Styrning av ett sorteringsverk med PLC

Transkript

1 Styrning av ett sorteringsverk med PL Förberedelser Läs igenom handledningen före laborationen. Gör föreberedelseuppgifterna som finns i handledningen FÖR laborationen. Om inte förberedelseuppgifterna är gjorda kan ni INT räkna med hjälp på laborationen. Uppgift u ska med hjälp av en PL få ett sorteringsverk att sortera (aluminium)cylindrar efter höjd och bredd. Sorteringen ska ske enligt: 1. ylindrar med rätt höjd och bredd ska till fack ylindrar med minst ett mått för stort och där det andra måttet inte är för litet ska till fack ylindrar där minst ett av måtten är för litet ska till fack 1. Observera att det finns inte ett rätt breddmått utan rätt mått ligger inom ett intervall. n anledning till denna sorterinsstrategi kan vara att cylindrar som inte har rätt höjd och/eller bredd men inte är för små kan omarbetas. Är däremot cylindrarna för små måste de skrotas. Sorteringsverket Sorteringsverket består av: 1. Lager för cylindrar som ska mätas. 2. Matare som drivs av stegmotor. 3. Skiva som matar cylindrarna förbi mätanordningen och till rätt fack, drivs av stegmotor. 4. Mätanordning för höjd och bredd. estår av ljuskälla och tre fotodioder. 1

2 Figur 1 Översikt av sorteringsverket. 5. Lager för sorterade cylindrar och avlänkningsanordning. Stegmotorerna drivs av ett externt genererat pulståg där man bara behöver släppa fram pulståget till stegmotorn för den ska börja gå. Mataren behöver 320 pulser för att gå ett varv/mata ut en cylinder. Insignaler (till) och utsignaler (från) sorteringsverket är: In Öppna avlänkning 1 Öppna avlänkning 2 Öppna avlänkning 3 Matare Skiva Ut Opt1 = Fotodiod längst ned. Opt2 = Fotodiod i mitten Opt3 = Fotodiod överst Tabell 1 In/till och ut/från signaler för sorteringsverket. PL Insignaler till PLn består av utsignalerna från sorteringsverket, en startsignal och ett pulståg/klocka som driver stegmotorerna. xtern logik finns för att få pulsräknaren i PLn att mäta rätt (Figur 2) cylinderbredd. en externa logiken behövs eftersom pulståget som driver stegmotorerna är mycket snabbare än PLns scan rate (pulsräknaren är inte synkroniserad med PLns program). Med extern logik säkerställs att det alltid blir korrekt antal pulser för breddmätning. Utsignalerna från PLn är insignaler till sorteringsverket :55 2

3 Ingångar Pulsräknare I0.0 Opt1 I0.1 Opt2 I0.2 Opt3 I0.3 Startknapp I0.4 Utgångar Avlänkning 1 Q0.0 Avlänkning 2 Q0.1 Avlänkning 3 Q0.2 Rotera skiva Q0.3 Matare Q0.4 Tabell 2 In- och utsignaler till/från PLn. Opt1 clock Feeder & & >1 High-Speed ounter Figur 2 Logik för pulsräknare (High-Speed-ounter HS). Funktionsbeskrivning Sortering startar när startknappen slås till. Matningsskivan börjar snurra och cylindermataren matar ut en cylinder på skivan. Antal pulser måste räknas så att bara en cylinder matas ut. När cylindern kommer fram till foto-dioderna börjar höjd- och breddmätning. Pulsräknaren startar när den understa foto-dioden blir täckt. ylinderbredden mäts i antal pulser eftersom det är enklast och dessutom är #pulser vridningsvinkel bredd. Värdet av breddmätningen står kvar i pulsräknaren tills pulsräknaren nollställs. ylinderhöjden mäts med tre foto-dioder och ger tre olika höjder, låg, rätt eller hög. ftersom man inte kan räkna med att cylindern inte är skev kan inte höjdmätningen styras av den understa foto-dioden. Istället kan höjden mätas i mitten av cylindern eller kontinueligt under tiden cylindern passerar (varför?). Medan värdet av breddmätningen står kvar i pulsräknaren efter det att cylindern har passerat foto-dioderna så är höjden då okänd. et finns (minst) två olika sätt att angripa detta. 1. Spara undan höjden för att använda den i beräkning efter det att cylindern har passerar foto-dioderna. 2. Välj kommande tillstånd efter cylinderns höjd. et här kan vara lite besvärligt för höjden berättar inte nödvändigtvis om hur cylindern ska sorteras. När höjd och bredd är kända kan cylindern sorteras i rätt låda. Öppna rätt avlänkningsanordning och vänta den tid det tar för cylindern att nå rätt låda. Tre olika lådor medför tre olika tider vilket ger att tre timrar måste användas :55 3

