Рабочий принцип и основы программирования ПЛК

Программируемые логические контроллеры (ПЛК)

Плк

До возникновения твердотельных логических схем разработка систем логического управления основывались на электромеханических реле. По сей день реле не устарели в собственном назначении, но все таки в определенных собственных старых функциях они заменены контроллером.
В сегодняшней промышленности есть огромное количество различных систем и процессов, требующих автоматизации, однако сейчас подобные конструкции нечасто разрабатываются из реле.

Современные процессы производства нуждаются в устройстве, которое запрограммировано на выполнение разных логических функций. Во второй половине шестидесятых годов двадцатого века компания из Америки «Bedford Associates» разработала компьютерное устройство, названное MODICON (Modular Digital Controller). Позднее наименование устройства стало наименованием подразделения компании, спроектировавшей, сделавшей и продавшей его.

Прочие компании разработали свои версии данного устройства, и, в конце концов, оно стало известно как ПЛК, или программируемый закономерный контроллер. Целью программируемого контроллера, способного моделировать работу приличного количества реле, была замена электромеханических реле на логические детали.
ПЛК имеет набор входных клемм, благодаря которым можно контролировать состояние датчиков и выключателей.

Также имеются выходные клеммы, которые сообщают «большой» или «невысокий» сигнал индикаторам питания, электромагнитным клапанам, пускателям, маленьким двигателям и иным самоконтролируемым устройствам.
ПЛК легки в программировании, так как их программный язык напоминает логику работы реле.

Так простой заводской электрик или инженер-электрик, привыкший читать схемы релейной логики, будет ощущать себя удобно и при программировании ПЛК на выполнение тех же функций.
Подключение сигналов и стандартное программирование немного отличаются у разнообразных моделей ПЛК, однако они достаточно схожи, что дает возможность расположить тут «общее» введение в программирование данного устройства.

Следующая картинка показывает простой ПЛК, а если быть точным то, как он выглядит в передней части. Две винтообразные клеммы, обеспечивающие подключение для внутренних цепей ПЛК напряженим до 120 В электрического тока, помечены L1 и L2.

Шесть винтовых клемм, расположенных с левой стороны, предоставляют подключение для входных устройств. Каждая клемма представляет собственный входной канал (Х).

Дешёвый ПЛК из Китая LOLLETTE FX3U-48MR с расширенными возможностями

Винтовая клемма («общее» подключение ) находящаяся в левом нижнем углу в большинстве случаев подсоединяется к L2 (нейтральная) источника тока напряжением 120 В электрического тока.

Плк

В середине корпуса ПЛК, связывающего каждую входную клемму с общей клеммой, находится оптоизолятор устройства (светоизлучающий диод), который обеспечивает электрически отделенный «большой» сигнал для схемы компьютера ( фототранзистор интерпретирует свет светоизлучающего диода), когда 120-тивольтный электрический ток ставится между подобающей входной клеммой и общей клеммой. Светоизлучающий диод на лицевой панели ПЛК предоставляет возможность понять, какой вход расположена под напряжением:

Плк

Выходные сигналы генерируются компьютерной схемотехникой ПЛК, активируя переключающее устройство (транзистор, тиристор либо даже электромеханическое реле) и связывая клемму «Источник» (правый нижний угол) с любым помеченным буквой Y выходом. Клемма «Источник» в большинстве случаев связывается с L1.

Также, как и каждый вход, каждый выход, находящий под напряжением, отмечается при помощи светоизлучающего диода:

Плк

Подобным образом, ПЛК подключается к любым устройствам, таким как переключатели и электромагниты.
Основы программирования ПЛК

Современная логика системы управления вмонтирована в ПЛК при помощи программы на компьютере. Данная программа определяет, какие выходы находятся под напряжением и при каких входных условиях. Хотя сама программа напоминают схему логики реле, в ней не существует никаких контактов переключателя или катушек реле, действующих в середине ПЛК для создания связей между входом и выходом.

Эти контакты и катушки мнимые. Программа пишется и просматривается при помощи личного компьютера, подключенного к порту программирования ПЛК.

Рассмотрим очередную схему и программу ПЛК:

Плк

Когда кнопочный переключатель не задействован (будет в не нажатом состоянии), сигнал не посылается на вход Х1. В соответствии с программой, которая показывает «открытый» вход Х1, сигнал не будет посылаться и на выход Y1. Подобным образом, выход Y1 остается обесточенным, а указатель, подключенный к нему, погасшим.

Если кнопочный переключатель нажат, сигнал будет отправлен к входу Х1. Все контакты Х1 в программе примут активированное состояние, словно они считаются контактами реле, активированными при помощи подачи напряжения катушке реле, названной Х1.

В данном случае открытый контакт Х1 будет «закрыт» и отправит сигнал к катушке Y1. Когда катушка Y1 будет располагаться под напряжением, выход Y1 осветится лампочкой, подключенной к нему.

Плк

Необходимо понимать, что контакт Х1 и катушка Y1 соединены при помощи проводов, а «сигнал», возникающий на мониторе компьютера, виртуальный. Они не существует как настоящие электрические элементы. Они присутствуют только в компьютерной программе — часть ПО — и только лишь напоминают то, что происходит в схеме реле.

Не менее нужно усвоить, что компьютер, применяемый для написания и редактирования программы, не необходим для последующего применения ПЛК. После того, как программа была загружена в программируемый контроллер, компьютер можно выключить, и ПЛК своими силами будет делать программные команды.

Мы включаем дисплей личного компьютера в иллюстрации для того, чтобы вы убедились связь между настоящими условиями (замыкание переключателя и статусы лампы) и статусы программы (сигналы через виртуальные контакты и виртуальные катушки).
Подлинная мощь и многофункциональность ПЛК раскрывается, когда мы хотим поменять поведение системы управления. Потому как ПЛК считается программируемым устройством, мы можем поменять, команды, которые мы задали, без перенастройки элементов, подключенных к нему.

