Relés vezérlés helyettesítése PLC-vel
2012/11. lapszám | Horváth Zoltán | 14 707 |
Figylem! Ez a cikk 12 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Számos alkalommal tapasztaltuk, hogy villamossággal foglalkozó szakemberek idegenkedve fogadják a programozható logikai vezérléseket, valamiféle fekete dobozként tekintenek rá, amivel nem is szabad foglalkozni. Ez a hozzáállás talán érthető, ha nagyon bonyolult és összetett rendszerről és programról van szó.Ha a másik irányban indulunk el, az egyszerű vezérlések felé – ami a tanulás szempontjából indokolt is –, akkor meg azzal az igazsággal találjuk magunkat szemben, hogy a PLC programozása drágább és nehézkesebb, mintha azt egyszerű relés vezérléssel oldanánk meg. Ezen írásunkban éppen ezért választottunk egy olyan feladatot, amelynél tisztán látszik a PLC-s vezérlések előnye, kényelme és gyorsasága a már sokszor nehezebben kivitelezhető hagyományos huzalozott vezérlésekkel szemben.
Ha a másik irányban indulunk el, az egyszerű vezérlések felé – ami a tanulás szempontjából indokolt is –, akkor meg azzal az igazsággal találjuk magunkat szemben, hogy a PLC programozása drágább és nehézkesebb, mintha azt egyszerű relés vezérléssel oldanánk meg. Ezen írásunkban éppen ezért választottunk egy olyan feladatot, amelynél tisztán látszik a PLC-s vezérlések előnye, kényelme és gyorsasága a már sokszor nehezebben kivitelezhető hagyományos huzalozott vezérlésekkel szemben.
1. ábra A vezérelt áramkör feladata egy üzem meddő fogyasztásának a kompenzálása.
Másik fontos célunk az volt, hogy a PLC program létrehozása, működésének ellenőrzése, letöltése ne tűnjön túl bonyolultnak. Csak a szükséges információkat közöljük, az egyes képeken csak azon áramköri részletek szerepelnek, amelyek a megértéshez feltétlenül szükségesek. A szokásos informatikai bőbeszédűségből, a rengeteg képi információból a lényeget kivágva tesszük közzé, az adott lépésre koncentrálva. Fontos, hogy az is kedvet kapjon az egyszerűbb PLC-k használatához, aki eddig csak mágneskapcsolók, relék, időrelék használatával oldotta meg feladatait.
Először vizsgáljuk meg az adott feladatot ellátó vezérelt kapcsolást az 1. ábra alapján! A vezérelt áramkör feladata egy üzem meddő fogyasztásának kompenzálása. Minél nagyobb az induktív jellegű meddő fogyasztás, annál nagyobb kapacitív meddő teljesítményt kell betáplálni a hálózatba, hogy a cos =1 tartható legyen. Ezt a C1, C2, C3 és C4 kondenzátortelepek fokozatos beiktatásával tudjuk biztosítani.
A 2. ábrán láthatjuk a vezérlő kapcsolást. A vezérlés során S1 nyomógomb működtetésével a hálózatra kapcsoljuk az első kondenzátortelepet. Minden egyes további S1lenyomásával eggyel több fázisjavító kondenzátortelep kapcsolódik majd a hálózatra. A K4, K5, K6 és K7 kimenetek egyben a mágneskapcsolók vezérlését is jelentik, ezek végzik a telepek rákapcsolását a hálózatra. Az S2 nyomógomb feladata az, hogy bármely pillanatban lekapcsolja az addig csatlakoztatott kondenzátorokat. A K1-től K7-ig terjedő kapcsolók gondoskodnak arról, hogy mindig csak a megfelelő sorrendben lehessen elvégezni a további telepek be-, ill. kikapcsolását.
