Про программирование PLC
10 Dec 2021 в 09:24
Перед появлением твердотельных логических схем, системы логического управления базировались на электромеханических реле. Хотя сегодня реле до сих пор широко используются, многие из их ранее выполняемых функций теперь осуществляются контроллерами.
В данный момент большинство систем и процессов в промышленности требуют автоматизации, хотя сейчас уже редко использование реле является базовым для проектирования таких систем. Современные производственные процессы требуют наличия устройства, которое было бы способно выполнить множество логических функций по заранее заданной программе.
В конце 60-х годов прошлого века, компания Bedford Associates (США) разработала устройство под названием MODICON (Modular Digital Controller), что в переводе означает Модульный цифровой контроллер. Впоследствии, это название стало обозначением внутреннего подразделения компании, которое было ответственным за дизайн, производство и продажу данного устройства.
Вскоре другие компании создали свои аналоги MODICON - и таким образом родился ПЛК или программируемый логический контроллер. Основная цель данного устройства заключалась в замене электромеханических реле на логические элементы, чтобы имитировать работу большого числа реле.
Программируемый логический контроллер оснащается набором входных и выходных клемм. Входные клеммы позволяют контролировать состояние датчиков и выключателей, а выходные клеммы передают сигналы последующим устройствам, таким как индикаторы питания, электромагнитные клапаны, малые электромоторы и прочие автономные устройства.
ПЛК относительно просты для программирования благодаря программному языку, основанному на логике реле, что упрощает внедрение и использование ПЛК для инженеров и электриков, имеющих опыт работы с реле.
Несмотря на то, что подключение и программирование могут отличаться у различных моделей ПЛК, общие принципы остаются схожими, что позволяет использовать базовые знания при работе с различными устройствами.
ПЛК представляет собой коробку, на передней панели которой находятся различные винтовые клеммы для подключения. Например, имеются две клеммы под обозначениями L1 и L2 для питания внутренних цепей ПЛК 120 В переменного тока.
Следует отметить, что внутри ПЛК между каждой входной клеммой и общей («земля», GND) находится фотодиод, который обеспечивает изолированный «высокий» сигнал для микропроцессора, когда между соответствующей входной клеммой и общей клеммой устанавливается 120-вольтное напряжение переменного тока. Наличие светодиодов на передней панели ПЛК позволяет пользователю понять, какой вход под напряжением.
Внутри корпуса ПЛК, связывающего каждую входную клемму с общей клеммой, находится оптоизолятор устройства (светодиод), который обеспечивает электрически изолированный «высокий» сигнал для схемы компьютера ( фототранзистор интерпретирует свет светодиода), когда 120-тивольтный переменный ток устанавливается между соответствующей входной клеммой и общей клеммой. Светодиод на передней панели ПЛК дает возможность понять, какой вход находится под напряжением:
Выходные сигналы в ПЛК формируются с помощью его компьютерного аппаратного обеспечения, которое активирует переключающее устройство (такое как транзистор, тиристор или даже электромеханическое реле), связывая "источник" (находится в нижнем правом углу) с любым выходом, обозначенным через Y. Обычно "источник" соединяется с L1, и аналогично каждому входу, каждый выход ассоциируется с диодом на ПЛК, указывающим напряжение на выходе.
Таким образом, ПЛК может быть подключен к любым устройствам, включая переключатели и электромагниты.
Основы программирования ПЛК
Современная логика системы управления в ПЛК реализована через компьютерную программу. Данная программа регулирует, какие выходы заряжены и при каких входах. Несмотря на то, что программа напоминает реле, внутри ПЛК не существует физических переключателей или реле, которые обеспечивают соединение входов и выходов. Эти "контакты" и "реле" существуют только в программном обеспечении, и программа создается и просматривается через персональный компьютер, подключенный к порту программирования ПЛК.
