Dr inż. Jakub Możaryn, dr inż. Piotr Wasiewicz
Zaawansowane Układy Automatyki PLC Zaawansowane Układy Automatyki PLC
Wykład 4 – Algorytmy regulacji procesów ciągłych w PLC
Struktury przemysłowych układów regulacji Układy regulacji o strukturze jedno-pętlowej:
Obiekt
Regulator +
+ -
-
w, SP y, PV
e u, CV
z x
Obiekt
Regulator +
+ -
-
w, SP y, PV
e u, CV
z x
Oznaczenia:
w - wartość zadana (SP-Set Point)
y - wielkość regulowana (PV, Process Variable)
e - odchyłka regulacji (e = SP – PV, Error)
u - sygnał sterujący (CV, Control Variable)
2
Układ regulacji stałowartościowej/stabilizującej, gdy SP ma wartość stałą w skończonym przedziale czasu)
Układ regulacji programowej, gdy SP zmienia się według ściśle określonej funkcji czasu
Układ regulacji nadążnej, gdy SP zmienia się według nieznanej/
obserwowanej funkcji czasu
e --
e Variable)
x - sygnał zregulowany z - wielkość sterowana
Struktury przemysłowych układów regulacji
pomocnicze wielkości regulowane
sygnały korekcyjne
dodatkowe sygnały sterujące
Niezadowalającą jakość regulacji, osiąganą dzięki stosowaniu
najprostszych, jedno-pętlowych układów regulacji, nawet pomimo optymalnych wartości nastaw algorytmów PID, można polepszyć stosując układy regulacji, w których strukturze wykorzystywane są:
3
dodatkowe sygnały sterujące
Układy regulacji z pomocniczymi wielkościami regulowanymi Układy regulacji, w których algorytmie, oprócz głównej wielkości
regulowanej PV, wykorzystywana jest dodatkowa, pomocnicza (jedna lub więcej) wielkość regulowana PVP
+ + PV
-
Obiekt regulacji Z PV
PVP CV
4
Spośród mających największe znaczenie praktyczne układów regulacji tego typu, należy wymienić:
układ regulacji kaskadowej
układ regulacji stosunku
układ kaskadowej regulacji stosunku
SP Algorytm +
regulacji -
Układy regulacji z pomocniczymi wielkościami regulowanymi Układ regulacji kaskadowej
PID F
L
P
Schemat funkcjonalny układu kaskadowej regulacji poziomu medium w kolumnie rektyfikacyjnej.
Możliwość wyodrębnienia w obiekcie zjawiska mającego wpływ na główną wielkość regulowaną (tu: wydatek przepływu medium poddawanego rektyfikacji).
5
rektyfikacji).
+ +
- -
z2
z1
CV1 E SP
PVP
G1 G2 PV
R2 R1
CV2
Schemat blokowy układu regulacji kaskadowej.
Oznaczenia: R1 – regulator główny, R2 – regulator pomocniczy, PV – główna wielkość regulowana, PVP – pomocnicza wielkość regulowana, SP – wartość zadana, CV – sygnał sterujący, wyjście regulatora, z1, z2 – zakłócenia.
Transmitancja pierwotna obiektu, w strukturze stałowartościowej (bez regulatora R2 ):
Układy regulacji z pomocniczymi wielkościami regulowanymi Układ regulacji kaskadowej
Regulator główny -
- +
E SP CV1
B
PV A CV2
z2 z1
PVp
G1 G2
R2
R2 Obiekt zmodyfikowany
Regulator główny -
- +
E SP CV1
B
PV A CV2
z2 z1
PVp
G1 G2
R2
R2 Obiekt zmodyfikowany
+ +
- -
z2
z1
CV1 E SP
PVP
G1 G2 PV
R2 R1
CV2
Transmitancja obiektu
zmodyfikowanego, którym zajmuje się regulator R1 :
6
+
E SP CV1
R1
+
E SP CV1
R1
Schemat blokowy układu regulacji kaskadowej w postaci zmodyfikowanej
Aplikacja algorytmu w PLC Saia
Układy regulacji z pomocniczymi wielkościami regulowanymi Układ regulacji kaskadowej - właściwości
Regulator pomocniczy R2 (typu P lub PD) ogranicza wpływ
zakłóceń Z1, dlatego jego nastawy dobiera się z uwzględnieniem właściwości tylko obiektu G1.
