MODELOWANIE I PROGRAMOWANIE PRACY

IX KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 2006 MODELOWANIE I PROGRAMOWANIE PRACY NAP DÓW PNEUMATYCZNYCH MODELOWANIE I PROGRAMOWANIE PRACY NAP DÓW PNEUMATY...
Author: Karol Cichoń
1 downloads 0 Views 1MB Size
IX KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 2006

MODELOWANIE I PROGRAMOWANIE PRACY NAP DÓW PNEUMATYCZNYCH

MODELOWANIE I PROGRAMOWANIE PRACY NAP DÓW PNEUMATYCZNYCH Tadeusz MIKULCZY SKI1, Daniel NOWAK2, Rafał WI CŁAWEK3 Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji Politechniki Wrocławskiej, Wrocław

1. Streszczenie. Zaprezentowano metod Grafpol modelowania dyskretnych procesów produkcyjnych i programowania programowalnych sterowników logicznych PLC (ang. Programmable Logic Controller). Zdefiniowano algorytmy: procesu-sie Grafpol GP oraz sterowania – sie Grafpol GS. Przedstawiono sposób zapisu, na podstawie wykazu instrukcji programu (WIP), programu u ytkownika sterownika PLC, w j zyku logiki drabinkowej LD (ang. Lader Diagram). Wykazano, e metod Grafpol mo na modelowa i programowa dowolnie zło one procedury – sekwencyjne, czasowe, współbie ne oraz mieszane – algorytmów dyskretnych procesów produkcyjnych. 2. Wst p. W Laboratorium Podstaw Automatyzacji Instytutu Technologii Maszyn i Automatyzacji Politechniki Wrocławskiej opracowano now metod Grafpol modelowania procesów dyskretnych i programowania sterowników PLC (ang. Programmable Logic Controller). Sie Grafpol GP (algorytm procesu) przedstawia w sposób graficzny, kolejno wykonywania etapów elementarnych procesu oraz podane, w postaci analitycznej, logiczne warunki ich realizacji. Do syntezy sieci Grafpol GP podstaw stanowi sie operacyjna, która przedstawia w sposób graficzny: kolejno wykonywania etapów elementarnych oraz warunki ich realizacji. Sie Grafpol GS (algorytm sterowania) otrzymuje si w wyniku transformacji sieci Grafpol GP i przedstawia ona zewn trzne sygnały (WE i WY) sterownika PLC. Algorytm sterowania stanowi podstaw do wyznaczenia WIP, które musi wykona sterownik PLC, aby przebieg sterowania procesem był zgodny z zało onym algorytmem jego realizacji. WIP jest przedstawiany w postaci zbioru zda logicznych, w którym podstawow form zdaniow jest zdanie warunkowe ,,Je li …, to … „. WIP, po uwzgl dnieniu pami ci, stanowi podstaw do zapisu programu u ytkowego (np. w j zyku LD, ST, itd.) sterownika PLC. Procedur modelowania procesów dyskretnych i programowania sterowników PLC zilustrowano na rys. 1.

1

2 3

prof. dr hab. in ., [email protected]

dr in . [email protected]

dr in ., [email protected]

121

IX KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 2006

ETAP I Schemat funkcjonalny

Opis słowny algorytmu procesu

Rys. 1.

ETAP II Model algorytmu procesu

Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urz dzenia odlewnicze

ETAP III

ETAP IV

Algorytm sterowania

Wykaz instrukcji programu

Sie operacyjna Grafpol GP

ETAP V

J zyki programowania PLC

Grafpol GS

Program u ytkowy PLC

WIP

Schemat procedury modelowania procesów dyskretnych i programowania sterowników PLC

3. Modelowanie i programowanie metod grafpol pracy nap dów pneumatycznych. Zastosowanie metody Grafpol do modelowania procesów dyskretnych i programowania sterowników PLC zostanie zilustrowane na przykładzie modelowania programowania pracy siłowników pneumatycznych. 3.1. Algorytm procesu. Sieci: operacyjna i Grafpol. Algorytm dyskretnego procesu produkcyjnego reprezentuj : sie operacyjna oraz wyznaczona na jej podstawie sie Grafpol. 3.1.1. Sie operacyjna. Sie operacyjn stanowi trójka SO = gdzie: E = {e1, e2, … , ee} – sko czony, niepusty zbiór etapów elementarnych procesu, W = {w1, w2… , ww}– sko czony, niepusty zbiór warunków logicznych, O = {o1, o1, … , oo}– sko czony zbiór w złów alternatywy i (lub) koniunkcji. Na rysunku 2 pokazano symbole graficzne podstawowych elementów sieci operacyjnej.