Рассмотрим следующую схему и пример программы ПЛК:
Если кнопочный выключатель не активирован (в отключенном состоянии), то сигнал на вход X1 не отправляется. В соответствии с программой, которая отображает "открытый" вход X1, сигнал на выход Y1 также не поступит. Таким образом, выход Y1 будет в отключенном состоянии, а индикатор, подключенный к нему, будет выключен.
Если кнопочный выключатель активирован, сигнал отправляется на вход X1. Все контакты X1 в программе перейдут в активированное состояние, подобно контактам реле при нагрузке на катушку реле, именуемую X1. В этом случае открытый контакт X1 будет "закрыт", и передаст сигнал на катушку Y1. Когда катушка Y1 заряжена, выход Y1 активирует соединенный к нему индикатор.
Важно понимать, что контакт X1 и катушка Y1 соединены виртуально, а "сигнал", который отображается на экране компьютера - это виртуальный сигнал. Они не существуют как физические электрические компоненты. Они существуют только внутри компьютерной программы - программного обеспечения - и на самом деле отображают то, что происходит в схеме реле.
Также необходимо понимать, что компьютер, используемый для создания и редактирования программы, не требуется для дальнейшей работы ПЛК. После того как программа была загружена в ПЛК, компьютер можно отключить, и ПЛК будет работать автономно, выполняя программные инструкции.
Главное преимущество ПЛК заключается в возможности изменения поведения системы управления без необходимости переконфигурирования соединений с устройствами. Скажем, если мы решим обратить функцию "выключатель - лампа", то есть включить лампу при выключении выключателя и наоборот, то достаточно будет перепрограммировать ПЛК, а не менять физическую схему.
Если решать такую задачу в физическом масштабе, необходимо было бы заменить "открытый" выключатель на "закрытый". Но в программном контексте, достаточно изменить программу таким образом, чтобы при нормальных условиях контакт X1 был "закрыт", а не "открыт".
Измененная программа с неактивированным переключателем будет выглядеть так:
А вот когда переключатель активирован:
Одно из преимуществ программного управления по сравнению с аппаратным, заключается в возможности использования входных сигналов столько раз, сколько необходимо. Рассмотрим пример программы, где лампа зажигается, если хотя бы два из трех переключателей активированы:
Для построения подобной схемы с помощью реле, потребовались бы три реле с двумя контактами, открытыми в нейтральном состоянии. При использовании ПЛК, мы можем создать столько контактов для каждого “X” входа, сколько нам необходимо (занимая не более 1 бита в цифровой памяти ПЛК) и вызвать их столько раз, сколько требуется.
Кроме того, поскольку каждый выход ПЛК занимает не более одного бита в его памяти, мы можем добавлять контакты в программу, при этом выход Y будет в неактивном состоянии. Рассмотрим пример схемы двигателя с контрольной системой запуска и остановки:
Переключатель, подключенный к входу X1, служит кнопкой "Старт", а переключатель, подключенный к входу X2 - кнопкой "Стоп". Другой контакт, обозначенный как Y1, действует как геркон, позволяя контактеру двигателя оставаться включенным, даже если кнопка "Старт" уже отпущена. В то же время можно видеть, как контакт X2, "закрытый" в нормальном состоянии, помечается цветным блоком, указывая на его "закрытое" состояние.
При нажатии кнопки "Старт", "закрытый" контакт X1 пропускает ток 120 В переменного тока через контактер двигателя. Параллельный Y1-контакт также "закрыт", сохраняя цепь замкнутой:
Если мы теперь отпускаем кнопку "Старт", контакт X1 переходит в "открытое" состояние, но двигатель продолжает работать, так как замкнутый контакт Y1 поддерживает напряжение на катушке:
Чтобы остановить двигатель, мы нажимаем кнопку "Стоп". Это предоставит напряжение входу X1 и "открытому" контакту, что приведет к нарушению цепи напряжения на катушке Y1:
Когда мы нажали кнопку "Стоп", вход X1 остался не заряженным, тем самым возвращая контакт X1 к его нормальному состоянию "закрыт". В таком случае, двигатель уже не запустится, пока мы снова не активируем кнопку "Старт", поскольку связь в контакте Y1 была потеряна:
Ключевым является надежность системы контроля ПЛК, аналогично электромеханическим реле. Важно всегда учитывать как неверно открытый контакт может влиять на функционирование системы. В нашем случае, если контакт X2 неожиданно окажется "открытым", двигатель будет невозможно остановить!