Например, что мы решили функцию «переключатель – лампочка» перепрограммировать наоборот: нажать кнопку, чтобы выключить лампочку, и выпустить ее, чтобы включить.
Решение этой задачи в настоящих условиях состоит в том, что выключатель, «открытый» при нормальных условиях, заменяется на «закрытый».

Программное ее решение – это изменение программы таким образом, чтобы контакт Х1 при нормальных условиях был «закрыт», а не «открыт».
На другом изображении вы сможете увидеть уже измененную программу, при не активизированном переключателе:

Плк

А тут переключатель активизирован:

Плк

Одним из положительных качеств реализации логического контроля в программном обеспечении, в отличии от контроля при помощи оборудования, считается то, что входные сигналы могут быть применены подобное количество раз, какое потребуется. К примеру, рассмотрим схему и программу, разработанной для включения лампочки, если хотя бы два из трех переключателей активизированы одновременно:

Плк

Чтобы построить подобную схему, применяя реле, понадобятся три реле с 2-мя открытыми контактами при нормальных условиях, любой из них должен быть применен. Впрочем применяя ПЛК, мы можем без добавки добавочного оборудования настроить столько контактов для любого «Х» входа, сколько нам хочется (каждый выход и вход должен занимать не более, чем 1 бит в цифровой памяти ПЛК) и вызывать их столько раз, сколько нужно.

Более того, так как каждый выход ПЛК занимает не больше одного бита в его памяти, мы можем вносить контакты в программу, приводя Y выход в не активизированное состояние. Например возьмём схему мотора с системой контроля начала движения и остановки:

Плк

Переключатель, подключенный к входу Х1, служит кнопкой «Старт», тогда как переключатель, подключенный к входу Х2 — кнопкой «Стоп». Другой контакт, названный Y1, сродни печати в контакте, позволяет пускателю мотора оставаться под напряжением, даже в том случае, если выпустить кнопку «Старт».

При этом вы можете увидеть, как контакт Х2, «закрытый» при нормальных условиях, возникнет в цветном блоке, показывая таким образом, что он находится в «закрытом» («электропроводящем») состоянии.
Если нажать кнопку «Старт», то по «закрытому» контакту Х1 пройдёт ток ток и он отправит 120 В переменного токак к пускателю мотора.

Параллельный контакт Y1 также «закроется», таким образом замкнув цепь:

Плк

Если мы теперь нажмем кнопку «Старт», контакт Х1 перейдет в «открытое» состояние, но мотор будет продолжать работать, из-за того что закрытый контакт Y1 все еще будет держать катушку под напряжением:

Плк

Чтобы остановить мотор, необходимо быстро нажать кнопку «Стоп», которая сообщит напряжение входу Х1 и «открытому» контакту, что приводит к прекращению подачи напряжения к катушке Y1:

Плк

Когда вы нажали кнопку «Стоп», вход Х1 остался без напряжения, вернув таким образом контакт Х1 в его обычное «закрытое» состояние. Мотор ни в каком случае не станет работать опять, пока вы опять не нажмете кнопку «Старт», из-за того что печать в контакте Y1 была потеряна:

Плк

Особенно важна отказоустойчивая модель устройств контроля ПЛК, также, как и в устройствах контроля электромеханического реле. Необходимо всегда просчитывать влияние неправильно «открытого» контакта на работу системы.

Так, к примеру, в нашем случае, если контакт Х2 будет неправильно «открыт», то не будет никакой возможности остановить мотор!
Решением данной трудности считается перепрограммирование контакта Х2 в середине ПЛК и практическое нажатие кнопки «Стоп»:

Плк

Когда кнопка «Стоп» не нажата, вход ПЛК Х2 расположена под напряжением, т.е. контакт Х2 «закрыт». Это дает возможность двигателю приступать к работе, когда контакту Х1 сообщается ток, и продолжать работу, когда кнопка «Старт» отпущена. Когда вы жмете кнопку «Стоп», контакт Х2 переходит в «открытое» состояние и мотор прекращает работу.

Подобным образом, вы можете увидеть, что практичной разницы между этой и предыдущей моделью нет.
Но все таки, если входной контакт Х2 был неправильно «открыт», вход Х2 может быть остановлен нажатием кнопки «Стоп». В результате мотор немедленно выключается.

Данная модель безопаснее, чем предыдущая, где нажатие кнопки «Стоп» сделает невозможным остановку мотора.
К этому всему к входам (Х) и выходам (Y) в ПЛК есть возможность применять «внутренние контакты и катушки.

Они применяются также, как и промежуточные реле, используемые в типовых релейных схемах.
Чтобы понимать рабочий принцип «внутренних» схем и контактов, рассмотрим очередную схему и программу, разработанную по принципу трех входов логической функции AND:

Плк

В этой схеме, лампа горит, до тех пора пока какая-либо из кнопок не нажата. Для того чтобы выключить лампу следует нажать все три кнопки:

Плк

В этой статье, которая посвящена программируемым логическим контроллерам, иллюстрирована лишь маленькая выборка их возможностей. Как компьютер ПЛК как правило выполняет и прочие широкие функции с намного большей точностью и надежностью, чем при применении электромеханических логических устройств.

Большинство ПЛК имеют больше 6-ти входов и выходов. Следующая картинка показывает один из ПЛК компании Allen-Bradley:

Плк

С модулями, любой из них имеет 16 входов и выходов, этот ПЛК имеет возможность управлять десятком устройств. Помещенный в силовой распределительный шкаф ПЛК места занимает очень мало (для электромеханических реле, выполняющих такие же функции, потребовалось бы намного больше свободного места).

