0”. Prva provera postavlja /FC=“1”. Prva provera korespondira sa prvim kontaktom u mrei u LAD-u, odnosno prvim ulazom binarne funkcije u FBD-u. Neki korak binarne logike se zavrxava sa binarnim dodeljivanjem vrednosti (npr. izlazno rele ili neko dodeljivanje), uslovnim skokom ili promenom bloka. Ovo postavlja /FC=“0”. Result of logic operation RLO status bit je meubafer u binarnoj logiqkoj operaciji. U prvoj proveri, CPU vrxi transfer rezultata provere u RLO, kombinujui rezultat provere sa uskladixtenim RLO pri svakoj sledstvenoj proveri, pritom vrxei quvanje rezultata u RLO. Memorijske funkcije, tajmeri, brojaqi se kontrolixu putem RLO. RLO u LAD korespondira sa tokom snage (RLO=“1” ima isto znaqenje kao “protok’). Status Status bit STA korespondira sa signalnim stanjem proveravanog binarnog operanda. U sluqaju memorijskih funkcija, vrednost STA je ista kao upisana vrednost (ukoliko se nije izvrxila funkcija upisa, RLO=0), ili STA korespondira sa adresiranim (i nepromenjenim) binarnim operandom. U sluqaju ispitivanja ivice FP ili FN, vrednost RLO pre samog ispitivanja se quva u STA. Sve druge binarne funkcije postavljaju STA=“1”. STA bit ne utiqe na izvrxavanje LAD i FBD funkcija.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
96
Status bit OR Status bit OR quva rezultat ispunjenih I logiqkih uslova i ukazuje na sledstvene ILI funkcije qiji rezultat je ve odreen. Sve druge binarne funkcije resetuju OR status bit. Overflow Status bit OV ukazuje na prekoraqenje opsega ili na upotrebu nepravilnih REAL brojeva. Funkcije koje utiqu na OV status bit su: aritmetiqke funkcije, matematiqke funkcije, neke funkcije konverzije, poreenje REAL brojeva, funkcije poreenja. Status bitu OV je mogue direktno pristupiti. Stored overflow Status bit OS quva OV status bit: kadgod CPU postavi status bit OV, on takoe postavi status bit OS. Meutim, kada naredna ispravno izvrxena instrukcija obrixe OV, OS ostaje postavljen. Status bitu OS je mogue direktno pristupiti. Status bitovi CC0 i CC1 Status bitovi CC0 i CC1 (condition code bits) pruaju informaciju o rezultatu funkcija poreenja, aritmetiqkih ili matematiqkih funkcija, logiqkih operacija, ili xiftovanih bitova funkcijom xiftovanja. Mogue je direktno proveriti sve kombinacije bitova CC0 i CC1.
97
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
4.2.6
Tajmeri
Tajmeri omoguuju softversku implementaciju vremenskih sekvenci, kao npr. interval qekanja ili monitoringa, merenja vremenskih zatezanja ili generisanja pulseva. IEC tajmeri IEC tajmeri su integrisani u operativni sistem centralne procesorske jedinice kao sistemski funkcijski blokovi (SFB), sl. 4.28. Raspoloivi su sledei tipovi tajmera: • TP - tajmeri pulsa (Pulse timer) • TON - tajmeri po ukljuqenju (On-delay timer) • TOF - tajmeri po iskljuqenju (Off-delay timer)
Slika 4.28. Standardni funkcijski blok tajmera. U sledeoj tabeli su prikazani parametri IEC tajmera. Ime IN PT Q ET
Deklaracija INPUT INPUT OUTPUT OUTPUT
Tip podatka BOOL TIME BOOL TIME
Opis Ulaz za start Trajanje pulsa ili vreme kaxnjenja Status tajmera Proteklo vreme
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
98
Tajmer pulsa (TP) Tajmer pulsa se pokree kada se rezultat logiqke operacije (RLO) promeni sa “0” na “1”. Tajmer tada odbrojava programirano vreme, bez obzira na sukcesivne promene rezultata logiqke operacije na ulazu koji startuje tajmer (IN). Stanje izlaza Q je “1” dokle god tajmer broji, pa qak i u sluqaju da se na ulazu pojavi silazna ivica signala. Na izlazu ET je raspoloivo vreme trajanja izlaza Q. Ovo vreme poqinje od nule i zavrxava se sa podexenim trajanjem PT. Kada PT istekne, na izlazu ET se zadrava proteklo vreme dok se na ulazu IN ne pojavi “0”. Ako ulaz IN ode na “0” pre isteka PT, izlaz ET ide na nulu.
