Примеры решения типовых задач автоматического управления

Основным этапом построения САУ на базе ПЛК является разработка программы. Даже имея формализованный алгоритм работы системы каждый разработчик составит свою программу. Четких критериев к программе не существует - главное чтобы она выполняла требуемый алгоритм. Основным требованием при разработке программы для ПЛК является обеспечение ее «прозрачности», то есть понимание любым специалистом.

Пуск асинхронного электродвигателя переключением схемы «звезда - треугольник»

Как известно, пусковой ток асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором в 5... 10 раз больше номинального тока в установившемся режиме работы. Для снижения вредного влияния большого пускового тока на пусковую аппаратуру и обмотки двигателя часто применят пуск асинхронного двигателя при схеме подключения обмоток «звездой» (рисунок 3.30а), а при достижении частоты вращения ротора почти равной номинальной, обмотки двигателя переключаются на схему «треугольник» (рисунок 3.306). В этом случае пуск двигателя осуществляется при меньшем напряжении и меньшем значении пускового тока.

Схемы включения обмоток асинхронного электродвигателя

Рисунок 3.30 - Схемы включения обмоток асинхронного электродвигателя: «звездой» (а), треугольником (б)

Задача управления: подключить обмотку статора трехфазного асинхронного электродвигателя в сеть при схеме соединения фазных обмоток в «звезду». После разгона двигателя в течение заданного времени переключить схему соединения обмотки на «треугольник».

Схема электрическая принципиальная включения фазных обмоток статора электродвигателя приведена на рисунке 3.31. Перед запуском двигателя вручную включают автоматический выключатель QF1. Пуск двигателя при соединении фазных обмоток по схеме «звезда» осуществляется одновременным включением пускателей КМ1, КМЗ и замыкании их контактов в цепях обмоток. Для переключения на схему соединения «треугольник» должен быть отключен пускатель КМЗ и включен пускатель КМ2, при этом переключении пускатель КМ1 своего состояния не изменяет и его контакты остаются замкнутыми. Основным условием является недопустимость одновременного срабатывания пускателей КМ2 и КМЗ, так как в этом случае произойдет короткое замыкание.

АВС

Схема электрическая принципиальная включения фазных обмоток статора асинхронного двигателя

Рисунок 3.21 - Схема электрическая принципиальная включения фазных обмоток статора асинхронного двигателя

Поскольку в алгоритме управления не предусмотрено наличие аналоговых сигналов, то выбиваем простейший ПЛК с напряжением 220 В переменного тока LOGO 230RC. С помощью данного ПЛК будем управлять катушками магнитных пускателей (КМ1, КМ2, КМЗ). Пуск и оста новку асинхронного двигателя будем осуществлять с помощью кнопок SB1 «Пуск» и SB2 «Стоп». На рисунке 3.32 приведена принципиальная схема САУ пуском электродвигателя.

Таким образом, входными логическими переменными для ПЛК являются состояния кнопок SB 1 и SB2, а выходными - состояния контактов внутренних реле: QI, Q2, Q3, и соответственно, наличие тока в катушках магнитных пускателей (КМ1, КМ 2, КМЗ). Следует обратить внимание на наличие плавкого предохранителя для защиты самого ПЛК и на схему подключения катушек магнитного пускателя: для обеспечения электробезопасности, линейный провод подключается через контакты ПЛК.

Принципиальная схема САУ пуском асинхронного электродвигателя на базе ПЛК LOGO!

Рисунок 3.32 - Принципиальная схема САУ пуском асинхронного электродвигателя на базе ПЛК LOGO!

Выполняем формализацию алгоритма управления. Для этого, вначале, построим циклограмму работы управляющего устройства (рисунок 3.33). Из циклограммы видно, что нажатие кнопки SB1 приводит к вклю чению магнитных пускателей КМ1 и КМ2, далее, по истечении времени Т пускатель КМЗ отключается и, одновременно, включается пускатель КМ2. Нажатие кнопки SB2 приводит к отключению как общего пускателя КМ1, так и пускателя КМ2.

Такт

1

2

3

4

SB1 '

1

0 0 0

SB2

0

0 0

1

КМ1

0

0

1 1

КМ2

0

0

  • 1
  • 1

0

КМЗ

0

0 0

1

пуска Т

Рисунок 3.33 - Циклограмма работы САУ пуском асинхронного электродвигателя

Для облегчения построения программы ПЛК составим диаграмму состояний объекта управления - катушек магнитных пускателей (КМ1, КМ2, КМЗ), которая приведена на рисунке 3.34. Для нашего объекта управления можно выделить пять состояний и пять переходов между ними. Для каждого перехода на диаграмме определены события, инициализирующие этот переход, условия осуществления этого перехода и действия во время перехода.