Плк

Одно из положительных качеств ПЛК, которое просто не может быть продублировано электромеханическим реле, считается удаленный прогноз и управление через цифровые сети компьютера. Потому как ПЛК – это ничего больше, чем специальный цифровой компьютер, он может легко «общаться» с другими компьютерами. Следующая фотография — графическое изображение процесса наполнения жидкостью (пневматическая водонапорная установка для муниципальной чистки канализационных вод), контролируемого ПЛК.

При этом сама станция размещена в пару километрах от компьютерного монитора.

Что такое программируемый закономерный контроллер

Контроллер (от англ. Control) — управление.

Контроллером в автоматических системах именуют техническое средство, выполняющее функции управления физическими процессами в согласии с заложенным алгоритмом, с применением информации, получаемой от датчиков и выводимой на финальные устройства. Любое устройство, которое может работать автоматично, имеет в собственном составе управляющий контроллер — модуль, определяющий логику работы устройства.

Программируемые логические контроллеры (ПЛК) — технические средства, применяемые для автоматизации тех. процессов. Это электронное специальное устройство, работающее в настоящем временном масштабе. Ключевым рабочий режим ПЛК выступает его долгое независимое применение, очень часто в плохих условиях внешней среды, без серьезного обслуживания и без вмешательства человека.

ПЛК в большинстве случаев используются для управления последовательными процессами, применяя входы и выходы для определения состояния объекта и выдачи управляющих воздействий.

Плк

Программируемый закономерный контроллер, собой представляют микропроцессорное устройство, которое предназначено для сбора, изменения, обработки, хранения информации и выработки команд управления, имеющий конечное кол-во входов и выходов, подключенных к ним датчиков, ключей, исполнительных механизмов к объекту управления, и который предназначен для работы в режимах настоящего времени.

Плк

Для применяемых на данный момент релейно-контактных систем управления специфична низкая прочность, наличие открытых контактов и др. Использование программируемых логических контроллеров (ПЛК) для автоматизации местных систем управления считается самым эффективным.

Плк

ПЛК программируются в согласии со стандартом МЭК-61131-3. Программируются ПЛК при помощи специальных комплексов, один из самых востребованных считается CoDeSys.

Он в себя включает следующие языки: графические (Ladder Diagram, Function Block Diagram, Sequential Function Chart, Continuous Function Chart), текстовые (Instruction List, Structured Text).

Плк

Первый в мире программируемый закономерный контроллер возник в середине 20 века. Modicon 084 собой представлял шкаф с набором соединённых между собой реле и контактов, его память составляла лишь 4 килобайта.

Термин ПЛК ввел Аллен-Брадли в 1971. Одновременно с Ричардом Морли он считается «отцом ПЛК».

Структура работы программируемого логического контроллера:

Плк
Плк

В качестве основополагающего рабочего режима ПЛК выступает его долгое независимое применение, очень часто в плохих условиях внешней среды, без серьезного обслуживания и фактически без вмешательства человека.

Плк

ПЛК имеют ряд особенных характеристик, отличающих их от других электронных приборов, используемых в автомобилестроении:
в отличии от микроконтроллера (однокристального компьютера) — микросхемы, необходимой для управления электронными устройствами — областью использования ПЛК в большинстве случаев являются автоматические процессы товарного производства в контексте производственного предприятия;
в отличии от компьютеров ПЛК направлены на работу с агрегатами машин через развитый ввод сигналов датчиков и вывод сигналов на механизмы исполнения, ориентированных на принятие решений и управление оператором;
в отличии от встраиваемых систем ПЛК делаются как самостоятельные изделия, отдельные от управляемого с его помощью оборудования.
наличие расширенного числа логических операций и возможность задания таймеров и счетчиков.
все языки программирования ПЛК имеют свободный доступ к манипулированию битами в машинных словах, в отличии от большинства высокоуровневых языков программирования современных компьютеров.

Есть ПЛК разного этапа сложности в зависимости от трудности выполняемых задач автоматизации.

Плк

Главные операции ПЛК соответствуют комбинационному управлению логическими схемами нестандартных агрегатов — механических, электрических, гидравлических, пневматических и электронных.
В процессе управления контроллеры генерируют выходные сигналы (включить — выключить) для управления исполнительными механизмами (электрическими двигателями, клапанами, электромагнитами и вентилями) на основании результатов обработки сигналов, полученных от датчиков, либо устройств верхнего уровня.

Современные программируемые контроллеры выполняют также и прочие операции, к примеру, соединяют функции счетчика и интервального таймера, обрабатывают задержку сигналов.

Плк

Программируемые логические контроллеры среднего и большого уровня, в основном, имеют встроенные аппаратно-программные средства управления движением, например, модули быстродействующих счетчиков, модули позиционирования и др., которые предоставляют возможность очень легко осуществить функции управления движением и обеспечить позиционирование очень точно.
Конструктивно ПЛК приспособленые для работы в стандартных условиях в промышленности, с учетом загрязненной атмосферы, уровней сигналов, термо- и устойчивости к влиянию влаги, ненадежности источников питания, а еще механических ударов и вибрации.

Для этой цели аппаратная часть состоит в крепкий корпус, минимизирующий отрицательное воздействие ряда факторов производства.

Плк

Основным отличием ПЛК от релейных схем управления считается алгоритмы, которые выполнены при помощи программ. На одном контроллере можно осуществить схему, равноценную тысячам элементов жёсткой логики. При этом надежность работы схемы не зависит от ее трудности.

