hodossy laszlo programozott vezerlesek

Hodossy Lszl

PROGRAMOZOTT VEZRLSEK I.

Forrs: http://www.doksi.hu

Kszlt a HEFOP 3.3.1-P.-2004-09-0102/1.0 plyzat tmogatsval.

Szerz: dr. Hodossy Lszl fiskolai docens

Lektor: dr. Keresztes Pter egyetemi docens

Hodossy Lszl, 2006


Programozott vezrlsek I. A dokumentum hasznlata

A dokumentum hasznlata | Tartalomjegyzk | Trgymutat Vissza 3


A dokumentum hasznlata

Mozgs a dokumentumban A dokumentumban val mozgshoz a Windows s az Adobe Reader meg-szokott elemeit s mdszereit hasznlhatjuk.

Minden lap tetejn s aljn egy navigcis sor tallhat, itt a megfelel hivatkozsra kattintva ugorhatunk a hasznlati tmutatra, a tartalomjegy-zkre, valamint a trgymutatra. A s a nyilakkal az elz s a kvet-kez oldalra lphetnk t, mg a Vissza mez az utoljra megnzett oldalra visz vissza bennnket.

Pozcionls a knyvjelzablak segtsgvel A bal oldali knyvjelz ablakban tartalomjegyzkfa tallhat, amelynek bejegyzseire kattintva az adott fejezet/alfejezet els oldalra jutunk. Az aktulis pozcinkat a tartalomjegyzkfban kiemelt bejegyzs mutatja.

A tartalomjegyzk s a trgymutat hasznlata

Ugrs megadott helyre a tartalomjegyzk segtsgvel Kattintsunk a tartalomjegyzk megfelel pontjra, ezzel az adott fejezet els oldalra jutunk.

A trgymutat hasznlata, keress a szvegben Keressk meg a trgyszavak kztt a bejegyzst, majd kattintsunk a hozz tartoz oldalszmok kzl a megfelelre. A tovbbi elfordulsok megte-kintshez hasznljuk a Vissza mezt.

A dokumentumban val keresshez hasznljuk megszokott mdon a Szerkeszts men Keress parancst. Az Adobe Reader az adott pozci-tl kezdve keres a szvegben.


Programozott vezrlsek I. Tartalomjegyzk



Tartalomjegyzk

1. Elsz ............................................................................................. 5

2. Az irnytstechnika alapfogalmai s csoportostsa .................... 7 2.1. Az irnytsok hierarchikus rendszere ...................................................... 9 2.2. Az irnytrendszerek fejldse ............................................................... 12

3. Programozhat vezrlk............................................................... 19 3.1. Egy kis PLC-trtnelem............................................................................ 19 3.2. A PLC funkcionlis egysgei .................................................................... 21 3.3. A PLC-k szerkezeti felptse .................................................................. 25 3.4. A bitszervezs PLC mkdse .............................................................. 27 3.5. Mikroprocesszor alap PLC-k hardverfelptse ............................... 33

4. A PLC-k programozsa ................................................................ 47 4.1. A PLC-ben fut programok s feladataik .............................................. 47 4.2. Alapszoftver................................................................................................ 47 4.3. Felhasznli programok............................................................................ 49 4.4. PLC programnyelvek................................................................................. 51 4.5. A felhasznli programok vgrehajtsnak mdjai............................... 62

5. Programozhat vezrlk hlzatba kapcsolsa ........................... 71 5.1. A hlzattechnika alapjai .......................................................................... 73 5.2. Az adattvitel elve ...................................................................................... 73 5.3. Hlzati topolgik ................................................................................... 74 5.4. tviteli kzeg.............................................................................................. 77 5.5. Buszhozzfrsi eljrsok ......................................................................... 79 5.6. Telegram felptse .................................................................................... 83 5.7. Adatvdelmi mdszerek............................................................................ 86 5.8. tviteli mdok............................................................................................ 89 5.9. Buszprotokoll ............................................................................................. 90 5.10. Hlzati elemek........................................................................................ 93 5.11. Irnytstechnikai hlzatok................................................................... 94

6. PLC programozsi pldk............................................................ 96

Irodalomjegyzk ...................................................................................................119 Trgymutat ........................................................................................................120


Programozott vezrlsek I. Elsz



1. Elsz

A programozhat vezrlk vilgba vezet olvasmnyt tart kezben a kedves olvas. A programozhat vezrlk megjelensktl napjainkig jelents fejldsen mentek keresztl, s ma szerte a vilgon a legklnb-zbb gazatokban egyre szlesebb kr alkalmazsra tallnak. A szabadon programozhat vezrlk nagyszm elterjedst az okozza, hogy a legsz-lesebb alkalmazsi terletek tallkoztak ezzel az j technolgival. gy a villanyszerelktl a magasan kvalifiklt szmtstechnikai szakemberekig csbt a felhasznls lehetsge.

A kzs problma gyakran az eltr szakmai felkszltsgekben rejlik. A mszersz vagy villanyszerel ltalban ismeri a Programozhat Logikai Vezrl (PLV vagy PLC) be- s kimeneti egysgeire kapcsolt berendezse-ket, de nem ismeri rszleteiben a PLC bels felptst s mkdst, mg a szmtstechnikai szakember a hardverek s szoftverek vilgban jratos. A kt ismeretkr thidalst clozza meg ez a jegyzet, azaz alapvet isme-reteket kvn nyjtani azon fiskolai s egyetemi hallgatk szmra, akik nmi elismeretek birtokban szndkoznak megismerni ezen kszlkt-pus bels felptst, alapvet mkdst, programozsi lehetsgeit s utalst tallnak a hlzatba kapcsolsuk mdjra is.

A jegyzet els rsze az irnytrendszerek fejldsvel, csoportosts-val foglalkozik. A kvetkezkben a programozott vezrlk kialakulsrl s fejldsrl illetve az alapvet felptsrl olvashat ismertets. Ezt kveten a Programozhat Logikai Vezrlk (PLC-k) mkdsnek majd programozsi lehetsgeinek ismertetse kvetkezik, amelyet a hlzati kialakts lehetsgeinek s jellemzinek rvid bemutatsa kvet. A jegy-zet utols rszben Siemens S7 sorozat PLC-kre kszlt nhny progra-mozsi plda segti a korbbi fejezetek elmleti ismereteinek gyakorlatban trtn alkalmazst.

A jegyzet 3. (Programozhat vezrlk) s 4. (A PLC-k programozsa) fejezete Dr. Ajtonyi Istvn, Dr. Gyuricza Istvn: Programozhat irny-tberendezsek, hlzatok s rendszerek cm knyve [2] alapjn kszlt. Ebbl a knyvbl kerltek tvtelre a jegyzet albbi szm bri: 3.1.-3.15., 3.17.-3.23., 4.1.-4.11., 4.14.-4.17., 4.19.

A jegyzet egyik vagy msik fejezete az olvas szmra bizonyra is-mert. Azonban a teljes ttekints cljbl az elmlet ppen olyan fontos, mint a programozsi eljrs ismertetse. A jegyzet tanulmnyozsa elekt-


Programozott vezrlsek I. Elsz



ronikai, digitlistechnikai, mikroprocesszoros s irnytstechnikai ismere-teket ttelez fel. Termszetesen bizonyos tmakrk rszletesebb tanul-mnyozshoz a gyrt cgek kiadvnyainak, katalgusainak ismerete is szksges.

Remlem, hogy minden olvas tall a jegyzetben szmra rdekes s j ismeretet.

A szerz ezton mond ksznetet Dr. Keresztes Pter egyetemi do-cens lektornak (Szchenyi Istvn Egyetem, Automatizlsi Tanszk) az anyag sszelltsa s egysgestse rdekben kzlt s rszletekbe men nagy szm, igen rtkes s hasznos szakmai tancsairt, szrevteleirt.

Kvnom minden kedves olvasmnak, hogy elrje cljt munkm kz-bevtelvel. szrevteleivel, javaslataival, ha vannak, krem, keressen meg. J munkt, j tanulst!

2006. szeptember

a szerz [email protected]


Programozott vezrlsek I. Az irnytstechnika alapfogalmai s csoportostsa



2. Az irnytstechnika alapfogalmai s csoportostsa

Az irnytstechnika, s ezen bell a szablyozstechnika, a vezrlstechni-ka s a felgyelet fogalmt szabvnyok rgztik (Magyarorszgon az MSZ 18 450 szabvny).

Az nmkd irnyts esetn valamennyi irnytsi mvelet s annak minden rszmvelete (a folyamat elindtsa, fenntartsa, megvltoztatsa vagy meglltsa) kezeli beavatkozs nlkl megy vgbe. Az irnyts rszmveletei: rzkels, tletalkots, rendelkezs, beavatkozs. Az irny-ts trgyt kpez technolgiai folyamat, berendezs, gp, stb. jelenti az irnytott rendszert. Az irnytrendszer pedig mindazon szervek s ksz-lkek egyttese, amelyek egyttmkdse rvn az irnytott rendszer ir-nytsa megvalsul. Egy adott technolgia irnytsa annak jellegtl fg-gen ktfle mdon lehetsges: vezrlssel illetve szablyozssal. A ktfle irnytsi md a hatslnc felptsben klnbzik. Az irnytsi folyamat ltalnos blokkvzlata lthat az albbi brn:

2.1. bra. Az irnytsi folyamat ltalnos blokkvzlata

A paramtermegads a rendszer megkvnt mkdshez szksges ada-tok (alapjelek, technolgiai jellemzk) megadst jelentik. A mkdtets a berendezs mkdtetse cljbl szksges be- s kikapcsols, vszlellts stb. jeleit jelenti. A mkdtet jel ltalban emberi beavatkozs eredm-nye, de szrmazhat az irnyt vagy az irnytott berendezstl is. A kijel-





zs a mkds fzisainak s egyb jellemzinek visszajelzse a kezel, ill. felgyel szemlyzet rszre. ltalban a kijelzsek jelents segtsget nyjtanak az esetleges hibk helyeinek felismersben is. Az ellenrz jeleket a technolgiai folyamatban elhelyezett rzkelk szolgltatjk. Az itt hasznlt rzkelk vagy ktllapot jeleket szolgltatnak, vagy analg rtkeket, melyeket sokszor a digitlis feldolgozhatsg rdekben digitali-zlunk. Az irnytjelek (beavatkozjelek) kiadsa a beavatkozszerveken keresztl trtnik. Ezek ltalban jelfogk, mgneskapcsolk, mgnessze-lepek stb. A jelfeldolgoz egysg, amely a vizsglatunk szempontjbl a legfontosabb, alapveten ktflekppen mkdhet: sorrendi (szekvenci-lis) s kombincis hlzatknt.

Felptst tekintve a feldolgozegysg huzalozott program vagy t-rolt program lehet. A huzalozott program vezrlseknl az egyes elemek (jelfogk vagy flvezet logikai elemek) sszekapcsolsa huzalozssal oly mdon trtnik, hogy ez hatrozza meg az egysg mkdst, a bemene-tek s a kimenetek kztti logikai kapcsolatot. Ezek az sszekttetsek legtbbszr nem, vagy csak igen nehezen mdosthatk, vagyis a huzalo-zott logikai kapcsolat megvltoztatsa komoly nehzsget jelent. Vannak olyan berendezsek, ahol a huzalozott logikai kapcsolat vltoztatst duga-szolssal teszik lehetv. A trolt program vezrlberendezseknl a be- s kimen jelek kztti kapcsolatot (ezek logikai fggvnyeit) egy trolt program (felhasznli program) hatrozza meg. A trol ramkr lehet pl. csak olvashat memria (ROM). Ekkor, ha az ramkr nem cserlhet, akkor rgztett, ha cserlhet, akkor cservel vltoztathat a berendezs programja. Ms trolramkrk alkalmazsa esetn (pl. RAM, EEPROM) a trolt program jrarhat. Esetenknt a trban egymstl fggetlenl tbb programot is elhelyeznek, amelyek kzl a kvntat kls jelre vagy idtl fggen aktivizljk.

