Принцип работы и основы программирования ПЛК

04.09.2024 Andrey 0 Comments

До появления твердотельной логики развитие логических систем управления основывалось на электромеханических реле. Сегодня использование реле не устарело, но некоторые его прежние функции по-прежнему заменяются контроллерами.

В современной промышленности существует большое количество различных систем и процессов, требующих автоматизации, но такие системы сейчас редко проектируются с использованием реле. Современные производственные процессы требуют устройства, запрограммированного на выполнение множества логических функций.

В конце 1960-х годов американская компания Bedford Associates разработала компьютерное устройство под названием MODICON (Модульный цифровой контроллер). Название устройства позже стало названием подразделения компании, которое его спроектировало, произвело и продало.

Другие компании разработали свои собственные версии устройства, и со временем оно стало известно как ПЛК или программируемый логический контроллер. Целью создания программируемого контроллера, способного моделировать работу большого количества реле, является замена электромеханических реле логическими элементами.

ПЛК имеет набор входных клемм, которые можно использовать для контроля состояния датчиков и переключателей. Имеются также выходные клеммы, которые подают сигналы «высокий» или «низкий» на индикаторы питания, электромагнитные клапаны, контакторы, небольшие двигатели и другие устройства самоконтроля.

ПЛК легко программировать, поскольку их язык программирования аналогичен логике реле. Таким образом, средний промышленный электрик или инженер-электрик, привыкший читать логические схемы реле, легко запрограммирует ПЛК для выполнения той же функции.

Схема подключения сигналов и стандартное программирование различаются в зависимости от модели ПЛК, но они достаточно схожи, чтобы гарантировать здесь «общее» введение в программирование устройства.

На картинке ниже показан простой ПЛК, а точнее его лицевая сторона выглядит вот так. Две винтовые клеммы, обеспечивающие подключение внутренней схемы ПЛК до 120 В переменного тока, обозначены L1 и L2.

Шесть винтовых клемм, расположенных с левой стороны, обеспечивают подключение устройств ввода. Каждый терминал представляет отдельный входной канал (X). Винтовая клемма в левом нижнем углу («общее» соединение) обычно подключается к L2 (нейтраль) источника питания 120 В переменного тока.

Подключение каждой входной клеммы к общей клемме Внутри корпуса ПЛК находится оптоизолятор (светодиод), который подает электрически изолированный «высокий» сигнал на компьютерную схему при подаче переменного тока напряжением 120 В (светодиод, поясняемый фототранзистором) между соответствующим входом терминал и общий терминал. Светодиоды на передней панели ПЛК сообщают, на какой вход подается питание:

Компьютерная схема ПЛК генерирует выходной сигнал, активируя переключающее устройство (транзистор, тиристор или даже электромеханическое реле) и подключая клемму источника (правый нижний угол) к любому выходу, помеченному Y. Терминал источника обычно подключается к L1. Как и каждый вход, каждый активный выход помечен светодиодом:

Таким образом, ПЛК можно подключить к любому устройству, например переключателям и электромагнитам.

Базовые знания программирования ПЛК

Логика современной системы управления устанавливается в ПЛК с помощью компьютерной программы. Программа определяет, на какие выходы подается напряжение и при каких входных условиях. Хотя сама программа напоминает логическую схему реле, в ПЛК нет рабочих контактов переключателя или катушек реле для создания соединений между входами и выходами. Эти контакты и катушки фиктивные. Используйте персональный компьютер, подключенный к порту программирования ПЛК, для написания и просмотра программ.

Рассмотрим следующую схему и программу ПЛК:

Когда кнопочный переключатель неактивен (не нажат), сигнал на вход Х1 не подается. По программе вход Х1 отображается «открытым» и на выход Y1 сигнал не подается. Поэтому выход Y1 останется обесточенным и подключенный к нему индикатор погаснет.

