PLC hardware - STR. Autoři: Ing. Josef Kovář Ing. Zuzana Prokopová Ing. Ladislav Šmejkal, CSc. Partneři projektu:

Transkript

1 PLC hardware - STR Autoři: Ing. Josef Kovář Ing. Zuzana Prokopová Ing. Ladislav Šmejkal, CSc. Partneři projektu: Rostra s.r.o. Trimill, a.s. Výukový materiál byl vytvořen v rámci projektu Implementace programování PLC automatů dle evropské normy IEC do výuky žáků středních škol, reg. č. CZ.1.07/1.1.08/ Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

2 PLC hardware STR -2-1 V úvodu trochu historie PLC u nás První závod na výrobu slaboproudých zařízení v ČSR byl založen bratranci Prchalovými v květnu 1919 později Tesla Kolín. Jednalo se o podnik na řemeslnou výrobu propojovacích kolíků a svírek k telefonním ústřednám pro československou poštu. Vzhledem k tomu, že se oba zakladatelé a jediní zaměstnanci i nadále orientovali na státní zakázky ( armáda, dráhy), jejich podnik prosperoval a úspěšně se rozrůstal. Dvacet let po založení podniku stoupl počet zaměstnanců na 500. Hlavní náplní byla výroba telefonů + příslušenství, zabezpečovací hradlová zařízení pro ČSD, elektrotechnické součástky (kondenzátory), později zbrojní výroba ( polní telefonní přepojovače, hrdelní mikrofony, odrušovací filtry, odpalovací relé, radiostanice, radiokompas apod.). Na sklonku války firma zaměstnávala až lidí, ale po válce je továrník Prchal donucen k odchodu, podnik znárodněn. V roce 1966 je zahájen vývoj řídicích systémů (dále ŘS) pro číslicové řízení obráběcích strojů. První ŘS druhé generace se jmenoval ANS ( analogovo-numerický systém). Část jeho logiky již byla řešena elektronickými obvody sestavenými z diskrétních součástí (z germaniových tranzistorů, diod a pasivních součástek na jednovrstevném spoji). Médiem pro vstup programu byla děrná páska, k měření polohy byl použit absolutní kontaktní snímač. Postupně byly vyráběny další systémy, již na bázi Obr.1: Pohled na oživovací pracoviště systémů NC PPS-4 křemíkových polovodičových součástek. Byly to např. IFS (impulsně fázový systém, selsynové snímače), PPS (pravoúhlý přírůstkový systém, rotační inkrementální senzory). Problémem všech těchto systémů byly až stovky modulů, které bylo nutné propojit až tisíci pájených spojů. V polovině 70. let jsou v podniku Tesla Kolín vyvíjeny a vyráběny i spojité systémy, které umožňují řízení pohybu stroje po spojité dráze. Obr.2: Spojitý NC systém NS-470 bloky kotoučových přepínačů ve střední části panelu sloužily k zadávání údajů o korekci nástroje, jejich výhodou bylo, že zastávaly funkci vstupního zařízení a současně paměti a indikátoru zadaného údaje.

3 PLC hardware STR -3- Ve druhé polovině 70. let je zahájen vývoj prvních systémů CNC (Computer Numeric Control systém pro řízení obráběcích strojů). Základem je zabudovaný počítač nebo mikroprocesor. Jeho program ( zabíral 48 KByte paměti EPROM, napsán v Assembleru), realizuje většinu funkcí systému. Centrální jednotku systému CNC tvořil specializovaný procesor, řešený jako mikroprogramový řadič. Emuloval všechny funkce osmibitového mikroprocesoru Intel 8080, ale soubor instrukcí měl rozšířený o výkonné aritmetické instrukce, takže nebylo nutné používat přídavný aritmetický koprocesor. Postupně v podniku Tesla Kolín vznikly varianty systémů CNC, použitelné pro řízení většiny obráběcích strojů domácí produkce. V téže době byl zahájen i vývoj programovatelných automatů (PLC). První typy byly řešeny s mikroprogramovým řadičem, pozdější typy již měly mikroprocesory a polovodičové paměti. K programování PLC byl používán programovací přístroj. Obr.4: NS-660 je prvním a velmi úspěšným systémem CNC Tesla Kolín (bylo vyrobeno více než 1000 kusů) Obr.3: Programovací přístroj NS-951 pro typ NS-905 V roce 1989 je dokončen vývoj prvního programovatelného automatu v kompaktním provedení Tecomat NS-940. Programuje se z příručního přístroje a vyznačuje se velmi širokým a výkonným souborem instrukcí. Po roce 1990 je podnik Tesla Kolín transformován na akciovou společnost a postupně privatizován. Z životaschopných divizí vznikají samostatné firmy např. Elmech, Tespon, ETK, Teco ( nový výrobce Tecomatu NS-940), zbytek v likvidaci následně zaniká. Důvodem zániku bylo jednak náhlé zhroucení sovětského impéria, kam dosud směřovala většina produkce ( např. programovatelné automaty NS-915), jednak zhroucení průmyslové výroby v celém Československu. Mezi nejnovější produkty firmy Teco patří modulární systém Tecomat TC700 a kompaktní systém Tecomat Foxtrot, ze softwaru pak vývojový systém Mosaic a vizualizační systém Reliance.