Ezek után nézzük végig egy PLC-s vezérlés létrehozásának elemi lépéseit az előző kapcsoláson keresztül:
- Hozzárendelési lista létrehozása
- Editálás
- Szimuláció
- Transzfer
I. Hozzárendelési lista létrehozása
A hozzárendelési lista nem más, mint az általunk használt PLC fizikai bemeneteinek és kimeneteinek elnevezésének összekapcsolása a feladatunkban szereplő logikai változók elnevezéseivel. Olyan PLC-t kell választani, amelynek legalább annyi bemenete és kimenete van, mint amennyit a feladat megoldása során felhasználunk. Gondolni kell azonban a későbbi változtatásokra és bővítési lehetőségekre is. Ebben a feladatban 2 bemenetre és 7 kimenetre lesz szükségünk. Az 1. táblázat mutatja, hogyan feleltetjük meg a vezérlő kapcsolás elemeit az egyes PLC bemeneteknek és kimeneteknek.
2. ábra Az ábrán láthatjuk a vezérlő kapcsolást. A vezérlés során S1 nyomógomb működtetésével a hálózatra kapcsoljuk az első kondenzátortelepet. Minden egyes további S1 lenyomásával eggyel több fázis-javító kondenzátortelep kapcsolódik majd a hálózatra.
II. Editálás
Az editálás, azaz szerkesztés során az adott PLC editorában létrehozzuk az áramutas logika alapján azt a struktúrát, ami biztosítja a vezérlő megfelelő működését. Ezt láthatjuk egyelőre címkék nélkül a 3. ábrán. Megfigyelhetjük a sorszámozott sorokat és oszlopokat. Az első öt oszlopba kontaktusokat, a hatodikba kimeneteket helyezhetünk el. Egy kimeneti készüléket csak egyszer lehet elhelyezni a „coil”, azaz működtető tekercs oszlopban. Ugyanennek a kapcsolónak a kontaktusait viszont tetszőleges számban tehetjük le az első öt oszlop bármelyikébe.
Figyeljük meg, hogy mennyire hasonlít a PLC létradiagramja az áramutas kapcsolásra! Célszerű az egyes létraágakat úgy megrajzolni, hogy a rajz minél áttekinthetőbb legyen. Ezért az áramutas kapcsolásból az elágazás előtti részeket mindannyiszor lerajzolhatjuk, amennyiszer csak szükségünk van rá, azaz ahány kimeneti készülékünk van.
III. Szimuláció
A szimuláció során ellenőrizni tudjuk a tervezett működést. Ennek keretében vizsgáljuk meg a vezérlés működését, kövessük nyomon az egyes működési fázisokat. A megadott vezérlésnek megfelelően elkészítettük a PLC-ben futó programot létradiagram formájában.
Hasonlóan az áramút-diagramhoz, a létradiagram is nyugalmi állapotban kerül ábrázolásra. Ezt látjuk a 4. ábrán, sem a K1, sem a K2 tekercsén nem folyik áram. Az 5. ábrán megfigyelhetjük, hogy a K4, K5, K6 és K7 kapcsolók tekercsein sem folyik áram, egyik kondenzátortelep sincs a hálózatra kapcsolva. Az első oszlopban láthatjuk, hogy a kikapcsolást biztosító K3 bontó kontaktusai zárva vannak, lehetővé teszik K4, K5, K6, majd K7 bekapcsolását.
A 6. ábrán azt láthatjuk, hogy működik az S1 nyomógomb. Ennek hatására a PLC I1 bemenete záródik. A K1 kapcsoló tekercsén áram folyik a következő kontaktusokon át: S1–K2– K4–K6. A K4 működése magával vonja a nyugalomban zárt K4 bontását, de ez nem okoz problémát, hiszen ekkor már K1 működik, és az öntartás révén az S1–K2–K1 ágon folyik áram.
A 7. ábrán záródó K1 révén a fent említett K4 kapcsoló működik a K3–K1 ág logikai felté-teleinek teljesülése miatt. A K1-gyel párhuzamosan kötött K4 záródása miatt már láthatjuk az öntartás kialakulását. A 012-es sorban is záródik a K1, de itt nem okoz K6 állapotában változást, hiszen ehhez K5 záródása is kell. Ha elengedjük az S1 nyomógombot, megszakad a K1 kapcsoló tekercsének áramköre, és a K1-hez tartozó összes kontaktus visszaáll alaphelyzetbe.
