Создайте рабочий стол для промышленной автоматизации
Робототехника и промышленная автоматизация - две горячие темы в сообществе Карьера и Технического Образования.
Стоимость систем промышленного обучения колеблется от 100 до сотен тысяч. Как инструктор по промышленной электротехнике и техобслуживанию, я поощрял своих учеников выполнять внешние лабораторные эксперименты, чтобы способствовать непрерывной практике технических концепций и принципов, преподаваемых в классе. Кроме того, непрерывное практическое обучение улучшит технические навыки и знания в десять раз. В этом проекте вы узнаете, как построить очень дешевый настольный компьютер для промышленной автоматизации для проведения собственных экспериментов в области робототехники, а также систем управления двигателем и технологическим процессом на верстаке. Ниже приводятся основные компоненты для создания рабочего контроллера Industrial Automation.
Рисунок 1. Блок-схема для инструктора по промышленной автоматизации
Список деталей
- Arduino Uno или эквивалентная платформа для разработки микроконтроллеров
- Velocio Ace PLC
- Блок реле Velocio 5A
- Настенная розетка - 5V, 2A
- симулятор
- малый двигатель постоянного тока
- беспаечный макет
- провода перемычки
- Программное обеспечение vBuilder
Что такое программируемый логический контроллер (PLC)?
Программируемый логический контроллер или ПЛК - это в основном промышленный компьютер, используемый в домашних и производственных приложениях. Как обычный компьютер, ПЛК имеет центральный процессор (центральный процессор) и внутреннюю память для хранения программ. Кроме того, ПЛК имеют источники питания для управления их внутренними цепями и устройствами связи. В отличие от обычного компьютера, ПЛК может управлять большими промышленными машинами и процессами с использованием электромеханических реле и симисторов. Симистор представляет собой двунаправленный переключатель переменного тока, способный работать с высокоточными устройствами, такими как двигатели переменного тока, лампы накаливания и соленоиды до 5 А (амперы). Кроме того, ПЛК имеет шасси или стойку для размещения различных модулей ввода-вывода (ввода-вывода). Стойка выполнена из металлической рамы. На металлической раме установлена печатная плата с электрическими разъемами, припаянными к ней. Программные данные и электрические сигналы управления передаются от модулей ввода / вывода к процессору ПЛК для обработки. Модули для ввода / вывода позволяют легко подключать к ПЛК различные электрические и электронные датчики и нагрузки. Клеммный блок, подключенный к модулю проводки ввода / вывода, позволяет подключать к ПЛК электрические переключатели, датчики, двигатели, соленоиды и лампы накаливания. На рисунке 2 показан типичный ПЛК с модулями электропитания и ввода / вывода. Чтобы узнать больше о симисторах, просмотрите главу All About Circuits об этом тиристорном компоненте.
Рисунок 2. Типичный ПЛК
Лестничные логические программы и схемы релейных лестниц
Для программирования приложения с использованием традиционных языков программирования CCD, таких как C, C + или Python, не требуется. ПЛК использует уникальный язык программирования, который является графическим. Каждая битовая инструкция прикладной программы ПЛК представляет собой физическую электрическую электронную компоненту и ее рабочий триггер или состояние. Битовые инструкции размещаются на линейном вызове. Все ступени затем прикрепляются друг к другу с помощью боковых рельсов. Окончательная коллективная группа стульев и рельсов составляет так называемую Лестничную логическую программу. На рисунке 3 показана программа PLC Ladder Logic.
Рисунок 3. Пример базовой логической программы Лестничная логика
Как показано в примере на фиг.3, бит-команды представляют собой кнопки давления, температуры и ручного управления, а также катушку стартера. Строки построены с использованием бит-инструкций, проводящихся по горизонтальным линиям. Две вертикальные линии - это рельсы. Лестничные логические программы основаны на старых схемах лестничных лестниц, которые использовались в старых промышленных системах управления для различных производственных и технологических операций производства. Пример диаграммы релейной лестницы показан на рисунке 4. Интеллект промышленной машины основан на расположении коммутационных контактов электрических или электромеханических устройств. Основные функции цифровых затворов, такие как логические схемы AND, OR и NOT, могут быть построены с использованием электрических переключателей, электронных датчиков и электромеханических контактов реле. Комбинация этих основных логических функций позволяет строить более сложные операции управления машиной. Для получения дополнительной информации о программировании ПЛК и Лестничной логике, ознакомьтесь с главой «Все схемы» главы 6 «Лестничные диаграммы».