При нажатии кнопочного переключателя сигнал поступает на вход Х1. Все контакты X1 в программе будут отображаться активированными, как если бы они были контактами реле, активируемыми при подаче напряжения на катушку реле с именем X1. В этом случае открытый контакт Х1 будет «закрыт» и подаст сигнал на катушку Y1. Когда на катушку Y1 подается питание, на выходе Y1 загорится подключенная к ней лампочка.

Нужно понимать, что контакт Х1 и катушка Y1 соединены проводами, а «сигнал», появляющийся на мониторе компьютера, является виртуальным. Они не существуют как настоящие электрические компоненты. Они существуют только в компьютерной программе (части программного обеспечения) и аналогичны тому, что происходит в релейной цепи.

Также важно понимать, что для дальнейшего использования ПЛК не требуется компьютер, используемый для написания и редактирования программ. После загрузки программы в программируемый контроллер компьютер можно выключить, и ПЛК сам выполнит команды программы. На иллюстрации мы включили монитор ПК, чтобы вы могли понять взаимосвязь между фактическими условиями (замыкание выключателя и состояние лампы) и состоянием программы (сигналы через виртуальные контакты и виртуальные катушки).

Читайте также статью: Как делает мокрый эффект ресниц

Истинная мощь и универсальность ПЛК проявляется, когда мы хотим изменить поведение системы управления. Поскольку ПЛК является программируемым устройством, мы можем изменять подаваемые команды без перенастройки подключенных к нему компонентов. Предположим, мы решили перепрограммировать функцию «выключатель-лампочка» в обратном порядке: нажать кнопку, чтобы выключить лампочку, отпустить кнопку, чтобы включить ее.

Практическое решение этой проблемы — заменить нормально «разомкнутый» переключатель на «закрытый». Программное решение заключается в изменении программы так, чтобы в обычных условиях контакт Х1 был «замкнут», а не «разомкнут».

На изображении ниже вы увидите модифицированную программу, где переключатель не активирован:

Здесь переключатель активирован:

Одним из преимуществ использования программного обеспечения для реализации логического управления по сравнению с аппаратным управлением является то, что входной сигнал можно использовать столько раз, сколько необходимо. Например, рассмотрим схему и программу, предназначенные для включения лампочки при одновременном включении хотя бы двух из трех выключателей:

Чтобы построить подобную схему с использованием реле, вам потребуются три реле, два из которых контакты в нормальных условиях разомкнуты, и каждое реле необходимо использовать. Однако с помощью ПЛК мы можем запрограммировать любое количество контактов для каждого входа «Х» без добавления дополнительного оборудования (каждый вход и выход не должны занимать более 1 бита в цифровой памяти ПЛК) и вызывать столько раз, сколько необходимо.

Также, поскольку каждый выход ПЛК занимает в своей памяти не более одного бита, мы можем сделать в программе контакты, чтобы выход Y был неактивным. Для примера рассмотрим схему двигателя с системой управления пуском и остановкой:

Выключатель, подключенный к входу Х1, выполняет функцию кнопки «Пуск», а переключатель, подключенный к входу Х2, выполняет функцию кнопки «Стоп». Другой контакт называется Y1, и, как и уплотнение контакта, контактор двигателя остается под напряжением даже при отпускании кнопки пуска. В этом случае вы можете увидеть, как в цветном блоке появляется контакт X2, который обычно «закрыт», что указывает на то, что он находится в «замкнутом» («проводящем») состоянии.

Если нажать кнопку «Пуск», ток потечет через контакт «Закрыть» X1 и подаст напряжение 120 В переменного тока на контактор двигателя. Параллельный контакт Y1 также «замкнется», замыкая цепь:

Если теперь нажать кнопку «Пуск», контакт Х1 перейдет в «разомкнутое» состояние, но двигатель продолжит работать, поскольку замыкание контакта Y1 все равно будет держать катушку под напряжением:

Для остановки двигателя необходимо быстро нажать кнопку «Стоп», которая передает напряжение на вход Х1 и контакт «Открыть», тем самым прекращая подачу напряжения на катушку Y1:

При нажатии кнопки «Стоп» вход Х1 остается обесточенным, возвращая контакт Х1 в нормальное «закрытое» состояние. Двигатель не заработает снова ни при каких обстоятельствах, пока вы снова не нажмете кнопку запуска, потому что потерялась пломба на штифте Y1:

Видео: ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЛЕР — Принцип работы. Плюс бонус ( ЧТО ТАКОЕ ПИД РЕГУЛЯТОР).

