Система управления укладчиком шпона на базе ПЛК ABB AC500

Введение.docx

Автоматизация производства – процесс в развитии машинного производства при котором функции управления и контроля ранее выполнявшиеся человеком передаются приборам и автоматическим устройствам. Автоматизация производства – основа развития современной промышленности генеральное направление технического прогресса. Цель автоматизации производства заключается в повышении эффективности труда улучшении качества выпускаемой продукции в создании условий для оптимального использования всех ресурсов производства. Различают автоматизацию производства: частичную комплексную и полную.
Частичная автоматизация производства точнее - автоматизация отдельных производственных операций осуществляется в тех случаях когда управление процессами вследствие их сложности или скоротечности практически недоступно человеку и когда простые автоматические устройства эффективно заменяют его. Частично автоматизируется как правило действующее производственное оборудование. По мере совершенствования средств автоматизации и расширения сферы их применения было установлено что частичная автоматизация наиболее эффективна тогда когда производственное оборудование разрабатывается сразу как автоматизированное.
При комплексной автоматизации производства участок цех завод электростанция функционируют как единый взаимосвязанный автоматизированный комплекс. Комплексная автоматизация производства охватывает все основные производственные функции предприятия хозяйства службы; она целесообразна лишь при высокоразвитом производстве на базе совершенной технологии и прогрессивных методов управления с применением надёжного производственного оборудования действующего по заданной или самоорганизующейся программе функции человека при этом ограничиваются общим контролем и управлением работой комплекса.
Полная Автоматизация производства – высшая ступень автоматизации которая предусматривает передачу всех функций управления и контроля комплексно-автоматизированным производством автоматическим системам управления. Она проводится тогда когда автоматизируемое производство рентабельно устойчиво его режимы практически неизменны а возможные отклонения заранее могут быть учтены а также в условиях недоступных или опасных для жизни и здоровья человека.
При определении степени автоматизации учитывают прежде всего её экономическую эффективность и целесообразность в условиях конкретного производства. Автоматизация производства не означает безусловное полное вытеснение человека автоматами но направленность его действий характер его взаимоотношений с машиной изменяется; труд человека приобретает новую качественную окраску становится более сложным и содержательным. Центр тяжести в трудовой деятельности человека перемещается на техническое обслуживание машин-автоматов и на аналитически-распорядительную деятельность.
Работа одного человека становится такой же важной как и работа целого подразделения (участка цеха лаборатории). Одновременно с изменением характера труда изменяется и содержание рабочей квалификации: упраздняются многие старые профессии основанные на тяжёлом физическом труде быстро растет удельный вес научно-технических работников которые не только обеспечивают нормальное функционирование сложного оборудования но и создают новые более совершеные его виды.
Автоматизация производства является одним из основных факторов современной научно-технической революции открывающей перед человечеством беспрецедентные возможности преобразования природы создания огромных материальных богатств умножения творческих способностей человека.
Программируемый логический контроллер (ПЛК) — электронная составляющая промышленного контроллера специализированного (компьютеризированного) устройства используемого для автоматизации технологических процессов. В качестве основного режима длительной работы ПЛК зачастую в неблагоприятных условиях окружающей среды выступает его автономное использование без серьёзного обслуживания и практически без вмешательства человека.
Первые логические контроллеры появились в виде шкафов с набором соединённых между собой реле и контактов. Эта схема задавалась жёстко на этапе проектирования и не могла быть изменена далее.
Первый в мире ПЛК — Mоdular DIgital Controller (Modicon) 084 имеющий память 4 КБ произведен в 1968 году.
В первых ПЛК пришедших на замену обычным логическим контроллерам логика соединений программировалась схемой соединений LD (Ladder logic Diagram). Устройство имело тот же принцип работы но реле и контакты (кроме входных и выходных) были виртуальными то есть существовали в виде программы выполняемой микроконтроллером ПЛК. Современные ПЛК являются «свободно программируемыми».
В системах управления технологическими объектами логические команды преобладают над числовыми операциями что позволяет при сравнительной простоте микроконтроллера получить мощные системы действующие в режиме реального времени. В современных ПЛК числовые операции реализуются наравне с логическими. В то же время в отличие от большинства процессоров компьютеров в ПЛК обеспечивается доступ к отдельным битам памяти.