A 001-es sorban a K4 kontaktusa bont, ezért itt a következő S1 zárása már nem fog K1-ben működést létrehozni. Ellenben a 004-es sorban a K4 működtetése ellentétes hatást hoz létre: a legközelebbi S1 zárása a K1–K4–K5–K7 ágon a K2 kapcsolót működtetni fogja.
Az S1 nyomógomb első felengedése után az az állapot alakul ki, melynek során csak a K4 működése valósul meg. Ez azt jelenti, hogy csak az első kondenzátortelep kapcsolódik a hálózatra. Ezt az állapotot csak K3 működtetésével lehet megszüntetni.
Nyomjuk meg másodszorra is az S1 nyomógombot. Ez a K1 kapcsoló áramkörére nincs hatással, hiszen egyik ágon sem tud záródni.
A K2 kapcsoló működtető tekercsének áramköre az S1–K1–K4–K5–K7 ágon záródott kezdetben, a K5 bontása előtt az öntartás révén az S1–K1–K4–K2 ágon keresztül teljesül a logikai működés feltétele.
A K5 működésének utolsó feltétele a K2 zárása volt. Ez a sorba kapcsolt K2 és K4 ágon valósul meg. A zárt K3–K2–K4 indítási ág mellett természetesen megfigyelhető a K3–K5 ág öntartásának kialakulása is. A K7 ágában is záródott a K2 kontaktus, de ez a sorba kötött, nyitott K6 miatt nem tudta működtetni a K7 kontaktusait.
3.ábra A vezérlő program létradiagram formában. Az editálás, azaz szerkesztés során az adott PLC editorában létrehozzuk az áramutas logika alapján azt a struktúrát, ami biztosítja a vezérlő megfelelő működését. Ezt láthatjuk egyelőre címkék nélkül a 3. ábrán.
Az eddigieket összegezve elmondhatjuk, hogy az S1 második működtetése után már egyszerre két kondenzátortelep kapcsolódik a hálózatra a működő K4 és a működő K5 miatt. Ezt figyelhetjük meg a 8. ábrán.
Ismét elengedjük az S1 nyomógombot. A K2 kapcsoló működtető tekercsének áramköre megszakad. Azt fogjuk tapasztalni, hogy a K1 legközelebbi működéséhez szükséges logikai feltételek adottak a nyitott S1 utáni K2–K5–K6 ágon. Az alatta lévő K2 mindegyik logikai ágában van egy nyitott kontaktus, így biztosak lehetünk abban, hogy K2 hatástalan marad a következő S1 működtetésekor.
Nyomjuk le harmadszorra is S1-et. A zárt S1 utáni K2–K5–K6 ág hozta működésbe K1 kontaktusait. Közben az aktívvá váló K6 az indítási ágat megszakította, de K1 öntartása révén még mindig működteti K1 tekercs áramkörét az S1–K2–K1 ágon.
K1 zárásával teljesült K6 működésének feltétele a K3–K1–K5 ágon. Az öntartó ág miatt a K1 alapállapotba állása után is működtetve marad majd K6 tekercse.
S1 harmadik felengedése után K1 és K2 is elengedett állapotba kerül. K1 a nyitott K6 miatt nem tud majd működni. K2 viszont éppen a zárt K6 miatt lesz képes meghúzni az S1 utáni K1–K4–K6–K7 ágon létrejövő logikai feltétel teljesülése esetén.
Az S1 nyomógomb harmadik működtetése után az aktív K4, K5 mellett már K6 is működik. Így már a harmadik kondenzátortelep is a hálózaton van. A K3 működtetésével lehet kikapcsolni ezeket a kimeneteket. Ezt figyelhetjük meg a 9. ábrán.
4.ábra Hasonlóan az áramút-diagramhoz a létradiagram is nyugalmi állapotban kerül ábrázolásra. Ezt látjuk a 4. ábrán. Sem a K1, sem a K2 tekercsén nem folyik áram.
