หลักการทำงานและพื้นฐานของการโปรแกรม PLC

ตัวควบคุมลอจิกแบบโปรแกรมได้ (PLC)

ก่อนการกำเนิดของวงจรลอจิกสถานะของแข็งการพัฒนาระบบควบคุมแบบลอจิคัลนั้นขึ้นอยู่กับรีเลย์ไฟฟ้า จนถึงทุกวันนี้รีเลย์ไม่ได้ล้าสมัยในปลายทาง แต่ก็ยังมีฟังก์ชั่นก่อนหน้านี้บางส่วนที่พวกมันถูกแทนที่ด้วยคอนโทรลเลอร์

ในอุตสาหกรรมสมัยใหม่มีระบบและกระบวนการต่าง ๆ จำนวนมากที่ต้องใช้ระบบอัตโนมัติ แต่ตอนนี้ระบบดังกล่าวแทบจะไม่ได้รับการออกแบบมาจากรีเลย์ กระบวนการผลิตที่ทันสมัยต้องใช้อุปกรณ์ที่ได้รับการตั้งโปรแกรมให้ทำหน้าที่เชิงตรรกะที่หลากหลาย ในช่วงปลายทศวรรษ 1960 บริษัท อเมริกัน Bedford Associates ได้พัฒนาอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ชื่อ MODICON (คอนโทรลเลอร์แบบดิจิตอลแบบแยกส่วน) ต่อมาชื่อของอุปกรณ์กลายเป็นชื่อของหน่วยงานของ บริษัท ที่ออกแบบสร้างและจำหน่าย

บริษัท อื่น ๆ พัฒนาอุปกรณ์นี้ในเวอร์ชันของตัวเองและในที่สุดก็กลายเป็นที่รู้จักในฐานะ PLC หรือตัวควบคุมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้. เป้าหมายของคอนโทรลเลอร์ที่ตั้งโปรแกรมได้ซึ่งสามารถจำลองการทำงานของรีเลย์จำนวนมากได้คือการเปลี่ยนรีเลย์ไฟฟ้าด้วย องค์ประกอบตรรกะ.

PLC มีชุดขั้วอินพุตซึ่งคุณสามารถตรวจสอบสถานะของเซ็นเซอร์และสวิตช์ได้ นอกจากนี้ยังมีเทอร์มินัลเอาท์พุทที่ให้สัญญาณ“ สูง” หรือ“ ต่ำ” ไปยังไฟแสดงสถานะโซลินอยด์วาล์วคอนแทคมอเตอร์ขนาดเล็กและอุปกรณ์ตรวจสอบตนเองอื่น ๆ

PLC สามารถตั้งโปรแกรมได้ง่ายเนื่องจากภาษาการเขียนโปรแกรมคล้ายกับตรรกะของรีเลย์ ดังนั้นช่างไฟฟ้าอุตสาหกรรมหรือวิศวกรไฟฟ้าทั่วไปที่คุ้นเคยกับการอ่านวงจรลอจิกแลดเดอร์จะรู้สึกสบายใจเมื่อเขียนโปรแกรม PLC เพื่อทำหน้าที่เดียวกัน

การเชื่อมต่อสัญญาณและการตั้งโปรแกรมมาตรฐานนั้นค่อนข้างแตกต่างกันสำหรับรุ่น PLC ที่แตกต่างกัน แต่มันค่อนข้างคล้ายกันซึ่งทำให้คุณสามารถแนะนำการเขียนโปรแกรมของอุปกรณ์นี้ได้ "ทั่วไป" ที่นี่

ภาพประกอบต่อไปนี้แสดง PLC แบบง่าย ๆ หรืออาจเป็นลักษณะที่ด้านหน้า ขั้วสกรูสองตัวสำหรับเชื่อมต่อวงจร PLC ภายในสูงสุด 120 VAC มีเครื่องหมาย L1 และ L2

