Wykorzystanie programowania sekwencyjnego i współbieżnego w sterowaniu przykładowymi procesami przemysłowymi

1.    Schemat funkcjonalny
Rysunek 72 ilustruje schemat funkcjonalny urządzenia do transportu materiałów sypkich typu piasek, cement, wapno, itp. których odpowiednia ilość w wagoniku po jego zważeniu przenoszona jest z punktu jego napełnienia do punktu odbioru surowca, tj. miejsca wyssania go do zbiornika głównego, z którego jest dalej on transportowany. Schemat funkcjonalny pokazuje rozmieszczenie odpowiednich czujników kontrolnych oraz urządzeń wykonawczych. W części kontrolnej, tak jak dla poprzednio omówionej platformy obrotowej przewidziano istnienie pulpitu sterującego (nie uwidocznionego za to na rysunku 72), na którym przewidziano umiejscowienie funkcji kontroli i sterowania dla tego procesu. (Rzeczywistą postać pulpitu wraz z elementami kontrolno-sterującymi opisano w dalszej części tekstu). 

Rysunek 72: Schemat funkcjonalny urządzenia do transportu materiałów sypkich – cz. 1

2.    Zasada działania układu
Widać z rysunku 72, że elementem odpowiedzialnym za transport materiałów sypkich w obrębie urządzenia objętego tym schematem funkcjonalnym jest wagonik, który z powodu duże masy ładunku osadzony jest na osiach czterech kół pełnych (czyli wypełnionych gumą, nie zaś pneumatycznych). Przy pracy automatycznej urządzenia stwierdzenie przez właściwy czujnik, iż Silos „A” jest napełniony np. wapnem, czyli stan czujnika CZ_M1=1, (za napełnianie mniejszego silosu oraz odbiór surowca wysypywanego z Silosu „B” odpowiada inny układ sterowania, nie uwidoczniony na rysunku), oraz Silos „B” jest pusty (czujnik CZ_M2=0) powoduje rozpoczęcie grawitacyjnego wypływu wapna z tego zbiornika poprzez czasowe sterowanie klapą spustową małą (TKL1= 60s) za pośrednictwem elektrozaworu EZ1, po czym ten nastawnik się zamyka. W tym momencie czujnik wagowy powinien stwierdzić odpowiednią ilość wapna, czyli CZ_W=1. Gdy to nie wystąpi klapa spustowa jest ponownie uruchamiana, ale na krótszy okres czasowy wynoszący TKL2= 10s. Przy właściwym stanie czujnika wagowego, czyli CZ_W=1 uruchamiane jest tłoczysko siłownika pneumatycznego jednostronnego działania poprzez uruchomienie rozdzielacza pneumatycznego EZ_P. Tłoczysko tego siłownika powinno przemieścić się pomiędzy dwoma czujnikami, tj. CZ_SL i CZ_SP w czasie krótszym niż TS= 5s, co będzie oznaczać prawidłowość ciśnienia zasilania siłownika. Jeżeli to nie wystąpi, układ sterowania alarmuje o tym operatora procesu poprzez zapalenie sygnalizacji optycznej Ż_STOP. Oznacza to zadanie zwiększenie ciśnienia medium dla zasilenia siłownika, co samoczynnie przywraca proces transportu i wygasza sygnalizację Ż_STOP. Terminowe zaś przemieszczenie wagonika z wapnem uruchamia procedurę obniżania wlotu ssawy w kierunku wnętrza wagonika z wapnem, co odbywa się w czasie TPOZ=10s. (Ten proces realizuje inny układ sterowania rękawem ssawy nie uwidoczniony na rysunku 72). Po tym czasie napęd ssawy N_S jest uruchamiany i wapno wędruje do Silosu „B”. Po okresie czasu wynoszącym TSS=30s, który przyjęto jako wystarczający do całkowitego opróżnienia wagonika z wapna napęd ssawy N_S jest wyłączany jak również i sterowanie rozdzielacza pneumatycznego EZ_P. Tłoczysko siłownika pneumatycznego na skutek działania sprężyny powrotnej cofa się do pozycji czujnika CZ_SL przemieszczając jednocześnie wagonik do punktu jego ponownego napełniania, co przy wybranym trybie automatycznym spowoduje, że opisany wyżej proces może rozpocząć się ponownie. Po dziesięciu cyklach napełniania i transportu wapna układ ten jest zatrzymywany i uruchamiana jest klapa spustowa duża za pośrednictwem elektrozaworu EZ2 do momentu osiągnięcia przez surowiec poziomu rezerwowego, określonego czujnikiem CZ_M2. Gdy to nastąpi klapa spustowa duża jest wyłączana i kompletny proces może rozpocząć się ponownie. Dla celów zapobieżenia ewentualnych niezamierzonych strat wapna przewidziano oprócz wcześniej opisanej reakcji układu sterowania na zanik ciśnienia medium dla siłownika wykorzystanie dwóch czujników przepełnienia silosów, tj. CZ_N1 i CZ_N2 odpowiednio dla Silosu „A” i Silosu „B”. Zadziałania ich (tzn. CZ_N1 = 1 i CZ_N2=1) wykluczy wybór trybów pracy układu, czyli i jego pracę. Układ sterowania przewiduje dwa tryby pracy: tryb automatyczny oraz tryb cykliczny.