Slika 4.29. Vremenska karakteristika ponaxanja tajmera pulsa.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
99
Tajmer po ukljuqenju (TON) Tajmer po ukljuqenju se pokree kada se rezultat logiqke operacije (RLO) promeni sa “0” na “1”. Tajmer tada odbrojava programirano vreme. Stanje izlaza Q je “1” kada je vreme isteklo, dokle god je stanje signala na ulazu “1”. Ako se RLO na ulazu za start promeni sa “1” na “0” pre isteka vremena, tajmer se resetuje. Naredna pozitivna ivica ponovo startuje tajmer. Na izlazu ET je raspoloivo vreme trajanja tajmera. Ovo vreme poqinje od nule i zavrxava se sa podexenim trajanjem PT. Kada PT istekne, na izlazu ET se zadrava proteklo vreme dok se na ulazu IN ne pojavi “0”. Ako ulaz IN ode na “0” pre isteka PT, izlaz ET odmah ide na nulu.
Slika 4.30. Vremenska karakteristika ponaxanja tajmera po ukljuqenju.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
100
Tajmer po iskljuqenju (TOF) Stanje izlaza Q je “1” kada se stanje rezultata logiqke operacije (RLO) na ulazu za start promeni sa “0” na “1”. Tajmer se startuje kada se RLO vrati na “0”. Izlaz Q zadrava stanje “1” dokle god tajmer broji. Izlaz Q se resetuje kada istekne vreme. Ako se RLO na ulazu za start vrati na “1” pre isteka vremena, tajmer se resetuje, a izlaz Q zadrava “1”. Na izlazu ET je raspoloivo vreme trajanja tajmera. Ovo vreme poqinje od nule i zavrxava se sa podexenim trajanjem PT. Kada PT istekne, na izlazu ET se zadrava proteklo vreme dok se na ulazu IN ne pojavi “1”. Ako ulaz IN ode na “1” pre isteka PT, izlaz ET odmah ide na nulu.
Slika 4.31. Vremenska karakteristika ponaxanja tajmera po iskljuqenju.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
4.2.7
101
Brojaqi
Brojaqi dopuxtaju da se CPU koristi za razliqite zadatke brojanja. Brojaqi mogu da broje navixe ili nanie. Brojaqi su locirani u sistemskoj memoriji CPU-a, a njihov broj zavisi od konkretnog procesora. IEC brojaqi IEC brojaqi su integrisani u operativni sistem centralne procesorske jedinice kao sistemski funkcijski blokovi (SFB). Raspoloivi su sledei tipovi brojaqa: • CTU - brojaqi navixe (Up counter) • CTD - brojaqi nanie (Down counter) • CTUD - brojaqi navixe/nanie (UP/Down counter) U sledeoj tabeli su prikazani parametri IEC brojaqa. Ime CU CD R LD PV Q QU QD CV
Deklaracija INPUT INPUT INPUT INPUT INPUT OUTPUT OUTPUT OUTPUT OUTPUT
Tip podatka BOOL BOOL BOOL BOOL INT BOOL BOOL BOOL INT
Opis Ulaz za brojanje navixe Ulaz za brojanje nanie Ulaz za reset Ulaz za punjenje Prepodexena vrednost Status brojaqa Status brojaqa navixe Status brojaqa nanie Trenutna vrednost brojaqa
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
102
Brojaq navixe (CTU) Kada se rezultat logiqke operacije na ulazu za brojanje navixe CU promeni sa “0” na “1” (pozitivna ivica), trenutna vrednost brojaqa se inkrementuje za 1 i prikazuje na izlazu CV. Pri prvom pozivu (sa stanjem signala “0” na ulazu za reset R), vrednost brojaqa je jednaka prepodexenoj vrednosti na ulazu PV. Kada brojaq dosegne gornju granicu od 32767, ne vrxi se dalje inkrementovanje, a ulaz CU nema efekta. Trenutna vrednost brojaqa se resetuje na nulu kada je stanje signala na ulazu za reset R jednako “1”. Dokle god je ulaz R jednak “1”, pozitivna ivica na CU nema efekta. Izlaz Q je “1” kada je vrednost CV vea ili jednaka vrednosti na PV.
