Cuprins

PROGRAMAREA PLC .............................................................................................................. 1

Configuraţia Hardware .......................................................................................................... 3 Scrierea unei linii de program ................................................................................................ 7

Activarea intrărilor şi ieşirilor .............................................................................................. 14

FUNCŢIONAREA PLC ............................................................................................................ 24

PROGRAMAREA PLC

Pentru programarea unui controler logic programabil (PLC) se porneşte de la definirea

intrărilor ca tip şi evoluţie. Intrările unui PLC pot fi de tip digital: „0” sau „1” sau de tip

analogic, ca nivel de tensiune, de obicei cu gamă cuprinsă între 0 şi 10V curent continuu (DC).

În cazul intrărilor digitale nivelul logic „1” este determinat de valoarea tensiunii de

alimentare a controlerului logic programabil. Dacă tensiunea de alimentare a PLC este de 24 V

DC atunci valoarea pentru „1” logic pe intrări va fi de 24V DC. Dacă tensiunea de alimentare a

PLC-ului este de 12V DC atunci şi valoarea tensiunii pentru activarea intrărilor va fi de 12 V

DC. Senzorii de proximitate care activează intrările unui PLC au gama tensiunii de alimentare

cuprinsă între 10 V şi 30 V DC.

În aplicaţii se pot întâlni cazuri în care avem numai intrări digitale sau cazuri în care

avem numai intrări analogice. Foarte multe aplicaţii se bazează pe combinaţii de intrări, atât

digitale cât şi analogice. Un PLC poate fi utilizat pentru a comanda succesiuni simple de

operaţii în liniile de producţie caz în care comanda se bazează pe informaţiile primite de PLC

de la senzorii de proximitate. În acest caz programul pe baza căruia se realizează

automatizarea se scrie ca succesiuni de linii scrise sub formă de Ladder diagram sau Function

Block Diagram sau Statement List.

Execuţia programului începe cu prima linie de sus-stânga, „Top rung” se parcurg de la

stânga la dreapta, linie cu linie până se ajunge la ultima linie „Bottom rung” unde se va

actualiza ieşirea O:2/3. Timpul în care un PLC parcurge toate liniile de program depinde de

frecvenţa procesorului, timpul unui ciclu precum şi de numărul liniilor de program, figura 1.

Figura 1. Parcurgerea liniilor de program

Pentru activarea intrărilor cu semnale digitale la fiecare din aceste intrări se

conectează un element de control: buton cu sau fără memorie, întreruptor cu contact normal

deschis sau normal închis, senzor de proximitate etc. Pe intrările PLC-ului pot ajunge şi

semnale de la alt PLC care este pe poziţia de „Master”, faţă de care primul PLC este

subordonat, caz în care este „Slave”.

Pe liniile tehnologice şi de producţie pot exista PLC-uri aşezate la diferite nivele

ierarhice. Să presupunem că ne referim la un PLC aflat la nivelul unui post de lucru, la nivelul

unei maşini de lucru. Legarea intrărilor şi ieşirilor PLC-ului la elementele de proces o numim

configuraţie hardware. După ce am definit configuraţia hardware se poate trece la

programarea sistemului. Pentru programare se apelează la platformele de programare

recomandate de producătorul PLC-ului. În figura 2 se poate vedea circuitul de alimentare a

PLC, activarea intrării I1 printr-un contact normal deschis spre 24 V DC iar pe ieşirea Q1

circuitul de activare a ieşirii L care poate fi o lampă de semnalizare, un electromagnet al unui

contactor sau releu intermediar etc.

Configuraţia Hardware

Configurarea hardware presupune alegerea PLC-ului, a sursei de alimentare,

elementelor care activează intrările precum şi a elementelor prin care se corectează procesul:

actuatori electromecanici, electromagneţi, contactoare, relee sau elemente care

semnalizează starea procesului, semnalizatoare luminoase sau acustice.

Figura 2. Accesul la intrările şi ieşirile unui controller logic programabil

Numărul intrărilor şi al ieşirilor se stabileşte de către utilizator în funcţie de

complexitatea aplicaţiei. Un PLC conţine un număr de intrări şi ieşiri ca dotare de bază iar

dacă sunt necesare mai multe intrări sau ieşiri se pot face extinderi prin conectare de module.

