Sterowniki logiczne: budowa i zasada działania urządzenia programowalnego

Niektórzy błędnie myślą, że termin „kontroler” pochodzi od słowa „kontrola” i oznacza sprawdzanie lub rozliczanie się z czegoś. W rzeczywistości ta koncepcja przyszła do nas z języka angielskiego iw tłumaczeniu oznacza „zarządzanie”. Na tej podstawie staje się jasne, że programowalne sterowniki logiczne (PLC) są powszechnie używane do sterowania zautomatyzowanym sprzętem elektrycznym.

Główna rola

Po raz pierwszy te urządzenia obliczeniowe zostały wykorzystane w przemyśle motoryzacyjnym w latach 60-tych XX wieku do automatyzacji linii montażowych maszyn. Sprzętowy sposób programowania z jednej strony obniżał koszty produkcji, az drugiej wymagał skomplikowanej rekonfiguracji jednej linii technologicznej na drugą. Aby uprościć proces konfiguracji, kontrolery zostały wydane na podstawie schematu połączeń przekaźników.

Później stało się możliwe programowanie urządzeń przy użyciu języka maszynowego. Jednak taka konfiguracja wymagała dużych zmian w systemie sterowania, więc rozwój języków programowania zaczął upraszczać korzystanie ze sterowników. Dziś głównymi z nich są klasyczne języki algorytmiczne oraz języki IEC 61131-3.

Współczesne mikrokontrolery programowalne są szeroko stosowane. Korzystają z nich:

• w sygnalizacji i ochronie awaryjnej;
• w obrabiarkach sterowanych numerycznie;
• w budowaniu systemów podtrzymywania życia;
• przy archiwizacji i gromadzeniu informacji;
• w technologii medycznej;
• do sterowania zrobotyzowanym sprzętem i statkiem kosmicznym;
• podczas testowania różnych produktów itp.

Lokalne sterowniki programowe pełnią rolę nie tylko samodzielnych urządzeń do sterowania pracą różnych instalacji procesowych. Stanowią również ważną część systemów korporacyjnych na dużą skalę.

Mechanizm akcji

Istnieją różne modele PLC, ale zasada działania każdego typu sterownika jest taka sama.

Wewnątrz bramki znajduje się dioda LED, która zapewnia elektrycznie izolowany wysoki sygnał. Wystąpienie takiego sygnału występuje w momencie, gdy między zaciskiem wspólnym a zaciskiem wejściowym powstaje prąd przemienny o napięciu 120 woltów.

Działanie sterownika programowalnego określa specjalny program kompilowany i oglądany za pomocą komputera podłączonego do portu programowania PLC. Program bramki logicznej różni się od obwodu przekaźnika brakiem rzeczywistych styków przełącznika lub cewek przekaźnika wymaganych do tworzenia połączeń między wejściem a wyjściem w sterowniku. Wszystkie kontakty są urojone.

Sterownik programowalny jest powiązany z przełącznikiem przyciskowym. Ten przełącznik może znajdować się w dwóch pozycjach:

1. Wyłączony. Brak sygnału wejściowego. Zgodnie z aktualnym programem wyjście zostanie wyłączone. Świadczy o tym wygaszony wskaźnik.
2. Dołączony. Na wejście zostanie wysłany sygnał, wszystkie styki w programie zostaną aktywowane. Z zamkniętego styku sygnał jest przesyłany do cewki. Po przyłożeniu do niego napięcia wyjście zostanie podświetlone za pomocą podłączonego wskaźnika.

Wszystkie sygnały widoczne na monitorze komputera nie są rzeczywistymi komponentami elektrycznymi, ale wirtualnymi. Ich obecność w oprogramowaniu ma jedynie przypominać o tym, co dzieje się w obwodzie.

W procesie funkcjonowania sterownika logicznego oprogramowania komputer odgrywa drugorzędną rolę. Wystarczy napisać podstawowy program działań i monitorować zachodzące procesy. Sterownik wykonuje wszystkie przychodzące polecenia niezależnie bez udziału komputera PC.

