Logické automaty: konstrukce a princip činnosti programovatelného zařízení

Někteří lidé se mylně domnívají, že výraz „kontrolor“ pochází ze slova „kontrola“ a znamená kontrolu nebo účtování něčeho. Ve skutečnosti k nám tento pojem přišel z anglického jazyka a v překladu znamená „management“. Na základě toho je zřejmé, že programovatelné logické automaty (PLC) se běžně používají k řízení automatizovaných elektrických zařízení.

Hlavní role

Poprvé byla tato výpočetní zařízení použita v automobilovém průmyslu v 60. letech 20. století k automatizaci montážních linek strojů. Hardwarový způsob programování na jedné straně zlevnil výrobní proces, na druhé straně si vyžádal komplexní přestavbu jedné technologické linky na druhou. Pro zjednodušení procesu konfigurace byly regulátory uvolněny na základě schématu zapojení relé.

Později bylo možné programovat zařízení pomocí strojově orientovaného jazyka. Takové nastavení si však vyžádalo velké změny v řídicím systému, takže vývoj programovacích jazyků začal zjednodušovat používání ovladačů. Dnes jsou hlavními klasické algoritmické jazyky a jazyky IEC 61131-3.

Moderní programovatelné mikrokontroléry jsou široce používány. Používají je:

• v signalizaci a nouzové ochraně;
• u obráběcích strojů s číslicovým řízením;
• při budování systémů podpory života;
• při archivaci a sběru informací;
• v lékařské technice;
• ovládat robotická zařízení a kosmické lodě;
• při testování různých produktů atd.

Místní softwarové ovladače hrají roli nejen samostatných zařízení pro řízení provozu různých procesních závodů. Jsou také důležitou součástí rozsáhlých podnikových systémů.

Mechanismus působení

Existují různé modely PLC, ale princip fungování jakéhokoli typu regulátoru je stejný.

Uvnitř brány je LED, která poskytuje elektricky izolovaný vysoký signál. K výskytu takového signálu dochází, když je mezi společným a vstupním terminálem zaveden střídavý proud 120 voltů.

Činnost programovatelného automatu je určena speciálním programem sestaveným a prohlíženým pomocí počítače připojeného k programovacímu portu PLC. Program logického hradla se liší od reléového obvodu v nepřítomnosti skutečných spínacích kontaktů nebo reléových cívek potřebných k vytvoření spojení mezi vstupem a výstupem v řídicí jednotce. Všechny kontakty jsou imaginární.

Programovatelný ovladač je spojen s tlačítkovým spínačem. Tento spínač může být ve dvou polohách:

1. Vypnuto. Žádný vstupní signál. Podle aktuálního programu bude výstup deaktivován. Svědčí o tom zhasnutý indikátor.
2. Zahrnuta. Signál bude odeslán na vstup, všechny kontakty v programu budou aktivovány. Ze sepnutého kontaktu je signál přenášen do cívky. Když je na něj přivedeno napětí, výstup se rozsvítí pomocí připojeného indikátoru.

Všechny signály viditelné na monitoru počítače nejsou skutečné elektrické součástky, ale virtuální. Jejich přítomnost v softwaru je nezbytná pouze k tomu, aby vám připomněla, co se děje v obvodu.

V procesu fungování softwarového logického řadiče hraje počítač sekundární roli. Je potřeba pouze napsat základní program akcí a sledovat probíhající procesy. Regulátor provádí všechny příchozí povely samostatně bez účasti PC.

Program logického prvku lze kdykoli změnit. Při úpravě jednotlivých příkazů není potřeba kompletní rekonfigurace všech připojených komponent. Logické algoritmy lze vytvářet pomocí vlastního předního panelu, přenosného programátoru, monitoru, myši a klávesnice.

Hlavní výhodou programovatelného logického řízení na rozdíl od řízení pomocí zařízení, je schopnost používat signály neomezeně mnohokrát (v závislosti na potřeby).

Varianty logických zařízení

Široká škála úloh, které lze řešit pomocí programovatelných zařízení, ovlivňuje výběr správného regulátoru.

V čem je třeba vzít v úvahu hlavní vlastnosti zařízení:

• teplotní režim;
• spolehlivost;
• dostupnost certifikátů pro použití;
• výrobce.

Při klasifikaci PLC se bere v úvahu několik faktorů. Jedním z nich je umístění vstupních a výstupních modulů. V souladu s touto funkcí jsou ovladače:

1. Monoblok. Mají jednotný design. I/O zařízení je trvalé a nelze jej vyměnit.
2. Modulární. Vstupy a výstupy jsou provedeny formou samostatných skříní, které jsou umístěny v jediném koši. Uživatel si může nezávisle zvolit kombinaci zásuvných modulů podle toho, jaký úkol má řešit.
3. Distribuováno. V nich jsou vzdálené I/O moduly připojeny k řídicímu modulu prostřednictvím sítě založené na rozhraní RS-485. Tento způsob připojení umožňuje umístění prvků ve vzdálenosti až 1 km od hlavního modulu.

Určité typy logických zařízení lze kombinovat. Tímto způsobem je vytvořeno programovatelné zařízení se zvýšeným počtem kanálů.

PLC lze namontovat na stěnu, panel, dveře skříně nebo lištu DIN. Ve speciální výbavě lze použít jednodesková zařízení bez obalu.

Různé oblasti používají různé programovatelné ovladače. V závislosti na aplikaci se dělí na regulátory pro všeobecné použití, vyhrazené, komunikační a PID regulátory. Často se používají k ovládání polohování a pohybu a také k ovládání robotů.

Modul procesoru

Důležitá funkční role v PLC je přiřazena modulu hlavního procesoru. Obsahuje centrální a procesorovou jednotku, paměťová zařízení, hlídacího psa a hodiny zobrazující reálný čas. Hlavními parametry takového modulu jsou taktovací frekvence, bitová šířka, typ podpůrných portů, operace s plovoucí desetinnou čárkou, provozní teplota a spotřeba.

Zařízení zodpovědná za zpracování velkého množství digitálních dat jsou vybavena přídavným modulem matematického procesoru, provádění akcí s plovoucí desetinnou čárkou nebo signálový procesor, který provádí matematické operace v jednom cyklu a umožňuje urychlit konvoluce. U procesorů tohoto typu je důležitou charakteristikou kapacita paměti.

Jako hlídací senzor lze použít čítač, který čte pulsy generátoru hodin a periodicky se restartuje pomocí běžícího procesoru.

Vestavěné hodiny quartzového typu jsou napájeny baterií a nadále zobrazují čas, i když je logický ovladač vypnutý. Jsou povinni ovládat činnost zařízení veřejného osvětlení, zabezpečovacích systémů a dalších zařízení, jejichž práce je vázána na astronomický čas.

Pomocí modulu hlavního procesoru jsou sbírány informace ze vstupních modulů a odesílány do výstupního modulu, výměna informací při programování zařízení, zásobník protokolů průmyslové sítě.

Procesor je také zodpovědný za zavádění operačního systému a provádění základních úkolů, provádění zaváděcího modulu programu nainstalovaného uživatelem a kontrola nad výměnnými akty Paměť.