Cursus technicus aandrijfsystemen programmeerbare logische controllers PDF

Preview

Summary

x...

Description

KENNISMAKING MET BECKHOFF PLC EN TWINCAT

OPLEIDING TAS/PLC TECHNICUS AANDRIJFSYSTEMEN PROGRAMMEERBARE LOGISCHE CONTROLLERS CENTRUM VOOR VOLWASSENENONDERWIJS SINTE ANNALAAN 99 B BE-9300 BE9300--AALST M. BONNER

INHOUD HOOFDSTUK 1 ALGEMEENHEDEN. .....................................................................................................3 1.1 Klassieke besturingen. ...................................................................................................................3 1.2 Programmeerbare besturingen. .....................................................................................................4 1.3 Blokschema....................................................................................................................................5 1.4 Soorten PLC’s. ...............................................................................................................................6 HOOFDSTUK 2 BECKHOFF HARDWARE. ............................................................................................7 2.1 Samenstellen van een PLC configuratie. .......................................................................................7 2.2 Beckhoff busklemmen of modules als universele bouwstenen......................................................8 2.3 Aansluiten van een Beckhoff PLC................................................................................................13 2.4 Aansluiten van de PLC op het bussysteem..................................................................................14 2.5 RESET naar fabrieksinstellingen..................................................................................................16 HOOFDSTUK 3 DIGITALISERING. .......................................................................................................17 3.1 Informatieverwerking....................................................................................................................17 3.2 Digitaliseren van een analoog signaal..........................................................................................18 3.3 Digitaliseren van een decimaal getal............................................................................................19 3.4 Talstelsels. ...................................................................................................................................19 3.5 Voorstelling van variabelen. .........................................................................................................21 3.6 Programmeren. ............................................................................................................................23 HOOFDSTUK 4 BECKHOFF SOFTWARE............................................................................................25 4.1 KS2000.........................................................................................................................................25 4.2 Beckhoff Information System. ......................................................................................................26 4.3 TwinCat. .......................................................................................................................................27 4.4 Human Machine Interface. ...........................................................................................................29 HOOFDSTUK 5 SYSTEM MANAGER MET EEN BESTAANDE PLC. ..................................................30 5.1 De PLC configuratie inlezen.........................................................................................................30 5.2 De configuratie van de I/O modules activeren. ............................................................................32 5.3 Programmeren met een aangesloten PLC...................................................................................35 HOOFDSTUK 6 EENVOUDIG PROGRAMMEREN...............................................................................45 6.1 Basisschakelingen........................................................................................................................45 6.2 Omzetten van een stroomkringschema naar een PLC programma. ...........................................46 6.3 Links-Rechts schakeling. .............................................................................................................47 6.4 Ster-Driehoek schakeling.............................................................................................................48 6.5 Programmeren en simuleren zonder PLC....................................................................................51 HOOFDSTUK 7 STANDAARD FUNCTIE BIBLIOTHEEK. ....................................................................57 7.1 Inleiding. .......................................................................................................................................57 7.2 Bistabiele functie Set-Reset. ........................................................................................................57 7.3 Functie blok Counter. ...................................................................................................................62 7.4 TOF (Timer Off Delay). ................................................................................................................65 7.5 TON (Timer ON Delay). ...............................................................................................................66 7.6 TP (Timer Puls Block). .................................................................................................................67 7.7 Oefeningen op timers...................................................................................................................68 7.8 Flankdetectie................................................................................................................................69 HOOFDSTUK 8 GRAFCET....................................................................................................................70 8.1 Principe. .......................................................................................................................................70 8.2 Stappen........................................................................................................................................70 8.3 Vertakkingen. ...............................................................................................................................72 8.4 Sprongfunctie. ..............................................................................................................................72 8.5 Subroutines. .................................................................................................................................74 HOOFDSTUK 9 SEQUENTIËLE SCHAKELINGEN...............................................................................75 9.1 Kenmerken...................................................................................................................................75 9.2 SFC. .............................................................................................................................................76 9.3 Oefening: Knipperlicht..................................................................................................................78 9.4 Oefening: Pneumatische cyclus...................................................................................................81 9.5 Oefening: Verkeerslichten............................................................................................................82 HOOFDSTUK 10 Structured text............................................................................................................83

__________________________________________________________________________________ Opleiding TAS/PLC - Kennismaking met Beckhoff PLC en TwinCAT - M. Bonner Pag 2 / 83