Program elementu logicznego można zmienić w dowolnym momencie. Podczas dostosowywania poszczególnych poleceń nie ma potrzeby całkowitej rekonfiguracji wszystkich podłączonych komponentów. Algorytmy logiczne można tworzyć za pomocą własnego panelu przedniego, przenośnego programatora, monitora, myszy i klawiatury.

Główną zaletą programowalnego sterowania logicznego, w przeciwieństwie do sterowania za pomocą sprzęt, to możliwość wykorzystania sygnałów nieograniczoną ilość razy (w zależności od wymagania).

Odmiany urządzeń logicznych

Szeroki zakres zadań, które można rozwiązać za pomocą programowalnych urządzeń, wpływa na dobór odpowiedniego sterownika.

W której należy wziąć pod uwagę główne cechy urządzenia:

• reżim temperaturowy;
• niezawodność;
• dostępność certyfikatów do użytku;
• producent.

Podczas klasyfikacji PLC bierze się pod uwagę kilka czynników. Jednym z nich jest lokalizacja modułów wejściowych i wyjściowych. Zgodnie z tą funkcją kontrolerami są:

1. Monoblok. Mają jeden projekt. Urządzenie I/O jest trwałe i nie można go wymienić.
2. Modułowy. Wejścia i wyjścia wykonane są w postaci oddzielnych obudów, które znajdują się w jednym koszu. Użytkownik może samodzielnie wybrać kombinację modułów wtyczek, w zależności od tego, jakie zadanie ma do rozwiązania.
3. Rozpowszechniane. W nich zdalne moduły I/O połączone są z modułem sterownika poprzez sieć opartą na interfejsie RS-485. Ten sposób łączenia pozwala na umieszczenie elementów w odległości do 1 km od modułu głównego.

Niektóre typy urządzeń logicznych można łączyć. W ten sposób powstaje programowalny sprzęt o zwiększonej liczbie kanałów.

Sterownik PLC można zamontować na ścianie, panelu, drzwiach szafy lub szynie DIN. W wyposażeniu specjalnym można stosować urządzenia jednopłytowe bez opakowania.

Różne obszary wykorzystują różne sterowniki programowalne. W zależności od zastosowania dzielą się one na regulatory ogólnego przeznaczenia, dedykowane, komunikacyjne oraz PID. Często wykorzystywane są do sterowania pozycjonowaniem i ruchem, a także do sterowania robotami.

Moduł procesora

Ważna rola funkcjonalna w sterowniku PLC jest przypisana do modułu procesora głównego. Zawiera jednostkę centralną i procesorową, urządzenia pamięci, watchdog i zegar wyświetlający czas rzeczywisty. Główne parametry takiego modułu to częstotliwość taktowania, szerokość bitów, rodzaj obsługiwanych portów, operacje zmiennoprzecinkowe, temperatura pracy i pobór mocy.

Urządzenia odpowiedzialne za przetwarzanie dużej ilości danych cyfrowych wyposażone są w dodatkowy moduł procesora matematycznego, wykonywanie akcji zmiennoprzecinkowych, czyli procesor sygnałowy, który w jednym cyklu wykonuje operacje matematyczne i pozwala na przyspieszenie skręt. W przypadku procesorów tego typu ważną cechą jest pojemność pamięci.

Licznik, który odczytuje impulsy generatora zegara i okresowo restartuje się za pomocą działającego procesora, może służyć jako czujnik watchdog.

Wbudowany zegar kwarcowy jest zasilany bateryjnie i nadal wyświetla czas, nawet jeśli sterownik logiczny jest wyłączony. Są zobowiązani do kontrolowania pracy urządzeń oświetlenia ulicznego, systemów bezpieczeństwa i innych urządzeń, których praca związana jest z czasem astronomicznym.

Za pomocą modułu procesora głównego zbierane są informacje z modułów wejściowych i przesyłane do modułu wyjściowego, wymiana informacji podczas programowania urządzenia, stos protokołów sieci przemysłowej.

Procesor odpowiada również za początkowe ładowanie systemu operacyjnego i jego główne zadania, wykonanie modułu wczytywania programu zainstalowanego przez użytkownika oraz kontrola nad aktami giełdowymi pamięć.