A vezrlsek felptshez hasznlt elemeket s a vezrlsek struktr-jt tekintve az albbi felosztst tehetjk:

jelfogs (rels) vezrlsek flvezet logikai elemekre pl vezrlsek szmtgpes vezrlsek programozhat logikai vezrlk. A szablyozs hatslnca zrt, azaz a szablyozott jellemz kvnt rtke az irnytott szakasztl visszacsatolssal valsul meg. Erre utal a szablyo-zs angol megnevezse is: closed loop control azaz zrt hurk irnyts. A





zrt hurk irnyts kedvez tulajdonsga, hogy klnbz zavar hatsok kikszblsre is alkalmas. Htrnya ugyanakkor a visszacsatolsbl szrmazik, hiszen bizonyos felttelek esetn a rendszer instabill vlhat.

A vezrls nylt hatslnccal rendelkezik (angol megnevezse: open loop control, azaz nylt hurk irnyts), ugyanis nincs visszacsatols a vezrelt szakaszrl, teht a rendelkezjel a vezrelt jellemztl fggetlenl jn ltre. A nylt hatslnc vezrls csak a rendszer tervezsekor szm-tsba vett zavarjeleket kpes kikszblni, strukturlisan mindig stabil mkds.

Rgebben a szablyoz- illetve vezrlkszlkek mind felptskben, mind kivitelkben is elklnltek egymstl. Napjainkra a funkcionlis integrlds a jellemz s a merben eltr alkalmazsok esetn is gyakor-latilag ugyanazon a hardver bzison kerlnek megvalstsra, csak a m-kdtet szoftverekben van klnbsg.

A technolgiai folyamatok jellegkbl addan hrom csoportba so-rolhatk: folyamatos, diszkrt s vegyes technolgia.

Folyamatos technolgia esetn a folyamat nem oszthat idben ismt-ld rszfolyamatokra. Az ilyen technolgik irnytsnl a szablyozsi feladatok a meghatrozak. Leginkbb a vegyipar, a gygyszeripar, az lelmiszeripar stb. terletn lehet ilyen folyamatokkal tallkozni.

A diszkrt technolgiai folyamatok idben ismtld rszfolyamatok-bl llnak, s irnytsukban a vezrlsi mveletek a meghatrozak (pl. gpipar).

Az sszetett, komplex folyamatokban ltalban a vegyes jelleg domi-nl. Amennyiben az irnytsukban a szablyozsi s vezrlsi funkcik idben is tagozdnak, akkor szakaszos (batch) technolgirl beszlnk.

2.1. Az irnytsok hierarchikus rendszere Az egyes ipargak irnytstechnikai ignyei, a szablyozsi, vezrlsi s felgyeleti funkcik arnya, az alkalmazott technolgia veszlyessgi szint-je, a kszlkek funkcionlis s trbeli elhelyezkedse alapjn eltrhetnek egymstl, de ugyanazon ipargon bell ltalban nagy hasonlsgot mu-tatnak.

Egy vllalaton belli irnytrendszereket a kommunikcis kapcsola-tok egyms mell- s flrendelsekkel egy piramisszeren brzolhat hierarchikus rendszerr fogjk ssze. A folyamatkzeli szinteket technol-giai irnytsnak, mg az zem- s vllalatirnytsi szinteket termelsirny-tsnak szoks nevezni.





2.2. bra. Hierarchikus irnyts piramisa

Egy helyesen felptett, strukturlt rendszer egyes alrendszerei klnbz feladatokat lthatnak el. Hatskrk kiterjedhet akr az egsz folyamat minden mkdsre is, de lehet, hogy tartalkknt llnak s egy esetlege-sen meghibsodott egysg szerept veszik t egy idre.

Az irnytand folyamat az analzis sorn a trbeli egybetartozs sze-rint is rszekre oszthat. A trbelileg (pl. egy helyisgben vagy zemrsz-ben illetve egy technolgiai alrendszerben) sszetartozan elhelyezked elemek egyttest egy folyamategysgnek lehet tekinteni. Az irnytrend-szer rszei ezek utn a hatskrk kiterjedse s viselt funkcijuk alapjn osztlyozhat.

2.3. bra. Funkcionlisan osztott irnytsi rendszer





Ha az irnytsi hierarchia als szintjn ll kszlkek hatskre a folya-mat egszre kiterjed, de a hrom f funkci szablyozs, vezrls, fel-gyelet kzl csak egyiket ltjk el, akkor az irnytsi rendszer funkcio-nlisan osztott, ahogy az albbi bra ezt mutatja.

Ha az irnytsi hierarchia als szintjn ll kszlkek hatskre csak egy folyamategysgre terjed ki, de arra nzve minden feladatot ellt, akkor az irnytsi rendszer trbelileg osztott.

2.4. bra. Trbelileg osztott irnytsi rendszer

Egy nagy folyamat komplex irnytsi rendszerben a trbeli s funkcion-lis eloszts ltalban sszetetten jelentkezik, hiszen az egymsra kvetkez hierarchikus szintek is klnbz mdon kapcsoldhatnak egymshoz.

2.5. bra. sszetett irnytsi struktra





2.2. Az irnytrendszerek fejldse Az irnytstechnikai feladatok megoldsa sorn klnbz genercis rendszerek alakultak ki a technika fejldse sorn, melyek mindegyike valamilyen jellemz tulajdonsggal rendelkezik. Az irnytrendszerek egy lehetsges csoportostst az albbi tblzat mutatja:

Fix huzalozs rendszerek

TpusProgramozhat rendszerek

Tpus

Jelfogs logika D Digitlis szmtgp D/A Digitlis elektronikus logika D Mikrovezrl D/A (Elektro)pneumatikus logika D PLC D/A (Elektro)hidraulikus logika D PLC-SCADA D/A Analg elektronika A DCS D/A

2.1. tblzat. Irnytrendszerek csoportostsa

A tblzatban szerepl rvidtsek jelentse:

PLC: Programmable Logic Controller, Programozhat logikai vezrl SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition, Felgyeleti irnyts

s adatgyjts PLC-SCADA: olyan rendszer, ahol a folyamatjeleket PLC-k vagy egyb

intelligens egysgek kezelik s illesztik, az ember gp kapcsolatot vi-szont PC vagy munkalloms biztostja s ezeket az eszkzket vala-milyen ipari loklis hlzat kti ssze, vagy rviden PLC-s kzponti adatgyjts s folyamatvizualizls

DCS: Distributed Control System, osztott intelligencij folyamatirnyt rendszer

D: digitlis A: analg

2.2.1. Jelfogs vezrlsek A ktllapot jeleket feldolgoz vezrlstechnikban korbban szinte kiz-rlagosan a jelfogs kapcsolsokat hasznltk. A jelfogk a jelek fogads-ra, elosztsra, trolsra, feldolgozsra, jelek kiadsra, galvanikus szt-vlasztsra kpesek. Mindezek mellett a jelfogs vezrlsek alkalmazsa szmos htrnnyal is jr. Egyrszt minden vltoztats nehzkesen vgez-het el rajtuk, msrszt nehezen integrlhatak elektronikus rendszerekbe.





A jelfogs vezrlseket ramutas rajzokkal, pl. n. ltradiagrammal lehet brzolni, amely szimblumai segtsgvel a mkds szemlletesen k-vethet. Ezen szemletessg az egyik oka annak, hogy ezt az brzolsi mdot a programozhat logikai vezrlknl is hasznljk.

2.2.2. Flvezet elemekre pl vezrlsek A nagyobb megbzhatsgra s kedvezbb megvalsthatsgra val t-rekvs vezetett az rintkezmentes elemek alkalmazshoz. Ezek a flve-zet alap dida, a tranzisztor s az integrlt ramkr. Az ilyen vezrlsek elnye a viszonylag nagyfok integrltsg s ebbl kvetkezen a kis telje-stmny- s helyigny.

2.2.3. Szmtgpes alap vezrlsek A szemlyi szmtgpek megjelensekor kerlt eltrbe a szmtgpek folyamatirnytsra trtn felhasznlsnak gondolata. Mivel a szmt-gpek rendelkeznek ktllapot jelek fogadsra, ill. kiadsra alkalmas egysgekkel, digitlis vezrlsek s/vagy szablyozsok megvalstsra idelisak. Ugyanakkor a jel fogad- s kiadegysgek szintjei nem illesz-kednek az ipari szintekhez, s az ipari hatsokkal szemben sem ellenllak. A kezdeti idszakban a szmtgpek ra is igen magas volt, gy nem lehet csodlkozni azon, hogy megjelentek a specilisan folyamatirnytsra kifej-lesztett mikroszmtgpek, a PLC-k, s nagyrszt ki is szortottk a sz-mtgpeket. Manapsg az egszen bonyolult, nagy adathalmazzal operl, nagy sebessgigny folyamatvezrlseknl hasznlnak specilis folyamat-irnyt szmtgpeket.

Az egyes rendszertpusok nhny lnyeges szempont szerinti sszeve-tse lthat a 2.2. tblzatban.

Az sszehasonltsbl kitnik, hogy egyedl a mkdsi sebessg s a zavarrzkenysg tekintetben nem a legkedvezbb a PLC-s rendszer az ipari cl irnytrendszerek kztt. Az sszetett mveletek vgzse tekin-tetben a hagyomnyos szmtgp taln elnysebbnek tnik egy megfe-lel egysgekkel ugyan jl felszerelt PLC-nl, ez azonban csak az adott funkci ltrehozsnl rvnyes, az alkalmazsnl mr nem. A PLC-k ugyanis sokkal hatkonyabban mkdnek, hiszen a megfelel adatokat tadva egy megfelel modulnak, az elvgzi a kvnt vezrlsi s/vagy sza-blyozsi feladatot fggetlenl a fprocesszor mkdstl (tbbprocesz-szoros rendszer). Ezt a htrnyt ezenkvl a PLC-be dugaszolhat PC krtya is kikszbli (PC a PLC-ben) vagy a PLC olyan kialaktsa, amely kzvetlenl egy ipari kivitel PC-be dugaszolhat (PLC a PC-ben).





Jellemz Jelfogs rendszer

Fix huzalozs elektronikus rendszer

Szmtgp PLC

r/funkci Kzepes Alacsony Magas Alacsony Mret Nagy Kicsi Kzepes Kicsi Mkdsi se-bessg

Lass Nagyon gyors

Kzepesen gyors

Gyors

Zavarrz-kenysg

Kivl J Kzepes J

zembe he-lyezs

Idig-nyes ter-vezs s szerels

Idignyes tervezs

Programo-zs idig-nyes

Egyszer progra-mozs s szerels

sszetett m-veletek vgz-se

Nem lehetsges

Lehetsges Lehetsges Lehetsges

Vltoztats a mkdsben

Nagyon nehz

Nehz Viszonylag egyszer

Nagyon egyszer

Karbantarts, javts

Nehz a sok rint-kez mi-att

Nehz, ha az IC-k be van-nak forraszt-va

Nehz a sokfle kr-tyatpus miatt

Egyszer a tipizlt krtyk miatt

2.2. tblzat. Klnbz rendszertpusok sszehasonltsa nhny szempont alapjn

Az irnytsi rendszerek ms szempontok alapjn is osztlyozhatk. A mszaki fejlds s fejleszts rvn klnbz genercik alakultak ki. A rendszerek genercikba sorolsnak fbb szempontjai a kvetkezk le-hetnek:

a rendszer trbeli tagoltsga, a kommunikci egysgessge s formja, a kszlktechnolgiai tagoltsg vagy integrltsg mrtke, a rszrendszerek egyttmkdsnek lehetsge, a kezelhely fejlettsge.





