besturingstechniek

1 1

1 1

ReaderTe bepalen subtitel

tr@nsfer database Nijgh Versluys

Koen Bidlot

Naam van de school

2 2

2 2

NijghVersluysEricastraat 183742 SG Baarn

Correspondentieadres:Postbus 2253740 AE Baarn

Customer Contact CenterBeroepsonderwijs en volwasseneneducatie

Telefoon : 035 – 548 22 22Fax : 035 – 541 82 21E-mail : [email protected] : www.transfere.nl

www.transferw.nlwww.nijghversluys.nl

De uitgever heeft ernaar gestreefd de auteursrechten op fragmenten en illustraties teregelen volgens de wettelijke bepalingen. Degenen die desondanks menen zekere rechtente kunnen doen gelden, kunnen zich alsnog tot de uitgever wenden.

© 2009 Uitgeverij NijghVersluys B.V., Baarn, The Netherlands

Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgesla-gen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of openige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopiëen, opnamen, of enig anderemanier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.

Voor zover het maken van kopieën uit deze uitgave is toegestaan op grond van artikel 16BAuteurswet 1912 jo het Besluit van 20 juni 1974, Stb. 351, zoals gewijzigd bij het Besluitvan 23 augustus 1985, Stb. 471 en artikel 17 Auteurswet 1912, dient men de daarvoorwettelijk verschuldigde vergoedingen te voldoen aan de Stichting Reprorecht (Postbus3060, 2130 KB Hoofddorp). Voor het overnemen van (een) gedeelte(n) uit deze uitgave inbloemlezingen, readers en andere compilatiewerken (artikel 16 Auteurswet 1912) dientmen zich tot de uitgever te wenden.

3 3

3 3

1 Basisbegrippen programmeertalen 1

1.1 Instructies 21.2 Statements 51.3 Function Block Diagram 51.4 Ladderdiagrammen 10

2 Programmeerbare besturing 15

2.1 Digitale besturingssystemen 162.2 Digitale invoereenheid 192.3 Digitale geheugensystemen 202.4 Central Processing Unit, CPU 212.5 Digitale uitvoereenheid 232.6 Programmeereenheid 242.7 PLC-uitvoeringsvormen 25

3 Sensoren 29

3.1 Inleiding 303.2 Magnetische sensoren 313.3 Inductieve sensoren 333.4 Capacitieve sensoren 363.5 Optische sensoren 383.6 Weerstandopnemers 413.7 Schakelen met opnemers 483.8 Uitvoeringsvormen opnemers 523.9 Fundamentele prestaties opnemers 54

4 Besturingen met functioncharts 59

4.1 EN-divergentie (gelijktijdige sequenties) 604.2 OF-divergentie (vertakkingen) 614.3 Subroutines (herhaling van sequenties) 624.4 PLC-tellers en function charts 64

5 Sequential Functionchart 69

5.1 Algemene werking 705.2 SFC-basiselementen 725.3 Actieparameters 735.4 Basismanipulaties 77

4 4

4 4

5 5

5 5 !"#$%&’()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\]ˆ_‘abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}˜‘’" !"#$%&’()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\]ˆ_‘abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}˜‘’" !"#$%&’()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\]ˆ_‘abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}˜‘’" !"#$%&’()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\]ˆ_‘abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}˜‘’" “ !"#$%&’()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\]ˆ_‘abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}˜‘’" !"#$%&’()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\]ˆ_‘abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}˜‘’"

123 M O N T A G E E N O N D E R H O U D 2 A

Basisgegrippen

programmeertalen

71

© Uitgeverij NijghVersluys BV — 24 juni 2009

6 6

6 6


1 . 1 I n s t r u c t i e s

1.1.1 Algemene werking

Instruction List is een voorbeeld van een tekstuele programma dat opgebouwd

is uit een opeenvolgende reeks van instructies. Zie figuur 1.1.

LD Ingang0 LD %IX0.0

AND Ingang1 AND %IX0.1

ORN Ingang2 ORN %IX0.2

ST Uitgang0 ST %QX0.0

a symbolische adressen b absolute adressen

Figuur 1.1 Voorbeeldprogramma in Instruction List (IL)

Elke instructie begint op een nieuwe regel. Een regel bestaat uit een operator en

een operand. De operator is het eerste onderdeel van de instructie dat aangeeft

wat er moet gebeuren. De operand is het tweede deel van de instructie dat de

plaats aangeeft waar de te bewerken gegevens zich bevinden.

In de eerste regel van figuur 1.1 is de operator LD en de operand Ingang0.

Als een instructie wordt verwerkt, wordt er eerst gekeken naar het voorgaande

resultaat, als dit nodig mocht zijn voor de instructie. Vervolgens wordt gekeken

naar de operator en de operand. Na de uitvoering ontstaat het actuele resultaat.

In de tweede regel van figuur 1.1 wordt de waarde van Ingang0 (true of false)

vergeleken met die van Ingang1. Na de verwerking van operator AND en ope-

rand Ingang1 is het actuele resultaat opnieuw 1 of 0 (ofwel true of false).

1.1.2 IL-basiselementen

Modifiers

In bepaalde gevallen kan de werking van een operator worden aangepast met een

modifier.

Met bijvoorbeeld de toevoeging van een N aan de operator kan het actuele resul-

taat worden geïnverteerd. Zie 3e instructie figuur 1.1 (ORN).

Zo moeten we ons ook realiseren dat bij het programmeren in IL de PLC geen

voorrang kent en alles trouwhartig achter elkaar (sequentieel) uitvoert.

operator

operand


2 Basisbegrippen programmeertalen

7 7

7 7

11257 B A S I S B E G R I P P E N P R O G R A M M E E R T A L E N

In het voorbeeld van figuur 1.1 hebben we geen probleem met de voorrangsregels

omdat wat voorrang heeft (Ingang0 · Ingang1) als eerste wordt uitgevoerd. Als

we de formule anders opschrijven, hebben we wel een probleem:

Uitgang0 = Ingang2 + Ingang0 · Ingang1

Hoewel Ingang0 · Ingang1 in de formule voorrang heeft op + Ingang2, leest de

PLC eerst de actuele waarde van Ingang2, waarna we met OR Ingang0 de

waarde (Ingang2 + Ingang0) krijgen. Door de volgende AND-instructie met

Ingang1 wordt de formule:

Uitgang0 = (Ingang2 + Ingang0) · Ingang1

Deze besturingsformule is echt anders dan de te programmeren besturingsfor-

mule. We moeten er dus op letten dat we geen fouten gaan maken met de voor-

rangsregels.

Om niet in conflict te komen met de voorrangsregels, wordt ook in de program-

meertaal IL gebruikgemaakt van haakjes als modifier. Zie figuur 1.2.

LDN Ingang2 ) blok 1 = Inverse Ingang2

OR( Ingang0 )

ANDN Ingang1 ) blok 2 = Ingang0 · Inverse Ingang1)

)

ANDN( Ingang0 )

AND Ingang1 ) blok 3 = (Inverse Ingang0 · Ingang1)

)

ST Uitgang0

Figuur 1.2 Gebruik haakjes als modifier in programmeertaal IL

De besturingsformule ziet er nu als volgt uit:

Uitgang0 = Ingang2 + (Ingang0 · Inverse Ingang1) ·

(Inverse Ingang0 · Ingang1)

Operatoren

We kunnen de operators van de programmeertaal IL in zes groepen indelen.

Zie tabel 1.1


Basisbegrippen programmeertalen 3

8 8

8 8


De programmeertaal IL is hiermee niet de eenvoudigste, maar wel de meest toe-

gepaste programmeertaal. De reden is dat in tegenstelling tot de grafische pro-

grammeertalen alle instructies van de PLC in de programmeertaal IL beschikbaar

zijn. Bepaalde instructies zijn in de grafische programmeertalen moeilijk of zeer

onoverzichtelijk weer te geven. Bij de programmeertaal IL vindt ook een verta-

ling plaats van de symbolische notatie naar PLC-machinetaal bestaande uit nul-

len en enen.

Soort instructie Operators Werking

Transportfunctie LD, ST Met de operator LD wordt

gestart met het inlezen van de

invoereenheid.

Met de operator ST wordt

gestart met het verstrekken

van commando’s aan de

uitvoereenheid.

Geheugenfunctie S, R Set en Reset van de operand

Logische functies AND, OR, Dit zijn de bekende basis-

XOR, NOT functies uit de digitale

schakeltechniek.

netaatluserednaagroovteHegidnuknekeR

functies de operand worden:

ADD, SUB Opgeteld of afgetrokken;

MUL, DIV Vermenigvuldigd of gedeeld;

MOD Modulo

taatluserednaagroovteHnegnikjilegreV

wordt vergeleken met de

operand op de

mogelijkheden:

GT, GE > of ≥

EQ, NE = of ≠

LE, LT ≤ of <

Programma- JMP, RET, Hiermee zijn sprongen

besturing CAL vooruit en achteruit mogelijk,

en het aanroepen van

functieblokken

T A B E L 1 . 1 O P E R A T O R T Y P E N



9 9

9 9


1 . 2 S t a t e m e n t s

De programmeertaal Structured Text maakt gebruik van statements. Statements

lijken op normale tekst en zijn opzichzelfstaande opeenvolgende opdrachten

gescheiden door een puntkomma. Zie figuur 1.3.

IF NiveauTank > 30 THEN

PompMotor := TRUE;

ELSE

PompMotor := FALSE;

END_IF;

Figuur 1.3 Gebruik IF-ELSE statement in Structured Text (ST)

In het ST programma van figuur 1.3 gaat de pomp draaien als het vloeistofniveau

in een tank boven een bepaalde waarde komt. In het andere geval gaat de pomp

niet draaien.

Een programma in ST kan beter begrepen worden dan een programma in IL,

want het programma is makkelijker leesbaar.

1 . 3 F u n c t i o n B l o c k D i a g r a m


Een voorbeeld van een netwerk is het Function Block Diagram (FBD). Het

functieblok wordt aangegeven door een rechthoek. De verwerkingsrichting in

een functieblok is van links naar rechts. Dit betekent dat de inputparameters

links staan weergegeven en de outputparameters aan de rechterzijde. De naam

van het functieblok staat boven in de rechthoek vermeld.

ultrasoon niveau meting

M

Figuur 1.4 Programma in Function Block Diagram (FBD)



10 10

10 10


De verbindingselementen in figuur 1.4 verbinden de uitgangen van functies met

ingangen van andere functies. Uitgangen mogen nooit direct met elkaar worden

verbonden. Elke uitgang moet dus doorverbonden worden met een functie (zie

verbindingslijnen *1* en *2*) of met een variabele in het programma (Uitgang0).

Een programma wordt altijd van boven naar beneden en van links naar rechts

uitgevoerd. Om de uitvoeringsvolgorde te beïnvloeden kunnen we executiecon-

trole-elementen gebruiken.

Een voorbeeld daarvan is een conditional jump. Zie figuur 1.5a.

a. Conditional jump b. Conditional return

Figuur 1.5 Exucutiecontrole-elementen

Bij een conditional jump wordt gesprongen naar het netwerk waarvan het label

overeenkomt met de label van de jump.

Met een conditional return kan de sprong weer worden beëindigd.

Zie figuur 1.5b.

1.3.2 FBD-functieblokken

Functieblokken zijn veelvoorkomende besturingsfuncties zoals het omzetten van

pulssignalen in duursignalen, het inlassen van tijdvertragingen en het tellen in

schakelingen.

Gezien het grote gebruikersgemak wordt in andere programmeertalen vaak

gewerkt in combinatie met functieblokken.

Tabel 1.2 geeft een beperkt overzicht van de functieblokken in FBD.

{Label}{Variabele}

& {Label}

voorwaarde

{Variabele}

&

voorwaarde

Return

Return



11 11

11 11


Functie Parameter Datatype Beschrijving

Geheugenfuncties

SR

SET1 BOOL Uitgang Q1 kan worden in- of uitge-

RESET BOOL schakeld waarbij de set dominant is

Q1 BOOL

RS

SET1 BOOL Uitgang Q1 kan worden in- of

RESET BOOL uitgeschakeld waarbij de reset

Q1 BOOL dominant is

Tijdfuncties

TON

IN BOOL Bij opgaande flank van een signaal

wordt de tijd gestart

PT TIME Ingestelde tijdsvertraging

ET TIME Verstreken tijd

Q BOOL Uitgang wordt hoog als ET≥PT

TOF

IN BOOL Bij afgaande flank van een signaal

wordt de tijd gestart

PT TIME Ingestelde tijdsvertraging


Q BOOL Uitgang blijft hoog tot ET=PT

TP

IN BOOL Bij opkomende flank van een signaal

wordt de puls gestart

PT TIME Ingestelde tijdsduur van de puls


Q BOOL Uitgang blijft hoog tot ET=PT

T A B E L 1 . 2 O V E R Z I C H T E N K E L E S T A N D A A R D F U N C T I E S I N F B D

SR_1

SR

SET1 Q1

RESET

RS_1

RS

SET Q1

RESET1

TON_1

TON

IN Q

PT ET

TOF_1

TOF

IN Q

PT ET

TP_1

IN

PT ET

Q



12 12

12 12


FBD-geheugenfuncties

Als de aansturing van een actuator door de PLC van te korte duur is, kunnen we

dit pulssignaal omzetten in een duursignaal. We onthouden in zo’n geval het

pulssignaal in een geheugenfunctie. Een geheugenfunctie in FBD is een element

waarin het ene pulssignaal het geheugen set en een ander pulssignaal het reset.

Bij het gelijktijdig optreden van een set- en reset-signaal verlangen we meestal een

dominantie. We bedoelen daarmee dat één van de twee pulssignalen overheerst

over de ander. Een reden voor een dominante reset is bijvoorbeeld het inpassen

van een noodstop in een besturing. In figuur 1.6 zien we twee signaal-tijddia-

grammen met een set dominant en reset dominant.