Решением этой проблемы является перепрограммирование контакта X2 внутри ПЛК и фактическая активация кнопки "Стоп":
Когда кнопка "Стоп" не нажата, вход ПЛК X2 остается под напряжением, т.е. контакт X2 "закрыт". Это позволяет двигателю начать работу, когда контакт X1 получает ток, и продолжить работу, когда кнопка "Старт" отпущена. Когда мы нажимаем кнопку "Стоп", контакт X2 переходит в состояние "открыт" и двигатель останавливается. Таким образом, существует функциональная идентичность этой модели и предыдущей.
Однако, если входной контакт X2 был неверно "открыт", вход X2 может быть остановлен активацией кнопки "Стоп". В результате двигатель мгновенно остановится. Эта модель более безопасна, чем предыдущая, где активация кнопки "Стоп" делала невозможным остановку двигателя.
В дополнение к входам (X) и выходам (Y) в ПЛК, также можно использовать "внутренние контакты и катушки", выполняющие аналогичные функции промежуточных реле в стандартных схемах реле.
Для того чтобы понять принцип работы "внутренних" схем и контактов, рассмотрим следующую схему и программу, созданную на основе трех входов логической функции AND:
В этой схеме, лампа остается гореть до тех пор, пока хотя бы одна из кнопок не будет нажата. Чтобы выключить лампу, необходимо нажать все три кнопки:
В данной статье по ПЛК лишь затронуты их возможности. Как компьютерное устройство, ПЛК способен выполнять более сложные функции с высокой точностью и надежностью, в отличие от электромеханических логических устройств. Большинство ПЛК имеют больше чем шесть входов и выходов.
Категория: КИПиА
Случайная статья: Контурное тестирование
Перед появлением твердотельных логических схем, системы логического управления базировались на электромеханических реле. Хотя сегодня реле до сих пор широко используются, многие из их ранее выполняемых функций теперь осуществляются контроллерами.
В данный момент большинство систем и процессов в промышленности требуют автоматизации, хотя сейчас уже редко использование реле является базовым для проектирования таких систем. Современные производственные процессы требуют наличия устройства, которое было бы способно выполнить множество логических функций по заранее заданной программе.
В конце 60-х годов прошлого века, компания Bedford Associates (США) разработала устройство под названием MODICON (Modular Digital Controller), что в переводе означает Модульный цифровой контроллер. Впоследствии, это название стало обозначением внутреннего подразделения компании, которое было ответственным за дизайн, производство и продажу данного устройства.
Вскоре другие компании создали свои аналоги MODICON - и таким образом родился ПЛК или программируемый логический контроллер. Основная цель данного устройства заключалась в замене электромеханических реле на логические элементы, чтобы имитировать работу большого числа реле.
Программируемый логический контроллер оснащается набором входных и выходных клемм. Входные клеммы позволяют контролировать состояние датчиков и выключателей, а выходные клеммы передают сигналы последующим устройствам, таким как индикаторы питания, электромагнитные клапаны, малые электромоторы и прочие автономные устройства.
ПЛК относительно просты для программирования благодаря программному языку, основанному на логике реле, что упрощает внедрение и использование ПЛК для инженеров и электриков, имеющих опыт работы с реле.
Несмотря на то, что подключение и программирование могут отличаться у различных моделей ПЛК, общие принципы остаются схожими, что позволяет использовать базовые знания при работе с различными устройствами.
ПЛК представляет собой коробку, на передней панели которой находятся различные винтовые клеммы для подключения. Например, имеются две клеммы под обозначениями L1 и L2 для питания внутренних цепей ПЛК 120 В переменного тока.
