[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Nap
ħ
dów i Pomiarów Elektrycznych
Nr 60
Politechniki Wrocławskiej
Nr 60
Studia i Materiały
Nr 27
2007
Sterowniki swobodnie programowalne, PLC,
sterowniki mikroprocesorowe.
Krzysztof P. DYRCZ
*
MIKROPROCESOROWY STEROWNIK
ZE SWOBODN
ġ
KONFIGURACJ
ġ
WEJ
ĺĘ
I WYJ
ĺĘ
W artykule przedstawiono koncepcj
ħ
budowy taniego, uniwersalnego sterownika
mikroprocesorowego ze swobodn
Ģ
konfiguracj
Ģ
wej
Ļę
i wyj
Ļę
cyfrowych. Zaprojektowany i
wykonany sterownik mo
Ň
e zosta
ę
zaliczony do grupy sterowników PLC ze wzgl
ħ
du na całkowicie
dowoln
Ģ
konfiguracj
ħ
wej
Ļę
i wyj
Ļę
cyfrowych, a tak
Ň
e ze wzgl
ħ
du na sposób programowania.
Programowanie sterownika odbywa si
ħ
za pomoc
Ģ
komputera PC w graficznym
Ļ
rodowisku
programistycznym o cechach zbli
Ň
onych do klasycznego j
ħ
zyka drabinkowego (ang.
Ladder
Diagram
).
1. WST
Ħ
P
Sterowniki mikroprocesorowe od wielu lat stanowi
Ģ
podstawow
Ģ
grup
ħ
urz
Ģ
dze
ı
steruj
Ģ
cych w systemach automatyki przemysłowej. Ze wzgl
ħ
du na niemal
nieograniczony zakres zastosowa
ı
, łatwo
Ļę
zmiany algorytmu steruj
Ģ
cego oraz
stosunkowo niski koszt tych urz
Ģ
dze
ı
(bior
Ģ
c pod uwag
ħ
zwłaszcza stosunek
mo
Ň
liwo
Ļ
ci do ceny) sterowniki mikroprocesorowe s
Ģ
wytwarzane przez wielu
producentów. Ponadto, ze wzgl
ħ
du na docelowe przeznaczenie, sterowniki te
wykonywane s
Ģ
w wielu ró
Ň
nych odmianach. Pomimo du
Ň
ej liczby gotowych
rozwi
Ģ
za
ı
ci
Ģ
gle powstaj
Ģ
nowe konstrukcje sterowników, dlatego te
Ň
podj
ħ
to prób
ħ
zbudowania stosunkowo prostego i taniego sterownika mikroprocesorowego, który
mógłby by
ę
u
Ň
ywany w warunkach laboratoryjnych. Aby sterownik
mikroprocesorowy spełniał wymagania stawiane sterownikom PLC, musi
współpracowa
ę
ze specjalistycznym oprogramowaniem pozwalaj
Ģ
cym na swobodn
Ģ
zmian
ħ
programu steruj
Ģ
cego. W przypadku sterowników dost
ħ
pnych na rynku, koszt
takiego oprogramowania jest niejednokrotnie porównywalny z kosztem zakupu
__________
*
Politechnika Wrocławska, Instytut Maszyn, Nap
ħ
dów i Pomiarów Elektrycznych,
ul. Smoluchowskiego 19, 50-372 Wrocław, tel. (071) 3204291, e-mail: Krzysztof.Dyrcz@pwr.wroc.pl
samego sterownika. Wynika to głównie z tego,
Ň
e musi ono współpracowa
ę
z cała
rodzin
Ģ
sterowników okre
Ļ
lonego producenta, a wi
ħ
c uwzgl
ħ
dnia
ę
wła
Ļ
ciwo
Ļ
ci, które
w danym sterowniku mog
Ģ
nie wyst
ħ
powa
ę
. Zalet
Ģ
budowania własnego sterownika
jest ograniczenie tego kosztu, poniewa
Ň
oprogramowanie napisane do współpracy
z okre
Ļ
lonym sterownikiem wykorzystuje wył
Ģ
cznie mo
Ň
liwo
Ļ
ci tego konkretnego
urz
Ģ
dzenia, przez co jest stosunkowo proste i niewymagaj
Ģ
ce do działania
komputerów o wysokich parametrach technicznych.
W artykule przedstawiono koncepcj
ħ
budowy taniego, uniwersalnego sterownika
mikroprocesorowego współpracuj
Ģ
cego z dedykowanym oprogramowaniem
pozwalaj
Ģ
cym na zmian
ħ
programu steruj
Ģ
cego prac
Ģ
urz
Ģ
dzenia. Sterownik został
zbudowany w trakcie realizacji magisterskiej pracy dyplomowej [1].