Ezen felttelek alapjn az irnytsi rendszerek t genercijt lehet meg-klnbztetni Telkes Zoltn meghatrozsa szerint [1]. Az egyes rend-szergenercik megjelense idben termszetesen egyms utn kvetke-zett s a bonyolultsguk is nvekedett. Ebbl azonban nem kvetkezik, hogy a kvetkez generci teljesen kiszortotta az elzt, hiszen az egy-szerbb feladatokra az alacsonyabb genercij rendszer is alkalmas

2.2.4. Els genercis irnytsi rendszerek Az els genercis irnytsi rendszerek az irnytstechnikai elemek s kszlkek megjelensekor alakultak ki. Els genercis rendszertechnik-jak az iparban a helyi szint-, nyoms- s hmrsklet-szablyozsok, de ilyen pl. a kzponti fts helyisgek egyedi hmrsklet-szablyozsa is.

Az els genercis irnytsi rendszer legfontosabb tulajdonsgai:

trbelileg nem tagolt, kzpontilag nem ttekinthet, autonm, helyi, egyedi, kizrlag folyamatkzeli, gyakran egybeptett irnytsokbl tevdik ssze;

nincs benne egysges kszlk s jel; az elemek s kszlkek nagyrszt segdenergia nlkl vagy pneumati-

kus, esetleg villamos segdenergival mkdnek.

2.2.5. Msodik genercis irnytsi rendszerek A msodik genercis irnytsi rendszerek jellemzi:

trbelileg tagolt, kzpontilag megfigyelhet, autonm, egymssal kap-csolatban nem lv irnytsokbl tevdnek ssze;

egysges kszlkek s egysges jelek, a szablyozsi krben analg (pl. 0...20mA), vezrls esetn fknt ktllapot, pneumatikus vagy villa-mos jelek vannak;

a rendszerelemek nagyrszt villamos vagy pneumatikus segdenergi-val mkdnek;

az egysges jelek s mretek miatt a rendszerelemek csereszabatosak; modulris elven plnek fel, gy a klnbz gyrtmnyok illeszked-

nek a rendszerbe; megjelenik a kzponti informcikezels s a mrt rtkek regisztrl-

snak ignye.





2.2.6. Harmadik genercis irnytsi rendszerek A harmadik genercis irnytsi rendszerek jellemzi: Trbelileg tagolt, kzpontilag megfigyelhet, autonm, egymssal kap-

csolatban nem lv, de kzponti irnytberendezs (digitlis szmt-gp) segtsgvel, specilis kommunikcival koordinlhat szablyo-zsi krkbl, illetve vezrlkbl plnek ssze.

Egysges kszlkek (modulok) s fknt egysges analg pneumati-kus vagy villamos jelek vannak (pl.: 4..20mA).

A kszlkek fknt villamos (esetleg pneumatikus) segdenergival mkdnek s egy rszk alkalmas a kzponti irnytberendezssel va-l kommunikcira.

Az egysges jelek s rendszerint az egysges modulok kvetkeztben az elemek csereszabatosak.

ptkockaelven plnek fel, a klnbz gyrtmnyok illeszthetk a rendszerbe.

Megjelenik a kzponti adatgyjts, az embergp kapcsolatot megva-lst kezelpult, illetve smatbla.

Biztonsgi clt szolgl a kzi/automata tkapcsolval vlthat httr-eszkzk (szablyoz, vezrl) meglte.

Ide sorolhat minden olyan irnyts, amelynek egyedi szablyozsi s vezrlsi krei vannak, de ezek kzpontilag koordinlhatk a klnbz tpus s felpts szmtgppel.

A digitlis (intelligens) kompakt szablyozk s az egyedi PLC-k is le-hetnek e rendszer vagy generci rszei. 2.2.7. Negyedik genercis irnytsi rendszerek Az elz rendszertechnikai kialaktsban egyetlen centralizlt szmtgp biztostja az irnytsi, adatfeldolgozsi s megjelentsi feladatokat, ami a kvetkez htrnyokkal jr: A szmtgp meghibsodsa a teljes technolgia esetn a tartalkir-

nytsra val ttrst ignyel. A tartalkirnyts egyedi eszkzi megva-lstsa kltsgignyes, s az esetek tbbsgben nem is biztostja az elvrt mutatkat.

A szmtgpnek sokfle (irnytsi, adatfeldolgozsi, megjelentsi) feladatot kell elltnia, gy a programrendszer tlsgosan szertegaz, nehezen tipizlhat. ltalban egy szmtgp hardverteljestmnye csak kompromisszumok rn elegend a sokfle feladat elltshoz.





A technolgibl szrmaz s a technolgia fel juttatand jelek ese-tenknt nagy tvolsgra kell tovbbtani, gy a kbelezsi kltsg igen tekintlyes.

Alapveten a felsorolt okok miatt alaktottk ki a decentralizlt folyamat-irnyt rendszereket, ahol a felmerl feladatokat egymssal kommunik-cis kapcsolatban lv szmtgpek oldjk meg, amelyek valamilyen logi-kai hierarchiban vannak szervezve. Egy-egy szmtgp feladata viszony-lag jl krlhatrolhat.

A negyedik genercis irnytsi rendszerek jellemzi:

Trbelileg tagolt, a kzponti irnytteremben elhelyezked rsze egy-sges, integrlt irnytberendezs.

Digitlis mkds s a bels kommunikci is digitlis, a folyamatk-zeli kszlkek analg mkdsek.

Egyedi digitlis kszlkek s digitlis bels busz (ami a kzponti fel-dolgozegysg(ek) prhuzamos snrendszert jelenti, pl. VME, MULTIBUS), a kzponti irnytberendezs s a folyamatkzeli ele-mek (folyamatperifrik) kztt analg (pneumatikus vagy villamos) egysges jelek vannak.

A kzponti kszlkek digitlis elvek, a folyamatperifrik villamos (esetleg pneumatikus) segdenergival mkdnek s egy rszk alkal-mas a kzponti irnytberendezssel val kommunikcira.

A kzponti rsz egyedi rendszer, ms rendszerrel ltalban nem kom-binlhat, a folyamatkzeli elemek csereszabatosak.

A rendszer ezen rsze ptkockaelven pl fel, az egysges analg jelek s rendszerint az egysges mret kszlkek kvetkeztben a klnbz gyrtmnyok illeszkednek a rendszerbe.

Kln sajtossg a nagy megbzhatsg, a vals idej adatfeldolgozs (az osztott erforrs s adatbzis-kezels, valamint a redundns hard-verek s szoftverek miatt).

2.2.8. tdik genercis irnytsi rendszerek Az tdik genercis rendszerek kialakulst az intelligens (SMART) tv-adk, valamint az intelligens beavatkozk s a terepi buszok megjelense vltotta ki. Ezek az eszkzk egy a nagy hlzatoktl (pl. ETHERNET) eltr kommunikci csatornn a feladat jelleghez igazod protokoll szerint kezelhetk. A kommunikcis vonalra (szoksos szhasznlat sze-rint fieldbuszra) korltozott szm intelligens eszkz fzhet fel. Ez a





technika tovbbi kbelezsi kltsgcskkentst jelent, mg a technolgia kzelbe teleptet (pl. kihelyezett I/O) eszkzkhz kpest is.

Az intelligens eszkzk mellett ltalnoss vlt, hogy a folyamatirny-t rendszerek szerves rszt kpezik a PLC-berendezsek mg a DCS-rendszerek tbbsgben is. Ezek ugyancsak egy kommunikcis vonalon kapcsoldnak az irnytrendszer folyamatllomsaihoz. A PLC-k kom-munikcis vonalai s protokolljai (pl. MODBUS, MODBUS PLUS, SINEC-L, SINEC-H, PROFIBUS) klnbznek a szmtgpek kztt szoksos kommunikcis protokolltl, de klnbznek az intelligens esz-kzk protokolljaitl is.

Az tdik genercis irnytrendszer tulajdonsgai:

Trbelileg tagolt, a kzponti irnytteremben elhelyezked rsze egy-sges, de funkcija talakult s mrete cskkent. Az integrlt kzponti irnytberendezs digitlis mkds, a bels s a terepi kommunik-ci is digitlis.

Egyedi digitlis kszlkek s digitlis bels busz (sn), a kzponti ir-nytberendezs s a folyamatkzeli elemek (folyamatperifrik) k-ztt digitlis egysges terepbuszjelek vannak.

A kszlkek csak villamos segdenergival mkdnek, digitlis elv-ek, jeleik digitlisak s a jelilleszkedsen tl alkalmasak a kzponti ir-nytberendezssel val ktirny kommunikcira.

A kzponti rsz egyre kevsb egyedi, inkbb csereszabatos ipari sz-mtgp.

A folyamatkzeli elemek csereszabatosak, a rendszernek ez a rsze modulris felpts.

Az esetenknt egysges digitlis jelek miatt a klnbz gyrtmnyok egy rsze illeszkedik a rendszerbe.

Kommunikcis lehetsget biztost az internetre, gy bizonyos funk-cii teljes mrtkben nyitott vlnak a vilg brmely pontjrl.

Az rzkel- s beavatkozszervek egyre intelligensebbek ezrt adat-feldolgozsi mveletek vgrehajtsra s hlzati kommunikcira al-kalmasak.

Az intelligens tvadk s beavatkozk, valamint a terepi buszok rvn az adatfeldolgozs osztott jellege kiteljesedik, hiszen pl. a szablyozsi funkci az intelligens beavatkozn realizldik, teht a korbbi terepi, ill. kzponti funkci megsznik.


Programozott vezrlsek I. Programozhat vezrlk



3. Programozhat vezrlk

A programozhat vezrlk az 1970-es vektl kezdden terjedtek el s ma csaknem kizrlagos alkalmazst nyertek az ipari folyamatok vezrl-sben. A programozhat vezrlberendezsek, a vezrlsi (esetleg szab-lyozsi) funkcikat szoftver tjn valstjk meg s beviteli, kiviteli egys-geik rvn a technolgiai folyamatok trolt program vezrlsre kzvet-lenl alkalmasak.

A programozhat vezrlk szoksos elnevezsei:

PC: Programmable Controller (programozhat vezrl, UK) PLC: Programable Logic Controller (programozhat logikai vezrl, USA) PBS: Progammable Binary System (programozhat binris rendszer, svd) SPS: Speicherprogrammierbare Steuerung (trolt program vezrls,

nmet) PV: Programozhat Vezrl (magyar) PLV: Programozhat Logikai Vezrl (magyar).

Mivel szakmai krkben leginkbb a PLC elnevezs terjedt el, ezrt a to-vbbiakban ez a jegyzet is ezt a rvidtst hasznlja.

3.1. Egy kis PLC-trtnelem 1968-ban az amerikai General Motors cg plyzatot hirdetett a rgi, meg-lv vezrlinek kivltsra abbl a clbl, hogy olyan programozhat vezrlberendezst fejlesszenek ki, amely tvzi a rels, a flvezets s a szmtgpes vezrls elnyeit.

A plyzati kirsban az albbi szempontok szerepeltek:

egyszer, modulris felpts, kis mret; mozg alkatrszt ne tartalmazzon; galvanikusan levlasztott bemeneti/kimeneti fokozatok (24 Vdc-tl

240 Vac) knny programozhatsg s jraprogramozs; vals idej mkds max. 0,1 s vlaszidvel; nagy megbzhatsg, minimlis karbantarts; versenykpes r.





A plyzatra a Modicon, ill. az Allen-Bradley cgek plyztak, amelyek ma is vezet cgek a PLC-k piacn. A PLC-k fejldsnek fbb llomsait a kezdeti idszakban az albbiakban foglaljuk ssze.

1968. A PLC-koncepci kidolgozsa a General Motors felhvsra 1969. Az els Modicon PLC megjelense huzalozott CPU-val, 1K

memrval s 128 I/O-val 1971. A PLC els alkalmazsa az autiparban 1973. Az els intelligens (smart) PLC megjelense aritmetikai funkcival,

nyomtatvezrlssel, mtrixmveletekkel, kpernykijelzssel 1974. Az els tbbprocesszoros PLC gyrtsa idzt- s szmllfunk-

cival, 12K memrival s 1024 I/O-val 1975. Az els PID algoritmussal elltott PLC kibocstsa 1976. A tvoli modulkezels (remote control) kidolgozsa s a hierarchi-

kus konfigurci bevezetse az integrlt gyrtrendszerben 1977. A mikroprocesszor bzis PLC bevezetse 1980. Intelligens kommunikcis modulok kifejlesztse, valamint a nagy

sebessg, nagypontossg pozcionl interfsz kifejlesztse 1981. A Data Highway kommunikci alkalmazsa, 16 bites mikropro-

cesszor bzis PLC sznes monitorral 1983. Olcs mini PLC-k megjelense 1985. PLC hlzatok kifejlesztse

Termszetesen a fejlds nem llt meg 1985-ben, azta is tretlen s napja-inkban a gyrtk a felhasznlk ignyeinek legmegfelelbb kszlkeket knljk egyre kisebb mretben, egyre tbb intelligencival s ltalban nem nvekv rakon.

