Styring : for teknisk fagskole, linje for elektro, fordypningsområde automatisering

222 Pages·2000·84.956 MB·Norwegian

by  Eggen, Trym Staal

Trym Staal Eggen
Styring
For teknisk fagskole, linje for elektro,
fordypningsområde automatisering
NB Rana
Depotbiblioteket
o
Vette Viten as
© Vett & Viten AS 2000
ISBN: 82-412-0458-2
Utgitt med støtte fra Kirke-, undervisnings- og forskningsdepartementet. Boka er beregnet
for elever i teknisk fagskole, linje for elektro, fordypningsområde automatisering.
Det må ikke kopieres fra denne boka i strid med åndsverkloven eller avtaler om kopiering
inngått med Kopinor, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk.
Kopiering i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning,
og kan straffes med bøter eller fengsel.
Utforming/sats: Jan Hugo Strand
Printed in Norway 2000
by Preutz Grafisk as, Larvik
Utgiver:
Vett & Viten AS
Postboks 203, 1379 Nesbru
Telefon adm: 66 84 90 40
Telefon ordrekontor: 66 98 39 80
Telefax: 66 84 55 90
http:Wwww.vettviten.no
e-post: [email protected]
Forord
Boken tar sikte på å gi en grunnleggende innføring i styresystemer.
Temaet er så stort at det er nødvendig å begrense seg både i bredde
og dybde. Derfor har vært nødt til å treffe valg og gjøre prioriter­
inger. Slike valg kan selvsagt diskuteres, og det finnes ingen
fasitsvar. Det er helt umulig for en bok av begrenset størrelse å
kunne gi detaljerte svar på alle spørsmål man vil komme på når man
setter seg inn i materien. Det henvises til de hyllemeter med manu­
aler som leverandørene utstyrer sine kunder med. Det anbefales
snarest å begynne og gjøre seg fortrolig med manualene og bruken
av disse.
Det er først tatt med et kapittel om tradisjonelle relékoplede sys­
temer, men i hovedsak er boken bygget opp omkring Programmer­
bare Logiske Styringer - PLS. Det finnes mange leverandører av PLS,
og hver har gjerne et større eller mindre spekter av produkter. Det
finnes heller ingen standard. Det har derfor vært nødvendig å treffe
valg. Valget har falt på Siemens S7, som programmeres under
Windows. Det som blir vist av metoder, kunne generelt like gjerne
vært vist på andre merker, som Allen-Bradley, ABB eller andre.
Boken ville ikke sett veldig annerledes ut om den hadde vært bygd
opp om PLS fra en annen leverandør.
Distribuert I/O er et område i sterk utvikling og som sannsynligvis
bare vil bli viktigere og viktigere. Det er derfor tatt med et større
kapittel om PROFIBUS. Mange kan mene at dette kapitlet kan være
uhensiktsmessig stort og tungt. Mange vil ikke ha bruk for detaljerte
kunnskaper om PROFIBUS, men det er hovedsakelig tatt med for
spesielt interesserte.
Hvert hovedkapittel er avsluttet med noen kontrolloppgaver, og
siste kapittel består utelukkende av programmeringsoppgaver.
Ris og ros samt forslag til forbedringer tas imot med takk på email
HYPERLINK mailto:[email protected] [email protected].
Til slutt vil jeg rette en takk til Bjørnar Larsen for tips og råd i star­
ten.
Haute-Loire, Frankrike, juli 2000
Trym Staal Eggen
5
o
INNHOLDSFORTEGNELSE
Innholdsfortegnelse
I Relékoplede styresystemer 8
1.1 Arbeidsforhold for kontaktorer og reléer 8
1.1.1 Sekvensdiagram 10
1.2 Reléer 11
1.2.1 Oppbygning og virkemåte 11
1.2.2 Det magnetiske kretsløpet 12
1.2.3 Klebing 12
1.3 Kontakter og kontaktfunksjoner 14
1.4 Statiske kontaktorer og reléer 14
1.5 Reléer med forsinket inn- og utkopling 16
1.5.1 Faste forsinkelser 16
1.5.2 Forsinket utkopling (frafallsforsinket) 17