Functie Parameter Datatype Beschrijving

Tellerfuncties

CTU

CU BOOL Bij opgaande flank van een signaal

neemt de tellerwaarde toe met één.

RESET BOOL Zet tellerwaarde CV op nul

PV INT Ingestelde tellerwaarde

CV INT Actuele tellerwaarde

Q BOOL Uitgang wordt hoog als CV=PV

CTD

CD BOOL Bij opgaande flank van een signaal

neemt de tellerwaarde af met één.

LOAD BOOL Zet tellerwaarde CV op PV

PV INT Ingestelde tellerwaarde

CV INT Actuele tellerwaarde

Q BOOL Uitgang wordt hoog als CV=0

T A B E L 1 . 2 O V E R Z I C H T E N K E L E S T A N D A A R D F U N C T I E S I N F B D ( V E R V O L G )

CTU_1

CTU

CU Q

PV CV

RESET

CTD_1

CTD

CD Q

PV CV

LOAD



13 13

13 13


a set dominant b reset dominant

Figuur 1.6 Geheugenfuncties

FBD-tijdfuncties

In processen is het vaak noodzakelijk om een tijdvertraging in te bouwen. Zo

mag een liftdeur wel direct openen, maar pas na enige tijd sluiten – als de perso-

nen of goederen in de lift staan –. We spreken dan van een afvaltijdvertraging.

Als de lift in zijn gewenste eindpositie is gekomen, moet deze eerst volledig stil-

staan voordat de liftdeur zich opent. We gebruiken dan een opkomtijdvertraging.

Als er in de besturing van de lift te lang durende signalen voorkomen, kunnen we

deze inkorten met een pulsvormer.

In figuur 1.7 zijn de drie tijdfuncties nog eens zijn weergegeven in een signaal-

tijddiagram.

a opkomtijdvertraging b afvaltijdvertraging c pulsvormer

Figuur 1.7 Tijdfuncties

FBD-tellerfuncties

Tellen heeft een belangrijk aandeel in de automatiseringstechniek. Hierbij kun-

nen we bijvoorbeeld denken aan het tellen van producten voordat we deze ver-

pakken.

In figuur 1.8 zien we een signaal-tijddiagram van een terugteller. Bij een teller

hebben we een tel-ingang en een reset-ingang nodig. Bij de terugteller kunnen we

Q

Q

Q

Q

R

S S

R

afvaltijd-

vertraging

opkomtijd-

vertraging

pulsvormer

tijdtijd

20 s

tijd

8,2 s

X

T0

t

startvariabele

timeringang

timeruitgang 0 ta

aT

X

tp

pT

X

terugteller



14 14

14 14


de reset-ingang beter preset-ingang noemen, want het activeren van deze ingang

leidt tot het voorinstellen (presetten) van een waarde in de teller. Bij een opteller

wordt bij het activeren van de reset-ingang de waarde van de teller op nul terug-

gezet.

Het functieblok controleert aan de tel-ingang of er een telsignaal is aangeboden.

Als dit het geval is, geeft het een signaal aan een teller. Pas wanneer een teller is

volgeteld of leeggeteld, krijgen we een waar (true) op de teller-uitgang.

Figuur 1.8 Signaal-tijddiagram afteller, down counter (CTD)

1 . 4 L a d d e r d i a g r a m m e n


Een ander voorbeeld van een grafisch netwerk is het ladderdiagram. Een ladder-

diagram is een samenstelling van grafische elementen die een uitgang aansturen.

Een ladderdiagram toont grote gelijkenis met een stroomkringschema. Bij het

ladderdiagram worden de onderdelen van het stroomkringschema niet verticaal,

maar horizontaal getekend. Zie figuur 1.9

Figuur 1.9 Programma in Ladderdiagram (LD)

Elk ladderdiagram vormt een zelfstandig onderdeel van het programma. Het

LD-programma is opgebouwd uit een reeks van deze netwerken onder elkaar.

De netwerken worden van boven naar beneden uitgevoerd.

01234display

tel-ingang

tel-uitgang (cnt)

preset-ingangpv = 4

stroomkring-

schema

contact

spanningsrail

spoel

verbindingselementen



15 15

15 15


1.4.2 LD-basiselementen

Verbindingselementen

De grenzen van het laddernetwerk worden weergegeven door de linker- en de

rechterspanningsrail. De toestand van de linkerspanningsrail is altijd waar (true).

Tussen de spanningsrails wordt het programma geschreven met horizontale ver-

bindingselementen en eventueel verticale verbindingselementen.

Contacten (ingangstoestanden)

Het contact in een ladderdiagram wordt gebruikt voor het invoegen van een vari-

abele. De contacten kunnen worden gezien als ingangen van een logische functie.

Een contact is een element dat:

– de toestand van een linker horizontaal verbindingselement én de toestand van

een variabele samenneemt in een AND-functie;

– na een eventuele bewerking een rechter verbindingselement in de toestand

waar of niet waar (true or false) brengt.

De toestand van de ingangsvariabele kan vanuit het programma niet worden

gewijzigd. Het contact in het netwerk heeft alleen maar een leesfunctie, vergelijk-

baar met een ingang van een logische functie.

Spoelen (uitgangstoestanden)

Een spoel is een element dat de toestand van de linkerverbinding doorgeeft aan

de variabele in de spoel. De spoelen veranderen de toestand van een uitgangs-

variabele wél.

Ook bij laddernetwerken is het handig om ervoor te zorgen dat een spoel blijvend

de waarde true heeft totdat de uitgangsvariabele wordt gereset. Hiervoor worden

in de spoelen een S en R toegevoegd. Zie figuur 1.10.

a b

Figuur 1.10 Set- en resetspoel in een laddernetwerk

Een korte puls op de spoel is nu voldoende voor het setten van de variabele. Als

de set-spoel het eerst in het netwerk voorkomt en vervolgens de reset-spoel, dan

is set dominant.

0.0

0.1 Q1.0

S

R

Q1.0

0.1

0.0

R

Q

S

1.0

Q1

1



16 16

16 16


Interne in- en uitgangen

In de PLC-techniek vinden we twee typen uitgangen terug, namelijk interne en

externe uitgangen. Alleen externe uitgangen kunnen een commando naar buiten

brengen. Interne uitgangen noemen we ook wel merker of hulpadres. Alle

externe uitgangen zijn aangesloten op interne ingangen van de PLC, zodat

externe ingangen ook als interne ingangen te gebruiken zijn. Zie figuur 1.11.

Figuur 1.11 Toepassing interne in- en uitgang

Door de vele overeenkomsten met het stroomkringschema worden wel eens

denkfouten gemaakt. Beginnende programmeurs denken dat het soort contact

dat aangesloten is op de ingang van de PLC, overeen moet komen met het type

contact in het ladderdiagram. Dat is niet zo. Zie figuur 1.12.

Figuur 1.12 Verschil tussen het contact op de ingang en in het programma

De contacten die zijn aangesloten op de ingang van de PLC geven een waarde

door aan de invoereenheid van het PLC-systeem. De waarde van een ingang

hangt dus af van de toestand van het hardware-contact.

merker

hulpadres

0.0

0.0

0.1

1.0Q 1.1Q

Q1.0

M1

M1

0.1

0.0 0.1 Q1.00.0

Q

0.1

0.0PLC

+

FALSETRUE

TRUEFALSE FALSE

TRUEFALSETRUEFALSE

actiefRUSTTRUE

FALSE FALSE

0.0

0.1 actief0.0 actief0.1en



17 17

17 17


1.4.3 LD-programmering met functieblokken

Als voorbeeld van het programmeren in LD met de toepassing van functieblok-

ken gaan we uit van een pompsysteem. Een pomp moet het niveau constant hou-

den in een reservoir. Zie figuur 1.13. Als het niveau laag is, moet de pomp gaan

draaien en deze moet dat dan blijven doen tot het niveau hoog is.

Figuur 1.13 Installatie pompsysteem

Bovendien is de installatie uitgevoerd met een alarmlamp die een signaal geeft als

het niveau hoog is en de pomp draait, of als het niveau laag is en de pomp niet

draait. De operator kan het alarm onderbreken door de sleutelschakelaar te

bedienen. Tevens is de installatie voorzien van een claxon. Door het pompen kan

beweging in de vloeistof ontstaan en daarop mag de claxon niet reageren.

Daarom is de besturing voorzien van een tijdfunctieblok TON-1. Hierdoor komt

de claxon pas in werking als het alarm minimaal 5 seconden actief is. Verder wil

de eigenaar in verband met het onderhoud erover geïnformeerd blijven hoe vaak

de pomp is ingeschakeld. Met een tellerfunctieblok CTU-1 wordt een signale-

ringslamp voor onderhoud na 500 schakelingen van de pomp geactiveerd.

pompsysteem

laagniveau

klep

bedieningsconsole

start

stop

claxon

inbedrijf

onderhoud

sleutel

M

pomp - IN

hoogniveau



18 18

18 18


Figuur 1.14 geeft het ladderdiagram inclusief de toepassing van functieblokken.

Figuur 1.14 Besturing pompsysteem

INTON

hoogniveau pomp-IN sleutel alarm

laagniveau pomp-IN

claxonalarmTON-1

Q

PTT # 5 s

start inbedrijf

S

stop inbedrijf

R

pomp

S

laagniveau inbedrijf

hoogniveau

R

pomp

PV

CTU-1

CU QCTU

500

onderhoudpomp-IN

R CV



19 19



Programmeerbarebesturing

62


20 20

20 20


2 . 1 D i g i t a l e b e s t u r i n g s s y s t e m e n

De mens heeft allerlei zelfstandig werkende systemen bedacht zoals verkeerslicht-

installaties, liften, automatische deuren of slagbomen, en productieprocessen.

Het doel van een liftsysteem is bijvoorbeeld het transporteren van personen en

goederen naar een andere etage. De te besturen proceseenheid in dit systeem is

de liftkooi. Zie figuur 2.1.

Figuur 2.1 Lift

Om de liftkooi te besturen zijn minimaal drie activiteiten noodzakelijk:

– informatie verzamelen om een beeld te krijgen van de actuele toestand van de

proceseenheid;

– het nemen van beslissingen om het gewenste doel te bereiken;

– beslissingsresultaten doorgeven aan de variabelen die de proceseenheid mani-

puleren.

Bij het automatiseren van dit proces kunnen we gebruikmaken van een digitaal

besturingssysteem. Speciaal ontwikkeld voor digitale besturingen is de

Programmable Logic Controller (PLC). Figuur 2.2. toont de onderdelen waaruit

een PLC-systeem is opgebouwd.

proceseenheid

proceseenheid

goederen

begane grond

1e etage

mensenprocesstroom{

PLC


16 Programmeerbare besturing

21 21

21 21

11116 P R O G R A M M E E R B A R E B E S T U R I N G

Figuur 2.2 Schematische voorstelling van procesautomatisering door een PLC

De geautomatiseerde besturingseenheid worden door middel van een bekabeling

verbonden met de invoereenheid en uitvoereenheid van de PLC. De signaalgevers

in het proces geven de invoereenheid digitale informatie over de actuele toestand

van het proces. De invoereenheid zet de aangeboden informatie om in een vorm

die de besturingseenheid kan lezen. De besturingseenheid verwerkt de ingevoerde

informatie aan de hand van een programma. Afhankelijk van het verwerkings-

resultaat geeft de besturingseenheid aan de uitvoereenheid informatie over welke

uitvoerorganen actief moeten zijn. De uitvoereenheid stuurt uiteindelijk de uit-

voerorganen aan.

In figuur 2.3 zien we een voorbeeld van de bekabeling van een PLC naar een

elektropneumatisch bediende cilinder met signaalgevers. Op de PLC zien we

een rij ingangsklemmen en een rij uitgangsklemmen. In de PLC vinden we een

voeding, die een spanning van 24 Volt afgeeft. De signaalgevers zien we aan-

gegeven met a0, a1 en start. Deze sluiten we aan enerzijds op de gemeenschappe-

lijke 24 V-klem en anderzijds op een ingangsklem. Deze klemmen hebben

nummers, de adressen. Op een gemeenschappelijke uitgangsklem sluiten we een

uitwendige spanning aan (bijvoorbeeld 24 V). In de PLC kan de uitwendige span-

ning doorgeschakeld worden naar de uitgangsklemmen De uitgangsklemmen

hebben ook adressen en we sluiten ze aan op de uitvoerorganen. Hier zijn dat de

spoelen A+ en A- van het elektrisch bediende 4/2 ventiel.

geautomatiseerde eenheid

Programmable Logic Controller (PLC)

proces

uitvoerorganensignaalgevers

bekabeling bekabeling

uitvoereenheidinvoereenheid

digitale

aansturing

proces

digitale

informatie

proces

besturingseenheid

CPU

geheugen

- systeemgeheugen- datageheugen- programmageheugen

invoereenheid

uitvoereenheid

besturingseenheid

programma

uitvoerorgaan

adres


Programmeerbare besturing 17

22 22

22 22


Figuur 2.3 Aansluitingen op een PLC

Via de pc met software of het programmeerapparaat hebben we in de PLC een

programma opgeslagen. Stel dat als a0 aanwezig is en we ook het startsignaal

geven, het programma nu een A+ commando moet geven. Zodra we de startknop

indrukken krijgen we spanning op de ingangsklemmen die met a0 en start zijn

verbonden. De PLC sluit nu het contact r, wat de A+-spoel bekrachtigt.

Zodra de cilinder uitloopt, komt a0 los, waardoor het commando A+ weer

vervalt. Omdat het 4/2-ventiel bistabiel is uitgevoerd, voeren we de uitgaande

slag van cilinder A gewoon uit.

De PLC moet continu beslissingen nemen voor de besturing van het proces,

omdat er steeds veranderingen plaatsvinden in de actuele toestand van het

proces. De PLC is continu bezig met het lezen van ingangen, het verwerken van

de informatie via het programma en het aansturen van de uitgangen. We noemen

de werking van de PLC dan ook cyclisch.

