USP n En bok om Tillämpad Styrteknik Erik Jansson
USP n den Universella StyrPlattan Boken innehåller en mix av programmering-, teori-, räkne- och kopplingsövningar. Från det allra enklaste till det ganska svåra. Det börjar med enklaste ladderprogrammering och slutar med mer avancerade övningar som t.ex. analog mätning med plc n där programmen görs med funktionsblock eller tom Sequential Function Charts (SFC) Boken passar bra i kurser som: Styrteknik B Mekatronik Programmerbara styrsystem Mät och styrteknik Automationsteknik Varför inte som självstudiematerial vid företagsutbildning USP n är även användbar för delmoment i flera andra kursen Det finns ett separat blad som visar kopplingen till kurser inom Gy 11 Naturligtvis kan många idéer från boken användas till andra system än USP`n 2012-04-19 Erik Jansson www.exoteknika.se 2/10
Innehållsförsteckning Sida Beskrivning av hårdvara och studieunderlag 4 Automationsteknikens grunder 6 Plintlista 9 Komma igång med programmering av PLC n 10 Övningsuppgift: Logiska funktioner 12 Teori: Omvandling mellan olika talsystem 13 Räkneuppgift: Omvandling mellan olika talsystem 15 Programmering: Komma igång uppgifter 16 Teori om nöd-, produktion- och skyddstop 19 Tidstyrning med PLC. Grundläggande principer 22 Räkneuppgift: Omvandling mellan olika talsystem 25 Programmeringsuppgifter: Tidstyrning, räknare 26 Räkneuppgift binär matematik 28 Programmeringsuppgifter & schemauppgift 29 Programmering av trafikljus 30 Del 2: Programmering med funktionsblock 32 Teori och övning: AD / DA-omvandlig 34 Programmering: Analog temperaturmätning 36 Programmering, kopplingsuppgift: 37 Bromsning av motor Programmering, inkoppling: Givarstyrd motor 38 Programmering, inkoppling: Belysningsstyrning 39 Programmering: Digital till analogomvandlare 40 Sequential Function Charts (SFC) 41 Fältbuss och galvanisk isolering 43 Facit till alla räkneuppgifter 44-2012-04-19 Erik Jansson www.exoteknika.se 3/10
Beskrivning av den Universella styrplattan Grundtanken är att förbindningarna på USP n aldrig får kopplas om utan bara byggas ut. Eleverna får enbart ansluta något till den tomma sidan på plintraden 1 35. Det bifogas ett testprogram Test Universella Styrplattan som kontrollerar att alla sensorer, ingångar, utgångar, aktorer och objekt fungerar. Denna test är bra att göra vid kursstarten. Systemet är uppbyggt på en aluminiumplatta, 450 * 350 * 4 mm med två rejäla handtag på kortsidorna. Storleken är anpassad så man får plats med två enheter på varje hylla i ett standardskåp. Eftersom plattan är av aluminium är det enkelt att borra, gänga och skruva om man vill montera något mer på den. Det finns fem st. helt fria plintar men också plats för många fler Styrenhet Logicmodul Zelio SR3B261BD med 16 in- och 10utgångar De åtta reläutgångarna Q1 Q8 ger 0 / +24 V men Q6 Q8 är kopplade via ett nödstopp. Utgångarna Q9, Q10 och ingångarna IH, IJ, IK, IL är lämnade helt fritt för egna idéer. Logikmodulen ger möjlighet till att jacka i A/D- och D/A-modul, Modem för mobiltelefoni, Modem för anslutning till industribuss Modibus med mera. USB-kabel och en 24 volts nätadapter bifogas. Sensorer. Det finns: Fem st. återfjädrande tryckknappar (Trk 1 Trk 5). Se figur nedan En närvaro detektor som ger nolla vid indikering. Se figur första sidan Ett nödstopp som ger nolla vid aktivering. Se figur första sidan En kapslad analog temperaturgivare (Termistor) En tryckknappslåda med tre knappar för relästyrning, fram/back/stop För en av övningarna behöver ni en induktiv givare för 24 V Aktuator / ställdon Två