Logiksteuerungen: Aufbau und Funktionsprinzip eines programmierbaren Geräts

Manche Leute denken fälschlicherweise, dass der Begriff "Kontrolleur" vom Wort "Kontrolle" stammt und impliziert, dass etwas überprüft oder zur Rechenschaft gezogen wird. Tatsächlich kam dieses Konzept aus dem Englischen zu uns und bedeutet in der Übersetzung "Management". Auf dieser Grundlage wird deutlich, dass speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) häufig verwendet werden, um automatisierte elektrische Geräte zu steuern.

Hauptrolle

Zum ersten Mal wurden diese Computergeräte in den 60er Jahren des 20. Jahrhunderts in der Automobilindustrie verwendet, um Maschinenmontagelinien zu automatisieren. Die Hardware-Programmierung machte einerseits den Produktionsprozess billiger und erforderte andererseits eine komplexe Umkonfiguration von einer technologischen Linie auf eine andere. Um den Einrichtungsprozess zu vereinfachen, wurden Controller basierend auf einem Relaisanschlussplan freigegeben.

Später wurde es möglich, Geräte mit einer maschinenorientierten Sprache zu programmieren. Ein solches Setup erforderte jedoch große Änderungen an der Steuerung, sodass die Entwicklung von Programmiersprachen begann, die Verwendung von Steuerungen zu vereinfachen. Heute sind die wichtigsten die klassischen algorithmischen Sprachen und die IEC 61131-3-Sprachen.

Moderne programmierbare Mikrocontroller sind weit verbreitet. Sie werden verwendet von:

• im Signal- und Notfallschutz;
• in Werkzeugmaschinen mit numerischer Steuerung;
• beim Bau von Lebenserhaltungssystemen;
• beim Archivieren und Sammeln von Informationen;
• in der Medizintechnik;
• um Roboterausrüstung und Raumfahrzeuge zu steuern;
• beim Testen verschiedener Produkte usw.

Lokale Software-Controller spielen nicht nur die Rolle von eigenständigen Geräten, um den Betrieb verschiedener Prozessanlagen zu steuern. Sie sind auch ein wichtiger Bestandteil großer Unternehmenssysteme.

Wirkmechanismus

Es gibt verschiedene SPS-Modelle, aber das Funktionsprinzip jeder Art von Controller ist gleich.

Im Gate befindet sich eine LED, die ein galvanisch getrenntes High-Signal liefert. Das Auftreten eines solchen Signals tritt in dem Moment auf, in dem ein Wechselstrom von 120 Volt zwischen dem gemeinsamen und dem Eingangsanschluss aufgebaut wird.

Der Betrieb der programmierbaren Steuerung wird durch ein spezielles Programm bestimmt, das kompiliert und unter Verwendung eines Computers angezeigt wird, der an den SPS-Programmieranschluss angeschlossen ist. Das Logikgatterprogramm unterscheidet sich von der Relaisschaltung dadurch, dass keine echten Schaltkontakte oder Relaisspulen vorhanden sind, die erforderlich sind, um Verbindungen zwischen Eingang und Ausgang innerhalb der Steuerung herzustellen. Alle Kontakte sind imaginär.

Der programmierbaren Steuerung ist ein Druckknopfschalter zugeordnet. Dies Der Schalter kann in zwei Positionen stehen:

1. Aus. Kein Eingangssignal. Nach aktuellem Programm wird der Ausgang stromlos geschaltet. Dies wird durch die erloschene Anzeige belegt.
2. Inbegriffen. Das Signal wird an den Eingang gesendet, alle Kontakte im Programm werden aktiviert. Vom geschlossenen Kontakt wird das Signal an die Spule übertragen. Bei anliegender Spannung wird der Ausgang mit der angeschlossenen Anzeige beleuchtet.

Alle auf dem Computermonitor sichtbaren Signale sind keine realen elektrischen Komponenten, sondern virtuelle. Ihre Anwesenheit in der Software ist nur notwendig, um Sie daran zu erinnern, was in der Schaltung passiert.

Im Funktionsprozess des Software Logic Controllers spielt der Computer eine untergeordnete Rolle. Es ist lediglich erforderlich, ein grundlegendes Aktionsprogramm zu schreiben und laufende Prozesse zu überwachen. Der Controller führt alle eingehenden Befehle selbstständig ohne Beteiligung eines PCs aus.

