Darbības princips un PLC programmēšanas pamati

Programmējamie loģiskie kontrolieri (PLC)

Pirms cietvielu loģisko shēmu parādīšanās loģisko vadības sistēmu izstrāde balstījās uz elektromehāniskajiem relejiem. Līdz šai dienai releji galamērķī nav novecojuši, tomēr, neskatoties uz dažām iepriekšējām funkcijām, tos aizstāj kontrolieris.

Mūsdienu rūpniecībā ir liels skaits dažādu sistēmu un procesu, kuriem nepieciešama automatizācija, taču tagad šādas sistēmas reti tiek veidotas no relejiem. Mūsdienu ražošanas procesiem nepieciešama ierīce, kas ir ieprogrammēta dažādu loģisko funkciju veikšanai. 60. gadu beigās amerikāņu uzņēmums Bedford Associates izstrādāja datoru ierīci ar nosaukumu MODICON (Modular Digital Controller). Vēlāk ierīces nosaukums kļuva par uzņēmuma vienības nosaukumu, kurš to projektēja, izgatavoja un pārdeva.

Citi uzņēmumi izstrādāja savas šīs ierīces versijas, un galu galā tā kļuva pazīstama kā PLC vai programmējams loģiskais kontrolieris. Programmējama kontroliera, kas varētu simulēt liela skaita releju darbību, mērķis bija aizstāt elektromehāniskos relejus ar loģiskie elementi.

PLC ir ievades termināļu komplekts, ar kuru palīdzību jūs varat uzraudzīt sensoru un slēdžu stāvokli. Ir arī izejas spailes, kas nodrošina “augstu” vai “zemu” signālu enerģijas indikatoriem, solenoīda vārstiem, kontaktoriem, maziem motoriem un citām paškontroles ierīcēm.

PLC ir viegli programmēt, jo to programmēšanas valoda atgādina releja loģiku. Tātad parasts rūpniecības elektriķis vai elektromehāniķis, pieradis lasīt kāpņu loģikas shēmas, jutīsies ērti, ieprogrammējot PLC tādu pašu funkciju veikšanai.

Signāla savienojums un standarta programmēšana ir nedaudz atšķirīgi dažādiem PLC modeļiem, taču tie ir diezgan līdzīgi, kas šeit ļauj ievietot “vispārīgu” ievadu šīs ierīces programmēšanā.

Šajā ilustrācijā parādīts vienkāršs PLC, pareizāk sakot, kā tas varētu izskatīties priekšā. Divas skrūvju spailes iekšējo PLC ķēžu pievienošanai līdz 120 VAC ir apzīmētas ar L1 un L2.

Seši skrūvju spailes, kas atrodas kreisajā pusē, nodrošina savienojumu ar ievades ierīcēm. Katrs terminālis apzīmē tā ievades kanālu (X). Skrūvju spaile (“vispārējs” savienojums), kas atrodas apakšējā kreisajā stūrī, parasti tiek savienota ar L2 (neitrālu) strāvas avotu ar 120 V maiņstrāvas spriegumu.

PLC korpusa iekšpusē, kas savieno katru ieejas spaili ar kopēju spaili, ir ierīces optoizolators (LED), kas nodrošina elektriski izolētu “augstu” signālu datora shēmai (fototransistors interpretē LED gaismu), kad starp atbilstošo ieejas spaili un kopējo ir uzstādīta 120 voltu maiņstrāva. terminālis. Gaismas diode PLC priekšpusē ļauj saprast, kura ieeja ir aktīva:

Izejas signālus ģenerē PLC datora shēma, aktivizējot komutācijas ierīci (tranzistoru, tiristoru vai pat elektromehānisko releju) un savienojot “Source” spaili (apakšējā labajā stūrī) ar jebkuru izeju, kas apzīmēta ar burtu Y. Avota terminālis parasti ir saistīts ar L1. Tāpat kā katru ieeju, katru izeju, kas tiek barota, apzīmē ar LED:

Tādējādi PLC var savienot ar jebkurām ierīcēm, piemēram, slēdžiem un elektromagnētiem.

PLC programmēšanas pamati

Kontroles sistēmas mūsdienu loģika tiek instalēta PLC caur datorprogrammu.Šī programma nosaka, kuras izejas ir aktīvas un kādos ievades apstākļos. Lai arī pati programma atgādina releja loģiskās shēmas, PLC iekšpusē nav slēdžu kontaktu vai releju spoļu, lai izveidotu savienojumus starp ieeju un izeju. Šie kontakti un spoles ir iedomātas. Programma tiek uzrakstīta un skatīta, izmantojot personālo datoru, kas savienots ar PLC programmēšanas portu.