Obiektem regulacji dla regulatora głównego R1 (typu PI lub PID) jest cały obiekt G1 * G2 wraz z regulatorem pomocniczym (z
dobranymi wcześniej nastawami) wprowadzonym w tryb automatyki.
7
dobranymi wcześniej nastawami) wprowadzonym w tryb automatyki.
Neutralizacja właściwości dynamicznych obiektu G1. Z transmitancji obiektu zmodyfikowanego, wynika że w paśmie częstotliwości, w którym obowiązuje relacja R2(jω)G1(jω) >> 1, transmitancja obiektu zastępczego ma w przybliżeniu postać:
Układy regulacji z pomocniczymi wielkościami regulowanymi Układ regulacji kaskadowej - właściwości
Stopień kompensacji zakłóceń z1 jest k-krotnie większy niż zakłóceń z2 , gdzie:
Brak poprawy jakości regulacji względem zakłóceń z2.
Linearyzacja charakterystyki statycznej obiektu G1.
8
PVp
0 0,5
1
1 2 3 4 5
B
A=CV2+B
PVp=f(CV2) PVp=f(B) PVp=f(A)
CV2 CV2
PVp
0 0,5
1
1 2 3 4 5
B
A=CV2+B
PVp=f(CV2) PVp=f(B) PVp=f(A)
CV2 CV2
PVP = f(CV2): przykładowa, nieliniowa ch-ka statyczna obiektu G1
PVP = f(B): odwrócona charakterystyka statyczna regulatora R2
Z równania węzła sumacyjnego:
CV2 = A – B (stąd: A = CV2 + B) wynika linearyzacja ch-ki statycznej obiektu G1:
PVP = f(A) = f (CV2 + B)
Układy regulacji z pomocniczymi wielkościami regulowanymi Układ regulacji stosunku
Sensor1 Q2
Q1
Q i
Q i Aktuator
Sensor2
Sensor1 Q2
Q1
Q i
Q i Aktuator
Sensor2
k
F
x P
WODA POWIETRZE
9
Schemat blokowy układu regulacji stosunku przepływów mediów Q2 = k * Q1
k R
PLC k
R
PLC
F
PID T OLEJ
PALNIK
Schemat funkcjonalny układu regulacji stosunku przepływów paliwo-powietrze
Układy regulacji z pomocniczymi wielkościami regulowanymi Układ kaskadowej regulacji stosunku
Schemat funkcjonalny układu kaskadowej regulacji stosunku przepływów paliwo- powietrze wraz z dodatkowym układem regulacji temperatury wody grzanej
poprzez sterowanie wydatkiem przepływu oleju opałowego
PID
F
Q x P
WODA GRZANA POWIETRZE
OLEJ
10
Schemat blokowy układu kaskadowej regulacji stosunku przepływów paliwo-powietrze
k
Q2
SP R1
R2
• Q
i
i Q
O2 i
Komora Spalania
Sensor3 Sensor1
Sensor2
Aktuator
Q1 k
Q2
SP R1
R2
• Q
i
i Q
O2 i
Komora Spalania
Sensor3 Sensor1
Sensor2
Aktuator
Q1
F
PID T OLEJ
PALENISKO
Układy regulacji z pomocniczymi wielkościami regulowanymi Układ kaskadowej regulacji stosunku
11
Aplikacja algorytmu w PLC Saia
Układy regulacji z sygnałami korekcyjnymi
Wyróżnia się dwa rodzaje układów zamknięto-otwartych, w których korekcja od zakłóceń dokonywana jest na:
W celu poprawy jakości regulacji osiąganej w układach regulacji stałowartościowej stosuje się korekcję od zakłóceń (gdy można je
zmierzyć, ale nie można ich sterować), poprzez dołączenie do takiego układu zamkniętego dodatkowego układu otwartego.