A mai PLC-ket kivitelk alapjn kompakt s modulris felpts cso-portba sorolhatjuk.

A kompakt PLC jellemzje, hogy hardverstruktrja nem mdosthat, kizrlag megfelel vdettsg ipari tokozsban kszl s kis helyigny. Felhasznlsi terletei a sorozatban gyrtott gpek, berendezsek auto-matiki, illetve a PLC mszaki jellemzi ltal lefedhet egyedi vezrlsek. A kompakt PLC-k egy klnleges tpust jelentik az n. mikro-PLC-k, ame-lyek az ember-gp kapcsolat hardver- s szoftverfelttelt is tartalmazzk.

Az utbbi idben nhny ismert, PLC-ket gyrt cg kompakt kivitel, egyszeren programozhat logikai kapcsol/vezrlmodulokat fejlesztett ki (mikro-PLC-k). Ezek a kszlkek kisebb vezrlsi feladatok megold-sra alkalmasak, tartalmaznak idzt s szmll funkcikat is. Progra-





mozsuk a kszlk nyomgombjaival vagy PC-vel lehetsges. Ismert k-szlktpusok:

LOGO (Siemens) ZELIO Logic (Telemecanique) EASY (Moeller) ZEN (Omron) A modulris felpts programozhat logikai vezrlk jellemzje, hogy a vezrlberendezs valamely specilis funkcit nmagban ellt modu-lokbl pl fel. A modulok fizikai megjelense rendszerint az ramkri krtya, dugaszolhat csatlakozval. A modulok n. rack-be (tartkeret) dugaszolhatk, ezrt a rendszer konfigurcija tg hatrokon bell bvt-het. A rack-ek megfelel vdettsg mszerdobozba vagy mszerszek-rnybe szerelhetk. A modulris felpts PLC-ket kzepes, ill. nagym-ret rugalmas gyrtrendszerek vagy ipari folyamatok irnytsra fejlesz-tettk ki.

3.2. A PLC funkcionlis egysgei A kvetkezkben sorra vesszk az ltalnos felhasznlsi cl PLC-k funkcionlis elemeit. Modulris kialakts esetn ezek a funkcionlis egys-gek ltalban kln modulokban helyezkednek el, mg kompakt kivitelnl akr az egsz PLC egy kzs egysgben tallhat. Egy PLC rendszerben az albbi egysgeket tallhatjuk meg:

Kzponti logikai s feldolgoz egysg (CPU) Tpegysg Bemeneti s kimeneti egysgek (I/O, digitlis illetve analg) Intelligens egysgek Kommunikcis egysgek





3.1. bra. A PLC funkcionlis felptse

3.2.1. A kzponti feldolgoz egysg (Central Processing Unit, CPU)

A kzponti feldolgoz egysg a PLC agya. Futtatja a felhasznli prog-ramot s vezrli a tovbbi egysgeket. A felhasznli program vagy RAM-ban, vagy EPROMban van trolva. A program fejlesztse szemlyi szm-tgpen trtnik, s a ksz programot (mr a CPU processzornak gpi kdjban) viszik t a ksbbi troleszkzbe. Egyes PLC-k specilis, el-lapi programozsi lehetsggel is rendelkeznek. A kzponti vezrlegysg cmezi a kimeneti s a bemeneti egysgeket, parancsokat ad a rendszerben lv intelligens feldolgozegysgeknek.

3.2.2. A tpegysg A tpegysg feladata, hogy a rendszert megfelel feszltsggel ellssa, a hlzati feszltsget a PLC szmra talaktsa s stabilizlja. A legtbb esetben kln telepeket is tartalmaz, hogy feszltsg-kimarads esetn a RAM tartalma megrizhet legyen.

3.2.3. Bemeneti s kimeneti egysgek A PLC-k egyes be- s kimeneti pontjai szinte minden esetben galvaniku-san le vannak vlasztva a bels buszrl, illetve a CPU egysgtl.

Digitlis bemeneti egysgek

A digitlis bemeneti egysgek feladata olyan jelek rtelmezse, illetve il-lesztse a PLC bels szintjhez, melyek csak kt lehetsges llapotot ve-hetnek fel. Az iparban hasznlatos feszltsgekhez igazodva megtallhat-





ak a vlasztkban egyen- ill. vltakozfeszltsget rzkel egysgek is. A bemeneti egysgek feszltsgtartomnya is szles skln mozog, a 24 V-os nvleges feszltsgtl a 230 V-os nvleges feszltsgig.

Digitlis kimeneti egysgek

A digitlis kimeneti egysgek feladata a PLC bels jeleinek talaktsa a krnyezet szmra. Alapveten ktfle vltozat tallhat:

Rels kimenet: itt a CPU egy relt vezrel, amelynek az rintkezje van kivezetve. Elnye, hogy segtsgvel olcsn lehet nagy ramokat kap-csolni, s az ramkrkbe brhova beilleszthet (ha az egyik pontja nincs pl. fldelve). Htrnya, hogy a megvalsthat kapcsolsi frek-vencia kicsi, kisebb, mint 10 Hz, s a reakciideje is nagy.

Elektronikus kimenet: itt valamilyen vezrelt flvezet elem kapcsolja a kimeneti feszltsget. Elnye, hogy viszonylag gyors kapcsolsra k-pes (100 Hz krl) s rvid a reakciideje. Htrnya, hogy csak meg-adott helyre illeszthet, pl. az egyik pontot fldelni kell, illetve nagy ramokat csak viszonylag drga elemekkel lehet kapcsolni.

Analg bemeneti egysgek

Az analg bemeneti egysgek A/D talaktk segtsgvel alaktjk t (konvertljk) digitlis kdd a bemenetre kapcsolt analg jelet. Az ipari jeltartomnyokhoz illeszkedve a bemeneti feszltsg vagy ramtartomny tbb lpcsben vltoztathat.

Analg kimeneti egysgek

A PLC a felhasznli program vgrehajtsa sorn szmolt digitlis rtke-ket alaktja t D/A konverter segtsgvel analg jell.

Kommunikcis egysgek

Ezen egysgek segtsgvel valsthat meg a kapcsolattarts ms eszk-zkkel, pl. folyamatirnyt szmtgppel vagy nyomtatval. Szabvnyos soros vagy prhuzamos interfszt biztostanak, vagy hlzati kommunik-cit tesznek lehetv.

Intelligens egysgek

Ezen egysgek valamilyen nagy sebessg elfeldolgozst vgeznek a be-men jeleken, nagymrtkben tehermentestve a kzponti feldolgoz egy-sget. Ilyen elfeldolgozs lehet pl. szmlls, pozcifigyels, hmrsk-letszablyozs, tengelyvezrls stb. A legklnbzbb ipari clokra k-





szlnek intelligens egysgek. Az albbi felsorolsban a gyakrabban elfor-dul intelligens perifria egysgek kzl emltnk nhnyat:

Tengelyvezrl egysg fordulatszm szablyozs, tmrs, pozcio-nls

Lptetmotor vezrl egysg fordulatszm vezrls, tmrs, poz-cionls

Szmll (pozcionl) digitlis idzt egysg programozhat idz-ts, impulzusszmlls, pozcionls

Hmrsklet szablyz egysg hmrskletmrs, analg hmrsk-letszablyozs

Adagol szelepvezrl egysg ramlsmrs, durva s finom adago-ls vezrls

Proporcionlis s szerv szelepvezrl egysg digitlis vagy analg kvetjel kpzs, kvet szablyzs

Univerzlis analg szablyz egysg analg szablyzs digitlis para-mter megadssal

Univerzlis digitlis vezrl egysg impulzusszmlls, komparls, kimenet vezrls

Hajtsszablyz egysg egyenram motorok fordulatszm-szably-zsa

Be/kimeneti processzor a kzponti egysget tehermentest gyors perifria vezrls

llsos s impulzus kimenet szablyz egysg digitlis vezrls vgrehajt szervek vezrlse

Mrlegilleszt egysg automatikus mrlegels, adagols Kdolvas egysg vonal vagy induktv kd beolvassa Real time ra naplzs, idztsi funkcik In rack szmtgp adaptv szablyozs, grafikus jelfeldolgozs, ar-

chivls, stb. Hlzatfigyel egysg tpelltsi, energiagazdlkodsi feladatok A programozhat vezrlkre vonatkoz IEC-1131-1 szabvny szerint a vezrl az albbi funkcik elltsra kpes:

jel/adat feldolgozsi funkci (signal/data processing); technolgiai interfszfunkci az rzkelk kezelsre, ill. beavatkozk

mkdtetsre;





kommunikcis funkcik (PLC-PLC; PLC-szmtgp; PLC-hlzat); ember-gp interfszfunkci (man-machine interface, MMI); programozsi, tesztelsi, dokumentlsi funkci; tpelltsi funkci. A fejlds sorn a programozhat vezrlk funkcii nagymrtkben kze-ledtek a szmtgp funkciihoz. gy mra a PLC olyan ipari szmtgp-nek tekinthet, amely specilis hardveregysgei s felhasznli programja rvn a technolgiai folyamatok trolt program vezrlsre, szablyoz-sra s intelligens kommunikcis fellete rvn hierarchikus s/vagy osz-tott folyamatirnyt rendszerek ltrehozsra alkalmas.

A programozhat vezrlk elnyei: a szabad strukturlhatsg, a gya-korlatilag vgtelen kapcsolsi szm, a teleptsi kltsgek cskkense, a rendszerbe szervezhetsg lehetsge. A szabad strukturlhatsg fel-hasznli programozhatsgot jelent, amelynek rvn a felhasznl trolt, egyedi program rvn az univerzlis hardvert a feladatra alkalmass teszi. A PLC-k alkalmazsval a teleptsi, bezemelsi id nagymrtkben ler-vidthet.

3.3. A PLC-k szerkezeti felptse A programozhat vezrlk hardvere univerzlis. F rendeltetse a vezrl-si program vgrehajtsa, amihez az adatok beolvassra, feldolgozsra s az eredmny kivitelre van szksg. Ezt a hrom mveletet az albbi hardveregysgek vgzik: bemeneti egysg, kzponti feldolgoz egysg s kimeneti egysg. A felsoroltak kzl a kzponti feldolgozegysg fejldtt a legdinamikusabban, s fknt ez hatrozza meg a PLC szolgltatsait.

Az els PLC-k kzponti feldolgozegysge mg kis- s/vagy kzepes mrtkben integrlt digitlis ramkrkbl (Small Scale Integration, SSI; Medium Scale Integration, MSI) plt fel. Az integrlsi technolgia fejl-dsvel a huzalozott logikj kzponti egysgeket felvltottk az n. bit-processzorok (szoksos elnevezsek mg: Boole-processzor, logikai pro-cesszor), amelyek funkcionlisan nem, csak mretbeli s ramkri jellem-zk szempontjbl jelentettek elnyt az elzekhez kpest. Ezek alkottk a programozhat vezrlk els genercijt.





3.2. bra. A programozhat vezrlk hrom f egysge

A nagymrtkben integrlt ramkrk (Very/Large Scale Integration, V/LSI) elterjedsvel az ltalnos cl mikroprocesszorok vltak a PLC-k kzponti feldolgozegysgv, ami egyben minsgi vltozst is jelentett. A bjt-, ill. szprocesszorok alkalmazsa rvn a Boole-mveletek mellett a kvetkez funkcik vltak ltalnoss a programozhat vezrlkben: aritmetikai mveletek vgzse, szablyozsi funkci elltsa, szabvnyos kommunikci biztostsa stb. A mikroprocesszor alap programozhat vezrlk, amelyek napjainkra szinte egyeduralkodv vltak, tekinthetk a PLC-k msodik genercijnak.