Apsveriet šo shēmu un PLC programmu:

Ja spiedpogas slēdzis nav aktivizēts (izslēgtā stāvoklī), signāls netiek nosūtīts uz ieeju X1. Saskaņā ar programmu, kas parāda "atvērto" ieeju X1, signāls netiks nosūtīts uz izeju Y1. Tādējādi izvadei Y1 netiks pievienota enerģija, un ar to savienotais indikators izslēgsies.

Ja tiek nospiests spiedpogas slēdzis, signāls tiks nosūtīts uz ieeju X1. Visi programmas kontakti X1 uzņems aktivizētu stāvokli, it kā tie būtu releja kontakti, kas tiek aktivizēti, piegādājot spriegumu releja spolei, ko sauc par X1. Šajā gadījumā atvērtais kontakts X1 tiks “aizvērts” un nosūtīs signālu uz spoli Y1. Kad spole Y1 tiek barota, Y1 izeja iedegsies, ja tai pievienota spuldze.

Jāsaprot, ka kontakts X1 un spole Y1 ir savienoti, izmantojot vadus, un datora monitorā parādītais “signāls” ir virtuāls. Tie neeksistē kā reālas elektriskas sastāvdaļas. Tie atrodas tikai datorprogrammā - programmatūras daļā - un tikai atgādina to, kas notiek releja ķēdē.

Tikpat svarīgi ir saprast, ka dators, kas tika izmantots programmas rakstīšanai un rediģēšanai, PLC turpmākai izmantošanai nav vajadzīgs. Pēc programmas ielādēšanas programmējamā kontrollerī datoru var izslēgt, un PLC patstāvīgi izpildīs programmas komandas. Ilustrācijā mēs iekļaujam personālā datora monitoru, lai jūs saprastu saistību starp reālajiem apstākļiem (slēdža slēgšanas un lampas statusiem) un programmas statusiem (signāli caur virtuāliem kontaktiem un virtuālām spolēm).

PLC patiesā jauda un daudzpusība tiek atklāta, kad mēs vēlamies mainīt vadības sistēmas izturēšanos. Tā kā PLC ir programmējama ierīce, mēs varam mainīt izveidotās komandas, nepārkonfigurējot ar to savienotos komponentus. Pieņemsim, ka mēs esam nolēmuši pārslēgt funkciju “slēdzis - spuldze” otrādi: nospiediet pogu, lai izslēgtu spuldzi, un atlaidiet to, lai to ieslēgtu.

Šīs problēmas risinājums reālos apstākļos ir tāds, ka slēdzi, kas "atvērts" normālos apstākļos, aizstāj ar "slēgtu". Tās programmatūras risinājums maina programmu tā, ka normālos apstākļos kontakts X1 ir "slēgts", nevis "atvērts".

Šajā attēlā redzēsit jau mainītu programmu ar slēdzi neaktivizētu:

Un šeit slēdzis tiek aktivizēts:

Viena no loģiskās vadības ieviešanas priekšrocībām programmatūrā, nevis kontrolei, izmantojot aparatūru, ir tā, ka ieejas signālus var izmantot tik reižu, cik nepieciešams. Piemēram, apsveriet ķēdi un programmu, kas paredzēta spuldzes ieslēgšanai, ja vienlaikus tiek aktivizēti vismaz divi no trim slēdžiem:

Lai izveidotu līdzīgu shēmu, izmantojot releju, normālos apstākļos būs nepieciešami trīs releji ar diviem atvērtiem kontaktiem, no kuriem katrs ir jāizmanto. Tomēr, izmantojot PLC, mēs varam ieprogrammēt tik daudz piespraudes katram “X” ievadam, cik mēs vēlētos, nepievienojot papildu aprīkojumu (katrai ievadei un izvadei PLC digitālajā atmiņā vajadzētu aizņemt ne vairāk kā 1 bitu) un izsauktu tos tik reižu, cik nepieciešams .

Turklāt, tā kā katra PLC izvade savā atmiņā aizņem ne vairāk kā vienu bitu, mēs varam pievienot kontaktus programmai, Y izvadi nonākot neaktivizētā stāvoklī. Piemēram, ņemiet motora shēmu ar sistēmu, lai kontrolētu kustības sākumu un apstāšanos:

Slēdzis, kas savienots ar ieeju X1, kalpo kā “Start” poga, savukārt slēdzis, kas savienots ar ieeju X2, kalpo kā “Stop” poga. Cits kontakts, saukts Y1, piemēram, drukāšana uz kontakta, ļauj motora kontaktoram saglabāt enerģiju pat tad, ja jūs atlaidāt pogu Sākt. Šajā gadījumā jūs varat redzēt, kā kontakta X2 parastos apstākļos “slēgts” parādās krāsu blokā, tādējādi parādot, ka tas ir “slēgtā” (“elektriski vadošā”) stāvoklī.

