INDUSTRIJSKI KONTROLERI PLC I HMI

BLOG

PLC – Programabilni logički kontroler

Stari proizvodni sistemi bili su vođeni relejnim sistemom upravljanja. To je bio spoj mnoštva elektromehaničkih releja povezanih žicom. Najveća mana ovog sistema jest u samim relejima. Releji su mehanički uređaji, a mehanički uređaji sadrže pokretne dijelove koji su podložni trošenju i kvarenju. Ako bi samo jedan relej ˝ispao˝ iz sistema, bilo je potrebno ispitati cijeli sistem ne bi li se našao istrošeni relej te se zamijenio novim. Sistem bi tokom tog perioda bio van funkcionalnosti, kao i proizvodnja. Nadalje, ukoliko bi se i najmanje promijenili parametri proizvodnje, trebale su se napraviti i prilagodbe upravljačkih sklopova. To je opet zahtijevalo čitavo projektovanje novog sistema te mukotrpno povezivanje mnoštva releja. Rezultat toga bio je prazan hod u proizvodnji koji za posljedicu ima gubitak proizvodnog vremena te ogromne gubitke po kompaniju.

Kako je danas težnja na što većoj produktivnosti i što većem profitu, relejni sistem upravljanja nije se uklapao u tu priču. Tako se rodila ideja o sistemu upravljanim programabilnim logičkim kontrolerom – PLC uređajem. PLC uređaji zamijenili su stari sistem upravljanja te su postavili novi standard u modernoj industriji. Glavna odlika ovih sistema jest da su modularni i fleksibilni, tako da se brzo mogu prilagoditi današnjoj dinamičnoj proizvodnji.

Primjer 1. : Relejni sistem upravljanja

Najveća prednost novog uređaja bila je ta što se za njegovo korištenje nije morao učiti novi programski jezik. Programirao se jezikom koji su inženjeri i električari već znali – ljestvičastim dijagramom (ladder diagram).

Prednost upravljanja PLC uređajima nad klasičnim relejnim sistemom upravljanja

· U usporedbi sa klasičnim relejnim sistemom, ožičenje se smanjuje za 80%

· Potrošnja struje potrebne za upravljanje također se uveliko smanjuje

· PLC-ova funkcija za samodijagnosticiranje omogućuje brzo otkrivanje problema te uklanjanje grešaka

· Zbog brzine PLC-a smanjilo se potrebno vrijeme za jedan ciklus što je dovelo do povećanja produktivnosti

· Reprogramibilnost

· Veća pouzdanost sistema

· Jednostavno i lako pohranjivanje i čuvanje programa

Kod složenih sistema, gdje su upravljačke funkcije složene, a broj ulaza/izlaza veliki, povećava se i isplativost korištenja PLC sistema u usporedbi sa klasičnim relejnim sistemom upravljanja.

Međutim, i pored svih navedenih prednosti, ključ uspjeha PLC kontrolera ipak leži u načinu njihovog programiranja. Za programiranje PLC kontrolera koristi se jezik ljestvičastih logičkih dijagrama, koji je već dugi niz godina u upotrebi u industriji pri projektovanju logičkih i sekvencijalnih relejnih uređaja.

PLC uređaj

Programabilni logički kontroler, tj. industrijski računar koji je izumljen prvenstveno kako bi zamijenio postojeće sekvencijalne relejne krugove u upravljanju proizvodnim pogonima u industriji. U sistemu upravljanja, PLC se često naziva srcem upravljačkog sistema.

Siemens PLC SIMATIC S7 – 300

PLC uređaj sastoji se od centralne procesorske jedinice (CPU), ulaznih i izlaznih dijelova koji mogu biti digitalni ili analogni, memorijskog bloka, mrežnog modula koji služi za napajanje i komunikaciju te modula za proširenje.

Shema PLC uređaja

Kompaktni PLC kontroleri

Kompaktni PLC kontroleri su nezavisni, zatvoreni uređaji sa fiksnim brojem ulaza/izlaza, bez mogućnosti proširenja. U jednom kućištu, obično manjih dimenzija, smješetni su:

· Izvor za napajanje

· Procesorska jedinica

· Ulazni modul

· Izlazni modul

Kompaktni PLC kontroleri predstavalju ekonomično rješenje, predviđeno za upravljanje sistemima i procesima male složenosti. Obično, posjeduju do 16 ulaza i 16 izlaza i memoriju od nekoliko kilobajta.

Kompaktni PLC – Siemens S7 1200

Modularni PLC sistemi

Modularni PLC sistemi se sastoje od većeg broja modula koji su smješteni unutar mehaničkog okvira tj.šasije koji se zove rek (eng. rack). Rek posjeduje veći broj slotova za smještanje modula. Svaki slot čini par vođica duž gornje i donje stranice reka koje služe za mehaničko učvršćenje modula kao i konektor na zadnjoj ploči reka za priključivanje modula na zajedničku magistralu izvedenu na štampanoj ploči zadnje stranice reka.

Po pravilu, prvi slot je namijenjen modulu izvora napajanja, koji se priključuje na mrežni napon (220V) i generiše jednosmjerne napone potrebne za rad ostatka sistema.

Sljedeći, drugi slot, se koristi za modul logičke jedinice, tj. procesorski modul koji izvršava korisnički program i upravlja radom ostalih modula.

Preostali slotovi se koriste za module specijalne namjene, kao što su U/I moduli, memorijski moduli i sl.