Das Logikelementprogramm kann jederzeit geändert werden. Beim Anpassen einzelner Befehle es ist keine komplette Neukonfiguration aller angeschlossenen Komponenten erforderlich. Logikalgorithmen können mit Ihrem eigenen Frontpanel, tragbaren Programmiergerät, Monitor, Maus und Tastatur erstellt werden.

Der Hauptvorteil der speicherprogrammierbaren Steuerung gegenüber der Steuerung über Ausrüstung, ist die Fähigkeit, Signale unbegrenzt oft zu verwenden (je nach Bedarf).

Verschiedene logische Geräte

Die Vielzahl an Aufgaben, die mit programmierbaren Geräten gelöst werden können, beeinflusst die Auswahl der richtigen Steuerung.

Dabei die Hauptmerkmale des Geräts sollten berücksichtigt werden:

• Temperaturregime;
• Verlässlichkeit;
• Verfügbarkeit von Zertifikaten zur Verwendung;
• Hersteller.

Bei der Klassifizierung einer SPS werden mehrere Faktoren berücksichtigt. Eine davon ist die Position der Ein- und Ausgabemodule. In Übereinstimmung mit dieser Funktion sind Controller:

1. Monoblock. Sie haben ein einheitliches Design. Das E/A-Gerät ist permanent und kann nicht ausgetauscht werden.
2. Modular. Ein- und Ausgänge erfolgen in Form von separaten Gehäusen, die sich in einem einzigen Korb befinden. Der Anwender kann selbstständig eine Kombination von Plug-In-Modulen wählen, je nachdem, welche Aufgabe er zu lösen hat.
3. Verteilt. In ihnen werden Remote-I/O-Module über ein Netzwerk auf Basis der RS-485-Schnittstelle mit dem Controller-Modul verbunden. Diese Verbindungsmethode ermöglicht die Anordnung der Elemente in einer Entfernung von bis zu 1 km vom Hauptmodul.

Bestimmte Typen von logischen Geräten können kombiniert werden. Auf diese Weise werden programmierbare Geräte mit einer erhöhten Anzahl von Kanälen geschaffen.

Die SPS kann an einer Wand, einer Schalttafel, einer Schranktür oder einer DIN-Schiene montiert werden. In Sonderausstattungen können auch Einplatinengeräte ohne Gehäuse verwendet werden.

Unterschiedliche Bereiche verwenden unterschiedliche programmierbare Steuerungen. Sie werden je nach Anwendung in Allzweck-, dedizierte, Kommunikations- und PID-Regler unterteilt. Sie werden häufig zur Steuerung von Positionierung und Bewegung sowie zur Steuerung von Robotern verwendet.

Prozessormodul

Dem Hauptprozessormodul kommt eine wichtige funktionale Rolle in der SPS zu. Es enthält eine Zentral- und Recheneinheit, Speichergeräte, einen Watchdog und eine Echtzeituhr. Die Hauptparameter eines solchen Moduls sind Taktfrequenz, Bitbreite, Art der unterstützenden Ports, Gleitkommaoperationen, Betriebstemperatur und Leistungsaufnahme.

Geräte, die große Mengen digitaler Daten verarbeiten, sind mit einem zusätzlichen mathematischen Prozessormodul ausgestattet, Durchführen von Aktionen mit Gleitkomma oder einem Signalprozessor, der mathematische Operationen in einem Zyklus ausführt und Ihnen eine Beschleunigung ermöglicht Faltung. Für Prozessoren dieses Typs ist die Speicherkapazität ein wichtiges Merkmal.

Als Watchdog-Sensor kann ein Zähler verwendet werden, der die Impulse des Taktgenerators ausliest und mit Hilfe eines laufenden Prozessors periodisch neu startet.

Die eingebaute Quarzuhr ist batteriebetrieben und zeigt die Uhrzeit auch dann an, wenn die Logiksteuerung ausgeschaltet ist. Sie sind erforderlich, um den Betrieb von Straßenbeleuchtungsgeräten, Sicherheitssystemen und anderen Geräten zu steuern, deren Arbeit an die astronomische Zeit gebunden ist.

Mit Hilfe des Hauptprozessormoduls werden Informationen von den Eingangsmodulen gesammelt und an das Ausgangsmodul gesendet, den Informationsaustausch bei der Programmierung des Gerätes, den Protokollstack des industriellen Netzwerks.

Außerdem ist der Prozessor für das Bootstrapping des Betriebssystems und die Durchführung grundlegender Aufgaben verantwortlich. Ausführung des Lademoduls des vom Benutzer installierten Programms und Kontrolle über Austauschvorgänge Erinnerung.