PLC programozás alapjai

1. Logikai kapuk és logikai műveletek

A PLC-programozás egyik legfontosabb alapja a logikai gondolkodás. A PLC a bemenetek állapotából kiindulva, előre meghatározott logikai szabályok alapján dönti el, hogy egy kimenetet be- vagy kikapcsoljon.

A legegyszerűbb esetben minden jelnek két lehetséges állapota van:

0 = nincs jel / kikapcsolt állapot / HAMIS

1 = van jel / bekapcsolt állapot / IGAZ

A PLC-ben például egy nyomógomb lehet:

0 → a gomb nincs megnyomva

1 → a gomb meg van nyomva

Egy motor vagy egy munkagép kimenete pedig:

0 → a berendezés nem működik

1 → a berendezés működik

A logikai kapuk ezekből a 0 és 1 értékekből állítanak elő újabb 0 vagy 1 értékeket.

1. AND kapu – ÉS kapcsolat

Az AND kapu akkor ad 1-es kimenetet, ha minden bemenete 1.

Másképpen:

Minden feltételnek teljesülnie kell.

Példa

Egy présgépet csak akkor lehet elindítani, ha a dolgozó mindkét gombot megnyomja.

Bal gomb ÉS jobb gomb → Prés

Ha akár csak az egyik gomb nincs megnyomva, a prés nem indul.

Igazságtábla

Tehát:

0 AND 0 = 0

0 AND 1 = 0

1 AND 0 = 0

1 AND 1 = 1

Az AND tehát a „ÉS” kapcsolatot jelenti.

Például:

„A bal gomb ÉS a jobb gomb meg van nyomva.”

Ez csak akkor igaz, ha mindkét feltétel igaz.

Megjegyzés

Az AND kapcsolatot könnyű egy hétköznapi példával megjegyezni:

A tanuló csak akkor mehet ki az óráról, ha elkészült a feladattal ÉS becsengettek.

Mindkét feltételnek teljesülnie kell.

2. OR kapu – VAGY kapcsolat

Az OR kapu akkor ad 1-es kimenetet, ha legalább az egyik bemenet 1.

Másképpen:

Elég egy feltételnek teljesülnie.

Példa

Egy jelzőberendezést két különböző érzékelő is bekapcsolhat.

Érzékelő 1 VAGY Érzékelő 2 → Jelző

Ha az első érzékelő jelez, a kimenet 1 lesz.

Ha a második érzékelő jelez, a kimenet szintén 1 lesz.

Ha mindkettő jelez, akkor is 1 lesz.

Igazságtábla

Tehát:

0 OR 0 = 0

0 OR 1 = 1

1 OR 0 = 1

1 OR 1 = 1

Az OR tehát a „VAGY” kapcsolatot jelenti.

„A gép induljon el, ha a START1 VAGY a START2 gombot megnyomják.”

Már egyetlen igaz feltétel elegendő.

Fontos: a logikai VAGY esetén az sem probléma, ha mindkét bemenet 1. Ebben az esetben is 1 lesz a kimenet.

3. NOT kapu – NEGÁLÁS

A NOT kapu egyetlen bemenettel rendelkezik, és megfordítja annak értékét.

0 → 1

1 → 0

Ezért nevezzük negálásnak, tagadásnak vagy NEM műveletnek.

Igazságtábla

Példa: pánikgomb

Tegyük fel, hogy a pánikgomb jele:

Pánik = 1 → a pánikgomb meg van nyomva

Nekünk viszont arra van szükségünk, hogy tudjuk:

„A pánikgomb nincs megnyomva.”

Ehhez negáljuk a jelet.

Pánik → NOT → Pánik nincs megnyomva

Tehát ha:

Pánik = 0

akkor:

NOT Pánik = 1

Ez PLC-programozásban nagyon gyakori, hiszen sokszor nem egy esemény bekövetkezését, hanem annak hiányát kell vizsgálnunk.

4. Az AND, OR és NOT együtt

A valódi vezérlésekben ritkán használunk csak egyetlen logikai kaput. A különböző logikai műveleteket összekapcsoljuk.

Vegyük például a présgépet.