Slika 4.32. Standardni funkcijski blok brojaqa navixe.
Brojaq nanie (CTD) Kada se rezultat logiqke operacije na ulazu za brojanje nanie CD promeni sa “0” na “1” (pozitivna ivica), trenutna vrednost brojaqa se dekrementuje za 1 i prikazuje na izlazu CV. Pri prvom pozivu (sa stanjem signala “0” na ulazu za punjenje LD), vrednost brojaqa je jednaka prepodexenoj vrednosti na ulazu PV. Kada brojaq dosegne donju granicu od -32768, ne vrxi se dalje dekrementovanje, a ulaz CD nema efekta. Trenutna vrednost brojaqa se postavlja na prepodexenu vrednost PV kada je stanje signala na ulazu za punjenje LD jednako “1”. Dokle god je ulaz LD jednak “1”, pozitivna ivica na CD nema efekta. Izlaz Q je “1” kada je vrednost CV manja ili jednaka nuli.
Slika 4.33. Standardni funkcijski blok brojaqa nanie.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
103
Brojaq navixe/nanie (CTUD) Kada se rezultat logiqke operacije na ulazu za brojanje navixe CU promeni sa “0” na “1” (pozitivna ivica), trenutna vrednost brojaqa se inkrementuje za 1 i prikazuje na izlazu CV. Kada se rezultat logiqke operacije na ulazu za brojanje nanie CD promeni sa “0” na “1” (pozitivna ivica), trenutna vrednost brojaqa se dekrementuje za 1 i prikazuje na izlazu CV. Ako su na oba ulaza prisutne pozitivne ivice, trenutno stanje brojaqa ostaje nepromenjeno. Kada brojaq dosegne gornju granicu od 32767, ne vrxi se dalje inkrementovanje pri pojavi pozitivne ivice na ulazu za brojanje navixe, a ulaz CU nema efekta. Kada brojaq dosegne donju granicu od -32768, ne vrxi se dalje dekrementovanje pri pojavi pozitivne ivice na ulazu za brojanje nanie, a ulaz CD nema efekta. Trenutna vrednost brojaqa se resetuje na nulu kada je stanje signala na ulazu za reset R jednako “1”. Dokle god je ulaz R jednak “1”, pozitivna ivica na CU nema efekta. Izlaz Q je “1” kada je vrednost CV vea ili jednaka vrednosti na PV. Trenutna vrednost brojaqa se postavlja na prepodexenu vrednost PV kada je stanje na ulazu za punjenje LD jednako “1”. Dokle god je ulaz za punjenje LD jednak “1”, pozitivne ivice signala oba ulaza za brojanje nemaju efekta.
Slika 4.34. Standardni funkcijski blok brojaqa navixe/nanie.
104
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
4.2.8
Sekvencijalno upravljanje
Struktura korisniqkog programa Da bi se obezbedila preglednost, qitljivost i razumljivost korisniqkog programa, potrebno je razvijati struktuirane programe, sl. 4.35. Линеарни програм
Раздељени програм
Структуирани програм
Избор режима Ресепт А
OB 1
OB 1
Ресепт В
Пумпа
OB 1
Излаз
Излаз
Дијагноза
Све наредбе се налазе у једном блоку (обично у организационом блоку OB1)
Наредбе за појединачне функције се налазе у посебним блоковима. OB1 позива појединачне блокове један за другим.
Функције се налазе у посебним блоковима. OB1 (или други блокови) позивају ове блокове или прослеђују параметре.
