Принципът на работа и основите на PLC програмирането

Програмируеми логически контролери (PLC)

Преди появата на твърди твърди логически схеми, разработването на логически системи за управление се основаваше на електромеханични релета. И до днес релетата не са остарели по местоназначение, но въпреки това в някои от предишните си функции те са заменени от контролер.

В съвременната индустрия има голям брой различни системи и процеси, които изискват автоматизация, но сега такива системи рядко се проектират от релета. Съвременните производствени процеси се нуждаят от устройство, което е програмирано да изпълнява различни логически функции. В края на 60-те години американската компания Bedford Associates разработи компютърно устройство, наречено MODICON (Modular Digital Controller). По-късно името на устройството става името на звеното на компанията, която го е проектирала, изработвала и е продавала.

Други компании разработиха свои собствени версии на това устройство и в крайна сметка стана известно като PLC или програмируем логически контролер, Целта на програмируем контролер, способен да симулира работата на голям брой релета, беше да замени електромеханичните релета с логически елементи.

PLC разполага с набор от входни терминали, с които можете да следите състоянието на сензорите и превключвателите. Има и изходни клеми, които предоставят сигнал „висок“ или „нисък“ към индикатори за мощност, електромагнитни клапани, контактори, малки двигатели и други устройства за самоконтрол.

PLC-ите се програмират лесно, защото езикът им на програмиране наподобява логиката на релето. Така един обикновен индустриален електротехник или електроинженер, свикнал да чете логически схеми на стълбата, ще се чувства комфортно, когато програмира PLC да изпълнява същите функции.

Сигналната връзка и стандартното програмиране са малко по-различни за различните модели PLC, но те са доста сходни, което ви позволява да поставите тук "общо" въведение в програмирането на това устройство.

Следващата илюстрация показва обикновен PLC или по-точно как може да изглежда отпред. Два винтови клеми за свързване на вътрешни PLC вериги до 120 VAC са маркирани L1 и L2.

Шест винтови клеми, разположени от лявата страна, осигуряват връзка за входните устройства. Всеки терминал представлява своя входен канал (X). Винтовият терминал („обща“ връзка), разположен в долния ляв ъгъл, обикновено е свързан към източника на ток L2 (неутрален) с напрежение 120 V AC.

Вътре в корпуса на PLC, който свързва всеки входен терминал към общ терминал, има изолатор на устройство (LED), който осигурява електрически изолиран "висок" сигнал за компютърната схема (фототранзисторът интерпретира LED светлината), когато между съответния входен терминал и общия терминал е инсталиран променлив ток от 120 волта. терминал. Светодиодът отпред на PLC дава възможност да се разбере кой вход е на живо:

Изходните сигнали се генерират от компютърна схема на PLC, активиращо комутационно устройство (транзистор, тиристор или дори електромеханично реле) и свързване на терминала "Източник" (долния десен ъгъл) към всеки изход, отбелязан с буква Y. Източникът терминал обикновено е свързан с L1. Както всеки вход, всеки изход, който се захранва, е маркиран с LED:

По този начин PLC може да бъде свързан към всякакви устройства, като превключватели и електромагнити.

Основи на програмиране на PLC

Съвременната логика на системата за управление е инсталирана в PLC чрез компютърна програма.Тази програма определя кои изходи са на живо и при какви входни условия. Въпреки че самата програма прилича на релейна логическа схема, няма контакти на превключватели или релейни бобини, работещи вътре в PLC, за да създадат връзки между вход и изход. Тези контакти и бобини са въображаеми. Програмата се пише и гледа чрез персонален компютър, свързан към PLC порта за програмиране.

Помислете за следната схема и PLC програма:

Когато превключвателят с бутон не е активиран (в изключено състояние), сигналът не се изпраща на вход X1. В съответствие с програмата, която показва "отворен" вход X1, сигналът няма да бъде изпратен до изхода Y1. По този начин изходът Y1 ще остане без захранване и свързаният към него индикатор ще се изключи.

Ако натиснете бутона за превключване, сигналът ще бъде изпратен на вход X1. Всички контакти X1 в програмата ще приемат активирано състояние, сякаш те са релейни контакти, активирани чрез подаване на напрежение към релейна намотка, наречена X1. В този случай отвореният контакт X1 ще бъде „затворен“ и ще изпрати сигнал към бобина Y1. Когато бобината Y1 се захранва, изходът Y1 ще светне с крушка, свързана към нея.

Трябва да се разбере, че контакт X1 и намотка Y1 са свързани чрез проводници и „сигналът“, появяващ се на компютърния монитор, е виртуален. Те не съществуват като истински електрически компоненти. Те присъстват само в компютърна програма - част от софтуера - и просто приличат на случващото се в релейната верига.

Също толкова важно е да се разбере, че компютърът, използван за писане и редактиране на програмата, не е необходим за по-нататъшното използване на PLC. След като програмата бъде заредена в програмируемия контролер, компютърът може да бъде изключен и PLC независимо ще изпълнява програмните команди. В илюстрацията включваме монитор за персонален компютър, така че да разберете връзката между реалните условия (затваряне на превключвателя и състояния на лампата) и състояния на програмата (сигнали чрез виртуални контакти и виртуални намотки).

Истинската сила и гъвкавост на PLC се разкрива, когато искаме да променим поведението на системата за управление. Тъй като PLC е програмируемо устройство, можем да променим командите, които сме задали, без да конфигурираме свързаните към него компоненти. Да предположим, че сме решили да превключим функцията „превключвател - крушка“ обратно: натиснете бутона, за да изключите крушката и я пуснете, за да я включите.