Het besturen van een proces met een PLC is daarom een heel andere activiteit

dan tekstverwerking met een PC. De in- en uitvoereenheden van de PLC worden

door middel van een bussysteem verbonden met de besturingseenheid van het

PLC-systeem.

A

PLC p r

ingangsklemmen

24 V klem van de PLC

uitgangsklemmen

uitwendige spanning b.v. 24 V

24 V

230 V

start

programmeer

apparaat

a 1a 0

A+

A_

bussysteem



23 23

23 23


2 . 2 D i g i t a l e i n v o e r e e n h e i d

De digitale invoereenheid heeft signaal-leds. Zie figuur 2.4a. Per ingang is er één

led om de toestand van de ingang weer te geven, dus bediend of niet bediend. De

ingangen worden bedraad met klemmenstroken met schroefaansluitingen of via

een connector.

a. input module

b. gesloten systeem signaalgever

Figuur 2.4 Digitale invoereenheid

De ingang moet zodanig aangesloten te worden dat er een gesloten systeem

van de signaalgever met de PLC ontstaat. Zie figuur 2.4b. In de invoereenheid

bestaat per ingang uit een weerstand in serie met een opto-coupler. Een opto-

coupler is een combinatie van een led en een fototransistor in één behuizing. De

opto-coupler vormt hiermee een galvanische scheiding om de centrale besturings-

eenheid te beschermen tegen te hoge spanningen. Alleen de fototransistor geeft

de informatie via het bussysteem door.

+

_

signaalgever

fototransistor

voedingsleiding signaalled led

gesloten systeem

weerstand opto-coupler

signaal van PLC naar CPU

PLC - invoereenheidextern deel

opto-coupler



24 24

24 24


In figuur 2.5 is een invoereenheid voor drie signaalgevers weergegeven. Elke

signaalgever is met de signaalleiding verbonden met een opto-coupler. Alle

signaalgevers worden apart met de positieve voedingsleiding verbonden. De

weerstanden achter de opto-couplers worden door middel van een interne

bekabeling met elkaar doorverbonden. Zodoende hoeven we maar een gemeen-

schappelijke voedingsleiding aan te sluiten. Het gemeenschappelijke aansluit-

punt op de invoereenheid wordt ook wel de common genoemd.

PLC-fabrikanten plaatsen op deze wijze 4, 8, 16 of 32 ingangen op een gemeen-

schappelijke common.

Figuur 2.5 Aansluitschema digitale invoereenheid met common

2 . 3 D i g i t a l e g e h e u g e n s y s t e m e n

De besturingseenheid van een PLC is uitgevoerd met een centrale processor

(Central Processing Unit of CPU) en een geheugen. Het grote verschil met een

standaard computersysteem is vooral de opbouw van het geheugen.

Zie figuur 2.2.

common

systeembus-interface

systeemgesloten

signaalleiding

signaalgever

LED

fototransistor

en LED

voedingsleiding gemeenschappelijkevoedingsleiding

common

weerstand

opto-coupler

naar centrale eenheid



25 25

25 25


In het systeemgeheugen zijn de gegevens opgeslagen die nodig zijn voor het

functioneren van het PLC-systeem, bijvoorbeeld de betekenis van logische of

rekenkundige instructiecodes. Deze gegevens worden door de fabrikant in het

ROM-geheugen ingevoerd en zijn niet te veranderen.

Het datageheugen wordt gebruikt voor het opslaan van tijdelijk gegevens, zoals:

– de tussenresultaten van logische verwerkingen

– kopieën (proces images) van de digitale input (I)

– kopieën (proces images) van de digitale output (O)

– de actuele waarde van timers (T)

– de actuele waarde van counters (C)

– de actuele waarde van de merkers (M)

Het programmageheugen bevat alle programma’s en programmaonderdelen.

Zowel het programmageheugen als het datageheugen is uitgevoerd in RAM. Er

is een bufferbatterij nodig welke continu opgeladen wordt als de PLC aanstaat.

De bufferbatterij zorgt ervoor dat het programma en de gegevens in het data-

geheugen behouden blijven als de PLC uitgeschakeld wordt.

2 . 4 C e n t r a l P r o c e s s i n g U n i t , C P U

De ingangssignalen van de opto-couplers worden in het datageheugen van de

input (I) geplaatst. Het datageheugen van een PLC bestaat uit datawoorden

(bytes), die uit acht geheugenplaatsen of adreslocaties (bits) bestaan.

Zie figuur 2.6.

Figuur 2.6 Datageheugen in bits en bytes

De adreslocaties of bitnummers komen overeen met de nummers die op de

invoereenheid staan aangegeven. Bijvoorbeeld de aanduiding I3.2 geeft met het

eerste getal aan dat deze inputaansluiting overeenkomt met byte 3. Het tweede

getal geeft aan om welke adreslocatie oftewel bit het handelt.

systeemgeheugen

datageheugen

programma-

geheugen

bytes

bits

7 6 5 4 3 2 1 0

07 06 05 04 03 02 01 00 0 bytes

17 16 15 14 13 12 11 10 1

22 21 20 2

31 30 3

byte 3

bijv. adres 31

bit 1}



26 26

26 26


Stel dat we de signalen a, b en c nodig hebben in de besturingsformule:

Uitgang_Q = signaal_a · signaal_b + signaal_c

De signalen a, b en c in deze besturingsformule zijn symbolische adressen. Een

symbolische adres is een beschrijvende naam van een signaalgever. De signalen

a, b en c plaatsen we in dit geval op de absolute adressen I0.0, I0.1 en I0.2 van

de invoereenheid. Zie figuur 2.7a.

a aansluitschema b symbolische adressen

Figuur 2.7 Drie signaalgevers aangesloten op een invoereenheid

Om een symbolische besturingsformule in het programmageheugen te plaatsen,

moeten we de besturingsformule aanpassen aan de PLC, omdat de CPU alleen de

inhoud van absolute adressen kan bepalen en de symbolische adressen signaal_a,

signaal_b en signaal_c niet kent. We wijzigen met het programmeren van de PLC

de symbolische besturingsformule in:

We zien dat de formule nu bestaat uit:

– een testzone waarin de waarden zijn ingeschreven als absolute inputadressen

I0.0, I0.1 en I0.2 ;

– een commando op het absolute outputadres Q1.0;

– het beslissingsteken = dat deze twee scheidt.

De PLC is niet in staat om alle waarden van de inputadressen tegelijk binnen te

halen. Daarom worden de inputadressen één voor één in de CPU ingelezen en

vergeleken met de formule. We zeggen dat de PLC sequentieel werkt.

besturingsformule

0 0 0 0 0 1 0 1

0.7

c b a

0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0

Signaal_a AT %I0.0 : BOOL;

Signaal_b AT %I0.1 : BOOL;

Signaal_c AT %I0.2 : BOOL;

Uitgang_Q AT %Q0.0 : BOOL;

I0.0 · I0.1 + I0.2 = Q1.0

invoerzone uitvoerzone

beslissing

sequentieel



27 27

27 27


Volgens figuur 2.7a wordt de uitvoerzone Q1.0 dan als volgt bepaald:

Nadat alle input adressen van de besturingsformule zijn behandeld neemt de

CPU de beslissing of hij een commando moet geven of niet. Als de testzone een

1 oplevert plaatst het = teken een 1 op het outputadres Q1.0. Dit resulteert in een

commando Q. Deze methode noemen we programmeren in instructiecode.

2 . 5 D i g i t a l e u i t v o e r e e n h e i d

Digitale uitvoereenheden worden gebruikt voor het aansturen van actuatoren en

zetten interne stuursignalen om in externe processignalen. De uitvoereenheid

bestaat per uitgang uit een relais of een transistor. In figuur 2.8 zien we dat in de

uitvoereenheid relais intern doorverbonden kunnen worden. Een groep uitgan-

gen wordt zo voorzien van een gemeenschappelijke aansluiting voor de voeding.

Net als bij de invoereenheden noemen we deze gemeenschappelijke aansluiting

de common. Als een uitvoereenheid in groepen is ingedeeld, zijn er verschillende

commons aanwezig op de uitvoereenheid. Hiermee kunnen dan verschillende

spanningen worden geschakeld.

1.0 + 1 = 1

invoerzone uitvoerzone

beslissing

common



28 28

28 28


Figuur 2.8 Aansluitschema digitale uitvoereenheid met common

2 . 6 P r o g r a m m e e r e e n h e i d

Bij het gebruik van een PLC wordt de oplossing van een besturingsprobleem met

behulp van een programmeertaal omgezet in een programma.

Opdrachten vormen de basis van elke programmeertaal. Door de opdrachten op

de juiste manier te ordenen, is het resultaat een programma. De juiste manier van

ordenen is vastgelegd in het technisch ontwerp (de algoritme).

Voor het omzetten van de opdracht in een programma beschikken we volgens

de NEN-EN-IEC 61131-3 (international electrotechnical commission) vijf stan-

daard programmeertalen. Elke programmeertaal is ontwikkeld voor specifieke

doeleinden. We moeten dus een keuze maken in welke programmeertaal we gaan

werken.

We kunnen twee soorten programmeertalen onderscheiden:

– PLC-gerichte;

– mensgerichte.

galvanischescheiding scheiding

galvanischescheiding

galvanische

backplanebus- interface

24 V

common

scheidinggalvanische

programma

programmeertaal



29 29

29 29


PLC-gerichte programmeertalen zijn programmeertalen waarin de werking van

de PLC heel duidelijk vooropstaat. Meestal zijn deze talen moeilijk te begrijpen,

maar vanwege de uitgebreide mogelijkheden worden ze door ervaren program-

meurs nog veel toegepast.

In de mensgerichte programmeertalen laat het programma duidelijk zien hoe het

werkt. We kunnen deze talen veel gemakkelijker begrijpen. De mensgerichte pro-

grammeertalen worden door middel van softwarepakketten mogelijk gemaakt.

Afhankelijk van de programmeertaal wordt een opdracht instructie, statement of

netwerk genoemd. Een instructie is een opdracht die rechtstreeks door de PLC

kan worden verwerkt en die niet hoeft worden vertaald. Een statement is een

tekstuele opdracht, die eerst moet worden omgezet in instructies die de PLC kan

verwerken. Een netwerk is een grafische opdracht. Netwerken worden tijdens het

compileren door een vertaalprogramma omgezet in instructies die de PLC kan

verwerken.

Een programma kan ingevoerd worden in een programmeerapparaat of in een

programmeeromgeving op de computer. We kunnen het programma na het

invoeren niet rechtstreeks in de PLC laden. Eerst moeten we deze omzetten in een

vorm die door de PLC kan worden verwerkt. Dit proces noemen we compileren.

Het gecompileerde programma kan vervolgens wel in het geheugen van de PLC

worden geplaatst. Dit noemen we downloaden.

Nadat het programma in de PLC is geladen, moet het programma worden getest

op eventuele fouten. De programmeeromgeving beschikt daarbij over de moge-

lijkheid om de programmaverwerking te volgen, of anders gezegd te monitoren.

Als er tijdens het monitoren fouten worden gedetecteerd, moeten die worden ver-

holpen. Dit noemen we debuggen. Hierbij wordt de oorzaak van de fout opge-

spoord en gecorrigeerd.

Het is ook mogelijk om een upload te maken. Het programma wordt dan vanuit

de PLC naar het programmeerapparaat of de computer gezonden.

2 . 7 P L C - u i t v o e r i n g s v o r m e n

We kunnen drie uitvoeringsvormen van PLC-systemen onderscheiden, namelijk:

– vast;

– uitbreidbaar;

– modulair.



30 30

30 30


Vast PLC-systeem

Bij een vast PLC-systeem zijn alle genoemde onderdelen in één behuizing

geplaatst. We kunnen het dus niet uitbreiden of aanpassen. Een voorbeeld van

een vaste PLC is de Hitachi EC-serie en de Melsec FX0s van Mitsubishi. Zie

figuur 2.9 en figuur 2.10.

Figuur 2.9 PLC uit de Hitachi EC-serie

Figuur 2.10 PLC uit de FX0s-serie van Mitsubishi



31 31

31 31


Uitbreidbaar PLC-systeem

Bij een uitbreidbaar PLC-systeem zijn de volgende eenheden in één behuizing

geplaatst:

– de centrale verwerkingseenheid;

– de invoereenheid;

– de uitvoereenheid;

– de communicatie-eenheid.

We kunnen de PLC uitbreiden met een beperkt aantal invoereenheden en uitvoe-

reenheden. Deze PLC’s gebruiken we voor eenvoudigere besturingstaken. Voor-

beelden van dergelijke PLC’s zijn de S7-200 van Siemens en de Misibubishi

FX2N. Zie figuur 2.11 en figuur 2.12.

Figuur 2.11 S7-200 Siemens

Figuur 2.12 FX2N Mitsibushi

Modulair PLC-systeem

Het modulair PLC-systeem is opgebouwd uit verschillende modules. Elke

module bestaat uit één of meer onderdelen van het PLC-systeem. De modules

worden doorverbonden met een backplane-bus of systeembus.

Een module kan bijvoorbeeld bestaan uit de centrale verwerkingseenheid en een

communicatie-eenheid. Meestal worden de invoereenheden en uitvoereenheden

afzonderlijk in een module geplaatst.



32 32

32 32


Het systeem kan (on)beperkt worden aangepast en veranderd naar de wensen

van de gebruiker. In figuur 2.12 zien we een voorbeeld van een modulaire PLC.

Figuur 2.13 Modulaire PLC’s



33 33



Sensoren 83


34 34

34 34


3 . 1 I n l e i d i n g

Als we een machine of installatie laten samenwerken met een logisch besturings-

systeem, moeten er vanuit de installatie signalen worden gegeven aan dat

besturingssysteem.

Signalen kunnen we op een groot aantal manieren realiseren. Zo hebben we

onder andere:

– pneumatische signalen;

– elektrische signalen;

– magnetische signalen;

– optische signalen.