Slika 4.35. Struktura korisniqkog programa. Kod linearne strukture, celokupni program je smexten u samo jednom programskom bloku. Ovakav model podesa na elektriqno upravljanje realizovano primenom releja. Kod razdeljenih programa, program je podeljen u vixe programskih blokova, pri qemu svaki blok sadri deo programa koji je namenjen rexavanju pojedinaqnog zadatka. Dalja deoba zadataka korixenjem mrea je mogua unutar programskog bloka. Organizacioni blok OB1 sadri naredbe koje pozivaju druge blokove odreenim redosledom. Struktuirani program je podeljen na programske blokove. Kˆod u OB1 sadri minimum komandi sa pozivima drugih blokova koji sadre kˆod. Blokovima mogu da se pridrue parametri, a sami blokovi su tako koncipirani da mogu da se koriste univerzalno. Kada se pozove programski blok sa pridruenim parametrima, programabilni kontroler izlista imena lokalnih varijabli bloka. Vrednosti se dodeljuju pozivom bloka i premextaju se u funkciju ili funkcijski blok. Upravljanje se najqexe izvodi u ruqnom ili automatskom reimu rada. S tim u vezi se vrxi programiranje odgovarajueg bloka. U ruqnom reimu rada se izvode pojedinaqne upravljaqke funkcije, jedna za drugom, pritiskom na odgovarajue tastere. Blok za tok sekvence ima za svako stanje odgovarajui fleg datog koraka i logiqku funkciju sa dodatnom funkcijom za postavljanje narednog koraka. Ova dodatna funkcija se zove tranzicija (prelaz). Blok za izdavanje komandi sadri naredbe izlaza koje zavise od izabranog reima rada i trenutnog koraka. Ovim korakom se upravljaju izvrxni organi. Blokovi za dijagnozu i nadzor definixu logiqke funkcije za nadzor neregularnih stanja i javljanje grexaka. Grafiqko prikazivanje sekvencijalnog upravljanja se vrxi prema DIN EN 60848 ili IEC 61131-3.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
105
Bilo koji korak n sadri kao centralni funkcijski element jedan fleg, koji se realizuje preko SR-memorijskog elementa, sl. 4.36. Fleg koraka je mogue postaviti, kada je aktivan prethodni korak n − 1 I kada su ispunjeni dopunski logiqki uslovi.
Slika 4.36. Struktura jednog koraka. Dopunski logiqki uslovi dolaze iz procesa, npr. “dostignut nizak nivo”. S druge strane, izborom reima rada se bira naqin rada: “automatski” ili “taktni”. U automatskom reimu koraci se smenjuju jedan za drugim, kada su ispunjeni dodatni uslovi iz procesa. U taktnom reimu rada, naredni korak sme da se izvrxi, samo aktiviranjem tasterom. Fleg koraka n se ponixtava kada se postavi fleg narednog koraka n + 1, ILI kada se iskljuqi programski rad i kada je potrebno postaviti sistem u poqetni poloaj.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
106
Primer sekvencijalnog upravljanja Ureaj za mexanje boje se puni neizmexanom bojom elektromotorno pogonjenom pumpom M1, sl. 4.37. Zatim je potrebno putem elektromotorno pogonjene mexalice M2, mexati boju T1=10 s, a zatim ispustiti boju putem elektromagnetnog ventila. Punjenje posude za mexanje se upravlja senzorom nivoa S3. Ispuxtanje boje se upravlja senzorom pritiska S4 (otvoreni kontakt pri praznom rezervoaru). Automatski rad postrojenja se pokree tasterom S1 (NO), a zaustavlja tasterom S2 (NZ). Motor pumpe se ukljuquje kontaktorom Q1, dok se motor mexalice ukljuquje kontaktorom Q2. Ventil za ispuxtanje boje se putem povratne opruge zatvara u neaktiviranom stanju, dok se otvaranje vrxi programabilnim kontrolerom. U sluqaju zastoja, treba bezuslovno prekinuti ciklus, a tasterom S5 je mogue isprazniti posudu.
Slika 4.37. Postrojenje za mexanje boje.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
107
Za razvoj upravljanja, najpre se crta sekvencijalni tok programa prema IEC 611313, sl. 4.37. Sekvencijalni tok programa poqinje sa poqetnim korakom, nakon koga slede koraci “Prepumpavanje”, “Mexanje” i “Istakanje”. Ukoliko se postrojenje ne nalazi u poqetnom koraku, neophodno ga je dovesti ruqno (S5).
Slika 4.38. Sekvencijalni tok programa prema IEC 61131-3.
108
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
Nakon definisanja sekvencijalnog toka programa, izrauje se xema delovanja, na kojoj se vidi xema povezivanja tastera i senzora na ulaze, odn. izvrxnih organa na izlaze, sl. 4.39.