На основании циклограммы и диаграммы состояний (рисунки 3.33 и 3.34) составляем программу для ПЛК. Вначале составим программу на языке релейных схем, которая представлена рисунке 3.35. Первая верхняя цепочка программы реализует переход 1, то есть происходит включение пускателя КМ1. С помощью нормально разомкнутого контакта Q1 осуществляется блокировка кнопки «Пуск» (SB 1). Вторая цепочка реализует переход 2 - запуск пускателя КМЗ. Нормально замкнутый контакт Q2

  • (КМ2) в этой цепи предохраняет от одновременного срабатывания пускателей КМ2 и КМЗ. Нормально замкнутый контакт RS-триггера SF002 предназначен для отключения КМЗ через заданный промежуток времени. Одновременно со срабатыванием пускателя КМЗ запускается таймер КТ1
  • (третья цепочка).
Диаграмма состояний объекта управления

Рисунок 3.34 - Диаграмма состояний объекта управления

- катушек магнитных пускателей (КМ1, КМ2, КМЗ)

Четвертая цепочка предназначена для фиксации срабатывания таймера Т001 (рисунок 3.35). При замыкании нормально разомкнутого контакта таймера на выходе RS-триггера SF002 устанавливается логическая единица и его нормально замкнутый контакт в цепи выхода Q3 (пускатель КМЗ) размыкается, отключая тем самым КМЗ. Далее, в последней цепочке схемы рисунка 3.35, замыкается цепь срабатывания выхода Q2 (пускатель КМ2).

Программа для ПЛК на языке релейных схем

Рисунок 3.35 - Программа для ПЛК на языке релейных схем

(LD-диаграмма)

Если внимательно посмотреть на программу (рисунок 3.35), то с точки зрения релейных схем включение RS-триггера покажется излишним, ведь контакты таймера можно включить напрямую в цепь управления пускателя КМЗ, как это показано на рисунке 3.36.

До момента срабатывания таймера его нормально замкнутый контакт в цепи пускателя КМЗ (Q3) замкнут. По истечении заданного времени этот контакт размыкается и выключает Q3 (КМЗ). Контакт Q3 в цепи таймера размыкается, и таймер Т001 выключается, при этом его нормально замкнутый контакт в цепи КМЗ замыкается. Поскольку программа ПЛК выполняется сверху вниз, то на следующем цикле выполнения, через несколько микросекунд КМЗ опять включится и таймер начнет новый отсчет. Таким образом, возникнет бесконечный локальный цикл, и программа не будет выполняться. Поэтому, для сохранения состояния таймера используем RS-триггер. Сброс триггера осуществляется кнопкой SB2.

Таммер(КТ1) КМ1 КМЗ

ТОО-1 Q1 Q3

КМЗ Тайме pfKTl)

Q3 Т001

Rem = off ----

07:0054-

Рисунок 3.36 - Недопустимое включение контактов таймера

На рисунке 3.37 представлена программа управления пуском электродвигателя на языке функциональных логических блоков (FBD). Для фиксации состояния кнопок SB1 «Пуск» и SB2 «Стоп» используем RS-триггер В001. При нажатии на кнопку «Пуск» на вход RS-триггера подается логическая единица, и он устанавливается в состояние 1. Соответственно, на выходе Q1 появляется логическая единица и срабатывает пускатель КМ1. Одновременно, сигналом с Q1 запускается таймер ВООЗ.

Выход Q3 (КМЗ) подключен к блоку логической операции И (логическое умножение) В002. При срабатывании Q1 на первых вход В002 поступает логическая единица. Второй вход этого блока через инвертор (логическая операция НЕ) В004 подсоединен к таймеру ВООЗ. Пока таймер не сработал, на его выходе присутствует логический 0, следовательно, на выходе инвертора В004 будет логическая 1, которая передается на второй вход блока И В002. Третий вход блока И подсоединен через инвертор В006 к выходу Q2 (КМ2). Пока он не включен, то на выходе инвертора В006 будет логическая единица. Таким образом, на трех входах блока И В002 будут логические единицы, следовательно на его выходе и на Q3 появиться логическая 1. Пускатель КМЗ сработает.

SB1 КМ1

И В001 Q1

Программа управления пуском электродвигателя на языке функциональных логических блоков (FBD)

Рисунок 3.37 - Программа управления пуском электродвигателя на языке функциональных логических блоков (FBD)

Выход Q2 (КМ2) подключен к блоку И В005, на входы которого подается сигнал с таймера и, через инвертор В007, с выхода Q3. Пока не сработал таймер и на Q3 логическая единица, то на этих входах - логические нули и на выходе блока И В005 тоже логический нуль, следовательно Q2 (КМ2) выключен.