12
korekcja od zakłóceń dokonywana jest na:
wyjściu regulatora
wejściu regulatora
Układy regulacji z sygnałami korekcyjnymi Kompensacja zakłóceń na wyjściu regulatora
+ +
-
+ +
G1 G2
R
E D2
SP CV
Z PV
+
+ +
-
+ +
G1 G2
R
E D2
SP CV
Z PV
+
13
Transmitancja zakłóceniowa układu regulacji ma postać:
stąd, warunek kompensacji wpływu zakłóceń:
R R
Układy regulacji z sygnałami korekcyjnymi
Przykład kompensacji zakłóceń na wyjściu regulatora w układzie regulacji pH wody w sulfitatorze cukrowniczym, w którym istotnym źródłem zakłóceń jest ciśnienie mieszaniny SO2, SO i powietrza. Jest to wielkość, której zakłócenia poddane przekształceniu PD, korygują sygnał sterujący (wyjście regulatora).
14
Układy regulacji z sygnałami korekcyjnymi Kompensacja zakłóceń na wejściu regulatora
- SP
+ + +
G1 G2
D1
R E
Z PV
+ - SP
+ + +
G1 G2
D1
R E
Z PV
+
15
Transmitancja zakłóceniowa układu regulacji ma postać:
stąd, warunek kompensacji wpływu zakłóceń:
+
R ++ + +
R +
Układy regulacji z sygnałami korekcyjnymi Kompensacja zakłóceń w układach o strukturze złożonej
+ +
-
+ +
G1 G2
R D2
CV SP
PV
+
+ +
-
+ +
G1 G2
R M
CV SP
PV
+
G1 R2
2
1
Z1
Z2
PVP
16
Przykład korekcji wprowadzonej na wejście regulatora pomocniczego w układzie regulacji kaskadowej.
W tym przypadku, człon korekcyjny M(s) ma postać : M(s) =
G1 R2
1
Układy regulacji z więcej niż jednym sygnałem sterującym
Układ, w którym regulacja danej wielkości PV odbywa się z udziałem tego samego sygnału sterującego doprowadzonego do dwóch różnych aktuatorów oddziaływujących na różne współrzędne stanu procesu.
+ +
SP PV
+
-
Obiekt regulacji
PV
+
Z
CVP CV
17
Przykład układu regulacji temperatury produktu nagrzewanego parą, w którym właściwą temperaturę ogrzewanego produktu uzyskuje się za pomocą odpowiedniego oddziaływania zarówno na wydatek
przepływu tego produktu jak też na strumień przepływu pary grzewczej w wężownicy.
+ SPSP Algorytm +
regulacji
-
Układy regulacji sekwencyjnej
Układ regulacji temperatury i wilgotności powietrza stosowany w instalacjach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych HVAC (Heating Ventilation Air Conditioning).
H
nagrzewnica chłodnica
100%
wyjścia sekwen-
cyjne chłodzenie
grzanie
Y1 Y3 Y2
nawilżanie
nawilżacz
Nawiew
wentylator
18
80°C 13°C
PI
SEQ Y1
Y3 PV
CV
korekcja lato / zima
SP
Y2
0% 50% 100%
wyjście regulatora PI cyjne
25%
4°C 90°C para
wodna
SP CV SEQ
SEQ CV
Zaawansowane algorytmy sterowników PLC
1. Algorytmy regulacji: Regulatory dwustanowe (2P, 2P PM-Pulse
Modulation, 2*2P, 2P z dwoma wielkościami regulowanymi), Regulatory trójstanowe (3P, 3P), Regulatory typu PID (P, PI, PID, PID-2P PM, PID-3P PM, PID 3P PM ze sprzężeniem od położenia zaworu), Regulatory
adaptacyjne z wyłączaniem akcji I, (P-PI, P-PI_Enable, P-PID), Regulator z kompensacją zakłóceń (PZ-Feedforward), Regulator krokowy
2. Funkcje korekcyjne: ogranicznik wartości sygnału, ogranicznik prędkości zmian wartości sygnału, strefa martwa, histereza, warunkowy offset,
przełączniki
19
przełączniki
3. Modele obiektów: Element inercyjny 1.rzędu (Filtr T1-Lead/Lag), Symulacja temperatury zewnętrznej (Filtr T2), Integrator, Model
właściwości grzewczych budynku w funkcji temperatury zewnętrznej i pojemności cieplnej ścian
4. Funkcje specjalistyczne HVAC : Funkcja ekonomicznego mieszania powietrza, Regulacja sekwencyjna: grzanie-chłodzenie, Regulacja sekwencyjna: grzanie-mieszanie-chłodzenie, Regulacja sekwencyjna:
grzanie 2P - chłodzenie 3P, Sekwencja (1-4 poziomy) 5. Technologia Web w sterownikach PLC
Standard Application
Biblioteki funkcji FBD
Standard biblioteka podstawowych
bloków FBD
Application biblioteka
specjalizowanych bloków FBD
Biblioteka specjalizowanych funkcji FBD - Application
Regulator 2P 1
Regulator 2P
Działanie odwrotne (revers):
Działanie wprost (direct):
włączanie wyjścia Y następuje dla wartości X większej aniżeli wyłączanie, np. dla chłodzenia
1
Działanie odwrotne (revers):
włączanie wyjścia Y następuje dla wartości X mniejszej aniżeli wyłączanie, np. dla grzania
W obu przypadkach histereza jest dodatnia, bowiem przełączanie wyjścia Y następuje przy opuszczaniu strefy histerezy.