Slika 4.39. Xema delovanja ureaja za mexanje boje. Treba primetiti, da se iskljuqivanje ureaja pri zastoju vrxi NZ kontaktom. Ovim se postie da se u sluqaju prekida provodnika postrojenje samo iskljuquje. Simbol START STOP Senzor nivoa S3 Senzor pritiska S4 Zashtita motora M1 Zashtita motora M2 Rucno istakanje S5 AUTO Pochetni korak Istakanje boje Korak 1 Korak 2 Korak 3 Kontaktor M1 Kontaktor M2 Ventil 1M1 Signalizacija P1 T1
Adresa I 0.0 I 0.1 I 0.2 I 0.3 I 0.4 I 0.5 I 0.6 M 2.1 M 2.2 M 2.3 M 10.1 M 10.2 M 10.3 Q 0.0 Q 0.1 Q 0.2 Q 0.3 M 10.4
Tip podatka BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL
Komentar NO NZ NO NZ NZ NZ NO
Pumpanje Mexanje Ispuxtanje boje
Signalna lampica
Tabela 4.2. Tabela simbola ureaja za mexanje boje.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
109
U programskom bloku Reimi rada (FC1) se automatski reim rada realizuje putem flega M2.1, sl. 4.40. Postavljanje flega se u RS-memorijskom elementu vrxi aktiviranjem tastera START S1, a brisanje NO tasterom STOP S2. Da bi se funkcija brisanja realizovala pri otvaranju tastera, R-ulaz se povezuje sa negiranim signalom. Da bi se ureaj zaustavio u sluqaju reagovanja termiqke zaxtite F1 i F2, moraju se NZ kontakti termiqkih zaxtita i taster STOP povezati preko ILI logiqkog elementa. Poqetni korak (M2.2) takoe pripada izboru reima rada. On je uvek na raspolaganju, kada je posuda prazna (senzor pritiska S4 je otvoren). Poqetni korak ne sme biti umemorisan kako bi se izbegle alarmne situacije. U sluqaju prekida ciklusa mexanja aktiviranjem tastera S5, ukljuquje se reim rada “Istakanje boje” (M2.3). Ovaj reim ostaje aktivan dok se ne isprazni posuda, tj. dok senzor pritiska S4 ne odreaguje i ne vrati se na poqetni korak.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
Slika 4.40. Programski blok Reimi rada.
110
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
111
Sekvencijalni lanac (FC2) sa tri flega M10.1, M10.2 i M10.3 realizuje tri koraka: Pumpanje, Mexanje i Istakanje boje, sl. 4.41.
Slika 4.41. Programski blok Sekvencijalni lanac.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
112
Fleg koraka M10.1 “Pumpanje” se postavlja, kada fleg poqetnog koraka M2.2 ima vrednost 1 I kada je izabran AUTO reim rada (M2.1). On se brixe kada se posuda napuni, tj. kada su ispunjeni dopunski logiqki uslovi za korak “mexanje” ILI je iskljuqen reim rada AUTO. Fleg koraka M10.2 za “Mexanje” se postavlja, kada je korak “Pumpanje” aktivan i kada je posuda puna (S3→I0.2). Isti se brixe, kada se ispune dodatni logiqki uslovi za korak “Ispuxtanje boje” (M10.3) ILI je iskljuqen AUTO reim rada. Fleg M10.3 za korak “Ispuxtanje boje” se postavlja, kada je postavljen fleg za korak “Mexanje” I kada je isteklo vreme T1=10 s. Isti se brixe kada se dostigne poqetni korak (prazna posuda) ILI se iskljuqi AUTO reim rada.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
113
Programski blok Izdavanje naredbi (FC3), sl. 4.42, vrxi preslikavanje flega M10.1 preko IDENTITETA na izlaz Q0.0. Na isti naqin se preslikava M10.2 na Q0.1 za ukljuqivanje motora mexalice (Q2). Ukljuqivanje ventila za ispuxtanje Q0.2 se vrxi flegom M10.3 ILI izborom reima rada “Ispuxtanje boje”.
Slika 4.42. Programski blok Izdavanje naredbi.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
114
Programski blok Signalizacija (FC4), sl. 4.43, vrxi ukljuqivanje signalne lampice P1, u sluqaju ispada jedne ILI obe termiqke zaxtite motora.
