Устройства управления и контроля Классификации ПЛК Число

Устройства управления и контроля

Классификации ПЛК Число каналов ввода-вывода нано-ПЛК микро-ПЛК средние большие (<16) (16 -100) (100 -500) (> 500) По способу монтажа панельные (для монтажа на панель или дверцу шкафа) для монтажа на DIN-рейку внутри шкафа для крепления на стене стоечные - для монтажа в стойке бескорпусные (обычно одноплатные) По области применения универсальные общепромышленные для управления роботами для управления позиционированием и перемещением коммуникаци онные ПИДконтроллеры

Классификации ПЛК По конструктивному исполнению Моноблочные Модульные Распределенные (удаленные модули В/В) Моноблочные - устройство ввода-вывода не может быть удалено из контроллера или заменено на другое. Конструктивно контроллер представляет собой единое целое с устройствами ввода-вывода (например, одноплатный контроллер). Модульные - состоят из общей корзины (шасси), в которой располагаются модуль центрального процессора и сменные модули ввода-вывода. Состав модулей выбирается пользователем в зависимости от решаемой задачи. Типовое количество слотов для сменных модулей - от 8 до 32. Распределенные (с удаленными модулями ввода-вывода) - в которых модули ввода -вывода выполнены в отдельных корпусах, соединяются с модулем контроллера по сети (обычно на основе интерфейса RS-485)

Распределенный и локальный ввод-вывод

Контроллеры моноблочной архитектуры ОВЕН ПЛК 100 Omron Sys. MAC CP 1 H Direct. LOGIC 105

Контроллеры модульной архитектуры ICP DAS Win. PAC-8847 Siemens серия S 7 -400 Advantech Adam 5510 M

Модули распределенных систем управления

Монтаж контроллеров Панельный монтаж Монтаж на DIN-рейку

Монтаж контроллеров Монтаж в стойке Бескорпусной монтаж

Программирование контроллеров С лицевой панели С ноутбука

Аппаратная архитектура ПЛК Архитектурой контроллера называют набор его основных компонентов и связей между ними. ЦП: • Архитектура (RISC, CISC) • Разрядность • Тактовая частота • Поддержка FPU • Температура эксплуатации • Мощность Внутренне ПЗУ (объем, быстродействие, ресурс): • FLASH (память программ) • EEPROM (память данных) Съемная FLASH: Compact Flash (CF), Memory Stick, Secure Digital (SD), Muli. Media. Card (MMC), RS-MMC, Smart. Media Card (SMC), USB-flash ОЗУ (объем, быстродействие): • SRAM • DRAM

Сторожевой таймер (Watchdog Timer - WDT) – счетчик импульсов тактового генератора, который в нормальном режиме периодически сбрасывается (перезапускается) работающим процессором. Если процессор "зависает", то сигналы сброса не поступают в счетчик, он продолжает считать и при достижении некоторого порога вырабатывает сигнал "Сброс" для перезапуска "зависшего" процессора. Часы реального времени (РВ) представляют собой кварцевые часы, которые питаются от батарейки и поэтому продолжают идти при выключенном ПЛК. Часы РВ используются, например, для управления уличным освещением в зависимости от времени суток, в системах охраны объектов и других случаях, когда необходима привязка данных или событий к астрономическому времени. Процессорный модуль: модель памяти В большинстве ПЛК выделяют три типа памяти: • загрузочная память (РПЗУ, EEPROM, FLASH) = ПЗУ. • рабочая память = ОЗУ; • системная память (отображение входов и выходов технологического процесса (образа технологического процесса), внутренняя память, доступная программисту, в т. ч. память с побитовым доступом (флаги), таймеры, счётчики).

Процессорный модуль: рабочий цикл ЧТ. ВХ. ОБР Программа ЗАП. ВЫХ. ОБР. Фаза ОС, сеть Рабочий (контроллерный) цикл Рабочий цикл - период считывания значений из каналов ввода, обработки в процессоре и записи в каналы вывода (циклический алгоритм, включающий ввод данных и размещение их в ОЗУ, обработку данных и вывод) Длительность контроллерного цикла зависит от: • количества модулей ввода-вывода и наличия в них замаскированных (исключенных из процедуры обмена) входов-выходов • быстродействия процессорного модуля (при интенсивной математической обработке данных – сложной программе); • коммуникационной нагрузки и пропускной способности промышленной сети; • наличия ОС и операций по обслуживанию аппаратных ресурсов. Обслуживание аппаратных ресурсов включает: обеспечение работы системных таймеров, оперативное самотестирование, индикация состояния, контроль времени цикла, управление многозадачностью, отображение процесса выполнения программы на дисплее и т. п. Перед началом работы ПЛК выполняет загрузку операционной системы и программы пользователя в ОЗУ из ПЗУ, начальное тестирование аппаратуры. В процессе функционирования ПЛК данные, введенные из устройств ввода, располагаются в ОЗУ и в течение рабочего цикла контроллера не изменяются. Это ускоряет процесс обработки данных и исключает непредвиденные ситуации.