Программируемые логические контроллеры классически работают в нижнем звене автоматических систем управления предприятием (АСУ) — систем, конкретно связанных с технологией производства. ПЛК в большинстве случаев являются первым шагом при построении систем АСУ. Это можно объяснить тем, что необходимость автоматизации отдельного механизма или установки всегда наиболее объяснима.

Она даёт быстрый финансовый эффект, делает лучше качество производства, дает возможность избежать физически тяжёлой и рутинной работы. ПЛК по определению созданы только для подобной работы.

Самое главное преимущество ПЛК считается в том, что один маленький механизм может заменить большое количество электромеханических реле, а еще быстрое время сканирования, небольшие системы ввода/вывода, стандартизированные средства программирования и специализированные интерфейсы, разрешающие включать нетрадиционные устройства автоматики конкретно к контроллеру или соединять различное оборудование в общую систему управления.

Плк

Выбор программируемого контроллера считается важной и нелегкой задачей при разработке автоматических систем технологичными параметрами на любом промышленном предприятии. При его выборе следует предусмотреть и оценить очень много факторов.

Соединив технологичные требования к определенному объекту автоматизированного управления со сравнительным анализом современных программируемых логических контроллеров, можно принять взвешенное решение.

ПЛК (PLC)

Программируемый закономерный контроллер — основной элемент системы автоматизации на промышленном предприятии. ПЛК нужны для автоматизированного управления объектом в условиях настоящего времени.

К каналам ввода-вывода PLC подсоединяют наружные модули, разрешающие собирать и анализировать данные, проверять работу объекта. К некоторым программируемым логическим контроллерам также можно подключить монитор, мышь и клавиатуру.
PLC входит в класс промышленных контроллеров.

В данную группу включены все технические средства, предназначающиеся для автоматизации тех. процессов на производстве. Заводской контроллер также применяют для автоматизации строений, контроля за работой инженерных сетей и др.

Программируемые логические контроллеры для товарных производств обязаны отвечать требовательным требованиям:

  • стойкость к неблагоприятному влиянию внешних факторов среды,
  • возможность долгой независимой работы,
  • легкость эксплуатации.

В нашем каталоге представлены программируемые логические контроллеры от ведущих отечественных и заграничных изготовителей. Мы рекомендуем ПЛК Advantech, ICP DAS, ОВЕН, НИЛ АП, Сегнетикс и др.

Всегда в наличии устройства с разными характеристиками работы: классом защиты, количеством каналов ввода-вывода и др.
Каждый программируемый контроллер в каталоге сертифицирован. Все устройства соответствуют требованиям параметров и норм.

Расценки на ПЛК сотрудники назовут по запросу. За детальной информацией про условия партнерства обращайтесь по телефонам.
Есть две главные серии PLC Advantech — это контроллеры ADAM-5000 и APAX-5000.

Серия Advantech APAX-5000 применяет открытую архитектуру разработки с вмонтированным ПО KW Multiprog Softlogic и опциональным ПО HMI/SCADA, а еще в себе объединяет функции управления, обработки информации и коммуникационные возможности в рамках единой системы управления.
ПК-совместимые контроллеры ADAM-5000 на базе Intel Atom D510, обладают специализированными функциями управления, такими, как сторожевой таймер, память RAM с питанием от резервной батареи и детерминированный ввод/вывод.

Плк
Плк
Плк

Компания ICP DAS выпускает ПЛК широко популярных в Российской Федерации серий I-7000, uPAC, WinPAC, XPAC, iPAC и т.д.
Возможность использования более недорогих, отработанных и быстро развивающихся открытых архитектур на базе РС-совместимой платформы дает возможность повсеместно применять изделия компании ICP DAS для задач, где до недавнего времени использовались только простые PLC.

Бесспорными плюсами контроллеров ICP DAS считаются:

  • низкая стоимость PLC;
  • применение открытых протоколов;
  • простота программирования и доступность большого спектра ПО;
  • простота интеграции с системами управления более большого уровня.
Плк
Плк

Отечественная компания "Сегнетикс" (Segnetics) создает три линейки контроллеров. Первая линейка — SMH2010 — многофункциональные панельные приспособления для автоматизации большого спектра объектов в области ЖКХ, автоматизации строений и промышленности. Вторая линейка необходима для автоматизации вентиляционных систем — Pixel.

И, напоследок, третья линейка — SMH 2G – второе поколение панельных ПЛК, которые предназначены для автоматизации инженерных систем строений и тех. процессов в промышленности. Цена ПЛК этого изготовителя по настоящему удивит.

Плк
Плк
Плк

Комплекс возведен на новейшей элементной базе и обеспечивает простой доступ к современным коммуникационным технологиям (подключение к сети Ethernet, передача информации по сотовой сети стандарта GSM/CDMA). КОНТАР может применяться для решения большого количества задач также при помощи дополнения его оборудованием иных изготовителей.

У нас можно приобрести ПТК КОНТАР со скидкой.

Плк

Программируемый контроллер Siemens LOGO! 230RC

Компания ОВЕН уже больше пятнадцати лет создает широкий ряд приборов первой автоматики. Идя в ногу со временем компания ОВЕН в 2005 году начала разработку управляющих контроллеров для широкого использования. В них применялась современная элементная база и изначально закладывались мощные аппаратные ресурсы и широкие программные возможности.

Для их программирования применяется среда CoDeSys, разработанной ТМ из Германии 3S-Software. Более того, контроллеры ОВЕН могут программироваться при помощи интегрированной SCADA и SoftLOGIC системы MasterSCADA.

Программируемые логические контроллеры

Структура и устройство ПЛК

С чего начиналась промышленная автоматика? А начиналось все с контактно-релейных схем управления промышленными процессами. Не считая жуткого «шелестения», контактно релейные схемы имели фиксированную логику работы, и в случае изменения алгоритма, нужно со всей серьезностью переделывать схему монтажа

Широкое развитие микропроцессорной техники, стали причиной созданию систем управления технологичными процессами на базе промышленных контроллеров. Но это не значит, что реле изжили себя, у них просто собственная ниша для использования.