Рисунок 4. Пример схемы релейной лестницы
Построение рабочего контроллера для промышленной автоматизации
При базовом понимании того, какие ПЛК, Лестничная логика и Лестничные диаграммы релейных выходов, вы готовы построить свой рабочий стол для автоматизации промышленного использования. Как показано в списке запасных частей и тренерах блок-диаграммы, выполняется с использованием недорогих компонентов. Основными компонентами тренера являются Velocio Ace PLC и 5A Relay Terminal Block. Дополнительные компоненты, состоящие из палочки Arduino Uno и Simulator, позволят вам изучить основы программирования Ladder Logic с помощью программного обеспечения vBuilder. Сборник Desktop Industrial Automation Trainer является быстрым и легким. Первая версия тренера состоит из вставки симулятора в входной цифровой порт Ace PLC. Симулятор имеет 6 тумблеров, которые будут передавать цифровые входные сигналы на ПЛК Ace для обработки и управления блоком реле 5A. Клеммная колодка имеет 6 промышленных электромеханических реле для управления электрическими и электрическими нагрузками переменного и постоянного тока с использованием контактов SPST (однополюсный однотактный). Блок реле 5A имеет небольшую электропроводку, которая нуждается в сборке. После сборки электрической жгута она прикрепляется к клеммной колодке реле и выходному цифровому порту ПЛК Ace. Схема электрических сборок для настольного Industrial Automation Trainer показана на рисунке 5. Электродвигатель постоянного тока может быть подключен непосредственно к клеммным клеммам блока реле или может использоваться для подключения проводки без пайки.
Рисунок 5. Версия 1 диаграммы электрической сборки тренера промышленной автоматизации для рабочих станций
В качестве дополнительного справочного источника сборки мой тренер по промышленной автоматизации показан ниже.
Рисунок 6. Авторский автомат для автоматизации производства с помощью Simulator Stick
С помощью модели Simulation Stick, созданной для Industrial Automation Trainer, вам необходимо запрограммировать ее с использованием кода лестничной логики.
Настройка программного обеспечения vBuilder
Чтобы запрограммировать и протестировать Desktop Industrial Automation Trainer, вам необходимо загрузить программное обеспечение vBuilder с веб-сайта Velocio.net. Программное обеспечение vBuilder позволяет программировать Ace PLC с помощью блок-схем или логического кода лестницы. Установите программное обеспечение vBuilder на ваш настольный ПК или ноутбук после подсказок по установке. Прикрепите ваш тренажер к компьютеру с установленным программным обеспечением с помощью USB-кабеля. Откройте программное обеспечение vBuilder и создайте новый проект лестницы, выбрав «Файл»> «Создать» в верхней части строки меню. На экране появится окно проекта. У вас есть выбор для создания блок-схемы или схемы логической схемы. Нажмите кнопку логической лестницы с помощью мыши. На рисунке 7 показано окно проекта для кодирования в лестничной логике. После создания проекта прикладное программное обеспечение должно быть настроено для программирования Ace PLC (11 или 22). Автоматическая настройка - это быстрый способ настройки вашего Ace PLC. С помощью мыши нажмите кнопку «Начать здесь», показанную в левой части экрана программирования. См. Рисунок 8. Окно аппаратного обеспечения Ace PLC позволяет выбрать выбор из автоматического или ручного оборудования. См. Рис. 9. Нажмите кнопку «Автоматически» с помощью мыши. Функция установки идентифицирует тип Ace PLC (11 или 22), подключенный к вашему компьютеру. Для остальных окон просто нажмите кнопку, пока оборудование не будет правильно настроено, как показано на рисунке 10. После правильной настройки ПЛК вы готовы запрограммировать свое первое приложение для промышленного управления.
Рисунок 7. Создание программы Лестничная логика для машины для малой сверлильной машины
Рисунок 8. Настройка аппаратного обеспечения Ace PLC. Нажмите кнопку «Начать здесь»
Рисунок 9. Окно «Настройка оборудования» для настройки Ace PLC
Рисунок 10. Установка аппаратного обеспечения Ace 22 PLC завершена
Программирование функции AND Gate с использованием логической схемы: Smal Drill Press Machine
Промышленное управление Лестничная логика, которую вы будете программировать с помощью программного обеспечения vBuilder, представляет собой небольшую машину для сверления, показанную на рисунке 11. Маленькая машина для сверления работает с помощью датчика детали, определяющего часть и нажатие переключателя A и Switch B. Двигатель дрели будет работать с долотом, позволяя ему прорезать отверстие через деталь. Функция логического входа И может легко выполнить эту операцию. Инструктор по промышленной автоматизации для рабочих станций может быть запрограммирован с использованием лестничной логики, чтобы сделать небольшое приложение для сверлильного пресса. На рисунке 12 показана программа лестничной логики для маленького бурильного станка. Чтобы обеспечить быстрое использование тренера, для этой статьи проекта, приведенной ниже, можно найти небольшой логический код лестничной машины для бурильной машины, показанный ниже. Рисунок 12. Загрузите логический код лестничной машины Small Drill Press Machine на ваш ПЛК. Вы управляете маленькой машиной для сверления с помощью переключателей 1 - 3 на симуляторе. Когда все выключатели закрыты, двигатель постоянного тока включается. Поздравляем с успешным созданием действующего тренера по промышленной автоматизации. Затем вы замените ручку симулятора на Arduino, тем самым позволяя машине маленького сверлильного станка работать автоматически.
