3.3.2

SVEUČILIŠTE U SPLITU

ODJEL STRUČNIH STUDIJA

Solarni lift

doc. dr. sc. Marko Vukšić

OSS UNIST 2

Kolegij: ” Energetska učinkovitost i tehnologije ”Kolegij: ” Elektronički napajači ”

Kolegij: ” PLC i SCADA sustavi ”

Studentski projekt:

SOLARNI LIFT

OSS UNIST 3

Laboratorijske makete (1)

OSS UNIST 4

Laboratorijske makete (2)

OSS UNIST 5

Laboratorijske makete (3)

Softverski alati

OSS UNIST 6

• ePLAN

• STEP 7

• WinCC

• MATLAB

• SIMULINK

Orbitalni lift

Yuri Artsutanov

1960, ”V Kosmos na Electrovoze”

Osnovna ideja

Arthur C. Clarke

1979, ”The Fountains of Paradise”

Popularizacija ideje

Visina 36000km

Pri brzini 200 km/h, trajanje putovanja 7,5

dana.

Kemijski pogon:

$25,000/kg

Orbitalni lift:

$250/kg

OSS UNIST 7

Ugljična vlakna SWCNT

Vlakna realizirana pomoću

Ugljikovih nano cijevi

100 GPa minimalni zahtjev

63 GPa Ostvareno

300 GPa teoretska granica

OSS UNIST 8

OSS UNIST 9

Ugljična vlakna MWCNT

Vanjska nanocijev

Vodi električnu energiju

Prijenos energije

LASER

Vidljiva svjetlost

OSS UNIST 10

Solarni lift OSS UNIST

OSS UNIST 11

Osnovni dijelovi

• Nosiva konstrukcija

• Elektromotorni pogon

• Solarni paneli

• Sklopovi za obradu i prijenos

električne energije

• Sustav upravljanja i daljinskog nadzora

OSS UNIST 12

Nosiva konstrukcija

OSS UNIST 13

• Legura aluminija

• Plastični vijci

• Ukupna masa 5,2kg

Pogon

OSS UNIST 14

• Gumeni valjci

• Istosmjerni motori

• Aluminijske remenice

• Potrošnja 25,5W

• Brzina penjanja

0,5m/s

Električni sustavi

OSS UNIST 15

• Sklopovi za obradu i prijenos

električne energije

• Sustav upravljanja i daljinskog nadzora

SCADA

• Ukupna potrošnja 12W

Blok prikaz

OSS UNIST 16

CPU

5V

DC motor 1

izvor zračenja

24V

MPPT

AIMUXDC motor 2

sw1 sw2 WLAN

solar panel 2

programabilne logičke strukture

pretvorba informacije

pogonski djelovi

konverzija napona

izvor energije

0-18V

solar panel 1

energija

informacija

rpm

relej

Solarni panel

OSS UNIST 17

Izlazna snaga: 30 W

Optimalni radni napon: 17.6 V

Optimalna radna struja: 1.7 A

Napon praznog hoda: 21.2 V

Struja kratkog spoja: 1.83 V

Iskoristivost: 19.6 %

Tehnologija izrade:

monokristalni silicij

Broj ćelija: 32

Težina: 0.65 kg

Dimenzije: 535x378x3 mm (0, 2m )

Proizvođač: Solbian

2

I-U karakteristika

OSS UNIST 18

OSS UNIST 19

P-U karakteristika

OSS UNIST 20

MPPT

OSS UNIST 21

dU = 0

Mjerenje

U(k) i I(k)

dI=I(k) - I(k-1)

dU=U(k) - U(k-1)

dI/dU = - I(k)/U(k)

da 1Ne

dI/dU > - I(k)/U(k)

D = D + dD D = D - dD

Da Ne

Da Ne

dI = 0

dI > 0

D = D - dD

Ne

D = D + dD

Da

Da

Ik = Ik - 1

Uk = Uk-1

exit

M8.0 M8.1 M8.2 M8.3

MPPT algoritam„Perturb and observe“

Pn+1-Pn>Pr1

Pn+1-Pn<-Pr2

OSS UNIST 22

Radna točka

Elektronički pretvarači

OSS UNIST 23

uR(t)

t0 T

uR

U2

P

P

N

N

tUu sin11

Tok energije

Elektronički pretvarači

OSS UNIST 24

uR(t)

t0 T

U1

P

P

N

N

U1

Tok energije

-+

uR

-U 1

OSS UNIST 25

ud(t)

