Εφαρμογή βιομηχανικού αυτοματισμού - Έλεγχος με δίκτυο προγραμματιζόμενων λογικών ελεγκτών (PLC)
Industrial automation application - control using PLC based network
Θεματική επικεφαλίδα
TPSH::Τεχνολογία::Αυτόματος Έλεγχος::Προγραμματιζόμενοι ΕλεγκτέςΛέξεις κλειδιά
PLC ; Βιομηχανικός αυτοματισμός ; Πρωτόκολλα επικοινωνίας ; Προγραμματιζόμενοι λογικοί ελεγκτέςΠερίληψη
Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η βελτιστοποίηση της λειτουργίας ενός βιομηχανικού συστήματος αυτοματισμού χρησιμοποιώντας τη δυνατότητα επικοινωνίας μεταξύ των προγραμματιζόμενων λογικών ελεγκτών (PLC), μέσω βιομηχανικού δικτύου πεδίου. Στη συγκεκριμένη εφαρμογή έχουμε αναπτύξει παράδειγμα λειτουργίας από ένα βιομηχανικό περιβάλλον, το οποίο χρησιμοποιεί τεχνολογία PLC για την επίτευξη του αυτοματισμού, σύμφωνα με το οποίο δίνεται η δυνατότητα να έχουμε ταυτόχρονα είτε τοπικό έλεγχο μέσω του τοπικού σταθμού PLC είτε απομακρυσμένο έλεγχο μέσω του κεντρικού σταθμού. Στην παραπάνω εφαρμογή προσπαθούμε να πετύχουμε το βέλτιστο οικονομικό αποτέλεσμα όσον αφορά τον εξοπλισμό, αφού δε χρειάζονται ιδιαίτερες απαιτήσεις ως προς την υπολογιστική δύναμη των τοπικών σταθμών, καθώς και μειωμένες απαιτήσεις εγκατάστασης – καλωδίωσης, αφού υπάρχει η δυνατότητα διασποράς του εξοπλισμού σε περίπτωση που η εκάστοτε εφαρμογή το απαιτεί. Παράλληλα υπάρχει η δυνατότητα εφεδρικού τοπικού ελέγχου, σε περίπτωση που λόγο βλάβης χαθεί η επικοινωνία.Στο πλαίσιο της εργασίας πραγματοποιήθηκε βιβλιογραφική έρευνα, που αφορούσε στην ανάπτυξη και τη γενικότερη χρήση των βιομηχανικών δικτύων πεδίου. Το συμπέρασμα που προέκυψε, από την έρευνα που εκπονήθηκε, ήταν πως η ανάπτυξη των προγραμματιζόμενων λογικών ελεγκτών (PLC) σε συνδυασμό με την εξέλιξη των τεχνολογιών ψηφιακής μετάδοσης πληροφορίας, έπαιξαν πολύ σημαντικό ρόλο για τη ραγδαία ανάπτυξη των παραγωγικών διαδικασιών, καθώς και για την αρχιτεκτονική αυτοματισμού που παρουσιάζεται σήμερα στις μεγάλες βιομηχανίες.
Η δομή της παρούσας διπλωματικής εργασίας έχει ως εξής:
• Μετά από μία σύντομη εισαγωγή, παρατίθενται στο Κεφάλαιο 1 πληροφορίες που αφορούν την ανάπτυξη των βιομηχανικών δικτύων ως λύση σε εφαρμογές αυτοματισμού. Έτσι, γίνεται αρχικά μία σύντομη ιστορική περίληψη της εισαγωγής των δικτύων στον βιομηχανικό αυτοματισμό, ενώ στη συνέχεια παρουσιάζεται η σύνδεση των δικτύων με την τεχνολογία των προγραμματιζόμενων λογικών ελεγκτών και η αναβάθμιση της λειτουργικότητάς τους. Στη συνέχεια γίνεται μία περιγραφή στα στοιχεία που χαρακτηρίζουν την αρχιτεκτονική τέτοιων δικτύων, όπως τα ιεραρχικά επίπεδα διαβάθμισής τους, οι τοπολογίες τους, οι τρόποι μετάδοσης, καθώς και ο εξοπλισμός από τον οποίο αποτελούνται.
• Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται πιο εξιδεικευμένη πλέον αναφορά των πρωτόκολλων επικοινωνίας καθώς παρουσιάζονται οι διάφορες αρχιτεκτονικές που έχουν αναπτυχθεί, καθώς και τα πρότυπα που δημιουργήθηκαν κατά την εξέλιξή τους. Εδώ γίνεται αναφορά του προτύπου OSI (Open Source Interconnection), το οποίο αποτελεί το βασικότερο μοντέλο πάνω στο οποίο στηρίχθηκαν όλες οι μετέπειτα επικρατούσες τεχνικές, ενώ παράλληλα γίνεται εκτενής αναφορά στα ευρέος διαδεδομένα δίκτυα επικοινωνίας το Profibus και το Modbus.
• Στο τρίτο κεφάλαιο έχει αναπτυχθεί το εργαστηριακό μέρος της εργασίας, όπου γίνεται περιγραφή του εξοπλισμού και της λειτουργίας του. Ακολούθως περιγράφεται η λειτουργία της διάταξης καθώς και ο τρόπος με τον οποίο έχει γίνει η ρύθμιση της επικοινωνίας. Τέλος επισυνάπτονται ως παραρτήματα, το αναλυτικό σχέδιο της διάταξης με φωτογραφίες, το πρόγραμμα των τριών PLC με τις λίστες των φυσικών εισόδων και εξόδων και οι εικόνες από την οθόνη λειτουργίας.
Περίληψη
The purpose of this diploma thesis is the operational optimization of an industrial automation system interconnecting programmable logic controllers (PLCs), using fieldbus technology. In this application we have developed an example from an industrial environment that uses PLC technology, according to which it is possible to have both local control via the local PLC station or remote control via the central operation panel station. In the above application, we tried to achieve the best financial result in terms of equipment, since the application do not require special requirements regarding the hardware utilities of the local stations, as well as reduced cabling requirements, where there is the possibility to disperse the equipment in case the application requires it. At the same time, there is the possibility of local control as a back-up, if the communication is lost.
In the framework of this thesis, a bibliographic research was carried out, which concerned the development and general use of industrial field network.
The conclusion that emerged from the research was that the development of PLCs in conjunction with the evolution of digital information technology, have played a very important role in the rapid development of production processes, as well as in the todays automation architecture in major industries.
The structure of this diploma thesis is as follows:
• After a brief introduction, general information on industrial automation networks is listed in Chapter 1. Thus, a brief historical summary of the introduction of networks into industrial automation is initially made followed by the connection of the networks with the technology of the programmable logic controllers and the upgrade of their functionality. Then a description is made of the elements that characterize the architecture of such networks, such as their hierarchical levels of classification, their topologies, the modes of transmission, and the equipment from which they are composed.
• In the second chapter, a more specific reference is made to the communication protocols as the various architectures that have been developed and the patterns created during their development are presented. Here reference is made to the Open Source Interconnection (OSI) model, which is the most basic model on which all the prevailing techniques have been based, while Profibus and Modbus are extensively referenced in the widespread communications networks.
• In the third chapter has been developed the laboratory side of the thesis, describing the equipment and its function. The following describes the operation of the layout as well as the way the communication is configured. Finally, as annexes are attached the detailed drawing of the layout with photographs, the program of the three PLCs with the lists of the natural inputs and outputs and the images from the operating screen.