Программируемый логический контроллер (ПЛК)

Что такое контроллер?

Контроллер — управляющее устройство, применяемое в промышленности, на транспорте, в других отраслях и в быту, для автоматического управления оборудованием по заданному алгоритму. Контроллеры широко используются для управления технологическими процессами, поддержания физических параметров объекта управления на заданном уровне и схожих по содержанию задач.

Одним из самых перспективных типов контроллеров на сегодняшний день является электронный программируемый логический контроллер (ПЛК), алгоритмы работы которого описываются программно, хранятся во внутренней памяти контроллера и выполняются встроенным в ПЛК микропроцессором. Взаимодействие электронного контроллера с объектом управления происходит посредством входящих и исходящих электрических сигналов.

Программируемые логические контроллеры имеют относительно простую для понимания архитектуру и широко применяются во встраиваемых системах, системах автоматического контроля, защиты и управления. Конструктивно это, как правило, довольно компактное устройство, состоящее из одного или нескольких соединенных между собой электронных модулей, содержащих разъемы для подачи на контроллер питания и подключения внешних входных и выходных электрических линий, позволяющих контроллеру взаимодействовать с внешним миром.

Видео

Ограничения ПЛК

Не стоит полагать, что наличие программируемого контроллера способно решить все глобальные проблемы пользователя. ПЛК, работающие на основе протоколов Codesys, Modbus (для модульных решений), обладают ограниченной сферой применения. Их выбор обусловлен поставленной задачей. Попытку создать универсальные ПЛК вряд ли можно признать целесообразной.

Подобный ход лишает технологический процесс гибкости. Создание требуемой конфигурации осуществляется комплектацией готового моноконтроллера, согласно проекту заказчика. В исключительных ситуациях проблему решают сборкой мегаустройства из дискретных блоков. Последний вариант предпочтительнее: каждый элемент допускается оборудовать индивидуальным пультом ввода команд, сенсорной панелью, устройством отображения данных.

Роль каналов обмена данными играют кабельные медные шины, оптоволоконная связь. Успешно используются варианты стандартизированных интерфейсов RS-232, RS-485 (кабель), промышленных Profibus или CAN. Не возбраняется коммутация по беспроводным линиям (Wi-Fi).

Входы и выходы

В любом контроллере реализованы входы трех типов – дискретные, аналоговые, специальные.

Дискретный вход

Один вход может принять только один сигнал и он будет бинарным. Вход может быть либо включенным, либо выключенным. Один вход — это 1 бит. К этому входу подключают соответствующее оборудование.

Если состояние приборов не удается описать в 1 бит, тогда для работы такого оборудования применяют несколько дискретных входов.

Системное ПО обязательно оснащено драйвером. Он считает физические значения каждого входа в ОЗУ. За счет этого программистам нет нужды понимать, как устроен контролер внутри. Дискретный вход – биты, которые можно читать и изменять из оперативной памяти устройства.

Аналоговый вход

Электрический аналоговый сигнал — это уровень напряжения или тока, соответствующий определенным физическим величинам. Это может быть значение температуры, давления, веса, положения, скорости перемещения, частоты оборотов. Так как ПЛК – это прежде всего вычислительный прибор, то аналоговый сигнал переводится в цифровой. Получается дискретная переменная.

Специальный вход

Обыкновенные входы способны удовлетворить практически все нужды. Необходимость в в спец. входах появляется при трудностях в обработке сигналов.

ПЛК оснащены специализированными входами, позволяющие измерять длительность, фиксировать фронты, подсчитывать импульсы. К примеру, для определения положения валов, используют датчики, способные выдавать импульсы на один оборот. Частота может быть очень высокой. Даже на мощных процессорах процесс занимает много времени. В таких ситуациях и нужны спец. входы, способные первично обрабатывать информацию.

Второй тип таких входов – это входы, которые могут мгновенно запускать команды пользователей с прерываниями на выполнения основного ПО.

Дискретный выход

С одним выходом можно коммутировать только один сигнал. В качестве нагрузки на выходы могут использоваться различные исполнительные устройства.

Основы программирования ПЛК. Реле и контроллер

Логика загружается в ПЛК при помощи программного обеспечения. Это ПО определяет, какие из выходов будут под напряжением и какие входные условия нужны для любых изменений. Управляющая программа аналогична схеме работы физического реле, но физически нет ни реле, ни проводов, ни катушек. Все эти элементы – мнимые. ПО разрабатывается и просматривается на ПК, соединенном с интерфейсом контроллера.

Есть кнопка, контроллер и индикатор. Когда кнопка не задействована, сигнал на вход контроллера отправлен не будет. ПО, показывающее открытый вход, не отправит сигнал на выход. Так, на выходе ток отсутствует и лампа не будет гореть.