4 Signaler Opt2 falsk Opt1, Opt2 sann Opt1, Opt2, Opt3 sann Höjd låg ok hög Tabell 3 n falsk signal betyder att motsvarande foto-diod är belyst. Grundläggande ladder-programmering och digitalteknik I ladder programmering tänker man sig att man har två skenor med olika potential. Genom att koppla kontakter och brytare mellan de två skenorna kan man få en ström att flyta och därmed realisera logiska uttryck. Sym- Figur 3 (höger). tt relä med kontakt och spole (vänster) och motsvarigheten i ladder bolerna för brytare och kontakt syns i Figur 3. rytare (spole) och kontakt är vanligtvis bitar i PLns minne men kan även vara in- och utsignaler. e enkla OH och LLR syns i Figur 4 (hur negeras en in- resp utsignal?). X X Y Z Z Y Figur 4 AN (vänster) och OR (höger) funktioner implementerade i ladder logik. SR-vippan Grundläggande för tillståndsmaskiner är minne. e tidigare nämnda OH och LLR funktionerna är kombinatoriska, det vill säga att utsignalen ändras omedelbart när insignalen ändras. Minnet har egenskapen att komma ihåg vad insignalen/insignalerna var när de tas bort från minnet. et grundläggande minneselementet är S(et)-R(eset)-vippan. Två implementering syns i Figur 5. Kombinationen S=1 och R=1 ger olika men distinkt utsignal för SR-vipporna i Figur 5. ftersom utsignalen beror på hur vippan är konstruerad är det inte rekommenderat att använda S=1 och R=1 som insignaler :55 4

5 S R M S M M M R S R M 0 0 Kom ihåg ? Figur 5 SR-vippa som ladder och dess sanningstabell. Ladder och (asynkrona) tillståndsmaskiner et finns flera idéer om hur man gör ett ladder-program. Många av dem leder tyvärr till program som är svåra att felsöka och modifiera. Om det inte finns specifika krav (minnestillgång, hastighet,...) så rekomenderas det att strukturera problemet så att en tillståndsmaskin löser problemet. Jämför med Grafcet/SF som alltid resulterar i en (utökad) tillståndsmaskin. ftersom det inte finns någon klocka i en PL är tillståndsmaskinen asynkron. å PLn dessutom exekverar sitt program sekventiellt och inte parallellt innebär det att man behöver vara nogran när PL årogrammet kodas. et rekomenderas att programmet delas in i tillstånd, signaler, minnen och eventuella funktionsblock. Håll dig sedan till den ordningen när programmet kodas :55 5