A prés akkor indulhat, ha:

• a bal gombot megnyomták,
• ÉS a jobb gombot megnyomták,
• ÉS van munkadarab,
• ÉS a pánikgomb nincs megnyomva.

Ezt logikai formában így írhatjuk fel:

PRÉS = BG AND JG AND Mdb AND NOT(Pánik)

A kifejezés jelentése:

A prés akkor működjön, ha BG és JG és Mdb igaz, miközben a Pánik jel hamis.

Itt egyszerre használjuk az:

• AND műveletet,
• NOT műveletet.

Ez már egy valódi PLC-s vezérlési feltétel.

5. Összetett logikai kapcsolat

A PLC-programozásban gyakran előfordul, hogy egy berendezés többféle feltétel teljesülése esetén is működhet.

Például:

A prés akkor indulhat, ha mindkét gombot megnyomták, VAGY a dolgozó egyik keze sérült, és ezért csak az egyik gombot használja.

Ilyenkor az OR és az AND kapcsolatokat egymásba kell építeni.

Például:

(BG AND JG) OR (BG AND BalKézFáj) OR (JG AND JobbKézFáj)

Ezután ehhez még további feltételeket kapcsolhatunk:

van munkadarab

és

nincs pánikhelyzet.

Így egyre összetettebb logikai függvényt kapunk.

Ez azért fontos, mert a PLC-programozásban a nehézséget általában nem maga az AND vagy az OR kapu jelenti. A valódi feladat annak eldöntése, hogy egy szöveges technológiai leírásból hogyan készítsünk helyes logikai feltételt.

6. A három alapvető logikai kapu összefoglalása

Egyszerű memória-segédlet

AND → MINDEN kell

OR → ELÉG EGY

NOT → MEGFORDÍTJA

7. Logikai kapuk a PLC-ben

A PLC-ben a bemenetek általában címkézett változóként jelennek meg.

A présgépes szimulátorban például:

I03 → BG – bal gomb

I04 → JG – jobb gomb

I05 → Mdb – munkadarab

I06 → Rács

I07 → Pánikgomb

A kimenet:

O01 → Prés

A PLC feladata, hogy az I03–I07 bemenetek aktuális állapotából meghatározza az O01 kimenet állapotát.

Például:

BG = 1

JG = 1

Mdb = 1

Pánik = 0

Ekkor:

PRÉS = 1

Ha például a munkadarab kikerül a présből:

Mdb = 0

akkor a feltétel már nem teljesül, ezért:

PRÉS = 0

8. Hogyan gondolkodjunk egy PLC-feladat megoldásakor?

Egy PLC-program elkészítésénél célszerű mindig ugyanazt a gondolkodási sorrendet követni.

1. Fogalmazzuk meg szövegesen a működés feltételét

Például:

A prés akkor működjön, ha a bal és jobb gombot megnyomták, van munkadarab, és nincs megnyomva a pánikgomb.

2. Keressük meg a bemeneteket

BG, JG, Mdb, Pánik.

3. Keressük meg a logikai kapcsolatokat

BG ÉS JG

ÉS Mdb

ÉS NEM Pánik

4. Írjuk fel a logikai kifejezést

PRÉS = BG AND JG AND Mdb AND NOT(Pánik)

5. Készítsük el az igazságtáblát

Az igazságtábla segítségével ellenőrizhető, hogy a logika minden lehetséges bemeneti állapotban megfelelően működik-e.

6. Készítsük el a PLC-programot

A logikai kifejezést végül a PLC programozási nyelvén, az adott PLC és programozószoftver lehetőségeinek megfelelően valósítjuk meg.

9. A legfontosabb összefüggés

A PLC-programozás egyik alapvető módszere:

SZÖVEGES FELADAT

↓

FELTÉTELEK KERESÉSE

↓

ÉS / VAGY / NEM KAPCSOLATOK MEGHATÁROZÁSA

↓

LOGIKAI KIFEJEZÉS

↓

IGAZSÁGTÁBLA

↓

PLC-PROGRAM

↓

TESZTELÉS

A jó PLC-programozó tehát nem azzal kezdi, hogy elkezdi rajzolgatni a kapukat a programban. Először megérti a technológiai feladatot, majd abból felépíti a logikát.

