Программируемые логические контроллеры

Программируемый логический контроллер

Программируемые логические контроллеры или ПЛК представляют собой микропроцессорные контроллеры, которые используются в автоматизации управления машинами в промышленности. ПЛК является частью семейства компьютеров с программируемой памятью, в котором хранится инструкция для выполнения различных задач, таких как логика, синхронизация, подсчет, последовательность и арифметика для управления машинами и автоматизации процессов.

В прежние времена промышленная автоматизация осуществлялась со сложными системами управления на основе реле. Эта система управления электромеханическим реле базировалась на большой мощности, огромном износе и требовала регулярного обслуживания и замены запчастей.

В качестве альтернативы этим сложным системам управления компаний General Motors (GM) была разработана новая система со следующими требованиями: простое программирование, низкая стоимость обслуживания и надежная система управления реле. Таким образом, первый в мире программируемый логический контроллер был разработан в 1968 году.

 

 

Программируемые логические контроллеры - лучший выбор для экономичных решений автоматизации и выполнения промышленных операций, от простых до сложных. В настоящее время ПЛК становится неотъемлемой частью систем управления производственными процессами и автоматизации производства.

Они могут обеспечить идеально оптимизированные решения для промышленной среды благодаря широкому спектру преимуществ, таких как высокая и надежная производительность, отличная гибкость для подключения входов / выходов (ввода / вывода), большей точности и надежности, благодаря встроенным функциональным блокам и т. д.

 

Аппаратное обеспечение программируемого логического контроллера

 

Программируемый логический контроллер (PLC) - это промышленный компьютер, который принимает параметры реального времени от различных датчиков и управляет выходными устройствами на основе логики, реализованной в ее программе. ПЛК заменяет управляемые устройства, такие как таймеры, реле, счетчики и секвенсоры с запрограммированными инструкциями и компонентами.

На приведенном ниже рисунке показаны основные аппаратные компоненты. Типичная система  состоит из таких компонентов, как блок питания, процессор, блок памяти, устройство программирования, модули ввода и вывода.

 

 

ЧПУ, процессор и контроллер: Операции в ПЛК управляются и обрабатываются главным центральным процессором (ЧПУ). Он содержит арифметическую и логическую единицу для выполнения манипуляций с данными и логических операций. ЧПУ считывает состояние устройства ввода и выполняет управляющую программу для управления нагрузкой.

Блок памяти: в нем хранятся инструкции, необходимые для запуска программы, данные, которые должны обрабатываться от входных датчиков, и данные, которые должны быть отправлены для выходных устройств. Он состоит из ПЗУ как постоянного хранилища для операционной системы и других данных, используемых ЦП. ОЗУ используется для хранения пользовательской программы, состояния различных устройств ввода и вывода и данных истории различных устройств.

Блок питания: блок питания обеспечивает необходимую мощность. Он преобразует напряжение сети переменного тока в низкое напряжение постоянного тока в соответствии с требованиями, необходимыми для питания процессора и других схем в модулях ввода, вывода и связи. Большинство систем работают при напряжении 230 В или 24 В постоянного тока.

 

Модули входа / выхода: Модули входа и выхода образуют физические подключения к внешним модулям и к главному контроллеру. Модули входа / выхода, это датчики и исполнительные механизмы, которые позволяют системе взаимодействовать с внешним миром. ПЛК обычно состоит из большого количества каналов для входных и выходных устройств со встроенными схемами выделения и формирования сигнала, так что каждый датчик и исполнительный механизм могут быть подключены непосредственно к ПЛК без каких-либо внешних схем.

Модули входа / выхода могут быть либо фиксированными, то есть контроллер и вход-выход находятся вместе или модульно, то есть вход / выход можно легко установить на съемные стойки. Наиболее часто используемые устройства входа / выхода включают в себя:

1. Цифровые модули ввода

2. Цифровые модули вывода

3. Модули аналогового ввода

4. Модули аналогового вывода

5. Специальные модули

Устройство программирования и программирование. Сердцем ПЛК является процессор, и нам необходимо запрограммировать процессор в соответствии с необходимым требованием. Обычно программная часть реализуется с использованием специального языка и обычно является графическим методом. Программа для ПЛК может быть разработана инженерами, без больших знаний в области компьютеров или программирования.

Программа должна быть загружена в память с использованием внешних программистов, и контроллер контролирует входные и выходные устройства в соответствии с этой программой.

