Princip činnosti a základy programování PLC

Programovatelné logické řadiče (PLC)

Před příchodem polovodičových logických obvodů byl vývoj logických řídících systémů založen na elektromechanických relé. Dodnes nejsou relé v cílovém místě zastaralá, ale přesto jsou v některých svých předchozích funkcích nahrazena řadičem.

V moderním průmyslu existuje velké množství různých systémů a procesů, které vyžadují automatizaci, ale nyní jsou takové systémy zřídka navrženy z relé. Moderní výrobní procesy vyžadují zařízení, které je naprogramováno k provádění různých logických funkcí. Na konci 60. let vyvinula americká společnost Bedford Associates počítačové zařízení zvané MODICON (Modular Digital Controller). Později se název zařízení stal názvem jednotky společnosti, která jej navrhla, vyrobila a prodala.

Ostatní společnosti vyvinuly své vlastní verze tohoto zařízení a nakonec se stalo známým jako PLC nebo programovatelný logický řadič. Cílem programovatelného ovladače schopného simulovat činnost velkého počtu relé bylo nahradit elektromechanická relé logické prvky.

PLC má sadu vstupních terminálů, pomocí kterých můžete sledovat stav senzorů a spínačů. Existují také výstupní svorky, které poskytují signál „vysoký“ nebo „nízký“ signálům výkonu, solenoidovým ventilům, stykačům, malým motorům a dalším zařízením pro vlastní monitorování.

PLC lze snadno programovat, protože jejich programovací jazyk připomíná logiku relé. Běžný průmyslový elektrikář nebo elektrotechnik, zvyklý číst logické obvody žebříku, se tedy při programování PLC bude cítit pohodlně, aby vykonával stejné funkce.

Připojení signálu a standardní programování se u různých modelů PLC poněkud liší, ale jsou si docela podobné, což vám umožňuje umístit „obecný“ úvod do programování tohoto zařízení.

Následující obrázek ukazuje jednoduchý PLC, nebo spíše, jak by to mohlo vypadat vpředu. Dva šroubové svorky pro připojení interních obvodů PLC do 120 VAC jsou označeny L1 a L2.

Šest šroubových svorek umístěných na levé straně poskytuje připojení pro vstupní zařízení. Každý terminál představuje svůj vstupní kanál (X). Šroubová svorka („obecné“ připojení) umístěná v levém dolním rohu je obvykle připojena ke zdroji proudu L2 (neutrální) s napětím 120 V AC.

Ve skříni PLC, která spojuje každou vstupní svorku se společným terminálem, existuje izolátor zařízení (LED), který poskytuje elektricky izolovaný „vysoký“ signál pro obvod počítače (fototranzistor interpretuje LED světlo), když je mezi odpovídající vstupní svorku a společný společný proud 120 V terminál. LED dioda na přední straně PLC umožňuje pochopit, který vstup je aktivní:

Výstupní signály jsou generovány počítačovými obvody PLC, které aktivují spínací zařízení (tranzistor, tyristor nebo dokonce elektromechanické relé) a připojují svorku „Zdroj“ (pravý dolní roh) k jakémukoli výstupu označenému písmenem Y. Zdrojový terminál je obvykle spojen s L1. Stejně jako každý vstup je každý výstup, který je pod napětím, označen LED:

PLC tedy může být připojeno k jakýmkoli zařízením, jako jsou spínače a elektromagnety.

Základy programování PLC

Moderní logika řídicího systému je v PLC instalována pomocí počítačového programu.Tento program určuje, které výstupy jsou živé a za jakých vstupních podmínek. Přestože se program sám podobá logickému obvodu relé, uvnitř PLC neexistují žádné spínací kontakty ani reléové cívky, které by vytvářely spojení mezi vstupem a výstupem. Tyto kontakty a cívky jsou imaginární. Program se zapisuje a prohlíží pomocí osobního počítače připojeného k programovacímu portu PLC.