Alle signaalgevende componenten kunnen we echter scheiden in twee hoofd-

groepen, namelijk:

– de signaalgevers;

– de sensoren.

Bij een signaalgever moeten we denken aan een schakelaar waarbij we een

uitwendige kracht moeten uitoefenen om een signaal te krijgen. Bij een sensor

wordt een signaal tot stand gebracht zonder dat hiervoor een uitwendige kracht

noodzakelijk is. Een sensor kan werken met magnetisme, elektrische energie en

een weerstand.

Als we over grotere afstanden (tot maximaal 10 m) een voorwerp willen

detecteren, kunnen we optische signaalgevers gebruiken. Hierbij geeft een licht-

bundel een signaal aan een lichtgevoelige cel.

Sensoren hebben een aantal opvallende positieve eigenschappen, vooral in

vergelijking met signaalgevers. Deze eigenschappen zijn:

– de snelheid van het voorwerp dat wordt afgetast, kan zeer groot zijn;

– de sensor schakelt maar éénmaal, dus we hebben geen dender in de contacten

door de vering van de mechanische onderdelen zoals bij gewone schakelaars;

– de levensduur van de sensor is onafhankelijk van het aantal schakelingen dat

hij verricht.

Optische sensoren hebben de volgende extra kenmerken:

– ze hebben een veel groter werkgebied;

– ze kunnen kleuren herkennen;

– ze kunnen goed gebruikt worden voor beveiliging omdat beïnvloeding door

vreemd licht onmogelijk is;

– ze zijn ongeschikt voor detectie van doorschijnende materialen.

signaal

signaalgevende

component

optische

signaalgever

sensor

optische sensor


30 Sensoren

35 35

35 35

11398 S E N S O R E N

3 . 2 M a g n e t i s c h e s e n s o r e n

Een magnetische sensor (reed-relais) bestaat uit twee magnetiseerbare tongetjes

die dienen als contacten in een hermetisch gesloten glazen omhulling. De omhul-

ling is gevuld met een edelglas om oxidatie van de contacten te voorkomen waar-

door we een grote bedrijfszekerheid hebben. Zie figuur 3.1.

Figuur 3.1 Reed-relais

De contacten zijn veerkrachtig en bedekt met een dun laagje materiaal waarmee

de contactweerstand wordt verlaagd. Het reed-relais sluit zich door het magne-

tiseren van de contacten. Dit gebeurt door een extern magnetisch veld dat afkom-

stig kan zijn van een permanente magneet of van een elektromagneet. Hierbij

maakt het in principe niet uit in welke richting het magnetisch veld zijn invloed

op het reed-relais uitoefent.

Kenmerken van magnetische sensoren (reed-relais) zijn:

– lage contactweerstand bij een gesloten schakelaar;

– grote bedrijfszekerheid;

– kan alleen geschakeld worden door een extern magnetisch veld;

– het reed-relais heeft in bepaalde gevallen last van contactdender;

– de absolute levensduur is bijzonder hoog;

– kan in een vochtige omgeving toegepast worden.

Detecteren zuigerstand bij pneumatische cilinders

Voor het detecteren van de stand van de zuiger met een reed-relais in een pneu-

matische cilinder gebruiken we een permanente magneet. De zuiger in de cilinder

is voor dat doel uitgerust met een magneetring en de cilinder zelf moet dan zijn

gemaakt van een non-ferrometaal.

In figuur 3.2 zien we een pneumatische cilinder die met twee reed-schakelaars is

uitgevoerd. Doordat deze aan de verbindingsstangen zijn vastgemaakt, kunnen

we ze gemakkelijk verschuiven.

reed-relais

S

NΦ

kenmerken


Sensoren 31

36 36

36 36


Figuur 3.2 Toepassing reed-schakelaars op een cilinder

Omdat deze techniek steeds meer terrein wint, worden de pneumatische cilinders

tegenwoordig al standaard met een magneetring om de zuiger en een aluminium

cilinder uitgevoerd. In figuur 3.3 zien we een doorsnede van een reed-schakelaar

zoals deze wordt toegepast op pneumatische cilinders. Om te controleren of de

sensor werkt, is een signalerings-led aangebracht die oplicht zodra de schakelaar

schakelt.

Figuur 3.3 Reed-schakelaar voor toepassing op een cilinder

Bewaking vloeistofniveaus

In figuur 3.4 zien we als voorbeeld van het bewaken van vloeistofniveaus een vat

met twee reed-schakelaars en een drijflichaam waaraan een permanente magneet

is aangebracht. We kunnen ook tussenstanden signaleren door verscheidene

reed-schakelaars aan te brengen.


32 Sensoren

37 37

37 37

11418 S E N S O R E N

Figuur 3.4 Niveaubewaking met reed-schakelaars

Controle elektrische systemen

Het reed-relais gebruiken we ook vaak om te controleren of een elektrisch

systeem nog goed werkt. Een goed voorbeeld is de controle van autoverlichting.

In figuur 3.5 zien we een voorbeeld van zo'n schema met een balansspoel.

Het controlelampje wordt geschakeld door het reed-relais. Het controlelampje

gaat branden als één van de beide koplampen geen stroom meer opneemt en dus

defect is. Hierdoor neemt het magnetisch veld in de balansspoel toe. Met deze

schakeling kunnen alle lampen van een auto twee aan twee worden gecontro-

leerd. Eén enkel controlelampje is dan voldoende om aan te geven dat een lamp

defect is.

Figuur 3.5 Controle autoverlichting

3 . 3 I n d u c t i e v e s e n s o r e n

Een inductieve sensor of benaderingsschakelaar kan contactloos een magnetisch

of elektrisch geleidend voorwerp signaleren en dit melden aan een besturing. Niet

alleen producten en werkstukken, maar ook machine-onderdelen kunnen we op

deze manier detecteren.

vloeistof

magneetvlotter

balansspoel

reed-relais controlelampje

lamp 1 lamp 2

UB

benaderings-

schakelaar


Sensoren 33

38 38

38 38


De inductieve sensor bestaat in principe uit een metalen lichaam waarin een elek-

tronische schakeling in een integrated circuit (IC) is ondergebracht. Om een

metaal te kunnen detecteren is in het eindvlak een kleine spoel aangebracht, die

een wisselend elektromagnetisch veld uitzendt. Zie figuur 3.6.

b metalen voorwerp onttrekt veldenergie en sensor schakelt

Figuur 3.6 Werking inductieve sensor

Zodra een magnetisch of elektrisch geleidend voorwerp van bijvoorbeeld staal of

koper passeert, worden in het voorwerp wervelstroompjes geïnduceerd.

Het opwekken van deze wervelstroompjes kost energie. Deze energie wordt

onttrokken aan het elektromagnetisch veld van de sensor, waardoor dit afneemt.

De elektronische schakeling signaleert deze afname en plaatst daarna een

elektrisch signaal op een uitgang.

In figuur 3.7 zien we een inductieve sensor. Deze heeft een aparte stroomkring

voor de voedingsspanning en een extra schakeldraad voor het signaal. In de

meeste inductieve sensoren is een signalerings-led aangebracht, zodat we kunnen

controleren of de sensor goed functioneert.

a elektromagnetische veld ongestoord

inductieve sensor


34 Sensoren

39 39

39 39

11438 S E N S O R E N

Figuur 3.7 Inductieve sensor

Kenmerken inductieve sensoren

De eigenschappen van inductieve sensoren zijn:

– een hoge schakelsnelheid;

– een goede reproduceerbaarheid omdat het product altijd op hetzelfde punt

wordt opgemerkt;

– bestand tegen ruwe omgevingen met agressieve stoffen.

– onbruikbaar in een omgeving met metaalspanen of met hoge temperaturen.

De schakelafstand van inductieve sensoren hangt af van de materiaalsoort van

het te detecteren voorwerp of product. Deze kan variëren van 0 tot 80 mm.

Hierbij wordt de schakelafstand gerelateerd aan die van staal. In figuur 3.8 zien

we een verhoudingsgrafiek met bepaalde reductiefactoren.

Figuur 3.8 Reductiefactoren inductieve sensoren

Als we bijvoorbeeld een inductieve sensor gebruiken die tot een maximale

afstand van 80 mm bij staal kan detecteren, dan is die afstand bij koper ongeveer

0,4 × 80 mm = 32 mm.

reductiefactor

reductiefa

cto

r

schakela

fsta

nd

0,75

sta

al

0,00

0.25

0,50

1,00

variabel

gele

geerd

nik

kel

sta

al

koper

alu

min

ium


Sensoren 35

40 40

40 40


3 . 4 C a p a c i t i e v e s e n s o r e n

Als we een materiaal willen detecteren dat niet magnetisch of elektrisch geleidend

is, kunnen we hiervoor geen inductieve sensor gebruiken. Om zulk materiaal

toch waar te kunnen nemen, is de capacitieve sensor ontwikkeld. Een capacitieve

sensor reageert op alle materialen (dus ook op metalen).

Het hoofdonderdeel van een capacitieve sensor is een condensator die in het

meetvlak is aangebracht. Een normale condensator is uitgevoerd met twee tegen-

over elkaar liggende platen. Zie figuur 3.9a.

De platen zijn in dit geval echter in een opengeklapte stand gemonteerd.

Zie figuur 3.9b.

Bij de capacitieve opnemers noemen we de condensatorplaten elektroden. Door

de actieve elektrode en de massa-elektrode wordt nu een elektrisch veld

opgewekt. Ook is een compensatie-elektrode aangebracht om beïnvloeding van

het actieve vlak door vocht te voorkomen. Zie figuur 3.9c.

Om een en ander ook nog te kunnen fabriceren, is het gevoelige eindvlak

uitgevoerd zoals in figuur 3.10.

a normale b opengeklapte condensator c compensatie-elektrode

condensator

Figuur 3.9 Capacitieve sensor

De capacitieve sensor meet de capaciteitsverandering die door het binnendringen

van een voorwerp in het elektrisch veld veroorzaakt wordt. Deze capaciteitsver-

andering is afhankelijk van de volgende factoren:

– afstand van het voorwerp tot het actieve vlak;

– afmetingen en diëlektrische constante van het voorwerp.

condensator

elektrode

compensatie-

elektrode

compensatie-


36 Sensoren

41 41

41 41

11458 S E N S O R E N

Figuur 3.10 Uitvoering capacitieve sensoren

Zoals bij de inductieve sensor hebben we ook in een capacitieve sensor een

elektronische schakeling. Deze schakeling:

– houdt een elektrisch veld in stand;

– merkt de capaciteitsverandering op die het binnendringen van een voorwerp

veroorzaakt;

– versterkt deze capaciteitsverandering tot een signaal dat de besturing kan

herkennen.

Schakelafstanden capacitieve sensoren

Ook bij de capacitieve sensoren is de schakelafstand afhankelijk van het

materiaal van het voorwerp of product. De maximale afstand varieert van

0 tot 11 mm. In figuur 3.11 zien we de reductiefactoren van een aantal

materialen, afgestemd op staal.

reductiefactor


Sensoren 37

42 42

42 42


Figuur 3.11 Reductiefactoren capacitieve sensoren

Kenmerken capacitieve sensoren

Als de sensor goed is afgeregeld, kan de capacitieve sensor zelfs de hoogte van

een vloeistof in een fles detecteren.

Nadeel is dat we bij capacitieve sensoren hogere eisen moeten stellen aan het

inregelen en aan het milieu waarin we de sensor gebruiken.

Capacitieve sensoren gebruiken we over het algemeen als:

– sensor bij hoeveelheidsmeting in de voedingsmiddelenindustrie;

– niveausensor bij silo's;

– controle op de toevoer van producten bij mengprocessen;

– breukdetector bijvoorbeeld bij papierrollen in een drukkerij.

3 . 5 O p t i s c h e s e n s o r e n

Zender-ontvangertype

Het zender-ontvangertype noemen we ook wel een éénwegsfotocel. Hierbij

wordt door een zender een gerichte lichtbundel naar een ontvanger gezonden.

Een onderbreking van deze lichtbundel zet de ontvanger direct om in een

gedefinieerd uitgangssignaal.

De ontvanger is vrij ongevoelig voor:

– verontreinigingen van de lens;

– variaties in de omgevingstemperatuur;

– spanningsvariaties;

– intensiteitsverandering van het daglicht.

In figuur 3.12 zien we het principe van deze sensor.

reductiefa

cto

r

schakela

fsta

nd

0,75

sta

al

0,00

0.25

0,50

1,00

variabel

gla

s

wate

r

ka

rto

n

sto

f

ku

nst-

papie

r

éénwegsfotocel


38 Sensoren

43 43

43 43

11478 S E N S O R E N

Figuur 3.12 Principe zender-ontvangertype

Kenmerken van het zender-ontvangertype zijn:

– stabiele en betrouwbare detectie van niet-doorschijnend materiaal;

– detectie van objecten op elke willekeurige plaats tussen de zender en de

ontvanger.

Reflectortype

Het reflectortype noemen we ook wel een reflextaster. Bij dit type zijn de zender

en de ontvanger samengebouwd in één huis. De lichtbundel die door de zender

wordt uitgezonden, wordt door een reflector teruggekaatst. Daarna vangt de

ontvanger deze op. Een onderbreking van de lichtbundel zet de ontvanger in een

uitgangssignaal om. De maximale afstand waarop dit type sensor kan detecteren,

is 4,5 m. In figuur 3.13 zien we het principe van deze optische sensor.

Figuur 3.13 Principe reflextaster

Het reflectortype kunnen we niet gebruiken bij reflecterende objecten. Deze

nemen namelijk de functie van de reflector over. Alleen als we onder een hoek

werken, kunnen reflecterende materialen wel gedetecteerd worden als de

gereflecteerde stralen maar buiten het bereik van de ontvanger vallen.