4 PLC hardware STR -4-2 Automatizace ve všech oborech Automatizační technika prošla v poslední době bouřlivým vývojem, jak z pohledu součástkové základny a prostředků, tak z pohledu poznání, aplikované teorie a metodiky aplikací. Radikálně se změnily i technické prostředky pro vývoj a tvorbu aplikací. Osobní počítače a systémy pro automatické navrhování a projektování jsou dnes zcela běžné ve většině oborů. Dnes není automatizace něčím unikátním, co je výsadou drahého komfortu rozsáhlých výrobních linek a náročných technologických procesů. Kvalitní a inteligentní řízení je dostupné i pro obyčejné stroje, pomocné mechanismy a technologická zařízení ve všech oborech. S inteligentní automatizační technikou se běžně setkáváme v nevýrobní automatizaci", zejména v malé energetice" a v technice budov (kde přináší značné úspory). Obtížně bychom hledali obor, kde není automatizační technika využívána. Prostředky, které byly donedávna výsadou složitých ŘS (např. mikrořadiče, fuz-zy prvky), dnes nacházíme ve výrobcích spotřebního charakteru, třeba v regulátorech pro kvalitní vytápění bytů a rodinných domků, v automobilech, telefonech a faxech, v automatických pračkách, myčkách nádobí, sporácích, vysavačích a v dalších přístrojích pro kuchyňskou a domácí automatizaci. Setkáváme se s nimi ale i v holicích strojcích, kamerách nebo v hračkách. 2.1 Počítače v automatizaci Neodmyslitelnou součástí automatizační techniky je výpočetní technika. Osobní počítače jsou dnes běžnou součástí našeho života. V automatizovaných systémech slouží obvykle jako standardní vybavení velínů a dispečerských pracovišť, ale i jako pracoviště pro servis a seřizování, pro monitorování technologického procesu a dokumentování jeho průběhu, pro sledování kvality, spotřeby energie a surovin, pro dokumentování přítomnosti a zásahů obsluhujících. S vyspělou automatizační technikou se tak setkává nejenom obslužný personál, seřizovači a údržbáři, ale i technologové, energetici, kvalitáři, mnohdy i vedoucí, ekonomové, někdy i právníci (např. při řešení sporu o reklamaci nebo o zavinění havárie či jiné ztráty). Průmyslové počítače (IPC, IC) se někdy používají při přímém řízených strojů a technologií, někdy jen v roli inteligentního operátorského panelu nebo komunikačního adaptéru. Problémem při jejich nasazování je vysoká cena. Jsou tedy účelné jen tam, kde je zdůvodněna, zejména při archivaci a zpracování velkých objemů dat, při využití obrazovky a standardního počítačového ovládání, při využívání standardních programových produktů, při využívání výkonných komunikací, při řešení geometrických a jiných výpočetně náročných úloh. Zcela novou kategorii řídicích systémů představují počítačové systémy soft PLC". Někdy se setkáváme s přímým řízením technologických procesů standardním PC, mnohdy umístěným přímo v technologii. Toto řešení je přinejmenším riskantní a diskutabilní. Běžný počítač kategorie PC je produkt spotřební elektroniky a je konstruován pro povoz v prostředí domácností, laboratoří a kanceláří, kde obvykle funguje s vyhovující spolehlivostí. V drsných průmyslových podmínkách mnohdy selhává (bývá málo spolehlivý, je citlivý na rušení a přepětí, nemá potřebnou životnost). Problémy vznikají už s pouhým připojením většího počtu vstupních a výstupních vodičů a s jejich odrušením. 2.2 Začlenění PLC do procesu Na binární (dvouhodnotové vstupy) se připojují tlačítka, přepínače, koncové spínače a jiné snímače s dvouhodnotovým charakterem signálu (např. čidlo dotyku nebo přiblížení, dvouhodnotové snímače

5 PLC hardware STR -5- teploty, tlaku nebo hladiny). Binární výstupy, jsou určeny k buzení cívek relé, stykačů, elektromagnetických spojek, pneumatických a hydraulických převodníků (rozváděčů), k ovládání signálek, ale i ke stupňovému řízení pohonů a frekvenčních měničů nebo k ovládání zobrazovačů. Analogové vstupní a výstupní moduly zprostředkují kontakt programovatelného automatu se spojitým prostředím. K analogovým vstupům lze připojit například snímače teploty (obvykle odporové, polovodičové nebo termočlánky), snímače vlhkosti, tlaku, síly, hladiny, rychlosti, ale i většinu inteligentních přístrojů s analogovými výstupy, nebo třeba měřené napětí či výstup z potenciometru. Prostřednictvím analogových výstupů lze ovládat spojité servopohony a frekvenční měniče, ale třeba i ručkové měřicí přístroje a jiné spojitě ovládané akční členy. 3 Měření neelektrických veličin Základní prvky informující o stavu a činnosti technického zařízení jsou snímače, převádějící zvolenou technickou veličinu na vstupu na tzv. měronosnou veličinu na svém výstupu. Technická veličina může být měřena dvěma způsoby: přímo na základě její definice Ohmův zákon nepřímo vychází se ze známé jednoznačné funkční závislosti měřené veličiny na jiné měřené veličině Snímače dělíme podle různých kritérií: a) Podle vstupního signálu (podle měřené veličiny) snímače mechanických, tepelných, chemických, akustických, magnetických a jiných veličin b) Podle elektrického výstupního signálu aktivní: generátorové snímače indukční, termoelektrické, piezoelektrické, pyroel. apod. - pasivní: parametrické snímače indukčnostní, odporové, kapacitní c) Podle použitého fyzikálního principu 3.1 Snímače teploty Teplota je jednou z nejdůležitějších fyzikálních veličin. Ovlivňuje téměř všechny stavy a procesy v přírodě i technice. Pominou-li se klasické rtuťové a kovové bimetalové teploměry, používají se obvykle k měření teploty standardní měřicí řetězce sestavené z čidla, převodníku a vyhodnocovací a zobrazovací jednotky. Převod teploty na elektrický signál zajišťuje čidlo, jehož signál se v převodníku zesiluje, upravuje a většinou digitalizuje a vyhodnocovací jednotka ho ve vhodném tvaru zobrazuje a popř. dokumentuje. Převodník a vyhodnocovací jednotka zpravidla tvoří jeden celek, nabízený jako inteligentní (smart) snímač teploty Principy snímání teploty Teplota je v průmyslové praxi nejčastěji sledovanou či regulovanou veličinou a její přesné měření je nejčastěji prováděným měřicím úkonem. K měření teploty se využívá mnoho různých funkčních principů. Přes rostoucí význam bezkontaktních měřicích metod se teplota v průmyslu nejčastěji měří kontaktními metodami.

6 PLC hardware STR -6- Tab. č.1: Přehled principů a vlastností snímačů teploty Název skupiny snímačů teploty dilatační snímače elektrické snímače speciální teploměry bezdotykové snímače teploty Fyzikální princip Provedení teploměru Rozsah použití ( C) změna tlaku plynový 5 až +500 změna tlaku parní náplně objemová roztažnost délková roztažnost termoelektrický jev změna elektrického odporu změna prahového napětí bod měknutí bod tání změna barvy zachycení veškerého tepelného záření zachycení úzkého svazku tepelného záření porovnání dvou svazků tepelného záření o různých vlnových délkách snímání teplotního obrazu tělesa tenze par kapalinový kovový termočlánek odporový kovový odporový polovodičový, diodové senzory keramické žároměrky teploměrná tělíska teploměrné barvy širokopásmové pyrometry monokrystalické pyrometry poměrové pyrometry termovize 50 až až až až až až až až až až až až až Odporové snímače teploty Kovová odporová čidla Atomy v krystalové mřížce kovů s rostoucí teplotou zvětšují amplitudu svých kmitů, a kladou tak větší odpor průchodu elektronů. To je zjednodušená představa závislosti elektrického odporu kovů na teplotě, která je principem kovových odporových čidel teploty.