Zvažte následující obvod a program PLC:

Pokud není tlačítko aktivováno (ve vypnutém stavu), není signál odeslán na vstup X1. V souladu s programem, který ukazuje "otevřený" vstup X1, signál nebude vyslán na výstup Y1. Výstup Y1 tak zůstane bez napájení a indikátor k němu připojený zhasne.

Pokud stisknete tlačítko, bude signál odeslán na vstup X1. Všechny kontakty X1 v programu budou mít aktivovaný stav, jako by to byly reléové kontakty aktivované dodáváním napětí do reléové cívky zvané X1. V tomto případě bude otevřený kontakt X1 „sepnut“ a vyšle signál cívce Y1. Když je cívka Y1 pod napětím, výstup Y1 se rozsvítí s připojenou žárovkou.

Mělo by být zřejmé, že kontakt X1 a cívka Y1 jsou spojeny pomocí vodičů a „signál“, který se objevuje na monitoru počítače, je virtuální. Neexistují jako skutečné elektrické komponenty. Jsou přítomny pouze v počítačovém programu - součást softwaru - a jen připomínají, co se děje v reléovém obvodu.

Stejně důležité je pochopit, že počítač používaný pro psaní a editaci programu není pro další použití PLC nutný. Po načtení programu do programovatelného řadiče lze počítač vypnout a PLC nezávisle provede programové příkazy. Na ilustraci zahrnujeme monitor osobního počítače, abyste pochopili spojení mezi skutečnými podmínkami (uzavření spínače a stavy lamp) a stavy programu (signály prostřednictvím virtuálních kontaktů a virtuálních cívek).

Skutečná síla a všestrannost PLC je odhalena, když chceme změnit chování řídicího systému. Protože PLC je programovatelné zařízení, můžeme změnit příkazy, které jsme nastavili, aniž by bylo nutné znovu nakonfigurovat komponenty k němu připojené. Předpokládejme, že jsme se rozhodli přepnout funkci „vypínač - žárovka“ opačným směrem: stisknutím tlačítka zhasnete světlo a uvolněním jej zapnete.

Řešením tohoto problému v reálných podmínkách je to, že spínač, „otevřený“ za normálních podmínek, je nahrazen „uzavřeným“. Jeho softwarové řešení mění program tak, že kontakt X1 za normálních podmínek je „uzavřený“ a ne „otevřený“.

Na následujícím obrázku uvidíte program, který již byl změněn a spínač není aktivován:

A zde je spínač aktivován:

Jednou z výhod implementace logického řízení v softwaru na rozdíl od řízení pomocí hardwaru je to, že vstupní signály lze použít tolikrát, kolikrát je potřeba. Například zvažte obvod a program určený k zapnutí žárovky, pokud jsou současně aktivovány alespoň dva ze tří spínačů:

K vybudování podobného obvodu pomocí relé budou vyžadována tři relé se dvěma otevřenými kontakty za normálních podmínek, z nichž každé musí být použito. S využitím PLC však můžeme naprogramovat tolik pinů pro každý vstup „X“, kolik bychom chtěli, aniž bychom přidali jakékoli další vybavení (každý vstup a výstup by neměl obsáhnout více než 1 bit v digitální paměti PLC) a volat je tolikrát, kolikrát je třeba .

Navíc, protože každý výstup PLC nezabírá v paměti více než jeden bit, můžeme do programu přidat kontakty, čímž se výstup Y uvede do neaktivovaného stavu. Například si vezměte diagram motoru se systémem, který řídí začátek pohybu a zastavení:

Spínač připojený ke vstupu X1 slouží jako tlačítko „Start“, zatímco přepínač připojený ke vstupu X2 slouží jako tlačítko „Stop“. Další kontakt s názvem Y1, jako je tisk v kontaktu, umožňuje stykači motoru zůstat pod napětím, i když uvolníte tlačítko Start. V tomto případě můžete vidět, jak se kontakt X2 „sepnutý“ za normálních podmínek objeví v barevném bloku, což ukazuje, že je ve stavu „sepnutý“ („elektricky vodivý“).