Új feladat:

PLC gyakorlati feladat – Mélygarázs szellőztetése

A feladat

Egy mélygarázsban 4 ventilátor biztosítja az elhasznált levegő elszívását.

A PLC négy bemeneten érzékeli a ventilátorok állapotát.

A bemenet értelmezése:

1 = a ventilátor működik

0 = a ventilátor meghibásodott

A forgalomirányító lámpa a működő ventilátorok számától függően háromféle jelzést ad:

• ZÖLD: legalább 3 ventilátor működik
• SÁRGA: pontosan 2 ventilátor működik
• PIROS: legfeljebb 1 ventilátor működik

A működés szabályai

Zöld lámpa

A lámpa zölden világít, ha:

• mind a 4 ventilátor működik, vagy
• a 4 ventilátorból bármelyik 3 működik.

Tehát:

4 jó → ZÖLD

3 jó + 1 rossz → ZÖLD

Fontos, hogy nem számít, melyik ventilátor hibás.

Piros lámpa

A lámpa pirosan világít, ha:

• mind a 4 ventilátor meghibásodott, vagy
• csak 1 ventilátor működik.

Tehát:

0 jó → PIROS

1 jó + 3 rossz → PIROS

Itt sem számít, melyik ventilátor működik.

Sárga lámpa

A lámpa sárgán világít, ha:

pontosan 2 ventilátor működik és 2 hibás.

Ez négy különböző eset lehet, attól függően, hogy melyik két ventilátor működik.

Viszont ezt nem szükséges külön négy logikai kombinációval megoldani.

Ez a feladat egyik legfontosabb trükkje.

Ha már helyesen meghatároztuk:

ZÖLD

és

PIROS

állapotot, akkor a sárga egyszerűen:

SÁRGA = NEM ZÖLD ÉS NEM PIROS

Vagyis:

Sárga = NOT(Zöld) AND NOT(Piros)

Ez a „huszárvágás”. A programozó néha nem azért dolgozik kevesebbet, mert lusta, hanem mert észrevett valami nyilvánvalót.

Az igazságtábla

Legyen:

• V1 = 1. ventilátor
• V2 = 2. ventilátor
• V3 = 3. ventilátor
• V4 = 4. ventilátor

A kimenetek:

• Z = zöld
• S = sárga
• P = piros

Ez a táblázat nagyon jól szemlélteti a feladat lényegét:

0 vagy 1 működő ventilátor → PIROS

2 működő ventilátor → SÁRGA

3 vagy 4 működő ventilátor → ZÖLD

A zöld lámpa logikája

A zöld akkor kell, ha legalább három ventilátor működik.

Ez háromventilátoros kombinációkkal írható fel:

Z = (V1 AND V2 AND V3) OR
(V1 AND V2 AND V4) OR
(V1 AND V3 AND V4) OR
(V2 AND V3 AND V4)

Ebben benne vannak azok az esetek is, amikor mind a négy ventilátor működik.

Ha:

V1 = V2 = V3 = V4 = 1

akkor mind a négy AND-kapcsolat igaz lesz, az OR eredménye pedig természetesen 1.

A piros lámpa logikája

A piros akkor kell, ha legfeljebb egy ventilátor működik.

Ez azt jelenti:

• mind a négy rossz, vagy
• pontosan egy működik.

A teljes logikai kifejezés felírható több tagból, például:

P = (NOT V1 AND NOT V2 AND NOT V3 AND NOT V4)

OR

(V1 AND NOT V2 AND NOT V3 AND NOT V4)

OR

(NOT V1 AND V2 AND NOT V3 AND NOT V4)

OR

(NOT V1 AND NOT V2 AND V3 AND NOT V4)

OR

(NOT V1 AND NOT V2 AND NOT V3 AND V4)

Ez már jóval hosszabb, mint a zöld logikája.

És itt jön a következő tanulság.

A sárga „huszárvágás”

Nem kell végigírni a négy darab „két működő ventilátor” kombinációját.

Mivel a három lámpa egymást kizáró állapotokat jelez:

Zöld = legalább 3 jó

Sárga = pontosan 2 jó

Piros = legfeljebb 1 jó

ezért:

SÁRGA = NOT ZÖLD AND NOT PIROS

Vagy PLC-s gondolkodással:

S = ¬Z AND ¬P

Így a sárga kimenethez mindössze két NOT és egy AND szükséges.