Rys. 2. Symbole graficzne elementów sieci operacyjnej: klatka operacyjna (a), klatka warunkowa (b), w zeł alternatywy (c), w zeł koniunkcji (d), rozgał zienie sygnału (e), klatka START(f)

Podstaw do budowy sieci operacyjnej stanowi schemat funkcjonalny procesu, jego dekompozycja na etapy elementarne oraz opis słowny algorytmu procesu. Zastosowanie sieci operacyjnej do modelowania algorytmów procesów dyskretnych zilustrowano na przykładzie modelowania algorytmu pracy dwóch nap dów pneumatycznych S1 i S2. Przykład Na rysunku 3a pokazano schemat funkcjonalny dwóch nap dów pneumatycznych. Proces stanowi sekwencja etapów elementarnych E1-E4: ETAP E1: * wysuw tłoczyska siłownika S1* 122

Nowa Sól 08-09.06.2006 r.

IX KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 2006

MODELOWANIE I PROGRAMOWANIE PRACY NAP DÓW PNEUMATYCZNYCH

Realizacja: S1+ (EZ1+) Sygnalizacja: WP2=1 ETAP E2: * wysuw tłoczyska siłownika S2* Realizacja: S2+ (EZ2+) Sygnalizacja: WP4=1 ETAP E3: * wsuw tłoczyska siłownika S1* Realizacja: S1- (EZ1-) Sygnalizacja: WP1=1 ETAP E4: * wsuw tłoczyska siłownika S2* Realizacja: S2- (EZ2-) Sygnalizacja: WP3=1 Nap dy pneumatyczne powinny pracowa cyklicznie. Na rysunku 3b pokazano sie operacyjn , przedstawiaj c algorytm pracy nap dów pneumatycznych. 3.1.2. Sie Grafpol GP. Sie Grafpol GP stanowi trójka

GP=

gdzie: E = {e1, e2, …, ee} – sko czony, niepusty zbiór miejsc, które reprezentuj etapy elementarne, T={t1, t2…, tt} – sko czony, niepusty zbiór tranzycji (przej ), które reprezentuj warunki logiczne realizacji etapów elementarnych, K – odcinków zorientowanych. Symbole graficzne stosowane do budowy sieci Grafpol GP przedstawiono na rys. 4. b) a)

Rys. 3. Schemat funkcjonalny dwóch nap dów pneumatycznych (a), sie operacyjna – algorytm pracy nap dów pneumatycznych i warunki realizacji etapów elementarnych (b)

123

Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urz dzenia odlewnicze

IX KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 2006

Rys. 4. Symbole graficzne elementów sieci Grafpol: miejsca (etapy elementarne) (a), tranzycji (b), tranzycji okre laj cej rozpocz cie realizacji procedury współbie nej (c), tranzycji reprezentuj cej zako czenie realizacji procedury współbie nej (d), etapu START (e)

Przykład Na rysunku 5a zamieszczono sie nap dów pneumatycznych. a)

Grafpol GP reprezentuj c

algorytm pracy

b)

Rys. 5. Sie Grafpol GP (a), algorytm sterowania – sie Grafpol GS – prac nap dów neuma- tycznych i WIP programu u ytkowego PLC (b)

3.2 Algorytm sterowania – sie Grafpol GS. Algorytm sterowania wyznacza si na podstawie transformacji algorytmu procesu. Transformacja algorytmu procesu polega na odwzorowaniu zbioru etapów sieci Grafpol GP zbiorem zmiennych wyj ciowych sterownika PLC, których sygnały wyj ciowe steruj realizacj etapów elementarnych. Algorytm sterowania – sie Grafpol GS – stanowi trójka GS= gdzie: S = {s1, s2,…, ss} – sko czony, niepusty zbiór miejsc zwanych krokami (ang. steps). Kroki reprezentuj sygnały wyj ciowe PLC. T, K – zbiory równowa ne zbiorom T,K sieci Grafpol GP. Przykład Na rysunku 5b zamieszczono algorytm sterowania - sie Grafpol GS – prac nap dów pneumatycznych oraz wykaz instrukcji programu, które powinien wykonywa sterownik PLC, aby przebieg pracy nap dów pneumatycznych był zgodny z zało onym algorytmem. 124

Nowa Sól 08-09.06.2006 r.

MODELOWANIE I PROGRAMOWANIE PRACY NAP DÓW PNEUMATYCZNYCH

IX KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 2006

Na rysunku 6a pokazano schemat sygnałów WE/WY (I/O) PLC, natomiast na rys. 6b przedstawiono program u ytkowy PLC, napisany w j zyku LD. a)

b)

Rys. 6. Schemat sygnałów WE/WY PLC (a) oraz program u ytkowy PLC (b)

4. Modelowanie i programowanie procedur zło onych. Zasady modelowania i programowania procedur zło onych – np. sekwencyjnoczasowych, współbie nych – algorytmów procesów dyskretnych, zostan zilustrowane na przykładzie modelowania i programowania procesu mieszania materiałów sypkich. Schemat funkcjonalny procesu mieszania materiałów sypkich został przedstawiony na rys. 7.