Stisknete-li tlačítko „Start“, proudem sepne kontakt X1 a proud vyšle 120 VAC do stykače motoru. Paralelní kontakt Y1 se také „sepne“ a tím uzavře obvod:

Pokud nyní stiskneme tlačítko „Start“, kontakt X1 přejde do stavu „otevřeno“, ale motor bude nadále fungovat, protože uzavřený kontakt Y1 bude stále udržovat cívku pod napětím:

Chcete-li zastavit motor, musíte rychle stisknout tlačítko "Stop", které nahlásí napětí na vstupu X1 a "rozpojený" kontakt, který povede k ukončení napájení na cívce Y1:

Když stisknete tlačítko „Stop“, vstup X1 zůstal bez napětí, čímž se kontakt X1 vrátí do normálního stavu „sepnuto“. Za žádných okolností nebude motor běžet znovu, dokud znovu nestisknete tlačítko Start, protože došlo ke ztrátě tisku na kolíku Y1:

Je velmi důležitý model řídicích zařízení PLC, který odolává poruchám, stejně jako u elektromagnetických reléových řídicích zařízení. Vždy je nutné vzít v úvahu účinek chybně „otevřeného“ kontaktu na provoz systému. Například v našem případě, pokud je kontakt X2 chybně „otevřen“, nebude možné zastavit motor!

Řešením tohoto problému je přeprogramovat kontakt X2 uvnitř PLC a skutečně stisknout tlačítko Stop:

Pokud není stisknuto tlačítko „Stop“, je vstup PLC X2 pod napětím, tzn. kontakt X2 je „sepnutý“. To umožňuje motoru spustit provoz při sdělování proudu na svorku X1 a pokračovat v činnosti po uvolnění tlačítka "Start". Když stisknete tlačítko „Stop“, kontakt X2 přejde do stavu „otevřeno“ a motor přestane fungovat. Můžete tedy vidět, že neexistuje žádný funkční rozdíl mezi tímto a předchozím modelem.

Pokud však byla vstupní svorka X2 chybně „otevřena“, lze vstup X2 zastavit stisknutím tlačítka „Stop“. V důsledku toho se motor okamžitě vypne. Tento model je bezpečnější než předchozí model, kdy stisknutím tlačítka „Stop“ znemožníte zastavení motoru.

Kromě vstupů (X) a výstupů (Y) v PLC je možné použít i „interní kontakty a cívky. Používají se stejným způsobem jako mezilehlé relé používané ve standardních reléových obvodech.

Abychom porozuměli principu fungování „interních“ obvodů a kontaktů, zvažte následující obvod a program vytvořený na základě tří vstupů logické funkce AND:

V tomto obvodu svítí kontrolka, dokud nestisknete jedno z tlačítek. Chcete-li lampu vypnout, stiskněte všechna tři tlačítka:

Tento článek o programovatelných logických řadičích ilustruje pouze malou ukázku jejich schopností. Jako počítač PLC může provádět další pokročilé funkce s mnohem větší přesností a spolehlivostí než při použití elektromechanických logických zařízení. Většina PLC má více než šest vstupů a výstupů. Následující obrázek ukazuje jednu z PLC Allen-Bradley:

Díky modulům, z nichž každý má 16 vstupů a výstupů, má tato PLC schopnost řídit tucet zařízení.Umístěno do řídicí skříně PLC zabírá málo místa (pro elektromechanická relé, která vykonávají stejné funkce, by bylo zapotřebí mnohem více volného místa).

Jednou z výhod PLC, které jednoduše nelze duplikovat elektromechanickým relé, je dálkové monitorování a řízení prostřednictvím digitální sítě počítače. Protože PLC není nic jiného než specializovaný digitální počítač, může snadno „komunikovat“ s ostatními počítači. Následující fotografie je grafickým znázorněním procesu plnění kapaliny (čerpací stanice pro čištění komunálních odpadních vod) řízeného PLC. Kromě toho se samotná stanice nachází několik kilometrů od monitoru počítače.