A bitprocesszor alap programozhat vezrlk jellemzi:

csak egybites, Boole-jelleg logikai mveletek vgzse; kevs szm utasts; kismret memriakezelsi lehetsg; mikroprogramozott vezrlsi architektra; nvkdon alapul (esetleg gpi kd) programozs; alacsony szint pont-pont jelleg kommunikci.





3.3. bra. Egy bitprocesszor alap PLC felptse

Az egyes egysgek funkcii:

Bemeneti multiplexer: a bementi logikai vltozk kivlasztsa s az adat kapuzsa a programmemriban trolt bemeneti cm alapjn.

Logikai egysg: bemenetre jut bitek kztt a programmemriban trolt mikrokd ltal meghatrozott logikai mvelet vgzse.

Akkumultor: egybites operandus- s eredmnyregiszter. Kimeneti demultiplexer s trol: a LU ltal vgrehajtott logikai mve-

let eredmnynek (1 bit) kijuttatsa a programmemria ltal meghat-rozott kimenetre s az adat trolsa.

Adatmemria: a logikai mveletek rszeredmnyeinek trolsa. A bitprocesszor alap PLC kls elemei s azok funkcii:

Programmemria: a vezrlsi algoritmust realizl program trolsa. Programszmll: a programmemria egyms utni cmkombincii-

nak ellltsa az ragenertorrl kapott impulzusok hatsra.

3.4. A bitszervezs PLC mkdse A programmemriban trolt operandusmez kzvetlenl cmezi a beme-neti, kimeneti, ill. RAM-elemeket, a mveleti kd pedig a programozhat logikai egysg ltal vgzend mveletet definilja. A logikai egysg mindig az akkumultor s a msik operandus (bemenet, vagy RAM bit) kztt





hozza ltre az elrt logikai mveletet, pldul a ktvltozs S kapcsola-tot. A programmemriban trolt programot a PLC az rajel-genertor ltal mkdtetett szmll rvn, nvekmnyes sorrendben egyms utn ciklusosan hajtja vgre. A kimenetre juttatott eredmnyeket a flip-flopok troljk kt feldolgozsi ciklus kztt.

A programozhat vezrlkben ktfle funkcij memrit alkalmaz-nak: program- s adatmemrit.

A programmemria a vezrlprogramot tartalmazza, amely a vezrlsi algoritmust realizlja.

Programmemriaknt korbban egyszer programozhat, csak olvasha-t memrit hasznltak (Programmable Read-Only Memory, PROM), mg napjainkban trlhet, programozhat, csak olvashat (Erasable PROM, EPROM) memrit alkalmaznak. Utbbi elnye, hogy a program mdos-tsa a memriacsip kivtele nlkl kzvetlenl megoldhat (in system programming). Fknt a felhasznli programok belvsekor jl hasznl-hatk programmemriaknt a teleppel vdett CMOS RAM-ok (Complementary Metal-Oxid Semiconductor, CMOS).

A programfuts kzben keletkez vltozk trolsra rhat-olvashat memrik (RAM) szolglnak, amelyek a tpfeszltsg bekapcsolsakor telepes vdelem nlkl tetszleges rtket (0, ill. 1) vehetnek fel.

A RAM-memrik a kvetkez clorientlt funkcikat ltjk el a prog-ramozhat vezrlkben:

a kzbens adattrolk funkcija hasonl a hagyomnyos vezrls segdrelihez. Ezek a trolk valstjk meg az n. MERKER funkci-kat (a programban M vagy F betvel jellik). Erre van szksg a diszjunktv alak fggvnyekben szerepl VAGY kapcsolatok rsz-eredmnyeinek trolsnl vagy a sorrendi hlzatokban a lefut ve-zrls bels llapotainak 1 az n-bl jelleg llapot kdolsra. A MERKER memria bitprocesszor alap PLC-k esetn bitszervezs;

az I/O RAM funkci a bemeneti, ill. kimeneti vltozk trolst jelen-ti, szintn bitszervezs;

az idztk (timer) s szmllk (counter) rtknek tmeneti trolsa (bjt vagy sz jelleg).

Napjainkban szinte kizrlag teleppel vdett CMOS RAM csipeket hasz-nlnak RAM-memriaknt. Egy tipikus bitprocesszor alap PLC felpt-st szemllteti az albbi bra.





3.4. bra. Bitszervezs PLC felptse

Lthat, hogy a logikai egysg operandusai lehetnek: egy bemenet (I), egy kimenet (O), egy merkerbit (M), egy idztkimenet (T) vagy szmllki-menet (C). A bemeneti vltozt kivve valamennyi vltoz a logikai egy-sggel, a program futtatsval mdosthat.

A programozhat vezrlk szolgltatsai az ltalnos cl mikropro-cesszorok (bjt- vagy szprocesszorok) alkalmazsval minsgileg meg-vltoztak. A szprocesszorok felptse nagymrtkben hasonlt a bitpro-cesszorokhoz.

Az els mikroprocesszorok a 70-es vek elejn jelentek meg. A mikro-processzorok a digitlis szmtgpek kzponti feldolgozegysg funkci-inak elltsra alkalmasak, nagymrtkben integrlt ramkrk, egyetlen lapkn kialaktva. Az els mikroszmtgp-rendszer mr a Neumann-fle modell valamennyi elemt tartalmazta:

kzponti feldolgozegysg (Central Processor Unit, CPU); memrik (RAM, ROM); beviteli/kiviteli egysg (Input/Output, I/O); snrendszer.





3.5. bra. A mikroszmtgp felptse

A mikroprocesszor a szmtgp funkciit ellt digitlis, igen nagy mr-tk integrltsg ramkr (Very Large Scale Integration, VLSI), amelynek hrom f rsze van: idzt-vezrl egysg, aritmetikai-logikai egysg (Arithmetical and Logical Unit, ALU) s regiszterek:

3.6. bra. A mikroprocesszor f egysgei





Az egyes rszegysgek funkcii:

Az idzt-vezrl egysg feladata a program utastsai vagy a kls kr-sek (megszakts, tarts, vrakozs) alapjn a gp rszeinek irnytsa. Ez egyrszt az ALU mveleteinek vezrlst, az egyes adattvonalak nyitst, zrst, a snek mkdtetst, msrszt a kls egysgek: a memria s az I/O egysgek vezrlst jelenti.

A vezrlegysg fontos rsze az utastsregiszter, amely a program-memribl az utastslehvsi ciklusban beolvasott utasts kdjt trolja, amg az utastsdekdol s rtelmez logika meghatrozza az elvgzend mveletet s elindtja a vgrehajtst vezrl mikroprogramot.

A vezrlegysg fontos funkcija a klnbz aszinkron jelleg kr-sek (program-megszakts, tartskrs, vrakozskrs) fogadsa s az ezekhez tartoz vezrls.

A mikroprocesszor msik fontos egysge az aritmetikai-logikai egysg (ALU), amely az utastsokban meghatrozott aritmetikai s logikai mve-leteket hajtja vgre.

Az ALU-hoz szorosan hozztartozik az akkumultorregiszter, ill. az l-lapotregiszter (flagregiszter). A processzorok ltalban csak nhny arit-metikai mveletet (sszeads, kivons, szorzs) kpesek elvgezni. Ezrt a korszer mikroprocesszorokhoz ma mr nlklzhetetlenl hozzrendel-nek egy aritmetikai trsprocesszort (co-processzor). A mikroprocesszorok specilis s ltalnos cl regisztereket tartalmaznak.

A regiszterek a tpfeszltsg bekapcsolsakor vletlenszer rtket ve-hetnek fel, ezrt van szksg bekapcsolskor ezek inicializlsra. A CPU fontos rszt kpezi a snrendszer. Ezen a bels egysgek, valamint a kl-s egysgek (memria, I/O) kztti adatforgalom bonyoldik. A snrend-szer funkcionlisan hromfle snt foglal magban: adatsnt (data bus), cmsnt (address bus) s vezrlsnt (control bus).

A snrendszer funkcii, jellemzse:

Cmsn: Megoldja az adatforgalomban rszt vev eszkzk kijellst. Egyirny, hromllapot, a processzortl fggen 16/32 bit szless-g (azaz ennyi vezetk), amely meghatrozza a cmezhet memria s I/O tartomnyt.

Adatsn: Biztostja az adatok tjt. Ktirny, hromllapot, a pro-cesszortl fggen 8/16/32 bit szlessg. Az adatsnvezrls megha-trozza az adattvitel irnyt.





Vezrlsn: sszehangolja a kapcsolatban rszt vev eszkzk mk-dst. Egyirny, hromllapot, a processzortl fggen 5-15 bit sz-lessg (azaz ennyi vezetk).

A legegyszerbb vezrlsn tbites:

Memriaolvass (Memory Read, MR); Memriars (Memory Write, MW); Beviteli/kiviteli eszkz rsa (Input/Output Write, I/OW); Megszakts (interrupt). A vezrlsn rvn lehet az azonos cmen lv memria-, illetve I/O m-veleteket megklnbztetni. A kls snrendszer lehet helyi sn (local bus), amely a processzorhoz kzvetlenl kapcsoldik, ill. lehet rendszer-sn (system bus), amely a processzor snmeghajtsn keresztl kapcsol-dik a rendszer elemeihez. A snrendszer hasznlatnak elnye, hogy a szabvnyostott jel s vezetkkioszts miatt az egyes rszegysgek kny-nyen cserlhetk. A rendszer bemenetei hardverjelleggel terhelik a sn-rendszert, ezrt kell bizonyos szm modul esetn snmeghajtst hasznl-ni. A mikroprocesszoros rendszerekben hasznlatos sn prhuzamos sn-nek tekinthet.

A CPU mkdse ciklikus: utastslehvs, vgrehajts, lehvs, vgre-hajts stb. Ezt a pontos sorrendisget a rendszerra vezrli. A CPU m-kdsben a legelemibb idegysg a gpi llapot, amely rendszerint egy rajel peridusa alatt jtszdik le. Egy gpi llapothoz egy jl definilt mvelet tartozik: pl. a cminformci kijuttatsa a cmsnre. ltalban tbb gpi llapot alkot egy gpi ciklust, ami egy sszetettebb mveletet jelent.

Tipikus gpi ciklusok: egy memriarekesz olvassa (MR), ill. rsa (MW) vagy (I/O) eszkz rsa, ill. olvassa (I/OW, I/OR), utastslehvs (fetching) stb. Egy utasts lehvsnak s vgrehajtsnak egyttes mve-lete az utastsciklus, amely 18 gpi ciklusbl llhat az utasts bonyo-lultsgtl fggen. ltalban egy utastsciklus annyi gpi ciklusbl ll, ahnyszor a CPU-nak a memrihoz vagy I/O-hoz kell fordulnia. Minden utastsciklus utastslehvsi gpi ciklussal kezddik (fetch), a tovbbi gpi ciklusok olvassi vagy rsi jellegek.





A processzor llapotai:

Egy processzor mkdse rendszerint a kvetkez llapotokbl ll:

fut (run) llapot, amikor a processzor a programmemria ltal meg-hatrozott utastsokat egyms utn hajtja vgre;

vrakoz (wait) llapot, amely a gpi cikluson bell valsul meg; tarts (hold) llapot, amely gpi ciklusok kztt aktualizlhat; lells (halt) llapot, amikor egy HALT llapot utasts hatsra a pro-

cesszor lell, nem vgez mveletet s ezen llapotbl csak engedlye-zett megszakts hatsra lp ki.

A mikroszmtgp beviteli, ill. kiviteli elemei a kzponti feldolgoz egy-sg s a klvilg (ember, gp, technolgia, szmtgp) kztti kapcsolat kialaktsnak lehetsgt biztostjk. A beviteli, ill. kiviteli elemek tpustl fggen prhuzamos, ill. soros kommunikcira alkalmasak.