Ujemną histerezę można uzyskać, w układach konwencjonalnych, w wyniku zastosowania korekcji dynamicznej w sprzężeniu zwrotnym.
Regulator 2P PM 1
FB ‘Output, 2 Points’ służy do przetwarzania sygnału ciągłego (np. wyjścia CV z regulatora typu PID) na sygnał binarny w postaci modulowanych impulsów.
Regulator 2P PM 1
FB ‘Output, 2 Points’
generuje impulsy oraz pauzy na wyjściu
binarnym, w funkcji ciągłego sygnału wejściowego.
Dla wartości sygnału
wejściowego równej 50%
wejściowego równej 50%
zakresu, impulsy i pauzy są generowane
naprzemiennie. Powyżej 50% zakresu, impulsy są dłuższe, natomiast
poniżej 50%, pauzy są dłuższe.
Regulator 2*2P 1
FB ‘Burner cascade 2*2’ służy do sterowania dwóch grzejników na podstawie mierzonej temperatury wyjściowej z tych grzejników.
Regulator 2*2P 1
Spadek temperatury poniżej wartości ‘Switch-off ’,
Każdy z grzejników może pracować w trybie „Low Jet”
lub „High Jet”, co pozwala na ustanowienie łącznie 5
poziomów pracy.
wartości ‘Switch-off ’, powoduje przełączenie na
„niższy” poziom pracy, natomiast przekroczenie wartości ‘Switch-on’,
powoduje przełączenie na poziom „wyższy”. Punkt
‘Switch-off ’ jest parametrem zadawanym, natomiast punkt
‘Switch-on ’wyliczany jest na podstawie zadanej histerezy.
Regulator 2P z dwoma wielkościami regulowanymi 1
FB ‘RegBlr - Boiler load’ jest regulatorem dwustanowym z wyjściem binarnym Y (on/off), dedykowanym do regulacji temperatury w bojlerze, na podstawie odczytu temperatury ‘X’ z dwóch sensorów:
Up – położonego w górnej części zbiornika (gdzie temperatura jest zazwyczaj wyższa),
Lo – położonego w dolnej części zbiornika (gdzie temperatura jest zazwyczaj niższa.
Regulator 2P z dwoma wielkościami regulowanymi 1
Spadek temperatury zmierzonej przez górny czujnik (XUp) poniżej wartości progowej ‘Switch-on’, powoduje włączenie grzania wody w bojlerze, natomiast wzrost temperatury zmierzonej przez dolny czujnik (XLo) powyżej wartości progowej ‘Switch-off ’, powoduje wyłączenie grzania.
Regulator 3P 1
Regulator 3P
Działanie wprost (direct):
przełączanie wyjścia Y- następuje dla wartości X mniejszej aniżeli
przełączanie wyjścia Y+, np. dla chłodzenia
1
Działanie odwrotne (revers):
przełączanie wyjścia Y- następuje dla wartości X
większej aniżeli przełączanie wyjścia Y+,
np. dla grzania
Wszystkie histerezy są dodatnie i usytuowane są z odstępem stanowiącym strefę niejednoznaczności
Regulator 3P PM 1
32
Regulator P 1
33
Regulator PI 1
34
Regulator PID 1
35
Regulator PID 2P PM 1
Regulator PID 3P PM 1
Regulator PID 3P PM ze sprzężeniem od położenia zaworu 1
Regulator PID 3P PM ze sprzężeniem od położenia zaworu 1
Boiler load to regulator
Regulator P-PI 1 Algorytm PI z wyłączaną akcją całkującą w funkcji odchyłki regulacji.
