Aktuální vydání

celé číslo

12

2022

Automatizace výrobních, montážních a balicích strojů a linek

Elektrické, pneumatické a hydraulické pohony

celé číslo

Desetiletá tradice modulu Logo!

číslo 7/2006

Desetiletá tradice modulu Logo!

Tisíce projektantů, výrobců strojů a inženýrských firem po celém světě používají pro jednoduché automatizační úlohy logické moduly Logo! od společnosti Siemens. Letos je tomu již deset let, kdy Siemens tento jedinečný výrobek uvedl na trh. Dnes již šestá generace s označením 0BA5 je důkazem, že jde o velmi úspěšný produkt, který si za deset let své existence vydobyl vedoucí postavení na trhu.

Základní myšlenka modulu Logo!

Základní myšlenkou tohoto modulu je spojit logické, spínací, časové a ostatní speciální funkce do jednoho modulu, a ušetřit tak technikům práci při návrhu i realizaci ovládacího systému. S jedním kompaktním modulem tohoto typu lze totiž realizovat téměř všechny automatizační úlohy menšího rozsahu. Logo! bravurně dokáže ovládat čerpadla, kompresory, otvírat závory a vrata, zavlažovat rostliny ve skleníku, řídit osvětlení nebo výtahy v budovách apod. Může však zvládnout i relativně komplikované činnosti, včetně sledování teplot, tlaků a ostatních analogových veličin.

Obr. 1.

Obr. 1. Logo! s modulem analogových výstupů AM2 AQ a komunikačním modulem CM pro sběrnici LON

Výhody použití modulu Logo! jsou oproti klasickým jednoúčelovým přístrojům zřejmé. Zařízení lze kdykoliv přizpůsobit požadavkům zákazníka, neboť je možné snadno upravit jeho program. Vzhledem k tomu, že je místo mnoha jednoúčelových přístrojů použit jen jeden modul, lze ušetřit spoustu místa v rozváděči. Když se k tomu všemu připočte vestavěný displej pro zobrazování zpráv a příznivá cena, hovoří vše pro použití modulu Logo!

Jak Logo! funguje

Logo! obsahuje základní logické a časové funkce i speciální funkce pro náročnější uživatele. Může tak vykonávat funkci několika časových nebo impulsních relé, má čítače, logické funkce, komparátory a mnoho dalších speciálních funkcí (např. pro zpracování analogových signálů, pro zobrazení textových zpráv atd.).

Obr. 2.

Obr. 2. Blok PI regulátoru: A/M – automatický/manuální provoz, R – inicializace (reset), PV – žádaná hodnota, AQ – akční veličina, Par – parametry, viz tab. 1

Základní modul Logo! má integrovaných osm vstupů a čtyři výstupy; přitom dva vstupy mohou být použity jako digitální nebo analogové (0 až 10 V). Uživatel si přitom může zvolit, zda požaduje tranzistorové výstupy (do 0,3 A), nebo reléové výstupy (do 10 A). Vyžaduje-li úloha více vstupů nebo výstupů, je možné Logo! rozšířit o další moduly se vstupy a výstupy. Maximální konfigurace je 24 digitálních vstupů, šestnáct digitálních výstupů, osm analogových vstupů a dva analogové výstupy. Speciální rozšiřovací modul umožňuje přímo připojit odporové teploměry Pt100 bez použití vnějších převodníků. Existuje i možnost komunikace s více moduly, popř. s vyššími řídicími systémy pomocí sběrnice AS-Interface, EIB/KNX nebo LON.

Logo! 0BA5

Nové vlastnosti
Na veletrhu Amper 2005 firma Siemens představil již šestou generaci modulu Logo! s typovým označením 0BA5. Tyto moduly mají inovovaný displej s lepším kontrastem a k dispozici jsou také nové funkce související s analogovými výstupy: rampa, analogový multiplexer a PI regulátor.

Tab. 1 Parametry PI regulátoru v modulu Logo! 0BA5

Pr

Popis

Konstanta/řídicí veličina

Rozsah

Implicitní hodnota

Gain

zesílení pro PV

konstanta

00,00 až 10,00

1

Offset

offset pro PV

konstanta

–10 000 až +10 000

0

Min.

min. hodnota rozsahu PV

konstanta

–10 000 až +10 000

0

Max.

max. hodnota rozsahu PV

konstanta

–10 000 až +10 000

1 000

SP

žádaná hodnota

konstanta nebo řídicí veličina

–10 000 až +10 000

0

Mq

manuální výstup

konstanta nebo řídicí veličina

0 až 10 000

0

KC

zesílení

konstanta

00,00 až 99,99

1

TI

integrační časová konstanta

konstanta

0 až 100 min

100 min

Dir

směr smyčky

konstanta

přímá nebo reverzní

přímá

p

počet desetinných míst

konstanta

0 až 3

0

Tři nové funkce pro analogové výstupy
Jak již bylo řečeno, Logo! 0BA5 nabízí k použití blok PI regulátoru (obr. 2). Tento regulátor má stejný výpočetní algoritmus jako velmi úspěšný PID regulátor použitý v programovatelném automatu Simatic S7-200. Rozdíl je v tom, že vzorkovací perioda je pevně nastavena na 500 ms a derivační složka je nastavena na nulu. Kromě manuálního nastavení zesílení a integrační časové konstanty si lze také vybrat jednu ze šesti přednastavených množin konstant. Jsou to konstanty navržené profesionály pro typická nastavení regulátoru, např. „teplota pomalu„, „tlak„ atd. Takto může regulátor snadno a rychle nastavit i začátečník, který ještě neměl možnost důkladně se seznámit s problematikou nastavování konstant PI regulátoru. Žádanou hodnotu je možné nastavit jako konstantní nebo jako proměnnou, závislou na jiné řídicí (tzv. referenční) veličině.