6 Расчёт коэффициента передачи.docx

6Расчёт коэффициентов передачи
Проведём расчет рабочей точки:
Относительный расход:
Относительное положение штока: 049
Коэффициент передачи в этой точке будет равен:
Рассчитаем коэффициент передачи для сигнала 4-20 мА:
Рабочей точке соответствует значение аналогового сигнала 11.84 мА.
Рассчитаем коэффициент передачи для ЦАП (16-разрядного):
Рабочей точке соответствует значение 32100
Перейдём теперь к расчёту датчика в качестве которого возьмём датчик уровня pH с унифицированным выходным сигналом постоянного тока 4 20 мА. Диапазон измерения от 4 до 8.
Рабочей точке соответствует значение 1408 мА.
Рассчитаем коэффициент передачи для АЦП (12-разрядного):
Рабочей точке соответствует значение 2580.
Относительное положение штока: 062
Рабочей точке соответствует значение аналогового сигнала 1392 мА.
Рабочей точке соответствует значение 40640
Перейдём теперь к расчёту датчика в качестве которого возьмём датчик влажности с унифицированным выходным сигналом постоянного тока 4 20 мА. Диапазон измерения от 40% до 90%.
Рабочей точке соответствует значение 1248 мА.
Рабочей точке соответствует значение частоты 26 Гц
Рабочей точке соответствует значение аналогового сигнала 1232 мА.
Рабочей точке соответствует значение 34090.
Перейдём теперь к расчету датчика в качестве которого возьмём датчик температуры с унифицированным выходным сигналом постоянного тока 4 20 мА. Диапазон измерения от -20 до 30.
Рабочей точке соответствует значение 1346 мА.
Рабочей точке соответствует значение 1346.

5 Составление программы на языках IEC 1131-3.docx

5Составление программы на языках IEC 1131-3
Стандарт IEC 1131-3 предусматривает использование таких языков программирования как LD STL (TL) и FBD. Кроме того существует программное обеспечение CoDeSys и ISaGRAF которое не имеет привязки к определенному производителю и позволяет программировать любые ПЛК.
Язык LD (Ladder Diagram) является одним из самых распространенных программных средств для программирования ПЛК средней и большой мощности. Это язык так называемой «лестничной логики» в котором все команды пишутся на отдельных линиях последовательно. Визуально программа написанная на LD напоминает обычную релейно-контакторную схему и удобна для чтения и редактирования.
Приведем программу для нашего технологического процесса написанную на языке LD:
Модуль 1 (для входов) DI524
Цикл работы левого стола
Концевик нижнего положения ПЦ1
Концевик верхнего положения ПЦ1
Концевик наполненности стола на 3 листа
Концевик свободного стола для смещения
Концевик нижнего положения ГЦ1
Концевик верхнего положения ГЦ1
Концевик нижнего положения левого стола
Датчик загруженности левого стола
Цикл работы правого стола
Концевик нижнего положения ПЦ2
Концевик верхнего положения ПЦ2
Концевик нижнего положения ГЦ2
Концевик верхнего положения ГЦ2
Концевик нижнего положения правого стола
Датчик загруженности правого стола
X19 I3.3 Остановка работы системы
Звуковая сигнализация
Световая сигнализация
Таймер звуковой сигнализации
Таймер перед поднятием стола

