Aktuální vydání

celé číslo

08

2020

Mozaika novinek a informací

Restart ekonomiky

celé číslo

Esperanto programátorů PLC: programování podle normy IEC/EN 61131-3 (část 12)

Toto pokračování seriálu je věnováno sekvenčním funkcím, které realizují závislost na čase. Nejprve budou popsány standardní funkční bloky časovačů. Na příkladech pak budou ilustrovány možnosti jejich využití v různých situacích při řízení chytrých domů. V praxi se lze často setkat s případy, kdy je třeba řídit objekt podle časových závislostí, vygenerovat impulzy potřebné délky nebo potřebnou posloupnost signálů v čase. Bývá potřebné měřit čas, dobu trvání událostí, měřit a nastavovat délky impulzů, zjistit a zaznamenat dobu události nebo řešit složitější úlohy závislé na čase.

Pochybnost o účelnosti tradičního řešení schodišťového vypínače

Vraťme se ještě k různým způsobům ovládání osvětlení schodiště (popř. chodby nebo jiných veřejných prostor). Uvažujme případ jednoduchého schodiště. Bez problémů je situace, kdy je osvětlení zhasnuté, příchozí je rozsvítí při vstupu a zhasne při opouštění schodiště. Co když ale chodec vstoupil na již osvětlené schodiště rozsvícené předchozím chodcem, který si nově příchozího nevšiml, a po chvíli světlo zhasne? Pak musí druhý chodec vyjít zbytek schodiště potmě nebo se po temném schodišti vrátit na začátek a rozsvítit si. Co když na zhasnuté schodiště vstupují dva chodci, každý z jiné strany a oba se pokoušejí rozsvítit? Nebo oba opouštějí schodiště a současně chtějí zhasnout? Co když obyvatel prvního patra hledá něco ve své skříni nebo se chystá uklízet schodiště a šetrný obyvatel přízemí mu zhasne v domnění, že někdo zapomněl zhasnout? Opomenuté zhasnutí je velmi častým problémem společných prostor a je zdrojem zbytečné spotřeby energie.

Tradiční řešení osvětlení schodišť pochází z doby počátků elektrifikace, kdy byly k elektroinstalaci dostupné jen schodišťové vypínače (přepínače), křížové spínače a podobné elektromechanické prvky. Nyní jsou ale pro „chytrou“ elektroinstalaci k dispozici podstatně pokročilejší nástroje. Především jde o infračervené senzory pohybu (PIR) a možnosti jejich časového vyhodnocení. Pro veřejné prostory je vhodné držet se zásady, že se příchozí stará jen o rozsvícení a zhasnutí je automatické. Ještě výhodnější je, aby i rozsvícení automaticky zajistil infračervený senzor pohybu (čidlo PIR). A zde půjde o realizaci časových funkcí.

Zásady tradičního ovládání ale mají stále své místo u svítidel nebo jiných spotřebičů v soukromých prostorech (např. v obývacím pokoji, v pracovně, v ložnici). Zde je výhodné mít možnost od vchodu rozsvítit zvolené svítidlo (nebo jejich skupinu) a z jiného místa (např. od křesla, od pracovního stolu nebo z postele) je zhasnout – a naopak.

Funkční bloky časovačů

Norma IEC stanovuje tři typy standardních funkčních bloků časovačů: TP (impulzní časovač), TON a TOF (zpožďovač náběžné a sestupné hrany). Podrobně jsou jejich funkce a způsob použití (volání) popsány v příručkách [1], [2], [3], [7], [8]. Příklad volání v jazyku LD je uveden na obr. 35. Všechny tři typy standardních funkčních bloků časovačů mají stejnou schematickou značku se shodným vnitřním popisem a liší se jen jménem. Jako IN je označen vstup binární proměnné (BOOL), která řídí činnost časovače, a Q je výstupní binární proměnná. PT označuje vstup pro hodnotu časové předvolby (obvykle se k němu připojuje konstantní hodnota, ale může to být i proměnná). Výstup ET předává informaci o stavu časové proměnné, vyčíslené časovačem. V programu je využíván spíše výjimečně.        

Časovač TP (impulzní časovač)

Časovač TP generuje impulzy shodné délky a časové průběhy jeho proměnných jsou na obr. 36. S příchodem náběžné hrany vstupní proměnné na vstupu IN začne časovač generovat impulz na výstupu Q. Délka impulzu odpovídá předvolbě zadané na vstupu PT a je nezávislá na délce vstupního impulzu. Jestliže je vstupní impulz kratší než časová předvolba, je výstupní impulz prodloužen, v opačném případě je výstupní impulz zkrácen. Započaté generování výstupního impulzu je nepřerušitelné a časovač je pro nový impulz připraven až po skončení započaté aktivity. Sled krátkých vstupních impulzů v průběhu časování aktivitu časovače neovlivní.