Kzs jellemzik: biztostjk a be/ki elem csatlakoztatst a mikro-szmtgp buszrendszerhez a szksges adat-, cm- s vezrlvezet-kekkel; rendszerint programozhat felptsk miatt igen rugalmasan al-kalmazkodnak a csatlakoztatand eszkzkhz.

A be-/kiviteli eszkzk belltst (inicializlst) a rendszer bekapcsol-sa utn a programbl kell letlteni. Nhny be/kiviteli ramkr: progra-mozhat prhuzamos perifriailleszt egysg (Programmable Peripheral Interface, PPI); programozhat soros illesztegysg (Universal Synchronos-Asyncronos Receiver Transmitter, USART); programozhat idzt- s szmllegysg (COUNTER/TIMER).

3.5. Mikroprocesszor alap PLC-k hardverfelptse A mikroprocesszor bzis PLC kzponti egysge 8, 16, ill. 32 bites ltal-nos cl processzor vagy mikrovezrl (mikrokontroller) egyarnt lehet. Ehhez szksg van a mikroszmtgp szoksos elemeire (CPU, RAM, ROM), valamint a klvilggal val kapcsolattarts eszkzeire. A bemeneti, ill. a kimeneti vonalak kezelsre ngyfle mdszer terjedt el:

a bemeneti/kimeneti eszkzk a processzor prhuzamos perifriail-lesztin keresztl kapcsoldnak a cm-, adat- s vezrlsnre;

a bemeneti/kimeneti vonalak kezelsre egy kln I/O snt lltanak el kifejezetten az I/O kezelsre, tekintettel a modulris felpts be/ki vonalainak nagy szmra, a terhels viszonyaira stb.;





tvoli I/O kezels terepi, soros jelleg buszrendszer szervezs I/O kezels. Az els megoldst fknt kompakt PLC-khez hasznljk, ahol a kevs be/ki vonal miatt a kln I/O sn kialaktsa nem indokolt. Egy tipikus, mikroprocesszor alap PLC hardvert mutatja az albbi bra:

3.7. bra. Egy mikroprocesszor bzis PLC ltalnos felptse

Lthat, hogy a be/ki vonalak kezelsre egy kln I/O sn hasznlatos. Az bra egyes blokkjai korbban egy-egy fizikai egysget alkottak (egy-egy krtya), ma viszont az integrlsi technolgia fejldsvel elrhet, hogy a CPU, RAM, ROM, I/O meghajtt egyetlen krtyn helyezik el, miltal a CPU buszrendszere elnysebben s biztonsgosabban alakthat ki.

Az ltalnos cl mikroprocesszor alap PLC-k hardvert szemllteti a 3.8. bra.

Az brbl jl kivehetk a mikroszmtgp-rendszer f elemei: CPU, memrik, flegek, idztk, szmllk, megszaktskezel egysg, vals idej ra, be/ki elemek stb. A be/ki vonalak kezelst itt is a kln I/O BUS-szal oldottk meg.

A modulris felpts programozhat vezrlre pldaknt egy 80C167 tpus mikroprocesszorral gyrtott tpus hardvert mutatja az albbi bra, amelyen a ngy 16 bites ltalnos cl regiszter s a ngy jel-zbit (N eljel, O tlcsorduls, C vgs tvitel, Z zrus) is tallhat, ame-lyek a programoz ltal elrhetk.





3.8. bra. Egy 68340 tpus mikroprocesszoros

kompakt PLC hardver felptse

3.9. bra. A 80C167 tpus mikroprocesszorral gyrtott

PLC hardver felptse





A rendszer alapfigurcija 128 kbjt RAM-ot s 128 kbjt Flash EPROM-ot tartalmaz. A RAM az albbi funkcik elltsra szolgl: merker (M), idzts (T), szmllk (C), adatmez (DB), rendszer-RAM funkci, stack-RAM funkci. A be/ki egysgek itt is kln I/O buszra csatlakoznak. A modulris PLC rack-jnek htlapjn kialaktott rendszersn (SYSTEM BUS) tovbbi hardveregysgek csatlakoztatsra szolgl. A kzponti egy-sg hrom megszaktskrs kezelst biztostja. A pldabeli PLC a be-, ill. a kimeneteket I/O RAM egysgen keresztl kezeli.

A nagymret s bonyolult rendszerek irnytshoz rendszerint tbb processzort alkalmaznak, amelyek egy-egy specilis funkcit ltnak el. Egy ilyen tbbprocesszoros PLC felptst szemllteti a kvetkez bra, ahol a fprocesszor (Main Processor) 16 bites szprocesszor.

3.10. bra. A tbbprocesszoros PLC felptse

Matematikai mveleteket a matematikai processzor, a kommunikcis funkcikat a kommunikcis processzor vezrli. Emellett a nagyszm tvoli I/O kezelst s a PID szablyozsi algoritmust is kln processzor vgzi. Ezek a processzorok rendszerint mester-szolga (master-slave) kap-csolatban llnak a fprocesszorral. A mester-szolga rendszer kommuni-kci esetn a szolgaprocesszorok csak a mesterrel llnak kapcsolatban, egymssal nem. Napjainkban a decentralizlt irnytsi mdszerek kerl-nek eltrbe.

A progamozhat vezrlk specilis kiegszt egysgei a tvoli be/ki (I/O) modulok. A tvoli I/O kezels (Remote I/O, RIO) a nagyszm be/ki vonal esetn indokolt, klnsen akkor, ha az I/O eszkzk tvol vannak a PLC-tl. Ilyenkor a kzponti PLC-rack rendszerint tartalmaz egy tvolsgi I/O rack-et (remote I/O rack), amely soros kommunikcival





kezeli a tvoli be/ki vonalakat. A tvoli I/O modulokkal elltott PLC fel-ptst szemllteti az albbi bra.

3.11. bra. Tvoli be/ki vonalak kezelse (RIO)

3.5.1. Digitlis bemeneti s kimeneti egysgek A PLC-k kzponti mveletvgz egysge ktfokozat beviteli/kiviteli egysgen keresztl tartja a kapcsolatot a klvilggal, azaz a technolgiai folyamat jelad ill. beavatkozszerveivel. A CPU-val rendszerint egy bels be/ki egysg (multiplexer vagy I/O port) rvn, a snrendszeren keresztl trtnik az adatforgalom. A bels I/O egysgek tpfeszltsge megegye-zik a CPU tpfeszltsgvel.

A bels I/O egysgek bemeneteire kapcsoldhatnak:

a PLC-hez kapcsold ktllapot eszkzk, amelyek tpllsa kzvet-lenl a CPU tpfeszltsgrl trtnik, ezrt galvanikus levlasztst nem ignyelnek (pl. kezelszervek, billentyzet);

a technolgirl rkez terepi jelleg eszkzk, amelyekre jellemz, hogy a tpllsuk nem egyezik meg a CPU tpllsval. Amg a CPU kzponti processzora rendszerint 5-15 V, addig a mkdtetszervek ettl rendszerint eltr tpllst ignyelnek (pl. 24Vdc, 48 Vdc, ill. 24 Vac, 230 Vac). A klnbz feszltsgek keveredsnek megakadlyo-zsa cljbl galvanikus levlaszts bemeneti, ill. kimeneti illesztket hasznlnak. A galvanikus levlasztst optocsatolval oldjk meg. En-nek fleg zavarvdelmi, villamos s biztonsgtechnikai (rintsvdel-mi) elnye van. A bitprocesszor, ill. szprocesszor alap PLC-k beme-neti, ill. kimeneti egysgei csak a szervezs mdjban trnek el. A bit-





processzor a be- ill. kimeneteket bitenknt, a szprocesszor bjton-knt/szavanknt kezeli.

Bitszervezs ktfokozat bemeneti egysget szemlltet az albbi bra.

3.12. bra. Ktfokozat bitszervezs beviteli egysg felptse

A ktllapot kapcsolk jele a zavarjeleket szrfokozaton t az optolevlaszts bemeneti fokozaton keresztl tovbbtja a PLC ltal c-mezhet beviteli elemre, amely lehet port vagy multiplexer. Lthat, hogy a bemeneti fokozat nem tartalmaz trolelemet. Trolelem akkor szks-ges, ha fontos az azonos idej mintavtelezs. Ilyenkor egy parancs (utas-ts) hatsra a PLC sszes bemenetnek llapott egy RAM memria t-rolja. Ilyen bemeneti fokozatot hasznlnak a gyorsan vltoz jelek feldol-gozsakor.

Bitszervezs ktfokozat kimeneti egysget mutat a kvetkez bra, ahol az adat a CPU-tl a mikroprocesszor kiviteli pontjn t egy trol-elemre kerl (D flipflop, D latch). A kimeneti fokozathoz a trolelem elengedhetetlen, ez trolja ugyanis a program ltal elrt s a CPU ltal ltrehozott eredmnyt (1 bit) kt mintavtelezs kztt.





3.13. bra. Bitszervezs ktfokozat kimeneti egysg felptse

A bjtszervezs processzorral felptett PLC bemeneti s kimeneti egys-gek lthatk az albbi brn.

3.14. bra. Bjtszervezs bemeneti s kimeneti egysgek

A fenti brn lthat, hogy mind a bemeneteket, mind a kimeneteket az n. I/O RAM-on keresztl kezelik. Az I/O RAM-ok rsa a program v-gn PE (page-end character, lap vge) jellel ciklikusan trtnik.





A galvanikus elvlaszts azaz a mkdtet feszltsgek kzs vonat-koztatsi pontjnak sztvlasztsa zavarvdelmi tulajdonsgt a kvetke-zk alapjn rthetjk meg. A bemeneti, ill. kimeneti eszkzk rendszerint a technolgiai berendezsek (motorok, mgneskapcsolk, szelepek stb.) kzelben (a terepen) vannak elhelyezve, gy induktv s kapacitv ton klnbz zavarjelek szuperponldnak ezen vezetkekre. Galvanikus elvlaszts nlkl ezek a zavarjelek a CPU tpfeszltsgre jutnnak. A CPU-t egy kristlyoszcilltor mkdteti. Galvanikus elvlaszts nlkl a zavarimpulzusok katasztroflis hibt okozhatnak a CPU mkdsben (pl. akaratlan memriars, -olvass).

Az albbi bra szerinti sztvlaszts a bemeneti s kimeneti oldalon vdett teszi a CPU mkdst a kls zavaroktl s vd az esetleges ramtstl.

3.15. bra. A galvanikus elvlaszts elve

A digitlis bemeneteken jelentkez problmk elvi megoldsi lehetsgeit mutatja a kvetkez bra:





3.16. bra. Elvi megoldsok a digitlis bemeneti problmkra

A szinte minden be-, kimeneti egysgnl hasznlt optocsatol (optoizol-tor) egy kzs tokba ptett fnyemittl didbl s egy fototranzisztor-bl ll. Optoelvlaszts bemeneti fokozatot szemlltet a kvetkez bra.





3.17. bra. Egyenram (a) s vltakozram (b) bemeneti fokozat

Az (a) bra az egyenram galvanikus elvlasztst mutatja. Az R ellenlls a tpfeszltsg rtktl fgg s a LED dida ramnak belltsra szol-gl. Rendszerint 5 V,12 V,24 V, ill. 48 V tpfeszltsget hasznlnak.

A (b) bra vltakoz ram jel galvanikus elvlasztst mutatja. Az R1 a megfelel ram belltsra szolgl, mg az R2, C1 a vltakoz kompo-nens szrst vgzi (50 ms). A PLC bementi krtyjnak ellapjn a be-meneti llapot informcijt rendszerint LED-didval visszajelzik.

Galvanikus elvlaszts tranzisztoros kimeneti fokozatot szemlltet az albbi bra.