S1 negyedik működtetésével alakul ki a következő vezérlési állapot a PLC-ben. Először az S1–K1–K4–K6–K7 indítási feltétel teljesülése miatt záródik a K2 áramköre. Ez csak egy pillanatra alakul ki, ezután K2 öntartása valósul meg. Ezt láthatjuk az S1–K1–K4–K2 ágon.
A meghúzó K2-vel teljesült K7 működésének feltétele a K3–K2–K6 ágon.
S1 negyedik felengedése után K1 és K2 többször már nem kapcsolható be, hiszen az összes lehetséges logikai ágban találunk egy bontott kontaktust. Mind a négy kimenet aktív, a lehetséges legtöbb fázisjavító kondenzátor kapcsolódik a hálózatra. Ezt tekinthetjük meg a 10. ábrán.
A kikapcsoláshoz működtetni kell az S2 nyomógombot. Ez magával vonja K3 meghúzását. K3 működése miatt bontanak az alapból zárt kontaktusai, így K4, K5, K6 és K7 működtető tekercsének áramköre megszakad, a relék elejtenek, az összes fázisjavító kondenzátor le- kapcsolódik a hálózatról. S2 felengedése után visszaáll a kiindulási állapot, azaz minden kontaktus alaphelyzetbe kerül.
Összegzésképpen elmondhatjuk, hogy a szimuláció során meggyőződhettünk a vezérlés tényleges működéséről. Tisztában kell lennünk a vezérelt berendezés működésével. Tudnunk kell, mit várunk el a vezérléstől. Ha azt tapasztaljuk, hogy nincs eltérés az általunk elvárt és a szimuláció során tapasztalt működés között, akkor következhet a program PLC-be való letöltése.
Az 5. ábrán megfigyelhetjük, hogy a K4, K5, K6 és K7 kapcsolók tekercsein sem folyik áram, egyik kondenzátortelep sincs a hálózatra kapcsolva.
A 6. ábrán azt láthatjuk,hogy működik az S1 nyomógomb. Ennek hatására a PLC I1 bemenete záródik.
A 7. ábrán záródó K1 révén a fent említett K4 kapcsoló működik a K3-K1 áglogikai feltételeinek teljesülése miatt.
IV. Transzfer
A programozás során a már ellenőrzött és hibás működés esetén kijavított PLC programot fogjuk a számítógépről a PLC memóriájába tölteni. A programozás itt transfer-t, azaz átvitelt jelent a PC-ből a PLC modulba. Ezek után már csak a valós környezetben való ellenőrzés maradt hátra.
Nézzük meg, milyen lehetőségek adottak még a legegyszerűbb PLC-ben is. Ezeket azért tesszük közzé, mert bízunk abban, hogy saját ötletek megvalósítására ösztönözzük a tisztelt olvasót. Íme, néhány felhasználható elem.
- Időzítők. A 11. ábrán egy olyan időzítő működését szemlélhetjük, amely bekapcsolási késleltetéssel bír. Emellett találhatunk kikapcsolási késleltetőt, monostabil és astabil jellegű időzítőt is.
- Számlálók. Három bemenetet kell felhasználnunk: számlálandó impulzus- bemenet, kezdeti állapotba visszaállító bemenet és számlálási irányt meghatározó bemenet.
- Komparátorok. Az analóg komparátorokat többféleképpen használhatjuk. Az egyik esetben a bemeneten kapott értéket hasonlítják össze egy belső referenciaértékkel. A másik esetben két mért analóg értéket hasonlítanak össze.
- Óra. A 12. ábrán példaként egy olyan kapcsolóóra-beállítást mutatunk, amely szombat és vasárnap reggel 7.00-től bekapcsol és 8.00-kor kikapcsol.
- Impulzusrelék. Bistabil kapcsolás, ezt akkor használhatjuk, ha minden egyes gombnyomásra az ellenkező állapotba akarunk billenteni egy kimenetet.
- Szöveges üzenetek a kijelzőre. Tetszőleges szöveget tudunk a kijelzőn megjeleníteni és eltüntetni.