Cu cât numărul acestora este mai mare cu atât se pierde din viteza de lucru a sistemului,

timpul de scanare a tuturor intrărilor creşte. În cazul automatizării mişcărilor, a deplasărilor,

dacă unitatea de bază are ca timp de ciclu, de scanare a intrărilor din modulul de bază de 3ms

atunci extinderea numărului de intrări nu poate afecta performanţele de ansamblu a

sistemului, în cele mai multe din cazurile practice.

Pentru accesarea ieşirilor din PLC se pot utiliza sisteme cu microrelee interne care

adesea oferă un contact normal deschis pe fiecare ieşire. Pentru interfaţarea cu procesul se

interpune, cel mai adesea, un contactor sau releu intermediar. Folosirea unui contactor sau

releu intermediar duce la creşterea durabilităţii PLC-ului ca ansamblu, deoarece distrugerea

unui microreleu intern are ca urmare inutilitatea PLC-ului. Pierderea materială creşte de la

valoarea unui releu la valoarea unui PLC. În aplicaţiile practice se recomandă controlul

elementelor de proces prin intermediul unui contactor sau releu intermediar.

Pentru scrierea programului aplicaţie cu ajutorul unei platforme specifică PLC-ului

ales, şi încărcarea acestuia în interiorul PLC avem nevoie de instrucţiuni. Elementele de bază

ale unei instrucţiuni sunt: OPERATORUL ŞI OPERANDUL. Operatorul se referă la operaţia

logică ce se efectuează asupra unui operand. Operaţiile logice sunt cele şase funcţii logice

elementare, atribuiri de semn, comparaţii logice etc. Operanzii sunt fie intrări prin starea lor

logică „0” sau „1”, fie imagini ale ieşirilor, fie conţinutul locaţiilor de memorie, programate şi

cunoscute prin definire în program, figura 3.

Figura 3. Structura unei instrucţiuni

În categoria „Operand” putem să avem imaginea stării unui Timer sau Counter care, la

rândul lor pot fi programate prin aceeaşi platformă specifică PLC. În figura 4 este prezentată

situaţia în care configuraţia prezentată anterior este programată să poată permite preluarea

stării logice a intrării I1. Se poate vedea cum starea intrării I1 schimbă în mod direct starea

ieşirii Q1. Programul aplicaţie prezentat in dreapta figurii 4 arată că dacă I1=1 atunci Q1=1,

PLC-ul funcţionând ca un simplu întrerupător. Citind programul scris în STL avem: „LD” adică

încarcă, citeşte starea intrării I0.1 iar rezultatul transferă-l la ieşirea Q0.1 care în program

corespunde cu (=Q0.1).

Figura 4. Programarea funcţiei logice „ŞI” (AND)

Pentru programare ne folosim de câmpurile pe care le avem la dispoziţie şi oferite de

platforma în care lucrăm. Pentru toate PLC-urile indiferent de firmă avem câmpuri pentru

intrări şi un singur câmp pentru ieşiri. Ieşirile, de exemplu cea din figura 4 unde pe Q1 avem

consumatorul L, nu ne permite să legăm fizic decât lampa L. Dacă această lampă trebuie să ne

semnalizeze ceva din proces atunci acel ceva este unic, nu se poate suprapune cu alta

semnalizare sau comandă spre un element al procesului. Pentru anumite firme aceste

câmpuri, ale intrărilor sunt limitate funcţie de model, la 3, 4 sau 5. Pentru ieşiri vom avea o

singură coloană (un singur câmp).

În câmpul intrărilor se pot plasa mai multe imagini ale intrărilor, ieşirilor, memoriilor,

timere-lor, contoarelor etc., ce vor avea rolul de operanzi.

PLC-ul „citeşte” starea intrărilor după care execută programul, prelucrează logic starea

logică a intrărilor, a imaginilor celorlalte elemente din programul aplicaţie după care

transferă rezultatul spre ieşirile vizate în programul aplicaţie. Programul aplicaţie este

programul întocmit de noi pe baza unei platforme de programare spre a rezolva o problema

din procesul automatizat după care ciclul se reia cu scanarea (citirea) intrărilor, figura 5.