7 Сетевое решение по связи контроллера со SCADA.docx

7Сетевое решение по связи контроллера со SCADA
Краткая информация об ARCNET
ARCNET (Вычислительная сеть с подключенными ресурсами).
ARCNET – открытое многоцелевое решение на основе полевой шины с возможностями работы в режиме реального времени. Его можно использовать для работы в сети с несколькими ведущими устройствами и для программирования контроллеров серий AC500 и AC31 а также для подсоединения дополнительных пользователей ARCNET например ПК через соответствующую интерфейсную карту.
ARCNET – одна из тех редких сетей которые могут работать при любой возможной топологии. Варианты топологий включают шинную древовидную топологию «звезда» или любую их комбинацию. Это означает что у ARCNET широкий диапазон областей применения.
Предоставление шины.
ARCNET работает по схеме с эстафетным доступом при которой все пользователи обладают равными правами.
Механизмы конфигурирования.
Абоненты ARCNET могут свободно подключаться к сети или отключаться от нее в течение текущего сеанса работы. Система автоматически конфигурирует базу данных доступных абонентов.
Механизмы защиты данных.
Каждый пакет данных снабжается 16-битной контрольной суммой проверяемой получателем. В случае потери маркера инициируется процедура реконфигурации и сеть автоматически деструктурируется. Кроме этого имеются диагностические регистры.
Физические характеристики.
АББ рекомендует использовать в качестве передающей среды коаксиальный кабель напрямую подсоединяемый к CPU. Кроме этого также можно использовать витую пару или оптоволоконный кабель (стеклянный пластмассовый) для соединений через шинные преобразователи. Длина линий которую можно получить без промежуточных усилителей зависит не только от используемого кабеля но также от выбранной скорости передачи данных и числа пользователей. Диапазон длин сегмента сети варьируется от примерно 120 м в случае простой двухпроводной шины до 3 км для оптоволокна в обоих случаях при скорости 25 Мбитс. Используя соответствующие хабы различные топологии и среду передачи путем подбора можно добиться увеличения дальности передачи. Используемые коаксиальные кабели имеют сопротивление 93 Ом например RG62. Допустимые типы кабелей на основе витой пары приводятся в IEEE 802.3i-1990. Например при скорости 25 Мбитс максимальная
длина сегмента шины равна 300 м если используются коаксиальные кабели имеется восемь пользователей и нет хаба. При использовании кабелей на основе витой пары при тех же условиях можно получить максимальную длину около120 м. Максимальная дальность передачи зависит от числа подключенных пользователей. При использовании коаксиальных кабелей можно получить длину 16 км; в случае кабелей на основе витой пары – примерно 6 км в обоих случаях при 25 Мбитс. Оптоволоконное соединение обеспечивает максимальную степень помехозащищенности. При использовании стеклянного оптоволокна возможно достижение дальности до 3 км при 25 Мбитс; при использовании пластмассового оптоволокна возможно достижение только небольшой дальности до 100 метров. При передаче по оптоволокну скорость передачи не играет существенной роли. В данном случае также можно увеличить дальность используя хабы.
Подробные диагностические сообщения для быстрого поиска и устранения неисправностей отображаются на дисплее CPU или их можно вызвать с помощью программных средств.
ARCNET: оценка функциональности .
Гарантированная бесперебойная передача данных стабильное время реакции и возможность работы в реальном времени благодаря схеме с эстафетным доступом.
Большая протяженность сети: длина сети 300м с усилителем макс. 16км.
Надежность благодаря контрольным суммам в пакете данных и протоколу с квитированием между передатчиком и приемником.
Изменяемая структура сети: возможно использование различных топологий: шинной древовидной или типологии «звезда» а также любой требуемой комбинации этих топологий.
Изменяемая сетевая среда возможность использования комбинации из коаксиальных кабелей кабелей на основе витой пары и оптоволоконных кабелей.
Автоматическое подключение и отключение пользователей; сеть автоматически включает новые станции в кольцо и также исключает их.
Доступ ведущий-ведущий: пользователь у которого находится эстафета является ведущим. Допускается до 255 ведущих устройств в одной сети.