3.    Podłączenie sygnałów obiektowych do modułów wejścia/wyjścia sterownika PLC
Rysunki 73do 75 ilustrują podłączenie sygnałów z rysunku 72 do modułów wejść i wyjść sterownika PLC. Dla sygnałów pulpitu sterującego związanych z blokiem wyboru trybów pracy zastosowano znaną już symbolikę.

Rysunek 73: Podłączenie do modułu wejść o adresach I0.0 do I0.7 sygnałów z pulpitu sterującego oraz obiektowych - cz. 1

Rysunek 74: Podłączenie do modułu wejść o adresach I1.0 do I1.7 sygnałów obiektowych - cz. 2

Rysunek 75: Podłączenie do modułu wyjść o adresach Q0.0 do Q0.7 wyjść obiektowych oraz z pulpitu sterującego

4.    Tabela przyporządkowująca – część pierwsza
Tabela 8 zawiera tabelaryczne zestawienie symboli i ich adresów absolutnych (czyli widocznych na rysunkach 67do 69 zacisków modułów wejścia/wyjścia sterownika PLC) oraz komentarze.  

Tabela 8: Sygnały wejścia/wyjścia sterowania urządzeniem do transportu materiałów sypkich z rysunku 72

Lp.	SYMBOL	ADRES	KOMENTARZ
SYGNAŁY Z CZUJNIKÓW OBIEKTOWYCH
1.	WA	I0.0	Wyłącznik awaryjny
2.	START	I0.1	Włączenie ruchu platformy przy zaistnieniu elementu EL
3.	STOP	I0.2	Wyłączenie ruchu platformy w dowolnym momencie
4.	P-CY	I0.3	Załączenie trybu pracy cyklicznej
5.	P-AUT	I0.4	Załączenie trybu pracy automatycznej
6.	CZ_M1	I0.5	Czujnik materiału sypkiego w zbiorniku: Silos „A”
7.	CZ_N1	I0.6	Czujnik przepełnienia materiału w zbiorniku: Silos „A”
8.	CZ_M2	I0.7	Czujnik materiału sypkiego w zbiorniku: Silos „B”
9.	CZ_W	I1.0	Czujnik prawidłowej wagi materiału w wagoniku
10.	CZ_N2	I1.1	Czujnik przepełnienia materiału w zbiorniku: Silos „B”
11.	CZ_SL	I1.2	Czujnik lewego położenia tłoczyska siłownika: wsunięty
12.	CZ_SP	I1.3	Czujnik prawego położenia tłoczyska siłownika wysunięty
SYGNAŁY DLA URZĄDZEŃ WYKONAWCZYCH ORAZ SYGNALIZACJI
1.	EZ_1	Q0.0	Uruchomienie klapy spustowej małej Silosu „A”
2.	EZ_2	Q0.1	Uruchomienie klapy dużej Silosu „B”
3.	EZ_P	Q0.2	Uruchomienie tłoczyska siłownika w kierunku: prawo
4.	N_S	Q0.3	Uruchomienie napędu ssawy przesypowej
5.	Ż_START	Q0.4	Sygnalizacja optyczna uruchomienia urządzenia
6.	Ż_STOP	Q0.5	Sygnalizacja optyczna zatrzymania działania urządzenia
7.	Ż_P-AUT	Q0.6	Sygnalizacja optyczna trybu pracy automatycznej
8.	Ż_P-CY	Q0.7	Sygnalizacja optyczna trybu pracy cyklicznej

5.    Tabela przyporządkowująca – część druga
Tabela 9 zawiera tabelaryczne zestawienie symboli i adresów absolutnych markerów generowanych dla bloku wyboru trybów pracy oraz komentarze.  