7 PLC hardware STR -7- Jako citlivý materiál se pro výrobu kovových odporových čidel teploty většinou volí platina pro její chemickou netečnost, časovou stálost, vysokou teplotu tavení a také pro možnost dosáhnout vysoké čistoty materiálu. Vedle platiny jsou to také nikl, měď, molybden nebo některé slitiny. Standardní hodnota odporu platinového čidla teploty je 100 Ω při teplotě 0 C. Vedle těchto standardních čidel, označovaných jako Pt100, se vyrábějí též platinová čidla se jmenovitými odpory 50, 200, 500, a Ω. Vedle čidel s již uvedenými měřicími rozsahy se vyrábějí také vysokoteplotní čidla do teploty až C. Obr. 3.1: Teplotní závislosti vybraných odporových čidel teploty (Pt, Ni, NTC termistorový teploměr) Polovodičová polykrystalická čidla Čidla teploty z amorfních a polykrystalických polovodičů jsou známa pod názvem termistor. Podobně jako u kovových se u nich využívá závislost elektrického odporu materiálu na teplotě. Na rozdíl od kovů je ale princip vodivosti polovodičů odlišný, a proto jsou jiné i vlastnosti těchto čidel. S rostoucí teplotou koncentrace nosičů náboje roste, a tudíž elektrický odpor polovodičového materiálu klesá. Zatímco je snaha tento jev u klasických polovodičových součástek potlačit, u termistorů je naopak snaha ho vhodným materiálovým složením a způsobem výroby zvýraznit. Teplotní závislost termistorových teploměrů má exponenciální charakter (NTC viz obr. 3.1). Pro některá použití jsou zajímavé velmi malé rozměry tzv. perličkových termistorů, jejichž malá tepelná kapacita zkracuje časovou konstantu čidla na jednotky sekund, a zvětšuje tak rychlost jeho odezvy na změny teploty. Často se používají např. pro monitorování povolené teploty vinutí elektrických strojů. Široké uplatnění mají termistory v měřicích a řídicích obvodech automobilů, např. pro měření teploty provozních kapalin (voda, olej) nebo v klimatizačních a topných systémech. Polovodičová monokrystalická čidla Polovodičová monokrystalická čidla teploty lze vyrobit z křemíku, germania nebo india, v praxi se však lze setkat pouze s křemíkovými senzory. Teplotní závislost odporu křemíku je v tomto rozsahu teplot dána teplotní závislostí pohyblivosti nosičů (tzv. nevlastní elektronová vodivost podmíněná přítomností cizích prvků). S růstem teploty, podobně jako je tomu u kovů, se vlivem rozptylu nosičů náboje na mřížce polovodiče zmenšuje pohyblivost těchto nosičů a odpor senzoru se v závislosti na teplotě parabolicky zvětšuje Termoelektrické teploměry Termoelektrický jev je přímou přeměnou rozdílu teplot na elektrické napětí. V místě vodivého spojení dvou kovů s různou výstupní prací elektronů difundují elektrony z jednoho kovu do druhého. Na srovnávacím konci naměříme termoelektrické napětí úměrné rozdílu teplot měřícího a srovnávacího konce. Termočlánek je zdroj elektrického proudu, používaný především jako čidlo teploty.

8 PLC hardware STR -8- Tab.2: Základní vlastnosti vybraných termoelektrických čidel teploty (termočlánků) Termočlánek Použití složení CU-CuNi Fe-CuNi NiCr-NiAl PtRh-Pt označení T J X S trvale Střední termoelektrické napětí (mv/100 C) 200 až +400 C 200 až +750 C 200 až C 0 až C krátkodobě +600 C +900 C C C 4,25 5,37 4,8 0,64 Odolnost v oxidačním prostředí malá malá velká velká Odolnost v redukčním prostředí velká malá malá Obr. 3.2: Závislost termoelektrického napětí na rozdílu teplot měřicího a srovnávacího spoje u vybraných termočlánků V současné době se stále častěji využívá úprava výstupního signálu přímo v hlavici termočlánkového snímače, neboť přenos nízkonapěťových signálů trpí rušením. Proto je měřicí řetězec koncipován tak, že na výstupu je buď zesílený analogový proudový signál (4 až 20 ma), nebo číslicový signál podle vybrané průmyslové komunikační sběrnice (např. HART, CAN, Profibus), jak ukazuje obr Netradiční snímače teploty optovláknová čidla V praxi existují případy, kdy nelze k měření teploty použít standardní metody (měření teploty v prostředí s nebezpečím výbuchu apod.). Pak přicházejí na řadu optické metody optovláknové senzory teploty, využívající změnu Obr. 3.3: Termočlánkový měřicí řetězec s číslicovým výstupem šíření světla vláknem nebo jeho odrazu na konci vlákna v důsledku změny teploty. Optovláknové senzory teploty sice nejsou příliš hromadně rozšířeny, zejména pro poměrně vysoké ceny, ale měří teplotu i tam, kde jiné běžnější principy měření selhávají nebo je nelze, z principu nebo z bezpečnostních důvodů, použít.

9 PLC hardware STR -9- Obr. 3.4: Optovláknový senzor principy: a) změna fáze světla prostřednictvím změny odrazu složek světla, b) změna amplitudy procházejícího světla prostřednictvím deformace (změny útlumu) vlákna Inteligentní snímače teploty Vývoj nových typů čidel na bázi křemíku umožnil integrovat měřicí převodníky s obvody pro zpracování signálu do jednoduchého a kompaktního pouzdra se standardním napájením a malou spotřebou. Významného úspěchu je dosaženo začleněním jednočipového mikropočítače do struktury snímače, který je nyní technicky i programově uzpůsoben pro danou měřicí úlohu na rozdíl od tradiční struktury měřicího subsystému. Inteligentní (smart) senzory mohou být dynamicky programovány podle požadavků uživatele, což podstatně zlepšuje jejich užitné vlastnosti. Obr. 3.5: Blokové schéma inteligentního (smart) snímače teploty Inteligentní senzory různých výrobců se liší konkrétním uspořádáním obvodového zapojení i doplňujícím vybavením (např. vestavěný dvoupolohový regulátor, paměť měřených hodnot, nastavení mezí, automatická kontrola funkce, kalibrace apod.). Přes poměrně složité zapojení jsou inteligentní převodníky velmi kompaktní přístroje s malými rozměry. Přispěly k tomu zejména výrazné pokroky v mikroelektronice. Inteligentní převodníky teploty jsou určeny k přímému použití ve výrobních provozech a tomu odpovídá i jejich provedení pro montáž přímo do hlavice teploměru, do panelu či na montážní lištu apod. Hlavním předpokladem správného měření je vhodné umístění snímače teploty, aby byl zajištěn co nejdokonalejší styk čidla teploty s měřeným prostředím, a tím správný přestup tepla do něj.