Časovač TON

Časovač TON, neboli Timer ON, způsobí zpoždění náběžné hrany a je programovou analogií časového relé se zpožděným přítahem. Časové průběhy proměnných časovače jsou na obr. 37. Při nulové hodnotě vstupní proměnné na vstupu IN je časovač TON pasivní a jeho výstup Q je rovněž nulový. Časovat začne až s příchodem jedničkové hodnoty na vstupu IN. Výstup Q zůstává stále nulový až do doby, kdy je dosaženo času předvolby zadané na vstupu PT – pak se výstup změní na jedničku a v tomto stavu setrvá až do příchodu nulové hodnoty na vstup IN. S nulovou hodnotou na vstupu IN nastane reset časovače – zruší se časování, výstup Q se vynuluje a časovač je uveden do klidového stavu. Reset se provede i v situaci, kdy ještě nebylo dosaženo hodnoty předvolby času. V případě dlouhých vstupních impulzů (delších, než je předvolba času) je na výstupu časovače TON začátek impulzu (náběžná hrana) zpožděn o hodnotu předvolby, zatímco jeho konec (sestupná hrana) kopíruje konec vstupního impulzu. Je-li impulz na vstupu IN kratší, než je hodnota předvolby, zůstává výstup Q nulový. Krátké vstupní impulzy jsou tedy časovačem TON potlačeny – odfiltrovány. Na výstupu ET je k dispozici aktuální údaj stavu časování.

Časovač TOF

Časovač TOF, neboli Timer OFF, způsobí zpoždění sestupné hrany a je programovou analogií časového relé se zpožděným odpadem. Časové průběhy proměnných časovače jsou na obr. 38. Při jedničkové hodnotě vstupní proměnné na vstupu IN je časovač TON pasivní a jeho výstup Q je rovněž jedničkový. Časovat začne až s příchodem nulové hodnoty na vstupu IN. Výstup Q zůstává stále jedničkový až do doby, kdy je dosaženo času předvolby zadané na vstupu PT – pak se výstup změní na nulu a v tomto stavu setrvá až do příchodu jedničkové hodnoty na vstup IN. S jedničkovou hodnotou na vstupu IN nastane reset časovače – zruší se časování, výstup Q se nastaví do jedničky a časovač je uveden do klidového stavu. Reset se provede i v situaci, kdy ještě nebylo dosaženo hodnoty předvolby času. V případě dlouhých nulových impulzů vstupní proměnné IN (delších, než je předvolba času) je na výstupu časovače TON začátek nulového impulzu (sestupná hrana) zpožděn o hodnotu předvolby, zatímco jeho konec (náběžná hrana) kopíruje konec vstupního impulzu. Jestliže je nulový impulz na vstupu IN kratší, než je hodnota předvolby, zůstává výstup Q jedničkový. Krátké nulové impulzy na vstupu jsou tedy časovačem TOF potlačeny – odfiltrovány. Na výstupu ET je k dispozici aktuální údaj stavu časování.        

Souvislosti mezi TON a TOF

Je možné se snadno přesvědčit, že mezi funkcemi časovačů TON a TOF platí obdobné vztahy jako mezi logickými operátory AND a OR, tedy De Morganovy zákony.

TON(x) = NOT (TOF(NOT x))

TOF(x) = NOT (TON(NOT x))

nebo

NOT (TON(x)) = (TOF(NOT x))

NOT (TOF(x)) = (TON(NOT x))

Příklad 14: Osvětlení s nastavenou dobou

Je požadováno, aby se bezprostředně po stisku tlačítka rozsvítilo osvětlení místnosti a svítilo po zadanou dobu, např. 1 min.

Řešení: Úlohu řeší obvod 0018 na obr. 35. Je zde použit časovač TP (generátor impulzu), který je aktivován kontaktem tlačítka tlac_8 na vstupu IN. Časovač svým výstupem ovládá výstup svit_7. Doba trvání impulzu je zadána na vstupu PT. Zde je uvedena konstantní hodnota 1 min, ve formě časového literálu T#1m, zvolit lze libovolnou jinou konstantní hodnotu, popř. lze na vstup PT připojit proměnnou s časovým údajem. Pokud je časovač TP aktivován, nelze generovaný impulz přerušit a dobu svícení není možné zkrátit ani prodloužit – je třeba vyčkat, až po minutě svítidlo zhasne.