ขั้วสกรูหกตัวที่อยู่ทางด้านซ้ายให้การเชื่อมต่อสำหรับอุปกรณ์อินพุต แต่ละเทอร์มินัลแทนช่องสัญญาณเข้า (X) ขั้วต่อสกรู (“ ทั่วไป”) ที่อยู่ที่มุมซ้ายล่างมักเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายกระแส L2 (เป็นกลาง) ที่มีแรงดันไฟฟ้า 120 V AC

ภายในตัวเครื่อง PLC ที่เชื่อมต่อขั้วอินพุตแต่ละตัวเข้ากับเทอร์มินัลทั่วไปมีอุปกรณ์ opto-isolator (LED) ที่ให้สัญญาณ“ สูง” ที่แยกด้วยไฟฟ้าสำหรับวงจรคอมพิวเตอร์ สถานีปลายทาง LED ที่ด้านหน้า PLC ทำให้สามารถเข้าใจได้ว่าอินพุทใดที่ทำงานอยู่:

สัญญาณเอาท์พุทถูกสร้างขึ้นโดยวงจรคอมพิวเตอร์ PLC เปิดใช้งานอุปกรณ์สวิตชิ่ง (ทรานซิสเตอร์ไทริสเตอร์หรือแม้กระทั่งรีเลย์ไฟฟ้า) และเชื่อมต่อขั้ว“ แหล่งสัญญาณ” (มุมขวาล่าง) ไปยังเอาต์พุตใด ๆ ที่ทำเครื่องหมายด้วยตัวอักษร Y เทอร์มินัลต้นทางมักจะเชื่อมโยงกับ L1 เช่นเดียวกับอินพุตทุกเอาต์พุตแต่ละเอาต์พุตที่รับพลังงานถูกทำเครื่องหมายด้วย LED:

ดังนั้น PLC สามารถเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ใด ๆ เช่นสวิตช์และแม่เหล็กไฟฟ้า

พื้นฐานการเขียนโปรแกรม PLC

ตรรกะที่ทันสมัยของระบบควบคุมถูกติดตั้งใน PLC ผ่านโปรแกรมคอมพิวเตอร์โปรแกรมนี้พิจารณาว่าเอาต์พุตใดที่ใช้งานได้และอยู่ภายใต้เงื่อนไขอินพุตใด แม้ว่าโปรแกรมจะมีลักษณะคล้ายกับวงจรลอจิกรีเลย์ แต่ก็ไม่มีหน้าสัมผัสสวิตช์หรือคอยล์รีเลย์ภายใน PLC เพื่อสร้างการเชื่อมต่อระหว่างอินพุตและเอาต์พุต ผู้ติดต่อและคอยส์เหล่านี้เป็นจินตภาพ โปรแกรมนี้เขียนและดูโดยใช้คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลที่เชื่อมต่อกับพอร์ตโปรแกรม PLC

พิจารณาวงจรและโปรแกรม PLC ต่อไปนี้:

เมื่อสวิตช์ปุ่มกดไม่ทำงาน (อยู่ในสถานะปิด) สัญญาณจะไม่ถูกส่งไปยังอินพุต X1 ตามโปรแกรมซึ่งแสดงอินพุต "open" X1 สัญญาณจะไม่ถูกส่งไปยังเอาต์พุต Y1 ดังนั้นเอาต์พุต Y1 จะยังคงไม่ถูกทำให้มีพลังและตัวบ่งชี้ที่เชื่อมต่อกับมันจะปิด

หากกดสวิตช์ปุ่มกดสัญญาณจะถูกส่งไปยังอินพุต X1 หน้าสัมผัสทั้งหมด X1 ในโปรแกรมจะรับสถานะเปิดใช้งานราวกับว่าเป็นหน้าสัมผัสรีเลย์ที่เปิดใช้งานโดยการจ่ายแรงดันไฟฟ้าไปยังขดลวดรีเลย์ที่เรียกว่า X1 ในกรณีนี้ open contact X1 จะเป็น“ ปิด” และส่งสัญญาณไปยังคอยล์ Y1 เมื่อคอยล์ Y1 ถูกกระตุ้นออกมาเอาต์พุต Y1 จะสว่างขึ้นพร้อมกับหลอดที่เชื่อมต่ออยู่

