Module 4, Chapter 11

МОДУЛ 4: ПРИЛОЖЕНИЕ НА ПРОГРАМИРУЕМИТЕ ЛОГИЧЕСКИ КОНТРОЛЕРИ В ИНДУСТРИАЛНАТА

АВТОМАТИЗАЦИЯ

Глава XI Управление на приложение с честотен конвертор

1

Управление на приложение с честотен конвертор

Съществуват няколко начина за управление на двигатели (задвижвания) с ПЛК. Пускането и спирането на двигателя се управляват лесно с помощта на цифровите изходи на ПЛК, но управлението на скоростта се различава при различ-ните приложения. Най-лесният начин за управление на скорост е да се използват вградените цифрови входове на честотните преобразуватели. Например при налич-ни два цифрови входа могат да се зададат четири различни честоти, както е пока-зано в Табл. 11.1. Необходимо е внимателно да се изучат аналогичните таблици в ръководството за експлоатация на съответния двигател, тъй като при различните производители могат да съществуват разлики. Комбинация от три цифрови входа на двигателния механизъм позволява задаването на 8 различни дискретни честоти.

Таблица 11.1. Избор на честота в зависимост от състоянието на цифровите входове

Състояние на вход 1 Състояние на вход 2 Избрана честота 0 0 Избрана честота 1 0 1 Избрана честота 2 1 0 Избрана честота 3 1 1 Избрана честота 4

Избраните стойности на честотата се програмират предварително чрез менюто

на задвижващия механизъм. Цифровите входове на задвижването са свързани електрически към цифровите изходи на сигналния модул (модули) (СМ) на ПЛК S7-300. Всичко, което трябва да бъде направено на STEP 7 е да се напише програ-ма, която да управлява тези изходни стойности в съответствие със специфичните за конкретното приложение изисквания за входовете му, определени от проектанта на системата.

Недостатъкът на използването на цифрови сигнали е, че могат да бъдат из-ползвани само ограничен брой предварително специфицирани честоти. За преодо-ляване на този недостатък повечето задвижвания с променлива скорост имат също и аналогови входове, обикновено 0-10 V или 4-20 mA. Това позволява ПЛК да уп-равлява скоростта на задвижването директно с аналогов сигнал. Обикновено най-малкият аналогов сигнал 0 V или 4 mA съответства на честота 0 Hz на честотния преобразувател, а най-големият аналогов сигнал 10 V или 20 mA – на честота 50 Hz. Този аналогов сигнал, управляващ скоростта на задвижването, може да бъде например изхода на функционалния блок, реализиращ PID регулатор.

Друг начин за управление на честотен преобразувател е да се използва комуникация по полева шина като PROFIBUS, PROFINET, MODBUS и др. Освен управлението на скоростта тя позволява промяната на стойностите на други пара-метри на честотния преобразувател като ускорение, отрицателно ускорение, избор




2

на различен режим на управление на скорост и наблюдението на стойностите на различни параметри на електрическото задвижване като напрежение, ток, въртящ момент и др. В ръководството за експлоатация на задвижването подробно са раз-гледани възможносите за комуникация по полева шина.

11.1. Примерно приложение

В примера се разглежда система за управление на вентилацията на четириетажен склад (Фиг. 11.1) [2]. На всеки етаж има инфрачервен сензор за движение, който следи за присъствието на работници на етажа и изпраща сигнал към ПЛК, който управлява скоростта на въздушните клапани на вентилационната помпа. На първия етаж има бутон (S1), който задейства вентилационната система.

11.2. Електрическа схема Електрическата част от системата се състои от четири инфрачервени сензора

за движение (L1_SEN, L2_SEN, L3_SEN, L4_SEN), един отделен таймер (TIMER),

L4_SEN

M

L4_VAL Етаж 4

L3_SEN

M

L3_VAL Етаж 3

L2_SEN

M

L2_VAL Етаж 2

L1_SEN

M

L1_VAL Етаж 1

Вентилационна

помпа

Таймер ПЛК ЧК

Асан-

Фиг.11.1. План на склада




3

един бутон (S1), честотен преобразувател (ЧП), четири контактора (K1, K2, K3, K4), четири въздушни клапана с електрически двигатели (L1_VAL, L2_VAL, L3_VAL, L4_VAL) и един ПЛК Siemens S7-300 (с цифрови входно-изходни модули).