HOOFDSTUK 1 ALGEMEENHEDEN. 1.1 Klassieke besturingen. 1.1.1 Het verleden. - Om bepaalde handelingen te verrichten worden machines gebouwd die meestal een mengeling zijn van mechaniek, elektriciteit, pneumatiek, hydraulica, elektronica, enz. - De hoofd- of vermogenkring bestaat meestal uit een of meerdere (zware) elektrische, pneumatische of hydraulische motoren, cilinders of andere verbruikers. Deze worden op de klassieke manier aangesloten en zijn voorzien van (zwaardere) leidingen om de benodigde energie tot aan deze verbruikers te brengen. - Het geheel werd gestuurd door een stuurkring met relais, hulprelais, tijdrelais, contactoren, elektropneumatische ventielen, enz. De besturing kan pas tot stand komen wanneer de opgave is gekend en opgelost. Pas daarna kunnen we bepalen welke schakelelementen nodig zijn. Vervolgens worden de drukknoppen, relais, contactoren, andere bedieningstoestellen, enz in een schakelkast gemonteerd en aan de hand van het bedradingsschema met elkaar verbonden. 1.1.2 Nadelen. - De logica van de schakeling ligt vast in de bedrading. Wanneer men de besturing wil controleren moet men de bedrading nakijken. Bij een verkeerde verbinding zit er niets anders op dan de bedrading aan te passen. - We hebben dezelfde besturing nog eens nodig? Dan moeten we van vooraf aan herbeginnen. Opnieuw alle schakelelementen monteren en opnieuw bekabelen. - We willen de besturing veranderen? Dan moeten we componenten veranderen of bijplaatsen en de bekabeling aanpassen. Als men deze aanpassing op twintig dezelfde machines moet uitvoeren, dan moet dus twintig keer hetzelfde werk uitvoeren.

__________________________________________________________________________________ Opleiding TAS/PLC - Kennismaking met Beckhoff PLC en TwinCAT - M. Bonner Pag 3 / 83

1.2 Programmeerbare besturingen. 1.2.1 De PLC. - PLC staat voor Programmable Logic Controller. Letterlijk vertaald betekent dit Logisch Programmeerbare Besturing. Het is eigenlijk een stuk elektronica gestuurd door een programmacode. In de PLC zit een processor die op dezelfde manier werkt als een PC. - De PLC wordt in een schakelkast gemonteerd, de bedienings- en schakelelementen worden aan de verschillende in- en uitgangen van de PLC aangesloten. Daarmee is de bedrading klaar. - Op een programmeerapparaat wordt het PLC programma geschreven en via een interface naar het geheugen van de PLC getransporteerd. In het programma wordt bepaald welke uitgang op welk ogenblik gestuurd wordt. 1.2.2 Voordelen. - De functie en de werking van de machine wordt bepaald door het PLC programma en niet door de bedrading. - Voordat de machine wordt gemonteerd kan het programma met simulatie software gecontroleerd worden op fouten. Deze worden eenvoudig in het programma verbeterd zonder dat er aan de bedrading iets wordt veranderd. - Een programma is software en kan dus ontelbare keren gekopieerd worden, dit scheelt aanzienlijk in kosten en tijd. - Als de werking van de machine op een later tijdstip moet worden aangepast moet enkel het programma worden veranderd. Aanpassingen en uitbreidingen kunnen dus snel worden uitgevoerd. - De PLC kan gekoppeld worden met andere apparatuur, vb sensoren, alarminstallatie, frequentieregelaar zodat er veel meer controle mogelijk is op gans de installatie. - Tegenwoordig zullen PLC’s worden gekoppeld aan het computernetwerk van het bedrijf. Zodoende zijn alle gegevens (looptijden, status van de machine, tellers, enz) overal binnen het bedrijf beschikbaar. De ingenieurs op het studiebureau kunnen de processen opvolgen zonder op de werkvloer aanwezig te zijn. - Heden ten dage kan men zelfs op grote afstand apparatuur controleren en monitoren via een koppeling met modem, GSM, internet, enz.