ПЛК – программируемый закономерный контроллер, собой представляют микропроцессорное устройство, которое предназначено для сбора, изменения, обработки, хранения информации и выработки команд управления, имеющий конечное кол-во входов и выходов, подключенных к ним датчиков, ключей, исполнительных механизмов к объекту управления, и который предназначен для работы в режимах настоящего времени.

Плк

Рабочий принцип ПЛК немного выделяется от «обыкновенных» микропроцессорных устройств. ПО многофункциональных контроллеров состоит из 2-ух частей. Первая часть это системное ПО.

Проводя аналогию с компьютером можно сказать, что это ОС, т.е. управляет работой узлов контроллера, связи составляющих частей, внутренней диагностикой. Системное ПО ПЛК расположено в постоянной памяти центрального процессора и всегда готово к работе.

По включению питания, ПЛК готов на себя возложить управление системой уже через несколько миллисекунд. ПЛК работают циклически по методу периодического опроса входных данных.
Цикл работы ПЛК включает 4 фазы:
1. Опрос входов
2. Выполнение пользовательской программы
3. Установку значений выходов
4. Некоторые подсобные операции (диагностика, подготовка данных для отладчика, визуализации и т. д.).
Выполнение 1 фазы обеспечивается системным программным обеспечением. После этого управление подается прикладной программе, той программе, которую вы лично записали в память, по данной программе контроллер выполняет то что вы захотите, а по ее окончанию управление снова подается системному уровню.

Благодаря этому обеспечивается самая большая простота построения прикладной программы – ее создатель не обязан знать, как выполняется управление аппаратными ресурсами. Важно знать с какого входа приходит сигнал и как на него реагировать на выходах
Понятно, что время реакции на мероприятие зависит от времени выполнения одного цикла прикладной программы. Обозначение времени реакции – времени от момента события до момента выдачи соответствующего управляющего сигнала – поясняется на рисунке:

Плк

Обладая памятью, ПЛК в зависимости от предыстории событий, способен реагировать по-разному на текущие события. Возможности перепрограммирования, управления по времени, развитые вычислительные способности, включая цифровую обработку сигналов, поднимают ПЛК на очень высокий уровень в отличии от обычных комбинационных автоматов.
Рассмотрим входа и выхода ПЛК. Есть три вида входов дискретные, аналоговые и специализированные
Один дискретный вход ПЛК способен принимать один бинарный электрический сигнал, описываемый 2-мя состояниями – включен или выключен. Все дискретные входы (общего выполнения) контроллеров в большинстве случаев рассчитаны на прием типовых сигналов с уровнем 24 В постоянного тока.

Типовое значение тока одного дискретного входа (при входном напряжении 24 В) будет примерно 10 мА.
Аналоговый электрический сигнал отражает уровень напряжения или тока, подходящий некоторой физической величине, в любой момент времени. Это может быть температура, давление, вес, положение, скорость, частота и т. д.
Потому как ПЛК считается цифровой счётной машиной, аналоговые входные сигналы обязательно подвержены аналого-цифровому преобразованию (АЦП). В результате, образуется дискретная переменная конкретной разрядности.

В основном, в ПЛК используются 8 — 12 разрядные преобразователи, что во многих случаях, исходя из сегодняшних требований по точности управления технологичными процессами, считается достаточным. Помимо прочего АЦП наиболее высокой разрядности не оправдуют себя, первым делом из-за большого уровня индустриальных помех, отличительных для рабочих условий контроллеров.
Фактически все модули аналогового ввода являются многоканальными. Входной коммутатор подключает вход АЦП к нужному входу модуля.
Обычные дискретные и аналоговые входы ПЛК удовлетворяют большинство потребностей систем промышленной автоматики. Необходимость использования специальных входов появляется в вариантах, когда непосредственная обработка некоторого сигнала программно затруднена, к примеру, требует немало времени.
Очень часто ПЛК оборудуются специальными счетными входами чтобы провести измерения продолжительности, фиксации фронтов и подсчета импульсов.
К примеру, при измерении положения и частоте вращения вала очень популярны устройства, образовывающие некоторое количество импульсов за один оборот – поворотные шифраторы. Частота движения импульсов достигает нескольких мегагерц. Если даже процессор ПЛК обладает достаточным быстродействием, яркий подсчет импульсов в пользовательской программе окажется очень расточительным по времени.

Тут неплохо бы иметь специальный аппаратный входной блок, способный провести первичную обработку и создать, нужные для задачи величины.
Вторым популярным типом специальных входов являются входы способны моментально запускать заданные пользовательские задачи с прерыванием выполнения ключевой программы – входы прерываний.
Дискретный выход также имеет два состояния – включен и выключен. Они необходимы для управления: электро-магнитных клапанов, катушек, контакторов, световые сигнализаторы и т.д.

В общем область их использования необъятна, и охватывает практически всю промышленную автоматику.
Конструктивно ПЛК делятся на моноблочные, модульные и распределенные. Моноблочные имеют фиксированный набор входов выходов

Плк

В модульных контроллерах модули входов – выходов монтируются в различном составе и количестве в зависимости от предстоящей задачи

MT#3 : Микратрон — PLC своими руками, разбираемся что куда.

Плк

В распределенных системах модули либо даже отдельные входа-выхода, образующие общую систему управления, могут быть разнесены на большие расстояния

Языки программирования ПЛК

При разработке системы управления тех. процесса, всегда есть проблема по взаимопониманию программиста и технологов. Технолог скажет «нам нужно немного насыпать, чуть подмешать, еще насыпать и чуть подогреть».