Следует отметить, что внутри ПЛК между каждой входной клеммой и общей («земля», GND) находится фотодиод, который обеспечивает изолированный «высокий» сигнал для микропроцессора, когда между соответствующей входной клеммой и общей клеммой устанавливается 120-вольтное напряжение переменного тока. Наличие светодиодов на передней панели ПЛК позволяет пользователю понять, какой вход под напряжением.
Внутри корпуса ПЛК, связывающего каждую входную клемму с общей клеммой, находится оптоизолятор устройства (светодиод), который обеспечивает электрически изолированный «высокий» сигнал для схемы компьютера ( фототранзистор интерпретирует свет светодиода), когда 120-тивольтный переменный ток устанавливается между соответствующей входной клеммой и общей клеммой. Светодиод на передней панели ПЛК дает возможность понять, какой вход находится под напряжением:
Выходные сигналы в ПЛК формируются с помощью его компьютерного аппаратного обеспечения, которое активирует переключающее устройство (такое как транзистор, тиристор или даже электромеханическое реле), связывая "источник" (находится в нижнем правом углу) с любым выходом, обозначенным через Y. Обычно "источник" соединяется с L1, и аналогично каждому входу, каждый выход ассоциируется с диодом на ПЛК, указывающим напряжение на выходе.
Таким образом, ПЛК может быть подключен к любым устройствам, включая переключатели и электромагниты.
Основы программирования ПЛК
Современная логика системы управления в ПЛК реализована через компьютерную программу. Данная программа регулирует, какие выходы заряжены и при каких входах. Несмотря на то, что программа напоминает реле, внутри ПЛК не существует физических переключателей или реле, которые обеспечивают соединение входов и выходов. Эти "контакты" и "реле" существуют только в программном обеспечении, и программа создается и просматривается через персональный компьютер, подключенный к порту программирования ПЛК.
Рассмотрим следующую схему и пример программы ПЛК:
Если кнопочный выключатель не активирован (в отключенном состоянии), то сигнал на вход X1 не отправляется. В соответствии с программой, которая отображает "открытый" вход X1, сигнал на выход Y1 также не поступит. Таким образом, выход Y1 будет в отключенном состоянии, а индикатор, подключенный к нему, будет выключен.
Если кнопочный выключатель активирован, сигнал отправляется на вход X1. Все контакты X1 в программе перейдут в активированное состояние, подобно контактам реле при нагрузке на катушку реле, именуемую X1. В этом случае открытый контакт X1 будет "закрыт", и передаст сигнал на катушку Y1. Когда катушка Y1 заряжена, выход Y1 активирует соединенный к нему индикатор.
Важно понимать, что контакт X1 и катушка Y1 соединены виртуально, а "сигнал", который отображается на экране компьютера - это виртуальный сигнал. Они не существуют как физические электрические компоненты. Они существуют только внутри компьютерной программы - программного обеспечения - и на самом деле отображают то, что происходит в схеме реле.
Также необходимо понимать, что компьютер, используемый для создания и редактирования программы, не требуется для дальнейшей работы ПЛК. После того как программа была загружена в ПЛК, компьютер можно отключить, и ПЛК будет работать автономно, выполняя программные инструкции.
Главное преимущество ПЛК заключается в возможности изменения поведения системы управления без необходимости переконфигурирования соединений с устройствами. Скажем, если мы решим обратить функцию "выключатель - лампа", то есть включить лампу при выключении выключателя и наоборот, то достаточно будет перепрограммировать ПЛК, а не менять физическую схему.
Если решать такую задачу в физическом масштабе, необходимо было бы заменить "открытый" выключатель на "закрытый". Но в программном контексте, достаточно изменить программу таким образом, чтобы при нормальных условиях контакт X1 был "закрыт", а не "открыт".