3.18. bra. Galvanikus elvlaszts tranzisztoros kimeneti fokozat

A megfelel erstshez Darlington-fokozatot alkalmaznak. A D1 dida az ellenttes ramimpulzus vgst vgzi. A PLC I/O krtyn rendszerint 16 vagy 32 ilyen kimeneti egysget helyeznek el. A klnbz kimeneti szervek villamos sajtossgait a felhasznlnak figyelembe kell vennie, pl. izzlmpa esetn a hmrsklettel vltoz ellenlls, induktv terhels (rel, mgneskapcsol) esetn a kikapcsolskor fellp feszltsg-visszalks.

Vltakoz ram galvanikus levlaszts kimeneti fokozatot szemlltet a kvetkez bra, amelyen kimeneti kapcsolknt triakot alkalmaznak. A triak a vltakoz feszltsg 0 tmenetnl kapcsol ki, gy cskkenti az induktv terhels kikapcsolsnl fellp nemkvnatos zavarjeleket.

3.19. bra. Galvanikus elvlaszts triakos kimeneti fokozat

A vltakozram hlzatokban egyre elterjedtebben hasznljk a flveze-t relket (Solid State Relay, SSR). A flvezet relk (FR) egyfzis kivi-telben kszlnek. Blokksmaszer felptsket az albbi bra szemllteti.





3.20. bra. Flvezet relvel megvalstott kimeneti fokozat

A vezrlkr a zajszrkbl s optikai csatolbl ll. A szrkr feladata annak megakadlyozsa, hogy a rvid idej zavarimpulzusok bekapcsol-jk az FR-t. A vezrljel (3...24 V kztti egyenfeszltsg jel) az optocsa-toln t a zrusdetektorra jut, amely annak megjelenst kveten a hl-zati feszltsg els nulltmenetnl kapcsolja be a triak vagy a szembekap-csolt tirisztor vezrlsvel a terhelst. Az FR a hlzati feszltsgre szuperponlt tlfeszltsg-impulzusok korltozsa cljbl tlfeszltsg-vdelemmel is el van ltva.

A kzepes teljestmny flvezet kapcsolelemek kzl rgebben a bipolris tranzisztort alkalmaztk a leggyakrabban. Klnsen elnysek az egy tokba integrlt kapcsolerstk.

A tranzisztoros kimeneti fokozatot rendszerint rvidzrvdelemmel ltjk el.

A bipolris tranzisztorokat egyre inkbb kiszortjk az utbbi vekben megjelent trvezrls teljestmnytranzisztorok (POWER FET-ek), ame-lyek VMOS technikval kszlnek s igen jelents mszaki elnyei van-nak. Bekapcsolt llapotban az ellenllsuk hmrsklet-tnyezje pozitv, ezrt melegeds hatsra ellenllsuk n s korltozza az ramot, gy nem lphet fel a bipolris tranzisztorokra jellemz termikus megfuts. Ezek a tranzisztorok kzvetlenl prhuzamosan kapcsolhatk. Tovbbi elny a tbb nagysgrenddel nagyobb ramersts s a nagy bemeneti impedancia miatt igen kicsi (mikrowatt nagysgrend) vezrlsi teljestmnyigny, ezrt logikai jelekkel kzvetlenl vezrelhetk.

3.5.2. Szmllk, idztk A szmllsi funkci megvalstsra a PLC-k fejldse sorn szoftver ill. hardver ton megvalsul szmllk szlettek. Ez a kt megolds a struk-





turlis klnbzsgen tl a szmllhat frekvencia maximlis rtkben is eltr a hardveres megolds javra.

A szoftverton trtn szmll hardverfelttele egy, a mikroprocesz-szor ltal kezelt RAM-memria (esetleg regiszter). Ezt szemllteti a kvet-kez bra, amelyen egy-egy szmllt (C0, C1 ,C2...) a RAM-memria bjtja vagy szava reprezentl. Az brn a szmll mkdtetshez szk-sges funkcik is lthatk: szmllbemenet (C), trlsbemenet (R), pr-huzamos feltlts (L).

3.21. bra. Szmll (a) s idzt (b) funkcik a RAM-ban

Klnbz megoldsokat dolgoztak ki az idztsi funkcikra is. Korb-ban a PLC kimenete ltal mkdtetett analg/digitlis idztket, hosz-szabb idej ksleltetshez kapcsolrkat alkalmaztak.

Napjainkban az idztsi funkcikat a PLC ragenertor frekvencij-nak szoftverton trtn osztsra vezetik vissza. Ennek hardverfelttele megegyezik a szmllval, azaz a CPU ltal kezelt s erre a clra fenntar-tott RAM memriaterlet a hozz tartoz indtsi (S), ill. a kezdetirtk-betltsi (L) funkci biztostsval (b bra rszlet).

A szmllsi, ill. idztsi funkcik hardverfelttelhez nagymrtkben hasonlt a MERKER-memria kezelse is. Ezt szemllteti az albbi bra.





3.22. bra. MERKER-memria illesztse a buszvonalhoz

A fenti funkcikat rendszerint a RAM-memria rszeknt adjk meg. Termszetesen a RAM-trkpek tovbbi funkcikat is tartalmaznak.

3.23. bra. A PLC RAM trkpe


Programozott vezrlsek I. A PLC-k programozsa



4. A PLC-k programozsa

A PLC-k hardvere univerzlis, amely nmagban nem, csak a felhasznli programmal egytt vlik konkrt irnytsi feladatra alkalmass. Ebbl kvetkezik, hogy a programozhat logikai vezrlk alkalmazsnak egyik legfontosabb krdse a felhasznli programok ksztse. Mr a General Motors ltal 1968-ban kirt plyzatban szerepelt a felhasznlbart, vezr-lstechnika-orientlt programozsi nyelv.

4.1. A PLC-ben fut programok s feladataik A korszer PLC-k szoftvere a feladatuk alapjn alapszoftverre s felhasz-nli programcsoportra oszthat. Az alapszoftver az lland (rezidens), a felhasznli program pedig a vltoz rszt kpviseli.

4.2. Alapszoftver A PLC alapszoftvert hasonlan valamennyi mikroszmtgpes beren-dezshez az opercis rendszer biztostja. A PLC alapszoftvere igen ersen gyrt-, ill. tpusfgg, gy egyedi. Ennek ellenre megfogalmazhatk a kvetkez kzs funkcik, amelyek szinte valamennyi korszer tpusnl felfedezhetk.

Az interpreter funkci a felhasznli program rtelmezsre s vgrehaj-tsra alkalmas szoftver. Az interpreter a kdolt felhasznli programot utastsonknt veszi el, rtelmezi s vgrehajtja.

Sttussz-generls funkci, amely szinte valamennyi mikroszmtgpes berendezsben megtallhat. A sttussz-generls clja a processzor m-veleteirl trtn informciszolgltats.

Az nteszt funkci a PLC egyes funkciinak ellenrzst vgzi, kln-sen a biztonsgi PLC-k alkalmazsakor nagy jelentsg.

A kommunikcis vonalak kezelse a soros pont-pont, ill. hlzati kom-munikcis funkcik elltsa. Napjainkban e funkci jelentsge a PLC-hlzatok, terepi buszok szerepnek nvekedsvel rohamosan n.

Ember-gp kapcsolat tern a PLC egyik alapvet funkcija a kezel s a PLC kztti kommunikci biztostsa.

A programfejlesztsi funkci tpustl fggen lehet a PLC opercis rend-szernek sajtossga, de lehet kln a fejlesztrendszer is. Ma mr a prog-ramfejlesztsi funkciit egyre inkbb a szemlyi szmtgpek veszik t.





Az elbbiek illusztrlsra plda a korbbiakban vzolt 80C167 pro-cesszor alap PLC alapszoftvernek felptse, amely a Siemens ltal kifej-lesztett STEP-5, ill. STEP-7 nyelv sajtossga.

A PLC opercis rendszere 3 f szoftver modultpust tartalmaz: szer-vezblokkok (OB), programblokkok (PB) s adatblokkok (DB).

A Siemens rendszer alapszoftver tz szervez szoftverblokkbl pl fel, amelyek biztostjk:

OB1 a ciklus mkdst OB2 a rendszer belltst (set up) OB5 s OB7 az jraindtsi funkcikat OB9 a hibakezelst OB10, OB11, OB12 a hrom programmegszaktst OB18, OB19 az idztsek kezelst Az OB1 szervezblokk tartalmazza az interpretert s a felhasznli program vgrehajtst biztost executive rszt. A felhasznli programok a PB (vagy FC) blokkokban vannak s korltozott szm alprogramot (szubrutin), valamint kt adatblokkot kezelnek. Ezt szemllteti az albbi bra.





4.1. bra. Egy PLC alapszoftvernek a felptse (STEP5)

A PLC n. hardverteszttel indul (memriateszt, telepteszt stb.), majd az OB2 rendszerbellt (system setup) funkci rvn az OB5 vagy az OB7 blok-kon keresztl jut el az OB1 ciklikus zemmdot biztost szoftverblokk-ba. A be/ki memrit az OB1 blokk vgn a PE jel minden ciklus befeje-zsekor frissti. A PLC-vel kapcsolatos hibakezelsi funkcit az OB9 blokk ltja el. A hrom megszaktsi szintet az OB10OB12 szoftver-blokkok kezelik. A programmegszaktsok egyike a soros kommunikci-hoz van hozzrendelve.

4.3. Felhasznli programok A fentiekben lert alapszoftver a PLC-ben fut programok lland rsze s minden azonos tpus programozhat vezrlben egyforma. Ezzel szem-ben a felhasznli programok a PLC programok vltoz rszt jelentik s segtsgkkel vlik alkalmass a PLC az adott vezrlsi feladatra. A fel-





hasznli programok specilis, vezrlstechnikai, ill. irnytstechnikai orientltsg programnyelven rdnak.

A felhasznli programokkal kapcsolatos, hogy a bitprocesszor alap PLC-k esetn a hardverstruktra s a program felptse kztt igen szo-ros a kapcsolat, ezrt interpreterre nem volt szksg. Az ilyen PLC utast-sok programmemriabeli elhelyezkedst szemllteti az albbi tblzat.

1 Utasts Operandus / cm 2 Utasts Operandus / cm 3 Utasts Operandus / cm

1. logikai egyenlet

4 Utasts Operandus / cm 5 Utasts Operandus / cm 6 Utasts Operandus / cm 7 Utasts Operandus / cm

2. logikai egyenlet

.

. . .

.

.

Utasts Operandus / cm Utols logikai egyenlet Utols utasts Kezd cm

4.1. tblzat. Utastsok elhelyezkedse a programmemriban bitszervezs PLC esetn

Gyakran a mai nem bitszervezs PLC-k felptst is sematikusan s a programozsi nyelvhez illeszkeden gy brzoljk, mintha bitprocesszor alap lenne.

A mai bjt-, ill. szprocesszor alap PLC-kben a felhasznli program felptst az interpreter hatrozza meg. A bjt-, ill. szprocesszor felp-ts programozhat vezrlkben a Boole jelleg mveletek vgzse k-rlmnyesebb, ugyanis ezen processzorok 8, ill. 16 bites szavak kztt vgeznek aritmetikai, logikai vagy adatmozgatsi mveleteket.

Az interpreter teht egy kzbens szoftvereszkz a vezrlstechnikai nyelv s a PLC processzora kztt. Valamennyi felhasznli programnyelv a vezrlstechnikai (irnytstechnikai) feladatnak az interpreter szmra rthet formba szervezshez szksges szablyok sszefoglalsa.





4.4. PLC programnyelvek A PLC-k fejldse sorn szmos programozsi nyelvet fejlesztettek ki. Ezek kzs jellemzje az ahny gyrt, annyifle programnyelv volt. Az IEC 1131-3 szm nemzetkzi szabvny az egsz vilgra egyesteni kvn-ja a felhasznli programnyelveket s ezek jellseit. Ez a szabvny nem j programnyelveket hoz ltre, hanem a korbbi, kzs jellemvons nyelve-ket igyekszik egyesteni. Az IEC 1131 szabvny a PLC felhasznli prog-ramnyelveket kt osztlyba sorolja: szveges rendszer s grafikus szim-blumokat alkalmaz programnyelvek.