И мало когда следует ждать от технолога формализованного описания алгоритма. И получалось так, что программисту необходимо продолжительно вникать в тех.

Процесс, потом писать программу. Очень часто с подобным подходом программист остается единственным человеком, способным разобраться в собственном творении, со всеми вытекающими отсюда результатами.

Такая ситуация породила стремлении создание технологических языков программирования, доступные инженерам и технологам и максимально упрощающим процесс программирования
За последние десять лет возникло несколько технологических языков.

Кроме того, Международной Электротехнической Комиссией разработан стандарт МЭК-61131-3, концентрирующий все передовое в области языков программирования для автоматизированных систем тех. процессов. Данный стандарт требует от самых разных производителей ПЛК предлагать команды, являющиеся похожими и по внешнему виду, и по действию.

Стандарт специфицирует 5 языков программирования:

  • Sequential Function Chart (SFC) – язык последовательных практичных блоков;
  • Function Block Diagram (FBD) – язык практичных блоковых диаграмм;
  • Ladder Diagrams (LАD) – язык релейных диаграмм;
  • Statement List (STL) – язык структурированного текста, язык большого уровня. Напоминает собой Паскаль
  • Instruction List (IL) – язык руководств., это стереотипный ассемблер с аккумулятором и переходам по метке.

Язык LAD или KOP (с немецкого Kontaktplan) похожи на электрические схемы релейной логики. Благодаря этому инженерам не знающим мудреных языков программирования, большого труда не составит разработать программу.

Язык FBD напоминает создание схем на логических элементах. В каждом из данных языков есть собственные достоинства и недостатки.

Благодаря этому при подборе профессионалы основываются как правило на собственном опыте. Хотя большинство программных комплексов предоставляют возможность переконвертировать уже разработанную программу из одного языку в другой.

Потому что некоторые задачи изыскано и просто решаются на одном языке, а на другом нужно будет столкнуться с определенными сложностями
Самыми популярными сегодня являются языки LAD, STL и FBD.

Большинство фирм производители ПЛК классически имеют свои брендовые наработки в области инструментального ПО. К примеру например «Concept» Schneider Electric, «Step 7» Siemens.

Программный комплекс CoDeSys

Открытость МЭК параметров стали причиной разработке фирм занимающихся исключительно инструментами программирования ПЛК.
Огромной популярностью в мире пользуются комплекс CoDeSys. CoDeSys разработан фирмой 3S.

Это многофункциональный инструмент программирования контроллеров на языках МЭК, не привязанной к какой-нибудь аппаратной площадке и удовлетворяющим всем сегодняшним требованиям.
Главные особенности:
— полная реализация МЭК языков
— встроенный эмулятор контроллера дает возможность проводить отладку проекта без аппаратных средств. Причем эмулируется не некий отвлеченный контроллер, а определенный ПЛК с учетом аппаратной платформы
— встроенные детали визуализации помогают создать модель объекта управления и проводить отладку, т.е. позволяет творить человеко-машинного интерфейса (HMI)
— достаточно широкий набор сервисных функции, ускоряющий работу программиста
— есть российская версия программы, и российская документация
Литература:
Новые технологии промышленной автоматизации: учебник / О. В. Шишов. Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2007. – 273 с. ISBN 5-7103-1123-5

Введение в ПЛК: что такое программируемый закономерный контроллер

Плк

Программируемым логическим контроллерам уже 50 лет, однако без них и в настоящий момент нельзя представить производство работающее от автоматики. Начнем публиковать цикл статей о ПЛК и об электронных компонентах, выполняемой компанией Texas Instruments для создания современных ПЛК.

Программируемые логические контроллеры (ПЛК) широко используются в сфере промышленной автоматизации очень разных тех. процессов на больших и малых фирмах. Популярность контроллеров легко объяснима.

Их использование существенно облегчает создание и эксплуатацию как непростых автоматических систем, так и отдельных устройств, также — домашнего применения. ПЛК дает возможность уменьшить этап разработки, облегчает монтажный процесс и отладки за счёт стандартизации отдельных аппаратных и программных элементов, а еще обеспечивает очень высокую надежность во время эксплуатации, хороший ремонт и модернизацию если понадобится.

В большинстве случаев считают, что задача создания прообраза современного ПЛК появилась в конце 60-х годов ушедшего века. В особенности, во второй половине 60-ых годов двадцатого века она была сформулирована руководящими профессионалами Дженерал моторс.

Тогда указанная компания пыталась найти замену для сложной релейной системы управления. Согласно полученному заданию на проектирование, новая система управления обязана была отвечать этим критериям как:

  • обычное и удобное создание технологических программ;
  • возможность изменения рабочей управляющей программы без вмешательства в саму систему;
  • обычное и недорогое обслуживание;
  • очень высокая надежность при сниженной стоимости, по сравнению с аналогичными релейными системами.

Дальнейшие разработки в Дженерал моторс, Allen-Bradley и прочих компаниях стали причиной созданию системы управления на базе микроконтроллеров, которая анализировала входные сигналы от технологических датчиков и управляла электрическими приводами исполнительных устройств.
Термин ПЛК (Programmable Logic Controller, PLC) в дальнейшем был найден в стандартах EN 61131 (МЭК 61131). ПЛК – это унифицированная цифровая управляющая электронная система, специально разработанная для применения в производственных условиях.

ПЛК всякий раз контролирует состояние устройств ввода и принимает решения на основе пользовательской программы для управления состоянием выходных устройств.
Упрощенное представление состава и принципа действия ПЛК хорошо показывает рисунок 1. Из него видно, что ПЛК имеет три главные части:

Плк

Рис. 1. Состав и рабочий принцип ПЛК
Есть еще источник питания.