Slika 4.43. Programski blok Signalizacija. Svi programski blokovi su napisani kao funkcije (FC) i moraju da se pozovu iz organizacionog bloka OB1. Sekvencijalno upravljanje se qesto deli u programske celine Izbor reima rada, Sekvencijalni lanac, Izdavanje naredbi i Signalizacija, kako bi se poboljxala preglednost programa.
115
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
4.3
Upravljanje u realnom vremenu
Programabilni kontroleri, preko svojih analognih ulazno/izlaznih modula, mogu da realiziju digitalni sistem upravljanja, sl. 4.44. Za razliku od analognih korekcinih organa, algoritam upravljanja u obliku matematiqkih relacija se cikliqno poziva i na osnovu signala grexke e se izraqunava vrednost upravljanja y. Dakle, digitalni regulator ne moe da radi kontinualno, ve samo u odreenim diskretnim vremenskim trenucima. Ukoliko u algoritmu upravljanja figurixe realno vreme ili perioda odabiranja, npr. radi integraljenja ili diferenciranja, onda mora da se obezbedi ekvidistantnost vremenskih odabiraka. Dakle, potrebno je ukljuqiti vremenski interapt (prekid) cikliqnog izvrxavanja glavnog programa, sa odgovarajuom periodom odabiranja, u skladu sa dinamikom upravljanog objekta, vodei raquna o brzini konverzije kod analognih ulazno/izlazih modula.
Поремећај Жељена вредност
Дигитални регулатор
Продуживач трајања сигнала
Излаз
Објект
Мерни орган
Slika 4.44. Digitalni sistem upravljanja. Implementacija digitalnog sistema upravljanja zavisi od raspoloivog hardvera i softvera, dok je izvrxavanje programa upravljano generatorom takta (clock-om) raqunara. Generator takta se postavlja da generixe interapt pri svakom trenutku odabiranja, izvrxavanje glavnog programa se tada prekida i poziva se interaptna rutina u kojoj se vrxi: • A/D konverzija • Izraqunava upravljaqka promenljiva • D/A konverzija K^ od u interaptnoj rutini se izvrxava posle svakog interapta. Ukoliko je vreme potrebno da se program u interaptnoj rutini izvrxi za vreme krae od fiziqki proteklog vremena, moemo da kaemo da se radi o upravljanju u realnom vremenu. Da bi se dobio dobar digitalni sistem upravljanja, takoe je neophodno uzeti u obzir i sledee: • prefiltraciju i vreme izraqunavanja;
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
116
• nelinearnost izvrxnih organa; • operacione aspekte; • numeriku; • realizaciju i • programerske aspekte. Da bi se spreqilo multipliciranje frekventnog spektra povorke odabiraka, neophodno je uvesti analogni prefiltar za eliminaciju poremeaja sa uqestanoxu veim od Najkvistove uqestanosti u skladu sa uqestanoxu odabiranja. Uvek je, kada je to mogue, korisno vrxiti odabiranje analognih signala na znaqajno veim uqestanostima odabiranja kada se koristi analogni filter, koji je projektovan sa stanovixta obrade datog signala. Pri sporim uqestanostima odabiranja, uvek je jednostavnije vrxiti bre odabiranje, a zatim koristiti digitalne filtre. A/D i D/A konverzije, kao i druga izraqunavanja traju izvesno vreme, tako da e uvek da postoji kaxnjenje kada se implemetira upravljanje digitalnim raqunarom. Ovo kaxnjenje se zove kaxnjenje izraqunavanja (computational delay) i ono zavisi od toga kako se upravljaqki algoritam realizuje. Qest sluqaj u tehniqkoj praksi je da su izvrxni organi nelinearni, u smislu da uu u zasienje u svojim krajnim poloajima (ograniqena brzina motora, zasienje upravljaqkog ventila i sl.). Usled opisanog, moe doi do potexkoa pri pokretanju ili zaustavljanju sistema upravljanja. S druge strane, ukoliko je vrednost upravljaqke veliqine velika, tolika da uvede izvrxni organ u zasienje, povratna sprega biva efektivno prekinuta sve dok izvrxni organ ostaje u svom krajnjem poloaju. Ukoliko kontroler sadri integralno dejstvo, doi e do “prepunjavanja” (“namotavanja”) integralnog qlana. Kada signal