white space

Zen mini-plc

1 Voorwoord

In het kader van mijn stage, die ik vanuit de opleiding elektrotechniek bij Koopmans en Zwart volg, heb ik dit verslag over de mini PLC geschreven.
Het verslag is speciaal gericht op de mini PLC van Omron: De ZEN.
In dit verslag zal ik bespreken wat de mogelijkheden van een mini PLC, de verschillende functies en wat de voor en nadelen zijn. Ik heb mezelf ook een opdracht gegeven waarin ik een programma voor een parkeerplaats geschreven heb.

2 Inleiding

PLC’s worden gebruikt om besturingen in voor te programmeren. Ze zijn ontstaan uit de oude besturingen met relais die vaak erg veel ruimte in namen. Het programma kan rechtstreeks in de PLC ingevoerd worden maar ook via de computer.

Alle PLC’s hebben ongeveer dezelfde mogelijkheden, ze zijn afhankelijk van het merk en type in meer of mindere mate aanwezig. De Zen beschikt o.a. over een tijdrelais, schakelklok, kalender-tijdrelais en een teller. 

De mini PLC is vanwege het beperkte aantal in en uitgangen alleen geschikt voor de eenvoudige schakelingen. Hier staat echter wel tegenover dat de mini PLC een stuk goedkoper is dan een normale PLC.

De Zen kan geprogrammeerd worden met behulp van een ladderdiagram dat als het ware een gekanteld stroomkringschema is waarbij de drukknoppen vervangen worden door ingangscontacten en de relais door uitgangscontacten.

3 Geschiedenis van de PLC

De PLC is ontstaan uit de oude relais techniek, waar een besturing werd gemaakt door gebruik te maken van losse relais, timers en counters. Het verschil tussen zo’n installatie met relais en een PLC gestuurde installatie is dat de PLC de relais, timers en tellers heeft vervangen. Bij een oude besturing wordt door het bedraden van de componenten de werking van de installatie geprogrammeerd. Bij een PLC besturing zit de besturing in de PLC geprogrammeerd.
Het is dus veel makkelijker om een PLC te programmeren dan een besturing met behulp van losse relais te maken.

Een ander voordeel van de PLC is dat besturingsprogramma maar één keer geschreven hoeft te worden. Het programma kan makkelijk gekopieerd en veranderd worden voor soortgelijke toepassingen. Bij de oude manier van besturen moesten de relais, timers en dergelijke elke keer opnieuw verbonden worden.
In het PLC programma zijn makkelijk veranderingen aan te brengen zonder dat er een draadje veranderd hoeft te worden.

Naast het vervangen van de oude besturingsmethoden is het ook mogelijk de PLC voor vele andere rekenkundige functies en dataverwerkingsfuncties toe te passen.
In de loop van de jaren zijn de PLC’s steeds compacter geworden, moest je in de beginjaren nog oppassen voor je rug, moet je nu oppassen dat de PLC niet tussen je vingers wegglipt.

4 Interne componenten van de PLC

De PLC neemt de besturing van een installatie voor zijn rekening en vervangt de ouderwetse besturing met behulp van relais. De PLC moet daarom ook in staat zijn de taak van de hulprelais, timers, tellers en overige componenten uit te voeren.
In de volgende paragraaf komen de interne componenten van de ZEN mini PLC aan de orde.

4.1 Geheugen opbouw

Hieronder staan de verschillende contacten waar de ZEN mini PLC over beschikt vermeld, tevens staat er vermeld wat de betekenis van de verschillende symbolen en wat de functie ervan is.

In de volgende tabel staan de verschillende mogelijkheden van een uitgang vermeld.

In volgende tabellen staan de tellers en tijdrelais en de displayfunctie vermeld.

5 Tijdrelais en Tellers

In dit hoofdstuk wordt de werking van de tijdrelais en counters behandeld.

5.1 Timers

De Zen beschikt standaard over 8 timers en 4 timers met keep functie. Een gewone timer word gereset wanneer de PLC van de run naar de stop mode overschakelt of wanneer de spanning uitvalt. Een timer met keep functie behoud zijn waarde wanneer de PLC naar stop mode overschakelt of wanneer de spanning wegvalt en loopt gewoon door wanneer de PLC weer in de run stand wordt gezet.
Een timer met keep functie is alleen als opkomend vertraagd toepasbaar.

Hieronder staan de verschillende mogelijkheden van de gewone timers vermeld.

Hieronder staat de werking van de timers met keepfunctie vermeld.

Een timer moet net zo in een schakeling worden toegepast als een gewoon relais, dat betekend dat er gebruik gemaakt moet worden van overneemcontacten.