1.5.3 Forsinket innkopling 17
1.5.4 Forsinket innkopling og utkopling 18
1.5.5 Hurtig innkopling 19
1.5.6 Reléer med flere spoler 19
1.5.7 Forsinket innkopling og normal utkopling 20
1.5.8 Forsinkelser ved både ved inn- og utkopling 20
1.5.9 Tidsreléer - regulerbare forsinkelser 21
1.5.10 Praktisk bruk av tidsreléer 23
1.6 Impulsreléer (fjernbrytere) 31
1.7 Elektroniske reléer 31
1.8 Logikkreléer 32
1.9 Fordeler og ulemper ved å bruke relékoplede styresystemer 32
1.9.1 Fordeler 33
1.9.2 Ulemper 33
1.10 Kontrollspørsmål 33
2 PLS - en introduksjon 35
2.1 Bakgrunn og historikk 35
2.2 Kontrollspørsmål 36
3 Definere og strukturere styringsoppgaven 37
3.1 Planlegging av et prosjekt 37
3.2 Dele prosessen inn i frittstående deler 38
3.3 Beskrive de enkelte prosessdelene 40
3.4 Sikkerhetskrav 43
3.5 Definere operatørpaneler og andre betjeningsorganer 45
3.6 Lage konfigureringsdiagram 46
3.7 Kontrollspørsmål 47
4 Montere og kople opp PLS 49
4.1 Hva vi må vite før vi begynner 49
4.2 Installering av PLS 50
4.3 Elektrisk oppkopling av PLS 50
4.4 Tilkopling av programmeringsenhet eller PC 50
4.5 Kontrollspørsmål 50
5 Programmeringsverktøy 51
5.1 Ulike typer 51
5.2 Programmeringsverktøyet STEP 7 52
5.3 Bruk av programmeringsverktøyet STEP 7 52
5.4 STEP 7-objekter 53
7
Innholdsfortegnelse
5.5 Lage en ny prosjektstruktur 54
5.6 Kontrollspørsmål 54
6 Konfigurere og tilordne parametre 55
6.1 Hva det vil si å konfigurere og tilordne parametre? 55
6.2 Hvordan man konfigurerer og tilordner parametre 55
6.3 Start med å nullstille CPU-hukommelse 55
6.4 Hvordan konfigurere og tilordne parametre 56
6.5 Tilordne parametre 58
6.6 Kontrollspørsmål 60
7 Programmere logikkblokker med STEP 7 61
7.1 Prosedyre for programmering av blokker 61
7.2 Hvordan lage de nødvendige blokkene 62
7.3 Programmering 62
7.4 STL-programmering 63
7.5 LAD-programmering 68
7.6 FBD-programmering 71
7.7 Kontrollspørsmål 75
8 Nedlasting (downloading) og testing av brukerprogrammet 77
8.1 Grunnleggende prosedyrer for nedlasting og testing 77
8.2 Hvordan nedlaste brukerprogrammet til PLS 77
8.3 Testing 79
8.4 VAT-blokk 84
8.5 Kontrollspørsmål 87
9 Mer komplekse program 89
9.1 Generelt 89
9.2 Nettverk, titler og kommentarer 89
9.3 S- og R-funksjoner 92
9.4 Timere (tidsfunksjoner) 94
9.4.1 SD-timer (Start-on Delay) 94
9.4.2 SP-timer (Start Pulse) 96
9.4.3 SE-timer (Start Extended Pulse) 96
9.4.4 SS-timer (Start Retentive On-Delay Timer) 97
9.4.5 SF-timer (Start Off-Delay Timer) 97
9.5 Tellere 97
9.5.1 Opp-teller S-CU 98
9.5.2 Ned-teller S_CD 99
9.5.3 Opp/ned-teller S_CUD 99
9.6 Markører eller flagg (bit memory) 100
9.7 Blokktyper 102
9.7.1 Organisasjonsblokker (OB) og Interrupt 102
9.7.2 Tidsinterrupt-OB (Time-of-Day Interrupt)
(OB10 til OB17) 104
9.7.3 Maskinvareinterrupt 104
9.7.4 Funksjon (FC) 106
9.7.5 Funksjonsblokker (FB) 106
9.7.6 Systemfunksjoner (SFC) 106
9.7.7 Systemfunksjonsblokker (SFB) 106
9.8 Datablokker 107
9.8.1 Felles datablokker 107
9.8.2 Instansdatablokker 108
9.9 Symbolsk adressering - tilordningsliste 109
9.10 Kryssreferanseliste 117
9.11 Sammenlikninger 119
9.12 Typer av sammenlikninger 120
9.12.1 Likhet (==) 120
8
INNHOLDSFORTEGNELSE
9.12.2 Ulikhet (<>) 120
9.12.3 Større enn (>) 120
9.12.4 Større enn eller lik (>=) 120
9.12.5 Mindre enn (<) 121
9.12.6 Mindre enn eller lik (<=) 121
9.13 Sammenlikning i en logisk operasjon 121
9.13.1 Sammenlikning først i en logisk operasjon 121
9.13.2 Sammenlikning innen en logisk operasjon 121