grexke promeni znak, bie potrebno neko vreme da se vrednost integrator “isprazni” i vrednost upravljanja vrati u linearno podruqje. Ovaj efekat se zove integrator windup. Praktiqno svi industrijski regulatori mogu da rade u dva reima rada: ruqnom i automatskom. Osim toga, u toku rada moe da doe do prelaska iz jednog u drugi reim rada. S obzirom da je kontroler dinamiqki sistem, stanje kontrolera prilikom prelaska iz jednog reima u drugi mora ima korektnu vrednost, inaqe moe da doe do naglog skoka. Glatki prelaz se naziva bezudarni prelaz (bumpless transfer) i on bi trebalo da se obezbedi. Pri implementaciji digitalnog upravljanja neophodno je odgovoriti na pitanja kao npr.: koja je taqnost konvertera, koju preciznost izraqunavanja je potrebno ostvariti, da li se radi izraqunavanje sa celobrojnim vrednostima ili sa pokretnom zapetom, i sl.? Mogue su brojne varijante strukturne realizacije digitalne prenosne funkcije. Postoje qetiri kriterijuma za izbor varijante realizacije: zahtev za memorijom, zahtev za radom u realnom vremenu, minimizacija transportnog kaxnjenja usled raqunanja i minimizacija osetljivosti procesora na proces kvantovanja parametara i promenljivih. Praktiqno svi digitalni kontroleri se realizuju u realnom vremenu. U nekim sluqajevima, razliqiti delovi algoritma mogu da se distribuiraju izmeu razliqitih procesora. U takvim sluqjevima, komunikacija moe da izazove nestacionarno kaxnje (jitter) u periodi odabiranja. S tim u vezi, programiranje je vaan aspekt za efikasnost rada sistema i vreme neophodno za implementaciju.
Poglavlje 4. Programabilni kontroleri
4.4
117
Nadzor i upravljanje procesa
Savremene maxine ili procesi obavezno imaju sisteme za nadzor i upravljanje, poznate kao “interfejs qovek-maxina” (HMI - Human Machine Interface). Pomou ovih sistema je mogue realizovati sledee funkcije: • Nadzor procesa (javljanje stanja u radu, stanja u procesu, kao i prikazivanje toka procesa), • Upravljanje i opsluivanje procesa (ukljuqivanje postrojenja, podexavanje parametara), • Dijagnostika sistema (poruke o grexci), • Obrada i arhiviranje stanja u procesu (kao, npr. preduzimanje mera za osiguranje kvaliteta). Za realizovanje jednog HMI sistema, neophodno je instalisati odgovarajui razvojni softver, koji moe da se povee sa softverom za programiranje kontrolera. Za vizuelizaciju moe da se koristi PC raqunar ili drugi specijalni hardver. Najjednostavniji sistemi za vizuelizaciju su textdisplay-i, koji mogu da prikazuju tekst u nekoliko vrsta. Operatorski paneli imaju uglavnom grafiqki prikaz, ali mogu da imaju i polja sa tasterima. Kod ureaja koji imaju ekran osetljiv na dodir, opsluivanje se vrxi direktno na ekranu.
Slika 4.45. Ureaji za vizuelizaciju.
Literatura [1] Berger, Hans ”Automating with STEP 7 in LAD and FBD”, Publicis Corporate Publishing, Erlangen, 2005. [2] Berger, Hans ”Automating with SIMATIC”, Publicis Corporate Publishing, Erlangen, 2006. [3] Kilian, Christopher T., ”Modern Control Technology: Components and Systems”, Delmar Pub, 2003. [4] Fischer, Ulrich et. al, ”Tabellenbuch Metall”, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 1999. [5] H¨aberle, Tettang et. al, ”Tabellenbuch Elektrotechnik”, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 2011. [6] Ribar, Zoran, ”Pneumoelektrichni upravljachki sistemi”, Mashinski fakultet, Beograd, 1995. [7] Schmiedt, Dietmar et. al, ”Steuern und Regeln f¨ ur Maschnienbau und Mechatronik”, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 2010. [8] Tapken, Herbert ”SPS Theorie und Praxis”, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 2011. [9] Wellenreuther, G¨ unter & Zastrow, Dieter ”Automatisieren mit SPS - Theorie und Praxis”, Vieweg+Teubner Verlag | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, 2011.