t0 T

C

L

U1

-+ u

d

U1

-U1

U2

U2

P

P

N

N

Elektronički pretvarači

OSS UNIST 26

uR(t)

t

UB

DUB

iB

-+

R

iO

uR

1

2

0DT (1-D)T

T

1 12

L

C

Istosmjerni pretvaračiBUCK pretvarač

Tperiodsklopni

polusklopkajekojemuinterval 1.D DBR UU

OSS UNIST 27

Istosmjerni pretvaračiBUCK pretvarač

iB

R

iO

uR

L

C

UB

-+

iS1

iS2

• Ulazni napon 6 – 40 V

• Izlazni napon 5V

• Maksimalna struja 3 A

• Efikasnost 92%

• Frekvencija 100 kHz

• Izlazna valovitost 30 mV

OSS UNIST 28

UB

iB

-+

R

iO

uR

C

1

2L

B1

1U

D

uR (t)

t0DT (1-D)T

T

1 12

Istosmjerni pretvaračiBOOST pretvarač

DU

U

1

1

B

R

Istosmjerni pretvaračiBOOST pretvarač

OSS UNIST 29

UB

iBL iS 1iL

R

iO

uR

iC

C-+

iS 2

• Ulazni napon 7– 22 V

• Izlazni napon 24V

• Maksimalna izlazna struja 2 A

• Efikasnost 92%

• Frekvencija 100 kHz

• Izlazna valovitost 50 mV

UB

iBL iS 2iL

R

iO

uR

iC

C-+

iS 1

Istosmjerni pretvaračiĆUKOV pretvarač

OSS UNIST 30

C1

UC

1

21

iO

L2

C2

Ru

R

L1

-+

UB

iB

iO1

2

L2

C

2

R

2

1

L1

B1

1U

DDUA

-+

UB

iB

C1U

AuR

A

D

DUU

1BR

OSS UNIST 31

• Ulazni napon 10 – 25 V

• Izlazni napon 10 – 25V

• Maksimalna struja 3 A

• Efikasnost 92%

• Frekvencija 100 kHz

• Izlazna valovitost 30 mV

Istosmjerni pretvaračiĆUKOV pretvarač

OSS UNIST 32

i(t)

+

_u(t)

n

zavoja

F

zracni

procjep

lg

permeabilnostjezgre cm

duljina

magnetske

jezgre lc

in

F

-+

RC

HlC

Rg Hl

g

lm

=lg+l

C

Nadomjesni model magnetskog kruga

r

N I

OSS UNIST 33

+Bs

+BR

B

-HC +HC

-Bs

-BR

i

tot max

-BR

+HC-HC

+BR

rev

rev

m0H

kH

iB

H

( 1 + k ) m0H

i

m0H

k H

H

B

m0H

k H

im

0H

( 1 + k ) m0H

B

Petlja histereze feromagnetskog materijala

PLC• Programabilni logički kontroler je računalo namjenjeno

izvršavanje zadaća vezanih za upravljanje procesima i strojevima

• Temeljem spremljenog programa izvodi operacije upravljanja, obrade podataka, aritmetičke i logičke operacije nad podacima, prijenos podataka do drugog računala

• Mjerenje • Upravljanje• Regulacija procesa• Arhiviranje podataka• Prijenos podataka

OSS UNIST 34

Pozicija PLC-a u sustavu automatske regulacije

Mreža više razine

direktno vezani

I/O

Control Bus(e.g. Ethernet)

Održavanje

I/O

I/O

I/O

I/O

CP

U

Sensor Bus (e.g. ASI)

Field Bus

gateway

Field Stations

direct I/O

I/O

Field DevicesFB

gateway

gateway

I/O

I/O

I/O

I/O

CP

U

CO

M

I/O

I/O

I/O

CO

M

CP

U

CO

M

CO

M

CO

M

I/O

Field Bus

CP

U

CO

M 2

I/O

I/O

I/O

CP

U

CO

M1

CO

M 2

I/OCP

U

Operater

veliki

PLC

mali PLC

vrlo jednostavni PLC

PLCPLC

CO

M1

CO

M1

Nadzor

OSS UNIST 35

Povijest PLC

• Prva specifikacija donesena je 1968 od strane Hydromantic odjela kompanije General Motors.

• 70’te ugrađuju se komunikacijske mogućnosti

• 80’te standardizacija komunikacijskih protokola

• 90’te standardizacija programskih jezika

• 00’te ?