Дополнительное оборудование: помимо вышеупомянутых компонентов некоторые дополнительные компоненты, такие как разъемы для подключения внешних модулей (USB, RS232, SD-карта и т. д.), Интерфейс связи для подключения к сети (Ethernet), шины и т. д.

 

Основная работа ПЛК

Работа  может быть отнесена к четырем основным этапам работы:

- Начальная настройка

- Чтение данных с входов

- Выполнение инструкций

- Управление периферийными устройствами выхода

На следующем рисунке показана базовая блок-схема работы ПЛК. Этот поток является примерной работой и не обязательно отражает фактический рабочий поток.

Всякий раз, когда ПЛК включен, он загружает все необходимые инструкции и функции и соответственно проверяет неисправности в аппаратном и программном обеспечении. Этот этап называется самотестированием, во время которого выполняется проверка ошибок во всех карточках.

Если ошибок нет, процессор считывает входные значения из различных модулей ввода (к которым подключаются различные датчики) и копирует их значения в память. Это называется стадией сканирования ввода.

Следующий этап - выполнить программу, которая также называется логическим сканированием. Во время этого входные данные из памяти сравниваются и обрабатываются логической программой (программа релейной логики или любой другой тип программы), и соответственно выходные значения обновляются во временной памяти.

И завершающим этапом является выходное сканирование, в течение которого выходы, подключенные к модулю выхода, будут обновляться с использованием значений, хранящихся во временной памяти при логическом сканировании. Обычно этот процесс повторяется от 10 до 100 раз в секунду.

Мы увидим пример ПЛК, работающий в отрасли лесозаготовок в режиме реального времени. На следующем рисунке показана работа программируемого логического контроллера для выполнения автоматической работы резака.

Эта система состоит из поворотного датчика, режущего лезвия с пневматическим поршневым устройством и блока программируемого логического контроллера. ПЛК запрограммирован таким образом, что при желаемой длине деревянной детали, выход будет приводить в движение пневматический поршень.

ПЛК также предлагает варьировать программу в соответствии с желаемой длиной деревянной детали. Он сканирует вход от поворотного датчика, который измеряет расстояние перемещения деревянного блока. На основе программы ПЛК сравнивает входные данные и соответственно отправляет выходные данные на резак.

 

Преимущества ПЛК

-  строятся прочно и используются в отраслях, где они должны выдерживать строгие температуры, влажность, вибрации и другие экстремальные условия эксплуатации.

-  устраняют сложную схему, связанную с традиционными системами управления на основе реле.

-  работают быстро, а время отклика очень незначительно.

- Программируемые логические контроллеры могут иметь модульный дизайн и модули plug and play.

- Программу для них можно легко модифицировать и обновлять ее функциональные возможности для повторного подключения релейных цепей. Кроме того, процесс устранения неполадок для аппаратных и программных модулей упрощен.

 

Приложения программируемых логических контроллеров (PLC)

- Программируемые логические контроллеры оптимизированы для промышленной среды для управления процессами.

-  используются практически во всех отраслях промышленности, таких как автомобильная, химическая, пищевая, металлургическая, горнодобывающая, энергетическая и т. д. Для решения различных задач, таких как механическая обработка, транспортировка материалов, упаковка, краны, управление отходами и т. Д.

 

Языки программирования

Программирование не является сложным процессом, по сравнению с другими языками компьютерного программирования. Основным преимуществом ПЛК является то, что он позволяет нескольким языкам в пределах одного контроллера запрограммировать его.

Поэтому пользователь (или разработчик программы) должен выбрать наиболее подходящий язык для разработки логики для конкретного приложения. Программная модель и языки программирования соответствуют стандарту IEC 1131-3. Пять языков, рекомендованных этим стандартом обсуждаются ниже.

 

Список инструкций (IL)

Это язык низкого уровня, и он аналогичен программированию на языке ассемблера. Он состоит из многих строк кода, где каждая строка представляет собой ровно одну операцию. Если эта программа написана с использованием инструкций, определенных IEC, программа может быть легко перемещена в разные ПЛК, совместимые с IEC. Он хорошо подходит для небольших приложений, которые включают простые математические функции. Этот язык намного компактнее и требует меньше места в памяти.

Однако, этот язык не является удобным для пользователя и не очень мощным. Кроме того, выполнение сложных функций, таких как PID и сложные математические вычисления, требует больших усилий. Список инструкций для управления нагрузкой из двух источников путем реализации логики ИЛИ приведен ниже с соответствующей диаграммой лестниц.