ควรเข้าใจว่า contact X1 และคอยล์ Y1 เชื่อมต่อกันด้วยสายไฟและ "สัญญาณ" ที่ปรากฏบนหน้าจอคอมพิวเตอร์เป็นเสมือน ไม่มีอยู่ในอุปกรณ์ไฟฟ้าจริง พวกมันมีอยู่ในโปรแกรมคอมพิวเตอร์ - เป็นส่วนหนึ่งของซอฟต์แวร์ - และคล้ายกับสิ่งที่เกิดขึ้นในวงจรรีเลย์

สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าคอมพิวเตอร์ที่ใช้ในการเขียนและแก้ไขโปรแกรมนั้นไม่จำเป็นสำหรับการใช้งาน PLC ต่อไป หลังจากดาวน์โหลดโปรแกรมไปยังคอนโทรลเลอร์ที่ตั้งโปรแกรมได้แล้วคุณสามารถปิดคอมพิวเตอร์ได้และ PLC จะดำเนินการตามคำสั่งของโปรแกรมอย่างอิสระ เรารวมหน้าจอคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลไว้ในภาพประกอบเพื่อให้คุณเข้าใจการเชื่อมต่อระหว่างสภาพจริง (สถานะการปิดสวิตช์และสถานะหลอดไฟ) และสถานะโปรแกรม (สัญญาณผ่านผู้ติดต่อเสมือนและคอยส์เสมือนจริง)

พลังที่แท้จริงและความเก่งกาจของ PLC นั้นถูกเปิดเผยเมื่อเราต้องการเปลี่ยนพฤติกรรมของระบบควบคุม เนื่องจาก PLC เป็นอุปกรณ์ที่ตั้งโปรแกรมได้เราจึงสามารถเปลี่ยนคำสั่งที่เราติดตั้งโดยไม่ต้องกำหนดค่าส่วนประกอบที่เชื่อมต่อใหม่ สมมติว่าเราได้ตัดสินใจที่จะเปลี่ยนฟังก์ชั่น "สวิตช์ - หลอดไฟ" ในทางตรงกันข้าม: กดปุ่มเพื่อปิดไฟและปล่อยมันเพื่อเปิด

วิธีแก้ปัญหานี้ในสภาพจริงคือสวิตช์ "เปิด" ภายใต้สภาวะปกติจะถูกแทนที่ด้วย "ปิด" โซลูชันซอฟต์แวร์กำลังเปลี่ยนโปรแกรมเพื่อให้ผู้ติดต่อ X1 ภายใต้สภาวะปกติคือ "ปิด" และไม่ใช่ "เปิด"

ในภาพต่อไปนี้คุณจะเห็นโปรแกรมเปลี่ยนไปแล้วโดยไม่ได้เปิดใช้งานสวิตช์:

และที่นี่มีการเปิดใช้งานสวิตช์:

ข้อดีอย่างหนึ่งของการใช้การควบคุมแบบลอจิคัลในซอฟต์แวร์ซึ่งต่างกับการควบคุมโดยใช้ฮาร์ดแวร์คือสัญญาณอินพุตสามารถใช้ได้หลายครั้งตามต้องการ ตัวอย่างเช่นพิจารณาวงจรและโปรแกรมที่ออกแบบมาเพื่อเปิดหลอดไฟหากมีการเปิดใช้งานสวิตช์อย่างน้อยสองในสามตัวในเวลาเดียวกัน:

ในการสร้างวงจรที่คล้ายกันโดยใช้รีเลย์สามรีเลย์ที่มีสองหน้าสัมผัสแบบเปิดจะต้องใช้ภายใต้สภาวะปกติซึ่งจะต้องใช้แต่ละชนิด อย่างไรก็ตามการใช้ PLC เราสามารถตั้งโปรแกรมพินจำนวนมากสำหรับอินพุต“ X” แต่ละอันตามที่เราต้องการโดยไม่ต้องเพิ่มอุปกรณ์เพิ่มเติมใด ๆ (อินพุตและเอาต์พุตแต่ละตัวควรใช้หน่วยความจำดิจิตอล PLC ไม่เกิน 1 บิต) และเรียกพวกมันหลายครั้ง .