Возможно подключение к ПЛК внешнего ПК для программирования и отладки.
Главная секция содержит центральный процессор (ЦП), память и коммуникационную систему. Она делает обработку данных, принимаемых от входной части данных, и передает результаты обработки в выходную секцию.

Нужно сразу подчеркнуть, что в больших ПЛК, не считая ЦП, действующего в режиме «ведущий», могут быть дополнительные «ведомые» ПЛК с собственными ЦП. В качестве ЦП маленького ПЛК применяются обычные процессоры (МП).

В большинстве случаев 8- и 16-разрядные МП вполне справляются со всеми типовыми задачами. Однако, как отмечено в МЭК 61131, выбор определенного МП все же зависит от задач, возлагаемых на этот тип ПЛК.

Для передачи данных иному ПЛК или для подсоединения к сетям передачи данных PROFIBUS, Industrial Ethernet, AS-Interface в распределенных системах управления сейчас применяются коммуникационные процессоры, например DP83867IR производства Texas Instruments (TI).
Входная секция ПЛК обеспечивает ввод в центральную секцию состояния переключателей, датчиков и смарт-устройств.

Через выходную секцию ЦП управляет внешними исполнительными устройствами, среди них могут быть электромагнитные контакторы моторов, источники освещения, клапаны и смарт-устройства.

Типы ПЛК

Современные ПЛК, применяющие инновационные технологии, далеко ушли от первых упрощенных реализаций промышленного контроллера, но заложенные в систему управления многофункциональные принципы были стандартизированы и удачно развиваются уже на базе последних достижений науки и техники.
Крупными изготовителями мирового маштаба ПЛК являются на сегодняшний день компании Siemens AG, Allen-Bradley, Rockwell Automation, Schneider Electric, Omron.

Не считая них ПЛК выпускают и остальные изготовители, включая российские компании ООО КОНТАР, Овен, Сегнетикс, Fastwel Групп, группа компаний Текон и прочие.

Плк

Рис. 2. Моноблочные программируемые логические контроллеры

По конструктивному исполнению ПЛК разделяют на моноблочные (рисунок 2) и модульные. В корпусе моноблочного ПЛК вместе с ЦП, памятью и блоком питания размещается фиксированный набор входов/выходов.

В модульных ПЛК применяют отдельно ставящиеся модули входов/выходов. В соответствие с требованиями МЭК 61131, их вид и кол-во могут изменяться в зависимости от установленной задачи и обновляться со временем.

ПЛК аналогичной концепции представлены на рисунке 3. Аналогичные ПЛК могут действовать в режиме «ведущего» и увеличиваться «ведомыми» ПЛК через интерфейс Ethernet.

Плк

Рис. 3. Программируемые логические контроллеры с расширенными возможностями

Моноблочные практично завершенные ПЛК могут в себя включать маленькой монитор и кнопки управления. Монитор предназначается для отображения текущих параметров работы и вводимых при помощи кнопок команд рабочих программ и технологических установок. Более непростые ПЛК сочетаются из отдельных практичных модулей, вместе закрепляемых на типовой монтажной планке.

Все зависит от количества обслуживаемых входов и выходов, ставится нужное кол-во модулей ввода и вывода.
Источник питания может быть вмонтированным в ключевой блок ПЛК, но чаще сделан в виде отдельного трансформатора (БП), закрепляемого рядом на типовой планке.

Блок питания ограниченной мощности представлен на рисунке 4.

Плк

Рис. 4. Блок питания для ПЛК

Первичным источником для БП очень часто служит промышленная сеть 24/48/110/220/400 В, 50 Гц. Прочие модели БП могут применять в качестве первичного источник постоянного напряжения на 24/48/125 В. Типовыми для оборудования которое применяется в промышленности и ПЛК являются анодные напряжения БП: 12, 24 и 48 В. В системах очень высокой надежности может быть установка 2-ух специализированных резервированных БП для дублирования электрического питания.

Для сохранения информации при аварийных отключениях электросети в ПЛК применяют дополнительную батарею.
Как понятно, первоначальная идея программируемого логического контроллера оформилась в период перехода с релейно-транзисторных систем управления оборудованием которое применяетяс в промышленности на возникшие тогда микроконтроллеры.

Аналогичные ПЛК с 8- и 16-разрядными МП ограниченной продуктивности до этих пор удачно используются и находят новые области использования.
Очень большой прогресс в развитии микроэлектроники тронул всю элементную базу ПЛК. У них сильно увеличился диапазон практичных возможностей.

Пару лет назад немыслимы были аналоговая обработка, визуализация тех. процессов либо даже отдельное применение ресурсов ЦП в качестве непосредственного управляющего устройства. На данный момент поддержка данных функций входит в базовую версию многих ПЛК.

Примером такого подхода считается индивидуальное направление в линейке продукции компании Texas Instruments. Как понятно, TI не входит в число изготовителей ПЛК, но выпускает для них специальные ЦП и сетевые процессоры, элементы для создания периферийных цифровых и аналоговых модулей, контроллеры температуры, смешанные модули цифровых и аналоговых входов/выходов.

Блок схема процессора TI Sitara AM570x на рисунке 5 позволяет судить об большой практичной оснащенности этого ARM-процессора, работающего на частоте до 1 ГГц, поддерживающего интерфейсы CAN, I?C, McASP, McSPI, SPI, UART, USB и способного работать в температурном диапазоне 0…90°С.

Плк

Рис. 5. Блок-схема процессора TI Sitara AM570x

Плк

Требования, ограничения и проблемы во время проектирования и производстве ПЛК

Подобным образом, становится ясно, что ПЛК — это просто специальным образом спроектированная цифровая система управления на основе процессоров различной мощности и с разной практичной оснащенностью, в зависимости от назначения. Подобную систему можно еще считать специальным мини-компьютером. Причем она с самого начала направлена на эксплуатацию в цехах предприятий промышленности, где есть много источников электро-магнитных помех, а температура бывает как положительной, так и отрицательной.