Figura 5. Fazele executării ciclice a programului în PLC

Execuţia ciclică a programului este specifică numai controlerelor logice programabile –

PLC. Această calitate a lor le-a făcut să devină acele calculatoare de proces care pun pe primul

loc starea procesului şi nu alte activităţi pe care procesorul trebuie să le rezolve. Dacă la un

PC procesorul primeşte informaţia spre a fi procesată, pe baza unor priorităţi care cel mai

adesea nu ţin seama de exteriorul acestuia, de un eventual proces industrial. La un PLC nu

apare niciodată „Pease wait” ca la PC. La PLC prioritare sunt intrările, starea acestora,

trecerea acestora dintr-o stare în alta astfel încât orice schimbare a unei intrări determină

execuţia întregului program aplicaţie aflat într-o memorie internă a PLC şi numită memorie

program. La un PC programul se lansează în execuţie şi rămâne rezident în memoria RAM a

calculatorului până în momentul opririi calculatorului. Şi un PC are intrări (mouse, pad, USB,

tastatura, microfoane, camere video etc.) pe care le supraveghează în permanenţă dar

schimbarea stării acestora nu relansează programul (windows-ul). Prin urmare un PLC este un

calculator creat special pentru automatizarea proceselor industriale, având o structură

minimală şi performantă pentru acest scop, fiabilitate şi comportament bun in mediul

industrial, cu consum mic de energie. Execuţia ciclică a unui program în cazul PLC este

ilustrată în figura 6. Cea mai mare parte a timpului este ocupată de execuţia programului.

Timpii care curg începând cu citirea intrărilor şi până ce are loc schimbarea stării procesului

sunt foarte importanţi şi, în funcţie de numărul parametrilor de proces urmăriţi, de numărul

traductoarelor din proces, aceşti timpi trebuind să fie mai mici decât timpul schimbării stării

unui parametru de proces.

Figura 6. Execuţia ciclică a programului

Foarte mulţi parametrii de proces au evoluţii „lente” în comparaţie cu timpii de lucru

ai procesoarelor din PLC. Parametrii cu evoluţii lente sunt: temperatura, nivelul unui lichid,

nivelul unei turaţii, presiunea, debitul etc. Îmbunătăţirea performanţelor controlerelor logice

programabile a făcut ca aceste sisteme să fie tot mai mult integrate în automatizări complexe

în tandem cu sisteme de achiziţie a datelor, cu calculatoare sau echipamente de comandă

numerică etc.

Scrierea unei linii de program

Pentru scrierea unei linii de program considerăm o aplicaţie simplă cu o comandă de

start, una de stop şi o automenţinere pe care o putem vedea în schema din figura 7 şi pe care

o ştim de la automatul cu relee.

Figura 7. Automatul cu relee

Pentru a scrie programul aplicaţie pentru un PLC, pentru această schemă considerăm

linia verticală din stânga ca fiind linia activă, cea care este conectată la potenţialul care are

nivelul logic „1”, de exemplu + 24 V DC. Linia verticală din partea dreaptă o considerăm linia

legată la potenţial „0 V”. Acum putem considera că circuitul se închide de la + 24V DC prin

contactul de start, stop, bobina releului şi „0V”. Butonul de „start”, cel de „stop” precum şi

imaginea ieşirii „contactor”, „automenţinere” se aşează în câmpul intrărilor. Ieşirea

„contactor” se aşează în coloana ieşirilor care este una singură. Interpretarea logică a ceea ce

se întâmplă informaţional cu starea celor două intrări „Start” şi „Stop” este redată în figura 8.

Figura 8. Reprezentarea în funcţii logice

Ieşirea din program, starea contactorului este determinată de funcţia logică „AND”

care are ca intrări starea logică a butonului de „Stop” precum şi rezultatul prelucrării în

operatorul „OR” a stării butonului de „Start” şi a imaginii ieşirii (starea contactorului) prin

starea logică a „Automentinere”. Funcţia de automenţinere este determinată de starea

contactorului, un contactor alimentat, activat, va avea asigurată funcţia de automenţinere

prin contactele proprii, normal deschise care se activează odată cu acesta.