Ja jūs nospiedīsit pogu "Sākt", caur "slēgto" kontaktu X1 caur strāvu izies strāva, un tā nosūtīs 120 VAC uz motora kontaktoru. Paralēlais kontakts Y1 arī “aizvērsies”, tādējādi aizverot ķēdi:

Ja mēs tagad nospiedīsim pogu "Sākt", kontakts X1 nonāks "atvērtā" stāvoklī, bet motors turpinās darboties, jo slēgtais kontakts Y1 joprojām uztur spoli spriegumā:

Lai apturētu motoru, jums ātri jānospiež poga "Apturēt", kas ziņos par spriegumu ieejai X1 un "atvērtu" kontaktu, kā rezultātā tiks pārtraukta sprieguma padeve spolei Y1:

Kad jūs nospiedāt pogu “Stop”, ieeja X1 palika bez sprieguma, tādējādi kontaktu X1 atjaunojot normālā stāvoklī “slēgts”. Nekādā gadījumā motors nedarbosies atkārtoti, līdz jūs vēlreiz nospiedīsit pogu Sākt, jo ir pazudusi izdruka Y1:

PLC vadības ierīcēm, kas izturīgas pret traucējumiem, ir ļoti liela nozīme, tāpat kā elektromehānisko releju vadības ierīcēm. Vienmēr ir jāņem vērā kļūdaini “atvērtā” kontakta ietekme uz sistēmas darbību. Tā, piemēram, mūsu gadījumā, ja kontakts X2 ir kļūdaini atvērts, motora apstādināšana nebūs iespējama!

Šīs problēmas risinājums ir pārprogrammēt kontaktu X2 PLC iekšpusē un faktiski nospiest pogu Stop.

Kad netiek nospiesta poga “Stop”, PLC X2 ieeja tiek barota, t.i. kontakts X2 ir “slēgts”. Tas ļauj motoram sākt darbību, kad strāva tiek paziņota spailei X1, un turpināt darbību, kad poga "Sākt" tiek atbrīvota. Nospiežot pogu “Apturēt”, kontakts X2 nonāk “atvērtā” stāvoklī un motors pārstāj darboties. Tādējādi jūs varat redzēt, ka starp šo un iepriekšējo modeli nav funkcionālu atšķirību.

Tomēr, ja ieejas spaile X2 tika kļūdaini “atvērta”, ieeju X2 var apturēt, nospiežot “Stop” pogu. Tā rezultātā motors nekavējoties izslēdzas. Šis modelis ir drošāks nekā iepriekšējais, kur nospiežot pogu “Stop”, dzinēja apstādināšana nebūs iespējama.

Papildus ieejām (X) un izejām (Y) PLC ir iespējams izmantot “iekšējos kontaktus un spoles. Tos izmanto tāpat kā starpposma relejus, ko izmanto standarta releju shēmās.

Lai izprastu “iekšējo” ķēžu un kontaktu darbības principu, apsveriet šo shēmu un programmu, kas izstrādāta, pamatojoties uz loģiskās funkcijas trim ieejām UN:

Šajā shēmā lampiņa deg, līdz tiek nospiesta viena no pogām. Lai izslēgtu lampu, nospiediet visas trīs pogas:

Šis raksts par programmējamiem loģiskajiem kontrolleriem ilustrē tikai nelielu to spēju paraugu. Kā PLC dators tas var veikt citas uzlabotas funkcijas ar daudz lielāku precizitāti un uzticamību nekā tad, ja tiek izmantotas elektromehāniskās loģiskās ierīces. Lielākajai daļai PLC ir vairāk nekā sešas ieejas un izejas. Šajā attēlā parādīts viens no Allena-Bredlija PLC:

Izmantojot moduļus, no kuriem katram ir 16 ieejas un izejas, šim PLC ir iespēja kontrolēt duci ierīču.Vadības skapī ievietots PLC aizņem maz vietas (elektromehāniskajiem relejiem, kas pilda tās pašas funkcijas, būtu nepieciešams daudz vairāk brīvas vietas).

Viena no PLC priekšrocībām, kuru vienkārši nevar dublēt ar elektromehānisko releju, ir attālināta uzraudzība un vadība, izmantojot datora digitālo tīklu. Tā kā PLC nav nekas vairāk kā specializēts digitālais dators, tas var viegli "sarunāties" ar citiem datoriem. Nākamais fotoattēls ir šķidruma uzpildes procesa (sūkņu stacija sadzīves notekūdeņu attīrīšanai) grafisks attēlojums, ko kontrolē PLC. Turklāt pati stacija atrodas dažu kilometru attālumā no datora monitora.