PLC a pneumatika

Poznámka

V STEMlabe máme dve PLC platformy – priemyselné Siemens SIMATIC S7-1200 a moderné Arduino Opta – a elektropneumatický cvičný panel Hafner napájaný stlačeným vzduchom z kompresora (6 bar).

Upozornenie

BOZP – bezpečnosť práce s PLC a pneumatikou

Stlačený vzduch a elektrické obvody môžu spôsobiť zranenie – pred zapojením vždy over správnosť schémy s vyučujúcim.
Nikdy nemier hadicu so stlačeným vzduchom na seba ani na spolužiaka.
Pred odpojením pneumatickej hadice vždy najprv uzavri prívod vzduchu a odvzdušni obvod.
Elektrické zapojenie kontroluj vždy s vypnutým napájaním.
Pri akejkoľvek poruche alebo neistote okamžite vypni napájanie a privolaj vyučujúceho.

Siemens SIMATIC S7-1200

S7-1200 je kompaktný priemyselný PLC, ktorý sa programuje v prostredí TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal). Používa sa v praxi v baliacich, výrobných a spracovateľských linkách.

Programovacie jazyky

PLC podľa normy IEC 61131-3 podporuje viacero jazykov – v STEMlabe sa zameriavame hlavne na:

Ladder Diagram (LD) – grafický jazyk podobný elektrickej schéme, najľahší na začiatok
Function Block Diagram (FBD) – logické funkčné bloky
Structured Text (ST) – textový jazyk podobný Pascalu

Základný postup v TIA Portal

Vytvor nový projekt a vlož hardvér – konkrétny model CPU (napr. CPU 1214C).
V Device configuration over priradenie vstupov/výstupov (I/O).
Napíš program v Main [OB1] – hlavnom programovom bloku.
Klikni Compile a over, že nie sú chyby.
Pripoj sa k PLC (Online) a nahraj program (Download).
Spusti simuláciu cez PLCSIM, alebo testuj priamo na fyzickom PLC.

Tip

TIA Portal má vstavaný simulátor PLCSIM – program môžeš odskúšať aj bez pripojeného fyzického PLC.

Mini-úloha – Siemens

V TIA Portal vytvor nový projekt pre CPU 1214C.
Naprogramuj jednoduchý obvod: tlačidlo (vstup I0.0) zapína výstup Q0.0.
Over funkčnosť v PLCSIM.
Uprav program tak, aby výstup zostal zapnutý aj po uvoľnení tlačidla (samodržný obvod).

Arduino Opta

Arduino Opta je moderný mikro-PLC, ktorý kombinuje priemyselný PLC prístup s flexibilitou Arduina.

Hardvér

procesor STM32H747 (Arm Cortex-M7 + M4)
8 konfigurovateľných digitálnych/analógových vstupov (12–24 V digitálne, 0–10 V analógové)
4 elektromechanické relé výstupy (250 V AC, 10 A)
Ethernet 10/100 (TCP/IP, Modbus TCP)
programovanie cez USB-C

Programovanie

Arduino Opta sa programuje v PLC IDE (zdarma) – podporuje všetkých 5 jazykov normy IEC 61131-3 (LD, FBD, ST, SFC, IL), a navyše vie kombinovať PLC logiku s klasickým Arduino sketchom (C/C++) v tom istom programe.

PLC IDE
├── PLC program (Ladder/ST/...)   ← riadiaca logika
└── Arduino sketch (C/C++)        ← zdieľané premenné s PLC programom

Tip

Vďaka Ethernetu vie Opta komunikovať aj s nadradeným systémom alebo cloudom (Arduino Cloud) – vhodné na IoT projekty nad rámec klasického PLC.

Mini-úloha – Opta

Pripoj Arduino Opta cez USB-C a otvor PLC IDE.
Vytvor nový projekt, vyber jazyk Ladder Diagram.
Naprogramuj rovnaký obvod ako pri Siemens cvičení – tlačidlo na vstupe zapína relé výstup.
Nahraj program do Opty a over funkčnosť na reálnom vstupe/výstupe.

Elektropneumatický panel Hafner

Cvičný panel Hafner spája elektrické riadenie (PLC alebo tlačidlá) s pneumatickými prvkami – valcami, ventilmi a snímačmi. Vzduch dodáva kompresor pod tlakom 6 bar.

Hlavné prvky panela

piestové valce – jednočinné a dvojčinné, vykonávajú priamy pohyb
elektromagnetické ventily (solenoidy) – ovládajú smer prúdenia vzduchu do valca, spínané elektrickým signálom z PLC alebo tlačidla
škrtiace ventily – regulujú rýchlosť pohybu valca
snímače koncových polôh – informujú PLC, či je valec vysunutý/zasunutý

Postup pripojenia

Kompresor (6 bar) → hlavný uzáver → rozvod vzduchu → solenoidový ventil → valec
                                                              ↑
                                                    elektrický signál z PLC

Skontroluj, že hlavný uzáver vzduchu je zatvorený pred akýmkoľvek zapojením.
Zapoj elektrické vodiče medzi PLC (alebo tlačidlový panel) a solenoidové ventily.
Pripoj pneumatické hadice medzi rozvod, ventily a valce.
Až po kontrole vyučujúcim otvor hlavný uzáver vzduchu.
Testuj obvod krátkymi impulzmi, sleduj pohyb valca.

Upozornenie

Tlak 6 bar je dostatočný na to, aby voľná hadica spôsobila zranenie švihnutím. Pred otvorením uzáveru sa uisti, že všetky hadice sú riadne nasadené a zaistené.

Mini-úloha – Hafner panel

Identifikuj na paneli jednočinný a dvojčinný valec.
Zapoj jednoduchý obvod: tlačidlo → solenoidový ventil → vysunutie valca.
Pridaj škrtiaci ventil a sleduj zmenu rýchlosti pohybu valca.
S vyučujúcim over zapojenie snímača koncovej polohy a jeho signál do PLC.

Cheat sheet – rýchla referencia

TIA Portal:  Device configuration → Main [OB1] → Compile → Download → Online test
PLCSIM:      simulácia PLC bez fyzického hardvéru
Opta PLC IDE: PLC program (LD/ST/FBD/SFC/IL) + Arduino sketch v jednom projekte
Hafner panel: kompresor (6 bar) → ventil → valec, ovládané z PLC alebo tlačidla
BOZP:        vypnuté napájanie pri zapájaní, zatvorený vzduch pri odpájaní hadíc

Postup sa ukladá iba v tomto prehliadači.