__________________________________________________________________________________ Opleiding TAS/PLC - Kennismaking met Beckhoff PLC en TwinCAT - M. Bonner Pag 4 / 83

1.3 Blokschema

Belangrijkste delen van de PLC: - Op de ingangen (inputs) kun je allerlei signaalgevers of schakelelementen aansluiten zoals drukknoppen, schakelaars, fotocellen, sensoren, thermostaten, niveaumeters, positie-opnemers, enz. - Op de uitgangen (outputs) kun je actuatoren of verbruikers met een beperkt vermogen aansluiten zoals controlelampen, relais, contactoren, pneumatische ventielspoelen, interfacemodules, enz. - In de centrale verwerkingseenheid (Central Proces Unit) gebeurt de verwerking van het programma. - Het PLC-programma wordt geladen vanuit een niet vluchtig geheugen (EEPROM, USB, memory card, harde schijf) en opgeslagen in het programmageheugen (program memory). De werking is te vergelijken met een PC. Bij Beckhoff heet dit ‘BOOT PROJECT’. - In het datageheugen (data memory) worden onder andere de toestanden van timers en tellers en verwerkingsresultaten opgeslagen. Dit bestaat uit een vluchtig en een niet vluchtig gedeelte. - De ingangsbuffer PII slaat de toestanden van de ingangen op. - De uitgangsbuffer PIQ slaat de toestanden van de uitgangen op. - Met het programmeertoestel (in de meeste gevallen een PC) kun je het programma intoetsen. Je kunt er wijzigingen mee aanbrengen en je kunt het proces volgen. - De voeding (power supply) dient om al de elektronische blokken te voorzien van een gestabiliseerde gelijkspanning. Men zal proberen de verschillende onderdelen apart te beveiligen. Eventueel kan men gebruik maken van een UPS (Uninteruptable Power Supply).

__________________________________________________________________________________ Opleiding TAS/PLC - Kennismaking met Beckhoff PLC en TwinCAT - M. Bonner Pag 5 / 83

1.4 Soorten PLC’s. 1.4.1 Klassieke PLC. - Apparaat dat volledig zelfstandig kan werken. - Heeft eigen voeding en geheugen. - Programma wordt op een aparte PC ontwikkeld en getest, daarna via een verbinding (kabel, geheugenkaartje, USB stick, netwerk, draadloos) overgebracht naar de PLC. Voordelen: - Robuust en bedrijfszeker apparaat. - Flexibele configuratie door modulaire opbouw (men kan zelf zijn PLC samenstellen). 1.4.2 Slot PLC. - Dit is een PCI kaart die wordt ingeplugd in een PC. - Deze PLC kaart heeft een eigen processor en werkt onafhankelijk van de PC. Voordelen: - De configuratie van de PC wordt volledig benut en kan aangepast worden (vb uitbreiding geheugen, grotere harde schijf, snellere processor, enz). - Ook software wordt gedeeld bv een reeks metingen die binnen de PLC kaart worden uitgevoerd wordt direct in een Excel bestand opgenomen in een berekening of grafiek. Nadelen: - De omgeving is dikwijls niet zo PC vriendelijk bv fabrieksomgeving, stof, vocht, enz. - Om de PLC kaart in werking te houden moet de PC aan staan, om dit probleem te verhelpen bestaan er Slot PLC’s met een eigen voeding die onafhankelijk werken. Zodoende mag men de PC op en af zetten, dit mag de werking van de PLC kaart niet onderbreken. - De slot PLC is nooit massaal doorgebroken. 1.4.3 Soft PLC. - Dit is een zuiver softwarematige oplossing. - In tegenstelling met de Slot PLC maakt de Soft PLC wel gebruik van alle componenten van de PC (processor, voeding, geheugen, enz.) - De PLC moet de processortijd dus delen met het besturingssysteem van de PC wat tijdskritische processen onmogelijk maakt. - De sturing van de machine zelf gebeurt langs een Input/Output eiland (meestal zelf samen te stellen). De communicatie tussen PC en dit I/O eiland gebeurt via een bussysteem (bv RS485, Profibus, Modbus, CANopen, USB, industrieel ethernet). 1.4.4 Industriële PC. - De laatste trend is het inbouwen van een industriële PC in de schakelkast van de machine zelf. - Deze PC heeft alle functionaliteiten van een gewone computer en beschikt ook over alle standaard aansluitingen (muis, toetsenbord, scherm, USB, netwerk, geheugenkaartje, enz).