st. kontaktorer som styr motorn med- eller motsols Två st växlande 2-poliga reläer finns för egna inkopplingar Objekt Likströmsmotor med en stor ratt med skalstreck som visar positionen Åtta st. lysdioder är kopplade till PLC ns utgångar varav två blå, två av röd, gul och grön som tex kan programmeras till ett korsande trafikljus. Därtill finns två blå lysdioder för fri användning För en av övningarna behöver ni ett styrbart lysrör 0 10 V Manöverpanel Panel med 10 st lysdioder och 5 tryckknappar Trafikljus Röd 1 Röd 2 Blå 1 Trk 5 24 V DC Trk 4 Gul 1 Gul 2 Blå 2 Trk 3 Grön 1 Grön 2 Blå 3 Trk 2 Blå 4 Trk 1 10 * 1.2 kohm 2012-04-19 Erik Jansson www.exoteknika.se 4/10
Studiehandledningen innehåller programmeringsövningar Det finns ca femtio programmeringsövningar med svårighetsgraden från nybörjare till professionell användare. Facit bifogas I DEL 1 löses uppgifterna med ladderprogrammering av logiska funktioner, tid-, räknestyrning och minnesfunktioner I DEL 2 löses uppgifterna med funktionsblock som tex kan vara: Analog mätning / styrning, Kalender och datumstyrd belysning, Närvarostyrd belysning. Det finns facit till alla övningarna I DEL 3 finns en beskrivning, kopplingsanvisning och övningar som leder fram till hur en miniatyrrobot kan styras från USP n. Underlag för relästyrning fram/back/stop ges. Ide förslag om hur motorn kan styras m.h.a solens läge och en vinkelgivare Studiehandledningen innehåller teori om: Logiska funktioner och omvandling mellan olika talsystem Nöd-, produktion och skyddsstopp Analog till Digitalomvandling och vice versa Fältbussen och galvaniskt skilda signaler Sequential Function Charts (SFC) Studiehandledningen innehåller teoretiska uppgifter om Logiska funktioner Omvandling mellan olika talsystem. Analog till Digitalomvandling och vice versa Det finns ca sjuttio räkneuppgifter med facit En röd tråd går genom hela materialet där svårighetsgraden successivt stegras så tanken är att eleven relativt självständigt skall kunna arbeta sig genom uppgifterna. Förslag på lektioner Automationsteknikens komponenter som: Styrsystem, Aktuatorer, Sensorer Funktion, uppbyggnad och programmeringssätt av en PLC Logiska funktioner Binära och andra talsystem Nöd-, produktion- och skyddsstopp Memory (minnen) Timers (tidkretsar) Counters (räknare) Sekvensprogrammering Programmering med funktionsblock Analog till Digitalomvandling och vice versa 2012-04-19 Erik Jansson www.exoteknika.se 5/10
Automationteknikens grunder DEL 1 Styrteknik används när något skall göras automatiskt vilket innebär att förloppet går av sig själv. I styrsystemet finns numera alltid en dator. En PLC (Programmable Logical Controller) är en industrianpassad datorenhet som är gjord för att styra objekt som tex en hiss, maskin, port, belysning, vindkraftverk, värmepump med mera. PLC-system används idag i stor omfattning därför att de är flexibla, driftsäkra, billiga och relativt enkla att programmera. Ett PLC-system kan principiellt beskrivas med följande figur Ingångar Informationsbehandling Aktuator / Objekt Dator & Program Ställdon Sensorer / Tex. Tex. Detektor Pneumatik Garageport Hydraulik Belysning Motor Maskin Ingångar Ingångar / Sensorer / detektorer är kopplade till ingångarna på PLCn. Man kan betrakta dom som PLCn s sinnen alltså de känner av olika yttre händelse som tex att: Någon trycker på en knapp Någon går förbi en närvarodetektor Materialet är på rätt plats så att borrningen sker på rätt ställe Temperaturen inte blir så hög att produkten skadas Oljenivån inte blir så låg att motorn skär ihop Trycket inte blir så högt att tanken exploderar Ingångarna till PLCn kan i sin enklaste form bara indikera över eller under ett specifikt värde (Etta / Nolla / Sant / Falskt). För styrplattan gäller att en Etta = 24 volt och en Nolla = 0 volt Induktiv givare 2012-04-19 Erik Jansson www.exoteknika.se 6/10