Рисунок 11. Малая сверлильная машина: операция сверления работает с использованием функции AND Gate
Рисунок 12. Локальная логическая операция маленького бурового станка основана на функции AND Gate
Скачать код
Построение рабочего инструмента для промышленной автоматизации: автоматизация с помощью Arduino
При использовании маленькой машины для сверления, рулевой симулятор можно заменить на Arduino. Arduino будет действовать как автоматический контроллер, обеспечивающий сигналы управления цифровому входному порту PLC Ace. Электрическая схема сборки для тренера Arduino - Industrial Automation показана на рисунке 13. Я также включил изображение фактического тренера в качестве дополнительной ссылки на сборку проекта, показанной на рисунке 14. Velocio предоставляет небольшие электрические разъемы с Ace PLC, который поддерживает 20-26 AWG (American Wire Gauge) сплошной провод. Следуйте инструкциям по монтажу, прилагаемым к электрическому разъему, чтобы построить трехпроводную мини-жгут.
Код Arduino предоставит двоичную последовательность цифровых данных для управления ПЛК. Код симулятора автоматизации (3 Input Logic Simulator) представляет собой трехбитовый двоичный код для ПЛК. Как показано в листинге 1, когда назначенные цифровые пины Arduino являются двоичными 1, двигатель постоянного тока включается.
Рисунок 13. Электрическая монтажная диаграмма рабочего стола Arduino-Industrial Automation
Вот собранный Desktop Arduino-Industrial Automation Trainer. Вы можете увидеть работу нового тренера Arduino-Industrial Automation в видеоклипе, представленном в этом проекте.
Рисунок 14. Двигатель постоянного тока запускается автоматически, когда все светодиоды ПЛК включены
Загрузите код в Arduino. Электродвигатель постоянного тока маленького бурильного станка будет работать, когда три входа ПЛК будут включены. Если ваш двигатель постоянного тока не работает, отрегулируйте провод Arduino на небольшой электрический разъем. При исправлении ошибок проводки повторите тестирование тренера промышленной автоматизации. Поздравляем с тем, что у вас есть рабочий тренер по автоматизации производства Arduino-Industrial Automation. Обратитесь к главе «Все схемы схем лестничных диаграмм» для дополнительных экспериментов для изучения вашего тренера.
Listing 1. /* 3 INPUT LOGIC GATE SIMULATOR * APRIL 8, 2016 * BY DON WILCHER * * This code will provide digital inputs to the Velocio ACE PLC (Programmable * Logic Controller) using the following Truth Table Inputs. * The output of the Logic Gate will be visible by the integrated * LED of the ACE PLC. * * 3 Input Logic Gate Simulator * INPUTS * A | B | C * ___|____|____ * 0 | 0 | 0 * 0 | 0 | 1 * 0 | 1 | 0 * 0 | 1 | 1 * 1 | 0 | 0 * 1 | 0 | 1 * 1 | 1 | 0 * 1 | 1 | 1 * */ // Arduino Pin assignments int A = 13; int B = 12; int C = 11; void setup() { // initialize digital pins 1, 2, and 3 as outputs pinMode(B, OUTPUT); pinMode(A, OUTPUT); pinMode(C, OUTPUT); } void loop() { // reproducing the 3 Input Truth Table digitalWrite(C, LOW); // C = 0 digitalWrite(B, LOW); // B = 0 digitalWrite(A, LOW); // A = 0 delay (1000); // 1sec delay before switching binary inputs digitalWrite(C, HIGH); // C = 1 digitalWrite(B, LOW); // B = 0 digitalWrite(A, LOW); // A = 0 delay(1000); digitalWrite(C, LOW); // C = 0 digitalWrite(B, HIGH); // B = 1 digitalWrite(A, LOW); // A = 0 delay(1000); digitalWrite(C, HIGH); // C = 1 digitalWrite(B, HIGH); // B = 1 digitalWrite(A, LOW); // A = 0 delay(1000); digitalWrite(C, LOW); // C = 0 digitalWrite(B, LOW); // B = 0 digitalWrite(A, HIGH); // A = 1 delay(1000); digitalWrite(C, HIGH); // C = 1 digitalWrite(B, LOW); // B = 0 digitalWrite(A, HIGH); // A = 1 delay(1000); digitalWrite(C, LOW); // C = 0 digitalWrite(B, HIGH); // B = 1 digitalWrite(A, HIGH); // A = 1 delay(1000); digitalWrite(C, HIGH); // C = 1 digitalWrite(B, HIGH); // B = 1 digitalWrite(A, HIGH); // A = 1 delay(1000); }
Скачать код
Попробуйте этот проект сами! Получить спецификацию.