__________________________________________________________________________________ Opleiding TAS/PLC - Kennismaking met Beckhoff PLC en TwinCAT - M. Bonner Pag 6 / 83

HOOFDSTUK 2 BECKHOFF HARDWARE. 2.1 Samenstellen van een PLC configuratie. 2.1.1 Keuze van de controller. Beckhoff heeft control systemen in verschillende klassen: - Bus Koupler (series BK) Dit is een koppel module die enkel dient om een I/O eiland op het bussysteem te koppelen, er is geen controller aan boord, het programma wordt in een ander apparaat verwerkt. - Bus Controller (series BC) Dit is een PLC met mini controller aan boord, in ons labo werken we met de BC9000. - Bus Controller (series BX) Dit is eenzelfde PLC als de BC maar met meer geheugen, meer mogelijkheden, enz. - Embedded PC (series CX) Deze PLC heeft een ingebouwde PC, het is eigenlijk een computer, nog krachtiger dan de BX. - Industriële PC Dit is een PC in een grotere versie, meestal 19 inch om in een rack in te bouwen, dikwijls met touch screen, alle voorzieningen die op een gewone PC staan zijn aanwezig en dikwijls nog meer. 2.1.2 Keuze van de voeding. - Een aantal apparaten in de schakelkast van de machine moet worden voorzien van een (kortsluitvaste) voeding. - Voor de BC9000 voorzien we 24 V DC. In de tabel hieronder zien we dat bijna alle I/O modules voor 24 V verkrijgbaar zijn, we kiezen sensoren die ook met deze spanning werken. - Het is mogelijk andere spanningen te gebruiken indien nodig (bv een stappenmotor, een apparaat op 230V). De aansluiting hiervan bekijken we verder in de cursus. - Het is belangrijk de stroomsterkte te berekenen volgens het vermogen van de aangesloten apparaten. - Ook de beveiliging moet worden geanalyseerd, verschillende circuits met aparte beveiliging zullen de bedrijfszekerheid bevorderen (BC9000 max 2A, de aangesloten apparatuur max 10A). 2.1.3 Keuze van het bussysteem. - Alle Beckhoff koppelaars, controllers en PC’s zijn verkrijgbaar met aansluiting voor de meest gebruikte bussystemen. - Enkele voorbeelden: ethernet, ethercat, profibus, profinet, canopen, devicenet, enz. - Als algemeen bussysteem kiezen we ethernet, de netwerkstructuur is reeds aanwezig en dit is ruim voldoende om programma’s over te zetten of een diagnose te stellen van bv een machine. - Als er toch directe communicatie nodig is voor een toepassing, bv uitlezen van een encoder op afstand gebruiken we een afgesloten ethernet segment, het ethercat systeem of een aangepast protocol.

__________________________________________________________________________________ Opleiding TAS/PLC - Kennismaking met Beckhoff PLC en TwinCAT - M. Bonner Pag 7 / 83

2.2 Beckhoff busklemmen of modules als universele bouwstenen. 2.2.1 De hoofdelementen van een moduleconfiguratie. - Om de opbouw van een moduleconfiguratie of klemmeneiland te begrijpen gaan we eerst de onderstaande figuur ontleden. - We kunnen het klemmeneiland onderverdelen in drie hoofdelementen.

2.2.2 Schroefloze aansluittechniek. - Alle draadaansluitingen van de busklemmen zijn uitgerust met het schroefloze Cage Clamp® systeem. - Dit verend systeem zorgt voor een zekere verbinding die schokbestendig is en onafhankelijk van het aandraaimoment zoals bij schroefaansluitklemmen. - De aansluitklemmen zijn geschikt voor draden van 0,08mm² tot 2,5 mm². - Beckhoff levert kleine schroevendraaiertjes om de bedrading foutloos uit te voeren.

__________________________________________________________________________________ Opleiding TAS/PLC - Kennismaking met Beckhoff PLC en TwinCAT - M. Bonner Pag 8 / 83

2.2.3 Symmetrische ontgrendeling. - Door middel van het oranje lipje dat je naar voren kan trekken, kan men de klem uit het klemmeneiland verwijderen. - De symmetrische ontgrendeling vergemakkelijkt het lostrekken van de klem, hiervoor is geen werktuig nodig. - Dubbele modules zoals de module voor stappenmotor zijn uitgevoerd met een dubbele vergrendeling. - De controllers hebben bijkomende klemsystemen omdat deze ook groter zijn.

2.2.4 Spie- en veerverbinding. - De verbinding zorgt ervoor dat de klem stevig tussen de andere klemmen kan gestoken worden. - Zo verkrijg je een stabiele klemmenrij die op zijn beurt weer bijdraagt tot een bedrijfszekere dataverbinding tussen de klemmen.

2.2.5 Power-contacten. - De meeste busklemmen zijn langs beide zijden uitgerust met powercontacten. - Aan de linkerzijde van de busklem zitten metalen lipjes en aan de rechterzijde zitten er gleufjes met daarin een contact. - Op deze manier wordt de spanning doorgelust naar alle klemmen. - Voor de veiligheid is het PE...