Het voordeel van het reflectortype is de eenzijdige montage van de bedrading.

reflextaster


Sensoren 39

44 44

44 44


Reflectorloos type

Ook bij de reflectorloze optische sensor zijn de zender en de ontvanger samen-

gebouwd in één huis. Zie figuur 3.14.

Figuur 3.14 Principe reflectorloze type

Dit type optische sensor noemen we ook wel een objectfotocel of lichttaster. De

lichtbundel die de zender uitzendt, wordt door het werkstuk of product terug-

gekaatst en door de ontvanger gedetecteerd. Deze vertaalt de lichtbundel in een

uitgangssignaal.

Detectie is mogelijk op ruwe of gladde oppervlakken en de schakelafstand hangt

af van de reflecterende eigenschappen van het object dat we willen detecteren.

Kenmerken van het reflectorloos type zijn:

– detectie kan op verschillende plaatsen gebeuren;

– radiale en axiale benadering is mogelijk;

– de afmetingen van het object zijn belangrijk, want het werkgebied neemt toe

met de grootte van het object.

Fotocel met lichtgeleiding

Bij de fotocel met lichtgeleiding gebruiken we de vezeltechnologie.

Hierbij kunnen we met glasvezel of kunststof vezel het detectiepunt van de

fotocel verleggen. Zie figuur 3.15.

Figuur 3.15 Principe fotocel met lichtgeleiding

objectfotocel

kenmerken

vezeltechnologie


40 Sensoren

45 45

45 45

11498 S E N S O R E N

Met dit type kunnen we een voorwerp detecteren op die plaatsen waar we een

normale optische sensor door zijn omvang niet kunnen gebruiken.

3 . 6 W e e r s t a n d o p n e m e r s

Weerstanden veranderen van weerstandswaarde onder invloed van natuur-

kundige grootheden zoals:

– warmte;

– licht;

– kracht;

– magnetisme.

In tabel 3.1 zien we speciale weerstanden die we als opnemers voor bepaalde

doelen gebruiken.

fysische grootheid benaming symbool

licht LDR = light dependent

resistor

temperatuur NTC = negative temperature

coefficient

PTC = positive temperature

coefficient

magnetisch veld MDR = magnetic field

dependent resistor

druk of kracht rekstrookje

elektrische spanning VDR = voltage dependent

resistor

Θ_

Θ+

MDR

L∆

U

T A B E L 3 . 1 S P E C I A L E W E E R S T A N D O P N E M E R S


Sensoren 41

46 46

46 46


3.6.1 LDR-opnemers

De weerstand van een LDR-opnemer wordt kleiner als er licht op valt. Bij

eenzelfde spanning loopt er dus een grotere stroom door. Deze eigenschap

kunnen we gebruiken om processen die een lichtverandering veroorzaken, te

detecteren. In figuur 3.16 zien we een doorsnede van een fotocel met daarin een

LDR-weerstand.

Figuur 3.16 Fotocel met LDR-weerstand

Als voorbeeld zien we in figuur 3.17 een teller van producten op een transport-

band. Het tellen van de dozen gebeurt met een LDR-weerstand aan de zijkant

van de baan. Aan de tegenoverliggende zijde is een lichtbron geplaatst.

Figuur 3.17 Automatisering met een LDR-telsysteem

glas

elektrische aansluiting

huis

licht-afhankelijke

licht

weerstand

weerstandlicht-afhankelijke

huis

lichtbron

transport b

and LDR-opnemer

cilinder-A

besturing

stopplaat

licht LDR

relais

teller

contact

+ 24 V

doos

a situatie b schakeling


42 Sensoren

47 47

47 47

11518 S E N S O R E N

Als de lichtstraal door een doos wordt onderbroken, verandert de weerstands-

waarde van de LDR. Hierdoor krijgt het relais niet genoeg spanning meer, zodat

het contact gesloten wordt. Daardoor krijgt de teller (een impulsteller) spanning

en stijgt de tellerstand. Als de doos voorbij de lichtstraal is, wordt de LDR weer

belicht. Het relais komt weer op gang en het contact gaat weer open. Na drie

dozen laat de besturing de cilinder A uitlopen, waardoor deze op de tweede

transportband worden geschoven.

3.6.2 PTC- en NTC-weerstanden

Voor het meten van temperatuur kunnen we een temperatuurafhankelijke weer-

stand gebruiken. Deze geven we aan als NTC-weerstand (negative temperature

coefficient) of PTC-weerstand (positive temperature coefficient). Bij de NTC-

weerstand vermindert de weerstandswaarde als de temperatuur stijgt. Daarbij

vertoont de NTC-weerstand een e-machtachtige curve. Bij de PTC is het omge-

keerde het geval. Tevens vertoont de PTC-weerstand ten opzichte van de NTC-

weerstand een redelijk scherp omslagpunt in de weerstand.

De temperatuur van deze weerstanden wordt bepaald door de omgevings-

temperatuur en de warmte-ontwikkeling in de weerstand door het vermogen dat

opgenomen wordt.

NTC-schakelingen gebruiken we meestal in schakelingen die op de omgevings-

temperatuur reageren. Een goed voorbeeld hiervan is de schakeling waarmee we

de temperatuur bepalen van het motorblok in een auto. Zie figuur 3.18.

Figuur 3.18 Schakeling voor bepalen temperatuur

We zien dat de NTC-weerstand R2 op het motorblok van de auto is gemonteerd.

Als de motor koud is, loopt er nauwelijks een stroom door de weerstanden

R1 en R2.

NTC-schakeling

V

Θ_

motorblok

accu _ +

R

R2

1


Sensoren 43

48 48

48 48


Als de temperatuur van de motor toeneemt, neemt de weerstandswaarde van de

NTC-weerstand af. Daardoor wordt de stroom over de weerstanden groter en de

voltmeter (V) slaat verder uit. De gekoppelde wijzer in de schaal van de tempe-

ratuurmeter op het dashboard loopt op.

PTC-weerstanden gebruiken we vooral als beveiliging voor allerlei elektrische

apparaten. Deze werken dan als vermogensbegrenzers.

3.6.3 Druk- en krachtsensoren

Analoge meetzenders

De toepassingsmogelijkheden van de sensoren die we tot nu toe hebben bespro-

ken, zijn over het algemeen digitaal. De sensoren echter waarmee we een druk in

een bepaald vat kunnen aantonen of waarmee we een kracht kunnen meten, wer-

ken niet digitaal maar analoog. Deze sensoren detecteren dus niet alleen de aan-

wezigheid of afwezigheid van een druk of een kracht, maar ze geven ook nog aan

hoe hoog de druk of kracht is. Daarom noemen we deze sensoren ook wel

analoge meetzenders.

In figuur 3.19 zien we een druksensor waarop een lage druk staat. Hierdoor

wordt er een uitgangssignaal met een lage spanning of stroom gegeven. Een

hogere druk geeft een evenredig hoge spanning of stroom.

a lage druk: evenredig laag elektrisch uitgangssignaal

Figuur 3.19 Principe druksensor

PTC-weerstand


44 Sensoren

49 49

49 49

11538 S E N S O R E N

b hogere druk: evenredig hoog elektrisch uitgangssignaal

Figuur 3.19 Principe druksensor (vervolg)

In de pneumatiek gebruiken we druksensoren vooral voor het bewaken van een

drukniveau. Een veel breder toepassingsgebied voor de analoge sensoren vinden

we in de meet- en regeltechniek, waar we druksensoren maar ook de inductieve

sensoren gebruiken als analoge meetzender voor de beveiliging, filterbewaking,

lektests of regeltaken.

Principe rekstrook

De werking van deze analoge meetzender berust op de werking van een gevoelige

rekstrook. Dit is een element dat is samengesteld uit dun weerstandsdraad. Voor

een weerstandsdraad geldt de volgende formule:

R =

Met:

– R = weerstandswaarde in ;

– l = lengte in m;

– = soortelijke weerstand in m;

– A = doorsnede in m2.

Als we aannemen dat de soortelijke weerstand van het materiaal van de draad

niet verandert, is de weerstandswaarde:

– recht evenredig met de lengte;

– omgekeerd evenredig met de doorsnede.

Dit principe wordt gebruikt bij het meten van mechanische grootheden zoals:

– trekkracht;

– druk;

– buiging.

gevoelige

rekstrook

l

A---------


Sensoren 45

50 50

50 50


Uitvoering rekstrook

De dunne weerstandsdraad wordt in een plat vlak gelegd volgens het patroon in

figuur 3.20.

Het geheel krijgt daarna een isolerende omhulling. Deze rekstrook wordt dan

geplakt op het oppervlak van het mechanisch onderdeel dat van vorm verandert.

De constructie is zodanig dat er bij een hogere druk een grotere kracht op de

actieve rekstrook komt te staan. Deze rekt uit, waardoor eerst de weerstand

verandert waardoor dan ook de elektrische stroom verandert. Deze analoge

verandering ondergaat dan een temperatuurcorrectie met de passieve rekstrook,

voordat zij als een signaal aan een besturings- of een bewakingseenheid wordt

aangeboden.

Figuur 3.20 Principe rekstrookjes

Rekstrookmeting

De verandering van de weerstandswaarde kunnen we met een elektrische

brugschakeling vertalen in een trekkracht in N.

In figuur 3.21 zien we deze brugschakeling, de brug van Wheatstone.

Figuur 3.21 Brug van Wheatstone voor rekstrookmetingen

krachtpassieve rekstrook

actieve rekstrook

brug van

Wheatstone

L∆

R R21

R3 R4

A

B

U


46 Sensoren

51 51

51 51

11558 S E N S O R E N

Deze brug bestaat uit vier weerstanden:

– de rekstrookweerstand R1;

– een regelbare weerstand R2;

– twee weerstanden R3 en R4 met dezelfde weerstandswaarde.

Bij het begin van de meting brengen we met de regelbare weerstand R2 de brug

in evenwicht. Tussen de punten A en B hebben we dan geen spanningsverschil.

Als we op het onderdeel een kracht uitoefenen, wordt de weerstand van de

rekstrook R1 groter. Hierdoor loopt de spanning op tussen de punten A en B die

door de voltmeter wordt weergegeven.

We hebben een lineair verband tussen de uitgangsspanning en de kracht, zodat

we de voltmeter als een krachtmeter kunnen beschouwen. Van een speciale

krachtenschaal kunnen we direct de kracht aflezen.

Omdat ook de temperatuur invloed heeft op de weerstand van de rekstrook,

moeten we de invloed hiervan compenseren. Dit doen we met een tweede

rekstrook, namelijk een passieve rekstrook. Deze plaatsen we zodanig naast de

(actieve) rekstrook R1 dat we hierin geen verandering in lengte krijgen.

Zie figuur 3.20.

Beide rekstrookjes bevinden zich in dezelfde temperatuuromgeving, zodat de

invloed hiervan wordt gecompenseerd door de passieve rekstrook.

Toepassingen

In figuur 3.22 zien we een voorbeeld: het meten van de doorbuiging van een op

buiging belaste staaf.

Figuur 3.22 Meten van doorbuiging

In figuur 3.23a zien we een voorbeeld van een krachtopnemer die we kunnen

gebruiken om het gewicht van een bunker te bepalen. Het geheel bestaat uit een

drukdoos met rekstrookjes die reageren op vormveranderingen van de drukdoos.

Zie figuur 3.23b.

trek

druk


Sensoren 47

52 52

52 52


a drukdoos als krachtopnemer b opbouw krachtopnemer

Figuur 3.23 Krachtopnemer toegepast onder een bunker

Door de trekkracht verandert de lengte van de stang. Omdat de rekstrook in de

lengterichting op deze stang is geplakt, verandert ook de lengte van de weer-

standsdraad en neemt de weerstandswaarde toe.

Een moderne toepassing van deze rekstrookjes vinden we in de grippers van

industriële robots. Hiermee kunnen allerlei functies gemeten worden, zoals:

– de gripperkracht;

– het moment dat een robot uitoefent tijdens het draaien.

Kenmerken druk- en krachtsensoren

Kenmerken van druk- en krachtsensoren zijn:

– goed bestand tegen een agressief milieu;

– goed bestand tegen een ruwe omgeving;

– zeer gevoelig;

– goedkoop.

3 . 7 S c h a k e l e n m e t o p n e m e r s

Transistoren

Het meest principiële verschil tussen een benaderingsschakelaar en een opnemer

is dat elektronische schakelaars geheel contactloos werken. Toch moet ook in

deze opnemers een schakelend element aanwezig zijn. Als gelijkspanning wordt

toegepast, is dit vrijwel altijd een transistor.

rekstrookje

flexibele

krachtopnemer

verbinding


48 Sensoren

53 53

53 53

11578 S E N S O R E N

Een transistor kan door regeling van de basisstroom alle standen innemen tussen

geheel gesloten (afgeknepen) of geheel geopend (verzadigd).

We spreken ook wel van een versterker. Met een transistor kunnen we namelijk

een kleine spanningsverandering versterken.

Transistor als schakelelement

Een speciale toepassing is een transistor met maar twee standen, namelijk

afgeknepen en verzadigd. We gebruiken de transistor dan als schakelelement.

Dit noemen we een digitale regeling. Deze regeling gebruiken we wel bij het

schakelen van bijvoorbeeld:

– relais- en ventielspoelen;

– spoelen van een stappenmotor;

– lampen;

– leds.

Opbouw transistor

Voor een transistor gebruiken we zuiver silicium verontreinigd met fosfor of

borium. Door de fosforatomen krijgen we in het silicium een aantal vrije elektro-

nen. Deze vrije elektronen gedragen zich als negatieve ladingdragers, die de weer-

stand van het materiaal sterk verminderen en dus de geleidbaarheid verhogen.

Dit materiaal geven we meestal aan als N-silicium. Zie figuur 3.24a.