При срабатывании таймера ВООЗ на вход блока И В002 подается логический нуль и Q3 (КМЗ) принимает значение логического 0. На входах блока И В005 появляется две логических единицы и срабатывает выход Q2 (КМ2). Двигатель переходит в нормальный режим работы.

При нажатии на кнопку SB2 («Стоп») RS-триггер сбрасывается в логический нуль, отключаются Q1 и Q2, при этом Q3 остается отключенным. При повторном нажатии на кнопку «Пуск» процесс повторяется снова.

На рисунке 3.38 представлена схема управления пуском электродвигателя на базе ПЛК Zelio Logic. Она ничем не отличается от аналогичной схемы, показанной на рисунке 3.32, кроме типа ПЛК.

Схема управления пуском электродвигателя на базе ПЛК Zelio Logic

Рисунок 3.38 - Схема управления пуском электродвигателя на базе ПЛК Zelio Logic

На рисунке 3.39 приведена программа для ПЛК Zelio Logic на языке релейных схем (LD-диаграмма) для рассматриваемой задачи. Принцип ее построения аналогичен программе для ПЛК LOGO!. Поскольку в языке релейных схем Zelio Logic нет RS-триггера, то вместо него использовано внутреннее виртуальное реле (ячейка памяти) Ml (строки 5 и 6 программы).

Программа на языке функциональных логических блоков (FBD-диаграмма) для Zelio Logic представлена на рисунке 3.40. Она полностью аналогична соответствующей программе для ПЛК LOGO!. Однако построение программы может быть значительно упрощено, если воспользоваться блоками последовательных логических процессов (SFC), имеющимися в составе Zelio Soft. На рисунке 3.41 приведена программа управления пуском электродвигателя с использованием блоков последовательных процессов (SFC).

Программа для ПЛК Zelio Logic на языке релейных схем

Рисунок 3.39 - Программа для ПЛК Zelio Logic на языке релейных схем

Программа для ПЛК Zelio Logic на языке функциональных логических блоков

Рисунок 3.40 - Программа для ПЛК Zelio Logic на языке функциональных логических блоков

SFC-диаграмма (рисунок 3.41) состоит из блока начального шага ВІЗ, шага включения и выключения пускателя КМ2 (блок В08) и шага выключения всей схемы В10. Рассмотрим работу программы более подробно.

При включении ПЛК активизируется блок начального шага ВІЗ, но ничего не происходит до нажатия кнопки SB1, которая присоединена к входу II.

Программа иа языке функциональных логических блоков с использованием блоков SFC

Рисунок 3.41 - Программа иа языке функциональных логических блоков с использованием блоков SFC

При нажатии кнопки SB1 на вход «Transition» начального шага ВІЗ подается логическая единица. Происходит передача маркера активности на следующий шаг процесса В08 (рисунок 3.42). Данный шаг становиться активным и на его выходе появляется логическая единица. Эта единица устанавливает RS-триггер В05 в единицу и срабатывает выход Q1 включая пускатель КМ1. Одновременно логическая единица с выхода блока В08 через блок И В09 включает выход Q2 (пускатель КМ2). Далее, с выхода блока В09 подается логическая единица на таймер задержки включения В1. По истечении заданного времени задержки с таймера В1 подается логическая единица на вход «Transition» блока В08, передавая активность на следующий шаг В10 (рисунок 3.43). При этом сбрасывается логическая единица с выхода блока В08 и выключается выход Q2. Пускатель КМ2 обесточивается.

Логическая единица с выхода активного шага В10 поступает на блок И В12 и включает пускатель КМЗ. Двигатель переключается схему «треугольник».

Работа программы

Рисунок 3.42 - Работа программы: активизация шага В08

Работа программы

Рисунок 3.43 - Работа программы: активизация шага В10

При нажатии на кнопку SB2 «Стоп» подается единица на вход «Transition» блока В10 и маркер активности передается на блок начального шага ВІЗ. При этом сбрасывается логическая единица с выхода блока В10 и выход Q3 размыкает свои контакты в цепи питания катушки пускателя КМЗ. Одновременно, при нажатии кнопки SB2 подается единица на вход «Reset» RS-триггера В05 и пускатель КМ1 обесточивается. Программа переходит в начальное состояние и готова к повторному циклу пуска электродвигателя.

Применение блоков SFC для программирования циклических процессов значительно упрощает разработку программы.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >