Aktuální vydání

celé číslo

08

2022

MSV 2022

Projektování, konstruování a programování automatizačních a řídicích systémů

celé číslo

Mezník techniky pohonů

Automa 9/2000

Dipl.-Ing. Jörg Wunder,
pracovník oddělení marketingu, Lenze GmbH & Co KG, Hameln

Mezník techniky pohonů

Moderní modulární koncepce stavby strojů vyžadují použít inteligentní automatizační systémy, které umožňují plnit řídicí úkoly přesně tam, kde je to potřebné – totiž v modulech samotných. Stále častěji hledají konstruktéři modulů nápady, které by vyhovovaly i požadavkům budoucnosti. V současné době se v těchto aplikacích velmi často používají malé řídicí systémy, které jsou umístěny mezi nadřazeným řídicím systémem stroje a řídicí úrovní čidel a akčních členů. Toto cenově příznivé řešení lze nalézt všude tam, kde se používají decentralizované konstrukční principy strojů.

Obr. 1.

Co je však příčinou vzniku potřeby v automatizačních procesech dále od sebe oddělit řízení motorů a řízení ostatních akčních členů a čidel? Společným základem pro řízení motorů a dalších periferií se stává systém 9300 Servo PLC, který jako první přináší vysoce dynamickou regulaci motoru s automatem PLC integrovaným do systému programovatelného podle mezinárodního standardu IEC 1131-3.

Hranice současných inteligentních regulátorů pohonů
Uživatelé mají velké nároky, avšak decentralizované systémy mají určitá omezení. Jsou to především nestandardizovaná obsluha zařízení podle specifikací jednotlivých výrobců a nedostatečná flexibilita systémů. Z toho jasně vyplývají hranice současných akčních členů – ale ty lze využitím 9300 Servo PLC odstranit.

Uvedený regulátor pohonů je řešen jako kombinace tzv. servo-měniče s programovatelným automatem (PLC) v jednom systému. Nejde však o dvě oddělené hardwarové komponenty v jednom tělese, nýbrž o doplňkovou implementaci softwaru PLC na bázi servo-měniče 9300.

Společně s přizpůsobenými asynchronními a synchronními servomotory tak vzniká univerzální pohonný systém ve výkonovém rozsahu od 0,37 do 75 kW. Tento systém je doplněn přímo montovanými převodovkami s čelními, plochými nebo kuželočelními soukolími. V různých oblastech, např. v tiskařském, textilním, obalovém nebo dřevozpracujícím průmyslu, tato kombinace jednoduchým způsobem vyřešila díky možnosti volného programování již mnoho různých aplikací.

Schopnost zabezpečit funkce ve třech oblastech
Celková množina funkcí systému pohonů se skládá ze tří částí: operačního systému, technologických funkcí a funkcí PLC.

Operační systém regulátoru pohonu zahrnuje funkce pro parametrizaci pomocí adres a speciální funkce servopohonu, jako jsou vyhodnocování zpětné vazby rezolveru nebo vysoce dynamická regulace motoru. Kromě toho jsou zde obsaženy i řídicí systém pro komunikaci prostřednictvím komunikačních systémů a operační systém pro složku PLC.

Pod technologickými funkcemi se rozumějí speciální procesní úkoly techniky pohonů. Funkce byly vytvořeny podle konkrétních požadavků trhu. Proto je měnič schopen regulovat dílčí nebo celé procesy zcela sám. Je řešením pohonů v takových úlohách, jako jsou úhlový souběh motorů, letmá pila, řízení polohování, regulace registru, elektrická vačka apod.

Třetí složkou je integrovaný automat PLC; automat je volně programovatelný a je určen k decentralizovanému řízení periferie stroje. Umožňuje uživateli na 9300 Servo PLC rychle a přímo napojit další zařízení nebo jeho části. Používají se při tom standardní jazyky podle IEC 1131-3. Chce-li však uživatel přizpůsobit motor stejným způsobem, jak to dělal doposud, může pomocí FBD propojit funkční bloky. Je třeba zdůraznit zejména tu skutečnost, že regulátor 9300 Servo PLC nejenže disponuje funkcemi podobnými funkcím PLC, pomocí nichž může uživatel řešit úkoly PLC, nýbrž že jde o integraci skutečného automatu PLC.

Obr. 2.

Pomoc při rozhodování
Pro docílení co nejkratších dob odezvy musí v decentralizovaných řídicích koncepcích inteligentní systémy akčních členů přímo zpracovávat signály z periferií. 9300 Servo PLC je pro tyto úkoly vybaven integrovanými I/O jednotkami, které jsou jakožto hardwarový prostředek obsluhovány programem PLC stejně jako násuvné moduly tradičních automatů PLC. Při řízení stroje s PLC je rozhodujícím kritériem pro volbu systému počet zpracovávaných I/O signálů. U tradičních „malých“ PLC se většinou zpracovává 8 až 256 I/O signálů.

Integrované vstupy a výstupy (pět digitálních a dva analogové) regulátoru 9300 Servo PLC lze rozšířit pomocí decentrálních rozšiřujících I/O modulů až na 64 digitálních vstupů a výstupů. Dále jsou mj. k dispozici ruční a obslužné terminály a spínače BCD. Tyto doplňkové komponenty jsou přizpůsobeny pro přímou komunikaci s měničem. Takto je např. možné podle aplikace a potřeb obsluhy zařízení napojit jako obslužný terminál jednoduché vstupní klávesnicové prvky, ale též grafické displeje nebo dotykové obrazovky (touchscreens).

Vývoj softwaru orientovaného na budoucnost
Velký důraz je kladen na strukturalizaci a vytvoření řídicího programu podle nových postupů. Protože značnou část výrobního know-how v současné době představuje software řízení, nachází se právě ve vytváření programů významný potenciál pro tvorbu hodnot.

Požadavky na vývoj softwaru pro řídicí systémy, který je orientován na budoucnost, splňuje mezinárodní norma IEC 1131-3, jež se v současné době v automatizační technice prosadila jako standard. Mezi mnoha důležitými definicemi zde lze najít např. i definice jazyků pro programování PLC:

  • jazyk IL (seznam příkazů, AWL),
  • jazyk LD (kontaktní plán, KOP),
  • jazyk FBD (jazyk funkčních bloků, FBS)
  • strukturovaný text (ST),
  • jazyk SFC (sekvenční blokové schéma).

Předem naprogramované aplikace
V rozšířené verzi dosavadního jazyka funkčních bloků může uživatel využít technologické funkce. Ty kompletně řeší různé aplikace – od jednoduché regulace počtu otáček až po komplexní sekvenční řízení.

Uživatel si může tyto programy vybrat z katalogu předloh v programovacím souboru pro 9300 Servo PLC, přenést je do regulátoru pohonu, a standardní úkoly tak řešit bez velkých nároků na programování. Knihovnu standardních programů uživatel kromě toho může i rozšířit o vlastní, často opakované funkční bloky. K dalším funkcím tohoto programovacího nástroje patří:

  • všech pět jazyků může být kombinováno v jednom projektu,
  • pro monitorování a odlaďování jsou k dispozici rozsáhlé funkce on-line,
  • součástí programu je i vizualizace,
  • software je doplněn simulací off-line,
  • multitasking zaručuje optimální výpočetní výkon zejména pro náročné aplikace.

Volně konfigurovatelný operační systém s multitaskingem
Ačkoliv jsou úkoly řídicí techniky ve strojírenství rozmanité, objevují se mezi všemi typy strojů určité paralely. Uvnitř reálného výrobního procesu se u stroje vyskytují postupy, které se periodicky opakují, a neperiodické jednorázové postupy. Klasický, cyklický funkční princip PLC je k řešení neperiodických postupů vhodný pouze za určitých podmínek. Typické systémy PLC pracují podle cyklických schémat, tzn. že na počátku cyklu jsou vstupní hodnoty načítány, potom zpracovávány a na konci cyklu např. zobrazeny nebo jinak zpracovány.

Elegantním řešením je použití operačního systému s multitaskingem podle definice normy IEC 1131-3. Tak lze definovat zpracování jednotlivých postupů. Přitom je rovněž možné stanovit priority a určit intervaly, v nichž mají být realizovány méně důležité úkoly. Je evidentní, že např. zpracovat stisknutí nouzového spínače je mnohem důležitější než zobrazit naměřené hodnoty, a musí tedy mít větší prioritu než vizualizace.

Pohon s funkcemi PLC
Inteligentní pohon 9300 Servo PLC má vlastnosti, které jsou právě pro modulární a otevřené systémy tou nejlepší technickou i ekonomickou perspektivou.

Pod pojmem Engineering Inside je popsán kompletní systém, který řeší úkoly typické pro automatizaci i techniku pohonů. Základem systému je hardware. K tomu se přidružuje softwarové řešení aplikací v pohonu. Takto mohou být přímo a s příznivou cenou realizovány různé procesní úkoly. Tento mezník v technice pohonů je důležitý pro úsporný provoz zařízení; vznikl v těsné spolupráci s uživateli.

Lenze
Antriebstechnik G.m.b.H.
ul. 17. listopadu 510
CZ - 549 41 Červený Kostelec
Tel.: 0441 - 467 111
Fax: 0441 - 467 166
E-mail: lenze@lenze.cz