Elektroničko upravljanje procesom

Upravljanje proizvodnim ili uslužnim procesom je jedan od najvažnijih zadataka inženjera. Poznatiji uređaj pomoću kojega se može upravljati složenim proizvodnim ili uslužnim procesom je programabilni logički kontroler (upravljač) opće prepoznatljiv kao PLC.

Prvo pojavljivanje PLC-ova u praktičnoj primjeni veže se za rane 70-e godine prošlog stoljeća, a nastali su na bazi računala tadašnjeg vremena. Prije pojave PLC-a industrijski proizvodni pogoni su uglavnom bili upravljani sustavima baziranim na relejnim krugovima. Svaki put kada bi se promijenio proizvodni program morale su se izvoditi prilagodbe upravljačkih sklopova što je izazivalo dugotrajne zastoje u proizvodnji i velike troškove.

Retain varijable u IEC 61131-3

IEC 61131-3 je pokušaj stvaranja jedinstvenog i standarniziranog naćina pisanja programa na PLC uređajima. Mnogi veliki proizvođači PLC opreme su prihvatili ovaj standard te dodali na njega neka od svojih rješenja i funkcije. Standard ima jako puno ljudi i organizacija koji ga podržavaju i rade na njegovu razvoju, ali veliki dobavljači PLC opreme i dalje paralelno pokušavaju svoj programski jezik promovirati.

Ovaj standard koriste Lenze PLCovi integrirani u frekventne pretvarače namjenjene servo pogonima. Lenze je inaće Njemački proizvođač opreme koji je jedan od lidera u proizvodnji frekventnih pretvarača namjenjenog upravljanju servo motora (servo frekventni pretvarači).

IEC 61131-3 koristi 4 tipa operanda:
• Konstante
• Varijable
• Adrese
• Pozivi funkcija

Varijable su operadni koji sam najčešće koristio i koji se zapravo najčešće i koriste kod programiranja PLCova.

Tema ovog članka su Retain varijable sa kojima sam imao problema nakon izmjene programa za razvoj PLC programa sa Lenze PLCom (Drive Developer Studio), odnosno nakon izmjene unutar PLCa. Retain varijable su varijable kojima vrijednost ostane zapamčena ako iznenada PLC ostane bez napajanja. Tako da je moguće nakon ponovnog paljenja stroja imati neke vrijednosti stanja memorirane.

Kod starijih verzija ServoPLCa (frekventnog pretvarača koji u sebi ima PLC regulaciju i upravljanje servo pogona) bilo je moguće direktno definirati Retain varijablu u prostoru za deklariranje varijabli. Nakon verzije pretvarača 7.0 to više nije bilo moguće tako jednostavno nego je bilo potrebno napraviti sljedeće korake u Drive Developer Studiu:

1. Varijable čije vrijednosti želimo imati nakon nestanka napajanja na PLCu definiramo kao globalne varijable

2. Pridjelimo tim varijablama Code u Instance parameter manageru kako bi mogli varijablima pristupiti uz pomoć nekog upravljačkog sučelja (HMI panela



3. Nakon toga definiramo među globalne varijable koje će nam poslužiti samo za spremanje, odnosno ponovno vračanje vrijednosti nakon aktivacije PLCa



4. U programu (ST naèin programiranja) koji nam odraðuje proraèune kopiramo vrijednosti koje želimo zapamtiti u meðuvarijable

Dsr1_INIT:=Dsr1;
Dsr2_INIT:=Dsr2;

Ovdje su nam: Dsr1 i Dsr2 globane varijable povezane na code u Instance parametre menageru Dsr1_INIT i Dsr2_INIT globalne meðuvarijable koje nam služe za spremanje vrijednosti koje želimo memorirati.

5. U programu PLC_ColdStart(PRG) vratiti spremljene vrijednosti na varijable koje su povezane sa Codeovima kako bih ih mogli prikazati na upravljačkom panelu (HMI panelu) naredbama:

LD Dsr1_INIT
ST Dsr1
LD Dsr2_INIT
ST Dsr2

PLC_ColdStart je program koj dolazi u gotovo svima predlošcima (templateovima) a služi za inicijalizaciju početnih globalnih i sistemskih varijabli nakon ponovnog paljenja PLC.



Tek nakon ovakvog načina korištenja Retain varijabli moguće je na panelu (HMI) imati neke vrijednosti koje želimo zapamtiti (Dsr1 i Dsr2) nakon ponovnog paljenja stroja. Ova funkcija je važna za strojeve koji moraju zapamiti pozicije motora odnosno osi nakon što se stroj upali.

To nije tolko važno kod CNC glodalica jer one mogu otiči na nultu poziciju i nakon toga znamo gdje je os u odnosu na tu nultu poziciju, ali kod strojeva za izradu opruge nije moguće pomicati osi. Stroj za izradu opruga često nakon paljenja ima mehanički postavljene pipke i alate koji se pokreću servo motorima tako da nije moguče pomicanje osi jer bi se žica pomakla i skinula sa pipka i Retain Varijable su tu jedino riješenje.

Servo upravljanja na strojevima

Servo upravljanja su jedno od najzahtjevnijih upravljanja strojevima. Kod ovakvog upravljanja se zahtjeva visoka točnost i velika brzina. Problematika koja se javlja je najčešće vezana uz brzinu komunikacije između pojedinih elemenata i brzina rada (obrada i izvršavanje) samih elemenata.

Na tržištu postoji više dobavljača opreme koji svaki za sebe ističe da je najbolji. Konkretno sam imao iskustva sa Lenzeom i njihovom servo opremom, pa ću stoga ovdje opisati neke od radova na razvoju višeosnih servo mašina u trvtkama u kojima sam radio. Razvoj uključuje odabir opreme i pisanje programa za sve elemente upravljanja kao i izrada električne dokumentacije.

