Программируемый логический контроллер (ПЛК), известный также как промышленный компьютер, является основным компонентом в секторе промышленной автоматизации. Благодаря надежной конструкции, исключительным функциональным возможностям, таким как ПИД-регуляторы, последовательное управление, таймеры и счетчики, простоте программирования, надежности управления и простоте использования аппаратных средств, ПЛК является больше, чем специализированным цифровым компьютером, как в промышленности, так и в других областях АСУ ТП. На современном рынке представлены различные типы ПЛК от огромного числа производителей.
Что такое система ПЛК?
ПЛК был разработан для замены традиционных панелей управления, работа которых в промышленных системах управления зависит от электромагнитных логических реле, работающих по таймерам. ПЛК способны непрерывно контролировать входные сигналы от датчиков и вырабатывать выходные решения для управления исполнительными механизмами в соответствии с заданной программой. Для каждой системы ПЛК необходимы как минимум эти три модуля:
Модуль процессора
Модуль источника питания
Один или несколько модулей ввода/вывод
Модуль процессора:
Модуль CPU состоит из центрального процессора и его памяти. Процессор отвечает за выполнение всех необходимых вычислений и обработку данных, принимая входные данные и выдавая соответствующие выходные. Память включает в себя как ROM, так и RAM . В ROM хранятся операционная система, драйвер и прикладные программы, а в RAM - написанные пользователем программы и рабочие данные. В этих ПЛК используется удерживающий память, позволяющая сохранять пользовательские программы и данные при отключении или пропадании питания и возобновлять выполнение пользовательской программы после восстановления питания. Таким образом, эти ПЛК не требуют использования клавиатуры или монитора для перепрограммирования процессора каждый раз. Удерживающий память может быть реализована с использованием долговечных аккумуляторов, модулей EEPROM и флэш-памяти.
Шина или стойка:
В некоторых модульных ПЛК в объединительной плате схемы предусмотрена шина или стойка, в которую вставляются все модули, такие как центральный процессор и другие модули ввода/вывода, в соответствующие разъемы. Эта шина обеспечивает связь между центральным процессором и модулями ввода/вывода для передачи или приема данных. Связь устанавливается путем адресации модулей ввода/вывода в соответствии с их расположением от модуля CPU на шине. Например, если модуль ввода расположен во втором слоте, то адрес должен быть I2:1.0 (второй слот первый канал только в качестве примера). Некоторые шины обеспечивают необходимое питание схем модулей ввода/вывода, но не обеспечивают питание датчиков и исполнительных устройств, подключенных к модулям ввода/вывода.
В некоторых модульных ПЛК в объединительной плате схемы предусмотрена шина или стойка, в которую вставляются все модули, такие как центральный процессор и другие модули ввода/вывода, в соответствующие разъемы. Эта шина обеспечивает связь между центральным процессором и модулями ввода/вывода для передачи или приема данных. Связь устанавливается путем адресации модулей ввода/вывода в соответствии с их расположением от модуля CPU на шине. Например, если модуль ввода расположен во втором слоте, то адрес должен быть I2:1.0 (второй слот первый канал только в качестве примера). Некоторые шины обеспечивают необходимое питание схем модулей ввода/вывода, но не обеспечивают питание датчиков и исполнительных устройств, подключенных к модулям ввода/вывода.
Модуль питания:
Эти модули обеспечивают необходимое питание всей системы, преобразуя имеющееся переменное напряжение в постоянное, необходимое для работы процессора и модулей ввода/вывода. Выходное напряжение 5 В постоянного тока управляет компьютерными схемами, а в некоторых ПЛК 24 В постоянного тока на шине управляет несколькими датчиками и исполнительными механизмами.
Модули ввода/вывода:
Модули ввода и вывода ПЛК позволяют подключать к системе датчики и исполнительные механизмы для измерения или управления переменными в реальном времени, такими как температура, давление, расход и т.д. Эти модули ввода/вывода различаются по типу, диапазону и возможностям, и некоторые из них включают в себя следующие:
Модуль цифрового ввода-вывода:
Они используются для подключения датчиков и исполнительных устройств, имеющих цифровой характер, т.е. предназначенных только для включения и выключения. Эти модули могут работать как на переменном, так и на постоянном напряжении и токе с переменным числом цифровых входов и выходов.