OSS UNIST 36

Prije pojave PLC-a

• Upravljanje pomoću kontaktora i releja

• Dugotrajno povezivanje i žičenje

• Složene i skupe izmjene i dopune sustava upravljanja

• Ograničen vijek trajanja

OSS UNIST 37

PLC ima mogućnosti

• PLC može ostvariti iste funkcije kao i kao i sustav temeljen na relejnoj tehnologiji

• PLC upravlja aktuatorima i kontaktorima

• Isti PLC može se primijeniti za upravljanje različitim sustavima

• Ostvaruje znatno složenije funkcije nego sustav upravljanja ostvaren relejnom tehnologijom.

• Integrirana dijagnostika

OSS UNIST 38

Izvedbe PLC-a

OSS UNIST 39

Izvedba PLC-aMonolithic constructionJedan procesorSabirnica za prihvat podataka iz procesa

Jedinstveno kućište

Nepromjenjiv broj I/O (uglavnom digitalni)

Tipični predstavnici: Mitsubishi MELSEC F, ABB AC31, SIMATIC S7

(1)

Modularna konstrukcija (šina za montažu)Jedan ili više procesoraFieldbus ili LAN mreža

3U ili 6U rek, ponekad DIN šina

Velika raznovrsnost I/O

Tpični predstavnici: SIMATIC S7-300, Hitachi H-Serie, ABB AC110

(2)

Kompaktni

Modularni PLC

(3) Soft-PLCPLC temeljen na PC i Windows NT ili CE operativnom sustavuDirektna primjenaf CPU ili co-procesora

OSS UNIST 40

Modularni PLC

courtesy ABB

courtesy Backmann

OSS UNIST 41

Komunikacijski Centralno procesorska Signalni moduli digitalni moduli (CM) jedinica (CPU) sa ili analogni (SM)

PROFINET priključkom

Višeprocesorski PLC

Specijalna konstrukcija: bez ventilatora, širok temperaturni opseg, otpornost na vibracije

Tri PLC umrežena preko zajedničke sabirnice

CPU

OSS UNIST 42

Industrijski PC

Različita arhitektura i izvedbe

(Modularni, rack, kompaktni, integriran s LCD),

Velike mogućnosti HMI (LCD..)

Ograničena modularnost

Matična ploča (PC104, PC-Cards, PCI, ISA)

Na razini modularnog PLC

Bez lokalnih I/O,

Komunikacija s procesom

preko procesne sabirnice,

courtesy INOVA courtesy MPI

OSS UNIST 43

PLC Ciklus

• Ulaz u PLC su signali:

– Diskretni (naponski, strujni)

– Analogni (naponski, strujni)

– Komunikacijski signali

• Obrada prikupljenih podataka

– Vremenski članovi, brojači, procesiranje podataka

• Izlaz iz PLC

– Diskretni naponski signali

– Beznaponski relejni kontakti

– Analogni naponski signali (strujni, naponski)

– Komunikacijski signali

OSS UNIST 44

Instrumentacijski lanac

analogna

varijabla(npr. 4..20mA)

filtriranje

i

pojačanje

ADC

obrada

DACanalogna

varijablanpr. -10V..10V

t

y

t

y(i)

uzorkovanje

binarna

variabla(npr. 0..24V)

filtriranje uzorkovanje

t

y

tranzistor

ili

relej

binarna

varijabla

pojačalo011011001111

brojač

1

non-volatile

memory

0001111

OSS UNIST 45

Struktura PLC-a

CPUReal-Time

Clock

flash

EPROMROM

buffers

signal

conditioning

power

amplifiersrelays

signal

conditioning

serial port

controller

Ethernet

parallel bus

ethernet

controller

RS 232

analog-

digital

converters

digital-

analog

converters

Digital OutputDigital

Input

fieldbus

controller

vanjski

I/O

sabirnica

field bus direktni I/O

OSS UNIST 46

PLC IO

OSS UNIST 47

Diskretni ulazi (Digitalni ulazi, binarni ulazi)

• Razlikuju dva stanja

• Galvanski su odvojeni od CPU

• Prihvaćaju napone

od 20VDC do 230VAC

OSS UNIST 48

Izvedba sklopa digitalnog ulaza

OSS UNIST 49

NPN izlaz senzora

OSS UNIST 50

PNP izlaz senzora

OSS UNIST 51

Priključenje senzora na napajanje

OSS UNIST 52

Analogni ulazi

• PLC može obrađivati vremenski kontinuirane odnosno analogne signale.