Фиг.11.2. Електрическа схема на захранването

11.3. Програма на ПЛК Вентилаторът може да

работи с три скорости. Най-ниската скорост се използва, когато никой от сензорите за движение няма изходен сигнал или само един от тях има. Средната скорост се използва в случай, че два от сензорите за движение имат изходен сигнал, а най-високата скорост – когато има едновременен сигнал от три или четири сензора. Тези стой-ности на скоростта се програ-мират предва-рително в честотния преобразувател и се управляват през него-вите цифрови вхо-дове според Табл. 11.1. Използват се честоти 1, 2 и 4 от таблицата. Препоръчва се честота 3 да бъде същата като честота 2. Тя не се използва от

Фиг.11.3. Електрическа схема на управляващата система (нисковолтова част)




4

управляващата програма, но ако случайно се разменят кабелите, свързващи изходите на ПЛК с входовете на честотния конвертор, програмата пак ще работи вярно.

За предотвратяване на изключването на вентилацията по време на кратки периоди, през които не е имало движение в склада, се използват таймерите T0, T1, T2 и T3 за увеличаване на времето на „живот” на сигналите от сензорите за движение. Ако по време на задържането на тези сигнали се детектира движение, съответната стойност на таймера се нулира.

За изключването на вентилацията след края на работния ден и включването й на следващата сутрин се използва външен таймер. Има ключ за ръчно включване, с който се игнорира сигналът от този таймер, който позволява включване на вентилацията по друго време, например ако е възникнала необходимост за работа след края на работното време.

Наличието на сигнал от сензор за движение предизвиква отварянето на въз-душния клапан на съответния етаж, за да може на етажа да навлезе чист въздух. Тук се използват и таймерните сигнали T0, T1, T2 и T3.

За описанието на това приложение може да се използва блокова схема. В Табл. 11.2 са показани най-често използваните символи при блок схемите [23]

Таблица 11.2. Основни символи, използвани при блок схемите

Име на символа

Символ Описание (значение)

Терминатор

Използва се за означаване на началото и края на блоковата схема. Схемата се изчертава между тези два символа. Думата „START” маркира началото, а думата „END” – края на блок схемата.

Процес

Използва се за представяне на действие, задача или процес, което се записва в правоъгълника.

Решение

Представлява условие, при изпълнението на което програмата продължава със следващата задача или процес. Всеки блок решение може да има поне два (или повече) отговора, които се записват до изходящите стрелки на блока. В повечето случаи отговорите са „Да” и „Не” или „Вярно” и „Невярно”.

Закъснение

Реализира времезакъснение. В блока се записва изчакващият период (закъсненнието).

START

END

Пълнене

на бутилка

Пълна ли е

бутилаката?

Да

Не

Изчакай

2 s




5

Име на символа

Символ Описание (значение)

Данни

Представя входно-изходни данни в блоковата схема.

Съхраняване на данни

Представя съхраняването на данни в блок схемата.

Предефини-ран процес

Представя стъпка от процес или поредица от стъпки, които са декларирани и дефинирани на друго място (в различна част от същия документ).

Конектор

Представя скок (преход) от една на друга позиция в блок схемата. Конекторите показват скокове в рамките на същата страница. Обикновено на конекторите се задават етикети с главни букви (A, B, AA) за указване на целевите точки на скока.

Конектор за друга страница

Представя скок (преход) от една на друга страница на блок-схемата (указва продължаването на една блок-схема на следваща страница). Тези конектори обиновено се обозначават с числа (1, 2, 11).

На Фиг. 11.4 и Фиг. 11.5 са показани управляващите алгоритми на складовата

вентилационна система във вид на блок схеми. Първият алгоритъм е за управление на вентилатора, а вторият – за управление на въздушните клапани. На базата на тези алготитми са написани съответни програми за ПЛК.

Покажи броя

напълнени

бутилки

Пълнене на

бутилки

A

A

1

1

Стр. 1 Стр. 2

Съхрани

работните

часове




6

Фиг.11.4. Блок схема на управлението на вентилационната помпа

В Табл. 11.3 са показани променливите, използвани в програмите за ПЛК.