6 Förberedelser Repetera kombinatorik och tillståndsmaskiner (digitalteknik). Mer utförligt om ladder-programmering finns i kapitel 5 i William olton: "Programmable Logic ontrollers", lsevier, 2009, ISN10: , ISN13: (länk till U). 1. Skriv ett (ladder)program som matar ut en cylinder, mäter cylinderns bredd och lägger cylindern i den första lådan. n möjlig tillståndsgraf finns i Figur Varför finns det inget villkor på övergången mellan tillstånd S3 och S4 i Figur 6? 3. Hur kan man göra om man måste stanna mataren efter exakt 320 pulser? 4. Analysera programmet i Figur 7 och beskriv vad det gör (rita tillståndsgraf). 5. Rita en tillståndsgraf och ett ladderprogram som löser sorteringsproblemet i funktionsbeskrivningen. Reset ounter Feeder:Off isc:off S1 Start utton Feeder:On isc:on S2 Timer 320 Pulses Open Gate Start Timer isc:on Feeder:Off S4 S3 Reset ounter Feeder:Off isc:on Figur 6 Tillståndsgraf för förberedelseuppgift 1. Laborationsuppgifter 1. Skriv in programmet från förberedelseuppgift 1. Kör programmet och anteckna de olika bredder som förekommer. 2. Skriv in programmet från förberedelseuppgift 5 och kör det :55 6

7 A #S4 #TMR1.Q #S2 #S1 #S1 #S1 #Start #S3 #S2 #S2 #S2 #"320pulser" #S4 #S3 #S3 #S3 #S1 #S4 #S A Symbol Address Type omment #S2 ool #S1 ool #S3 ool N #S4 ool #"320pulser" #TMR1.Q #Start #S1 Network 2: HS & Timers #I_Timer_0_ Instance TP #S3 Time T#500MS IN PT Q T... ool ool ool W#16#0102 "HS_1" False False False 0 L#0 L#0 0 HS IR V RV PRIO NW_IR NW_V NW_RV NW_PRIO #TRL_HS_0_ Instance TRL_HS NO USY STATUS #PULS >= Int 320 #"320pulser" #S4 #TMR1 TON Time IN Q T#2S_500MS PT T F Owner Operator esigned y hecked y Symbol Address escription 2nd Type omment Language Approved y Symbol Address Type omment #S1 ool #S3 ool #S4 ool 320 #S1 320 Project name prep Int #SKIVA ate 11/30/2018 #"320pulser" Project Path ool #PULS #S4 :\Users\Morten\ocuments\projekt\IA\kurs\automationskurs\PL\siemens Int #FAK_1 #TMR1 \sortering_prep\prep I_Timer #TRL_HS_0_Instance Location Multi_SF escription 1st "HS_1" W#16#0102 HW_HS T#2S_500MS T#2S_500MS Time en-us #S2 #I_Timer_0_Instance #S1 ool Figur 7 Ladderprogrammet ool 1st View I_Timer (blocket) Prep_1, förberedelseuppgift Version 4. Sheet 4-3 T#500MS #S4 T#500MS Time ool #FAK_1 ool Network #MATAR 3: Outputs ool #SKIVA ool A #S2 #MATAR :55 7

8 Kort introduktion till TIA portal Skapa nytt projekt etta är endast en kortfattad beskrivning. För en utförligare beskrivning se till exempel den fullständiga manualen eller en kortare introduktion. etta och ytterligare material finns på: pub/kurser/automation/pdf/siemens-intro/. 1. Välj reate new project, namnge projektet och klicka på reate. Gå över till Project view. Klicka på Add new device i Project tree. ubbelklicka på PU 1214 A//Rly och markera 6S X0, klicka OK. 2. Under PL1 program blocks finns nu ett Main-block, ytterligare block kan läggas till genom att klicka på Add new block. I detta fall väljer vi att lägga till ett ladderdiagram och väljer typ: F och Language: LA. Implementering av sekvensstyrning Nedan följer ett exempel på hur sekvensstyrning kan implementeras med hjälp av ladderdiagram. In och utgångarna till PLn namnges i en s.k. tag table (Figur 8) för att öka överskådligheten i programmet. Själva sekvensen A prep / Sortering [PU 1214 A//Rly] / PL tags / efault tag table [29] PL tags PL tags Name ata type Address Retain Visible Accessible omment in HMI from HMI System_yte yte %M1 False True True FirstScan ool %M1.0 False True True iagstatusupdate ool %M1.1 False True True AlwaysTRU ool %M1.2 False True True AlwaysFALS ool %M1.3 False True True Puls ool %I0.0 False True True OPT1 ool %I0.1 False True True OPT2 ool %I0.2 False True True OPT3 ool %I0.3 False True True Start ool %I0.4 False True True FAK_1 ool %Q0.0 False True True FAK_2 ool %Q0.1 False True True FAK_3 ool %Q0.2 False True True Skiva ool %Q0.3 False True True Matare ool %Q0.4 False True True OUNTRVALU Int %I1000 False True True Figur 8 xempel på tag table som benämner in och utgångar. finns i funktionsblocket Prep_1 (Figur 7). etta funktionsblock anropas från Main (Figur 9) varje programcykel. PLns in- och utgångar är anslutna till Prep_1-blocket via Main-blocket (Figur 9). För signaldefinitionerna i Main används definitionerna i tag table. Owner Operator :55 8 Project name prep ate 11/30/2018 Project Path :\Users\Morten\ocuments\projekt\IA\kurs\automationskurs\PL\siemens \sortering_prep\prep Location esigned y escription 1st