Измененная программа с неактивированным переключателем будет выглядеть так:
А вот когда переключатель активирован:
Одно из преимуществ программного управления по сравнению с аппаратным, заключается в возможности использования входных сигналов столько раз, сколько необходимо. Рассмотрим пример программы, где лампа зажигается, если хотя бы два из трех переключателей активированы:
Для построения подобной схемы с помощью реле, потребовались бы три реле с двумя контактами, открытыми в нейтральном состоянии. При использовании ПЛК, мы можем создать столько контактов для каждого “X” входа, сколько нам необходимо (занимая не более 1 бита в цифровой памяти ПЛК) и вызвать их столько раз, сколько требуется.
Кроме того, поскольку каждый выход ПЛК занимает не более одного бита в его памяти, мы можем добавлять контакты в программу, при этом выход Y будет в неактивном состоянии. Рассмотрим пример схемы двигателя с контрольной системой запуска и остановки:
Переключатель, подключенный к входу X1, служит кнопкой "Старт", а переключатель, подключенный к входу X2 - кнопкой "Стоп". Другой контакт, обозначенный как Y1, действует как геркон, позволяя контактеру двигателя оставаться включенным, даже если кнопка "Старт" уже отпущена. В то же время можно видеть, как контакт X2, "закрытый" в нормальном состоянии, помечается цветным блоком, указывая на его "закрытое" состояние.
При нажатии кнопки "Старт", "закрытый" контакт X1 пропускает ток 120 В переменного тока через контактер двигателя. Параллельный Y1-контакт также "закрыт", сохраняя цепь замкнутой:
Если мы теперь отпускаем кнопку "Старт", контакт X1 переходит в "открытое" состояние, но двигатель продолжает работать, так как замкнутый контакт Y1 поддерживает напряжение на катушке:
Чтобы остановить двигатель, мы нажимаем кнопку "Стоп". Это предоставит напряжение входу X1 и "открытому" контакту, что приведет к нарушению цепи напряжения на катушке Y1:
Когда мы нажали кнопку "Стоп", вход X1 остался не заряженным, тем самым возвращая контакт X1 к его нормальному состоянию "закрыт". В таком случае, двигатель уже не запустится, пока мы снова не активируем кнопку "Старт", поскольку связь в контакте Y1 была потеряна:
Ключевым является надежность системы контроля ПЛК, аналогично электромеханическим реле. Важно всегда учитывать как неверно открытый контакт может влиять на функционирование системы. В нашем случае, если контакт X2 неожиданно окажется "открытым", двигатель будет невозможно остановить!
Решением этой проблемы является перепрограммирование контакта X2 внутри ПЛК и фактическая активация кнопки "Стоп":
Когда кнопка "Стоп" не нажата, вход ПЛК X2 остается под напряжением, т.е. контакт X2 "закрыт". Это позволяет двигателю начать работу, когда контакт X1 получает ток, и продолжить работу, когда кнопка "Старт" отпущена. Когда мы нажимаем кнопку "Стоп", контакт X2 переходит в состояние "открыт" и двигатель останавливается. Таким образом, существует функциональная идентичность этой модели и предыдущей.
Однако, если входной контакт X2 был неверно "открыт", вход X2 может быть остановлен активацией кнопки "Стоп". В результате двигатель мгновенно остановится. Эта модель более безопасна, чем предыдущая, где активация кнопки "Стоп" делала невозможным остановку двигателя.
В дополнение к входам (X) и выходам (Y) в ПЛК, также можно использовать "внутренние контакты и катушки", выполняющие аналогичные функции промежуточных реле в стандартных схемах реле.
Для того чтобы понять принцип работы "внутренних" схем и контактов, рассмотрим следующую схему и программу, созданную на основе трех входов логической функции AND:
В этой схеме, лампа остается гореть до тех пор, пока хотя бы одна из кнопок не будет нажата. Чтобы выключить лампу, необходимо нажать все три кнопки:
В данной статье по ПЛК лишь затронуты их возможности. Как компьютерное устройство, ПЛК способен выполнять более сложные функции с высокой точностью и надежностью, в отличие от электромеханических логических устройств. Большинство ПЛК имеют больше чем шесть входов и выходов.
Категория: КИПиА
Случайная статья: Контурное тестирование