• Analogni signali su primjerice struja proporcionalna brzini, temperaturi, težini ili razini

• Opseg analognog naponskog signala je 0-10 VDC a strujnog4-20 mA

• Analogni ulazni modul pretvara analogni signal u digitalni. Točnost pretvorbe ovisi o broju bita AD pretvarača (8, 12 bit)

OSS UNIST 53

Realizacija sklopa digitalnog izlaza

OSS UNIST 54

Povezivanje u mrežu

• Industrijski ETHERNET

• PROFIBUS

• MODBUS

• ASI BUS

• Strujna petlja

• MPI/PPI

OSS UNIST 55

Povezivanje PLC-a i PC

OSS UNIST 56

UPRAVLJANJE I PROCESI

Diskretni procesi i upravljanje Kontinuirani procesi i upravljanje

OSS UNIST 57

PLC evolucija

A

B

P2

P1

I1

Analogni svijetDiskretni svijet

C

kontinuirani procesi

Anlogni regulatori, analogna računala

diskretni procesi

kombinacijska logika sekvencijalna logika

Relejna logika

pneumatic sequencer

Pneumatski i elektromehaničkiaktuatori

Programabilni logički kontroleri

(Programmable logic controllers,

Speicherprogrammierbare Steuerungen, Automates Programmables)OSS UNIST 58

Kontinuirani procesPrimjer: vuča, peći, autoklave,...

Vremenska konstantna regulatora mora bit bar za red veličine manja od najmanje vremenske konstante procesa

F(s) = yx

Stanje analognog uređaja opisuje se kontinuiranom (analognom) varijablom

variables like temperature, voltage, speed, etc.

Kontinuirani procesi su monotoni i reverzibilni. Negacija događaja koji prouzročio poremećaj

vratit će proces u prethodno stanje

Stoga se takvi procesi mogu regulirati.

Postoji nepromjenjiv odnos između ulaza i izlaza, opisan prijenosnom funkcijom F.

Ova prijenosna funkcija može se zapisati sustavom diferencijalnih jednadžbi.

Ako su jednadžbe linearne mogu se zapisati pomoću Laplaceove i Z transformacije

time

y

(1+Ts)

(1+T1s + T2 s2)

Temeljni cilj sustava upravljanja kontinuiranim procesom jest regulacija.

OSS UNIST 59

Diskretni proces

Npr: Lift, prometna signalizacija,

skladišta, itd.

Proces je opisan varijablama koje su dobro definirane i nepreklapajuće.

Prijelaz iz jednog stanja u drugo je nagli, posljedica je vanjskog poticaja.

Diskretni procesi nisu monotoni i reverzibilni, primjerice negacija događaja koji je prouzročio

tranziciju neće proces vratiti u prethodno stanje

Primjer: lift se ne vraća na prethodni kata kada se otpusti tipkalo.

Diskretni procesi opisuju se mašinom stanja ili Petrijevim mrežama.

Temeljna zadaća sustava upravljanja diskretnim procesom je kontrola prijelaza

između stanja (sekvencijalna kontrola).

e

c + ¬d1

2 3

6 5

4

7

a

bc + d

e

init

OSS UNIST 60

Primjer diskretnog procesa i kombinatorskog upravljanja

OSS UNIST 61

PROGRAMSKI JEZICI SUKALDNI NORMI IEC 61131

• Funkcijski blokovi

• Sekvencijalni dijagram toka

• Relejne sheme

• Liste naredbi

• Strukturirani tekst

OSS UNIST 62

"Real-Time" Jezici

Proširenje proceduralnih jezika s

realnim vremenom

(univerzalni jezici koji se primjenjuju

za upravljanje)

Jezici koji podržavaju cikličko

izvršavanje i aplikacije u realnom

vremenu

("application-oriented jezici")

relejne sheme

jezik funkcijskih blokova

liste naredbi

GRAFCET

SDL

itd...

•

•

•

•

•

Široko primjenjeni u industriji.

sada standardizirani kao IEC 61131

ADA

Real-Time Java

MARS (TU Wien)

Forth

“C” sa real-time svojstvima

itd…

Nisu se nametnuli

•

•

•

•

•

•

OSS UNIST 63

Pet programskih jezika sukladno IEC 61131-3

Strukturirani tekst

(Structured Text ST)

VAR CONSTANT X : REAL := 53.8 ;

Z : REAL; END_VAR

VAR aFB, bFB : FB_type; END_VAR

bFB(A:=1, B:=‘OK’);

Z := X - INT_TO_REAL (bFB.OUT1);

IF Z>57.0 THEN aFB(A:=0, B:=“ERR”);