นอกจากนี้เนื่องจาก PLC แต่ละเอาต์พุตมีหน่วยความจำไม่เกินหนึ่งบิตเราสามารถเพิ่มผู้ติดต่อลงในโปรแกรมทำให้ Y เอาต์พุตเป็นสถานะที่ไม่ได้เปิดใช้งาน ตัวอย่างเช่นใช้แผนภาพเครื่องยนต์กับระบบเพื่อควบคุมการเริ่มต้นของการเคลื่อนไหวและหยุด:

สวิตช์ที่เชื่อมต่อกับอินพุต X1 ทำหน้าที่เป็นปุ่ม "เริ่ม" ในขณะที่สวิตช์ที่เชื่อมต่อกับอินพุต X2 ทำหน้าที่เป็นปุ่ม "หยุด" ผู้ติดต่ออื่นที่ชื่อว่า Y1 เช่นเดียวกับการพิมพ์ที่อยู่ในรายชื่ออนุญาตให้คอนแทคมอเตอร์ยังคงมีพลังแม้ว่าคุณจะปล่อยปุ่มเริ่ม ในกรณีนี้คุณสามารถดูว่าผู้ติดต่อ X2“ ปิด” ภายใต้สภาวะปกติปรากฏในบล็อกสีอย่างไรจึงแสดงว่าอยู่ในสถานะ“ ปิด” (“ นำไฟฟ้า”)

หากคุณกดปุ่ม "เริ่มต้น" จากนั้นกระแสจะผ่านการสัมผัส X1 "ปิด" และจะส่ง 120 VAC ไปยังมอเตอร์คอนแทค หน้าสัมผัสแบบคู่ขนาน Y1 จะ“ ปิด” ดังนั้นจึงเป็นการปิดวงจร:

หากตอนนี้เรากดปุ่ม "เริ่ม" การติดต่อ X1 จะเข้าสู่สถานะ "เปิด" แต่มอเตอร์จะยังคงทำงานต่อไปเนื่องจากหน้าสัมผัสที่ปิด Y1 จะยังคงรักษาความแข็งแรงของขดลวด:

ในการหยุดเครื่องยนต์คุณต้องกดปุ่ม "หยุด" อย่างรวดเร็วซึ่งจะรายงานแรงดันไฟฟ้าไปยังอินพุต X1 และหน้าสัมผัส "เปิด" ซึ่งจะนำไปสู่การยุติการจ่ายแรงดันไฟฟ้าไปยังคอยล์ Y1:

เมื่อคุณกดปุ่ม“ หยุด” อินพุต X1 จะถูกปล่อยทิ้งไว้โดยไม่ต้องใช้แรงดันไฟฟ้าดังนั้นจะทำให้การติดต่อ X1 กลับสู่สถานะ“ ปิด” ตามปกติ เครื่องยนต์จะไม่ทำงานอีกต่อไปจนกว่าคุณจะกดปุ่มเริ่มอีกครั้งเนื่องจากการพิมพ์ในพิน Y1 ขาดหายไป:

รูปแบบการทนต่อความผิดพลาดของอุปกรณ์ควบคุม PLC นั้นสำคัญมากเช่นเดียวกับอุปกรณ์ควบคุมรีเลย์ไฟฟ้า จำเป็นต้องคำนึงถึงผลกระทบของการสัมผัส "เปิด" ที่ผิดพลาดต่อการทำงานของระบบ ตัวอย่างเช่นในกรณีของเราหากการติดต่อ X2 นั้น“ เปิด” ผิดพลาดจะไม่มีทางหยุดเครื่องยนต์ได้!