A szveges rendszer programnyelveknek kt megvalstsi formjt engedlyezik. Az egyik a magas szint programnyelvekkel (Pascal vagy C) tmogatott strukturlt felhasznli programnyelv, amelynek angol s n-met jellse egyarnt ST (angol: Structured Text, nmet: Strukturierter Text). Ez esetben a vezrlsi feladatot megvalst felhasznli program lersa hasonlt a Pascal vagy C nyelven megrt program szintaktikjhoz. E mdszer clja, hogy a magas szint nyelvet ismerk kpesek legyenek PLC program ksztsre. Ennek ellenre ez a programozsi nyelv a PLC technikban eddig nem terjedt el, de egyre npszerbb.

A msik szveges programnyelv az utastslists felhasznli program-nyelv, amelynek jellse angolul Instruction List, IL, nmetl Anweisungsliste, AWL. Ez a programnyelv az assembly nyelv programo-zsbl alakult ki, s a bitszervezs PLC-knl ersen ktdtt a hardver-struktrhoz.

Az IEC 1131-3 szabvny hromfle grafikus szimblumot alkalmaz: ltradiagramos, funkciblokkos s sorrendi folyamatbrn alapul prog-ramnyelvet. A szabvny a kvetkez PLC nyelveket definilja s ajnlja:





4.4.1. Strukturlt programozsi nyelv A strukturlt programozsi nyelv (ST) egy magas szint nyelv a vezrlsi s szablyozsi funkcik lersra az IF THEN, CASE, FOR, WHILE, REPEAT stb. parancsok segtsgvel.

4.4.2. Utastslists programozsi nyelv Az utastslists programozsi nyelv (IL) a PLC kialakulsval egyids s a bitszervezs programozhat vezrlk esetn az utastskszlet nagymr-tkben fggtt az adott feldolgozegysgtl (processzortl). Az ilyen fel-pts PLC-kben egy-egy utasts a memria egy cmn helyezkedett el. Az utastsok szma szles hatrok kztt vltozott. Gyrtottak 8, 16, ill. 32 utastst rtelmez vezrlket.

Az utastslists programnyelv felhasznli programvezrlsi paran-csok (utastsok) sorozatbl ll. Egy-egy utasts a mveleti (opercis) rszbl s az operandusrszbl ll.

A mveleti rsz (utasts) azt hatrozza meg, hogy a CPU-nak milyen mveletet kell vgeznie. Az egyes mveleteket rendszerint az utasts ne-vnek rvidtsvel jellik (pl. OR, LD, stb.).

Az operandusrsz arra a krdsre ad vlaszt, hogy a mveleti rszben definilt mveletet mivel kell elvgezni.

4.2. bra. Az utastslists programnyelv egy utastsnak felptse

A plda szerint az utasts a 34-es bemeneti (I) bit (B) negltjnak (N) logikai S kapcsolatt vgzi az akkumultor tartalmval.

A be- s kimeneti jeleket (vltozkat), a bels vltozkat (merkerek), valamint az idztket, szmllkat cmezni kell.

A leggyakrabban elfordul mveletek s szoksos jellsk:





Mveleti elem Jele (nmet)

Jele (angol)

Bemenet E (=Eingang) I (=Input)

Kimenet A (=Ausgang) O / Q =( Output / Quit) Merker (bels vltoz) M (=Merker) F (=Flag) lland K (=Konstans) K (=Constant) Idtag T (=Timer) T (=Timer) Szmll Z (=Zhler) C (=Counter) Program egysg P P Hlzat NW (=Netzwerk) NW (=Network) Mkdsi egysg F F

4.2. tblzat.

Bitmveletek:

Mvelet Jele (nmet) Jele (angol)

Logikai sszeads O (=Oder) O (=Or) Logikai szorzs U (=Und) A (=And) Logikai tagads N (= Nicht) N (=No) Betlts L (=Laden) L (=Load) Nullmvelet NOP (=Nulloperation) NOP (=No Operation) Hozzrendels kimenethez = =

4.3. tblzat.

A felhasznli programszerkeszts legfontosabb szablyai:

a programozand folyamatot lpsekre kell bontani (gyakori szhasz-nlat a lpsekre a hlzat is)

a lpseknek sorszmot s nevet kell adni (Megjegyzs: a nv prog-ramonknt vltoz! Pl. Step, Schritt, Netzwerk, Network, Rung, Segment stb.)

programfuts a lpsek sorrendjben trtnik, kivve, ha valamelyik lpsben egy ksbbi lpsre n. ugr utastst adunk





minden lps elejn ltalban feltteleket adhatunk meg logikai kap-csolatokkal: leggyakoribb az S, VAGY, NEM

a lpsek msodik rszben vgrehajt utastsok adhatk: leggyako-ribb a kimenet(ek) be-/kikapcsolsa, id vagy szmll tag indtsa

a ciklikus ismtlds rdekben a program vgt jelz sz vagy rvid-tse szksges, pl. End, PE (Programm end), BE (Bausteinende)

A fenti szablyok ltalnos rvnyek, termszetesen eltrs a gyrtk szerint elfordulhat. A programrs szintaktikai (nyelvhelyessgi) szab-lyai szintn gyrtfggek, amelyek a programok kezelsi utastsaibl vagy a Help-bl megismerhetk.

Az utastslists programozsi nyelv elssorban azoknak ajnlhat, akiknek gpkzeli programozsi ismereteik vannak.

4.4.3. Ltradiagramos programozsi nyelv A ltradiagramos programozsi nyelv (Ladder Diagram, LD vagy LAD, KOP) az ramttervbl alakult ki, gy a ltradiagramok a vezrlsi ram-ttervek szoftver megfeleli. A jelfogs ramutas tervhez hasonl prog-ramozsi nyelv kidolgozsnak ignye mr a General Motors 1968-as p-lyzatban is szerepelt, de szles kr elterjedst csak a grafikai lehets-gekkel elltott fejlesztrendszerek eredmnyeztk. Szksgessgt fknt a jelfogs hlzatok tervezshez s zemeltetshez rt szakemberek knnyebb tkpzse indokolta. A ltradiagramos programozsi nyelv al-kalmazsa az ramtterv bizonyos mrtk ismerett felttelezi.

Ltradiagramok

Br a ltradiagramok (LAD, KOP) az ramttervek programozsi megfe-leli, lnyeges klnbsg kzttk, hogy csak logikai egyenletek lersra szolglnak, nem tartalmaznak specilis, s csak az rintkezs hlzatokra jellemz sszevonsokat s elemei csak az adott PLC funkcionlis szoft-verelemei lehetnek.

A ltradiagramok fbb elemei:

kontaktusok huzalozs logikai kimenetek (Output, Flag, MERKER) idztk szmllk klnleges elemek (pl. lptetregiszter, PID blokk).





Az IEC szabvny fbb LAD grafikus szimblumai az albbiakban ltha-tk:

Zr- (munka-) rintkez / Bont- (nyugalmi) rintkez P 0 1 tmenetet ad rintkez N 1 0 tmenetet ad rintkez ( ) Tekercs (/) Neglt mkds tekercs (S) RS FF bertekercs (R) RS FF trltekercs (M) Tpfeszltsg- kimaradskor llapott megtart tekercs (SM)- Tpfeszltsg- kimaradskor llapott megrz RS FF

bertekercs (RM) Tpfeszltsg- kimaradskor llapott megrz RS FF tr-

ltekercs (P) 0 1 lre mkd (ON) tekercs (N) 1 0 lre mkd (OFF) tekercs

A ltradiagram szimblumai a vezrlsi ramtterv rajzjeleibl alakultak ki. Fontos klnbsg, hogy a ltradiagramon az egyes elemek csak a funkci, ill. viselkeds alapjn vannak megklnbztetve, hiszen a ltradiagram szimblumai nem valdi elemek (rintkezk, beavatkozk), hanem szoft-verelemek. Ezrt nincsenek megklnbztetve, pl. a nyomgombok, a jelfog rintkezk vagy a hkiold rintkezje, ill. a jelfog s a mgneskapcsol.

A ltradiagram ksztsnek szablyai hasonlak az ramtterv kszt-snek szablyaihoz, kivve a specilis hardvervonatkozsokat:

a ltradiagramon a mkdtet s a mkdtetett elemek szimblumai-bl ll ramutakat kt fggleges vonal kztt vzszintes egyenes mentn brzoljuk;

a mkdtetett elem egyik sarkt mindig a jobb oldali fggleges egye-nesbe ktjk be;

az sszetartoz mkdtet s mkdtetett elemeket azonos betjellel ltjuk el, tbb ilyen elem esetn szmozst alkalmazunk;

a vezetkek keresztezdst kerlni kell; az egyes ramutakat a sorrendi mkds szerint brzoljuk;





a ltradiagram egyes elemeit feszltsgmentes llapotban brzoljuk; a ltradiagram egyes elemeihez tovbbi adatok is rhatk (pl. idztsre

vonatkoz konstans, szmll-hatrrtk, stb.); a specilis funkci sohasem csatlakozhat kzvetlenl a bal oldali refe-

renciavezetkre, csak logikai feltteleken keresztl.

4.4.4. Funkciblokkos/Funkciterves programozs A funkciblokk-diagram (Function Block Diagram, FBD, nmetl FUP) tulajdonkppen a huzalozott logikban az SSI, MSI ramkrknl hasznlt szimblumokbl kialaktott, ersen hardverorientlt nyelv. Egy funkci-blokk bal oldaln a bemenetek, jobb oldaln a kimenetek vannak feltn-tetve. A jelfolyam irnya az elz fokozat kimenettl a kvetkez foko-zat bemenete fel (balrl jobbra). gy az FBD szintaktikai szablyai a huza-lozott, feszltsglogikj hlzatok hardverkialaktsi szablyaival egyez-nek meg, nhny kivtellel (pl. bels terhelsi viszonyok, FAN OUT, FAN IN)

Az FBD/FUP programozsi nyelv a feszltsg logikj logikai terve-zsben jrtas szemlyek rszre ajnlhat.

4.4.5. Sorrendi folyamatbrs programozs Mr a huzalozott vezrlsek idejn felmerlt egy szoftverorientlt vezrlsi feladatlersi md ignye, mivel az ramtrajz, ill. a logikai szimblumos lersi mdszerek ersen ktdtek egy-egy megvalstsi mdhoz. Kifej-lesztettk a Grafcet francia nemzeti szabvnyt. A PLC-k programozsra hasznlatos sorrendi folyamatbra (Sequential Flow Chart, SFC) tulajdon-kppen a Grafcet tovbbfejlesztse s a PLC-k programozsnl mindket-t hasznlatos.

Grafcet

A Grafcet feladatlersi mdszert a szmtstechnikban hasznlt folya-matbra s a digitlis technika jellsrendszere alapjn dolgoztk ki. A mkdsi tervek tartalmazzk a digitlis technika szabvnyos jellseit, vagyis a logikai eszkzk jele ngyzet vagy tglalap alak, a hatsvonal fentrl lefel, ill. balrl jobbra halad. Az ettl eltr haladsi irnyt nyllal kell jellni. Az albbi bra bemutat nhny, a szabvny ltal megengedett, a logikai ramkri brzolsokban nem szokvnyos, a mkdsi tervekben gyakori jellsi mdot. Lthat, hogy a jel brmely oldalra egyttesen is kerlhet be-, ill. kimenet, valamint a jellsben ssze lehet vonni azokat.





4.3. bra. A vezrlstechnikban hasznlt, nem szokvnyos jellsek

A szmtstechnikai folyamatbra ksztsekor hasznlt kapcsoljelek itt is alkalmazhatk, ha az ttekinthetsg azt kvnja:

4.4. bra. A szmtstechnikai folyamatbrbl tvett jelek

(Megjegyzs: A Grafcet programozs tovbbi ismertetse terjedelmi korl-tok miatt itt nem lehetsges.)

Sorrendi folyamatbra

Az IEC 1131 szabvny szerinti sorrendi folyamatbra (SFC) igen hasonlt a

hodossy laszlo programozott vezerlesek

Documents