40
Regulator P-PID 1 Algorytm PID z wyłączaną akcją całkującą w funkcji odchyłki regulacji.
Regulator P-PI Enabled 1 Algorytm PI z wyłączaną akcją całkującą sygnałem zewnętrznym (EnI).
42
Yis - punkt pracy po wyłączeniu akcji całkującej.
Regulator PZ 1 Algorytm PZ z kompensacją zakłóceń (układ zamknięto-otwarty z
korekcją na wyjściu regulatora, Feedforward)
43
Regulator krokowy 1
Wszystkie
44
Funkcje korekcyjne: ogranicznik wartości sygnału 2
45
Funkcje korekcyjne: ogranicznik prędkości zmian wartości sygnału2
46
Funkcje korekcyjne: strefa martwa 2
47
Funkcje korekcyjne: strefa martwa w zerze 2
48
Funkcje korekcyjne: histereza 2
49
Funkcje korekcyjne: warunkowy offset 2
50
Funkcje korekcyjne: przełączniki 2
51
Element inercyjny 1.rzędu (Filtr T1: Lead/Lag) 3
52
Y = Yt_1 + (X - Yt_1) * Te/T1 gdzie:
X - wejście Y - wyjście
Te - okres próbkowania T1 - stała czasowa
Yt_1 - poprzednia wartość Y
Stała czasowa T1
Symulacja temperatury zewnętrznej (Filtr T2) 3
53
Integrator 3
54
Model właściwości grzewczych budynku w funkcji temperatury zewnętrznej i pojemności cieplnej ścian
3
55
Funkcja ekonomicznego mieszania powietrza 4
56
Funkcja ekonomicznego mieszania powietrza 4
57
Rekuperator Przepustnica wywiewu
Przepustnica nawiewu
Temperatura na zewnątrz
Temperatura nawiewu
Temperatura w pomieszczeniu Grzanie Chłodzenie Temperatura
wewnątrz
TN
TP
Funkcja ekonomicznego mieszania powietrza 4
58
Schemat układu regulacji temperatury powietrza w pomieszczeniu z użyciem
nagrzewnicy, chłodnicy i rekuperatora. Aplikację algorytmu regulacji sekwencyjnej zrealizowano w języku FBD sterownika PLC Saia.
Regulacja sekwencyjna: grzanie-chłodzenie 4
59
Regulacja sekwencyjna: grzanie-mieszanie-chłodzenie 4
Regulacja sekwencyjna: grzanie 2P - chłodzenie 3P 4
61
Sekwencja (1-4 poziomy) 4
62
Technologia Web w sterownikach PLC
Web-Server: program zintegrowany z systemem operacyjnym sterowników PLC
Przechowuje on wszelkiego rodzaju dokumenty i informacje (pliki
HTML, applety Java, obrazy, grafika GIF, podręczniki użytkowe, listy części zapasowych, adresy i linki, kontakty telefoniczne...).
Web-Server przetwarza kwerendy z przeglądarki i aktualizuje
odpowiednie strony Web danymi z bazy danych sterownika PLC.
5
odpowiednie strony Web danymi z bazy danych sterownika PLC.
Dane PLC dostępne są za pomocą specjalnych rozkazów tekstowych plików HTML, lub z użyciem instrukcji CGI calls z poziomu
appletów Java lub skryptów.
Istnieje możliwość zabezpieczenia dostępu do stron HTML i danych PLC za pomocą wielopoziomowego hasła.
63
Technologia Web w sterownikach PLC
Web-Editor: narzędzie add-on managera projektów PLC do kreowania aplikacji Web (animowanych stron internetowych) Aplikacje
stworzone przez Web-Editor
zapewniają
bezpośredni dostęp
5
bezpośredni dostęp (automatyczne
odświeżanie w przeglądarce poprzez applety Java) do
zmiennych i symboli
sterownika PLC
64
Technologia Web w sterownikach PLC
Strony tworzone są poprzez usytuowanie i parametryzowanie
obiektów graficznych (teksty, symbole i obiekty graficzne, przyciski, wyświetlacze, bargrafy, itp.), bez umiejętności programowania w
językach Java lub HTML. Web-Editor umożliwia obsługę grafiki GIF (fotografie, rysunki, schematy) za pomocą znanych z Windows
funkcji formatowania takich jak grupowanie, orientowanie, itp.