ELSE aFB(A:=1, B:=“Z is OK”);

END_IF

Relejna shema (Ladder Diagram LD)

OUT

PUMP

http://www.isagraf.com

Funkcijski blokovi (FBD)

PUMP

AUTO

MAN_ON

ACT

DO

V

Lista naredbi (Instruction List IL)

A: LD %IX1 (* PUSH BUTTON *)

ANDN %MX5 (* NOT INHIBITED *)

ST %QX2 (* FAN ON *)

Sekvencijalni dijagram toka (SFC)

START STEP

T1

T2

D1_READY

D2_READY

STEP AACTION D1N

D ACTION D2

STEP B D3_READY

D4_READY

ACTION D3N

D ACTION D4

T3

DI

V

CALC1

CALC

IN1

IN2

OUT >=1

grafički jezici

tekstualni jezici

AUTO

MAN_ON

ACT

CALC1

CALC

IN1

IN2

OSS UNIST 64

OSS UNIST 65

61131 formati podatakaNo. Keyword Data

Type Bits

1 BOOL Boolean 1

2 SINT Short integer 8

3 INT Integer 16

4 DINT Double integer 32

5 LINT Long integer 64

6 USINT Unsigned short integer 8

7 UINT Unsigned integer 16

8 UDINT Unsigned double integer 32

9 ULINT Unsigned long integer 64

10 REAL Real numbers 32

11 LREAL Long reals 64

12 TIME Duration depends

13 DATE Date (only) depends

14 TIME_OF_DAY or TOD Time of day (only) depends

15 DATE_AND_TIME or DT Date and time of day depends

16 STRING Character string

17 BYTE Bit string of length 8 8

18 WORD Bit string of length 16 16

19 DWORD Bit string of length 32 32

20 LWORD Bit string of length 64 64

21 variable length double-byte string

FUNKCIJSKI BLOKOVIFBD (Functional Block Diagram)

Funktionsblocksprache, langage de blocs de fonctions,Function block language, Function Chart, Function Plan - FuPla

PUMP

AUTO

MAN_ON

ACT

DO

V

DI

V

CALC1

CALC

IN1

IN2

OUT >=1

OSS UNIST 66

Jezik funkcijskih blokova

Jezik funkcijskih blokova izražava “kombinatorske"

naredbe na način sličan elektroničkim krugovima

Temelje se na brojnim predefiniranim korisničkim

funkcijama

Ovaj jezika sličan je jezicima Matlab / Simulink koji se

primjenjuju za simulacije

OSS UNIST 67

Primjer funkcijskih blokova

&AB

C

Trigger T &

Running

Reset

S

R

Spin

Jezik funkcijskih blokova je grafički programski jezik, koji se naslanja na digitalne

analogne i električne blok dijagrame.

U većini slučajeva radi se o kombinatorskoj logici, iako pojedini blokovi mogu imati

i memoriju

(npr. flip-flopovi).

Prmjer 1:

Primjer 2:Vanjski ulaz Vanjski izlaz

OSS UNIST 68

Elementi funkcijskih blokova

blok koji se

kontinuirano izvodiset point

measurement motor

parameters

Definicija bloka sadrži:

• Način protoka podataka (broj i vrsta ulaznih/izlaznih siganla)

• Black-Box ponašanje (funkcijska semantika, npr. u tekstualnom obliku

Spojevi kojima se ostvaruje pseudo-kontinuirani protok podataka

Povezuju funkcijske blokove.

Signali

Funkcijski blok

(set point)

(set point)

set point

Primjer

Primjer

PID

OSS UNIST 69

Funkcijski blokovi

OSS UNIST 70

IEC 61131-3 biblioteka (izvadak)

binarni elementi

ADD

analogni elementi

SUB

MUL

DIV

adder

INTPVselector

timer on delay

AND

OR

XOR

S1SR

Q0

S1

R_TRIG

Q0

R

subtractor

multiplier

divider

integrator

greater than

less than

up counter (CTD counter down)

GT

LT

LE less equal

and

or

exclusive-or

flip-flop

positive edge

GT

SEL

IN

TON

QPT ET

CTUCURESETPV

QET

Broj ulaza i izlaza te njih tip ograničeni su.

