Rozdział 1 Schemat drabinkowy PLC oraz zasady kodowania mnemonika

W rozdziale tym opisane są podstawowe zasady dotyczące schematu drabinkowego oraz zasady kodowania mnemonika. Informacje te są bardzo istotne dla użytkowników wykorzystujących FP-08 jako narzędzie programowania. Osoby znające schemat drabinkowy PLC i zasady kodowania mnemonicznego mogą pominąć ten rozdział.

1.1 Zasada działania schematu drabinkowego

Schemat drabinkowy jest rodzajem języka graficznego wykorzystywanego w automatycznych systemach sterowania już od czasów drugiej wojny światowej. Do dziś jest to najstarszy i najpopularniejszy język wykorzystywany w automatycznych systemach sterowania. Oryginalnie, dostępnych jest tylko kilka podstawowych elementów, takich jak styk A (normalnie otwarty), styk B (normalnie zamknięty), cewka wyjściowa, zegary i liczniki. W momencie pojawienia się PLC opartych na mikroprocesorze, pojawiło się więcej elementów schematu drabinkowego, takich jak styk różnicowy,obwódz podtrzymaniem(informacja na str. 1-6) oraz inne instrukcje, które są niedostępne w przypadku standardowego systemu.

Główna zasada działania konwencjonalnego schematu drabinkowego i schematu PLC jest identyczna. Główną różnica pomiędzy oboma systemami jest to, że wygląd symboli w konwencjonalnym schemacie drabinkowym jest bliższy rzeczywistym urządzeniom, natomiast w przypadku systemu PLC, systemy są uproszczone w celu ułatwienia ich wyświetlania na komputerze. Istnieją dwa rodzaje systemów logicznych dostępnych dla schematu drabinkowego. Jest to logika kombinacyjna oraz sekwencyjna. Oba te systemy logiczne opisane zostały poniżej.

1.1.1. Logika kombinacyjna

Logiką kombinacyjną schematu drabinkowego jest obwód łączący jeden lub więcej elementów wejściowych w sposób szeregowy lub równoległy, a następnie wysyłający wynikido elementów wyjściowych, takich jak cewki, zegary/liczniki i inne instrukcje aplikacji.

Powyższy przykład ilustruje logikę kombinacyjną przy wykorzystaniu rzeczywistego schematu połączenia, standardowego schematu drabinkowego i schematu drabinkowego PLC. W normalnych warunkach (rozwartyprzełącznik), styk przełącznika i wskaźnik są wyłączone. Po naciśnięciu przełącznika, stan styku zmienia się na włączony i włącza się wskaźnik. Obwód 2 wykorzystuje przełącznik normalnie zamknięty, nazywany także przełącznikiem "B" lub stykiem. W normalnych warunkach, styk przełącznika i wskaźnik są włączone. Po naciśnięciu przełącznika, styk i wskaźnik wyłączają się.

Obwód 3 składa się z więcej niż jednego elementu wejściowego. Wskaźnik wyjściowy Y2 włączy się, jeżeli styk X2 będzie zamknięty lub X3 będzie włączony przy równoczesnym włączeniu X4.

1.1.2. Logika sekwencyjna

Logiczny układ sekwencyjny jest to obwód sterujący ze sprzężeniem zwrotnym. Oznacza to, że na wyjściu obwodu nastąpi sprzężenie zwrotne do wejścia tego obwodu. Wyjście pozostaje w tym samym stanie nawet w przypadku zmiany na pozycję początkową. Proces ten może być najlepiej wytłumaczony za pomocą przedstawionego poniżej obwodu Wł/Wył sterownika silnika.

 

Po pierwszym połączeniu obwodu do źródła zasilania, przełącznik X6 będzie włączony, a X5 - wyłączony. W związku z tym, przekaźnik Y3 także będzie wyłączony. Wyjściowe styki przekaźnikowe 1 i 2 będą wyłączone, ponieważ należą do styku A (styk ten jest włączony przy włączonym przekaźniku). Silnik nie będzie pracował. Po naciśnięciu przyciskuX5, przekaźnik, styk 1 i 2 włączą się i uruchomiony zostanie silnik, Po włączeniu przekaźnika i zwolnieniu przyciskuX5 (zostanie wyłączony), przekaźnik będzie mógł utrzymać swój stan dzięki sprzężeniu zwrotnemu ze styku 1. Nazywa się to obwodem z podtrzymaniem. Poniższa tabela przedstawia proces przełączania w opisanym powyżej przykładzie.