Дополнительно к минимизации воздействия указанных выше факторов нужно предусматривать и защиту от внешней агрессивной среды, включающей пыль, брызги технологических жидкостей и паровоздушные взвеси. В данных случаях предусматривается установка ПЛК в защитные шкафы или в удалённых помещениях. Отдельные модули могут размещаться на удалении до сотен метров от ключевого комплекта ПЛК и использоваться при сложных внешних температурах.

Согласно МЭК 61131, для ПЛК с наружной установкой допускается температура 5…55°C. Для устанавливаемого в закрытых шкафах ПЛК нужно обеспечить рабочий диапазон 5…40°C при относительной влаги 10…95% (без появления конденсата).
Вид ПЛК подбирается во время проектирования системы управления и зависит от задач и производственных условий.

В некоторых случаях это может быть моноблочный ПЛК с урезанными функциями, имеющий большое количество входов и выходов. Во вторых условиях понадобятся ПЛК с расширенными возможностями, дающими возможность применять распределенную конфигурацию с удалёнными модулями входа/выхода и с удалёнными пультами управления технологическим процессом.

Связь между удалёнными блоками и ключевым ядром ПЛК выполняется через помехозащищенные полевые шины по медным кабелям и оптическим линиям связи. В некоторых случаях, допустим, для связи с подвижными объектами, используют беспроводные технологии, практически всегда это сети и каналы Вай-фай.

Для взаимного действия с другими ПЛК используются как очень популярные интерфейсы RS-232 и RS-485, так и более помехозащищенные промышленные варианты типа Profibus и CAN.

Специфике работы и программирования ПЛК

Теперь, когда стали более понятными главные возможности ПЛК, необходимо узнать способы их использования.
Система программирования считается одной из примечательных и полезных свойств ПЛК, она обеспечивает самый простой подход к разработке управляющих программ для профессиональных мастеров разного профиля.
Собственно в ПЛК первый раз возникла удобная возможность программирования контроллеров путем составления на мониторе зрительных цепей из релейных контактов для описания операторов программы (рисунок 6).

Подобным образом, даже очень далекие от программирования инженеры-технологи быстро осваивают новую для себя профессию. Аналогичное программирование именуют языком релейной логики или Ladder Diagram (LD или LAD).

Задачи, решаемые при этом ПЛК, существенно расширяются благодаря использованию в программе функций счетчиков, таймеров и прочих логических блоков.

Плк

Рис. 6. Пример программной реализации электрической цепи
Задача программирования ПЛК еще более упрощается из-за наличия пяти языков, стандартизованных для абсолютно всех платформ ПЛК.

Три графических и два текстовых языка программирования обоюдно совместимы. При этом одна часть программы может создаваться на одном языке, а остальная — на другом, более удобном для нее.

Китайские ПЛК 3 Дискретные входы выходы

К графическим средствам программирования ПЛК относятся язык последовательных практичных блоков (Sequential Function Chart, SFC) и язык практичных блоковых диаграмм (Function Block Diagram, FBD), более понятные для технологов. Для программистов более привычными являются язык структурированного текста (Statement List, STL), напоминающий Паскаль, и язык руководств (Instruction List, IL), схожий на стереотипный Ассемблер.
Разумеется, простота программирования ПЛК считается относительной.

Если с программированием маленького устройства может после обучения справиться фактически любой инженер, знакомый с элементарной логикой, то создание непростых программ попросит знания основ профессии программиста и специализированных знаний в программировании ПЛК.
Облегчить создание ПО для современных ПЛК дают возможность специализированные комплексы, например
(рисунок 7), ISaGRAF, OpenPCS и прочие инструменты, не привязанные к какой-нибудь аппаратной площадке ПЛК и содержащие все что необходимо для автоматизации труда программиста.

Для отладки непростых проектов на основе элементов TI компания предлагает специализированные отладочные комплекты и нужное ПО.

Плк

Рис. 7. Рабочий экран программирования в обстановке CoDeSys
Перед тем как приступить к работе ПЛК делает первичное испытание оборудования и загрузку в ОЗУ и ПЗУ ОС и рабочей программы пользователя.

Типовый ПЛК не считая режима функционирования имеет режим отладки с пошаговым выполнением программы, с возможностью просмотра и редактирования значений переменных.
Режим функционирования ПЛК состоит из повторяющихся однотипных циклов, любой из них включает три момента:

  • опрос всех датчиков с регистрацией их состояния в оперативки;
  • методичный анализ рабочей программы с применением данных о текущем состоянии датчиков и с появлением управляющих воздействий, которые пишутся в буферные регистры;
  • одновременное оновление контроллером состояния всех собственных выходов и начало следующего этапа опроса датчиков.

Процесс выполнения программы ПЛК можно контролировать на экране подключенного компьютера с отображением состояния отдельных показателей. К примеру, процедуры выключения и включения насоса могут изменяться в зависимости от необходимой задержки, значение которой задается специализированной переменной.

Если понадобится можно остановить выполнение программы и перевести ПЛК в режим программирования, потом на мониторе поменять ход выполнения программы или отдельные параметры и опять записать их в память ПЛК.

Заключение

Современный ПЛК стал чрезвычайно популярным многофункциональным рабочим инструментом в системах автоматизации процессов производства, а еще для управления отдельными устройствами разного назначения. Это особенный вид программируемых логических автоматов, выделяющийся очень высокой надежностью, легко встроенного типа и модернизируемый, способный продолжительное время работать фактически без обслуживания.