Vrijeme izvršenja pojedinog bloka ovisi o broju ulaza i o procesoru

Init

OSS UNIST 71

Funkcije koje se primjenjuju za upravljanje diskretnim procesom

logical combinations (AND, OR, NOT, EXOR)

Flip-flop

Selector m-out-of-n

Multiplexer m-to-n

Timer

Counter

Memory

Sequencing

Temeljni blokovi

Display

Manual input, touch-screen

Safety blocks (interlocking)

Logging

Složeni blokovi

Alarm signaling

OSS UNIST 72

Analogni funkcijski blokovi koji se primjenjuju za kontinuirano upravljanje

Temeljni blokovi

Summator / Subtractor

Multiplier / Divider

Integrator / Differentiator

Filter

Minimal value, Maximum value

Radix

Function generator

Regulacijske funkcije

P, PI, PID, PDT2 controller

Fixed set-point

Ratio and multi-component regulation

Parameter variation / setting

2-point regulation

3-point regulation

Output value limitation

Ramp generator

Adaptive regulation

Drive Control

OSS UNIST 73

Način definiranja funkcijskog bloka Vremenski dijagram:

0 T

T

x

y

yx

S

R

x1

0

0

1

1

x2

0

1

0

1

y

previous state

0

1

1

Tablica istine:

Matematička formula:

x1

x2

Tekstualni opis:

yx

++

t

idp xdKdt

dxKxK

0

Računa efektivnu vrijednost uz filtriranje istosmjerne veličine

Jednako

OSS UNIST 74

Izrada funkcijskog bloka pomoću strukturiranog teksta

OSS UNIST 75

OSS UNIST 76

Izrada funkcijskog bloka pomoću Relejnih shema

Vrste programskih blokova kodSIEMENS STEP7

• Organizacijski blokovi (eng. Organization

Blocks, OB)

• Funkcije (eng. Functions, FC)

• Funkcijski blokovi (eng. Function Blocks, FB)

• Podatkovni blokovi (eng. Data Blocks, DB)

Izvođenje programa S7-1200

OSS UNIST 78

Organizacija funkcijskih blokova

OSS UNIST 79

Rješenje FC3

OSS UNIST 80

STRUKTURIRANI TEKSTST (Structured Text)

Strukturierte Textsprache, langage littéral structuré

VAR CONSTANT X : REAL := 53.8 ;

Z : REAL; END_VAR

VAR aFB, bFB : FB_type; END_VAR

bFB(A:=1, B:=‘OK’);

Z := X - INT_TO_REAL (bFB.OUT1);

IF Z>57.0 THEN aFB(A:=0, B:=“ERR”);

ELSE aFB(A:=1, B:=“Z is OK”);

END_IF

OSS UNIST 81

Strukturirani tekst

• Programski jezik sličan jeziku Pascal (If, While, etc..)

• Varijable definirane u ST mogu se koristiti u

drugim jezicima.

• Koristi se za složenu manipulaciju podacima

i pisanje blokova

• Napomena: program pisan u ST može izići van pravila

realnog vremena

OSS UNIST 82

Vrste podataka

Binarni formati: analogni formati:

Izvedeni formati definiraju se od strane korisnika i deklariraju se u STsubrange,

enumerated,

arrays,

structured types

(e.g. AntivalentBoolean2)

varijable mogu imati početne vrijednosti i mogu biti deklarirane kao non-volatile (RETAIN)

BOOL

BYTE

WORD

DWORD

1

8

16

32

REAL (Real32)

LREAL (Real64)

Kako su FB tipizirani formati ulaznih i izlaznih podataka moraju međusobno odgovarati

Elementarni formati definiraju se ili u ST ili u FB

OSS UNIST 83

Matematički i logički operatori u ST

* Multiply

/ Divide

MOD Modulo

+ Add

- Subtract

< , > , <= , >= Comparison

= Equality

<> Inequality

OSS UNIST 84

& Boolean AND

AND Boolean AND

XOR Boolean Exclusive OR

OR Boolean OR

IF .. THEN .. ELSE

IF condition= true

THEN action1

ELSE action2 (condition not true)

IF raining THEN Stay_In ELSE Go_Out

OSS UNIST 85

SEKVENCIJALNI DIJAGRAM TOKASFC (Sequential Flow Chart)

Ablaufdiagramme, diagrammes de flux en séquence - grafcet

START STEP

T1

T2

D1_READY

D2_READY

STEP AACTION D1N

D ACTION D2

STEP B D3_READY

D4_READY

ACTION D3N

D ACTION D4

T3

OSS UNIST 86

SFC (Sequential Flow Chart)

START STEP

ACTION D1N D1_READY

D ACTION D2 D2_READY

SFC opisuje sekvence operacija i interakcije među paralelnim procesima.

