Jste zde

Micro PLC Toshiba

Antonín Vojáček, 12. Březen 2006 - 16:48

Firma Toshiba nevyrábí jen spotřební elektroniku a notebooky, které jsou u nás více známé, ale i průmyslové řídící systémy - programovatelné automaty. Nejmenší řada T1 má zajímavé vlastnosti i mechanické provedení, které se výrazně liší od výrobků konkurentů. Následující článek popisuje základní vlastnosti těchto PLC.

V České republice je Toshiba málo propagovaný výrobce, a když už je vidět, tak převážně v oblasti spotřební elektroniky a počítačů. Ale jak je to běžné u většiny japonských a korejských firem, které obvykle produkují široké spektrum výrobků od spotřební elektroniky, přes průmyslovou automatizaci, až po například dopravní prostředky, také Toshiba je silně zainteresována v oblasti MaR (Měření a Regulace) průmyslových systémů. V její nabídce lze nalézt ucelenou řadou programovatelných automatů - PLC (Programmable Logic Controller) sahající od velkých a výkonných PLC až po malá PC, tzv. Micro PLC. Ty navíc figurují i v nabídce dovozců a distributorů těchto výrobků v ČR, např. firmy LOVATO spol. s r.o.

Obr. 1. Micro PLC Toshiba řady T1 (detail)

Použití

Balící systémy
Zařízení MaR topných a pneumatických systémů
Řízení klimatizace
Řízení dopravníků a motorů analogových i krokových
Zabezpečovací systémy
Řízení robotů
Kontrola materiálů

Obr. 2. PLC Toshiba řady T1 s různým počtem vstupů a výstupů (terminálů)

Micro PLC řady T1 - hardware

PLC, tedy programovatelné automaty, Toshiba řady T1 patří do kategorie malých PLC. Jde o automaty v kompaktním provedení, kdy téměř vše je součástí jednoho pouzdra včetně vstupů a výstupů. Některé typy této řady však je také možné rozšířit o další malé moduly s různými rozhraními.

Uvedená řada však zahrnuje několik zástupců označených podle vstupů/výstupů, které jsou k dispozici přímo na těle PLC. Nejmenší zástupce T1S-16 je také nejnovější a trošku se odlišuje vnější konstrukcí (viz obrázek vpravo). Vnitřní provedení je však podobné. Řada pokračuje PLC T1-28 až T1-40.

Na obrázku 3. je pak stručně popsána lokalizace jednotlivých důležitých částí PLC výrobcem označeného Micro PLC T1-16S. Mezi hlavní bloky patří:

šroubovací svorkovnice (terminals) ve spodní části zařízení
konektor sériové komunikační sběrnice RS-485 (RS-485 communication port)
konektor programovacího rozhraní RS-232 (RS-232C Programmer port connector)
LED indikace stavu zařízení (LED Status indicators)
rozšiřující konektor na boku přístroje pro rozšiřovací vstupně/výstupní moduly (I/O modules)
šachta baterie pro zálohu napájení (Optional battery)

Obr. 3. Rozložení hlavních uživatelkých bloků Micro PLC T1-16 (detail)

Z pohledu možností řízení a ovládání aplikací samotným PLC je rozhodně nejzajímavější blok šroubovací svorkovnice. Ta mimo napájecích svorek obsahuje i 8 vstupů a výstupů v případě verze T1-16 a až 24 vstupů a 16 výstupů v případě verze T1-40. Vstupy jsou logické napěťové pro 24 V, kdy hranice logické 0. je 5 V a hranice logické 1. je 15 V. Výstupy jsou pak také logické napěťové 24 V DC nebo reléové pro spínání síťových napětí a proudů až 4 A. Některé výstupy pracují jako PWM nebo pulsní výstupy, zatímco vstupy jako rychlé čítače nebo přerušovací vstupy. Další vstupy/výstupy lze získat připojením rozšiřujících modulů, které se připevňují na pravý bok přístroje. Tak lze PLC rozšířit mimo stejné terminály jako jsou v hlavním bloku jednotky i analogovými napěťovými a proudovými vstupy a výstupy nebo vstupy pro termočlánky typu K, J nebo E. Možné je připojit k základní jednotce (Basic Configuration - Main Unit) až 8 dalších rozšiřujících modulů (Expansion configuration - I/O Modules). Tak lze získat až 144 vývodů - viz obrázek 4.).