Очень важны отказоустойчивые модели управления ПЛК, а также электромеханические релейные управления. Всегда необходимо учитывать влияние неправильного «размыкания» контактов на работу системы. Так, например, в нашем примере, если контакт Х2 ошибочно «разомкнут», то остановить двигатель не удастся!

Решение этой проблемы — перепрограммировать вывод X2 внутри ПЛК и фактически нажать кнопку «Стоп»:

Когда кнопка остановки не нажата, вход X2 ПЛК находится под напряжением, т.е контакт X2 «закрыт». Это позволяет двигателю начать работу при подаче тока на контакт X1 и продолжить работу при отпускании кнопки пуска. При нажатии кнопки «стоп» контакт Х2 переходит в состояние «выключено» и двигатель перестает работать. Как видите, функциональной разницы между этой и предыдущей моделью нет.

Однако, если входной контакт X2 по ошибке включен, вход X2 можно остановить, нажав кнопку остановки. В результате двигатель сразу глохнет. Эта модель безопаснее предыдущей модели, в которой двигатель нельзя было остановить нажатием кнопки остановки.

Помимо входов (X) и выходов (Y), ПЛК также могут использовать «внутренние контакты и катушки». Они используются так же, как и промежуточные реле, используемые в стандартных релейных схемах.

Чтобы понять, как работают «внутренние» схемы и контакты, рассмотрим следующую схему и программу, разработанную на основе трех принципов ввода логической функции И:

В этом случае индикатор горит до тех пор, пока не будет нажата любая кнопка. Чтобы выключить свет, нажмите все три кнопки:

Эта статья о программируемых логических контроллерах объясняет лишь небольшую часть их возможностей. Как компьютер, ПЛК может выполнять другие расширенные функции с гораздо большей точностью и надежностью, чем использование электромеханических логических устройств. Большинство ПЛК имеют более шести входов и выходов. На рисунке ниже показан один из ПЛК Allen-Bradley:

Каждый модуль ПЛК имеет 16 входов и выходов, способных управлять десятками устройств. ПЛК размещается в шкафу управления и занимает очень мало места (электромеханические реле, выполняющие ту же функцию, требуют большего свободного места).

Одним из преимуществ ПЛК является удаленный мониторинг и управление через цифровую компьютерную сеть, которую невозможно воспроизвести с помощью электромеханических реле. Поскольку ПЛК представляет собой не что иное, как выделенный цифровой компьютер, он может легко «общаться» с другими компьютерами. На рисунке ниже представлена схема процесса заливки жидкости (насосная станция очистки городских сточных вод), управляемая ПЛК. Кроме того, сама станция находится в нескольких километрах от мониторов компьютеров.

Английский перевод — Джулия Суэрта.

структурированный текст

Представляем книги по структурированному тексту (ST) IEC 61131-3. Автор — Сергей Романов

Книга «Изучение структурированного текста IEC 61131-3»: Ссылка на книгу

Стандарт Z-Wave: «нулевое» волновое давление на домашнюю автоматизацию
Система умного дома Z-Wave: первый взгляд
Программируемые логические контроллеры для домашней автоматизации

Надеюсь, эта статья была вам полезна. Смотрите также Электроэнергия в быту и производстве » Другие статьи в категории Оборудование для автоматизации

Подписывайтесь на наш Telegram-канал «Автоматизация и робототехника» (будущее современных технологий, инноваций и автоматизации). Нажмите на ссылку ниже, чтобы узнать, что происходит в мире автоматизации: Автоматизация и робототехника

Поделитесь этой статьей с друзьями: