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 некондиционные бутылки, отправлять их в сторону и тоже вести их учет. Для решения подобных задач в ПЛК применяются различные виды счетчиков:

- CTU - инкрементый,

- CTD -декрементный,

- СTUD - 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 X (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 TRIE. 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 нс 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 СТD после обнуления выхода CV все поступающие на вход CD сигналы будут потеряны.

CTUD – инкрементный/декрементый счетчик по фронту сигнала на накопительном входе СU 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 ПJIK 100PL.

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

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

На рисунке 9.4 представлена временная диаграмма работы системы.

Очевидно: t2 - tl = t6 - t5 = tI0 - t9 = 10c; t4 - t3 = t8 - t7 = 20c;

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).

Примеч ание.

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 tp-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 1 мс 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 TP -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 TP-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 TP -таймер F5 с уставкой РТ на 9, 5 мин. Эта цепь обеспечит в момент t2 запуск Ml и его отключение в момент 13, т. е. за 20 с до остановки М2. Начальный фрагмент проекти­руемой системы изображен на рис. 9.5.

Пока??? на входе RESET 1 в RS -триггере оставим без ответа. Формально нормальный режим работы транспортеров в интервале 0...14 вроде бы выполнен. Надо теперь предусмот­реть возможность досрочной остановки процесса уборки сыпучих материалов. С этой целью в четвертой цепи установим кнопку STOP и TP -таймер F6 В момент t7 при нажатии на кнопку STOP кратковременно срабатывает реле К2, контакт которого в следующей цепи вы­зывает срабатывание реле Y1.

Рис.9.5.Начальный фрагмент проектируемой СЛУ

Рис. 9.6. Развитие начального фрагмента

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 VI 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 M1, от­ключится М2. Естественно, когда-то придется снять самофиксацию с реле YI. Для чего по известной схеме поставим размыкающий контакт в цепь с катушкой Y1. Но имя этого эле- мента 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 tIl при нажа­тии на кнопки PUSK и STOP, через TP -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 tIl, а точнее в следующем цикле прогона программы снимет блокировку с реле YI 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 TP -таймера F3. За что 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.

Рис. 9.7.Почти окончательный вариант СЛУ

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 RESET 1

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 КЗ 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 его нет!) кратко­временный сигнал TRUE но входу RESETI RS -триттера. 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, пою 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 ной кнопки с IIЛK помнится сигнал, требующий вмешательства технологов с позиций безопасного обслуживания по­добного технологического процесса можно утверждать, что лучше не запустить, чем вовремя не остановить!

Рис. 9.8. Окончательный вариант СЛУ

Рис. 9.9. Фрагмент схемы с размыкающей кнопкой STOP

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