Trecerea la programul Ladder se face simplu chiar cu ajutorul platformelor în care

realizăm programul aplicaţie pentru PLC. Aşa cum reiese din figura 9, programul scris în

Ladder diagram se aseamănă foarte mult cu schema cu relee, au fost schimbate simbolurile

pentru contactul normal deschis al butonului de „Start”, cel normal închis al butonului de

„Stop” şi imaginea ieşirii, automenţinerea.

Figura 9. Construcţia unei linii de program Ladder

Configuraţia hardware a acestei aplicaţii este prezentată în figura 10.

Figura 10. Configuraţia hardware, activarea intrărilor şi a ieşirilor

Pe lângă conectarea cu sursa de alimentare la + 24 V DC, respective 0 V se vor conecta

spre + 24 V DC cele două intrări I1 şi I2 prin intermediul contactului normal deschis al

butonului de „Start” respectiv prin contactul normal deschis al butonului de „Stop”. La ieşire

va fi conectată bobina contactorului, în cazul nostru pe ieşirea Q1. Valoarea tensiunii VL se

stabileşte în funcţie de parametrii de funcţionarea a contactorului. În multe cazuri tensiunea

de alimentare a bobinelor contactoarelor este aceeaşi cu cea a controlerului logic

programabil. În câmpul intrărilor vom găsi imaginile şi, implicit instrucţiunile intrărilor

„START” şi „STOP”, figura 11. În câmpul ieşiri găsim instrucţiunea ieşirii.

Programul scris astfel, în Ladder diagram, reproduce logica funcţiei „AND”, Q1=I1xI2.

Figura 11. Structura unei linii de program Ladder

Când programul se complică pot să apară ramificaţii prin care se combină funcţiile

logice elementare „AND” cu „OR”. În câmpul intrărilor avem A OR B legate în logică AND cu C

şi D. Cele două ieşiri E şi F vor deveni active în acelaşi timp. Cele două ieşiri pot fi 2 bobine ale

unor contactoare, relee intermediare, electromagneţi diverşi etc. Fiind legate în paralel

trebuie să aibă aceeaşi impedanţă. Ecuaţia de transfer pentru programul din figura 12 va fi:

E=(A+B)(C)(D).

Figura 12. Interpretarea programului

În cazul programului scris în figura 12 configuraţia hardware presupune activarea

intrărilor: Io prin A, I1 prin B, I2 prin C şi I3 prin D, figura 13. Ieşirile E şi F vor fi alimentate în

acelaşi timp şi la aceeaşi parametri. Privind configuraţia în jurul PLC-ului aceasta arată foarte

simplă, în principiu fiecare element de comandă se conectează la una din intrări şi fiecare

element de ieşire se va conecta la una dintre ieşirile PLC. Modul în care se vor activa ieşirile

din PLC depinde de operanzii, de funcţiile logice, care interpretează operatorii aceştia fiind

intrările, locaţii de memorie, timere, imagini ale ieşirilor etc.

Figura 13. Schema logică a programului din figura 12

Figura 14. Configuraţia hardware pentru programul din figura 12

După ce s-a realizat configuraţia hardware urmează transferul programului în

memoria program a PLC-ului. După comanda start programul este parcurs instrucţiune cu

instrucţiune, se parcurge linia de program de la linia activă la linia de program zero apoi linia

următoare, figura 15.

Figura 15. Program scris în Ladder, parcurgerea instrucţiunilor

Programul poate fi scris în mai multe moduri: Instruction List (IL), Structured Text (ST),

Function Block Diagram (FBD) şi Ladder Diagram (LD), figura 16.

Figura 16. Programe scrise în 4 limbaje

Exemplu

Să considerăm o aplicaţie care permite comanda de la distanţă a unui actuator A.

Trebuie asigurată posibilitatea de Start, stop de urgenţă, automenţinere. Prin apăsarea

butonului PB1 se va activa releul R1 care-şi va schimba starea contactelor sale, cele normal

deschise se vor închide iar cele normal închise se vor deschide. Contactul R1 din coloana 1 va

asigura automenţinerea.

Figura 17. Comanda de la distanţă a actuatorului A

Oprirea automatului se realizează prin apăsarea PB2, a stopului de urgenţă.

Configuraţia hardware conţine pe intrare butonul de start (PB1) şi butonul de stop PB2, figura

18.