10 PLC hardware STR Smart kamery pro strojové vidění Smart kamera (inteligentní kamera) je specializovaným prostředkem pro realizaci strojového vidění (machine vision). Historie počítačového vidění se začíná psát v 70. letech 20. století, kdy existující počítače umožnily zpracování velkého objemu dat, který je spojen s obrazovou informací. Strojové vidění, které je vlastně využitím počítačového vidění Obr. 3.6: Schéma systému strojového vidění v průmyslové automatizaci, je charakterizováno vazbou na výrobní proces a orientací na typické úlohy výroby - vizuální inspekci, počítání objektů, hledání defektů. Pro plnění těchto úkolů je systém strojového vidění vybaven vazbou na výrobní proces - vstupy, výstupy a komunikačními prostředky obvyklými v průmyslu. Typické schéma systému strojového vidění demonstruje obr Charakteristika smart kamery Vznik První smart kamery se objevily přibližně před 20 lety. Byly odpovědí na požadavek přiblížit komplikované a drahé systémy strojového vidění technice běžných senzorů, např. optických. Na druhou stranu - vznik smart kamery právě v této době umožnilo spojení dvou relativně nových prvků: polovodičového snímače obrazu a mikroprocesoru. Smart kamera je kompaktním zařízením schopným zpracovávat úlohy strojového vidění. Obecné blokové schéma smart kamery zachycuje obr Je z něj patrné, že se smart kamera skládá z několika základních částí. Obr. 3.7: Blokové schéma SMART kamery Část snímání a digitalizace Do nedávné doby byl nejčastěji používaným obrazovým senzorem v kamerách smart snímač CCD (Complementary Charge Device). Poskytuje v principu analogový signál, který musí být digitalizován převodníkem A/D. Celý proces snímání bývá řízen u jednodušších kamer přímo výpočetní jednotkou, u výkonnějších kamer jsou snímání a digitalizace řízeny zvláštním mikropočítačem nebo hardwarovou řídicí jednotkou, která je z výpočetní části pouze synchronizována. V poslední době došlo ke značnému pokroku v technologii obrazových senzorů CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), které jsou již schopny poskytnout obraz kvality srovnatelné se snímačem CCD. Technologie CMOS navíc umožňuje integrovat na snímací čip i převodník A/D a většinu řídicích obvodů. Obsluha snímače CMOS je podstatně jednodušší, podobá se vybírání dat z dynamické paměti RAM. Toto zjednodušení je při konstrukci smart kamery vítané, neboť dochází ke zjednodušování a zlevňování kamery. Dnes již všichni výrobci produkují kamery se snímačem CMOS.

11 PLC hardware STR -11- Výpočetní část Výpočetní částí smart kamery je vlastně mikropočítač. Protože zpracování obrazu vyžaduje rychlé zpracování velkého množství dat, bývají použity výkonné mikroprocesory a vzhledem k charakteru výpočtu často i digitální signálové procesory (DSP). V současné době je u výkonnějších kamer standardem DSP Texas Instruments s hodinovým kmitočtem 400 MHz, avšak objevují se i procesory s kmitočtem 1 GHz. Většina moderních smart kamer pracuje s kompletním digitálním snímkem uloženým v paměti RAM. Paměť Flash, až 128MB v níž jsou uloženy program a parametry, bývá většinou vestavěná. K urychlení některých standardních operací potřebných při analýze obrazu (filtrace, hledání hran) se někdy využívají i velmi rychlé jednoúčelové konečné automaty programované v hradlových polích. Vstupy a výstupy Právě digitální výstupy přibližují smart kameru běžnému senzoru. Digitální vstupy jsou ve většině aplikací nutné pro synchronizaci sejmutí snímku se stavem procesu. Prohlížený objekt bývá nutné sejmout v určité poloze a kamera se spouští například pomocným přibližovacím čidlem nebo signálem z řídicího systému. Komunikační rozhraní Komunikační rozhraní plní u smart kamery několik funkcí. Především se jedná o připojení k rozhraní MMI (Man-Machine-Interface) - zařízení, které umožňuje kameru nastavovat a případně programovat. V současné době slouží jako rozhraní MMI nejčastěji standardní počítač typu PC. Pro pohodlný vývoj aplikace je třeba, aby zařízení MMI zachycovalo obraz snímaný kamerou v reálném čase. Přenosová rychlost pak musí být poměrně vysoká, a proto se jako základní komunikační rozhraní používá nejčastěji Ethernet. Komunikační rozhraní může také přenášet data do nadřazeného řídicího systému nebo pomocí modulu umožňuje rozšířit počet vstupů a výstupů. V neposlední řadě může také zprostředkovat komunikaci mezi několika kamerami v případě složitější úlohy, která vyžaduje spolupráci několika kamer. Většinou slouží i k zajišťování servisních služeb, výměně firmwaru kamery a k podobným účelům. Někdy bývá smart kamera kromě obvyklého rozhraní Ethernet vybavena ještě pomocným sériovým rozhraním RS-232/422/485. Důvodem je snadnější připojení k většině existujících PLC. Vyšší typy průmyslových sběrnic a protokolů (Profibus a Modbus) se u smart kamer zatím běžně neuplatňují, v případě potřeby se používá externí komunikační převodník. Obr.3.8: SMART kamera a kamera s vestavěným osvětlovačem

12 PLC hardware STR Provedení smart kamery Smart kamera se nejčastěji podobá standardní průmyslové kameře používané v klasických systémech strojového vidění (obr.3.8). Liší se množstvím připojovacích míst; má navíc vstupy a výstupy i komunikační rozhraní. Mnoho výrobců doplňuje smart kameru i vestavěným kruhovým osvětlovačem s LED. Nezávislost kamery je tím sice dovršena, avšak jednoduchý vestavěný osvětlovač je vhodný pouze pro nejjednodušší aplikace a ve většině případů je nedostačující. V posledních letech umožnila pokračující miniaturizace kvalitativní zlom v konstrukci smart kamer, které se začaly montovat do pouzder standardních přibližovacích senzorů, což je projevem dalšího přibližování strojového vidění k senzorové technice Software a programování Smart kamera není zařízení, do kterého lze instalovat libovolný software. Toto omezení je dáno úzkou vazbou na technické prostředky - mikroprocesor, omezený rozsah paměti, způsob připojení snímacího čipu i vstupů a výstupů. Software instalovaný ve smart kameře tedy ve velké míře určuje i oblast aplikací, pro které je kamera určena. Nejlépe je to patrné na vysoce specializovaných smart kamerách určených pouze pro jednu třídu úloh. Typickou ukázkou jsou kamery, které umí pouze porovnat snímaný objekt s naučeným vzorem. K porovnání nejčastěji dochází na základě podobnosti zjištěných obrysů nebo na základě podobnosti jasového histogramu v zadané oblasti. Programování takové smart kamery je poměrně jednoduché. Po instalaci kamery sejmeme správný" objekt a nastavíme hranice (nejčastěji pomocí jednoho nebo několika koeficientů), ve kterých lze ostatní objekty ještě považovat za správné. Software pro univerzální smart kamery využívá princip rozdělení celkové úlohy do podúloh, které lze řešit standardizovanými softwarovými nástroji. Mezi podúlohy patří např. hledání obrysů, hledání uzavřených tvarů a zjišťování jejich polohy a velikosti (blob recognition), hledání odlišností (flaw detection), čtení písma (OCR - Optical Character Recognition) a měření vzdáleností. Někteří výrobci dodávají uvedené nástroje ve formě knihoven funkcí pro obecný programovací jazyk (nejčastěji C). Uživatel si sám a s využitím těchto funkcí napíše program pro danou úlohu, přeloží ji pro specifický procesor používaný smart kamerou, a poté ji zavede do programové paměti kamery Aplikace smart kamer Podíl použití smart kamer v průmyslových aplikacích neustále roste. Důvody jsou zvyšující se výkonnost a možnost spolupráce v síti. Tak lze i se smart kamerami realizovat aplikace vyhrazené ještě před nedávnem velkým systémům strojového vidění. Technické inovace a hromadná výroba však umožňují nasazení smart kamer i tam, kde se ještě do nedávna používaly standardní přibližovací senzory. Příkladem může být zařízení na plnění lahví. Smart kamera může během jedné operace zkontrolovat danou výšku hladiny, přítomnost a správné nasazení uzávěru i nalepenou etiketu. Kontrola stejného rozsahu prováděná standardními snímači by byla nepoměrně komplikovanější.

