Счетчики

Можно привести немало технологических процессов, для управления которыми необходимо вести подсчет чего-либо. Например, бутылок с минеральной водой, перемещаемых конвейером для последующей упаковки в ящик. Возможно, при этом надо с помощью какого-то датчика выявлять в потоке некондиционные бутылки, отправлять их в сторону и тоже вести их учет. Для решения подобных задач в ПЛК применяются различные виды счетчиков.

СТU инкрементый, СТD декрементный и CTUD инкрементный/декреметный счетчики.

Соберем простую схему с CTU -счетчиком (рис.9.1).

Вход PV используется для задания уставки (требуемого количества импульсов), вызывающей срабатывание счетчика, при котором выход Q перейдет в TRUE (при условии, что на входе RESET был сигнал FALSE).

Вход RESET знаками запрашивает имя логического элемента, от которого должен поступить сигнал TRUE, останавливающий счет, обнуляющий выход CV и устанавливающий на выходе Q FALSE.

С выхода CV можно снимать значение накопленных сигналов. В режиме эмуляции при запуске этой схемы на выходе CV будет в нарастающем порядке высвечиваться количество поступивших на данный момент импульсов на вход CU.

В схеме (рис. 9.1) счетчику присвоено имя W, входу RESET -имя реле h, выходу CV - L и принята уставка PV = 100. Само реле h находится в третьей цепи и управляется кнопкой U.

Первая цепь содержит кнопку PUSK и генератор импульсов на реле Х (рис. 9.1).

По каждому фронту сигнала, поступающему на вход CU, значение выхода CV возрастает на 1 и как только их сумма достигнет значения PV выход Q переходит в TRUE, срабатывает реле Y. Но счет не останавливается! Для остановки счета и обнуления CV необходимо нажать кнопку U.

CTD -счетчик отличается от CTU тем, что каждый входной импульс уменьшает значение счетчика на 1. Когда счетчик достигнет нуля, выход Q устанавливается в TRUE.

Важный момент! Счетчик CTD загружается значением уставки, равным PV, только когда на входе LOAD есть сигнал TRUE. Схема с CTD -счетчиком показана на рис. 9.2).

Кнопка PUSK запускает генератор X. Счетчику присвоили имя Q, входу LOAD - h, входу CV - N.

По умолчанию принято, что реле, управляющие счетчиками CTU и CTD имеют на входах RESET и LOAD соответственно замыкающий контакт. В схемах это реле h. Но, учитывая отличие счетчика CTD, лучше в схеме (рис. 9.2) установить размыкающую кнопку U. Тогда при включении схемы сразу сработает реле h и подаст сигнал TRUE на вход LOAD, что обеспечит загрузку выхода CV начальным значением PV (в нашем примере 50). При нажатии на кнопку PUSK, начинает работать генератор X, на вход CD поступают импульсы. Но счетчик не активирован. На вы­ходе Q имеем FALSE.

«Размыкаем» кнопку U. Реле h отключается, на вход LOAD приходит сигнал FALSE, активируется счетчик и начинается обратный отсчет на выходе CV. Как только CV = 0, счетчик остановится, на выходе Q сигнал становится TRUE, срабатывает реле Y. Новый отсчет начнется после повторного замыкания и размыкания кнопки U.

После срабатывания CTU -счетчика (Q = 1) счет импульсов по входу CU будет продолжаться, и это можно проконтролировать по выходу CV. В счетчике CTD после обнуления выхода CV все поступающие на вход CD сигналы будут потеряны.

CTUD - инкрементный/декрементый счетчик по фронту сигнала на накопительном входе CU увеличивается на 1. По фронту же сигнала на вычитающем входе CD уменьшается на 1 до 0.

Если на входе RESET = 1, то счетчик CV обнуляется. По значе­нию входа LOAD = 1 счетчик загружается значением, равным PV. На выходе CV можно контролировать изменение результата счета.

Выход QU = 1, если CV ≥ PV, иначе QU = 0.

Выход QD = 1 если CV = 0, иначе QD = 0.

Изучив принцип работы таймеров и счетчиков, рассмотрим следующий пример.

Пример.

Пусть необходимо создать систему управления электроприводами горизонтального А и наклонного В транспортеров для перемещения сыпучих материалов (рис. 9.3).