วิธีการแก้ไขปัญหานี้คือการทำรายการที่ติดต่อ X2 ใหม่ภายใน PLC และกดปุ่ม Stop จริง ๆ :

เมื่อไม่ได้กดปุ่ม“ หยุด” อินพุตของ PLC X2 จะถูกเปิดใช้งานเช่น i.e ติดต่อ X2 คือ“ ปิด” สิ่งนี้ทำให้มอเตอร์สามารถเริ่มทำงานได้เมื่อมีการสื่อสารกระแสไปยังเทอร์มินัล X1 และดำเนินการต่อเมื่อปุ่ม "เริ่ม" ถูกปล่อยออกมา เมื่อคุณกดปุ่ม“ หยุด” ติดต่อ X2 จะเข้าสู่สถานะ“ เปิด” และเครื่องยนต์หยุดทำงาน ดังนั้นคุณจะเห็นได้ว่าไม่มีความแตกต่างในการทำงานระหว่างรุ่นนี้กับรุ่นก่อนหน้า

อย่างไรก็ตามหากเทอร์มินัลอินพุต X2“ เปิด” ผิดพลาดอินพุต X2 สามารถหยุดได้โดยกดปุ่ม“ หยุด” เป็นผลให้เครื่องยนต์ดับลงทันที รุ่นนี้ปลอดภัยกว่ารุ่นก่อนหน้าซึ่งการกดปุ่ม "หยุด" จะทำให้ไม่สามารถดับเครื่องยนต์ได้

นอกจากอินพุต (X) และเอาต์พุต (Y) ใน PLC แล้วยังสามารถใช้“ หน้าสัมผัสภายในและคอยล์ภายในได้ ใช้ในลักษณะเดียวกับรีเลย์ระดับกลางที่ใช้ในวงจรรีเลย์มาตรฐาน

เพื่อให้เข้าใจถึงหลักการของการดำเนินงานของวงจร "ภายใน" และหน้าสัมผัสให้พิจารณาวงจรและโปรแกรมต่อไปนี้ที่พัฒนาขึ้นบนพื้นฐานของสามอินพุตของฟังก์ชันตรรกะและ

ในวงจรนี้หลอดไฟจะเปิดจนกว่าจะกดปุ่มใดปุ่มหนึ่ง ในการปิดหลอดไฟให้กดปุ่มทั้งสามปุ่ม:

บทความเกี่ยวกับตัวควบคุมลอจิกที่โปรแกรมได้นี้แสดงให้เห็นเพียงตัวอย่างเล็ก ๆ ของความสามารถของพวกเขา ในฐานะที่เป็นคอมพิวเตอร์ PLC สามารถทำงานขั้นสูงอื่น ๆ ที่มีความแม่นยำและความน่าเชื่อถือมากกว่าการใช้อุปกรณ์ลอจิคัลไฟฟ้า PLC ส่วนใหญ่มีอินพุตและเอาต์พุตมากกว่าหกรายการ ภาพประกอบต่อไปนี้แสดงหนึ่งใน PLC ของ Allen-Bradley:

ด้วยโมดูลซึ่งแต่ละอันมี 16 อินพุตและเอาต์พุต PLC นี้มีความสามารถในการควบคุมอุปกรณ์โหลPLC ที่วางอยู่ในตู้ควบคุมใช้พื้นที่น้อย (สำหรับรีเลย์ไฟฟ้าที่ทำหน้าที่เดียวกันต้องใช้พื้นที่ว่างมากขึ้น)

ข้อดีอย่างหนึ่งของ PLC ซึ่งไม่สามารถทำซ้ำได้โดยรีเลย์ไฟฟ้าคือการตรวจสอบและควบคุมระยะไกลผ่านเครือข่ายดิจิตอลของคอมพิวเตอร์ เนื่องจาก PLC ไม่มีอะไรมากไปกว่าคอมพิวเตอร์ดิจิทัลแบบพิเศษจึงสามารถ "พูดคุย" กับคอมพิวเตอร์เครื่องอื่นได้อย่างง่ายดาย ภาพถัดไปเป็นภาพกราฟิกของกระบวนการบรรจุของเหลว (สถานีสูบน้ำเพื่อบำบัดน้ำเสียเทศบาล) ควบคุมโดย PLC ยิ่งไปกว่านั้นสถานีตั้งอยู่ห่างจากจอคอมพิวเตอร์ไม่กี่กิโลเมตร