Obr. 4. Základní funkční jednotka (Basic configurating) a možnosti rozšíření o I/O vývody (Expansion configuration)

Z pohledu vnitřní hardwarové výbavy je výpočetní jednotka PLC přizpůsobeno zpracování tzv. liniového (ang. Ladder) programu. Uvnitř krabičky najdeme paměť EEPROM i RAM zalahovanou kondenzátorem (až 1hodina) případně vloženou Lithiovou baterií (až 2 roky). Kapacita programové paměti umožňuje až 8 tisíc kroků programu, zatímco datová část paměti nabízí použít až 256 čítačů a časovačů, 32 slov v I/O registrech, 4096 v datových registrech, 3 slova v indexových registrech nebo 256 slov v pomocných relé. Rychlost zpracování deklarují časy 1.4 mikrosekund pro zpracování jednoho vstupu nebo 6.5 mikrosekund pro zpracování 16bitového součtu. Bližší informace najdete v pdf datasheetech (i českých) v sekci - Donwload & Odkazy.

Možnosti komunikace

Základní komunikační propojení uvedených PLC s nadřazenými i podřazenými systémy je sériová plně duplexní sběrnice RS-485. S její pomocí lze propojit až 32 PLC s PC se SCADA systémem na vzdálenost až 1 km.

Obr. 5. Příklad komunikace až 32 PLC s nadřazeným PC se SCADA prostřednictvím RS-485

Další rozhraní dostupné na PLC je klasická sériová komunikace RS-232C. Ta umožňuje vzájemně přímo propojit jen dvě protilehlá zařízení na vzdálenost max. 15 m. Díky existenci sériového rozhraní téměř v každém zařízení, je jím možné provádět místní programování nebo propojení s dnes již obvyklým programovacím/řídícím TFT terminálem s vlastnostmi PC (Programmer port na obrázku 6.).

Obr. 6. Propojení Micro PLC Toshiba s řídícím panelem (Programmer port) přes RS-232

Port RS485 rozšířené verze T1- 16S podporuje flexibilní komunikační funkci nazvanou Free ASCII. Tento mód umožňuje T1-16S pracovat jako řídící jednotek a komunikovat s dalšími zařízeními, která ovládají sériovou ASCII komunikaci s pevným koncovým kódem. Data se pak přenášejí v podobě řetězců ASCII znaků, tak jako se to dělá například při přenosu znaků do tiskárny (Printer) - viz obrázek 7. Další zařízení využívající tento přenos dat jsou například čtečky čárových kódů (Bar Code Reader), identifikační systémy (ID System), elektroměry (Power Meter), vážní systémy (Weigh Scale) apod.

Obr. 7. Využití dostupného režimu s přenosem ASCII znaků pro komunikaci s různými podřazenými systémy

Možnosti řízení akčních členů a snímaní hodnot snímačů

Jak již popsáno výše, Micro PLC Toshiba řady T1 umožňují ze svých výstupů přímo řídit výkonové zátěže jakou jsou například motory, topné spirály apod. K tomu jsou dispozici pulzní výstupy s proměnou frekvencí sledu impulsů CW a CCW a PWM. Toho se dá využít pro přímé řízení budičů krokových motorů (Stepper Motor Driver) i klasických asynchronních i synchronních motorů. Pulsní výstupy mohou generovat impulsy s frekvencí až 5 kHz (5 tisíc impulsů za sekund). Pro vytvoření zpětné vazby zvláště od "analogových" motorů, u nichž nelze řídícím signálem přesně definovat parametry pohybu, jsou k dispozici čítače. Ty mohou čítat impulsy (Encoder Pulses) generované například optickými rotačními enkodéry připevněnými na společné hřídeli řízeného motoru. Čítače na vstupech šroubovací svorkovnice mohou samostatně čítat frekvence impulsů až 5 kHz. V případě módu čítače fázového rozdílu, využívaného například pro detekci směru otáčení, lze čítat ještě rychleji.