Сначала необходимо составить словесное описание проектируемой системы. На этой стадии следует выявить количество и технические характеристики входных элементов и исполнительных механизмов, опираясь на известные решения подобных задач и личный опыт, пожелания технологов и обслуживающего персонала, требования безопасности.

Допустим, в результате этих действий выявили, что необходимо иметь на пульте управления два приемных элемента; кнопки «Пуск» и «Стоп», работающие с самовозвратом, т. е. без фиксации включенного состояния и для привода транспортеров два исполнительных механизма: Ml и М2. Проектируемую СЛУ можно отнести к системам мягкого реального времени. В качестве контроллера имеем возможность использовать ОВЕН ПЛК 100PL.

При пуске линии первым должен включиться М2 (чтобы не было завала в коллекторной яме!) и через 10 с (по совету технологов) двигатель M1.

При нормальном режиме работы наклонный транспортер должен работать 10 мин, но первым за 20 с до остановки М2 должен выключиться Ml, чтобы за это время разгрузить коллекторную яму и облегчить последующий запуск линии.

В случаи малого количества сыпучих материалов оператор может досрочно, нажав кнопку «Стоп», остановить процесс. При этом первым должен остановиться Ml и через 20 с - М2. При необходимости (аварийная ситуация!) сразу остановить Ml и М2, кратковременно нажав обе кнопки «Пуск» и «Стоп» одновременно. Повторное (возможно ошибочное) нажатие этих кнопок не должно приводить к включению транспортеров. Повторный запуск транспортеров допускается не менее, чем через 10 мин с целью охлаждения двигателей Ml и М2 или для выяснения причин аварийной остановки и их устранения.

На рисунке 9.4 представлена временная диаграмма работы системы.

Рис. 9.4. Bpeмeннaя диаграмма состояний входных

и выходных элементов проектируемой системы

Очевидно: t2 - tl = t6 - t5 = tI0 - t9 = 10с;

t4 - t3 = t8 - t7 = 20c;

t4 – tl = 600c;

t3 - t2 = 600 – 10 - 20 = 570c.

Попытаемся спроектировать схему на LD.

В момент tl оператор нажал кнопку PUSK, и через TP -таймер F1 кратковременно сработало виртуальное реле К1 (рис. 9.5).

Примечание.

Этот таймер при подключении кнопки к реальному ПЛК защитит его от так называемого «дребезга контактов», имеющего место в механических контактных элементах. Во время этого дребезга возникает хаотичная группа импульсов, что в ряде случаев может привести к ложным срабатываниям ПЛК.

ТР -таймер же реагирует на первый импульс, игнорируя последующие, если те укладываются во временной интервал уставки по его входу РТ. Обычно достаточно принять уставку порядка десятков миллисекунд, т. к. по техническим условиям на контактные изделия продолжительность дребезга не должна превышать 1мс. Но значение РТ, в общем случае, не должно превышать время прогона программы.

Первая цепь имитирует работу кнопки с самовозвратом, т, е, при нажатии на кнопку PUSK кратковременно (на период действия импульса с ТР -таймера F1) сработают контакты этого реле. Теперь необходимо зафиксировать это кратковременное срабатывание. С этой целью во второй цели поставим RS -триггер F2. При замыкании контакта К1 на входе SET этого FB на его выходе Q1 появится сигнал, запускающий ТР-таймер F3 с уставкой РТ на 10 мин или 600 с. Можно установить по желанию любой вариант РТ. Это обеспечить включение в тот же момент tl двигателя наклонного транспортера.

В третьей цепи виртуальный контакт реле М2 через TON -таймер F4 с задержкой на 10 с запустит ТР -таймер F5 с уставкой РТ на 9, 5 мин. Эта цепь обеспечит в момент t2 запуск Ml и его отключение в момент t3, т. е, за 20 с до остановки М2. Начальный фрагмент проектируемой системы изображен на рис. 9.5.

Пока??? на входе RESET1 в RS -триггере оставим без ответа. Формально нормальный режим работы транспортеров в интервале 0... t4 вроде бы выполнен. Надо теперь предусмотреть возможность досрочной остановки процесса уборки сыпучих материалов. С этой целью в четвертой цепи установим кнопку STOP и ТР -таймер F6. В момент t7 при нажатии на кнопку STOP кратковременно срабатывает реле К2, контакт которого в следующей цепи вызывает срабатывание реле Y1.