Решението на този проблем в реални условия е, че превключвателят, "отворен" при нормални условия, се заменя с "затворен". Софтуерното му решение променя програмата, така че контактът с X1 при нормални условия да е "затворен", а не "отворен".

На следното изображение ще видите вече променена програма, като превключвателят не е активиран:

И тук превключвателят се активира:

Едно от предимствата на прилагането на логически контрол в софтуера, за разлика от контрола с хардуер, е, че входните сигнали могат да се използват толкова пъти, колкото е необходимо. Например, помислете за схема и програма, предназначени да включат крушка, ако поне два от трите превключвателя са активирани едновременно:

За да се изгради подобна верига с помощта на реле, при нормални условия ще са необходими три релета с два отворени контакта, всяко от които трябва да се използва. Въпреки това, използвайки PLC, можем да програмираме толкова много пинове за всеки „X” вход, колкото бихме искали, без да добавяме допълнително оборудване (всеки вход и изход трябва да заемат не повече от 1 бит в цифровата памет на PLC) и да ги извикваме толкова пъти, колкото е необходимо ,

Освен това, тъй като всеки PLC изход заема не повече от един бит в паметта си, можем да добавим контакти в програмата, привеждайки Y изхода в неактивирано състояние. Например вземете схема на двигателя със система за контрол на началото на движение и спиране:

Превключвателят, свързан към вход X1, служи като бутон „Старт“, докато превключвателят, свързан към вход X2, служи като бутон „Stop“. Друг контакт, наречен Y1, като отпечатване върху контакт, позволява на контактора на двигателя да остане под напрежение, дори ако пуснете бутона Старт. В този случай можете да видите как контактът X2, „затворен“ при нормални условия, се появява в цветния блок, като по този начин показвате, че е в състояние „затворен“ („електропроводим“).

Ако натиснете бутона "Старт", токът ще тече през "затворения" контакт X1 и той ще изпрати 120 VAC към контактора на двигателя. Паралелният контакт Y1 също ще се „затвори“, като по този начин затвори веригата:

Ако сега натиснем бутона "Старт", контакт X1 ще премине в състояние "отворено", но моторът ще продължи да работи, тъй като затвореният контакт Y1 все още ще запази намотката:

За да спрете двигателя, трябва бързо да натиснете бутона "Стоп", който ще отчете напрежението към входа X1 и "отворения" контакт, което ще доведе до прекратяване на подаването на напрежение към намотката Y1:

Когато натиснете бутона „Stop“, входът X1 остана без напрежение, като по този начин връща контакта X1 в нормалното си „затворено“ състояние. В никакъв случай двигателят няма да започне да работи отново, докато не натиснете отново бутона Старт, защото отпечатването с щифт Y1 е загубено:

Моделът с отказоустойчивост на PLC управляващите устройства е много важен, както е при електромеханичните устройства за управление на релето. Винаги е необходимо да се вземе предвид ефектът на погрешно „отворен“ контакт върху работата на системата. Така, например, в нашия случай, ако контактът X2 погрешно се „отвори“, няма да има начин да спрете двигателя!

Решението на този проблем е да препрограмирате контакта X2 вътре в PLC и всъщност да натиснете бутона Stop:

Когато бутонът „Stop“ не е натиснат, входът на PLC X2 се захранва, т.е. контакт X2 е „затворен“. Това позволява на двигателя да започне да работи, когато токът се съобщава на терминал X1, и да продължи да работи, когато бутона "Старт" се освободи. Когато натиснете бутона „Stop“, контакт X2 преминава в състояние „отворено“ и двигателят спира да работи. По този начин можете да видите, че няма функционална разлика между този и предишния модел.

Ако обаче входният терминал X2 погрешно се „отвори“, входът X2 може да бъде спрян чрез натискане на бутона „Stop“. В резултат на това двигателят се изключва незабавно. Този модел е по-безопасен от предишния, където натискането на бутона „Стоп“ ще направи невъзможно спирането на двигателя.

В допълнение към входовете (X) и изходите (Y) в PLC, е възможно да се използват „вътрешни контакти и бобини. Те се използват по същия начин като междинните релета, използвани в стандартните релейни вериги.

За да разберете принципа на работа на "вътрешните" вериги и контакти, помислете за следната схема и програма, разработени въз основа на трите входа на логическата функция И:

В тази схема лампата свети, докато не се натисне един от бутоните. За да изключите лампата, натиснете и трите бутона:

Тази статия за програмируемите логически контролери илюстрира само малка извадка от техните възможности. Като PLC компютър, той може да изпълнява други усъвършенствани функции с много по-голяма точност и надеждност, отколкото при използване на електромеханични логически устройства. Повечето PLC имат повече от шест входа и изхода. Следващата илюстрация показва един от PLC-та на Алън-Брадли:

С модули, всеки от които има 16 входа и изхода, този PLC има възможност да управлява дузина устройства.Поставен в PLC контролен шкаф заема малко място (за електромеханичните релета, които изпълняват същите функции, ще е необходимо много повече свободно пространство).

Едно от предимствата на PLC, което просто не може да се дублира с електромеханично реле, е дистанционното наблюдение и управление чрез компютърната цифрова мрежа. Тъй като PLC не е нищо повече от специализиран цифров компютър, той лесно може да "говори" с други компютри. Следващата снимка представлява графично представяне на процеса на пълнене на течности (помпена станция за пречистване на битови води), контролиран от PLC. Освен това самата станция се намира на няколко километра от компютърния монитор.