Manipuliatoriaus valdymas programuojamu loginiu jutikliu (laboratorinis darbas)
Laboratorinis darbas Nr. 4
Manipuliatoriaus valdymas programuojamu loginiu jutikliu
1. Programuojamųjų loginių valdiklių (PLV) sandara ir veikimo principas
Pirmieji programuojamieji loginiai valdikliai buvo kuriami vienam tikslui – pakeisti griežtą elektromagnetinių ar elektroninių valdymo sistemų logiką lanks ia programuojama ir lengvai perprogramuojama logika. Veliau jų vykdomų funkcijų apimtis spar iai plėtėsi: dabar valdikliuose programuojamos laiko relės ir įvykių skaitikliai, analoginiai ir fuzzy reguliatoriai; valdikliai vykdo visas aritmetines skai iavimo operacijas ir gali būti sėkmingai naudojami sudėtingose hierarchinėse procesų valdymo, informacijos mainų ir vizualizavimo sistemose. Pagal tarptautinį IEC 1131 standartą PLV apibrėžiamas taip: Pramoninėje aplinkoje naudoti pritaikyta skaitmeninė elektroninė sistema, turinti programuojamą atmintį, į kurią įrašomos vartotojo valdymo programos, skirtos specifinėms loginėms, valdymo nuoseklumo, laiko intervalų nustatymo, įvykių skai iavimo, aritmetinėms funkcijoms realizuoti ir, pasitelkus skaitmeninius bei analoginius įėjimo/išėjimo modulius, įvairiems įrenginiams bei procesams valdyti. PLV funkcinė schema kartu su išoriniais įrenginiais – jutikliais ir vykdymo įtaisais, pateikta 1 pav. Pagrindiniai PLV funkciniai moduliai yra apibrėžti punktyrine linija. 
1 pav. Funkcinė PLV su išoriniais įrenginiais schema
Su išoriniais įrenginiais valdiklis jungiamas per įėjimo ir išėjimo modulius. Įėjimo modulio paskirtis – transformuoti įėjime veikian ius signalus į loginius signalus, tinkamus apdoroti PLV, ir nukreipti juos į centrinį valdymo įtaisą. Išėjimo modulis vykdo atvirkštinę funkciją. Jis kei ia PLV suformuotus loginius signalus į signalus, tinkamus vykdymo įtaisams valdyti. Pastaruoju metu naudojant specialias komunikacijos priemones – sąsajas, valdikliai sujungiami su juos valdan iais kompiuteriais arba jungiami į valdiklių sistemas, sudarydami sudėtingus valdymo sistemų tinklus. Atskirų valdiklių jungimas, kaip ir jų sujungimas su valdaniuoju kompiuteriu, vykdomas naudojant standartines ryšio sistemas, tokias kaip pvz., profibus. Šiuolaikinėse mikrokompiuterių sistemose programa vykdoma nuosekliai eilutė po eilutės, visiškai nepriklausomai nuo to, kokia programavimo kalba ji parašyta. Nusistovėjusi programų vykdymo tvarka – iš viršaus į apačią ir iš kairės į dešinę. Įvykdžius paskutinę eilutę, kompiuteriuose programa užbaigiama, o programuojamuose valdikliuose ji vykdoma cikliškai, t.y. vėl grąžinama į pradžią ir vykdoma iš naujo.
2. Standartinės loginių valdiklių programavimo kalbos IEC 1131-3 standartu reglamentuotos valdiklių programavimo kalbos yra tokios: Funkcinė blokdiagrama (FBD – Function Block Diagram); Kontaktų diagrama (LD – Ladder Diagram); Komandų sąrašas (IL – Instruction List); Struktūrizuotas tekstas (ST – Structured Text); Nuosekli funkcinė diagrama (SFC – Sequential Function Chart).
Apie keletą iš jų išsamiau.
2.1 Kontaktų diagrama (LD – Ladder Diagram)
LD – grafinė programavimo kalba, kilusi iš kontaktinių-relinių grandinių principinių schemų ir yra ypa paranki, kai reikia keisti į programuojamą logiką griežtos logikos relines sistemas. Kontaktų diagramų kalboje naudojami elementai – tai įvairių būsenų kontaktai ir relių ritės (2 pav.). Diagramos braižomos eilutėmis, kurios iš abiejų pusių yra apribotos maitinimo šaltinio linijomis (3 pav.). LD kalboje kontaktais programuojami logines valdymo sąlygas formuojantys kintamieji. Tai gali būti bet kurie – įėjimo, tarpiniai (atminties) ar išėjimo kintamieji. Normaliai atviras kontaktas sujungiamas tada, kai juo modeliuojamas įėjimo kintamasis įgyja reikšmę lygią “1”, o išjungiamas, jam įgijus reikšmę lygią “0”. Normaliai uždaras kontaktas veikia priešingai – jis išjungiamas, loginiam kintamąjam įgijus reikšmę, lygią “1”, o sujungiamas, kai kintamojo reikšmė tampa lygi “0”. 