13 PLC hardware STR Co se skrývá pod označením PLC? Automatické ovládání aplikací a zařízení se stává v současném elektronickém světě již samozřejmostí, bez níž by již nebylo možné řídit vytápění či chlazení, vozit se v dopravních prostředcích, zabezpečit naše obydlí, či automatizovat výrobu. Pro tyto účely mohou mimo velkých a složitých počítačů sloužit i malé a levné řídicí jednotky v podobě elektronických "krabiček" různých schopností a velikostí obecně označované jako PLC. Zařízení PLC (Programmable Logic Controler), v češtině často označované jako programovatelné automaty, patří již dlouhodobě k základům automatického řízení, mohou se použít i pro úlohy měření a regulace různých aplikací a procesů. Jde o jednoduché, kompaktní i modulární a lehce programovatelné jednotky s mnoha vstupy a výstupy pro snadné připojení senzorů, displejů, spínačů a tlačítek, motorů a různých dalších přístrojů a zařízení. Samozřejmostí je možnost datové drátové, výjimečně bezdrátové komunikace. Funkce celého PLC i ovládání připojených prvků je řízeno uloženým programem, který lze snadno vytvořit pomocí výrobcem dodávaného vývojového softwaru pro běžná PC a operační systém Windows. Ten umožňuje mimo programování i průběžnou grafickou simulaci a po připojení PLC k PC pomocí USB či RS-232 kabelu i reálné zkoušení a testování. Zatímco při použití různých typů počítačů pro potřeby regulace je vyžadována znalost některého z programovacích jazyků a struktury použitého procesoru. Současná PLC se programují ve vývojovém softwaru i v několika programovacích jazycích. A to v jazyce reléových schémat, funkčních bloků, mnemokódů nebo strukturovaném textu (viz uč. texty Programování PLC). Mechanická instalace malých PLC pak spočívá pouze v jednoduchém nasazení na DIN lištu a připojení vodičů do svorek představujících jednotlivé vstupy a výstupy. Obr.4.1 : Současná PLC již umožňují i vzdálené řízení a přenos dat prostřednictvím drátové i bezdrátové komunikace

14 PLC hardware STR Použití PLC PLC se hodí pro všechny řídící aplikace MaR (podle náročnosti aplikace se vybírá typ PLC). U velkých regulačních a řídicích systémů se používá pro řízení jednotlivých procesů, předzpracování signálů pro nadřazené ovládací a vizualizační systémy převážně tvořené klasickým nebo průmyslovým PC. o o o o o o o o o o Řízení výrobních strojů Řízení plnicích a balicích strojů Regulace chlazení a vytápění Řízení osvětlení Zabezpečovací systémy Vzdálené řízení vybavení bytů a domů Vizualizace procesů - zobrazení informací, indikace HMI (Human Machine Interface) - ovládací rozhraní Zpracování signálů přímo na místě měření apod Řízení v dopravě Obr. č 4: Příklad řízení linky pomocí PLC Na našem trhu je možno se nejčastěji setkat s programovatelnými automaty těchto nejvýznamnějších světových výrobců (řazeno abecedně): ABB, Allen-Bradley, B+R, Eberle, Festo, GE, H+B, Idec, Klockner Moeller, Matsushita, Mitsubishi, Omron, Saia, Siemens, Schneider Group a českého výrobce Teco. V konstrukčním provedení v SW i HW se jednotlivé třídy systémů a jejich představitelé liší, způsoby použití a aplikační možnosti jsou však srovnatelné. 4.2 Struktura typického PLC Zatímco dříve se z pohledu provedení PLC jednalo o velké systémy s výslednými rozměry i mnoha desítek cm, v současné době se i na tomto poli elektroniky prosazuje miniaturizace. Stále častěji se dnes můžeme setkat s provedením ve formě několika "velkých krabiček od zápalek" připevněných vedle sebe na DIN liště. Tím se výrazně snižuje prostorová náročnost. Pro ta větší PLC vybavené výkonnými procesory dnes někteří výrobci přijali označení PAC (Programmable Automation

15 PLC hardware STR -15- Controller), na druhou stranu ta nejjednodušší PLC bývají někdy uvedena jako tzv. programovatelné relé. PLC je složeno z následujících částí: o základní řídicí/cpu jednotka (basic/cpu modul) - základní blok PLC, který obsahuje: zdrojovou část - napájení jednotky, příp. dalších modulů procesorovou část - tvořená CPU, FPGA (na místě programovatelné logické obvody) nebo jinými speciálními obvody komunikační rozhraní - základní propojení s PC a s dalšími PLC několik binárních/logických vstupů a výstupů obslužné pracoviště nadřazený systém systémová paměť uživatelská paměť operační paměť obrazy vstupů - X uživatelské procesy - P vzdálené vstupy a výstupy centrální jednotka obrazy vstupů - Y uživatelské registry - R systémové registry - S uživatelská data - D uživatelské tabulky - T konfigurační konstanty systémová sběrnice binární vstupy binární výstupy analogové vstupy a výstupy rychlé čítače polohovací moduly komunikačn í moduly záložní paměťový modul speciální moduly Obr.4.2: Blokové schéma vnitřní struktury obecného programovatelného automatu o rozšiřující moduly (expansion modules) - rozšiřují základní jednotku o libovolné další prvky vyžadované uživatelem: další vstupy - logické a analogové (napěťové/proudové/diferenční) další výstupy číslicové (tranzistorové, reléové) a analogové výstupy různá komunikační rozhraní - RS-232/422/485, Ethernet (TCP/IP), PROFIBUS, MODBUS, GSM apod. speciální moduly - např. regulátory motorů, PWM výstupy, zesilované/kompenzované vstupy pro tenzometry/termočlánky/termistory, sběrnicové opakovače apod. Již základní PLC jednotky obsahují několik vstupů a výstupů Každý PLC systém musí mít vždy alespoň jednu základní řídící/cpu jednotku, která provádí samotné vykonávání uloženého programu, číslicové zpracování signálů a digitální komunikaci s okolím. Tato jednotka je obvykle vybavena tak, aby byla plně soběstačná, tzn., že v jednodušších aplikacích může pracovat samostatně bez jakýchkoliv dalších přidaných prostředků. Pro tento účel bývá vybavena i několika vstupy a výstupy, obvykle jen logickými,