Razvijen je na temelju jezika Grafcet i SDL (primjenjuje se kod komunikacijskih

protokola),

matematička podloga je u Petrijevim mrežama

T1

T2

STEP BSTEP A

OSS UNIST 87

SFC: Elementi

Ec = ((varX & varY) | varZ)

Sekvencijalni program sastoji se od stanja povezanih prijelazima

Prisutnost tokena aktivira stanje (odgovarajuća varijabla postaje TRUE).

Token napušta stanje kada je prijelaz na izlazu iz stanja TRUE

U jednom trenutku samo se izvodi jedno stanje

token

Sa

Sb

"1"

Ea

Sc

Eb

prijelazi

stanja

event condition

("1" = uvijek true)

primjer prijelaznog uvjeta

primjer: Sc je istina, S0, Sa, Sb su neistina

S0

OSS UNIST 88

SFC: Početno stanje

Stanje u kojem nastaje token naziva se početno stanje

Sva početna stanja dobijaju točno jedan token, ostala ne dobijaju token

Inicijalizacija se eksplicite izvodi pri pokretanju.

U nekim sustavima, inicijalizacija može biti pokrenuta od korisničkog programa

OSS UNIST 89

SFC: Sklopka i paralelno izvođenje

Eb

Sa

Sb

"1"

Ea

Se

usmjeravanje tokena : token prolazi preko prvog aktivnog

prijelaza (smjer je neodređen ako su Ea i Eb true)

Ec

dioba tokena: ako je prijelaz Ee true, token

se pridružuje svim priključenim stanjima, umnaža se

Ed

sažimanje tokena: kada su prisutni svi tokeni,

i kada je prijelaz Ef true, jedan token je proslijeđen.

Ee

Sc

Sd

Sf Sg

Ef

OSS UNIST 90

SFC: P1, N i P0 aktivnosti

P1 State1_P1: do at enter

N State1_N: do while

P0 State1_P0: do at leaving

State1

P1 (pulse raise) aktivnost se izvrši jednom kada se uđe u stanje

P0 (pulse fall) aktivnost se izvrši jednom kada se napusti stanje

N (non-stored) aktivnost se kontinuirano izvršava dok je token prisutan u stanju

Aktivnosti su definirane programskim blokom napisanim npr. strukturiranim tekstom

OSS UNIST 91

SFC: Grafička pravilaUlazni i izlazni tok stanja uvijek su u vertikalnom pravcu

intentional displacement to

avoid optical preference of a

path.

Prioritet:• Putanja položena najviše lijevo je najvišeg prioriteta

prema desno prioritet opada.

• Petlja: izlaz je višeg prioriteta nego povratna grana

OSS UNIST 92

SFC: Podprogrami

::=

::=

OR: OR:

OR: OR:

T-element

S-element

stanje S-sekvenca paralelne putanje

tranzicija T-sekvenca alternativne putanje

petlja

OR:

Meta-simboli T i S definiraju strukture – ne moraju se pojaviti kao elementi u SFC.

Dijagram toka može sadržavati samo priključne simbole: stanja i prijelaze

OSS UNIST 93

SFC: StrukturiranjeSavki dijagram toka koji ne sadrži generator tokena može se ukoliko je bez

strukture nacrtatati s strukturom

A

B

C

a

b

d

c

Bez strukture

A

B

C

a

b

a

bB'

A'

d

c

d

Sa strukturom

OSS UNIST 94

SFC: Kompleksne strukture

Problemi s općim mrežama:

nekontrolirano generiranje tokena

Solution:

assistance through the flow chart editor.

OSS UNIST 95

FDB ili SFC

Funkcijski blokovi:

Vremenski kontinuirano upravljanje

Sekvencijalni dijagrami toka:

Vremenski diskretno upravljanje

Mnoge PLC aplikacije traže istovremeno i kontinuirano i diskretno upravljanje

PLC može naizmjenice izvršavati funkcijske blokove i dijagrame toka

Komunikacija između tih djelova programa mora biti omogućena

Princip:

Dijagram toka se u cjelini smatra funkcijskim blokoms binarnim ulazima (prijelazi) i binarnim izlazima (stanja).

OSS UNIST 96

SFC ili FDB ?

U ovom primjeru, dijagram toka izgleda pogodniji:

A

B

C

"1"

a

b

c

S

R

≥

&

S

R

&

S

R

&

init

a

b

c

A

B

C

Dijagram toka Funkcijski blokovi

OSS UNIST 97

RELEJNA SHEMALAD (Ladder Diagram)

Kontaktplansprache, langage à contacts,Ljestvičasta shema

OUT

PUMPAUTO

MAN_ON

ACT

CALC1

CALC

IN1

IN2

OSS UNIST 98

Relejne sheme (1)

• Najstariji programski PLC jezik

• temelji se direktno na relejnim rješenjima

sustava upravljanja.