ETAPY	Przycisk X5 (NO)	Przycisk X6(NO)	Stan silnika (przekaźnika)
1	Zwolniony	Zwolniony	WYŁ
2	Naciśnięty	Zwolniony	WŁ
3	Zwolniony	Zwolniony	WŁ
4	Zwolniony	Naciśnięty	WYŁ
5	Zwolniony	Zwolniony	WYŁ

Z powyższej tabeli wynika, że na różnych etapach sekwencji, wyniki mogą być różne, nawet w przypadku, gdy stany wejść są identyczne. Na przykład, na etapie i przełączniki X5 i X6 są zwolnione, ale silnik jest włączony (pracuje) na etapie i wyłączony (nie pracuje) na etapie . Sterowanie sekwencyjne ze sprzężeniem zwrotnym z wyjścia na wejście jest unikalną charakterystyką obwodu schematu drabinkowego. W niniejszym rozdziale, jako przykład posłużą jedynie styki A/B oraz cewki wyjściowe. Więcej szczegółów dotyczących instrukcji sekwencyjnych znajduje się w rozdziale 5 - "Wstęp do instrukcji sekwencyjnych".

1.2. Różnice pomiędzy standardowym schematem drabinkowym a schematem PLC

Mimo, że podstawowa zasada działania standardowego schematu drabinkowego i schematu PLC jest identyczna, to w rzeczywistości PLC wykorzystuje CPU do imitacji operacji przeprowadzanych przez standardowy schemat drabinkowy. Oznacza to, że PLC wykorzystuje metodę skanowania do monitorowania stanów elementów wejściowych i cewek wyjściowych, a następnie za pomocą schematu drabinkowego imituje wyniki generowane przez operacje standardowego schematu drabinkowego. Istnieje tylko jeden CPU, dlatego też PLC musi kontrolować i realizować program w sposób sekwencyjny od pierwszego do ostatniego kroku, a następnie ponownie powrócić do pierwszego kroku i powtórzyć operację (realizacja cykliczna). Czas trwania pojedynczego cyklu tej operacji nazywany jest czasem skanu. Czas skanu jest różny w zależności od wielkości programu. W przypadku, gdy czas skanu jest zbyt długi, na wejściu i wyjściu wystąpi opóźnienie. Zbyt długie opóźnienie może spowodować znaczne problemy w systemach wymagających szybkiego reagowania. W takim przypadku wymagane są PLC o krótkim czasie skanowania. Czas skanu jest zatem istotnym czynnikiem dla PLC. Dzięki postępowi technologii mikrokomputerowej i ASIC, prędkość skanowania została znacznie zwiększona. Dla typowego FBs-PLC skanowanie kroków styku zajmuje około 0.33 µs. Poniższy schemat ilustruje proces skanowania schematu drabinkowego PLC.

Oprócz opisanej powyżej różnicy w czasie skanu, inną różnicą pomiędzy konwencjonalnym schematem drabinkowym a schematem PLC jest charakterystyka zwrotna. Zgodnie z poniższym schematem, jeżeli X0, X1, X4 i X6 będą włączone, a pozostałe elementy będą wyłączone, to w obwodzie standardowego schematu drabinowego, trasa zwrotna dla wyjścia Y0 może być określona linią przerywaną. Natomiast w przypadku PLC, Y0 będzie wyłączone, ponieważ schemat drabinkowy PLC skanuje od strony lewej do prawej. Jeżeli X4 będzie wyłączony, to CPU odbiera informacje o wyłączonym węźle "a", mimo, że X4 i węzeł "b" są włączone do momentu, aż skanowanie PLC osiągnie X3. Innymi słowy, schemat drabinkowy PLC umożliwi przepływ sygnału z lewej do prawej, podczas, gdy schemat standardowy umożliwi przepływ obustronny.

1.3. Budowa i terminologia schematu drabinkowego

Jak pokazano powyżej, schemat drabinkowy może być podzielony na wiele małych komórek. W przykładzie istnieje łącznie 88 komórek (8 rzędów x 11 kolumn). Do jednej komórki może być przypisany jeden element. Schemat drabinkowy może być skonstruowany poprzez połączenie wszystkich komórek zgodnie z określonymi wymaganiami. Poniżej przedstawiono terminologię związaną ze schematami drabinkowymi.
Styk