A feladat legfontosabb tanulsága

A tanulók itt már nemcsak a logikai kapukat gyakorolják, hanem azt is megtanulják, hogy nem mindig a közvetlen megoldás a legegyszerűbb megoldás.

A problémát érdemes részekre bontani:

4 bemenet

↓

Zöld logika

↓

Piros logika

↓

Sárga = NEM Zöld ÉS NEM Piros

SR tároló – memória a PLC-ben

A logikai kapuknál eddig azt vizsgáltuk, hogy a bemenetek pillanatnyi állapotából hogyan áll elő a kimenet. Azonban sok vezérlési feladatnál szükség van arra, hogy a PLC „emlékezzen” egy korábbi eseményre.

Erre használható az SR tároló.

Az SR tároló egy egyszerű 1 bites memória. Két alapvető bemenete van:

• S – SET → beállítás, bekapcsolás
• R – RESET → törlés, kikapcsolás

A kimenete:

• Q → a tárolt állapot

1. Miért van szükség tárolóra?

Tegyük fel, hogy van egy START és egy STOP gomb.

Azt szeretnénk, hogy:

A START gomb megnyomására a motor induljon el, és akkor is működjön tovább, amikor a START gombot már elengedtük.

Ez egyszerű AND vagy OR kapuval nem oldható meg.

Ha:

START = 1 → motor = 1

de a START gombot elengedjük:

START = 0 → motor = 0

A motor tehát azonnal leállna.

A tároló viszont megjegyzi, hogy korábban megnyomtuk a START gombot.

2. Az SR tároló működése

Az S (SET) bemenet bekapcsolja a tárolót.

Ha:

S = 1

akkor:

Q = 1

Ezután az S bemenet visszatérhet 0-ra, a Q még mindig 1 marad.

Ez a lényeg:

A SET hatására a tároló megőrzi az 1-es állapotot.

RESET

Az R (RESET) bemenet törli a tárolt állapotot.

Ha:

R = 1

akkor:

Q = 0

Ezután az R visszatérhet 0-ra, a Q továbbra is 0 marad.

Tehát:

SET → bekapcsol

RESET → kikapcsol

3. Egyszerű példa

Egy motor vezérlése:

START → SET

STOP → RESET

Q → Motor

Működés:

1. A START gombot megnyomjuk.

S = 1

→ Q = 1

→ motor elindul.

2. A START gombot elengedjük.

S = 0

→ Q továbbra is 1

→ motor tovább működik.

3. Megnyomjuk a STOP gombot.

R = 1

→ Q = 0

→ motor leáll.

Ezután a STOP gombot is elengedhetjük:

R = 0

→ Q továbbra is 0.

4. Igazságtábla

Egy egyszerű, RESET prioritású SR tárolónál:

A 0–0 állapot különösen fontos.

S = 0, R = 0

Ilyenkor a tároló nem változtatja meg az állapotát.

Ha előtte:

Q = 1

akkor továbbra is:

Q = 1

Ha előtte:

Q = 0

akkor továbbra is:

Q = 0

Ez maga a memóriafunkció.

5. A képen látható SMC program

A képen egy SET / RESET tároló látható.

A blokk két bemenete:

SET

RESET

A kimenete:

B30

A programban szerepel:

Prior = RESET

Ez azt jelenti, hogy ha a SET és a RESET egyszerre aktív, akkor a RESET élvez elsőbbséget.

Vagyis:

S = 1

R = 1

esetén:

Q = 0

Ezért a képen látható tároló RESET prioritású SR tárolóként működik.

6. Mi történik, ha egyik bemenet sem aktív?

Ez az SR tároló egyik legfontosabb tulajdonsága.

Ha:

S = 0

és

R = 0

akkor a kimenet nem változik.

Például:

Q = 0

→ S = 0, R = 0

→ Q = 0

Ha később SET történik:

Q = 1

majd:

S = 0, R = 0

→ Q továbbra is 1.

A tároló tehát nem „számolja” vagy „generálja” az értéket, hanem megőrzi az utoljára beállított állapotot.