• Primjenjuje se širom svijeta.

OSS UNIST 99

Relejne sheme (2)

01 02

50

0102

03 50

03

relay coil

(bobine)

break contact

(contact repos)

make contact

(contact travail)

odgovarajuća

relejna shema

izvor:

električni krug

50 05

44

rung

“špula" 50 koristi se za

pobudu drugih

kontakata

OSS UNIST 100

Relejne sheme (3)

“Relejne sheme" omogućavaju nesmetan prijelaz s klasične relejne logike na PLC

Naročito su pogodne za kombinatorsko upravljanje

Temeljni simboli relejnih shema:

normalno otvoren

normalno zatvoren

špula releja

OSS UNIST 101

Relejne sheme (4)Logičke funkcije ostvaruju se serijskim i paralelnim spajanjem kontakata

+ 01 02

50

Izlaz 50 je aktivan (struja teče) kada je kontakt 01 aktivan i 02 nije.

01

0250

Serijsko

+ 01

40

02

Izlaz 40 je aktivan (struja teče) kada je 01 aktivan ili 02 nije.

Paralelno

prikaz pomoću ladder dijagrama "CMOS" ekvivalent

01

0240

OSS UNIST 102

Relejne sheme (5)LAD programiranje je lakši način za ostvarivanje kompleksnih binarnih funkcija od

tekstualnog načina zapisa

50

1 2 3 4

5 6

!N 1 & 2 STR 3 & N 4 STR N 5

& 6 / STR & STR = 50

50

0 1 4 5

6 72 3

10 11

12

!0 & 1 STR 2 & 3 / STR STR 4

& 5 STR N 6 & 7

/ STR & STR STR 10

& 11 / STR & 12 = 50

textual expression

OSS UNIST 103

Relejne sheme (6)

LAD programiranje korijene vuče iz relejne tehnologije.

Kako su PLC-i zamijenili releje, sve nove mogućnosti ne mogu se izraziti u

relejnim terminima

LAD suu proširene blokovima koji izražavaju funkcije:

tekstualna verzija:

!00 & 01 FUN 02 = 200200FUN 02

0100

Intuicija kontakata i špula releja polako se gubi

Različite funkcije proširuju mogućnosti regulacije i upravljanja

OSS UNIST 104

LISTE IZRAZASTL (Statement List)

A: LD %IX1 (* PUSH BUTTON *)

ANDN %MX5 (* NOT INHIBITED *)

ST %QX2 (* FAN ON *)

OSS UNIST 105

Struktura programa

START: LD %IX1 (* PUSH BUTTON *)

ANDN %MX5 (* NOT INHIBITED *)

ST %QX2 (* FAN ON *)

Labela Operator Operand Komentar

Strojni jezika za programiranje PLC, sličan asembleru

OSS UNIST 106

Primjer

Lista naredbi je najefikasniji način pisanja

koda, ali samo za specijaliste

Inače, STL nije raširen jer:

• nema strukture koda

• ima slabu semantiku

• ovisi o stroju

OSS UNIST 107

Strojni jezika za programiranje PLC

sadrži 21 naredbu

Sve operacije izvode se nad

registrom rezultata ili akumulatorom

61131 Programski standard

laptop

download

symbols

code

variable

monitoring

and

forcing

for debugging

firmware

network

configuration, editor,

compiler, library

PLC

OSS UNIST 108

Programski alati

PLC programski alati (ABB, Siemens, Telemecanique,...) pruža mogućnosti:

• programiranje PLC bar na jednom od IEC 61131 jezika

• definiranje varijabli (ime i tip)

• pridruživanje varijabli ulazima i izlazima (binarne, analogne)

• simulacija

• spuštanje programa u PLC

• čitanje programa pohranjenog u PLC

• monitorski način rada

• dokumentacija i ispis

OSS UNIST 109

TIA portal

OSS UNIST 110

TIA portal

OSS UNIST 111

OSS UNIST 112

STEP7

WINCC

OSS UNIST 113

HMI WINCC SCADA Runtime

OSS UNIST 114

HMI WINCC SCADA Runtime

OSS UNIST 115

OSS UNIST 116

Pitanja i odgovoriHvala na pažnji