Программируемые логические контроллеры ПЛК ПЛК представляет собой микропроцессорное

Программируемые логические контроллеры (ПЛК). ПЛК представляет собой микропроцессорное устройство, предназначенное для сбора, преобразования, обработки, хранения информации и выработки команд управления, имеющее конечное количество входов и выходов, подключенных к объекту управления с помощью датчиков, ключей, исполнительных механизмов, и предназначенное для работы в режимах реального времени.

Структурная схема алгоритма работы ПЛК

Программное обеспечение универсальных контроллеров состоит из двух частей. Первая часть это системное программное обеспечение. Проводя аналогию с компьютером, это операционная система, т. е. управляет работой узлов контроллера, взаимосвязями частей, внутренней диагностикой. Программное обеспечение ПЛК расположено в постоянной памяти ЦП и всегда готово к работе. По включению питания, ПЛК готов взять на себя управление системой уже через несколько миллисекунд. ПЛК работают циклически по методу периодического опроса входных данных.

Рабочий цикл ПЛК включает 4 фазы:

1. Опрос входов 2. Выполнение пользовательской программы 3. Установку значений выходов 4. Некоторые вспомогательные операции (диагностика, подготовка данных для отладчика, визуализации и т. д. ).

Выполнение 1 фазы обеспечивается системным программным обеспечением. После чего управление передается прикладной программе, которую вы сами записали в память. По этой программе контроллер делает то, что вы пожелаете, а по ее завершению управление опять передается системному уровню. За счет этого обеспечивается максимальная простота построения прикладной программы – ее создатель не должен знать, как производится управление аппаратными ресурсами. Необходимо знать лишь с какого входа приходит сигнал и как на него реагировать на выходах.

Обладая памятью, ПЛК способен реагировать по-разному на текущие события. Возможности перепрограммирования, управления по времени, развитые вычислительные способности, включающие цифровую обработку сигналов, поднимают ПЛК на более высокий уровень в отличие от простых комбинационных автоматов.

Рассмотрим входы и выходы ПЛК Существует три вида входов: 1. дискретные 2. аналоговые 3. специальные

Один дискретный вход ПЛК способен принимать один бинарный электрический сигнал, описываемый двумя состояниями – включен или выключен. Все дискретные входы контроллеров обычно рассчитаны на прием стандартных сигналов с уровнем 24 В. Типовое значение тока одного дискретного входа (при входном напряжении 24 В) составляет около 10 м. А.

Аналоговый электрический сигнал отражает уровень напряжения или тока, соответствующий некоторой физической величине в каждый момент времени. Это может быть температура, давление, вес, положение, скорость, частота. Поскольку ПЛК является цифровой вычислительной машиной, аналоговые входные сигналы обязательно подвергаются аналогоцифровому преобразованию (АЦП). Как правило, в ПЛК применяются 8 - 12 разрядные преобразователи, что в большинстве случаев, исходя из современных требований по точности управления технологическими процессами, является достаточным.

Стандартные дискретные и аналоговые входы ПЛК способны удовлетворить большинство потребностей систем промышленной автоматики. Необходимость применения специализированных входов возникает в случаях, когда непосредственная обработка некоторого сигнала программно затруднена, например, требует много времени.

Наиболее часто ПЛК оснащаются специализированными счетными входами для измерения длительности, фиксации фронтов и подсчета импульсов. Вторым распространенным типом специализированных входов являются входы способные очень быстро запускать заданные пользовательские задачи с прерыванием выполнения основной программы – входы прерываний.

Дискретный выход также имеет два состояния – включен и выключен. Они нужны для управления работой: электромагнитных клапанов, катушек, пускателей, и т. д. В общем сфера их применения огромна, и охватывает почти всю промышленную автоматику.

Основные компоненты ПЛК: Стойки (Rack) - используются для размещения в них модулей и для соединения последних друг с другом. Источник питания (PS) - обеспечивает внутреннее напряжение питания. Центральный процессор (CPU) – используется для размещения и обработки программы пользователя. Интерфейсные модули (IM) – используют для соединения стоек друг с другом.

Основные компоненты ПЛК: Сигнальные модули (SM) – используются для преобразования сигналов, поступающих от процессора во внутренние сигналы для последующей обработки или в дискретные или аналоговые сигналы для управления приводами. Функциональные модули (FM) – используются для выполнения сложных или зависящих от времени процессов (не зависят от CPU). Коммуникационные процессоры – используются для связи с подсетями. Подсети – используются для связи ПЛК друг с другом или с другими устройствами.

Конструктивно ПЛК подразделяются на моноблочные, модульные и распределенные

Моноблочные имеют фиксированный набор входов выходов

В модульных контроллерах модули входов – выходов устанавливаются в разном составе и количестве в зависимости от предстоящей задачи.

В распределенных системах модули или даже отдельные входа-выхода, образующие единую систему управления, могут быть разнесены на значительные расстояния

Языки программирования ПЛК

При создании системы управления технологического процесса, всегда существует проблема по взаимопониманию программиста и технологов. Технолог скажет «нам надо немного подсыпать, чуть подмешать, еще подсыпать и чуть нагреть» . И получалось так, что программисту нужно долго вникать в тех. процесс, потом писать программу. Зачастую при таком подходе программист остается единственным человеком, способным разобраться в своем творении, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Такая ситуация породила стремление создания языков программирования, доступных инженерам и технологам и максимально упрощающим процесс программирования.

Наибольшее распространение в настоящее время получили языки LAD, STL и FBD. Function Block Diagram (FBD) – язык функциональных блоковых диаграмм; Ladder Diagrams (LАD) – язык релейных диаграмм; Statement List (STL) – язык структурированного текста, язык высокого уровня

Язык LAD похож на электрические схемы релейной логики. Поэтому инженерам не составит труда написать программу. Язык FBD напоминает создание схем на логических элементах. Язык STL представляет набор инструкций, которые последовательно выполняются по телу алгоритма

В каждом из этих языков есть свои минусы и плюсы. Поэтому при выборе специалисты основываются в основном на личном опыте. Хотя большинство программных комплексов дают возможность переконвертировать уже написанную программу из одного языку в другой. Так как некоторые задачи изящно и просто решаются на одном языке, а на другом придется столкнуться с некоторыми трудностями.

Большинство фирм изготовители ПЛК традиционно имеют собственные фирменные наработки в области инструментального программного обеспечения. Например, такие как «Concept» Schneider Electric, «Step 7» Siemens. Т. к. в лабораторию закуплены контроллеры SIEMENS, то мы будем использовать программное обеспечение Step 7 (Simatic manager).