Макс. скорость передачи данных – 25 Мбитс.
ARCNET конфигурируется и программируется с помощью средства разработки AC500 Control Builder.
Краткая информация о CANopen и DeviceNet.
Протокол CANopen первоначально был разработан для европейской автомобильной отрасли чтобы заменить дорогостоящую кабельную сеть более экономичной системой. Сегодня он также используется в сфере автоматизации для передачи данных процесса между системами управления децентрализованными модулями вводавывода приводами клапанами и т.д. CAN отличается высоким уровнем безопасности передачи так как значительная часть механизмов мониторинга встроена непосредственно в чип CAN. DeviceNet и CANopen используют физическую структуру и механизмы передачи данных CAN. Разница между ними заключается в протоколах передачи. DeviceNet и CANopen можно использовать соответственно для серий контроллеров AC500 и AC31 и для FBP-устройств нейтральных по отношению к полевой шине (децентрализованные устройства вводавывода и интеллектуальные коммутационные устройства) через интерфейсный модуль CANopen-FBP.
Были определены два типа сообщений: передача данных вводавывода и прямая связь. Передача данных вводавывода используется для данных процесса критичных ко времени тогда как прямая связь может к примеру использоваться для диагностических сообщений.
Доступ абонентов к шине.
Соединение у идентификатора которого меньший адрес обладает более высоким приоритетом на шине. Данные передаются источником потребителям (т. е. приемникам данных) определенным при конфигурировании.
Шина работает по принципу ведущийведомый с одним ведущим устройством и до 127 ведомых. Используется кабель на основе экранированной витой пары в соответствии с ISO 11898. Длина кабеля и скорости передачи: от макс. 40 м при 1 Мбитс до 1000 м при 20 Кбитс.
Шина работает по принципу связи с несколькими ведущими устройствами иили ведущийведомый с максимальным числом абонентов равным 64. Используется два типа кабеля на основе экранированной витой пары: магистральный кабель для главной линии и отводной кабель для отводной линии.
Подробные диагностические сообщения для быстрого поиска и устранения неисправностей отображаются на дисплее CPU или их можно вызвать с помощью программных средств. Дополнительно состояние устройства контролируется на модуле связи с помощью четырех светодиодов.
Краткая информация о шине CS31.
CS31 (Последовательная шина связи разработана АББ в 1989 г.) для сохранения целостности и перехода на новые модели оборудования.
CS31 – шина ведущийведомый является собственной разработкой компании. Она отличается простотой в работе легкостью конфигурирования и недорогой установкой. Интерфейс COM1 AC500 можно сконфигурировать для работы в качестве ведущего устройства шины CS31.
Связь осуществляется с помощью опроса т.е. ведущее устройство отправляет запрос ведомому а затем получает ответ. На шине CS31 рабочий режим COM1 устанавливается с помощью средства разработки.
Многоточечная линия RS485 аттестованная без отводных линий. Система состоит из одного ведущего и до 31 ведомых устройств. Длина кабеля не превышает 500 м или 2 км с усилителем. Ведомые устройства – это в основном децентрализованные модули вводавывода со встроенным соединением шины CS31.
Осуществляется на скорости 1875 КБс. Каждая телеграмма снабжается 8-битной контрольной суммой. Телеграммы обеспечивают возможность записи и чтения данных процесса (входныхвыходных данных).
Главным образом используется экранированный кабель на основе витой пары с оконечными резисторами. Другая среда передачи: волоконно-оптические кабели через преобразователь (стекловолокно макс. 3 км пластмасса макс. 100 м) контактные линии контактные кольца (длина шины макс. 50 м) и фотоэлементы данных.
Краткая информация об Ethernet.
Ethernet имеет скорость передачи данных 10 Мбитс а Fast-Ethernet – 100 Мбитс. Ethernet использует модель производительпотребитель. Это значит что все станции имеют равные права. Во время передачи данных станцией все другие станции слушают и принимают данные адресованные им. Доступ к шине регулируется с помощью процедуры CSMACD (Множественный доступ с контролем несущей с обнаружением конфликтов) в рамках которой любая станция может независимо передавать данные если шина свободна. Если случается конфликт при одновременной передаче двух станций обе станции останавливают передачу и ожидают в течение времени определяемого случайным образом перед тем как заново начать передачу. Ethernet определяет Уровень1 (физический канал) и Уровень 2 (канал данных) в модели OSI. AC500 поддерживает передачу и получение данных с использованием TCPIP иили UDPIP.