Модули аналогового ввода-вывода:
Они используются для подключения датчиков и исполнительных устройств, которые подают аналоговые электрические сигналы. Внутри этих модулей используется аналого-цифровой преобразователь, который преобразует аналоговые данные в понятные процессору, т.е. в цифровые. Количество каналов в этом модуле также может варьироваться в зависимости от конкретного применения.
Модули коммуникационных интерфейсов:
Это интеллектуальные модули ввода/вывода, которые обмениваются информацией между центральным процессором и коммуникационной сетью. Они используются для связи с другими ПЛК и компьютерами, расположенными на удаленном или дальнем расстоянии.
Типы ПЛК:
Программируемые логические контроллеры (ПЛК) выполняются в виде отдельных или модульных устройств. Интегрированный или компактный ПЛК собирается из нескольких модулей в одном корпусе. Таким образом, возможности ввода/вывода определяются производителем, но не пользователем. Некоторые интегрированные ПЛК позволяют подключать дополнительные входы/выходы, что делает их в некоторой степени модульными.
Модульный ПЛК:
Модульный ПЛК состоит из нескольких компонентов, подключаемых к общей стойке или шине с расширяемыми возможностями ввода/вывода. Он содержит модуль питания, центральный процессор и другие модули ввода/вывода, которые подключаются в одну стойку от одного и того же производителя или от других производителей. Эти модульные ПЛК имеют различные размеры с переменным питанием, вычислительными возможностями, возможностью подключения модулей ввода/вывода и т.д.
В зависимости от объема программной памяти и количества функций ввода-вывода модульные ПЛК подразделяются на малые, средние и большие.
Малогабаритный ПЛК - это миниатюрный ПЛК, выполненный в виде компактного и надежного устройства, устанавливаемого или размещаемого рядом с управляемым оборудованием. Этот тип ПЛК используется для замены проводных релейных логических схем, счетчиков, таймеров и т.д. Возможности расширения модулей ввода-вывода этого ПЛК ограничены одним-двумя модулями, а в качестве языка программирования используется список логических команд или язык релейной лестницы.
ПЛК среднего размера - наиболее часто используемый в промышленности ПЛК, допускающий установку большого количества сменных модулей на объединительную плату системы. Несколько сотен точек ввода/вывода обеспечиваются за счет добавления дополнительных плат ввода/вывода, кроме того, в этом ПЛК предусмотрены средства коммуникационных модулей.
Большие ПЛК - используются там, где требуются сложные функции управления технологическими процессами. Возможности таких ПЛК значительно выше, чем у средних, по объему памяти, языкам программирования, точкам ввода/вывода, модулям связи и т.д. В основном такие ПЛК используются в системах диспетчерского управления и сбора данных (SCADA), на крупных предприятиях, в распределенных системах управления и т.д.
Ниже приведены некоторые производители или типы ПЛК:
ПЛК Allen Bradley (AB)
ПЛК ABB (Asea Brown Boveri)
ПЛК Siemens
ПЛК Omron
ПЛК Mitsubishi
ПЛК Hitachi
ПЛК Delta
ПЛК General Electric (GE)
ПЛК Honeywell
ПЛК Modicon
ПЛК Schneider Electric
ПЛК Bosch
Области применения ПЛК:
На видео ниже показана работа ПЛК для простого приложения управления технологическим процессом, в котором ПЛК выполняет работу конвейерной ленты, измерение количества коробок и другие операции управления. Здесь к входному модулю ПЛК подключены выходы датчиков положения и других датчиков, а от выходных модулей - управляется двигатель. При срабатывании датчиков центральный процессор ПЛК считывает входные сигналы, соответственно обрабатывает их в соответствии с программой и вырабатывает выходные сигналы для управления двигателем, что обеспечивает управление конвейером. Комбинированная структура управления ПЛК и SCADA чаще всего используется в секторе промышленной автоматизации, а также в системах электроснабжения, таких как системы передачи и распределения электроэнергии. Программируемая последовательная коммутация - еще одна важная область применения ПЛК.
Comments