9.13.3 Flere sammenlikninger sammen 122
9.14 Programflyt 122
9.15 LOOP 125
9.16 Kontrollspørsmål 126
10 Program for blandekaret 127
10.1 Generelt 127
10.2 Prosessen 127
10.2.1 Komponent A og komponent B 127
10.2.2 Blandetanken 127
10.2.3 Avløp 128
10.2.4 Operatørstasjon 128
10.3 Definere logikkblokker 128
10.4 Tilordne symbolnavn og lage tilordningsliste 129
10.5 Lage FB for motorene 130
10.6 Lage FC for ventilene 134
10.7 Lage OB1 136
10.8 Kontrollspørsmål 140
I I l/O-moduler 141
11. 1 Generelt 141
11. 2 Binær I/O 141
11.2. 1 Binære innganger 141
11.2. 2 Binære utganger 141
11. 3 Analog I/O 141
11.3. 1 Analoge innganger 142
11.3. 2 Analoge utganger 142
11. 4 Intelligent I/O 142
11. 5 Kontrollspørsmål 142
12 Bussarkitektur 143
12.1 Hvorfor bruke nettverk? 143
12.1.1 Hva er bussarkitektur, og hvorfor brukes det? 143
12.2 PROFIBUS-familien 145
12.2.1 Generelt 145
12.2.2 PROFIBUS-DP 145
12.2.3 PROFIBUS-PA 145
12.2.4 PROFIBUS-FMS 145
12.3 Basisegenskaper 145
12.3.1 Protokollarkitektur 146
12.3.2 Overføringsteknikk 148
12.3.3 PROFIBUS bussaccess 154
12.4 PROFIBUS-DP 156
12.4.1 PROFIBUS-DP basisfunksjoner 156
12.4.2 Basisegenskaper 158
12.4.3 Systemkonfigurasjon og DP-typer 158
12.4.4 Systemegenskaper 160
12.4.5 Syklisk dataoverføring mellom DPMI og DP-slaver 161
12.4.6 Syklisk dataoverføring mellom DPMI og
konfigureringsenhet 161
9
Innholdsfortegnelse
12.4.7 Syne og freeze 162
12.4.8 Beskyttelsesfunksjoner 162
12.4.9 Utvidede DP-funksjoner 163
12.4.10 Slavedatabasefiler (DDB) for åpen kommunikasjon 165
12.4.11 Identifikasjonsnummer 167
12.4.12 PROFIBUS-DP profiler 167
12.5 PROFIBUS-PA 168
12.5.1 PROFIBUS-PA overføringsprotokoll 170
12.5.2 PROFIBUS-PA-profil 170
12.6 PROFIBUS-FMS 171
12.6.1 PROFIBUS-FMS applikasjonsnivå 172
12.6.2 PROFIBUS-FMS kommunikasjonsmodul 172
12.6.3 Kommunikasjonsobjekt og objekt-bibliotek (OD) 172
12.6.4 PROFIBUS-FMS-tjenester 174
12.6.5 Lower Layer Interface (LLI) 176
12.6.6 Syklisk/Asyklisk-dataoverføring 176
12.6.7 Liste over kommunikasjonsforbindelser (CRL) 177
12.6.8 Nettverksadministrasjon 177
12.6.9 Blandet kommunikasjon PROFIBUS-FMS og
PROFIBUS-DP 178
12.6.10 PROFIBUS-FMS Profiler 178
12.7 Implementeringsmuligheter 179
12.7.1 En-krets løsning for enkle DP-slaver 181
12.7.2 Implementering av intelligente FMS- og DP-slaver 181
12.7.3 Implementering av komplekse FMS- og DP-mastere 181
12.7.4 Implementering av PA-feltenheter 182
12.8 Sertifisering 182
12.9 Oppsummering av PROFIBUS 185
12.10 Eksempler på PROFIBUS-nettverk 185
12.10.1 Distribuert binær I/O 185
12.10.2 SIMODRIVE 611 Universal 188
12.10.3 SIMOVERT MASTERDRIVE 189
12.11 Pneumatikk 190
12.12 Kontrollspørsmål 192
13 Redundans 193
13.1 Kontrollspørsmål 196
14 Interruptprogrammering 197
14.1 Generelt 197
14.1.1 Prioritet 197
14.1.2 Utkopling av interrupt 198
14.1.3 Aktuelle signaltilstander 198
14.2 Maskinvareinterrupt (Hardware Interrupt) 198
14.2.1 Generere maskinvareinterrupt 198
14.3 Kontrollspørsmål 199
Dokumentasjon 201
Programmeringseksempler 203
16.1 Transportbånd 203
16.2 Tellereksempel 209
Programmeringsoppgaver 213
Litteratur- og kildehenvisninger 217
Figur- og tabell-liste 219
Stikkordregister 223
10
Relékoplede styresystemer
Kapittel 1
Relékoplede
styresystemer
Dette kapitlet er ment å gi en liten innføring i noen av de grunn­
leggende prinsippene for relékoplede styresystemer og noe om for­
deler og ulemper ved slike systemer. Selv om boken først og fremst
er konsentrert om PLS, er fortsatt mange relékoplede anlegg i drift.