Dva velika stroja na kojima sam radio kompleksna servo upravljanja su:

1. CNC servo stroj za motanje opruga na pipak


Motor M1 - servo motor uvlačenja žice sa getribom
Motor M2 - servo motor pipka koraka s linearnim vođenjem
Motor M3 - servo motor pipka koraka s linearnim vođenjem
Motor M4 - asinhroni motor podizanja srednjeg noža i sustava sječenja
Motor M5 - asinhroni motor podizanja srednjeg noža i sustava sječenja
Motor M6 - servo motor pipka konusa s linearnim vođenjem
Motor M7 - servo motor pipka konusa s linearnim vođenjem
Motor M8 - asinhroni motor hidrauličkog sustava
Cilindar C1 - hidraulički cilindar stezanja valjaka 1
Cilindar C2 - hidraulički cilindar stezanja valjaka 2
Cilindar C3 - hidraulički cilindar stezanja valjaka 3
Cilindar C4 - hidraulički cilindar stezanja valjaka 4
Cilindar C5 - hidraulički cilindar stezanja valjaka 5
Cilindar C6 - hidraulički cilindar sječenja gornjeg
Cilindar C7 - hidraulički cilindar sječenja doljnjeg
Cilindar C8 - hidraulički cilindar stezanja srednjeg noža

2. CNC servo stroj za motanje opruga na trn

Motor M1 - servo motor motanja žice
Motor M2 - servo motor pomicanja glave uvlačenja
Motor M3 - servo motor uvlačenja žice
Motor M4 - servo motor podizanja glave uvlačenja

Ovo je bio prikaz kako je to izgledalo na novim mašinama. Princip rada i sama struktura elemenata automatizacije je bila ista i na remontima starih strojeva. Stoga ću na njima prikazati djelove sustava i pruncip rada sa opisima.

Svi strojevi su imali 3 i više servo upravljive osi upravljane preko PLC na kojemu se je razvila aplikacija prikladnim alatom i „programskim jezikom“ IEC 61131-1. Unos podataka za algoritme proračuna na PLC izvršavao se na više oblika sučelja. Najčešći oblik sučelja je bio HMI sa ekranom osjetiljivim na dodir, a zadnje verzije programa su kao sučelje imale jednostavnije oblike industrijskih PC-eva na kojima se je izvršavao i jedan dio proračuna. Izvršni elementi su bili servo motori i različiti zračni i hidtraulični cilindri.


Raspored motora i približan izgled jednog remonta stare mehaničke mašine za motanje opruga možete vidjeti na slici dolje. Nakon remonta mašine dobivamo CNC mašinu za izradu opruga na kojoj se veoma brzo unjeti ili učitati parametri opruga bez mijenjanja i prilagođavanja mehanike.


Principna shema spajanja opreme je vidljiva na slici dolje. Ovdje se hijerarhijski vidi raspored opreme i međusobne veze pojedinih elemenata. Zbog velike brzine izvođenja procesa ovdje veliku važnost ima brzina izvođenja algoritama na elementima procesa i brzina međusobne komunikacije. Svaki servo motor na sebi ima resolvere i preko njih Servo inverter dobiva informaciju i stvarnim pozicijama i vrši korekciju uz pomoć PID regulatora pozicije i brzine.
Ovdje je samo na primjeru za jedan remont mašine prikazan pincip za 4 osi, isti princip se analogno primjenjuje i za više osi.

PLC sa tekstualnim panelom

Uskoro ćemo opisati par projekata uz pomoć PLC sa tekstualnim panelom. Radi se o standardnom PLCu sa punom funkcionalnošću osnovnih PLC operacija, velikim brojem ulaza/izlaza i HMI sučeljem za unos procesnih vrijednosti.

Kompaktan i ekonomičan ovaj PLC stvoren je specijalno za automatizaciju malih strojeva i srednje zahtjevnih aplikacija. Programira se u Laderu (24k Lader code-a) i nudi veoma jednostavno programiranje HMI panela u istom razvojnom programu.

Osim većeg broja ulaza i izlaza (analognih i digitalnih) moguće je sa pojednim jačim modelima i uz dodatne module komunicirati preko GSM sa ranije definiranim SMSovima i preko MODBUSa.

Ovaj uređaj koji u sebi ima integrirane funkcije PLC-a i HMI-a nam omogučaja jednostavno i brzo riješavanje manje zahtjevnih procesa automatizacije. Montažom ovakvog uređaja na šinu ili vrata ormara štedimo na prostoru i smanjujemo ožičenje. Najveća prednost ovog uređaja je što je jednostavna i brza izrada programa na operacijsom paneli koji se nalazi na samom PLC-u, čime riješavamo jednostavmo najčešći problem automatizacije a to je komunikacija operacijskog panela (najčešće HMI) i PLC-a.

Model koji koristimo nalazi se na slici:

Radi se o modelu sa sljedećim karakteristikama:

* 16 digitalnih ulaza + 2 koja mogu imati funkciju brzog brojanja ili normalnih digitalnig ulaza
* 2 analogna ulaza koji mogu biti i digitalni
* 2 analogna ulaza (isključivo analogni ulazi)
* 20 tranzistorskih izlaza
* dvoredni HMI operacijski panel sa mogučnosti upisa 16 znakova u 2 linije
* napajanje 24 V DC

Rad sa programom i razvoj aplikacije je veoma jednostavan i logičan. Veoma je pohvalno što sam bez ikakvog problema uspio spojiti PLC sa razvojnim programom na PC-u. Razvojni program je veoma jednostavan jedina mu je zamjerka malo lošije opcije i nelogičan rad sa Timerima i Counterima pogotovo ako ste navikli raditi programiranje PLC-ova IEC 61131-3 standardom.