Figura 18. Configuraţia hardware

Ieşirea R1 din interiorul controlerului logic programabil va asigura alimentarea

actuatorului A.

În figura 19 este prezentată atât configuraţia hardware cât şi programul aflat în

interiorul PLC-ului-programul aplicaţie, în memoria program. Pe intrări sunt conectate cele

două contacte normal deschise A şi B iar pe ieşirea 11 elementul de comandă C. Programul

din memoria program a PLC-ului asigură comanda de la distanţă, automenţinerea şi stopul.

Elementul 20 din program este o locaţie de memorie care se va încărca cu „1” logic atunci

când butonul A va fi acţionat. Când în memoria 20 avem „1” logic ieşirea 11 va deveni activă.

Figura 19. Legarea PLC la proces şi legătura cu programul

Activarea intrărilor şi ieşirilor

Activarea intrărilor se realizează prin legarea la o sursă de tensiune aflată în interiorul

PLC sau în exteriorul acestuia, figura 20. Activarea se poate realiza în curent continuu (DC) sau

curent alternativ (AC).

Figura 20. Activarea intrărilor unui PLC

Pentru ieşiri, la fel ca şi pentru intrări se pot activa în curent alternativ sau în curent

continuu, figura 21. Ieşirile pot fi digitale sau analogice, cele digitale pot fi de tip releu, sau pe

bază de tranzistor.

Figura 21. Activarea ieşirilor unui PLC

Exemplu

În figura 22 avem două linii de program pentru funcţia logică „ŞI”

Figura 22. Funcţia logică “ŞI”

În figura 23 avem o linie de program în care apare funcţia logică „SAU”.

Figura 23. Funcţia logică “SAU”

În figura 24 un program cu o combinaţie de „ŞI” într-o funcţie „SAU”.

Figura 24. Combinaţie “ŞI”, “SAU”

În figura 25 avem un program scris în FBD.

Figura 25. Program scris în FBD

În figura 26 avem acelaşi program scris în STL.

Figura 26. Program scris în STL

Exemplu

Considerăm programul din figura 27, în care apare imaginea unei intrări la care avem

conectat un buton cu contact normal deschis şi un buton cu contact normal închis.

Figura 27. Program în Ladder diagram

În figura 28 acelaşi program poate fi văzut scris în toate cele 5 limbaje specifice PLC.

Figura 28. Programul din figura 27 scris în 5 limbaje

EXEMPLE

Figura 29. Comanda condiţionată din două puncte simultan

Figura 30. Aplicaţie pentru funcţia logică “OR”

Figura 31. Funcţia de inversor

Figura 32. Program pentru “OR-EXCLUSIV”

Figura 33. Bistabil

Figura 34. Aplicaţie bistabil R-S

Figura 35. Bistabilul T

Figura 36.

MASTER CONTROL RELAYS (MCRs)

Figura 37. Program Master control Realays

MCRs Emergency stop

Figura 38. Aplicaţie „Emergency stop

Figura 39. Program Master

FUNCŢIONAREA PLC

Figura 40. Componentele unui PLC

Figura 41. Activarea intrărilor-faza 1

Figura 42. Activarea intrărilor-faza 2

Figura 43. Activarea ieşirilor-faza 1

Figura 44. Activarea ieşirilor-faza 2

Figura 45. Scanarea programului

Figura 46. Scanarea programului

Figura 47. Trecerea datelor de la intrări spre ieşiri

Figura 48. Scanarea procesului

Figura 49. Parcurgerea unui program in Ladder

Figura 50. Parcurgerea unui program în Ladder

Figura 51. Exemplu de program în 4 limbaje

Figura 52. Comparaţie între limbaje

Figura 53. Starea intrări-ieşiri

Figura 54. Starea intrări-ieşiri

Figura 55. Exemplu program în Ladder diagram

Figura 56. Exemplu program în Ladder diagram

Figura 57. Starea unei linii de program

Figura 58. Starea unei linii de program

EXEMPLE

Figura 59. Program scris în FBD

Figura 60. Expresia logică şi programul în Ladder diagram

Figura 61. Program pentru emergency stop

Figura 62. Program în Ladder diagram pentru o aplicaţie dată

Figura 63. Comanda pornirii unui MAS

Figura 64. Schema electrică a automatului cu relee şi programul Ladder