Процессорный модуль: рабочий цикл Такая организация работы ПЛК обеспечивает: • неизменность входных переменных в течение рабочего цикла; • гарантированное время постоянства значений на выходных каналах контроллера (изменение не чаще чем один раз в рабочий цикл); • возможность оценивать и управлять длительностью рабочего цикла всего приложения. Некоторые ПЛК позволяют настраивать способ исполнения рабочего цикла: • циклический – новый цикл начинается сразу по окончании последнего цикла • периодический – программист задаёт минимальную длительность цикла ПЛК. Если последний цикл завершился раньше заданного времени, то начало нового цикла задерживается до тех пор, пока не пройдёт установленная длительность цикла

Процессорный модуль: рабочий цикл

Процессорный модуль: рабочий цикл в многозадачном режиме Основная программа с низшим приоритетом исполняется циклически или периодически. Периодическая программа с более высоким приоритетом исполняется периодически, прерывая основную. При этом длительность исполнения периодической программы должна быть в несколько раз меньше чем длительность периода. Кроме того, имеется ряд программ с более высокими приоритетами, которые вызываются при возникновении какого-то события (прерывания). Событиями могут быть как аппаратные сигналы (например, неисправность модуля ввода-вывода), так и программные (срабатывание сторожевого таймера при превышении максимальной длительности рабочего цикла контроллера).

Процессорный модуль: оценка производительности Производительность ПЛК оценивается по следующим параметрам: • длительность контроллерного цикла (период считывания значений из каналов ввода, обработки в процессоре и записи в каналы вывода); • время выполнения команд (отдельно логических, с фиксированной и с плавающей точкой); • пропускная способность шины между контроллером и модулями ввода-вывода; • пропускная способность промышленной сети; • время цикла опроса всех контроллеров в одномастерной сети или цикл обращения маркера для многомастерных сетей с маркером; • время реакции. Обновление входов (мод. ввода) ЧТ. ВХ. ОБР Программа ЗАП. ВЫХ. ОБР. Фаза ОС, сеть Рабочий (контроллерный) цикл Обновление выходов (мод. вывода) Минимальное время реакции= ОБН. ВХ+РЦ+ОБН. ВЫХ Максимальное время реакции=время реакции ПЛК=ОБН. ВХ+2*РЦ+ОБН. ВЫХ

Режимы работы ПЛК В каждый момент времени ПЛК находится в одном из состояний: • выключен (OFF); • останов (STOP); • запуск или рестарт (STARTUP); • выполнение (RUN); • неисправность (ERROR). В состоянии «выключен» ПЛК находится при отсутствии напряжения питания. После включения питания контроллер переходит в состояние «останов» . В состоянии «останов» ПЛК проверяет, существуют ли фактически все сконфигурированные модули, и устанавливает выходы в предварительно определённое начальное состояние. В состоянии «останов» программа пользователя не выполняется. В состоянии «выполнение» ПЛК выполняет программу пользователя, обнов-ляет входы и выходы, обслуживает прерывания и обрабатывает сообщения об ошибках. При возникновении отказа, либо какого-то иного события, обработка которо-го не реализована в программе контроллера, ПЛК переходит в состояние «неис-правность» . Состояние «неисправность» фактически соответствует состоянию «останов» , за одним исключением – на модуле центрального процессора загорает-ся индикатор неисправности, а в диагностический буфер ПЛК заносится запись о времени и типе возникшей неисправности.

Режимы работы ПЛК Карта переключения режимов В состояние «выключен» контроллер может перейти из любого другого состояния при отключении питания. Из состояния «останов» , контроллер переходит в состояние «запуск» . В зависимости от ситуации, при которой контроллер был переведён в состояние «останов» , это может быть холодный, теплый или горячий рестарт. В случае неуспешного запуска контроллер переходит в состояние «неисправность» . При успешном запуске, ПЛК переходит в состояние «выполнение» , в котором может находиться сколь угодно долго. Из состояния «выполнение» контроллер может перейти в состояние «Останов» по команде оператора или программной инструкции, либо в состояние «неисправность» в случае возникновения исключительной ситуации. Из состояния «неисправность» по команде оператора через состояние «останов» контроллер может быть переведён в состояние «запуск» .

Режимы запуска ПЛК Холодный рестарт - если повторный запуск ПЛК выполняется после того, как все динамические данные (переменные входов-выходов, состояние внутренних регистров, таймеров, счетчиков, программные контексты) были возвращены в заранее определенное состояние. Холодный рестарт может быть автоматическим (после пропадания питания) или ручным (например, с помощью кнопки перезапуска). Горячий рестарт - повторный запуск ПЛК, который выполняется настолько быстро после пропадания питания, что все динамические переменные не успевают измениться и поэтому работоспособность восстанавливается таким образом, будто питания не пропадало. Возможность горячего рестарта требует наличия автономно питаемого таймера для определения времени отсутствия питания, а также наличия доступных пользователю средств для задания максимального времени отсутствия питания для обслуживаемого технологического процесса. Горячий рестарт поддерживается далеко не всеми контроллерами. Теплый рестарт - называют повторный запуск после обнаружения неисправности питания с заранее определенным и программируемым пользователем множеством динамических данных и системным контекстом прикладной программы. Теплый рестарт характеризуется сигнализацией состояния или эквивалентными средствами, позволяющими убедиться в том, что прикладная программа зарегистрировала прекращение неисправности питания, обнаруженное конфигурацией ПЛК в режиме пуска. Это повторный запуск, который выполняется вручную после перехода в состояние «останов» в случае появления критического события (неисправности) обработка которого не описана в программе контроллера (например, срабатывание сторожевого таймера).

Процессорный модуль: задачи Процессорный модуль ПЛК выполняет следующие задачи: • собирает данные из модулей ввода в память и отсылает данные из памяти в модули вывода; • выполняет обмен данными с устройством для программирования контроллера; • выдает метки часов реального времени; • осуществляет обмен данными с промышленной сетью; • реализует стек протоколов промышленной сети (для этой цели могут использоваться вспомогательные коммуникационные процессоры); • выполняет начальную загрузку и исполнение операционной системы; • исполняет загрузочный модуль пользовательской программы системы автоматизации; • управляет актами обмена с памятью.