Dessuten er PLS-tenkningen for en stor del basert på reléfilosofi.
Et relékoplet styresystem består av kontaktorer, reléer og annet
nødvendig materiell som brytere, givere og signallamper. Her vil vi
imidlertid konsentrere oss om reléer, tidsreléer, kontaktorer og log­
iske koplinger.
Styresystemet bygges inn i et apparatskap som inneholder sikring-
er, kontaktorer, reléer, tidsreléer, rekkeklemmer og annet relevant
materiell.
I. I Arbeidsforhold for kontaktorer
og reléer
I signal- og manøverkretser trenger vi ofte reléer og kontaktorer
som har en annen innkoplingstid eller utkoplingstid (frafallstid)
enn normalt. Det kan være behov for reléer og kontaktorer som har
hurtig innkopling og forsinket utkopling eller omvendt, eller reléer
og kontaktorer som er hurtigvirkende både ved inn- og utkopling.
For å forstå og vurdere samspillet mellom de forskjellige kon­
taktorene og reléene må vi kjenne til arbeidsforholdene deres ved
inn- og utkopling.
Begrepene innkoplings- og frafallstid kan enkelt forklares med et
forenklet strøm/tid-diagram, som vises på figur 1.
Figur 1 gir en prinsipiell og funksjonsmessig oversikt over arbeids-
forløpet til et relé. Ofte trenger vi å kjenne flere detaljer om dette
arbeidsforholdet:
Driftstid: Tiden fra kontaktoren eller reléet blir spenningssatt (inn­
kopling) til spenningen blir frakoplet (utkopling).
Arbeidsstrøm: Den minste strømmen som skal til for at ankeret
skal begynne å trekke til og begynne bevegelsen mot den sta­
sjonære kjernen.
11
Kapittel 1
Forklaring:
tO. Spolekretsen sluttes, og relé-
spolen blir satt under spenning.
t1. Strømmen gjennom reléspolen
blir så stor at kontaktene
begynner å bevege seg -
arbeidskontakter begynner å
lukke, mens hvilekontakter
begynner å åpne.
t2. Den mekaniske bevegelsen er
fullført, reléet er slått helt inn og
kontaktene aktivert - arbeids­
kontakter er lukket og hvilekon­
takter er åpnet.
t3. Spolekretsen i reléet brytes.
t4. Strømmen gjennom spolen har
avtatt så mye at reléet begynner
å falle tilbake til hvilestillingen.
Legg merke til at reléet begynn­
er å falle tilbake ved en lavere Driftsstrøm: spolens normalstrøm under drift (når ankeret er til­
strøm enn det som skal til for at
det begynner å slå inn! trukket). Normalstrømmen er, for likespenningsdrift, gitt av drifts-
t5. Reléet har falt helt tilbake til spenningen og den ohmske motstanden i spolen og tilledninger.
hvilestillingen, og kontaktene er
gått tilbake til sine respektive
hvilestillinger. Driftspenning: Spenningsnivået som er påtrykket spolen.
Frafallstrøm: Den strømmen kontaktoren trekker fra nettet når den
begynner å falle ut, når magnetkraften er blitt mindre enn retur-
fjærkraften. Vi minner om at vi observerte at det skal mindre strøm
til for å holde en kontaktor inne enn for å slå kontaktoren inn.
Vi skal også være klar over at det er mange fenomener som berører
driften av et relé, uten at vi kan gå dypt inn i alt her.
Vi kan nevne bryterprell, som oppstår hver gang en bryter lukkes
eller åpnes. Særlig hvis bryteren brukes til å kontrollere likespenn-
ing, kan prell være et stort problem, som fører til kontaktslitasje i
form av brente kontaktflater. Problemet kan reduseres, blant annet
ved å kople slukkekondensatorer i parallell med bryterne. Ved AC-
applikasjoner er problemet langt mindre, fordi vi har nullgjennom-
ganger 100 ganger hvert eneste sekund (ved 50 Hz), slik at lysbuer
slukker av seg selv.
Videre har vi ved DC-applikasjoner et problem med reléspoler. På
grunn av spolens induktans og dens opptreden er det vanskelig å
bryte spolestrømmen brått. Dette er et problem for den kontakten
som skal lukke og åpne spolekretsen. Kontakten kan få alvorlige
lysbueskader i forsøket på å bryte kretsen. Det finnes imidlertid løs­
ninger som hjelper, som friløpsdioder koplet i parallell med spolen
i motsatt retning av strømretningen. Da kan spolen «rase av seg»
energien gjennom dioden, og den kontrollerende kontakten spares
betraktelig.
Fra spenningen koples til, vil det på grunn av induksjonsspenning
ta en viss tid før arbeidsstrømmen er blitt så stor at magnetkraften
begynner å overvinne fjærkraften og ankeret begynner å bevege seg
mot kjernen.
12