7. SET és RESET összehasonlítása

Egyszerűen megjegyezve:

SET → „Kapcsold be és jegyezd meg!”

RESET → „Kapcsold ki és jegyezd meg!”

8. SR tároló a gyakorlatban

Az SR tárolók nagyon sok vezérlési feladatban használhatók.

Motor indítás/leállítás

START → SET

STOP → RESET

Q → MOTOR

Szivattyú

Indítási feltétel → SET

Leállítási feltétel → RESET

Hibaállapot

Ha egy érzékelő hibát jelez:

HIBA → SET

A hibajelző ezután bekapcsolva marad.

A kezelő egy RESET gombbal törölheti:

RESET → HIBA = 0

Vészleállítás

A biztonsági logikában a RESET prioritása különösen fontos lehet, mert egy leállítási feltételnek elsőbbséget kell biztosítani az indítással szemben. A konkrét gépnél természetesen a biztonsági funkciókat nem pusztán egy PLC-programozási tárolóra kell alapozni.

9. Logikai kapu és SR tároló közötti különbség

Ez egy fontos váltás a tanulóknak.

Logikai kapu

A kimenet a bemenetek aktuális állapotától függ.

Például:

Y = A AND B

Ha A vagy B megváltozik, Y is megváltozhat.

SR tároló

A kimenet az előző állapotra is emlékszik.

Ezért:

Q = f(S, R, Qelőző)

Vagyis a kimenet nemcsak a jelenlegi bemenetektől függ, hanem attól is, hogy mi volt korábban a tárolt állapot.

Ez az a pont, ahol a tanuló a tiszta kombinációs logikából átlép a szekvenciális vezérlés világába.

10. A legfontosabb gondolat

A logikai kapuk azt mondják meg:

„Mi legyen a kimenet most?”

Az SR tároló pedig azt is tudja:

„Mi volt a kimenet korábban, és ezt az állapotot meg kell őriznem.”

Ezért az SR tároló a PLC-programozás egyik első és legfontosabb memóriaeleme.

SET → bekapcsol és tárol

RESET → kikapcsol és tárol

S = 0, R = 0 → az előző állapot megmarad

RESET prioritás → egyszerre SET és RESET esetén a kikapcsolás győz.

Időzítés PLC-ben – a FLICKER blokk

A logikai kapuk és az SR tároló után a következő fontos lépés az idő kezelése. Egy PLC-ben nemcsak azt kell tudnunk meghatározni, hogy egy kimenet mikor legyen 0 vagy 1, hanem azt is, hogy mikor kapcsoljon be, meddig maradjon bekapcsolva, illetve milyen időközönként ismétlődjön egy művelet.

A képen látható feladatban egy lámpát villogtatunk. Ehhez az SMC PLC FLICKER blokkját használjuk.

1. Mi az időzítés?

Egy hagyományos logikai kapu azonnal reagál a bemenet változására.

Például:

Bemenet = 1 → Kimenet = 1

Nincs benne idő.

Egy időzítő viszont már képes arra, hogy időbeli feltételt is figyelembe vegyen:

„Ha a bemenet aktív, várj 2 másodpercet, majd kapcsolj be.”

Vagy:

„Kapcsolj be 1 másodpercre, majd ki 2 másodpercre, és ezt ismételd folyamatosan.”

Ez már időalapú vezérlés.

2. A FLICKER blokk

A FLICKER egy periodikusan ismétlődő jelet állít elő.

A működése nagyon egyszerű:

BE → várakozás → KI → várakozás → BE → KI → ...

Vagyis a kimenet folyamatosan váltogatja az állapotát.

Ezért alkalmas például:

• figyelmeztető lámpa villogtatására,
• jelzőfény működtetésére,
• ütemjel előállítására,
• periodikus vezérlésre.

A képen a FLICKER blokk kimenete a B31 belső jel.

3. A FLICKER két fontos időértéke

A képen két beállítás látható:

ONTime = 10/10

OFFTime = 7/10

A blokk alatt az időalap:

100 ms

Ez azt jelenti, hogy egy időegység:

100 ms = 0,1 másodperc

ONTime = 10/10

A lámpa bekapcsolt állapotban:

10 × 100 ms = 1000 ms

azaz:

1 másodpercig világít.