9 omment Family Version 0.1 User-defined I Name ata type Offset omment Temp Network 1:... %I0.1 "OPT1" %I0.2 "OPT2" %I0.3 "OPT3" %I0.4 "Start" %I1000 "OUNTRVALU" N OPT1 OPT2 OPT3 Start PULS %1 "Prep_1_" %F1 "Prep_1" FAK_1 FAK_2 FAK_3 MATAR SKIVA NO %Q0.0 "FAK_1" %Q0.1 "FAK_2" %Q0.2 "FAK_3" %Q0.4 "Matare" %Q0.3 "Skiva" Symbol Address Type omment "Prep_1" %F1 lock_f "OPT1" %I0.1 ool "OPT2" %I0.2 ool "OPT3" %I0.3 ool "Start" %I0.4 ool "OUNTRVALU" %I1000 Int "FAK_1" %Q0.0 ool "FAK_2" %Q0.1 ool "FAK_3" %Q0.2 ool "Matare" %Q0.4 ool "Skiva" %Q0.3 ool "Prep_1_" %1 lock_f Figur 9 Huvudblock F Owner Operator Approved y Project name prep :\Users\Morten\ocuments\projekt\IA\kurs\automationskurs\PL\siemens \sortering_prep\prep Location som används inne i blocket. essa kan definieras antingen som Static eller esigned y escription 1st Temp. Static-variabler behåller sina värden från en programcykel till nästa hecked y escription 2nd Language en-us ate 11/30/2018 Project Path In- och utgångar till funktionsblocket Prep_1 är definierade i funktionsblockets interface, se Figur 10. är finns också möjlighet att definiera variabler medan Temp-variablerna bara finns tillgängliga medan blocket exekveras 1st View Version Sheet 3-1 under den aktuella programcykeln. I detta fall ska en sekvensstyrning implementeras och PLn måste därmed komma ihåg det aktuella tillståndet till nästa programcykel. Alltså definieras tillstånden som Static. I exemplet är tillstånden S_1, S_2, S_3 och S_4. Observera att efault value på S_1 är satt till true för att initiera sekvensen till att starta i detta tillstånd, se Figur 7. et finns andra sätt att åstadkomma detta, vilka? I Figur 7 är sekvensen implementerad med hjälp av SR-vippor med en vippa för varje tillstånd. Övergången till ett nytt tillstånd bestäms av vilket tillstånd man befinner sig i för tillfället samt av insignalerna. Utsignalerna, som endast är beroende av vilket tillstånd man befinner sig i, placeras lämpligen separerade från själva sekvensen. Användning av high speed conunter Högerklicka på PL_1 i Project tree, välj Properties, High speed counter(hs)1 och markera nable. Räknevärdet från HS1 återfinns på adress %I1000, variabeln är av typen Int. För att starta räknaren räcker det med att välja enable enligt ovan. Om man däremot önskar ytterligare kontroll, såsom till exempel nollställning av räkneregistret, behövs blocket TRL_HS som hämtas från ounting. Sedan blocket placerats måste man koppla det till rätt räknare. ubbelklicka på HS-ingången och välj HS_1. När V-ingången sätts till TRU nollställs räkneregistret. I exemplet nedan sker detta när START blir FALS :55 9