Если кнопку нажать, то на входной канал отправиться соответствующий сигнал. Контакты переведутся в активное состояние, как физическое реле. В данном случае контакт контроллера, открытый ранее, закроется и программа отправит сигнал на выход. Когда выходной контакт будет под напряжением, то индикатор загорится.

Контакты с индикатором соединены физическим способом. А сигнал виртуальный. Однако, все элементы существуют только в компьютерном ПО, а как физические – нет. Но принцип реле здесь используется. Также в программе можно задавать условия, которые будут проверятся и выполнятся контроллером.

Чтобы создать такую же схему, но на основе физических железных компонентов, понадобится три реле, где два открытых контакта – каждый из них будет использоваться. Но с помощью ПЛК можно не добавляя лишнего оборудования использовать столько контактов на каждый вход, сколько захочется.

Управляющие команды на языке релейной логики просты и понятны для инженеров-электриков. На графическом интерфейсе видны все логические операции. Это электрическая ц3епь с замкнутыми либо разомкнутыми контактами. Если по цепи протекает ток, что это истина. Если ток не протекает, тогда состояние – ложь.

Основой управляющей программы служат логические выражения, состоящие из операндов и переменных. Также программа состоит из операторов. Операторы – это команды языка программирования.

Инженер-программист ПЛК – это сегодня больше инженер, чем программист. Сейчас не нужны сложные языки, писать ассемблерные вставки. Достаточно использовать стандартные функциональные блоки.

Рабочая деятельность

Благодаря заранее определённым этапам работы логические контроллеры осуществляют непрерывную обработку и сбор данных. Весь процесс состоит из четырёх пунктов:

  1. Вначале собирается вся важная информация и данные, входящие в прибор.
  2. Далее все данные анализируются, обрабатываются.
  3. Потом вся полученная информация при помощи сигнала передаётся на устройство вывода.
  4. На интерфейсе дисплея отображаются обработанные данные.

В итоге, по ним пользователь может сделать выводы о функционировании машины.

Где используются программируемые контроллеры

     Различают универсальные и специализированные ПЛК. Первая группа может использоваться в различных сферах, а вторая ориентирована на выполнение какой-либо определенной задачи. Например, специализированные контроллеры подходят для компенсации перетоков реактивной электроэнергии. В зависимости от сложности схемы и объемов памяти контроллера, он может иметь различное количество выходов.

     Универсальные ПЛК предназначены для применения в различных отраслях. Их назначение – автоматизация процессов и контроль работы автоматического оборудования.

     Можно перечислить следующие сферы применения:

        
  1. Промышленная автоматизация – устройство принимает сигналы от оборудования, отслеживает показатели при помощи датчиков и обеспечивает выполнение действий исполнительных механизмов в заданном порядке.
  2.     
  3. Робототехника – контроллеры нового поколения позволяют роботам выполнять сложные алгоритмы и обеспечивать выполнение продолжительных циклов операций.
  4.     
  5. Автоматизация домашних устройств – популярность набирают системы «умных домов», помогающих экономить ресурсы и обеспечивающих автоматическое управление всеми важными процессами.

     ПЛК широко применяются в конвейерных линиях – они контролируют последовательное выполнение операций. Новейшие датчики движения и других показателей помогают не допустить производственного брака, обеспечивая высокую точность движений манипуляторов.

Учебный план

№ п/п Наименование разделов и тем Всего часов В том числе Форма контроля
лекции практич. занятия
1 ПЛКFastwel I/O CPM713 5 3 2
1.1 Общие сведения о ПЛК: структура, рабочий цикл, время реакции, адресное пространство 1 1
1.2 Особенности программирования ПЛК 2 1 1
1.3. Технические характеристики CPM713, модули контроллера 2 1 1
2 Стандарт IEC 61131-3 3 3
2.1 Программная модель. Данные и переменные 1 1
2.2 Текстовые языки 1 1
2.3 Графические языки 1 1
3. Система программирования СoDeSys 6 6
3.1 Установка, общие сведения 1 1
3.2 Редактор программных модулей. Отладка и тестирование 1 1
3.4 Программирование на языках стандарта IEC. Имитатор ПЛК 3 3
3.5 Встроенная визуализация 1 1
4 Сетевые технологии автоматизации 2 2
4.1 Интерфейсы. Протоколы 1 1
4.2 Коммуникационное оборудование 1 1
5 Программирование и конфигурирование контроллера Fastwel I/O CPM713 в СoDeSys 8 2 6
5.1 Общие принципы, структура программного обеспечения 1 1
5.2 Настройка параметров и конфигурирование ПЛК 2 2
5.3 Организация сетевого обмена с контроллером посредством Modbus TCP 1 1
5.4 Создание программного обеспечения для контроллера 2 2
5.5 Принципы управления дискретными и непрерывными процессами с использованием ПЛК 2 1 1
6 Составление программы для автоматизации реального объекта по описанию технологического процесса и алгоритму 6 6
Итоговый контроль знаний 2 Зачет
Всего часов 32

Теги

Adblock
detector