Obr. 8. Použití PLC řady T1 k řízení motorů

Jak bylo již uvedeno výše, jsou již základní "bloky" PLC vybaveny dostatečným počtem analogových i logických (digitálních) vstupů a výstupů, což je předurčuje pro řízení libovolných procesů, kde se reguluje například teplota (Temperature), průtok kapaliny či sypkých látek (Flow), hladina látek (Level), tlak (Preassure), pH, vlhkost (Humidity) a podobných vlastností (Others). Řízení každého procesu předpokládá regulační smyčku (PID loop) - viz obrázek 9. Zde výstupy PLC (MV, 4-20 mA, diskrétní pulsy) nastavují akční členy, které mění parametry dané regulované veličiny a naopak vstupy (PV, TC - termočlánek, proudová smyčka 4-20 mA nebo napěťový signál 10 V) sbírají informace o způsobených změnách prostřednictvím senzorů (Sensors) a čidel a vytváří se tak regulační zpětná vazba.

Obr. 9. Možnosti použití vstupů a výstupů pro řízení procesů

Software pro Micro PLC řady T1

Souhrným vývojovým prostředím pro celou T-sérii PLC Toshiba je program T-PDS. Ten může běžet na libovolném
notebooku či jiném IBM-PC kompatibilním PC a programovat PLC buď dálkově po sběrnici RS-485 nebo lokálně přes propojení prostřednictvím RS-232. Software T-PDS podporuje programování při přímé on-line komunikaci s OLC nebo bez ní, umožňuje ladění a vytvoření programové dokumentace pro celou T-sérii PLC včetně T1/T1S.

T-PDS software obsahuje a umožňuje:

Editaci programu
Slučování programů, sloučit bloky z jiných programů do
právě vytvářeného program.
Zavádět, ukládat a porovnat programy mezi diskovým souborem a
CPU (Erase, Write, Read, Verify).
Monitorovat stav na lince liniového (Ladder) programu a
zobrazit hodnoty registru.
Obrazovka vzorkující stopy pro kontrolu vztahů událostí a času.
Vnutit zařízení (I/O, atd.) a nastavit /nulovat zařízení z klávesnice.
Dokumentovat programy s popiskami a komentářem.
Vtisknout plán volby například hodnoty registrů, registr/použití
zařízení, plné křížové reference, atd.
Vestavěný modem umožňuje telefonní připojení pro dálkovou údržbu.

Obr. 10. Ukázka obrazovek editačního softwaru pro programování liniového programu a zobrazovacího softwaru pro sledování signálů na vstupech/výstupech.

V následující tabulce Tab.1. lze vzhlédnout celý instrukční soubor pto programování liniový, někde označovaných jako žebříkových (ang. Ladder) diagramů/schémat vhodné pro programování procesů, které se mají zpracovávat paralelně, tedy časově současně. Původní dřívější jednoduché instrukce pro v minulosti jednoduché PLC, v tabulce označené jako základní instrukce, jsou doplněny již "klasickými" instrukcemi, které se běžně objevují v instrukčních souborech Asembleru dnešních mikrokontrolérů a DSP.

Tab.1. Instruční soubor pro programování liniových (Ladder) diagramů (detail1, detail2)

Závěr

V tomto článku jsem chtěl stručně upozornit na zajímavou řadu programovatelných automatů Toshiba řady T1, které vykazují zajímavé externí provedení i programovací vlastnosti. Článek byl pojat spíše jako obecný informační a pro bližší informace o parametrech jednotlivých zástupců řady odkazuji na datasheety anglické i české a webové odkazy v sekci následující sekci Donwload & Odkazy.