16 PLC hardware STR -16- umožňující připojení tlačítek či signalizace, zapínání/vypínání zařízení a přivedení několika řídících signálů. Pro náročnější aplikace je pak možné základní jednotku dovybavit o požadované funkce a rozhraní pomocí rozšiřujících modulů. Ty se připojují pomocí výrobcem definované speciální propojovací sběrnice v podobě konektorů vyvedené buď na boku každého modulu a základní jednotky nebo na jejich zadních stranách. Některá PLC, zvláště ta větší a výkonnější využívají speciálních nosných soklů (backbones), které realizují zmíněné propojení a kam se jednotlivé moduly a jednotky zasouvají. Dle zaměření a složitosti PLC je k dispozici různě široká nabídka typů modulů. Ty nejjednodušší systémy poskytují jen základní rozšíření počtu vstupů a výstupů, zatímco u výkonnějších a univerzálnějších PLC již jsou k dispozici i speciality, jako například víceosé regulátory pohybu (otáčení motorů) nebo rozhraní průmyslových sběrnic typu PROFIBUS. Mohou být zdůvodněné i sestavy čistě vstupní, kdy je PLC degradován na systém pro měření a předzpracování dat. PLC může například vyhodnocovat soubor analogových a binárních snímačů z monitorované technologie, analyzovat je nebo předávat nadřízenému PC. Může se specializovat jen na čítání impulzů z vysílacích elektroměrů, z impulzních průtokoměrů plynu, teplé a studené vody nebo z měřičů spotřebovaného tepla. Obdobně může být PLC v roli čistě výstupního systému, například jako ovládač svíticích nebo padáčkových segmentových zobrazovačů, jako ovládač souboru pohonů nebo souboru elektrických spotřebičů a jiných akčních členů. Existují i aplikace PLC bez fyzických vstupů a výstupů, kdy PLC funguje jen jako inteligentní a programovatelný komunikační adaptér (pro připojení cizího systému" do sítě PLC, pro připojení operátorských panelů, snímačů čárového kódu a jiných identifikačních prvků, vážících zařízení, jako ovládač tiskárny, rádiového nebo telefonního modemu pro dálkové ovládání, jako Obr. 4.4 : Ukázka distribuovaného systému vytvořeného pomocí PLC Obr. 4.3: Současná PLC již umožňují použít různé terminály a zobrazovací jednotky

17 PLC hardware STR -17- inteligentní převodník komunikačních rozhraní a adaptér mezi protokoly různých průmyslových sběrnic. Některé kompaktní systémy se navíc vyznačují ještě vnitřní modulárností, kdy konfiguraci základního modulu lze sestavit osazením základní desky násuvnými moduly vhodného typu ( piggyback"^). Násuvné moduly ( piggyback" ) bývají řešeny jako malý plošný spoj s jedním nebo několika integrovanými obvody a konektorem. Hovorově se označují jako piggyback" (snad v původním významu přídavek", přívažek"). Výstižný a krátký český ekvivalent se zatím nevžil. 4.3 Programovatelná řídící relé (PLC) Mezi základní a nejjednodušší řídící automatizační prvky patří tzv. programovatelná nebo řídící relé. Ty bývají takovou odlehčenou verzí malých PLC za účelem co nejnižší prodejní ceny a lze je využít pro mnoho základních regulačních aplikací typu řízení teploty, osvětlení, časovaného nebo jiného automatické spouštění spotřebičů apod. Programovatelná relé nebo řídící relé jsou vlastně taková velmi jednoduchá PLC vhodná pro ty nejjednodušší automatizované aplikace. Výjimečně se označují jako PLC, protože hranice mezi těmito dvěma označeními není nijak přesně daná. Jde o krabičku nabízející binární vstupy a spínané tranzistorové či reléové výstupy, které jsou napojeny na vnitřní elektroniku obvykle tvořenou nějakým moderním vícevývodovým mikrokontrolérem výrobců ATMEL, NEC, Freescale apod. V něm pak běží výrobcem uložený firmware a uživatelem z PC nahraný program, který se ve smyčce neustále dokola opakuje a určuje, jaká bude reakce řídícího relé na vstupy a co se následně po vyhodnocení provede s výstupy. Často je vše doplněno o jednoduchý monochromatický LCD displej a několik tlačítek umístěných na těle "krabičky". Tak lze například vytvořit jednoduché HMI rozhraní bez dalších přidaných komponent. Pokud toho uživatel nevyužije, pak tlačítka i displej slouží k zobrazování a nastavení některých výrobcem určených stavových informací a času.

18 PLC hardware STR -18- Někdy je možné základní modul rozšířit o další tzv. rozšiřující moduly dalších binárních vstupů a výstupů prostřednictvím k tomu určených speciálních propojovacích rozhraní. Zpravidla jsou spínací úrovně binárních vstupů dány hodnotou napájecího napětí, tzn. pokud je napájení 24 V DC, tak jsou na to dimenzované i vstupy, pokud 230 V AC, opět vstupy rozliší jen stavy 0 a 230 V. Z pohledu Obr. 4.5 : Reálné provedení tří verzí s displejem a tlačítky - zleva Easy500, Easy700 a Easy800 provedení pouzdra, jde u všech výrobců o téměř shodná řešení tvořená plastovou rozebíratelnou krabičkou s upínacím mechanismem na 35 mm DIN lištu. Takto lze realizovat všechny jednodušší aplikace jako je ovládání motorů (ovládání dopravníků, zdvihacích zařízení, automat. dveří a oken, rolet apod.), regulace vytápění či klimatizace, řízení osvětlení. Zatímco práce na PC se vyznačuje běžným komfortem (práce s myší v grafickém prostředí programu pro OS Windows), programování řídícího relé pomocí displeje nevyžaduje nic víc než napájecí napětí (12, 24 V DC nebo 230 V AC podle provedení relé). 4.4 Modulární PLC (podle dokumentace fy TECO) Nesrovnatelně větší volnost ve volbě konfigurace poskytují modulární programovatelné automaty. Do různých variant plochého zadního rámu lze zasouvat libovolné moduly (typicky v počtu 4, 6, 8 i více modulů). U některých variant PLC může být jeden systém tvořen několika rámy (základní a rozšiřovací moduly). Rozšiřovací moduly mohou být připojeny na vzdálenosti stovek metrů. Místo rozšiřujících modulů mohou být připojeny podsystémy tvořené kteroukoliv z variant PLC. Tak lze vytvářet různě strukturované distribuované systémy Binární vstupy a výstupy Binární vstupy slouží k připojení stavových signálů řízeného objektu k PLC. Vstupní obvody zajišťují transformaci napěťové úrovně signálů na úroveň vnitřní logiky. Pro zvýšení funkční spolehlivosti je Obr. 4.6 : Zapojení vstupního obvodu jednotky PLC