Ovakav način kontrukcije omogućava lako proširenje sistema. Na primjer, ako je potrebno povećati broj ulaza/izlaza dovoljno je ugraditi dodatni U/I modul. Ili, ako zbog povećanih zahtjeva obrade, postojeći procesorski modul više nije odgovarajući, on se može zamijeniti novim, moćnijim, a da pri tome ostali moduli ne moraju biti zamijenjeni. Broj slotova u jednom PLC reku je, tipično, od 4 do 16. Mogućnost proširenja PLC sistema nije ograničena samo na jedan rek. Uz pomoć posebnih modula za proširenje moguće je povezati dva ili više reka, što omogućuje da se jednim procesorskim modulom upravlja velikim brojem dodatnih modula.

Ulazni i izlazni signali PLC-a

Signali koji PLC prima na svojim ulazima mogu biti digitalni i analogni. Analogni je signal npr. naponski signal s nekog od senzora, dok digitalni signal može biti signal sa ulaznih uređaja poput sklopke ili tipkala. Između ulaznih stezaljki i centralne procesorske jedinice (CPU) nalazi se optoizolacija. Svrha optoizolacije jest da se galvanski odvoje strujni krugovi ulaza te procesora kako bi se spriječio protok struje uslijed potencijalnih razlika strujnih krugova, te sprječavanje visokofrekventnih smetnji filtriranjem signala.

Izlazi iz PLC uređaja su vijčane stezaljke na koje se spajaju izvršni uređaji kojima se upravlja. To su najčešće motori, zvučna i svjetlosna signalizacija, pneumatski razvodnici i sl. Izlazi mogu biti analogni ili digitalni. Digitalni izlazni signal radi kao prekidač, dok se analogni izlaz koristi za generisanje analognog signala (npr. regulisanje brzine motora preko iznosa napona koji odgovara željenoj brzini). Između izlaznih stezaljki i centralne procesorske jedinice (CPU) se također nalazi optoizolacija radi galvanske izolacije vanjskog i unutarnjeg električnog kruga.

Programiranje PLC uređaja

Pisanje programa uglavnom se izvodi na osobnim računarima na kojim postoji programska podrška za određeni PLC uređaj. Kako danas na tržištu postoji mnoštvo proizvođača PLC uređaja, svaki proizvođač uz kupljeni PLC uređaj isporučuje i odgovarajuću programsku podršku koja se sastoji od:

Uređivača teksta (Text editor), koji služi za pisanje korisničkog programa, liniju po liniju,
Prevoditelja (Compiler), koji provjerava sintaksu napisanog programskog koda,
te komunikacijske programske podrške, koja služi za prijenos ispravno napisanog programskog koda sa osobnog računara u RAM memoriju PLC uređaja.

Drugi način programiranja PLC uređaja jest preko ručnih programatora koji se spajaju na PLC uređaj. Ručni programatori posjeduju mali LCD zaslon te tipkovnicu. Uglavnom se koriste za manje izmjene programa kada je to potrebno obaviti trenutno i na licu mjesta, u pogonu. Također, postoje PLC uređaji koji posjeduju mali LCD zaslon i nekoliko funkcijskih tipki. Takvi se mali PLC uređaji koriste za programiranje nekih jednostavnijih procesa.

Siemens LOGO!

HMI

HMI je skraćenica od eng. Human Machine Interface. HMI se koristi u industriji za kontrolu i nadzor mašina. Kao tipičan primjer HMI-a koji se sreće na svakodnevnoj bazi navest ćemo bankomat. Ekran i tipke koje se nalaze na bankomatu omogućavaju upravljanje mašinom, odnosno podizanje novca.

Bilo bi veoma teško ostavariti dobro automatizovan industrijski proces bez HMI-a. U industriji HMI je najčešće u obliku ekrana i pretežno ekran osjetljiv na dodir.

Siemens SIMATIC HMI

Operator ili osoblje zaduženo za održavanje može upravljati i nadzirati mašinu putem HMI-a, na kojem mogu biti prikazane informacije poput temperature, pritiska, trenutnog stepena procesa, brojčano stanje materijala i sl. Istovremeno na ekranu može biti prikazan veći broj raznih informacija, koji je ograničen mogućnostima korištenog hardvera i softvera.

Veliki broj HMI ekrana se može povezati na PLC uređaj, te prikazivati PLC logiku odnosno stanja ulaza i izlaza na PLC uređaju. To može biti jako korisno prilikom održavanja pogona, jer nije nužno povezati računar na PLC uređaj da bi se isto moglo pregledati.

Uvezivanje HMI-a i PLC-a

HMI uređaji koriste poseban softver kako bi ih korisnik mogao ispravno programirati. Različiti brendovi koriste i različite softvere za svoje uređaje.

Softver omogućava inžinjeru da dizajnira ono što će operator zapravo vidjeti na ekranu, koje procese može nadgledati, koje tipke stisnuti i kako može upravljati mašinom. Na primjer na ekranu može biti prikazan rezervoar sa prikazanim nivoom tečnosti. Pored rezervoara se može prikazati pumpa za smanjivanje nivoa tečnosti. Također mogu biti prikazane i tipke za start i stop ciklusa, preko kojih se može uključiti pumpa.

Osoba koja radi programiranje HMI ekrana mora uvezati svaku tipku i indikator na adresu određenog ulaza ili izlaza na PLC-u. Uređaji moraju biti kompatibilni, to znači da moraju biti u mogućnosti da komuniciraju međusobno. Komunikacija se ostvaruje putem protokola, različite kompanije koriste različite protokole. Najčešće se koriste protokoli kao što su Modbus, Ethernet/IP i Profibus. To su industrijske mreže. Informacije o protokolu se mogu naći na web stranici proizvođača.

Kad se ostvari komunikacija između PLC-a i HMI ekrana, na ekranu se mogu nadzirati i kontrolisati funkcije upisane na PLC.