Это реле становится на самоблокировку и в следующем цикле прогона программы, т, е. с позиции системы мягкого реального времени практически в тот же момент t7 должно остановить Ml. С этой целью в третью цепь поставим размыкающий контакт Y1. Кроме того, надо через 20 с отключить М2, Потребуется новая шестая цепь (рис. 9.6), в которой Y1 через TON -таймер F7 запускает виртуальное реле V2, которое своим размыкающим контактом во второй цепи выполнит эту процедуру и в момент t8, т. е. через 20 с после остановки Ml, отключится М2. Естественно, когда-то придется снять самофиксацию с реле Y1. Для этого по известной схеме поставим размыкающий контакт в цепь с катушкой Yl. Но имя этого элемента оставим пока под???.

Вроде бы выполнили и второй режим досрочной остановки,

но еще не решены вопросы с перезапуском RS -триггера и аварийной остановкой Ml и М2.

Создадим еще одну седьмую цепь.

Контактами К1 и К2, которые срабатывают в момент t11 при нажатии на кнопки PUSK и STOP, через ТР -таймер F8 запустим реле h, а имя этого реле поставим на входе RESET1 RS -триггера F2,

Кроме того, размыкающий контакт этого реле в тот же момент t11, а точнее в следующем цикле прогона программы снимет блокировку с реле Y1 и обесточит двигатели Ml и М2. Кстати, выполнить точно одномоментное нажатие и включение механических кнопок PUSK и STOP под силу не каждому оператору. Здесь нам помогут таймеры FI и F6, которые не только защищают ПЛК от дребезга контактов, но и устраняют последствия возможной асинхронности в действиях оператора при нажатии на кнопки. Уставка ТР -таймера F8 должна быть не менее уставки запущенного ранее ТР -таймера F3. За это время снова запустить технологический процесс нельзя. (Надо установить и устранить причину аварийной остановки!)

Получили вроде бы окончательный вариант проектируемой СЛУ(рис. 9.7).

Если запустить эту программу в режим эмуляции, то при первом запуске все сработает, как и планировалось.

Но попытка повторного запуска в первом и втором режимах (рис. 9.4) не дает желаемого результата. В чем дело? Ответ простой. Выход Q1 RS -триггера после поступления сигнала по SET входу остается в состояние TRUE, пока не получит сигнал сброса на вход RESET1. А этот сигнал поступит только в режиме аварийной остановки, т. е. когда будут нажаты кнопки PUSK и STOP, Следовательно, надо добиться, чтобы при каждом нажатии на кнопку PUSK производилась кратковременная подача сигнала на вход RESET1.

С этой целью создадим еще одну (восьмую) цепь, в которой контакт К1, срабатывающий при нажатии кнопки PUSK, запустит ТР -таймер F9 с выдержкой времени значительно меньше, чем у таймера F1 (рис, 9.8), Сработает реле К3 и своим замыкающим контактом в следующем цикле приведет к кратковременному срабатыванию катушки реле h, установленной в седьмой цепи. Это реле уже в следующем цикле прогона программы подаст своим замыкающим контактом (на схеме егонет!) кратковременный сигнал TRUE но входу RESETI RS -триггера, подготовив тем самым его к приему сигнала по входу SET. Поэтому уставка РТ у F1 должна быть, по крайней мере, больше аналогичной уставки для F9 на двойную продолжительность цикла сканирования. Иначе RS -триггер не сработает.

Можно сократить эту разницу в уставках РТ для F1 и F9 на один период прогона программы, «подняв» восьмую цепь хотя бы на «ступеньку» выше седьмой цепи, т. е, поменять их местами. Но так как проектируемая СЛУ будет работать в режиме мягкого реального времени, этого делать не обязательно.

Вопросы безопасности

С целью безопасной работы технологической линии желательно кнопку STOP выбирать с размыкающим контактом, т, к. в случае обрыва линии связи этой кнопки с ПЛК появится сигнал, требующий вмешательства технологов- С позиций безопасного обслуживания подобного технологического процесса можно утверждать, что лучше не запустить, чем вовремя не остановить!

Тогда четвертую цепь в схеме по рисунку 9.8 можно заменить, как показано на рисунке 9.9. Потребуется еще один блок F_TRIG F10.