19 PLC hardware STR -19- každý vstup galvanicky oddělen optoprvkem a opatřen filtrem s časovou konstantou cca 4ms. Vybuzení (sepnutí) vstupu je signalizováno rozsvícením žluté signalizační diody. Zapojení jednoho vstupního obvodu a vyvedení na svorky svorkovnice DC INPUT je zjednodušeně znázorněno na obr Obr. 4.7 : Zapojení výstupního obvodu jednotky PLC Stejnosměrné vstupy jsou v rozsahu 5, 12, 24 a 48 V se společným vodičem pro napětí kladné nebo záporné polarity (pro čidla s výstupním PNP nebo NPN tranzistorem). Střídavé vstupy mají rozsah 24,48,115 a 230 V. Existuje i modul stejnosměrných vstupů v bezjiskrovém provedení. Je určen pro snímání vstupů z výbušného prostředí, lze jej však využít i pro snímání hladiny s ponornými sondami. Binární výstupy slouží k ovládání akčních a signalizačních prvků řízeného objektu. Výstupní obvody zajišťují převod vnitřních logických úrovní na napěťovou úroveň vhodnou pro ovládání řízeného objektu. Obr. 4.8 : Zapojení výstupního reléového obvodu jednotky PLC Výstupní prvky jsou galvanicky odděleny od vnitřních obvodů jednotky. Každý výstup je chráněn proti krátkodobému přetížení omezovačem proudu a celá skupina proti zkratu tavnou pojistkou. Stav každého výstupu je signalizován zelenou signalizační diodou. Společná žlutá signalizační dioda označená BLK (PLC fy TECO) signalizuje rozsvícením režim blokování výstupů. Zapojení jednoho výstupního obvodu a vyvedení na svorky svorkovnice je zjednodušeně znázorněno na obr Binární výstupy jsou v provedení s relé, transistory PNP i NPN a s triaky. Jsou řešeny pro stejnosměrné i střídavé napájení, v rozpětí od 24 do 250 V. Galvanické oddělení významně přispívá k potlačení průniku rušivých signálů do systému ze strany vstupních a výstupních svorek. Sortiment binárních vstupních a výstupních modulů pokrývá požadavky nejrůznější typů řízených objektů, snímačů a akčních členů, vychází Obr. 4.9 : Zapojení analogové vstupní jednotky PLC

20 PLC hardware STR -20- vstříc potřebám a zvyklostem projektantů z různých oborů aplikací automatizační techniky (někdo raději pracuje se stejnosměrnými ovládacími obvody, jiný dává přednost střídavým) Analogové moduly podle dokumentace fy TECO) Vstupní analogová část jednotky je blokově znázorněna na obr Tvoří ji ochranné obvody, multiplexer pro výběr vstupního kanálu a kanálu pro měření offsetu vstupních obvodů, zesilovač s pevně nastaveným zesílením, rychlý A/D převodník a zdroj konstantního napětí pro napájeni pasivních čidel. Pro měření proudu je každý ze vstupů opatřen měřicím odporem 100Ω, který lze připojit propojkou. Pomocí propojek se také připojuje napájení pro pasivní odporové snímače, které je realizováno rezistorem s odporem 7k5 Ω, připojeným do série ke zdroji referenčního napětí 10V. Vstupní napětí je převedeno na přímo binárně kódované slovo délky 12 bitů. Minimální hodnotě vstupního napětí odpovídá hodnota 0 dekadicky (0000 hexadecimálně), maximální hodnotě pak 4095 (hexadecimálně OFFF). Sortiment analogových modulů dovoluje bezproblémové připojení běžně používaných snímačů a akčních členů a měřit napěťové nebo proudové signály v širokém rozsahu hodnot (8 vstupů proti společné nule nebo 4 diferenciální, ve čtyřech rozsazích: ±50 mv, 256 mv, l V, 10 V, l ma, 5 ma, 20 ma) a s rozlišením 12 bitů + znaménko (2 x 4096 hodnot). Obdobně jsou řešeny i univerzální analogové výstupní moduly. Existují však moduly specializované pro určité typy čidel, např. pro termočlánky, pro odporové teploměry ve čtyřvodičovém zapojení, s kompenzací teploty chladného konce termočlánku, s korekcí nelinearit a s odfiltrováním rušivé složky vstupních signálů, s převodem měřené veličiny na údaj ve fyzikálních jednotkách apod. U specializovaných modulů je poněkud potlačena univerzálnost, zato jsou optimálně přizpůsobeny svému určení a poskytují tak levnější a kvalitnější řešení (nižší cena, menší prostor nebo více komfortu). Analogové moduly s galvanickým oddělením dovolují zvýšit odolnost systému proti rušení, v některých situacích jsou principiálně nenahraditelné Obvod reálného času a zálohovací baterie Obvod reálného času je volitelný doplněk centrální jednotky. Je nutný pouze v aplikacích, ve kterých řízení probíhá podle skutečného času. Po zapnutí systém automaticky vyhodnocuje přítomnost obvodu a podle výsledku se liší význam časoměrných registrů S5-S12 (u PLC fy TECO). Je-li obvod osazen, jsou v registrech S5-S12 uživateli dostupné údaje z časového obvodu od desítek ms až po poslední dvojčíslí letopočtu v pořadí S5-l0ms, S6-s, S7-min., S8-hod, S9-dny v týdnu, S10- dny v měsíci, S11-měsíc, S12-poslední dvojčíslí letopočtu. Je přitom respektován 24 hodinový denní cyklus, proměnná délka měsíců i počet dní v roce Příjem dat V každé otočce cyklu jsou do přijímací zóny přesunuty všechny byty přijaté během předchozího cyklu do vyrovnávacího registru jehož délka je shodná s délkou zóny DATI (nastavitelná oblast dat pro příjem). Podmínkou pro přesun dat do přijímací zóny je vynulovaný bit DAOK ve stavovém bytu STAT. Bit DAOK nuluje uživatel po zpracováni dat v zóně DATI. Zároveň s přesunem dat z vyrovnávacího registru do přijímací zóny je zapsán počet přijatých bytů do bytu NUMI, výsledek přijmu do bytu STAT a bit DAOK stavového slova je nastaven do stavu 1. Během Jednoho cyklu programu lze bez ztráty dat přijmout pouze počet bytů odpovídající délce zóny DATI. Pokud by došlo během cyklu k přeplnění

21 PLC hardware STR -21- vyrovnávacího registru je příjem dalších bytů zastaven a skutečnost, že došlo ke ztrátě dat, je indikována nastavením bitu RXOV bytu STAT do stavu 1. Při tvorbě uživatelského programu je třeba mít na paměti, že v závislosti na komunikační rychlostí a době cyklu PLC může docházet ke dvěma jevům v přijmu. Nejčastějším jevem je roztržení přijímané zprávy. Je to důsledek toho, že zpráva se během jednoho cyklu nestačila přijmout celá. V přijímací zóně se objeví část zprávy, která je v následujícím cyklu přepsána další částí přijímané zprávy. K ošetření tohoto jevu je třeba přijatou část zprávy překopírovat na jiné místo v zápisníku (viz Programování PLC STR kap. 7) a v dalších cyklech přikopírovávat další části zprávy a tak zprávu rekonstruovat. Tento jev se objevuje zejména v případech nízké komunikační rychlosti, dlouhé zprávy a krátké doby cyklu PLC. Nelze jej však zcela vyloučit ani u vysokých komunikačních rychlostí, protože vždy může dojít k tomu, že centrální jednotka začne přesouvat přijaté byty zprávy zrovna v době, kdy se zpráva přijímá (příjem dat je asynchronní vůči cyklu PLC). Druhým méně častým jevem je naopak spojení více zpráv do jedné. Tento jev se objevuje zejména při vyšších komunikačních rychlostech, krátkých zprávách a dlouhé době cyklu PLC. Může také docházet k současnému výskytu obou jevů, tedy příjem jedné a částí další zprávy najednou. Princip ošetření je stejný jako v předchozím případě Speciální moduly Centrální jednotka může být vybavena speciálními vstupy, které lze využít pro rozšíření počtu binárních vstupů PLC, jako rychlé binární vstupy nebo ve spojení s 16-ti bitovým čítačem jako rychlý čítač vnějších událostí - Funkce rychlých přerušovacích vstupů - Funkce čítače vnějších událostí - Funkce záchytných registrů K rychlému přístupu k obsahu čítače vnějších událostí je systém vybaven 16-ti bitovým záchytným registrem, do kterého je obsah čítače kopírován při každé změně hodnoty 1 na hodnotu 0 na vstupu dané m vstupu Chybové relé Centrální jednotka je vybavena speciálním reléovým výstupem, který je ovládán výhradně systémem. Na výstupní svorky PLC označené symbolem kontaktu je vyveden spínací kontakt relé. Kontakt je systémem sepnut ihned po připojení PLC k napájení a rozepíná se především - při vyhodnocení výpadku napájecího napětí - při překročení maximálně povolené délky smyčky (tzv. funkce WATCH DOG) - při závažné chybě vyhodnocené diagnostikou systému