Další speciální funkce, určená např. pro ovládání měniče frekvence, je rampa. Tato funkce umožňuje spustit náběžnou nebo sestupnou rampu se zadanou strmostí, počáteční hodnotou a koncovou hodnotou. Její typické využití je např. pro plynulý rozjezd lyžařského vleku nebo pro stmívače světel.

Obr. 3.

Obr. 3. Regulace hladiny v nádrži

Analogový multiplexer je blok, na jehož výstupu se objeví vždy jedna ze čtyř přednastavených vstupních analogových hodnot. Která z nich to je, určuje kombinace dvou logických vstupů, tzv. selektorů. Tak lze velmi jednoduše realizovat např. změnu rychlosti otáčení motoru. Vstupní přednastavené analogové hodnoty se buď mohou zadávat jako konstanty, nebo mohou být řízeny určenými řídicími referenčními analogovými veličinami.

Regulace polohy hladiny v nádrži

Zadání
Ukažme si použití PI regulátoru v modulu Logo! na konkrétním příkladu. V nádrži je třeba při chemickém procesu udržovat konstantní množství kapaliny, dané výškou hladiny. Kapalina je však z nádrže odebírána nerovnoměrně (Q2). Cílem je udržet výšku hladiny pokud možno konstantní.

Aktuální výšku hladiny zjišťuje snímač LC, např. hydrostatický, který má při daném rozsahu výstup 0 až 10 V. Dále je k dispozici proporcionální ventil s plynulou regulací průtoku (Q1), který je řízen také napěťovým signálem 0 až 10 V.

Tab. 2. Vstupy, výstupy a proměnné v příkladu podle obr. 4

AI1

analogový vstup potenciometru, kterým se volí hodnota akčního zásahu regulátoru v manuálním režimu regulátoru

B4

hodnota, která vstupuje do regulátoru jako manuální výstup Mq (manuální regulace)

AI2

analogový vstup potenciometru, kterým se volí žádaná hodnota hladiny v nádrži

B2

hodnota, která vstupuje do regulátoru jako žádaná veličina (SP)

AI3

analogový vstup od snímače polohy hladiny – regulovaná veličina

B1

hodnota, která vstupuje do regulátoru jako regulovaná veličina (PV)

I1

digitální vstup pro inicializaci regulátoru – (1) vymaže všechny interní hodnoty regulátoru (reset)

I2

digitální vstup volby mezi manuálním (0) a automatickým režimem (1)

AQ1

analogový výstup pro řízení proporcionálního ventilu

Řešení
Modul Logo! tento úkol řeší právě pomocí funkce „PI regulátor„. Žádaná hodnota hladiny a aktuální údaj z čidla polohy hladiny se připojí na analogové vstupy modulu Logo! a jeho analogový výstup k napěťově řízenému proporcionálnímu ventilu. Pro tento účel lze použít jeden ze dvou integrovaných analogových vstupů 0 až 10 V na modulu Logo! a jeden rozšiřovací modul AM2 AQ, který disponuje dvěma analogovými výstupy.

Schéma úlohy je naznačeno na obr. 3, program v modulu Logo! ukazuje obr. 4. Význam vstupů, výstupů a proměnných je vysvětlen v tab. 2. Pro naprogramování byl využit vývojový software Logo!Soft Comfort V5.0.

Obr. 4.

Obr. 4. Program pro regulaci hladiny

Použitím PI regulátoru bylo dosaženo mimořádně přesné regulace. V případě, že není k dispozici proporcionální ventil, lze s úspěchem využít také pulsně šířkovou modulaci ve spojení s klasickým dvoupolohovým ventilem, který bude řídit digitální reléový výstup z modulu Logo!

V jednoduchosti je síla

Logo! nabízí uživatelům nejen přehlednost a jednoduchost, ale také obrovské možnosti použití, výkonné funkce, možnost zobrazení procesu na vestavěném displeji a spoustu dalších možností. Vývojový software přitom zůstává jednoduchý a uživatelsky vstřícný. Integrovaný displej zajišťuje zobrazení procesních hodnot, analogové výstupy umožňují využít Logo! v dalších aplikacích, v nichž to doposud nebylo možné. Za zmínku jistě stojí i skutečnost, že logický modul Logo! je k dispozici za velmi příznivou cenu a je skladem v mnoha českých elektrotechnických velkoobchodech.

Více informací je k dispozici na internetových stránkách společnosti Siemens pro malé řídicí systémy na adrese www.siemens.cz/micro

Ing. Tomáš Halva,
Siemens, s. r. o.