Tabela 9: Znaczniki dla jądra algorytmu SFC generowane przez blok wyboru trybów pracy oraz sterownik PLC

Lp.	SYMBOL	ADRES	KOMENTARZ
1.	Marker START	M1.1	Od załącznika START: I0.1
2.	Marker OFF-ON	M1.4	Od wyłącznika STOP: I0.2 oraz Markera START: M1.1
3.	Marker IMP POZ-POCZ	M1.6	Od Markera T-Z o pozycji początkowej elementów
4.	Marker M_P-AUT	M3.0	Od załącznika P-AUT: I0.4
5.	Marker M_P-CY	M3.1	Od załącznika P-CY: I0.3
6.	Marker M_ON-SFC	M2.3	Ustawiany trybami pracy zaś kasowany przyciskiem STOP
7.	Marker M_OFF-SFC	M2.4	Od wyłącznika WA, Markera T-Z oraz Markera M_START
8.	Marker M_START	M1.3	Ustawiany przy wyborze trybów pracy i zerowany WA
9.	Marker M_WY	M2.6	Od trybów pracy
10.	Marker T-Z	M1.0	Tranzycja o pozycji początkowej od CZ_SL, CZ_N1 i CZ_N2
11.	Timer TKL1	T40	Timer dla klapy spustowej małej, cykl prawidłowy: 60s
12.	Timer TKL2	T41	Timer dla klapy spustowej małej, cykl dodatkowy 10s
13.	Timer TS	T42	Timer dla kontroli ruchu tłoczyska w czasie 5 sekund
14.	Timer TPOZ	T43	Timer oczekiwania na pozycję rękawa ssawy 10 sekund
15.	Timer TSS	T44	Timer dla uruchomienia ssawy: 30 sekund
16.	CTU	C1	Licznik ilości cykli napełniania wagonika
17.	M_CTU	M2.7	Marker uruchamiający licznik ilości cykli napełniania

Podobnie jak to miało miejsce przy sterowaniu platformą obrotową i tutaj zachowano oznaczenia symboliczne dla znaczników (markerów), które pojawiły się w module trzecim przy opisywaniu bloku wyboru trybów pracy. Dla pokazania możliwości używania w algorytmie SFC tranzycji złożonych zamiast „kombinacji” warunków logicznych zachowano Marker T-Z, jako tranzycję złożoną, którą zamieszczono na pozycji nr 10 w Tabeli 9.

6.    Pulpit sterujący dla urządzenia do transportu materiałów sypkich – część 1-sza
Rysunek 76 ilustruje płytę czołową pulpitu sterującego z niezbędnymi elementami kontrolno-sterującymi, którymi operator urządzenia może wpływać na jego działanie. Przyciski sterujące oraz sygnalizatory optyczne posiadają nazwy, które wcześniej im „przydzielono” na rysunkach 73 do 75 i Tabeli 8. 

Rysunek 76: Wygląd płyty czołowej pulpitu sterującego

Podobnie, jak to miało miejsce przy konstrukcji pulpitu sterującego dla platformy obrotowej ten element układu sterowania dla urządzenia transportowego zawiera elementy kontrolno-sterujące, przy czym jedne z nich związane są z uruchamianiem oraz zatrzymywaniem urządzenia oraz sygnalizacją optyczną tegoż, zaś drugie związane są z wyborem odpowiedniego trybu pracy urządzenia transportowego. Wyróżniający się na pulpicie sterującym przycisk WA pełni identyczną rolę, jak w układzie sterowania platformą obrotową, czyli po pobudzeniu tego przycisku zestyk roboczy tegoż trwale pozostaje w pozycji: rozłączony.

7.    Jądro algorytmu SFC dla sterowania urządzeniem transportowym z rysunku 72

Rysunek 77: Jądro algorytmu SFC dla sterowania urządzeniem do transportu materiałów sypkich z rysunku 72

8.    Tabela przyporządkowująca  - część trzecia

Tabela 10 ilustruje oznaczenia symboliczne oraz adresy absolutne m.in. dla dwóch czasomierzy, użytych dla konstrukcji impulsów oraz znaczniki kroków programowych wraz z komentarzami.
Tabela 10: Pozostałe znaczniki i adresy absolutne używane w programie PLC dla sterowania urządzeniem z rysunku 72

Lp.	SYMBOL	ADRES	KOMENTARZ
1.	Timer_TOF_T96	T96	Timer dla generacji impulsu od przycisku START
2.	Timer_TOF_T97	T97	Timer dla generacji impulsu od pozycji początkowej M1.0
3.	Krok_nr_0	M10.0	Znacznik Kroku nr 0
4.	Krok_nr_1	M10.1	Znacznik Kroku nr 1
5.	Krok_nr_2	M10.2	Znacznik Kroku nr 2
6.	Krok_nr_3	M10.3	Znacznik Kroku nr 3
7.	Krok_nr_4	M10.4	Znacznik Kroku nr 4
8.	Krok_nr_5	M10.5	Znacznik Kroku nr 5
9.	Krok_nr_6	M10.6	Znacznik Kroku nr 6
10.	Krok_nr_7	M10.7	Znacznik Kroku nr 7
11.	Krok_nr_8	M11.0	Znacznik Kroku nr 8
12.	SM_BIT_1	SM0.1	Bit specjalny równy "1" tylko raz po starcie programu PLC
13.	Marker POM_1	M5.0	Marker pomocniczy nr 1 dla Markera M_ON-SFC
	Marker POM_2	M5.1	Marker pomocniczy nr 2 dla Markera M_ON-SFC