OFFTime = 7/10

A lámpa kikapcsolt állapotban:

7 × 100 ms = 700 ms

azaz:

0,7 másodpercig nem világít.

4. A teljes villogási ciklus

A FLICKER tehát:

BE → 1,0 s

majd

KI → 0,7 s

majd újra:

BE → 1,0 s

majd:

KI → 0,7 s

és így tovább.

A teljes periódus:

1,0 s + 0,7 s = 1,7 s

Tehát a lámpa 1,7 másodpercenként kezdi újra ugyanazt a ciklust.

5. A program működése a képen

A programban az SR tároló és a FLICKER együtt dolgozik.

A pánikjel:

I03 – Pánik

a SET bemenetre kerül.

A tűzoltók jelzése:

I04 – Tűzoltók

a RESET bemenetre kerül.

Az SR tároló kimenete:

B30

A B30 indítja a:

FLICKER → B31

blokkot.

A FLICKER kimenete pedig a:

Piros lámpát

vezérli.

Így a rendszer logikája:

Pánik → SET → B30 = 1 → FLICKER működik → Piros lámpa villog

Amikor a megfelelő RESET feltétel teljesül:

RESET → B30 = 0

a FLICKER leáll.

6. Miért kell ide SR tároló?

Ez egy nagyon jó példa arra, hogy miért tanultuk előtte az SR tárolót.

Tegyük fel, hogy a pánikjel csak egy pillanatra aktív.

Ha egyszerűen közvetlenül a FLICKER bemenetére kötnénk:

Pánik = 1 → FLICKER működik

de amikor a pánikjel visszatér 0-ra:

Pánik = 0 → FLICKER leáll

Ez nem feltétlenül az, amit szeretnénk.

Az SR tároló viszont megjegyzi:

„A pánikjel már bekövetkezett.”

Ezért:

Pánik → SET

B30 = 1

A tárolt 1-es állapot továbbra is megmarad, és a FLICKER folyamatosan működik.

A rendszer csak a RESET hatására áll le.

7. Az időzítés gondolkodási módja

A tanulóknak érdemes megtanulniuk, hogy az időzítőknél mindig három kérdést tegyenek fel:

1. Mikor indul?

Mi legyen az időzítő indítási feltétele?

2. Mennyi ideig legyen BE?

Ez az ONTime.

3. Mennyi ideig legyen KI?

Ez az OFFTime.

A FLICKER esetében:

Indítás → ONTime → OFFTime → ONTime → OFFTime → ...

8. Idő átszámítása

A képen látható SMC beállításnál:

1 egység = 100 ms

Ezért:

A tanulóknak tehát nemcsak a PLC-blokkot kell ismerniük, hanem az időegységekkel is tudniuk kell számolni.

9. Egyszerű példa

Ha azt szeretnénk, hogy egy figyelmeztető lámpa:

2 másodpercig világítson

és utána

1 másodpercig legyen kikapcsolva,

akkor 100 ms-os időalap esetén:

ONTime = 20

OFFTime = 10

A működés:

BE 2 s → KI 1 s → BE 2 s → KI 1 s → ...

10. Fontos különbség: időzítő és FLICKER

Nem minden időzítő villogtat.

Egy egyszerű időzítő például:

indítás → várakozás → kimenet bekapcsol

A FLICKER viszont:

indítás → BE → KI → BE → KI → BE → ...

Tehát a FLICKER lényegében egy ismétlődő időzített négyszögjelet állít elő.

Ezért nagyon jól használható villogó jelzőfényekhez.

Amit ebből a tanulónak tudnia kell

FLICKER = periodikus villogtató jel

ONTime = mennyi ideig legyen 1

OFFTime = mennyi ideig legyen 0

100 ms-os időalapnál:

10 egység = 1 másodperc

A képen:

ONTime = 10 → 1,0 s

OFFTime = 7 → 0,7 s

Periódus = 1,7 s

És ami az előző leckéhez kapcsolja:

SR tároló → megjegyzi, hogy a folyamat elindult

FLICKER → időben ismétlődő jelet állít elő

Kimenet → a villogó lámpa