5.2 Tellers

De Zen heeft standaard 8 tellers die zowel op als af kunnen tellen. De waarde van de teller blijft altijd staan, ook wanneer de spanning wegvalt of wanneer de PLC in de stop mode wordt gezet. De teller is hoog wanneer de instelwaarde overschreden wordt.
Ook een teller wordt net als een relais in de schakeling opgenomen (zie onderstaande fig.).

5.3 Wekelijks tijdrelais

Wekelijkse tijdrelais schakelen aan tussen start- en eindtijd van de opgegeven dagen.
De Zen beschikt over 8 wekelijkse tijdrelais.
In de onderstaande figuur staat aangegeven hoe een wekelijks tijdrelais in een schakeling opgenomen wordt.

In onderstaand figuur staat aangegeven hoe de wekelijkse tijdrelais ingesteld moet worden om hem op een bepaalt tijdstip te laten werken.

5.4 Kalender tijdrelais

De Zen beschikt over 8 kalender tijdrelais. Deze kalender tijdrelais werken tijdens de ingestelde data. Wanneer het relais bijvoorbeeld op 31 augustus moet stoppen, dient het tijdrelais op 1 september ingesteld te worden. Kalender tijdrelais worden net als een wekelijks tijdrelais in een schakeling opgenomen.

5.5 Analoge ingang

Analoge spanningsingangen hebben een bereik van 0 tot 10 V. De Zen (24 VDC modellen) heeft 2 analoge ingangen, I4 en I5. Het analoge ingangssignaal wordt omgezet in een BCD-waarde (00,0 tot 10,0). Het resultaat kan gebruikt worden in één van de vergelijkingsschakelingen analoge waarden (A0 t/m A3) en de bijbehorende vergelijkingsuitgangen kunnenn in het programma gebruikt worden als ingangstoestand.

In de onderstaande figuur staat vermeld hoe een analoge ingang in een schakeling wordt opgenomen.

5.6 Vergelijkingsschakeling

Vergelijkingsschakelingen (P) maken het mogelijk om de huidige waarden van tijdrelais, tijdrelais met keep functie of tellers met elkaar te vergelijken. Ook is het mogelijk om deze functies te vergelijken met een constante waarde.
 
In het onderstaande voorbeeld wordt er een 1 afgegeven wanneer teller 1 ≤ teller 2

Een vergelijkingsschakeling wordt als een ingangscontact in een schakeling opgenomen.

5.7 Display functie

Met de display (D) functie kunnen voorgeprogrammeerde berichten, status van een relais of datum en tijd worden weergegeven in het display van de PLC. Door de Zen kunnen 8 verschillende woorden worden weergegeven.

6 Ladderdiagram

De Zen PLC werkt met behulp van een ladderdiagram. Een ladderdiagram werkt met behulp van logische functies, deze functies zijn AND en OR schakelingen.

6.1 AND-functie

Een serieschakeling van contacten wordt een AND functie genoemd. Wanneer in een AND functie alle contacten in de voorwaarde hoog zijn, dan is de voorwaarde waar. Wanneer een voorwaarde waar is dan kan er bijvoorbeeld een uitgang mee hoog gemaakt worden.


Figuur: AND functie in een ladderdiagram
Waarheidstabel AND functie
1
2
Resultaat
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1

6.2 De OR-functie

Een parallelschakeling van contacten wordt een OR functie genoemd. Wanneer één van de contacten van de voorwaarde actief is, dan is bij een OR functie de voorwaarde waar.


Figuur: OR functie in het ladderdiagram
Waarheidstabel OR functie
1
1
Resultaat
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1

Het ladderdiagram kan gemaakt worden door een stroomkringschema te kantelen, de schakelaars te vervangen door ingangscontacten en de ralais door uitgangen te vervangen (zie onderstaand voorbeeld).

Stap 1

Stap2

Stap 3

7 Voor en nadelen van de Zen

In dit hoofdstuk worden de voordelen en de nadelen van de Zen mini PLC ten opzichte van een gewone PLC behandeld.