2. MIKROPROCESOROWY STEROWNIK
2.1. KONCEPCJA BUDOWY STEROWNIKA
Zało
Ň
eniem konstrukcji sterownika było zaprojektowanie i wykonanie urz
Ģ
dzenia,
które b
ħ
dzie charakteryzowało si
ħ
cechami zbli
Ň
onymi do cech sterowników PLC.
Zało
Ň
ono,
Ň
e mikroprocesorowy sterownik b
ħ
dzie wyposa
Ň
ony w nast
ħ
puj
Ģ
ce moduły
u
Ň
ytkowe:
– 4 wej
Ļ
cia cyfrowe,
– 4 wyj
Ļ
cia cyfrowe,
– 3 wyj
Ļ
cia PWM,
– 2 wej
Ļ
cia licznikowe,
– interfejs RS232,
– interfejs 1–Wire,
– interfejs ISP,
– zegar czasu rzeczywistego.
Ponadto, sterownik b
ħ
dzie współpracował z dedykowanym oprogramowaniem
narz
ħ
dziowym umo
Ň
liwiaj
Ģ
cym dowoln
Ģ
konfiguracj
ħ
wej
Ļę
i wyj
Ļę
cyfrowych,
wykorzystanie zaimplementowanych interfejsów, a tak
Ň
e pozwalaj
Ģ
cym na napisanie
prostego programu steruj
Ģ
cego prac
Ģ
sterownika.
Zało
Ň
ono,
Ň
e sterownik zostanie wykonany w obudowie kompaktowej z
wewn
ħ
trznym zasilaczem, bez mo
Ň
liwo
Ļ
ci rozbudowy o dodatkowe moduły zewn
ħ
trzne,
za wyj
Ģ
tkiem czujników podł
Ģ
czanych przez interfejs 1-Wire.
Aby umo
Ň
liwi
ę
współprac
ħ
urz
Ģ
dzenia z innymi sterownikami PLC zało
Ň
ono,
Ň
e
napi
ħ
cia steruj
Ģ
ce wej
Ļ
ciami i wyj
Ļ
ciami sterownika b
ħ
d
Ģ
wynosiły +24V dla poziomu
logicznego wysokiego (jedynka logiczna) oraz 0V dla poziomu logicznego niskiego
(zero logiczne).
2.2. CZ
ĦĺĘ
SPRZ
Ħ
TOWA STEROWNIKA ORAZ OPROGRAMOWANIE SYSTEMOWE
Sterownik mikroprocesorowy został zbudowany przy zastosowaniu popularnego
mikrokontrolera AVR ATMEGA 8535 firmy ATMEL [2]. Jest to 8–bitowy
mikrokontroler typu RISC, którego architektura wewn
ħ
trzna jest wystarczaj
Ģ
ca do
skonstruowania sterownika spełniaj
Ģ
cego zało
Ň
enia wymienione w punkcie 2.1.
Ponadto, rozmiar dost
ħ
pnej wewn
ħ
trznej pami
ħ
ci danych (512b RAM i 512b
EEPROM) umo
Ň
liwia zapami
ħ
tanie wystarczaj
Ģ
co du
Ň
ej liczby zmiennych oraz
prostego programu steruj
Ģ
cego prac
Ģ
urz
Ģ
dzenia.
Zgodnie z zało
Ň
eniami, sterownik wyposa
Ň
ono w 4 wej
Ļ
cia oraz 4 wyj
Ļ
cia cyfrowe
o napi
ħ
ciu steruj
Ģ
cym 24V. W celu dopasowania poziomu napi
ħę
wej
Ļ
ciowych i
wyj
Ļ
ciowych sterownika do poziomu napi
ħę
systemowych 5V mikrokontrolera
zastosowano popularny układ ULN2803, który zapewnia tak
Ň
e obci
ĢŇ
alno
Ļę
pr
Ģ
dow
Ģ
wyj
Ļę
sterownika na poziome 0.5A. Zarówno wej
Ļ
cia, jak i wyj
Ļ
cia sterownika s
Ģ
dowolnie konfigurowalne. W przypadku wej
Ļę
oznacza to,
Ň
e ka
Ň
demu z nich mo
Ň
e
by
ę
przypisana dowolna zmienna wej
Ļ
ciowa w programie steruj
Ģ
cym, ponadto
wej
Ļ
cia 1 i 2 mog
Ģ
pełni
ę
funkcj
ħ
wej
Ļę
licznikowych. W przypadku wyj
Ļę
, oprócz
dowolnego przypisania do nich zmiennych wyj
Ļ
ciowych istnieje mo
Ň
liwo
Ļę
skonfigurowania wyj
Ļ
cia 2, 3 i 4 jako wyj
Ļę
sygnałów PWM. Sygnały wej
Ļę
i wyj
Ļę
cyfrowych sterownika wyprowadzone s
Ģ
z obudowy urz
Ģ
dzenia w dwojaki sposób: na
panelu czołowym za pomoc
Ģ
gniazd RCA, oraz na panelu tylnym za pomoc
Ģ
zł
Ģ
cza
systemowego typu DB15. Dzi
ħ
ki temu uzyskano mo
Ň
liwo
Ļę
bardzo elastycznego
poł
Ģ
czenia sterownika z urz
Ģ
dzeniami zewn
ħ
trznymi.
Sterownik wyposa
Ň
ony jest w trzy interfejsy komunikacyjne:
– interfejs RS 232 słu
ŇĢ
cy do komunikacji sterownika z komputerem PC.
Transmisja danych jest realizowana jako transmisja asynchroniczna z
wykorzystaniem dwóch linii: TxD i RxD. Przesyłane słowo ma format 10–
bitowy: bit startu (0), 8 bitów danych i bit stopu (1).
– interfejs ISP słu
ŇĢ
cy do programowania mikrokontrolera sterownika. Jest to
interfejs serwisowy, nieu
Ň
ywany podczas normalnej pracy sterownika. Za
pomoc
Ģ
tego interfejsu mo
Ň
liwa jest zmiana oprogramowania systemowego
sterownika. Interfejs jest zgodny ze standardem interfejsu ISP stosowanym
przez firm
ħ
ATMEL,
–
interfejs 1–Wire słu
ŇĢ
cy do obsługi dodatkowych czujników równie
Ň
wyposa
Ň
onych w ten typ interfejsu, np. popularnego czujnika temperatury
DS18B20.
W celu zwi
ħ
kszenia niezawodno
Ļ
ci sterownika, wyposa
Ň
ono go w awaryjne
zasilanie bateryjne, które zasila układy elektroniczne sterownika w przypadku zaniku
napi
ħ
cia
Rol
ħ
przeł
Ģ
cznika
zasilania
sieciowego.
zasilania
spełnia
wysoko
specjalizowany układ ICL7673.
Schemat ideowy głównego modułu sterownika przedstawiono na rys. 1.
Rys. 1. Schemat ideowy głównego modułu sterownika
Fig. 1. Schematic diagram of the main module of controller
 Na rysunku 2 pokazano widok panelu przedniego oraz tylnego sterownika.
a)
b)
Rys. 2. Widok panelu przedniego a) oraz tylnego b) sterownika
Fig. 2. Front a) and back b) panel of the controller
Oprogramowanie systemowe sterownika zostało napisane w j
ħ
zyku BASCOM
AVR [3]. Zapewnia ono prac
ħ
sterownika w dwóch trybach: Stop oraz Start. W trybie
Stop mo
Ň
liwa jest zmiana programu steruj
Ģ
cego prac
Ģ
urz
Ģ
dzenia, natomiast w trybie
Start sterownik wykonuje wpisany do pami
ħ
ci program. Przej
Ļ
cie sterownika do
wybranego trybu pracy odbywa si
ħ
przez wci
Ļ
ni
ħ
cie jednego z przycisków
steruj
Ģ
cych znajduj
Ģ
cych si
ħ
na panelu czołowym urz
Ģ
dzenia. Tak jak w typowych
sterownikach PLC program steruj
Ģ
cy wykonywany jest cyklicznie, przy czym
domy
Ļ
lnym trybem pracy sterownika po wł
Ģ
czeniu zasilania jest tryb Stop.
2.3. PROGRAM U
ņ
YTKOWNIKA
Programowanie pracy sterownika odbywa si
ħ
za pomoc
Ģ
specjalistycznego
oprogramowania narz
ħ
dziowego MSP3. Jest to program wyposa
Ň
ony w graficzny
interfejs u
Ň
ytkownika, który wygl
Ģ
dem i cechami funkcjonalnymi przypomina typowe
narz
ħ
dzia do programowania sterowników PLC, przy czym
Ļ
rodowisko MSP3
umo
Ň
liwia pisanie programu steruj
Ģ
cego w sposób zbli
Ň
ony do j
ħ
zyka drabinkowego.
Nie jest mo
Ň
liwe pisanie programów w pozostałych j
ħ
zykach programowania
sterowników PLC (np. FBD lub IL). Wygl
Ģ
d głównego okna programu MSP3
pokazano na rys. 3.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]