Informationsbehandling Ett program måste skrivas för det logiska problem som skall lösas. Med utgångspunkt från programmet fattar datorn logiska beslut utifrån sensorernas värden, tidkretsar, räknare och minnen. Resultatet påverkar aktuatorer via en eller fler utsignaler. Det finns olika program för att programmera en PLC som: ladder, instruktion, logiska block och funktionsprogrammering. För att signalerna skall hitta rätt har alla in-, utgångar, räknare, timers och minnen en egen adress (Se plintlistan). Samma princip som att vi människor har en unik postadress Aktuatorer / Ställdon För att omforma styrsystemets utsignaler till mekanisk kraft så måste det finnas en aktuator /ställdon som tex kan vara en: Roterande motor som då kan styras med- eller motsols men även dess hastighet Linjärmotor som kan styras fram eller tillbaka Pneumatisk cylinder som styrs av luft Hydraulisk cylinder som används för stora krafter och styrs av olja Kulmutterskruv för positionering För att omvandla signalen från PLC n till mekanisk kraft används en s.k. aktuator. I bilden visas en dubbelverkande luftcylinder Vakumsug för lyft Ventilpaket som styr luft Miniatyrrobot 2012-04-19 Erik Jansson www.exoteknika.se 7/10
En annan aktuator är den så kallade kulmutterskruven som används för att positionera någonting. Längst till höger sitter den s.k kulmuttern vilken är kullagrad och därför löper med väldigt liten friktion på den gängade stången. Längst till vänster kopplas motorn till. Objekt Objekt kallas det som man ytterst vill styra och det kan t.ex. vara Trafikljus, Hiss, Belysning, Garageport, Transportband osv I den universella styrplattans fall är objekten 8 lysdioder Man kan nog säga att det bara är fantasin som sätter gränserna för vad som kan automatiseras. Tydliga behov finns inom tillverkningsindustri, fastighetsbranch men även i vardagslivet. Orsakerna är att spara in mänsklig arbetskraft, energi men även komma bort från farliga arbetsmiljöer. En positiv sak till är ju också att kvalitén normalt blir både jämnare och högre vid automatisk produktion. Grunden för alla styrsystem är att de jobbar utifrån logikens lagar (ettor och nollor) och att de är programmerbara och att de logiska besluten tas i en viss ordning som styrs av programmet utifrån programmet. För att lyckas med kursen måste ni kunna och förstå grindarnas sanningstabeller och symboler. Den binära och hexadecimala matematiken är också viktig Styrteknik enligt Wikipedia Styrteknik är en gren inom reglertekniken som huvudsakligen handlar om digital reglering (av / påreglering) av system med många insignaler och utsignaler. Styrteknikerns viktigaste "redskap" är logiken. Förr utfördes mycket av de logiska funktionerna i själva hårdvaran direkt i maskinerna med hjälp av reläer och liknande men numera har man alltmer gått över till att koppla alla in- och utsignaler via en PLC (Programmable Logic Controller) eller en dator. Under de senaste årtiondena har även PLC med analoga in- och utsignaler kommit och gränsen mellan styr- och reglerteknik har blivit flytande. 2012-04-19 Erik Jansson www.exoteknika.se 8/10