Rys. 7. Schemat funkcjonalny procesu mieszania materiałów sypkich

Na rysunku 8a zamieszczono algorytm, sie operacyjn , procesu mieszania materiałów sypkich, natomiast na rys. 8b pokazano sie Grafpol GP.

125

IX KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 2006

Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urz dzenia odlewnicze

Rys. 8. Algorytm procesu mieszania materiałów sypkich, sieci: operacyjna (a) Grafpol GP (b)

Na rysunku 9 pokazano algorytm sterowania – sie Grafpol GS – procesem mieszania materiałów sypkich, który został wyznaczony na podstawie transformacji algorytmu procesu – sieci Grafpol GP, oraz WIP u ytkownika sterownika PLC. Program u ytkowy PLC, napisany w j zyku LD na podstawie WIP, steruj cy procesem mieszania materiałów sypkich, zamieszczono na rys. 10.

126

Nowa Sól 08-09.06.2006 r.

IX KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 2006

MODELOWANIE I PROGRAMOWANIE PRACY NAP DÓW PNEUMATYCZNYCH

WIP Je li I0.0⋅I0.7⋅ M0.0 =1 to Q0.0(S) i Q0.1(S) i Q0.6(R) Je li I0.1=1 to Q0.0(R) Je li I0.2=1 to Q0.1(R) Je li I0.1⋅I0.2=1 to M0.0(S) i Q0.2(S) i Q0.3(S) Je li I0.4=1to T1(S_ODT, TV=5s, Q=M1.1) Je li I0.6=1 to T2(S_ODT, TV=5s, Q=M1.2) Je li M1.1=1 to Q0.2(R) Je li M1.2=1 to Q0.3(R) Je li I0.5⋅I0.3⋅M0.0=1 to T4(S_ODT, TV=2s, Q=M1.4) Je li I0.5⋅I0.3⋅M0.0⋅M1.4=1 to Q0.4(S) Je li I0.5⋅I0.3⋅M0.0=1 to T3(S_ODT, TV=55s, Q=M1.3) Je li M1.3=1 to Q0.5(S) i Q0.4(R) Je li I1.0=1 to Q0.6(S) i Q0.5(R) i M0.0(R)

Rys. 9. Algorytm sterowania – sie Grafpol GS – procesem mieszania materiałów sypkich

a)

b)

c.d

Rys. 10. Program u ytkowy PLC, steruj cy procesem mieszania materiałów sypkich: schemat sygnałów WE/WY PLC (a), program u ytkownika w j zyku LD (b) 127

IX KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 2006

Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urz dzenia odlewnicze

5. Zako czenie. Zaprezentowano metod Grafpol modelowania dyskretnych procesów produkcyjnych i programowania sterowników PLC. Teoretyczne podstawy metody Grafpol stanowi formalizm sieci działa (ang. flow-diagram) stosowanych do modelowania algorytmów programów komputerowych. Wprowadzone do sieci działa nowe elementy (w zły operacji logicznych) oraz modyfikacje umo liwiły opracowanie uniwersalnego formalizmu modelowania algorytmów dyskretnych procesów produkcyjnych. Stanowi to o du ej zalecie sieci operacyjnej. Elementy sieci operacyjnej umo liwiaj zapis etapów elementarnych procesów dyskretnych i dowolnie zło onych funkcji logicznych, okre laj cych warunki logiczne realizacji etapów elementarnych. W metodzie Grafpol do reprezentacji algorytmów: procesu i sterowania przyj to sie , która przedstawia wymienione algorytmy w sposób graficzny oraz reprezentuje warunki logiczne realizacji etapów elementarnych w sposób analityczny. Sie Grafpol jest wyznaczana na podstawie sieci operacyjnej. Metoda Grafpol pozwala na modelowanie dowolnie zło onych procedur algorytmów procesów dyskretnych, np. sekwencyjnych, czasowych, współbie nych oraz mieszanych, a zatem mo e by stosowana do automatyzacji nowoczesnych systemów wytwórczych. 6. Literatura. 1. T. Mikulczy ski, R. Wi cławek: Zastosowanie metody Grafpol do programowania sterowników PLC. Pomiary Autom. Robot. 2000, R. 4, nr 10 2. T. Mikulczy ski, Z. Samsonowicz, R. Wi cławek, R. Wikiera: Zastosowanie metod MTS i Grafpol do programowania sterowników PLC na przykładzie wybranego procesu technologicznego. Konferencja Automation '97, T.2, Warszawa 1997 3. T. Mikulczy ski, R. Wi cławek: Zastosowanie metody Grafpol do syntezy układów sterowania nap dami pneumatycznymi. Hydraul. Pneum. 2002, R. 22, nr 3

128

Nowa Sól 08-09.06.2006 r.