22 PLC hardware STR PLC TECOMAT FOXTROT Obr. 5.1: PLC TECOMAT FOXTROT 5.1 Vlastnosti systémů TECOMAT FOXTROT Programovatelné automaty TECOMAT FOXTROT představují malé kompaktní automaty s možností modulárního rozšíření. Spojují tak výhody kompaktních automatů co do velikosti a modulárních co do rozšiřitelnosti a variability. Jsou určeny pro řízení technologií v nejrůznějších oblastech průmyslu i v jiných odvětvích. Jednotlivé moduly systému jsou uzavřeny v plastových ochranných pouzdrech, které se montují na U lištu ČSN EN Díky tomu lze s nimi manipulovat bez nebezpečí poškození citlivých CMOS součástek. 5.2 Komunikace Datové komunikace mezi PLC a nadřízenými PC, mezi několika PLC, nebo mezi PLC a ostatními zařízeními jsou obvykle realizovány sériovými přenosy. Systémy FOXTROT podporují základní přenosy pomocí sítí Ethernet nebo průmyslové sítě EPSNET. Jeden asynchronní sériový kanál je pevné osazen rozhraním RS-232, druhý je volitelné osazen různými typy fyzických rozhraní podle volby zákazníka (RS-232, RS-485, RS-422). Na jedné úrovni sítě EPSNET múze být při použití rozhraní RS-485 až 32 účastníků a délka sériové linky až 1200 m. Volitelně jsou podporovány i jiné průmyslové protokoly a sběrnice, např. MODBUS. PROFIBUS DP, CAN, apod. Případně je možná asynchronní komunikace univerzálními přenosovými kanály ovládanými přímo z uživatelského programu. Všechny centrální jednotky jsou vybaveny rozhraním Ethernet 10/100 Mb umožňujícím provozovat současné více logických spojení Výstavba rozsáhlého systému Rozšiřovací periferní moduly se k centrální jednotce připojují pomocí sériové sběrnice. Díky tomu mohou být jednotlivé části systému TECOMAT FOXTROT rozmístěny decentralizované tak, že jednotlivé moduly jsou umístěny přímo u ovládaných technologií a šetří tak silovou kabeláž.

23 PLC hardware STR Spojení s PC Celý systém může komunikovat s počítači standardu PC. Počítač tak může být využit k monitorování řízeného procesu a přitom je umístěn mimo průmyslové prostředí ve velínu nebo dispečinku. Počítač také slouží jako programovací přístroj pro PLC. Kromě PLC řady TECOMAT FOXTROT se komunikace mohou účastnit počítače standardu PC (prostřednictvím adaptéru sériového rozhraní), ale i další účastníci, kteří vyhoví požadavkům sítě EPSNET (další PLC TECOMAT, operátorské panely, apod.) Distribuované systémy řízení Tyto skutečnosti vytváří předpoklady pro realizaci rozsáhlých systémů distribuovaného nebo hierarchického řízení. Takové systémy však mohou vznikat i cestou postupných kroků zdola" tak, že původně autonomní systémy se postupně spojují a doplňují se o horní úroveň řízení nebo jen o centrální monitorování a sběr dat. Takto vzniklé systémy jsou obvykle životnější, než systémy vzniklé v Jediném kroku shora". Obr.5.2: Rozšíření PLC Foxtrot o I/O moduly

24 PLC hardware STR -24- Výhodou distribuovaných systémů je zejména možnost autonomního řízení i při výpadku centra, postupné uvádění celého systému do provozu : snazší ladění, doplňování, úspora nákladů a pracnosti při montáži (např. v kabeláži, rozvaděčích). Tab. 5.1: Popis modulu CP CP-1004 centrální jednotka řady K 4 binární vstupy 24 V využitelné jako vstupy čítačů 4 volitelné vstupy - binární 24 V / analogové 0-10 V (10 bitů) 6 reléových výstupů 250 V 2 sériové kanály (CH1 - RS-232, CH2 - volitelné rozhraní) 1 rozhraní Ethernet 10/100 Mb 1 linka sběrnice TCL2 pro připojení periferií 1 linka sběrnice CIB slot paměťové karty SD / MMC možnost osazení submodulu s binárními vstupy a výstupy TXN Mobilní roboty. Mobilní roboty tvoří oblast robotiky zabývající se roboty schopnými se v daném okolním prostředí a čase přemisťovat. Jejich studiem, výzkumem, návrhem a konstrukcí se zabývá robotika věda o robotech (samostatně pracující stroj, vykonávající určené úlohy). Z pohledu použitých subsystémů robotu mechanického, elektronického, řídicího, pohonného a dalších hovoříme o robotu jako o mechatronickém systému. Mechatronika současná kombinace mechaniky, elektroniky a softwarového inženýrství. Je umístěna mezi mechaniku, elektroniku a výpočetní techniku, které dohromady umožňují vývoj jednodušších, ekonomičtějších, spolehlivějších a víceúčelových systémů. V současné době je výzkum v oblasti robotiky prováděn zejména na vysokých školách, nebo na pracovištích nějakou formou spolupracující s VŠ. Umělá inteligence obor informatiky zabývající se tvorbou strojů vykazujících známky inteligentního chování. Humanoidní robot libovolná bytost, jejíž tělo se podobá člověku. Mívá základní tělesné rysy ( dvounohý, dvouruký, liší se v detailech počet prstů, zbarvení, tvar uší apod.) Mobilní roboty je možné dělit podle řady kritérií. Mezi základní patří rozdělení na dva typy autonomní a dálkově řízené. U autonomních robotů se předpokládá schopnost samostatně vykonávat zadanou úlohu např. sledování barevné čáry na podlaze a schopnost reagovat na eventuální překážku zastavit se,