5
65 65
Przykładowo:
okno interfejsu operatorskiego dla ustawienia trendu zmiennej procesowej
Technologia Web w sterownikach PLC
Strony tworzone są poprzez usytuowanie i parametryzowanie
obiektów graficznych (teksty, symbole i obiekty graficzne, przyciski, wyświetlacze, bargrafy, itp.), bez umiejętności programowania w
językach Java lub HTML. Web-Editor umożliwia obsługę grafiki GIF (fotografie, rysunki, schematy) za pomocą znanych z Windows funkcji formatowania takich jak grupowanie, orientowanie, itp.
Strony Web kreowane są dla różnych
5
66 66
dla różnych
rozdzielczości ekranu na zasadzie WYSIWYG (What You See Is What You Get). Strony Web mogą być tworzone również za pomocą
standardowych edytorów HTML (np. Frontpage).
Technologia Web w sterownikach PLC
Web-Builder: narzędzie add-on managera projektów PLC, do generowania i zarządzania aplikacjami Web-Servera.
Pliki przeznaczone dla programu Web-Server (np. strony HTML, applety Java, obrazy) są wybierane z katalogu projektu PLC przy użyciu poniższego okna dialogowego a następnie konwertowane do formatu PLC. Po procedurze kompilacji (build) cały projekt jest
transferowany (download) do sterownika PLC.
5
67 67
transferowany (download) do sterownika PLC.
Technologia Web w sterownikach PLC
Web-Connect: program typu stand-alone, działający w tle, w nadrzędnym komputerze PC, lub w panelu operatorskim Nawiązuje on połączenie pomiędzy przeglądarką internetową (w
Intranecie/Internecie) i Web-Serverem sterownika, zapewniając ciągły dostęp do danych poprzez interfejsy lub sieci różnych standardów
komunikacyjnych (Ethernet TCP/IP, Profibus…), jak również poprzez standardowe porty szeregowe (RS 232, RS 485, modem ...).
5
68 68
standardowe porty szeregowe (RS 232, RS 485, modem ...).
Oznacza to, że przeglądarki mają dostęp do wszystkich dołączonych PLC,
wyposażonych w Web-Servery i tym samym płatna licencja na publiczny adres IP jest
wymagana wyłącznie na PC.
Technologia Web w sterownikach PLC
Web-Browser: przeglądarka internetowa (np. Internet Explorer) Zapewnia dostęp do stron HTML wbudowanych w sterowniki PLC, moduły we/wy oddalonych RIO lub konsole operatorskie.
Połączenie jest ustanawiane w przeglądarce w tradycyjny sposób poprzez wprowadzenie URL (np. www.frontend-PC.com/PCD- controller/web-page.html).
5
69 69
controller/web-page.html).
W celu poszerzenia możliwości aplikacji Web, na nadrzędnym PC może również działać server OPC lub system SCADA.
AI: wejścia analogowe prądowe 0-20 mA lub 4-20 mA, dwu- przewodowe
wyświetlacze, wskaźniki itp.
schemat podłączeń przetworników
dwu-przewodowych zasilanych ze źródła
Interfejs procesowy sterowników PLC Moduły wejść analogowych AO
70
zasilanych ze źródła
zewnętrznego, podobnie jak moduły cyfrowe
typu SINK.
nie można zwierać obwodów bez
minimalnego obciążenia dla źródła zasilania.
AI: wejścia analogowe prądowe 0-20 mA lub 4-20 mA, cztero- przewodowe
wyświetlacze, wskaźniki itp.
schemat podłączeń przetworników
cztero-przewodowych zasilanych ze źródła
Interfejs procesowy sterowników PLC Moduły wejść analogowych AO
71
zasilanych ze źródła
zewnętrznego, podobnie jak moduły cyfrowe
typu SINK.
nie można zwierać obwodów bez
minimalnego obciążenia dla źródła zasilania.
AI: wejścia analogowe napięciowe 0-10 VDC
wyświetlacze, wskaźniki itp.
pomiar napięcia źródła, które nie może być nazbyt obciążane.