Ook kunnen we een stuk zuiver silicium verontreinigen met (bijvoorbeeld) het

metaal borium. Het resultaat is dat we in het silicium een tekort aan elektronen

krijgen. We hebben dus gaten in het materiaal, waardoor vrije elektronen (via

deze gaten) door het silicium kunnen bewegen. Dit vergroot de geleidbaarheid

van het materiaal. Deze stof geven we aan als P-silicium. Zie figuur 3.24b.

Toch moeten we energie toevoeren om een elektronenstroom in een halfgeleider

op gang te brengen.

a N-silicium b P-silicium

Figuur 3.24 Halfgeleiders van silicium

versterker

digitale

regeling

N-silicium

P-silicium

+_

+_

_ +

_ +

_ + _

_

+

+

_

_

+

+

_ +

_

_

+

+

_

_

+

+

_ +

_

_

+

+

_

_

+

+

_ +

_

_

+

+

_

_

+

+

_ +

_

_

_

_

_

N

vrij elektronen

gebonden ionen

_

+

vrij positieve ladingdragers

gebonden ionen

_

P

+

+ +

+_ +

+_ +

+_ +

+_

+_ _

+ +_

+_

+_

+_ _

+ +_

+_

+_

+_ _

+ +_

+_

+_

+_ _

+ +_

+_

+_

+_

+

+

+

+

+

+


Sensoren 49

54 54

54 54


De opbouw van een transistor gebeurt op een zodanige manier dat we twee

stukjes N-silicium combineren met één stukje P-silicium. Ook is het mogelijk

twee stukjes P-silicium met één stukje N-silicium te combineren. Zie figuur 3.25.

Het middelste deel noemen we de basis (B), terwijl we de laagjes aan weerszijden

van de basis de emitter (E) en de collector (C) noemen.

De NPN-transistor wordt het meest toegepast. Het symbool van de NPN-

transistor zien we in figuur 3.26. Merk op dat in het symbool de pijl in de emitter

de stroomrichting aangeeft.

a NPN-transistor b PNP-transistor

Figuur 3.25 Opbouw transistor

Figuur 3.26 Symbool NPN-transistor

Principe transistor

In figuur 3.27 zien we een stroomkringschema waarin het symbool van een

transistor is getekend. We zien dat één van de aansluitingen van de transistor (de

basis) is aangesloten op de stroomkring van 5 V. De collector is in serie met een

lamp aangesloten op de stroomkring van 24 V. De emitter (E) is aangesloten op

de – van beide spanningsbronnen.

NPN-transistor

NP

N

collector

emitter

basis

collector

basis

emitter

PN

P

B

C

E

emitter


50 Sensoren

55 55

55 55

11598 S E N S O R E N

Figuur 3.27 Versterkerschakeling

Als we de schakelaar sluiten, is de basis positief ten opzichte van de emitter en

gaat de basisstroom IB lopen. Hierdoor wordt de transistor geleidend en dus gaat

de lamp L op een spanning van 24 V branden. Er loopt een stroom van de + via

de lamp naar de collector en de emitter naar de – van de spanningsbron.

De stroom IC in de lamp is veel groter dan de basisstroom IB. We kunnen

concluderen dat in dit geval de transistor de basisstroom IB heeft versterkt tot de

collectorstroom IC.

Als we de schakelaar openen, is de basis neutraal ten opzichte van de emitter en

spert de transistor.

De collectorstroom IC blijkt 50 tot 400 keer groter te zijn dan de basisstroom die

geleverd wordt door de voeding. De basisstroom en de collectorstroom lopen

samen via de emitter naar de nul.

Het verband tussen de collectorstroom en de basisstroom noemen we de stroom-

versterking. De verhouding tussen die twee stromen geven we aan met het getal

hFE:

hFE = (3.1)

Met:

– hFE = de stroomversterkingsfactor (dimensieloos);

– IC = de collectorstroom in mA;

– IB = de basisstroom in mA.

S

+ 24 V

0

R

+ 5 V

0

B

C

B

C

L

E

transistor

E C B= +

basisstroom

stroom-

versterking

IC

IB

-----


Sensoren 51

56 56

56 56


3 . 8 U i t v o e r i n g s v o r m e n o p n e m e r s

De uitgang van een opnemer kan worden geactiveerd:

– als aan het oppervlak van een optische ontvanger licht valt;

– of als bij een inductieve opnemer het magnetisch veld wordt versterkt.

We spreken dan van een uitgang die normaal geopend is (normally open of NO).

Dit in tegenstelling tot een donkerschakeling, waarbij de uitgang normaal

gesloten is (normally closed of NC).

Als we een opnemer in een schakelcircuit opnemen, moeten we rekening houden

met het type ingebouwde transistor. Als de opnemer een NPN-transistor bevat,

schakelt de transistor de stroom van de belasting naar de min. Zie figuur 3.28a.

Deze schakeling heeft een nadeel. Bij een ongewilde verbinding tussen de

schakeldraad en de aarde wordt namelijk een motor of magneet in bedrijf

gesteld. Deze ongewilde verbinding kan ontstaan door een losse draad of het

beklemd raken van de schakeldraad tijdens de montage van de opnemer.

Als de opnemer een PNP-transistor bevat, is dit gevaar niet aanwezig. De PNP-

transistor schakelt de stroom van de plus naar de belasting. Zie figuur 3.28b.

Bij sluiting van de schakeldraad met aarde wordt de voedingsspanning kort-

gesloten. Van ongewild in bedrijf komen kan nu geen sprake zijn.

a min-schakeling b plus-schakeling

Figuur 3.28 Transistor als schakelaar

Zowel opnemers met PNP-transistoren als opnemers met NPN-transistoren

kunnen we in een uitvoering kiezen met 2, 3 of 4 draden. Zie figuur 3.29.

De 2-draadsuitvoering en de 3-draadsuitvoering kunnen we kiezen met een

maakcontact of een verbreekcontact. De 4-draads uitvoering heeft zowel een

maakcontact als verbreekcontact. Meestal bestaat de codering uit de eerste letter

en de laatste letter van een Engelstalige draadkleur. Zie tabel 3.2.

R c

B

C

E

belasting

NPN

B

C

E

PNP

belastingR c


52 Sensoren

57 57

57 57

11618 S E N S O R E N

a 2-draadsopnemer

b 3-draadsopnemer

c 4-draadsopnemer

Figuur 3.29 Uitvoeringen opnemers

BN(1)

BU(3)

PNP

L

NPN

U U

BN(1)

BU(3)

L

BN(1)

BU(3)

BK(4)

PNP

+24 V DC

0 V

L

NPN

BK(4)

BU(3)

BN(1)

0 V

+24 V DCL

BN(1)

BU(3)

BK(4)

WH(2)

PNP

+24 V DC

0 V

NPN

BN(1)+24 V DC

0 V

LLBK(4)

WH(2)

BU(3)

functie kleur lettercodering cijfercodering

aansluiting positieve spanning bruin BN 1

(brown)

aansluiting negatieve spanning blauw BU 3

(blue)

schakeldraad NO zwart BK 4

(black)

schakeldraad NC wit WH 2

(white)

T A B E L 3 . 2 C O D E R I N G A A N S L U I T P U N T E N O P N E M E R


Sensoren 53

58 58

58 58


PLC en opnemer

Als we in plaats van een gewone benaderingsschakelaar gebruikmaken van een

opnemer, moeten we er rekening mee houden dat de PLC een eigen voedings-

systeem heeft. De positieve uitgang van deze 24 volt gelijkspanning wordt door-

verbonden met het p-contact van de afzonderlijke schakelaars.

De maakcontacten van de schakelaars worden verbonden met de desbetreffende

ingang van de PLC.

Als een contact wordt bediend, krijgen we een gesloten stroomkring via de weer-

stand van de opto-coupler naar de massa van de PLC.

Bij opnemers kunnen we alleen een positieve spanning schakelen als we kiezen

voor opnemers met een PNP-transistor. Opnemers met een NPN-transistor

kunnen we dus niet direct op een PLC-besturing aansluiten. Er wordt dan

namelijk een verbinding gemaakt van massa terug naar massa.

3 . 9 F u n d a m e n t e l e p r e s t a t i e s o p n e m e r s

De keuzemogelijkheden tussen opnemers wordt bepaald door de eigenschappen

die voor een specifieke toepassing belangrijk kunnen zijn. In de technische

gegevens van leveranciers wordt bij de vermelding van deze eigenschappen

verwezen naar een standaardobject. Een standaardobject heeft bijvoorbeeld een

gespecificeerde vorm van 5 mm × 5 mm × 1 mm en is van ijzer.

Door te verwijzen naar een standaardobject kunnen we de fundamentele

prestaties van opnemers van verschillende leveranciers onderling vergelijken.

In figuur 3.30 zien we de fundamentele prestaties van opnemers weergegeven.

Deze fundamentele prestaties zijn:

– De schakelfrequentie in het maximumaantal pulsen per seconde.

– De schakelafstand waarbinnen de opnemer geschakeld moet hebben bij

zijdelingse benadering van de opnemer.

– De werkingsafstand waarbinnen de opnemer geschakeld moet hebben bij

loodrechte benadering van de opnemer.

– De hysteresis die het verschil in afstand geeft tussen het inschakelpunt bij

nadering van de opnemer en het uitschakelpunt bij verwijdering van het

standaardobject. Deze waarde geven we aan in een percentage van de nuttige

schakelafstand S.


54 Sensoren

59 59

59 59

11638 S E N S O R E N

a schakelfrequentie b werkingsafstand

c schakelafstand d hysteresis

Figuur 3.30 Fundamentele prestaties van een opnemer

In figuur 3.31 zien we zowel de schakelafstand als de werkingsafstand in een

werkingsbereikgebied van een opnemer. De inschakellijnen zijn bepaald door

met het standaardobject de opnemer op een steeds grotere afstand te naderen. In

het gebied tussen de doorgetrokken lijnen is het primair schakelgebied. Binnen

dit gebied schakelt de opnemer ongeacht de naderingsrichting met een zekerheid

van 100%. Het gebied waarbij de opnemer uitschakelt bij verwijdering van het

standaardobject, is afhankelijk van de hysteresis en wordt door het gestippelde

gebied weergegeven.

detectievlak

detectievlak

AAN

werkingsafstand

referentiepositie

ob

ject

t

t2

inschakelpuntuitschakelpuntdetectievlak

detectievlak

schakelafstand

hysteresis


Sensoren 55

60 60

60 60


Figuur 3.31 Schakelkarakteristiek van een opnemer

Met een stelschroef kunnen we de gevoeligheid van de opnemer en daarmee de

grootte van het schakelgebied instellen. In figuur 3.32 zien we het schakelgebied

van enkele inductieve benaderingsschakelaars van de firma Omron bij een

gevoeligheid van 100%, 50% en 20%.

Figuur 3.32 Werkingsbereik inductieve benaderingsschakelaars

detectievlak

inschakellijn

uitschakellijn

standaardobject

standaardobject

werkingsbereikgebied

opnemer

hysteresis

werkingsafstand

X

Y

X

Y

Y

we

rkin

gsa

fsta

nd

X

3,0 0 1,0 2,0 3,0

0,4

0,2

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

_ 2,0_ 1,0_

materiaal: ijzer 5x5x1 mmafstand: (instelbaar)0,16 tot 0,8 mm

materiaal: ijzer 5x5x1 mmafstand: (instelbaar)0,2 tot 1mm

20 %

50 %

100 %

20 %

50 %

100 %

mm

mm

E2C-CR8A detectiekop

0,2

3,0_

mm

we

rkin

gsa

fsta

nd

X

0,6

0,4

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

E2C-X1A detectiekop

Y

2,0_ 1,0_ 0 mm1,0 2,0 3,0

E2C-C1A detectiekop


56 Sensoren

61 61

61 61

11658 S E N S O R E N

We zien in deze grafieken dat de inschakellijnen en uitschakellijnen bij elke

gevoeligheid na hun snijpunt nog verder doorlopen. Onder deze doorgetrokken

schakellijnen kunnen we een secundair werkingsbereikgebied links en rechts van

het primair schakelgebied verwachten.

In het secundair schakelgebied schakelt de opnemer mogelijk. De schakelkans is

alleen 100% in het primair werkingsbereikgebied. De schakelkans neemt echter

af met de afstand tot het primair schakelgebied. Daarom worden de afmetingen

van de detectiekop in de documentatie van leveranciers vermeld.

Om een grote betrouwbaarheid te krijgen is het verstandig de afmetingen van de

detectiekop kleiner te houden dan het object. Bij loodrechte nadering hangt het

schakelmoment dan alleen nog maar af van de hysteresis.

Met de doorgetrokken lijnen buiten het primair werkingsbereikgebied wordt dus

aangegeven dat een opnemer eerder kan schakelen als een object de opnemer

zijdelings nadert. Door de toenemende schakelkans in dit secundair schakel-

gebied zijn we bij zijdelingse nadering van een opnemer dus niet zeker van het

schakelmoment. De schakelnauwkeurigheid van een opnemer bij zijdelingse

benadering mogen we dus slecht noemen.

Als we de gevoeligheid van de opnemer terugdraaien, is de kans zelfs aanwezig

dat deze opnemer tweemaal schakelt. In figuur 3.32 zien we dat de inductieve

opnemer E2C-C1A bij een gevoeligheid van 20% een linker en rechter secundair

werkingsgebied hebben die elkaar niet overlappen.

Stel we naderen deze opnemer zijdelings op een werkingsafstand van 0,2 mm met

een voorwerp met een breedte van 1 mm. Als nu het voorwerp in het hart van de

benaderingsschakelaar komt, wordt door deze opnemer geen signaal meer

afgegeven.


Sensoren 57

62 62

62 62



58 Sensoren

63 63



Besturingen metFunction Charts

104


64 64

64 64


4 . 1 E N - d i v e r g e n t i e

( g e l i j k t i j d i g e s e q u e n t i e s )

Gelijktijdige sequenties gebruiken we als we twee of meer cycli gelijktijdig laten

verlopen. In figuur 4.1 zien we drie gelijktijdig verlopende volgordebesturingen

die worden gevormd met de stappen:

– S11, S12 en S13;

– S21 en S22;

– S31 en S32.

