Програмовані логічні контролери

  • Час 10-03-2015, 16:58
  • Автор admin
  • Коментарів 0 Комент.
  • Силка url

Структура і пристрій ПЛК

З чого починалася промислова автоматика? А починалося все з контактно-релейних схем керування промисловими процесами. Крім моторошного «шелестения», контактно релейні схеми мали фіксовану логіку роботи, і у разі зміни алгоритму, необхідно ґрунтовно переробити монтажну схему

Бурхливий розвиток мікропроцесорної техніки, привели до створення систем управління технологічними процесами на базі промислових контролерів. Але це не означає, що реле зжили себе, у них просто своя ніша для застосування.

ПЛК - програмований логічний контролер, являють собою мікропроцесорний пристрій, призначений для збору, перетворення, обробки, зберігання інформації і вироблення команд управління, що має кінцеве кількість входів і виходів, підключених до них датчиків, ключів, виконавчих механізмів до об'єкту управління, і призначений для роботи в режимах реального часу.

Програмовані логічні контролери

Принцип роботи ПЛК дещо відрізняється від «звичайних» мікропроцесорних пристроїв. Програмне забезпечення універсальних контролерів складається з двох частин. Перша частина це системне програмне забезпечення. Проводячи аналогію з комп'ютером можна сказати, що це операційна система, тобто управляє роботою вузлів контролера, взаємозв'язку складових частин, внутрішньої діагностикою. Системне програмне забезпечення ПЛК розташована в постійній пам'яті центрального процесора і завжди готовий до роботи. По включенню живлення, ПЛК готовий взяти на себе управління системою вже через кілька мілісекунд. ПЛК працюють циклічно за методом періодичного опитування вхідних даних.
Робочий цикл ПЛК включає 4 фази:
1. Опитування входів
2. Виконання користувацької програми
3. Встановлення значень виходів
4. Деякі допоміжні операції (діагностика, підготовка даних для налагоджувача, візуалізації і т. д.).

Виконання 1 фази забезпечується системним програмним забезпеченням. Після чого управління передається прикладної програми, тієї програми, яку ви самі записали в пам'ять, за цією програмою контролер робить те що ви побажаєте, а по її завершенню управління знову передається системного рівня. За рахунок цього забезпечується максимальна простота побудови прикладної програми - її творець не повинен знати, як здійснюється управління апаратними ресурсами. Необхідно знати з якого входу приходить сигнал і як на нього реагувати на виходах

Очевидно, що час реакції на подію буде залежати від часу виконання одного циклу прикладної програми. Визначення часу реакції - часу від моменту події до моменту видачі відповідного керуючого сигналу - пояснюється на малюнку:

Програмовані логічні контролери

Володіючи пам'яттю, ПЛК в залежності від передісторії подій, здатний реагувати по-різному на поточні події. Можливості перепрограмування, управління по часу, розвинені обчислювальні здібності, включаючи цифрову обробку сигналів, піднімають ПЛК на більш високий рівень на відміну від простих комбінаційних автоматів.

Розглянемо входу і виходу ПЛК. Існує три види входів дискретні, аналогові та спеціальні
Один дискретний вхід ПЛК здатний приймати один бінарний електричний сигнал, що описується двома станами - включений або виключений. Всі дискретні входи (загального виконання) контролерів зазвичай розраховані на прийом стандартних сигналів з рівнем 24 В постійного струму. Типове значення струму одного дискретного входу (при вхідній напрузі 24 В) складає близько 10 мА.

Аналоговий електричний сигнал відображає рівень напруги або струму, що відповідає деякою фізичною величиною, в кожен момент часу. Це може бути температура, тиск, вагу, положення, швидкість, частота і т. д.

Оскільки ПЛК є цифровою обчислювальною машиною, аналогові вхідні сигнали обов'язково піддаються аналого-цифрового перетворення (АЦП). В результаті утворюється дискретна змінна визначеної розрядності. Як правило, в ПЛК застосовуються 8 - 12 розрядні перетворювачі, що в більшості випадків, виходячи з сучасних вимог по точності керування технологічними процесами, є достатнім. Крім цього АЦП більш високої розрядності не виправдовують себе, в першу чергу з-за високого рівня індустріальних перешкод, характерних для умов роботи контролерів.

Практично всі модулі аналогового введення є багатоканальними. Вхідний комутатор підключає вхід АЦП до необхідного входу модуля.

Стандартні дискретні і аналогові входи ПЛК здатні задовольнити більшість потреб систем промислової автоматики. Необхідність застосування спеціалізованих входів виникає у випадках, коли безпосередня обробка деякого сигналу програмно утруднена, наприклад, вимагає багато часу.

Найбільш часто ПЛК оснащуються спеціалізованими рахунковими входами для вимірювання тривалості, фіксації фронтів і підрахунку імпульсів.