Rezystancja wejściowa kanału powinna więc być duża, co zwiększa wrażliwość na
Interfejs procesowy sterowników PLC Moduły wejść analogowych AO
72
zwiększa wrażliwość na zakłócenia. Konieczne jest
więc ekranowanie przewodów, dodatkowo wprowadzające
pojemnościowe obciążenie
źródła, i to zazwyczaj zmienne w czasie. Zatem, wejścia te są podatne na duże zakłócenia.
nie można zwierać obwodów bez minimalnego obciążenia dla źródła zasilania.
AI: wejścia analogowe dla sygnałów z różnych sensorów temperatury:
Termopary, termoogniwa (thermocouples), stosowane w zakresie od -200 do 2800°C, stanowią połączenie dwóch różnych metali, na końcach których powstaje siła elektromotoryczna
proporcjonalna do różnicy temperatur
Interfejs procesowy sterowników PLC Moduły wejść analogowych AO
73
proporcjonalna do różnicy temperatur
Termometry oporowe, metaliczne (RTD, Resistive Temperature Device), stosowane w zakresie od -200 do 800°C, wykorzystują wzrost rezystancji metali w funkcji temperatury (np. sensory platynowe Pt 100 mają wartość rezystancji 100 w temp. 0°C)
Sensory półprzewodnikowe, głównie termistory lub złącza diodowe, stosowane w zakresie od -50 do 150°C
Obliczone wartości sygnałów sterujących są przetwarzane przez przetworniki cyfrowo- analogowe w modułach wyjść analogowych na wartości
napięcia lub prądu w
wyświetlacze, wskaźniki itp.
Interfejs procesowy sterowników PLC Moduły wyjść analogowych AO
74
napięcia lub prądu w
obwodach wyjściowych tych modułów.
Niezbędne jest stosowanie optoizolacji obwodów wyjść analogowych od magistrali sterownika.
Sieci polowe (FieldBus) stosuje się dla celów otwartej komunikacji szeregowej, zapewniającej wymianę danych pomiędzy sterownikami PLC i różnymi urządzeniami automatyki i pomiarów (sensory,
aktuatory).
Interfejs procesowy sterowników PLC
Moduły komunikacyjne sieci polowych (FieldBus)
75
Listwa obiektowa
Konwencjonalny dostęp do sygnałów procesowych Interfejs procesowy sterowników PLC
Moduły komunikacyjne sieci polowych (FieldBus)
76
obiektowa
Szafa w centralnej sterowni
Dostęp do sygnałów procesowych w technice rozproszonej
Skrzynki obiektowe
Interfejs procesowy sterowników PLC
Moduły komunikacyjne sieci polowych (FieldBus)
77
Szafa w centralnej sterowni
FieldBUS
Dostęp do sygnałów procesowych w technice rozproszonej Interfejs procesowy sterowników PLC
Moduły komunikacyjne sieci polowych (FieldBus)
78
Szafa w centralnej sterowni
FieldBUS
Cechy charakterystyczne sieci przemysłowych:
oszczędności w okablowaniu
wysoka efektywność przenoszenia dużej liczby krótkich informacji
ograniczony, zdeterminowany czas przekazywania danych
łatwość dołączania kolejnych urządzeń (sensorów, aktuatorów) Interfejs procesowy sterowników PLC
Moduły komunikacyjne sieci polowych (FieldBus)
79
łatwość dołączania kolejnych urządzeń (sensorów, aktuatorów)
duża odporność na zakłócenia przemysłowe oraz łatwość lokalizacji uszkodzeń
Sieci firmowe, np.: Saia-Bourgess: S-BUS; Modicon: Modbus+, UNI-TELWAY, FIPWAY, FIPIO)
Sieci otwarte:
• Modbus
Najczęściej stosowane w automatyzacji standardy sieciowe:
• Ethernet TCP/IP Interfejs procesowy sterowników PLC
Moduły komunikacyjne sieci polowych (FieldBus)
80
• Modbus
• HART
• PROFIBUS DP/PA/FMS
• LonWorks
• CAN
• EIB / KNX
• Foundation Fieldbus
• Ethernet TCP/IP
• OPC
• DALI
• EnOcean
• BACnet