Дополнительные прикладные уровни могут использоваться путем последующей загрузки. Обеспечивается также одновременная работа TCPIP UDPIP и прикладного уровня. Поддержка протоколов IP TCP UDP ARP RP BOOTP и DHCP обеспечивается в качестве стандартной особенности в виде прикладного уровня ModbusTCP.
Звезда или кольцо с использованием концентратора или коммутатора Ethernet.
Макс. 10 Мбитс для 10 Base T и макс. 100 Мбитс для Fast-Ethernet.
Кабели на основе витой пары с разъемом RJ45. Максимальная длина кабеля равна 100 м при 100 Мбитс.
Краткая информация о Modbus.
Связь осуществляется с помощью опроса т.е. ведущее устройство отправляет запрос ведомому а затем получает ответ. Оба интерфейса COM1 и COM2 могут работать одновременно в качестве интерфейсов Modbus. Режим работы Modbus интерфейса устанавливается с помощью средства разработки.
Точка-точка через RS232 или многоточечная сеть через RS485. При использовании RS232 возможно иметь одно ведущее и одно ведомое устройства тогда как для RS485 можно работать с одним ведущим и до 31 ведомых устройств. Максимальная длина кабеля равна 15 м для RS232 и 12 км для RS485.
Макс. скорость – 1875 КБс. Каждая телеграмма снабжается 16-битной контрольной суммой. Телеграммы обеспечивают возможность записи и чтения данных процесса (входныхвыходных данных) либо индивидуально либо по группам. Данные упаковываются в формат RTU.
Может быть разной. Один широко используемый вариант представляет собой физическую основу шины RS485 экранированный кабель на основе витой пары с оконечными резисторами.
Краткая информация о PROFIBUS DP.
PROFIBUS DP (Полевая шина – Децентрализованная периферия).
PROFIBUS DP – это открытая широко используемая высокоскоростная шина. Она обеспечивает связь несколькими ведущими устройствами и связь ведущий-ведомый в области применения. Эту шину можно использовать соответственно для серий контроллеров AC500 и AC31 и для FBP-устройств нейтральных по отношению к полевой шине (децентрализованные устройства вводавывода и интеллектуальные коммутационные устройства) через интерфейсный модуль PROFIBUS-FBP.
Ведущие устройства определяют трафик на шине. Если ведущее устройство имеет разрешение на доступ к шине (эстафету) оно может передавать данные не дожидаясь внешнего запроса. Пассивные устройства еще называемые ведомыми не получают права доступа к шине; они подтверждают получение сообщений или отвечают на запрос ведущего устройства. Поддерживаются скорости передачи от 96 Кбод до 12 Мбод. Максимальное число устройств с которыми можно работать на данной шине равно 126.
Осуществляется главным образом в циклическом режиме между ведущим и ведомым устройствами. Необходимые функции обмена данными были определены в рамках основных функций PROFIBUS DP в соответствии с EN 50170. Любое ведущее устройство имеет полный доступ к функциям чтения и записидля своих ведомых устройств однако другие ведущие устройства имеют право только на чтение для этих ведомых устройств. Прямой обмен данными между ведущими устройствами отсутствует. Имеются также ациклические сервисы (DP-V1) для параметризации и диагностики между ведущим и ведомым устройствами. Это производится параллельно с циклическим трафиком пользовательских данных ведущим устройством.
PROFIBUS DP: оценка функциональности.
Макс. 126 пользователей с усилителем и макс. 32 пользователя (ведущийведомые) на сегмент шины.
Скорость передачи данных от макс. 12 Мбитс с длиной кабеля 100 м до 9375 Кбитс с кабелем 1200 м.
Связь с несколькими ведущими устройствами и связь ведущий-ведомый. Доступ ведущих устройств к шине с использованием эстафеты.
Подсоединение ведущего CPU и соответствующего модуля связи с помощью 9-контактного разъема SUB-D. Подсоединение ведомых устройств (CPU вводавывода и интеллектуальных коммутационных устройств) через FieldBusPlug.
Системный кабель – линия на основе экранированной витой пары или волоконно-оптический кабель; стандарт передачи EIA RS485.