Uvedený způsob ovládání svítidel je účelný u vchodových dveří do bytu nebo domu, v předsíni, šatně nebo skladu – v situacích, kdy je třeba osvětlit nevelký prostor jen po určitou dobu (např. než příchozí stačí odemknout, přezout se nebo převléknout, vzít něco ve spíži) a kde obyvatelé obvykle zapomínají zhasnout. Výhodné je takto ovládat i ventilátory (např. na WC nebo v koupelně) – někdy je žádoucí je zapínat s příchodem osoby do místnosti, současně s rozsvícením, někomu vyhovuje spuštění ventilátoru až při odchodu osoby.

V podobných situacích je výhodné vy­užít infračervený senzor PIR k automatickému rozsvícení nebo k aktivaci jiného spotřebiče (např. ventilátoru). Senzor PIR bývá mylně považován za čidlo přítomnosti osoby. Ve skutečnosti je čidlem pohybu osob. Proto je třeba vzít v úvahu, že kontakt senzoru je sepnut, jen je-li osoba v jeho „zorném poli“ a pohybuje se zde. Někdy je výhodné, že se osvětlení rozsvítí jen krátce, např. u vchodových dveří. Je ale nepříjemné až stresující, když po určité době pobytu v místnosti osvětlení samovolně zhasne (obvykle v té nejméně vhodné situaci). Pak je nutné hledat senzor PIR a mávat tím směrem, jako by mu bylo sdělováno „haló, tady jsem“.

Příklad 15: Osvětlení aktivované senzorem pohybu PIR

Úkolem je ovládat svítidlo senzorem PIR tak, aby po jeho aktivaci byl prostor osvětlen na dostatečně dlouhou dobu a pak osvětlení automaticky zhaslo.

Řešení: Úlohu opět řeší obvod 0018 na obr. 35, jen kontakt tlac_8 není kontaktem tlačítka, ale senzoru. Dobu trvání impulzu je třeba nastavit podle požadavku uživatele, obvykle na dobu s rezervou delší, než je typická doba přítomnosti obyvatel v místnosti. Doporučuje se, aby nastavená délka osvětlení nebyla zbytečně dlouhá, protože impulz generovaný časovačem TP je nepřerušitelný a osvětlení by nebylo možné zhasnout. Naopak se doporučuje volit dobu impulzu realisticky dlouhou a umístit v místnosti ještě tradiční tlačítko, kterým lze osvětlení rozsvítit trvale, jestliže uživatel hodlá v místnosti setrvat delší dobu (např. se chce vykoupat) – a mít možnost osvětlení při odchodu vypnout.

Příklad 16: Časově řízené osvětlení schodiště nebo chodby

Časově ovládání popsané v příkladech 14 a 15 je výhodné zobecnit i pro ovládání schodiště nebo chodby z více míst. Úkolem je nejprve ovládat jednoduché schodiště z obou míst na jeho obou vstupech – tlačítkem nebo senzorem PIR.

Řešení 1: Úlohu lze řešit zobecněním obvodu 0018 na obr. 35, kde se místo jednoho kontaktu tlac_8 použije logický součet OR kontaktů dvou tlačítek nebo senzorů PIR z obou ovládacích míst. Postup lze rozšířit pro více ovládacích míst na delším (vícepatrovém) schodišti nebo na chodbě. Nevýhodou tohoto řešení je, že když chodec vstupuje na již osvětlené schodiště (od předchozího chodce), je pravděpodobné, že mu osvětlení zhasne dřív, než schodiště opustí.

Řešení 2: Nevýhodu řešení 1 lze částečně odstranit a zajistit osvětlení pro dva chodce, kteří jdou v protisměru. V programu se zdvojí motiv obvodu 0018 z obr. 35, pro každé ovládací místo (pro kontakt tlačítka nebo senzoru PIR), a dílčí výstupy se logicky (OR) sečtou. Každý příchozí si tak generuje svůj časový impulz, který se podílí na celkové době osvětlení.

Ladislav Šmejkal

Obr. 35. Příklady volání funkčního bloku časovačů v programu LD

Obr. 36. Časovač TP (generátor impulzů zadané délky) – průběhy klíčových proměnných

Obr. 37. Časovač TON (zpožďovač náběžné hrany) – průběhy klíčových proměnných

Obr. 38. Časovač TON (zpožďovač sestupné hrany) – průběhy klíčových proměnných