 

LD% I1.1 (* бит ввода нагрузки *)

ИЛИ% M1 (* OR M1 с результатом предыдущего результата *)

ST% Q2.3 (* Установить выходной бит *)

 

Структурированный текст (ST)

Это текстовый язык высокого уровня, похожий на BASIC и Pascal. Он может справиться со сложной программой, реализовав функции управления процессом, исчисление, тригонометрию и анализ данных намного проще, чем программирование на реле и(IL).

Кроме того, он работает намного быстрее, чем IL и легко переносится на любые другие аппаратные ПЛК IEC с очень небольшим количеством изменений. Пользователям, которые обучались на языках с высоким уровнем текста, было бы удобно со структурным текстовым языком.

Однако он не подходит для устранения неполадок и несколько незнакомы для обслуживающего персонала. Ниже приведен язык программирования текстового языка для нагрева и охлаждения ВКЛ и ВЫКЛ в зависимости от температуры.

IF (TEMP> 20) THEN

HEATER: = OFF;

COOLER: = ON;

ELSIF (TEMP> 19)

HEATER: = ON;

COOLER: = OFF;

END_IF;

 

 

Релейные диаграммы (LD)

Наиболее широко используемым языком программирования является релейная логика, которая придумана для замены жестких систем управления ретрансляцией.

Это простой и широко распространенный язык, даже программист с электрическим знанием, способный понимать и устранять неполадки в программе. Это графический тип языка, состоящий из нескольких логических функций между ступеньками и рельсами питания.

На приведенном выше рисунке показана схема проводной релейной диаграммы для системы управления насосом, в которой горизонтальные линии называются ступеньками, а вертикальные две линии на концах ступени называются рельсами питания. Левая направляющая представляет собой линию или провод источника питания, а правая боковая направляющая - нейтральная шина питания (общий вывод питания).

В эквивалентной программе PLC для управления насосом приведена ниже, которая похожа на жесткую логику, состоящую из ступеней и рельсов питания. Каждая отдельная ступенька состоит из одной или нескольких инструкций ввода с левой стороны и одной или нескольких команд вывода с правой стороны.

В этом случае команды ввода Исследуйте Если открыто (XIO) и «Проверить, если закрыто» (XIC), аналогичны контактам реле, в то время как выходная команда Output Energize (OTE) аналогична катушке реле. Эти выходные и входные инструкции, связанные с проводами, как показано на рисунке.

 

Функциональная блок-схема

Это также графический язык и является вторым наиболее широко используемым языком программирования. Он состоит из различных функциональных блоков, которые являются многократно используемыми программными элементами, состоящими из одного или нескольких входов и одного или нескольких выходов.

Эти функциональные блоки включают логические счетчики, таймеры, PID, блоки преобразования данных и т. Д. Однако в этом стиле программирования требуется большое количество пространства экрана.

На приведенном выше рисунке показана функциональная блок-схема простого блока управления лампой от двух входных источников, то есть от пусковых и стоповых переключателей. Три логических функциональных блока OR, NOT и AND подключены в этом примере для создания логики управления. Если нажать кнопку пуска, выход становится реальным и светится.

Выходной сигнал системы запускается при логической функции ИЛИ, поэтому после нажатия кнопки запуска лампочка будет продолжать светиться, даже если кнопка запуска выключена, если кнопка останова должна находиться в состоянии ВЫКЛ, как показано ниже.

 

Последовательная функциональная схема

Это графический язык программирования, который похож на компьютерные блок-схемы. Этот тип программ управляет системой  последовательностью шагов и переходов.

Он состоит из блоков действий, где каждый блок может быть запрограммирован на любом языке, о котором мы говорили выше. Каждый блок активен до тех пор, пока не будет активирован следующий шаг перехода. Когда текущее поле выключено, следующий шаг в последовательности активен и так далее.

На приведенном выше рисунке показано программирование блок-схемы процесса смешивания, где процесс разделен на переходы. Каждый переход выполняется последовательно до выполнения условия для каждого перехода.

Предположим, что если емкость для мешалки должна быть заполнена двумя жидкостями до определенного уровня, то смеситель должен быть включен в течение нескольких минут и, наконец, смешанное содержимое прошло (опорожнение резервуара) в другой резервуар.

Этот последовательный процесс выполняется на приведенном выше рисунке. Каждый переход может быть запрограммирован на любом языке программирования. Компания "Промтэк" предлагает программируемые логические контроллеры только самых известных мировых производителей Дельта Электроникс (Delta Electronics, Inc.), Simens simatix, Pepperl+Fuchs, Шнайдер Schneider Electric и т.д.

С гарантией качества!