7.1 Voordelen

  • De PLC wordt geprogrammeerd met behulp van een ladderdiagram. Hierdoor hoeft er geen gebruik gemaakt te worden van instructielijsten.
  • De PLC kan ook via de pc geprogrammeerd worden waardoor er eenvoudig wijzigingen in het programma aangebracht kunnen worden.
  • De PLC heeft een programmacapaciteit van 96 regels.
  • Geringe afmetingen van 90 x 70 x 56 mm.
  • De PLC is eenvoudig aan te sluiten.
  • De PLC is uitbreidbaar tot 18 ingangen en 16 uitgangen met behulp van 3 uitbreidingsmodules.
  • Beveiliging tegen stroomstoringen door middel van batterij.
  • Een schakelcapaciteit tot 8 A.
  • Verkrijgbaar in AC en DC uitvoering.
  • 8 Instelbare timers met 4 bedrijfsmodes en 3 tijdsinstelbereiken.
  • 8 Tellers die op en af kunnen tellen.
  • Klok en kalenderfuncties.
  • 24 VDC modellen beschikken standaard over 2 analoge ingangen 0-10 V.
  • Mogelijkheid om ingangsfilters te actieveren om ruis te voorkomen.
  • Goedkoop

7.2 Nadelen

  • De PLC beschikt standaard over een gering aantal in en uitgangen waardoor er met een standaard pakket alleen simpele besturingen kunnen worden gemaakt.

8 Kosten

De kosten van de mini PLC zijn laag in vergelijking tot een gewone uitvoering. Hieronder zijn de kosten van de mini PLC uitgewerkt. Deze kosten zijn vergelijkbaar met mini PLC’s van andere merken.

De kosten zijn op deze pagina weggelaten omdat de actuele waarde hiervan inmiddels verloren is gegaan.

9 Project parkeerplaats

Ik heb mezelf ook een opdracht gegeven naar aanleiding van dit verslag over de PLC. In deze opdracht ga ik een PLC programma ontwerpen voor een parkeerplaats. Het programma wordt getest met behulp van de Zen.

9.1 Opdracht

De opdracht die ik mezelf gegeven heb is het schrijven van een programma voor een parkeerplaats. Het programma regelt de slagbomen, houdt bij hoeveel auto’s er op de parkeerplaats staan en bediend het licht aan de weg en de stoplichten.

9.3 Situatieschets

9.3 Uitwerking

De werking van het programma moet als volgt zijn. Wanneer er een auto wil parkeren ziet hij aan de weg een bordje staan waarop staat of er nog plaats is. Wanneer er plaats is gaat de slagboom omhoog als de auto over de sensor S0 rijdt, het stoplicht moet wel op groen staan. De slagboom blijft 5 seconden omhoog zodat de auto rustig onder de slagboom door kan rijden. Tegelijkertijd wordt er door de counter 1 auto bij geteld.
Wanneer de auto de parkeerplaats weer wil verlaten en de auto rijdt over sensor 1 S1 heen dan gaat de andere slagboom open en trekt de counter er 1 auto af. Wanneer er tien auto’s op de parkeerplaats staan verandert de tekst aan de weg van vrij in vol. Op dit moment kunnen er geen nieuwe auto’s op de parkeerplaats komen, er moet eerst weer een auto van de parkeerplaats af.

9.4 Ladderdiagram  

Van de in de vorige paragraaf gegeven situatieschets heb ik een ladderdiagram gemaakt. Dit ladderdiagram staat in bijlage 1.
Ik heb de volgende functie aan de contacten gegeven:

  • I0 - S0
  • I1 - S1
  • Q0- parkeerplaats vol
  • Q1 - vrij
  • Q2 - slagboom 1 open (5 sec)
  • Q3 - slagboom 2 open (5 sec)

Ik heb de werking van het ladderdiagram getest met de Zen en hij werkte.

10 Tot Slot

De PLC heeft in de loop van de jaren voor een groot deel de besturing van de losse relais over genomen waardoor er veel geld, tijd en ruimte bespaart wordt. Vooral nu de PLC’s steeds kleiner worden en er steeds meer mogelijkheden komen wordt de PLC steeds vaker toegepast.
Tegenwoordig is er een nieuwe variant op de PLC, de mini PLC. Deze PLC is een goed alternatief voor de gewone PLC omdat deze goedkoper is en minder ruimte in neemt. Enig nadeel van de mini PLC is dat er weinig in en uitgangen beschikbaar zijn waardoor er geen grote besturingen mee uitgevoerd kunnen worden.
Een voordeel van de PLC is dat de besturing niet telkens opnieuw gemaakt hoeft te worden wanneer hij gewijzigd is, de besturing kan via de pc gemakkelijk gewijzigd en op nieuw in de PLC gezet worden.
Er kan dus wel gezegd worden dat de PLC een hele verbetering voor de besturingstechniek is.

11 Literatuuropgave

  • Zen beknopte handleiding, uitgegeven door Omron
  • Operation Manual ZEN Programmable Relays, uitgegeven in maart 2001 door Omron
  • Omron Training centre, basiskennis PLC’s