Наприклад, при вимірі положення і швидкості обертання валу дуже поширені пристрої, що формують певну кількість імпульсів за один оборот - поворотні шифратори. Частота проходження імпульсів може досягати декількох мегагерц. Навіть якщо процесор ПЛК володіє достатнім швидкодією, безпосередній підрахунок імпульсів у програмі користувача буде дуже марнотратним. Тут бажано мати спеціалізований апаратний вхідний блок, здатний провести первинну обробку та сформувати, необхідні для прикладної задачі величини.
Другим поширеним типом спеціалізованих входів є входи здатні дуже швидко запускати задані користувальницькі завдання з перериванням виконання основної програми - входи переривань.

Дискретний вихід також має два стани - включений і вимкнений. Вони потрібні для управління: електромагнітних клапанів, котушок, пускачів, світлові сигналізатори і т. д. загалом сфера їх застосування величезна, і охоплює майже всю промислову автоматику.

Конструктивно ПЛК поділяються на моноблочні, модульні і розподілені. Моноблочні мають фіксований набір входів виходів

Програмовані логічні контролери

В модульних контролерах модулі входів - виходів встановлюються у різному складі і кількості в залежності від майбутньої завдання

Програмовані логічні контролери

У розподілених системах модулі або навіть окремі входу-виходу, що утворюють єдину систему управління, можуть бути рознесені на значні відстані

Мови програмування ПЛК

При створенні системи керування технологічного процесу, завжди існує проблема взаєморозуміння програміста і технологів. Технолог скаже «нам треба підсипати, трохи підмішати, ще підсипати і трохи нагріти». І мало коли слід чекати від технолога формалізованого опису алгоритму. І виходило так, що програмісту потрібно довго вникати в тех. Процес, потім писати програму. Найчастіше при такому підході програміст залишається єдиною людиною, здатним розібратися у своєму творінні, зі всіма витікаючими звідси наслідками. Така ситуація породила прагнення створення технологічних мов програмування, доступні інженерам і технологам і максимально спрощує процес програмування

За останнє десятиліття з'явилося кілька технологічних мов. Більш того, Міжнародною Електротехнічною Комісією розроблено стандарт МЕК-61131-3, концентрує все передове в області мов програмування для систем автоматизації технологічних процесів. Цей стандарт вимагає від різних виробників ПЛК пропонувати команди, які є однаковими і за зовнішнім виглядом, і за дії.

Стандарт специфікує 5 мов програмування:

  • Sequential Function Chart (SFC) - мова послідовних функціональних блоків;
  • Function Block Diagram (FBD) - мова функціональних блокових діаграм;
  • Ladder Diagrams (LАD) - мова релейних діаграм;
  • Statement List (STL) - мова структурованого тексту, мова високого рівня. Нагадує собою Паскаль
  • Instruction List (IL) - мова інструкцій., це типовий асемблер з акумулятором і переходах по мітці.

Мова LAD або KOP (з німецького Kontaktplan) схожі на електричні схеми релейного логіки. Тому інженерам не знають складних мов програмування, не складе труднощів написати програму. Мова FBD нагадує створення схем на логічних елементах. У кожному з цих мов є свої мінуси і плюси. Тому при виборі фахівці ґрунтуються в основному на особистому досвіді. Хоча більшість програмних комплексів дають можливість переконвертувати вже написану програму з однієї мови в інший. Так як деякі завдання витончено і просто вирішуються на одній мові, а на іншому доведеться зіткнутися з деякими труднощами

Найбільше поширення в даний час отримали мови LAD, STL і FBD.

Більшість фірм виробники ПЛК традиційно мають власні фірмові напрацювання в області інструментального програмного забезпечення. Наприклад такі як «Concept» Schneider Electric, «Step 7» Siemens.

Програмний комплекс CoDeSys

Відкритість стандартів МЕК призвели до створення фірм, що займаються виключно інструментами програмування ПЛК.

Найбільшою популярністю у світі користуються комплекс CoDeSys. CoDeSys розроблений фірмою 3S. Це універсальний інструмент програмування контролерів на мовах МЕК, не прив'язаною до якоїсь апаратній платформі і задовольняє всім сучасним вимогам.

Основні особливості:
- повноцінна реалізація МЕК мов
- вбудований емулятор контролера дозволяє проводити налагодження проекту без апаратних засобів. Причому імітуються не якийсь абстрактний контролер, а конкретний ПЛК з урахуванням апаратної платформи
- вбудовані елементи візуалізації дають можливість створити модель об'єкта управління і проводити відладку, тобто дає можливість створювати людино-машинного інтерфейсу (HMI)
- дуже широкий набір сервісних функцій, що прискорює роботу програміста
- існує російська версія програми, і російська документація

Література:
Сучасні технології промислової автоматизації: підручник / О. В. Шишов. Саранськ : Вид-во Мордов. ун-ту, 2007. - 273 с. ISBN 5-7103-1123-5

Tags

Коментарі до новини