10 Prep_1_ Properties General Name Prep_1_ Number 1 Type Language Information Title Author omment Family Version 0.1 User-defined I Name ata type Offset Start value Retain Accessible from HMI Visible omment in HMI Input OPT1 ool false False True True OPT2 ool false False True True OPT3 ool false False True True Start ool false False True True PULS Int 0 False True True Output FAK_1 ool false False True True FAK_2 ool false False True True FAK_3 ool false False True True MATAR ool false False True True SKIVA ool false False True True InOut Static S1 ool true False True True S2 ool false False True True S3 ool false False True True S4 ool false False True True 320pulser ool false False True True TRL_HS_0_Instance TRL_HS True True Input HS HW_HS W#16#0 False True True IR ool False False True True V ool False False True True RV ool False False True True PRIO ool False False True True 1 NW_IR Int 0 False True True 2 3 NW_V Int L#0 False True True 4 NW_RV Int L#0 False True True A F Owner Operator esigned y hecked y Approved y prep Visible omment sible in HMI 11/30/2018 ate Project Path :\Users\Morten\ocuments\projekt\IA\kurs\automationskurs\PL\siemens from \sortering_prep\prep HMI Int 0 False True True NW_PRI O Output Name ata typeproject Offset name Start value Retain Acces Location escription 1st USY ool escription 2nd False False True Language True STATUS Word W#16#0 False True True InOut Static TMR1 I_TIMR False True True ST Time T#0ms False True True PT Time T#2500ms False True True T Time T#0ms False True True RU ool false False False False IN ool false False True True Q ool false False True True I_Timer_0_Instance I_TIMR False True True ST Time T#0ms False True True PT Time T#0ms False True True T Time T#0ms False True True RU ool false False False False IN ool false False True True Q ool false False True True en-us 1st View Version Sheet 5-1 Figur 10 xempel på interface till funktionsblock. Användning av timer n tillslagsfördröjd timer kan hämtas från Timer operations TON. Om timern infogas i ett funktionsblock, välj Multi instance och klicka OK. PT-ingången anger den tid som ska förflyta innan timerns utgång aktiveras, i detta fall 2.5s. Timerns utgång Q kan användas i andra delar av programmet utan att göra någon grafisk koppling. Istället anges timernamn.q i villkoret där man önskar använda värdet på timerns utgång. Owner Operator :55 10 Project name prep ate 11/30/2018 Project Path :\Users\Morten\ocuments\projekt\IA\kurs\automationskurs\PL\siemens \sortering_prep\prep Location esigned y escription 1st

11 Kompilering och nerladdning ftersom High speed countern är hårdvaruimplementerad måste man kompilera både hårdvara och mjukvara. essutom måste man vara uppmärksam på att samtliga block i projektet kompileras. Om man använder respektive för att kompilera och ladda ner koden har det betydelse vilket block som är markerat just då vilket lätt kan leda till att man tror att hela projektet är kompilerat och nerladdat trots att så inte är fallet. För att undvika eventuella problem kan man istället högerklicka på PL_1 i Project tree och därefter välja ompile - All samt ownload to device - All. Första gången man laddar ner koden dyker rutan xtended download to device upp. Välj Type of the PG/P interface - PN/I och klicka Load när PLn är funnen. Om rutan Assign IP adress dyker upp, klicka OK. När programmet är kompilerat, nerladdat och körs kan man studera variablernas värden genom att klicka på :55 11