1 Общее описание ПЛК.docx

1Структура системы AC500
Основная структура системы приводится на следующем рисунке:
Основными компонентами системы АС500 являются следующие электронные модули:
CPU различных классов производительности;
Сетевые интерфейсы для различных шинных систем: F cетевые интерфейсы Ethernet.
Центральное расширение: один CPU поддерживает прямое подсоединение до семи устройств вводавывода системы S500 FBP.
Децентрализованное расширение: с помощью интерфейсного модуля DC505 FBP (для систем PROFIBUS DP CANopen DeviceNet Modbus RTU) можно подсоединить до семи устройств вводавывода системы S500 FBP (с максимум четырьмя аналоговыми модулями).
Механический монтаж электронных модулей проводится с использованием монтажных оснований CPU (для CPU и соединителей) и монтажных оснований вводавывода (для модулей вводавывода)
спроектированных для монтажа на DIN-рейке или винтового крепления на монтажной панели.
2Основные сведения о шинных системах
Общие сведения об имеющихся CPU:
Общие сведения об имеющихся сетевых интерфейсах:
Общие сведения об имеющихся монтажных основаниях:
Общие сведения об имеющихся модулях вводавывода:
Общие сведения об имеющихся монтажных основаниях вводавывода:
Общие сведения об имеющихся интерфейсных модулях FBP:
Общие сведения об имеющихся монтажных основаниях FBP:
Общие сведения об имеющихся FieldBusPlug и доп. оборудование:
Общие сведения об имеющемся дополнительном оборудовании:
Основные сведения о шинных системах:

4 Выбор технических средств.docx

4Выбор технических средств
Для запуска установки необходим главный ключ. В качестве управляющих кнопок используем кнопки от Moeller (линейки RMQ-Titan) – плоскую кнопку M22-D-G-X1K10.
В качестве концевых выключателей используем датчики положения от Moeller (линейки LS-Titan) – датчик в металлическом исполнении LSM-11.
Для измерения давления в различных точках технологического процесса будем использовать датчики давления Siemens серии QBE2002-P. Причем давление в гидроцилиндрах (2000 кПа) определим при помощи датчика QBE2002-P25 а давление в пневмоцилиндрах (600 кПа) – при помощи QBE2002-P10.
Технические характеристики:
Управление скоростью вращения ЭД привода конвейера будем осуществлять с помощью частотного регулятора-преобразователя Lenze SMD:
Питание оборудования 24 В осуществим с помощью блоков питания DRA10-24:
В качестве ПЛК будем использовать систему AC500 со следующими элементами:

Модуль дискретных выходов.cdw

Модуль аналоговых входов и выходов.cdw

частотным приводом -
частотным приводом +
Ноль датчика давления 1
Ноль датчика давления 2
Ноль датчика давления 3
Ноль датчика давления 4
Сигнал датчика давления 1
Сигнал датчика давления 2
Сигнал датчика давления 3
Сигнал датчика давления 4
В блока питания датчиков
Ноль блока питания датчиков

Схема электрическая принципиальная питания2.cdw

Схема элетрическая принципиальная.cdw

Концевой выключатель
нижнего положения ПЦ1
верхнего положения ПЦ1
нижнего положения ГЦ1
верхнего положения ГЦ1
Датчик загруженности
нижнего положения ПЦ2
верхнего положения ПЦ2
нижнего положения ГЦ2
верхнего положения ГЦ2
Аналоговый парамерт:
Частотный однофазный
преобразователь для управления
скоростью конвейера:
линия запускаостановки
линия управления скоростью
Звуковая сигнализация
Световая сигнализация

Спецификация1.cdw

Наименование и техническая характеристика
обозначение документа

Циклограмма работы правого стола.cdw

Схема электрическая принципиальная питания.cdw

Модуль дискретных входов.cdw

Концевой выключатель
нижнего положения ПЦ1
верхнего положения ПЦ1
нижнего положения ГЦ1
верхнего положения ГЦ1
Датчик загруженности
нижнего положения ПЦ2
верхнего положения ПЦ2
нижнего положения ГЦ2
верхнего положения ГЦ2
Ноль питания для датчиков

Блок2.cdw

Спецификация2.cdw

Наименование и техническая характеристика
обозначение документа
Концевой выключатель
Модуль дискретных входов
Модуль дискретных входоввыходов
Модуль аналоговых входоввыходов
оборудования и приборов

Циглограмма левый стол.cdw

Блок3.cdw

Блок1.cdw