2 pav. LD programavimo kalbos elementai
3 pav. Tipinė eilutės struktūra
Frontų kontaktai vieno ciklo periodui sujungiami loginiam kintamąjam kei iant savo reikšmę iš “0” į “1” (teigiamo fronto kontaktas) arba iš “1” į “0” (neigiamo fronto kontaktas). Išėjimo kintamieji modeliuojami relių ritėmis. Ritė suaktyvinama ir su ja susietas išėjimo kintamasis įgyja “1” reikšmę tuomet, kai jos grandinėje kontaktais sumodeliuota loginė sąlyga yra tenkinama. Inversinės relės ritės atveju išėjimo kintamojo reikšmė invertuojama. Įjungimą įsimenan ios relės ritė S išlaiko įgytąją “1” reikšmę ir po to, kai ją suaktyvinusi loginė sąlyga nebetenkinama. Išjungimą įsimenan ios relės ritė R išsijungia, kai loginės sąlygos rezultatas tampa lygus “1”. Ši ritės būsena palaikoma tol, kol atitinkamas išėjimo kintamasis nebus įjungtas su S komanda. Abi frontų relių ritės P ir S įjungiamos signalui kei iantis iš “0” į “1” (teigiamas frontas) arba iš “1” į “0” (neigiamas frontas). IEC 1131-3 standartas numato trijų tipų laiko relių (taimerių) funkcinius blokus (4 pav.): TP – impulsų trukmės formuotuvai; TON – įjungimo vėlintuvai; TOF – išjungimo vėlintuvai. 
4 pav. Standartiniai laiko relių (taimerių) funkciniai blokai
Funkciniai TP (timer pulse) blokai – impulsų trukmės formuotuvai – įjungiami ilgesniu ar trumpesniu įėjime IN veikian iu “1” signalu. Išėjime “1” signalas veikia PT (preset time) įėjime nustatytą laiko trukmę. Taigi išėjime suformuojamas tam tikros trukmės signalas. TP negali būti pakartotinai įjungtas, kol jis yra aktyvus. Konkreti laiko reikšmė gali būti stebima išėjime ET (estimated time). Funkcinis TON blokas (laiko uždelsimo relė) naudojamas norint uždelsti signalo įjungimą. Suformavus starto signalą IN įėjime, išėjimas Q įjungiamas tik kai praeina nustatytas tam tikras laiko tarpas PT ir išlieka, kol nepanaikinamas įėjimo signalas. Jei įėjimo signalo trukmė yra mažesnė už delsos laiką, išėjimo Q reikšmė išlieka lygi nuliui (išėjimas nejungiamas). TOF – tai funkcinis blokas, uždelsiantis signalo išjungimą. Suformavus signalą IN įėjime, išėjimas Q įjungiamas iš karto. Kai įėjimo signalas panaikinamas, išėjimas Q išjungiamas tik praėjus nustatytam laiko tarpui PT.
2.2 Struktūrizuotas tekstas (ST – Structured Text)
Tai aukšto lygio tekstinė programavimo kalba, savo struktūra artima algoritminei Pascal programavimo kalbai. Naudojant šią kalbą, galima programuoti sudėtingus procesus, o tai dažnai būna sudėtinga atlikti naudojant grafines programavimo kalbas. Programos pavyzdys pateiktas 5 pav. 
5 pav. ST kalba sudaryta programa
Rašant valdymo programą ST kalba, pakanka kreiptis į visus reikalingus funkcinius blokus ir užrašyti visų išėjimų logines poveikio sąlygas. Į funkcinius blokus galima kreiptis, nurodant jų pavadinimą ir išvardijant eilės tvarka visų jų parametrų reikšmes ar logines formavimo sąlygas.
3. Loginės valdymo sistemos
Loginė valdymo sistema – tai valdiklis užprogramuotas pagal loginės algebros funkcijas, ygtis. Loginio valdymo sistemoms būdinga tai, kad valdoma ne pagal laiką, bet vienu metu tikrinant visas arba daugumą valdymo programos sąlygų. Loginio valdymo sistemos naudojant PLV sutinkamos ten, kur yra svarbūs darbo saugumo aspektai: apsauginės grandinės, blokuotės. Tokios loginės valdymo sistemos apibrėžiamos naudojantis loginės algebros taisyklėmis. Valdiklio išėjimo signalus lemia įėjimo signalų tam tikru laiko momentu kombinacija. Pagrindinės tipinės loginės operacijos TAIP, NE, IR, ARBA gali būti panaudotos sudėtingoms lygtims, o tuo pa iu ir valdymo sistemoms sudaryti (6 pav.). 
6 pav. Kombinuota loginė operacija ir jos realizacija LD kalba
Puslapiai: 1 2