Speed1 и Speed3 са помощни променливи, използвани за опростяване на написва-нето на програмите.

Таблица 11.3. Променливи, използвани в проекта

Символ Адрес Тип данни

Коментар

L1_SEN I 124.0 BOOL Сензор за движение на етаж 1







7

Символ Адрес Тип данни

Коментар

TIMER I 124.4 BOOL Сигналът е „1” в часовете 8 am – 5 pm от понеделник до петък. В другите часове е „0”

S1 I 124.5 BOOL Ръчно управление. Не се зачита сигналът „TIMER”

FC_IN1 Q 124.0 BOOL Сигнал към цифров вход 1 (DI 1) на честотния конвертор

FC_IN2 Q 124.1 BOOL Сигнал към цифров вход 2 (DI 2) на честотния конвертор

FC_WORK Q 124.2 BOOL Работен сигнал („1”) към честотния конвертор

L1_VAL Q 124.3 BOOL Отваряне на клапана за въздух на етаж 1




Speed1 M 0.0 BOOL Задвижването работи на най-ниска скорост

Speed3 M 0.1 BOOL Задвижването работи на най-висока скорост




8

Фиг.11.5. Блок схема на управлението на въздушните клапани




9

Програмата за ПЛК е написана на езика LAD. По-долу е дадена разпечатка от

програмата, като към всяка част са добавени коментари.

Мрежа 1: Сензор за движение 1 Мрежа 2: Сензор за движение 2

Мрежа 3: Сензор за движение 3 Мрежа 4: Сензор за движение 4

Мрежи от 1 до 4 се използват за програмиране на продължителността на сигналите от сензорите за движение. При детекция на движение се активира изходът на таймера. Когато сигналът от сензора изчезне, таймерът се стартира и изходът се поддържа активен за периода от време, записан на входа TV. При детекция на нов сигнал от сензора за движение таймерът се рестартира. Мрежа 5: Вентилацията работи с ниска скорост Ако няма активни сензори за движение или е активен само един от тях и е работно време, вентилационната помпа работи с най-ниската скорост. Тъй като това е най-ниската скорост, се използва „Избрана честота 1” от Табл. 11.1 и двата входа на честотния конвертор са в ниво „0”.




10

Мрежа 6: Вентилацията работи с висока скорост Ако поне три от сензорите за движение имат сигнал „1” и е работно време, вентилационната помпа работи с най-високата скорост. В този случай се използва „Избрана честота 4” от Табл. 11.1, следователно и двата входа на честотния конвертор са в ниво „1”.

Мрежа 7: Вентилацията работи със средна скорост Ако е работно време и вентилационната помпа не работи с най-ниската и с най-високата скорост, то тя работи със средна скорост. Това се прави чрез елиминирането на най-ниската и най-високата скорости, които са били детектирани с мрежи 5 и 6. Използва се „Избрана честота 2” от Табл. 11.1, следователно първият вход на честотния конвертор се нулира, а вторият се установява в единица.

Мрежа 8: Включване на честотния конвертор Ако е работно време и някой е натиснал бутона „RESET TIMER”, честотният конвертор се включва.




11

Мрежа 9: Отваряне на етажните въздушни клапани Ако е работно време и сензорът за движение на някой от етажите има сигнал „1”, съответният въздушен клапан се отваря.

Например, ако през работно време се установи движение на третия етаж, сигналът от сензора на този етаж се поддържа за време от 5 минути (Мрежа 3). Вентилационната система се включва с ниска скорост (Мрежа 5) и въздушният клапан на третия етаж се отваря (Мрежа 9). След 5 минути, ако междувременно не е било детектирано ново движение на етажа, клапанът за етаж 3 се затваря.

Също така осветителната система на склада може да се автоматизира изцяло, така че да не е необходимо работниците да включват и изключват осветлението. За целта към готовото приложение от горния пример е необходимо прибавянето само на 4 контактора, всеки от които ще включва и изключва етажното осветление. В софтуерната част трябва само малка модификация в Мрежа 9.

Documents

Module 4, Chapter 11