Plintlista för den Universella StyrPlattan Alla in- och utgångar i systemet måste ha egen adress för att informationen skall hitta fram och varifrån den skall hämtas. Jämför med tex ett paket som skall skickas. Varifrån kommer det och vart skall det skickas. I detta systemet är det plintlistan som beskriver alla adresser Plint Nr PLC adress Funktion / Kommentar Namn i text 1 I1 Digital ingång Trk 1 2 I2 Digital ingång Trk 2 3 I3 Digital ingång Trk 3 4 I4 Digital ingång Trk 4 5 I5 Digital ingång Trk 5 6 I6 Upptagen av IR(Nolla vid närvaroindikering) IR-detektor 7 I7 Upptagen av nödstopp (Nolla vid nödstopp) Nödstopp 8 I8 Digital ingång Temperaturgivare 9 I9 Digital ingång 10 IA Digital ingång 11 IB Digital och analog ingång 12 IC Digital och analog ingång 13 O1 Reläutgång 0 / 24 V Röd 1 14 O2 Reläutgång 0 / 24 V Gul 1 15 O3 Reläutgång 0 / 24 V Grön 1 16 O4 Reläutgång 0 / 24 V Röd 2 17 O5 Reläutgång 0 / 24 V Gul 2 18 O6 Reläutgång 0 / 24 V Grön 2 19 O7 *1 Reläutgång 0 / 24 V Motor går medsols Kontaktor 1, Blå 1 lysdiod 20 O8*1 Reläutgång 0 / 24 V Motor går medsols Kontaktor 2, Blå 2 lysdiod 21 För egna idéer Blå 3 lysdiod 22 För egna idéer Blå 4 lysdiod 23 + PLC +24 volt 24 + PLC +24 volt 25 - PLC Noll 26 - PLC Noll 27 28 29 Motor plus Röd 30 Motor minus Svart 31 För egna kopplingar 32 För egna kopplingar 33 För egna kopplingar 34 För egna kopplingar 35 För egna kopplingar *1 Kopplade via nödstopp Det är praktiskt att kopiera plintlistan till ett separat papper när programmeringsuppgifterna skall göras 2012-04-19 Erik Jansson www.exoteknika.se 9/10
Komma igång med programmering Installera Zeliosoft 2 version 4.4 Alla skall använda samma version. Annars blir det praktiska problem Ladda ned och installera PLC-programmet Zeliosoft 2 ver. 4.4 Antingen från skolans plattform eller om läraren har ett USB-minne med programmet. Om inte så kan det hämtas från Schneiders hemsida: http://download.schneider-electric.nu/snb/start.aspx?so=2&nid=25903&nt=2 Installera drivrutinen för USB-kabel 1. Starta din dator 2. Anslut 24 V till USP-plattan och då skall displayen lysa. 3. Koppla in USB-kabel mellan USP och dator. 4. Om inte USB-rutinen redan är installerad så kommer datorn svara Ny maskinvara har hittats Välkommen till guiden ny maskinvara. Gör valet Nej inte den här gången. Nästa I nästa Guide Välj Installera från lista. Välj inkludera den här platsen Klicka på bläddra Installera programvaran för USB-kommunikationen från mappen där programmet har installerats C: / Program / Schneiders / Zeliosoft /USB-drive 5. Leta upp programmet i startmenyn schneider electric, starta Zeliosoft programmet. Create new program Välj bilden på PLC n längs ned till höger och sedan modell SR3B261BD i listan Nästa Nästa - Nästa tills huvudmenyn kommer 6. Välj menyn Transfer Communication configuration Bläddra mellan portarna och välj den med beteckningen COMX USB. Klicka på Test och om allt riktigt så får du svaret Connection successfull. Stäng meddelanderutan med OK 7. Använd alltid samma USB-kontakt i fortsättningen 8. Nu skall du skriva ditt första lilla program enligt bilden nedan. Funktionen är att om man trycker på Trk 1, Trk 2 och Trk 3 samtidigt så skall kontaktor 1 (Q7) dra och motorn starta. Spara programmet. Nu skall programmet överföras till PLCn Transfer Transfer program Systemet frågar ev. om PLCn skall stoppas och då svarar ni ja. Klicka i Run after loading och Monitoring after loading. Om det vid överföringen kommer upp en varning om att det är fel Firmware alltså mjukvaran i PLC n är inte anpassad till den programversion av Zelisoft som används så måste ny Firmware laddas in i PLC n. Detta sker med automatik om du är kopplad till nätet. 2012-04-19 Erik Jansson www.exoteknika.se 10/10