Het eerste cijfer van het stapnummer geeft aan of we met volgordebesturing

1, 2 of 3 te doen hebben.

Figuur 4.1 Gelijktijdige sequentie van drie volgordebesturingen

Vanuit de paraatstap 0 wordt via de schuifvoorwaarde stap S1 actief, waardoor

de acties A+ wordt gegeven. Als de plusslag van cilinder A is uitgevoerd, maakt

de schuifvoorwaarde a1 samen met stap S1 de eerste stap van de drie gelijktijdige

sequenties actief (setten). Pas als alle drie de stappen (S11, S21 en S31) zijn geset,

mag stap S1 worden gereset.

1b

S

t0

a1

A

T0

+

St

b 0

0a

_A

B+

c1

C+

C_

1d

D+

D in

begin van de gelijk-

tijdige sequenties

EN-divergentie

EN-convergentie

tijdige sequenties

einde van de gelijk-0c.0d.

ini

S0

1S

S11

S12

S13

S2

S21

S22

S31

S32

B+

S

stap set reset

S0

1S

S2

11S

S12

32S

s

s

s

s 1

5

31

11

s13

s

1s

s 22

s

s

21

2

s22 .

.

.

.

.

.

s t

c0.

1a

d1

=

=C_

A_

=A+

=

acties

13s

11

0

12

s

s

s

1s

2s

a function chart b besturingsformules

ini. a0 +

22

S31

S

S

S21

13

s

s

s

s 121

1 .

c

a1

.

.12 .

1

2

s 32

s

s

22

s 2

b0 . 32s .. d0.

1

0t

b

a1

21. s s.. 31

timermonostabielbistabiel

+C

11s s

s

12

13=B+

= T0 =B+

=D+

s 31

0


60 Besturingen met functioncharts

65 65

65 65

11811 0 B E S T U R I N G E N M E T F U N C T I O N C H A R T S

De gelijktijdige sequenties worden nu elk in hun eigen tempo afgewerkt.

Stap S2 mag pas worden geset als alle sequenties zijn afgewerkt. Met andere

woorden: de stappen S12, S22 en S32 en de schuifvoorwaarden b0, c0 en d0 moeten

allen actief zijn.

Stap S2 geeft de actie A–.

Aan de noteringen in de function chart zien we dat:

– cilinder A en C bistabiel worden bediend;

– cilinder B en D monostabiel worden bediend.

4 . 2 O F - d i v e r g e n t i e ( v e r t a k k i n g e n )

In figuur 4.2 zien we een function chart van een besturing met een enkelvoudige

vertakking. We gebruiken zo’n besturing als er maar één proces tegelijk moet

werken.

Aan het begin van de vertakking zien we dat de keuze van de besturingstak

afhangt van de combinatie van de signalen x en y. Het is belangrijk dat we de

besturingstakken onderling vergrendelen.

Figuur 4.2 Vertakking

enkelvoudige

vertakking

t0

a1

A+

x

0a

_A

begin van de

vertakking

OF-divergentie

OF-convergentie

vertakking

einde van de

y.

ini

= 2 sTtimer

0

+A

x y.

1a

_A

0a

S0

S11

12S

S13

21S

S22

stap set reset

S0

11S

S12

s

s

s 0

13

11

s

s

.

.

=A_

=A+

acties

13s

12s

11s


. a0 +

22

S

S

S21

13

s

s

s 121 a

0

.

.12 .

0

s

s

22

s 00t

timerbistabiel

s 12T0 =

a. 0 + inis 22

x . y

x . y

+ 21s

a1

+11 21s

+13 22s


Besturingen met functioncharts 61

66 66

66 66


4 . 3 S u b r o u t i n e s ( h e r h a l i n g v a n s e q u e n t i e s )

Het is heel goed mogelijk dat een bepaalde besturingsvolgorde meermalen in een

volgordebesturing voorkomt. In zo’n geval is het het beste om herhaling van

sequenties te gebruiken. We spreken ook vaak van subroutines en van het

toepassen van subcharts. Zie figuur 4.3.

a hoofdchart b subchart

Figuur 4.3 Herhaling van een sequentie

De function chart bestaat uit:

– de bewegingsvolgorde van de hoofdchart: deze wordt bestuurd met de

stappen S1 tot en met S5;

– de bewegingsvolgorde van de subchart: die wordt twee keer herhaald, en deze

volgorde wordt bestuurd door de stappen S10 tot en met S15.

De subchart start met een paraatstap 10 die automatisch wordt geïnitialiseerd

tijdens het plaatsen in de RUN-stand. De schuifvoorwaarden tussen de

stappen S10 en S11 zijn de uitgangen van de stappen S2 en S4 van het hoofd-

programma. De subchart eindigt met een eind-subchart-stap die de schuifvoor-

waarde s13 levert tussen de stappen S2/S3 en S4/S5 in de hoofdcyclus.

subroutine

1b

M

B+

t0

subchart10-15

B_

C_

= 20 sTtimer

0

c1

1t

a1

A

= 2 sTtimer

1

A_

+

St

s15

b 0

15s

10-15subchart

*

subcharteinde

= 0,5 stimerT2

a 0

15s 2t

.

.

s2

+ s4

C+

*

c0

*

ini ini

0S

S1

2S

3S

4S

S5

11S

12S

13S

14S

15S

10S

function chart

subchart



67 67

67 67


In de hoofdchart geven we de subcharts aan we met enkele blokjes. In de blokjes

van de subcharts zien we alleen de nummers van de stappen waaruit de routine

bestaat. Naast de function chart geven we de herhalingssequenties apart weer.

Aangetekende schuifvoorwaarden

Bij function charts die uit verscheidene delen bestaan, kunnen we bepaalde

schuifvoorwaarden op meer dan één plaats gebruiken. We doen dit het meest bij

subcharts. In de subchart gebruiken we de schuifvoorwaarde s15 aan het eind om

terug te springen naar stap S10.

Maar s15 dient ook tweemaal in het hoofdprogramma als schuifvoorwaarde tus-

sen de subchart en de daaropvolgende stap.

Bij PLC-programma’s krijgen we echter een probleem. Verschillende acties die

gelijktijdig worden uitgevoerd, geven namelijk meestal een instabiele situatie.

Gelijktijdig setten van verschillende stappen kunnen we voorkomen door aan één

van de stappen een extra voorwaarde te verbinden. In figuur 4.3 doen we dit

door aan het einde van de subchart een timer (tijdfunctie) te gebruiken.

Als we een schuifvoorwaarde op verschillende plaatsen gebruiken, is het nuttig

om in de function chart de bedoeling duidelijk te maken. De schuifvoorwaarde

geven we dan aan met een sterretje. Zie figuur 4.3a.

Deze sterretjes worden omschreven met de term aanduidingen.

Voor het opstellen van de besturingsformules gaan we weer volgens de beproefde

methode te werk. Zie tabel 4.1.

aanduidingen

stappen set reset

S0 s5 t0 + ini s1

S1 s0 st s2

S2 (label) s1 b1 s3

S3 s2 s15 s4

S4 (label) s3 b0 s5

S5 s4 s15 s0

S10 s15 t2 + ini s11

S11 s10 (s2 + s4) s12

S12 s11 a1 s13

S13 s12 t1 s14

S14 s13 a0 c1 s15

S15 s14 c0 s10

T A B E L 4 . 1 B E S T U R I N G S F O R M U L E S H E R H A L I N G V A N

S E Q U E N T I E S



68 68

68 68


4 . 4 P L C - t e l l e r s e n f u n c t i o n c h a r t s

Een teller moeten we in een function chart weergeven als een voorwaardelijke

herhaling. In figuur 4.4 zien we een deel van een diagram. Daarin kunnen we

herkennen:

– de voorwaardelijke herhaling;

– de verschillende waarden die bij een teller horen.

Figuur 4.4 Teller in een function chart

acties

bistabiel monostabiel timer

A+ = s11 M = s5 T0 = s5

A– = s13 – T1 = s12

B+ = s1 – –

B– = s3 – –

C+ = s13 – –

C– = s14 – T2 = s15

T A B E L 4 . 1 B E S T U R I N G S F O R M U L E S H E R H A L I N G V A N

S E Q U E N T I E S ( V E R V O L G )

cnt

aanmotor

tellenmotor aan

presetcounter

motor aanextra stap

uitmotor

telpuls

telpuls

cnt

cntS15

S14

12S

S13

16S



69 69

69 69


Bij stap S13 wordt een elektromotor gestart. Het hoofdschakelelement van deze

motor is monostabiel. Op de as van de motor is een telschijf aangebracht met één

gaatje, waardoor bij elke omwenteling een telsignaal wordt gegeven.

Dit telsignaal is de schuifvoorwaarde voor het overspringen naar stap S14. Dit is

echter een loze stap, zodat met hetzelfde telsignaal doorgesprongen wordt naar

stap S15.

Stap S15 laat een teller de telsignalen tellen en ook neemt het commando voor de

motor over. Als de teller niet is leeggeteld, wordt via cnt teruggesprongen naar

stap S13. Dit gaat net zo lang door tot de teller leeg is.

Dan wordt doorgesprongen naar stap S16, waardoor de motor stopt. Het dia-

gram in figuur 4.5 geeft hetzelfde in verkorte vorm weer.

De teller is nu echter niet aangegeven als een voorwaardelijke herhaling, maar als

een commando tellen. Daarbij worden telsignalen toegevoerd zoals we bij een

initialisering gewend zijn. Nadat de teller is leeggeteld, is aan de schuifvoor-

waarde voldaan en wordt naar de volgende stap doorgesprongen.

Deze verkorte tekenwijze gebruiken we vaak bij ingewikkelde volgorde-

besturingen.

Figuur 4.5 Verkorte function chart

Voorbeeld telschakeling

In figuur 4.6 zien we een schema van een vulmachine die negen rollen in een

doos duwt. De besturingsvoorwaarden luiden als volgt:

– Als we de installatie starten, wordt een geheugen geset.

– De motor van lopende band M1 moet continu draaien en wordt met de hand

gestart (buiten de PLC om).

– Zodra door signaalgever x een rol wordt gesignaleerd, maakt de monostabiel

bediende cilinder A een plusslag.

– Na drie rollen zorgt een teller ervoor dat motor M2 20 omwentelingen

rechtsom gaat draaien, waardoor de doos naar voren wordt verplaatst.

tellen

aanmotor

presetcounter

uitmotor

cnt

cnt

PC counter = 5

x

S12

S13

S14



70 70

70 70


– Een tweede teller schakelt de motor na twintig door y gesignaleerde pulsen

weer af.

– Als de doos met drie rijen rollen is gevuld, draait motor M2 veertig omwen-

telingen linksom.

– Met de hand wordt de gevulde doos door een lege vervangen.

– Bij het bedienen van een stopknop sp moeten alle uitgangen spanningsloos

worden. Zodra de stopknop wordt losgelaten, gaat de installatie weer

werken. We hebben hier dus geen noodstop.

Figuur 4.6 Schema vulmachine

In figuur 4.7a zien we de function chart met vier tellers:

– Teller 1 telt het aantal slagen A+, dus het aantal producten dat per rij in de

doos wordt geduwd (preset-waarde 3).

– Teller 2 telt het aantal omwentelingen van motor M2 gedurende het rechts-

omdraaien (preset-waarde 20).

– Teller 3 houdt bij hoe vaak motor M2 twintig omwentelingen rechtsom heeft

gemaakt. Deze telt dus het aantal rijen in de doos (preset-waarde 3).

– Teller 4 is nodig om M2 veertig omwentelingen linksom te laten draaien.

M1

lampje

fotocel

kogelomloopspil

schijf met gaatjes

cilinderslag

x

y

a0aA

1

doos

2M



71 71

71 71


Figuur 4.7 Besturing vulmachine

De function chart van figuur 4.7a is concentrisch van opbouw:

– De stappen S3, S4 en S5 besturen de cilinderslagen.

– Als de uitgang van teller 1 actief is, wordt doorgestapt naar stap S6.

Hier wordt teller 3 met één punt verlaagd.

reset teller 1reset teller 2

A+

St

x

teller 1 = 3

reset teller 4reset teller 3

wachten op rol

A in

teller 3 = 3

cnt

cnt

PC teller 2 = 20

x

2M

3

2

rechtsom

PC2M

4cnt

linksom teller 4 = 40

y

3cnt .4cnt

21cnt cnt.

a1

a 0.

1cnt

a .0 cnt 1

3cnt

ini

S0

S1

S2

S3

S4

S5

S6

S7

S10

stap set reset

S0

1S

S2

3S

S4

s

s

s 2

10

3

s1

s

4s

s

s

10

7

.

.

.

s t

=

=A+

=

5s

2

3

4

s

s

s

1s

a function chart

b besturingsformules

ini. cnt 4 +

7

S10

S

S

S6

5

s

s

s

s 6

6 .

a5

4 .

2

s 0

s

s

7

s 3

x

resettelpulsacties

4s

s 6=

=teller 1

= y

0

cnt 3 cnt 4 +. 7s cnt. 2

6+ s

s+ 10

2M

2M

rechtsom

linksom

teller 3

teller 2 s. 7

teller 4 y= s. 10

s

s

teller 4

teller 3

teller 2 =

=

=

teller 1 =

1s

s

1

2

2

cnt1cnt. . 2 s+ .5 cnt1.a0

1a

. 0 . cnt1

3cnt.

cnt 3



72 72

72 72


– In stap S7 draait de motor M2 20 slagen rechtsom, zodat de doos één laag

opschuift.

– Zodra de uitgang van teller 2 actief is en die van teller 3 nog niet, wordt terug-

gesprongen naar stap S2. Daar worden de tellers 1 en 2 gereset.

– In stap S10 gaat M2 linksomdraaien en teller 4 wordt gevoed met pulsen van

signaalgever y.

– Na veertig pulsen wordt de uitgang van teller 4 actief en wordt doorgestapt

naar de paraatstap.

– In stap S1 worden de tellers 3 en 4 gereset.



73 73



Sequential

Function Chart

95


74 74

74 74


5 . 1 A l g e m e n e w e r k i n g

Een sequential function chart is een zeer duidelijke grafische beschrijving van de

volgorde in processen. De principes van de SFC zijn zo eenvoudig dat zowel

opdrachtgevers als technici zich deze gemakkelijk eigen kunnen maken. Ook kan

de SFC tijdens het zoeken naar storingen als hulpmiddel dienen voor de storings-

monteur. Een voorbeeld van een enkelvoudige sequentie is de indextafel van

figuur 5.1.

Figuur 5.1 Indextafel

Een indextafel dient voor stapsgewijs verdraaien en positioneren van producten.

De tafel bestaat uit een frame A waarin en waarop de volgende componenten zijn

aangebracht:

– Blad B, uitgerust met een krans van gaten C. De as is draaibaar opgesteld om

as D.

– Transportcilinder E die via pen G verbonden is met arm F. Door middel van

cilinder E kan arm F worden verdraaid.

– Koppelcilinder H die haaks is gemonteerd op arm F. Door deze koppelcilin-

der kan arm F worden verbonden met blad B. Arm F wordt dan verbonden

met blad B door de zuigerstang van koppelcilinder H te laten lopen in één van

de tegenoverliggende gaten C.

– Arrêteercilinder L vergrendelt het blad B door de zuigerstang te laten lopen

in één van de tegenoverliggende gaten C.

blad B

frame A

gaten C

koppel-cilinder H

arrêteer-cilinder L

transport-cilinder E

aanslag K

vrijloop

arm F

as D

pen G

aandrijving


70 Sequential Functionchart

75 75

75 75

11699 S E Q U E N T I A L F U N C T I O N C H A R T

Door deze constructie is het mogelijk om blad B met stappen 15° te laten draaien.

Cilinder E, cilinder H en cilinder L worden aangestuurd met ventielen.

De opdracht E+ betekent cilinder E uit. E– betekent cilinder E in. Voor de twee

andere cilinders gelden overeenkomstige opdrachten.

Op de cilinders zijn twee sensoren gemonteerd die de in-stand en de uit-stand van

de cilinders detecteren. De sensoren op cilinder E worden aangegeven met e0 en

e1, die op de beide andere cilinders hebben een overeenkomstige aanduiding. In

figuur 5.2 zien we de SFC om deze indextafel 90° te laten draaien.

Figuur 5.2 SFC van de indextafel

h

l

e

l

e

start

1

1

1

0

0

H+

L

E+

L+

E

S0

S1

S2

S3

S4

S6

arm F koppelen aan blad B

blad B vrijmaken

blad B en arm F 90 draaien

blad B vergrendelen

o

arm F 90 terugdraaieno

h

S5 arm F ontkoppelen van blad B

0

H


Sequential Functionchart 71

76 76

76 76


Het procesverloop in een SFC wordt bepaald door de verbindingen en over-

gangsvoorwaarden tussen de stappen. Door de verbindingen in het netwerk vol-

gen de stappen elkaar op, en door de overgangsvoorwaarden tussen de stappen

kunnen ze elkaar nooit overlappen. Dit werkt als volgt:

– Een overgang van de ene naar de andere stap vindt plaats als:

– de voorgaande stap actief is

– en de overgangsvoorwaarde waar is.

– Gevolg is dat:

– de volgende stap actief wordt

– en de voorgaande stap niet-actief gemaakt wordt.

De stappen, verbindingslijnen en overgangsvoorwaarden beschrijven dus het

procesverloop afhankelijk van de informatie in het proces.

5 . 2 S F C - b a s i s e l e m e n t e n

Stap

Een stap is een stabiele toestand in een SFC-netwerk. Een stap kan twee toestan-

den aannemen, namelijk actief of niet-actief. Aan de stap kan een nummer gege-

ven worden of een toestandsbenaming. Zie figuur 5.3a. De naam van een stap

mag niet te lang zijn, anders is die niet te verwerken in het diagram.

a benamingen van een stap b initiële stap

Figuur 5.3 Voorbeelden van een overgangsvoorwaarde

Initiële stap

In elk netwerk is een initiële stap opgenomen die actief wordt als het proces

begint. Zie figuur 5.3b. De overige stappen van het netwerk zijn dan niet-actief.

Elk SFC-netwerk heeft altijd maar één initiële stap. Deze stap plaatsen we altijd

aan het begin van het netwerk.

S10 vullen

{naam}

initiële stap



77 77

77 77


Overgangsvoorwaarde

In een verbindingselement mag slechts één overgang voorkomen. Een overgangs-

voorwaarde is een vergelijking die als resultaat een 0 of 1 geeft. In figuur 5.4 zien

we vier voorbeelden van overgangsvoorwaarden.

Figuur 5.4 Voorbeelden van een overgangsvoorwaarde

Actie

De actie die verbonden is met een stap, wordt uitgevoerd als de stap actief is.

Soms moeten verscheidene acties gelijktijdig worden uitgevoerd. In dat geval

kunnen we de acties direct aan elkaar koppelen. Zie figuur 5.5.

Figuur 5.5 Twee manieren van koppeling van acties

5 . 3 A c t i e p a r a m e t e r s

Actieparameter voor duurcommando's

Het kan zijn dat een stap geactiveerd wordt en kort daarna gedeactiveerd, zonder

dat alle acties geheel zijn uitgevoerd. Om dit te voorkomen kunnen we actiepa-

rameters gebruiken.

a en b of covergang

overgangsvoorwaarde(transition condition)

overgang

overgangsvoorwaarde

(a · b) + c

overgang

overgangsvoorwaarde

& > 1

a

b

covergang

overgangsvoorwaarde

a

c

b

actie A

actie B

actie C

actie A actie B actie C



78 78

78 78


Met de toevoeging van de actieparameter S (Stored) wordt bijvoorbeeld een actie

geset door het actief worden van de gekoppelde stap. Dit houdt in dat de uitvoe-

ringstijd blijft voortduren na het niet actief worden van deze gekoppelde stap.

Het resetten is gekoppeld aan één van de volgende stappen en gebeurt eveneens

met actieparameter S. Boven de actie wordt nu echter een inversestreep geplaatst.

Zie figuur 5.6.

a SFC-netwerk b Signaal-tijd diagram

Figuur 5.6 Actieparameter S

Actieparameters voor tijdsintervallen

De uitvoering van een actie met de actieparameter L (Limited) wordt gestart door

het actief worden van de gekoppelde stap. Het eindpunt wordt bereikt als de

ingevoerde tijdsinterval T is verstreken of als de gekoppelde stap niet-actief

wordt. Zie figuur 5.7.

De uitvoering van een actie met de actieparameter D (time Delayed) wordt

gestart na het verstrijken van het ingevoerde tijdsinterval. De actie wordt beëin-

digd door het niet-actief worden van diezelfde stap. Als het tijdsinterval groter is

dan de activeringstijd van de stap, wordt de actie niet uitgevoerd. Zie figuur 5.8.

overgang d

S actie X

overgang e

actie XS

S12

S18

t

overgang d

actie X

overgang e

S12

S18



79 79

79 79


Figuur 5.7 Actieparameter L

Figuur 5.8 Actieparameter D

overgang f

Lactie Q

S13L = 3 s

t

overgang f

actie Q

3 s

S13

t

overgang f

actie Q

3 s

S13

b Stap 13 > 3 sec c Stap 13 < 3 sec

a SFC-netwerk

overgang g

Dactie PD = 2 s

S14

t

overgang g

actie P

2 s

S14

t

overgang g

actie P

2 s

S14

a SFC-netwerk

b Stap 14 > 2 sec c Stap 14 < 2 sec



80 80

80 80


De uitvoering van een actie met de actieparameter P (Pulse shaped) wordt gestart

door het actief worden van de gekoppelde stap. De actie wordt beëindigd na het

verstrijken van een scantijd van de PLC. Zie figuur 5.9.

De scantijd van een PLC is de tijd die de PLC nodig heeft om het programma een-

maal te lezen. De breedte van de puls hangt dus af van de lengte van het pro-

gramma.

a SFC-netwerk b Actie Y treedt een scantijd in werking

Figuur 5.9 Actieparameter P

Voorwaardelijke actieparameter

Een actie met de actieparameter C (Conditional) is gekoppeld aan een voor-

waarde. De voorwaarde geven we weer met een streepje haaks op de actie. Zie

figuur 5.10.

a SFC-netwerk b Stap 19 én voorwaarde a zijn actief

Figuur 5.10 Actieparameter C

De uitvoering van de actie wordt gestart als:

– de aan de actie gekoppelde voorwaarde waar is

– en de gekoppelde stap actief is.

overgang c

P actie YS11

t

overgang c

actie Y

S11

overgang n

C actie L

voorwaarde a

S19

t

overgang n

actie L

voorwaarde a

S19



81 81

81 81


De uitvoering van de actie wordt beëindigd:

– als de aan de actie gekoppelde voorwaarde niet waar wordt

– of als de gekoppelde stap niet-actief wordt.

Gecombineerde actieparameters

We kunnen actieparameters ook combineren. De volgorde van de letters geeft

de volgorde van afhandeling aan. Een voorbeeld is SL. Dit betekent dat eerst de

specifieke actieparameter Store actief wordt en vervolgens de actieparameter

time Limited. Veel voorkomende combinaties zijn SD, DS en SL.

5 . 4 B a s i s m a n i p u l a t i e s

Voorwaardelijke herhalingen

Met de function chart kunnen we in beeld brengen dat één of meer acties

herhaald moeten worden totdat aan een bepaalde voorwaarde is voldaan.

Dit realiseren we in de voorwaardelijke herhaling. Zie figuur 5.11.

Figuur 5.11 Voorwaardelijke herhaling

1b

B+

t0

B_

h

a1

A

= 3 sTtimer

0

A_

+

St

b 0.

a 0

ini

0b h.

S2

S1

S3

S4

S5

S0

stap set reset

S0

1S

S2

3S

S4

5S

s

s

s

s 2

5

4

3

s1

s0

1s

s 4

s

s

3

2

s 5

1a s4 .

.

.

.

.

.

s t

hb .0.

1b

0t

b h0 .

=

=

=

B

B_

A_

+

=A+

T0 =

acties

h

5s

2

3

4

s

s

s

1s

0s

+ s2


ini. a0 +

+



82 82

82 82


Nadat cilinder A is uitgelopen, zien we in dit voorbeeld dat cilinder B uitloopt en

enige tijd in de uitgeschoven stand T0 blijft staan. Nadat de schuifvoorwaarde t0is gesignaleerd, loopt door S4 de cilinder B weer in. Afhankelijk van een externe

sinaalgever h wordt vanaf stap S4 teruggesprongen naar stap S2.

Dus:

– b0 = terugspringen naar S2, stap S4 resetten door s2;

– b0 h = doorschuiven naar S5, stap S4 resetten door s5.

Bij een herhaling tekenen we de herhalingslijn altijd aan de linkerzijde van de

stappen.

Voorwaardelijke sprongen

Als we aan bepaalde voorwaarden voldoen, kunnen we ook een sprong in de

besturing maken. Dat wil zeggen dat we een aantal stappen overslaan of naar een

ander deel van de besturing springen. In figuur 5.12 springen we naar stap S4.

De formules zien er als volgt uit:

Figuur 5.12 Voorwaardelijke sprong

Aan de noteringen in de function chart zien we ook dat cilinder A monostabiel

is uitgevoerd. Het duurcommando realiseren we door de actie A+ te activeren bij

de stappen S1, S2 en S3. Zodra stap S4 actief wordt, vervalt actie A+ en gaat de

cilinder A door het monostabiele hoofdschakelelement naar zijn ruststand.

h

1b

B+

B_

A

A

+

St

b 0

a 0

ini

+A

A+

in

S0

S1

2S

3S

4S

stap set reset

S0

1S

S2

3S

S4

s

s

s 2

4

3

s1

s0

1s

s

s

3

2

. 0a

1a

s1

+ ini

.

.

.

.

.

s t

v.1b

b0

=B

B_

+

=A+

=

acties

0s

2

3

4

s

s

s

1s

+ s4


v

. v

+ a1 .

+ s2 3+ s

va1.. a.. 1



83 83

83 83


Bij monostabiel bediende cilinders geven we het inlopen van de cilinder aan met

bijvoorbeeld Ain.

Dus:

– bistabiel met A+ en A–;

– monostabiel met A+ en Ain.

De voorwaardelijke sprong gebruiken we vaak als een noodstop of als we een

gecontroleerde stopprocedure moeten uitvoeren. In figuur 5.13 zien we de

diagrammen van een noodstopprocedure en een gecontroleerde noodstop-

procedure.

a noodstopprocedure b gecontroleerde noodstopprocedure

Figuur 5.13 Voorbeelden voorwaardelijke sprong

Als extra voorwaarde voor de gecontroleerde noodstop geldt dat na een stop-

signaal de acties direct stoppen en cilinder B direct terugloopt. Nadat gesigna-

leerd is dat deze in de ruststand staat, komt cilinder A terug.

1b

B+

t0

B_

a1

A

T0

+

St

b 0.

b 0

_A

0a

_A

B_

0a

Sp

Sp

Sp

a 0

B

0

_

b.

A_

0t

1b

a1

0Tn

+B

+A

n

St

n

ini ini

S2

S1

S3

S4

S0 0S

1S

2S

3S

4S

6S

5S



84 84

84 84


Het is niet toegestaan een echte noodstop in de software op te nemen. Een nood-

stop moet direct op het uitvoerorgaan ingrijpen. Een elektromotor moet bijvoor-

beeld direct van het net worden afgeschakeld, zonder tussenkomst van de PLC.



besturingstechniek

Documents

Transcript of besturingstechniek