Veikimo principas ir PLC programavimo pagrindai

Programuojami loginiai valdikliai (PLC)

Prieš atsirandant kietojo kūno loginėms grandinėms, loginių valdymo sistemų kūrimas buvo grindžiamas elektromechaninėmis relėmis. Iki šiol relės nėra pasenusios savo paskirties vietoje, tačiau vis dėlto kai kuriose ankstesnėse funkcijose jas keičia valdiklis.

Šiuolaikinėje pramonėje yra daugybė skirtingų sistemų ir procesų, kuriems reikalinga automatizacija, tačiau dabar tokios sistemos retai kuriamos iš relių. Šiuolaikiniams gamybos procesams reikalingas įrenginys, užprogramuotas atlikti įvairias logines funkcijas. Septintojo dešimtmečio pabaigoje amerikiečių kompanija „Bedford Associates“ sukūrė kompiuterinį įrenginį pavadinimu MODICON (modulinis skaitmeninis valdiklis). Vėliau įrenginio pavadinimas tapo bendrovės suprojektuoto, pagaminto ir parduoto padalinio pavadinimu.

Kitos kompanijos sukūrė savo šio įrenginio versijas, ir galų gale jis tapo žinomas kaip PLC arba programuojamas loginis valdiklis. Programuojamo valdiklio, galinčio imituoti daugybės relių veikimą, tikslas buvo elektromechanines reles pakeisti logikos elementai.

PLC turi įvesties gnybtų rinkinį, su kuriuo galite stebėti jutiklių ir jungiklių būseną. Taip pat yra išvesties gnybtų, kurie perduoda „aukštą“ arba „žemą“ signalą galios indikatoriams, solenoidiniams vožtuvams, kontaktoriams, mažiems varikliams ir kitiems savikontrolės įtaisams.

PLC lengva programuoti, nes jų programavimo kalba primena relės logiką. Taigi eilinis pramonės elektrikas arba elektrikas, įpratęs skaityti kopėčių logikos schemas, jausis patogiai, kai programuoja PLC atlikti tas pačias funkcijas.

Signalų jungtis ir standartinis programavimas šiek tiek skiriasi skirtinguose PLC modeliuose, tačiau jie yra gana panašūs, todėl čia galite pateikti „bendrą“ įvadą apie šio įrenginio programavimą.

Šioje iliustracijoje parodytas paprastas PLC, tiksliau, kaip jis gali atrodyti priekyje. Du sraigtiniai gnybtai, skirti prijungti vidines PLC grandines iki 120 VAC, yra pažymėti L1 ir L2.

Šeši sraigtiniai gnybtai, esantys kairėje pusėje, sujungia įvesties įrenginius. Kiekvienas terminalas žymi savo įvesties kanalą (X). Apatiniame kairiajame kampe esantis varžtinis gnybtas („bendroji jungtis“) paprastai yra prijungtas prie L2 (neutralios) srovės šaltinio, kurio įtampa yra 120 V.

PLC korpuse, jungiančiame kiekvieną įvesties gnybtą su bendru gnybtu, yra įrenginio optoizoliatorius (LED), kuris kompiuterio grandinei suteikia elektriškai izoliuotą „aukštą“ signalą (fototranzistorius aiškina LED lemputę), kai tarp atitinkamo įvesties gnybto ir bendrojo įtaiso yra įrengta 120 voltų kintama srovė. terminalas. Šviesos diodas, esantis PLC priekyje, leidžia suprasti, kuris įėjimas yra aktyvus:

Išvesties signalai generuojami naudojant PLC kompiuterio schemas, įjungiant perjungimo įtaisą (tranzistorių, tiristorių ar net elektromechaninę relę) ir jungiant „Šaltinio“ gnybtą (apatinį dešinįjį kampą) prie bet kokio išėjimo, pažymėto raide Y. Šaltinio terminalas paprastai yra susijęs su L1. Kaip ir kiekvienas įėjimas, kiekvienas išėjimas, kuriam suteikta energija, yra pažymėtas šviesos diodu:

Taigi, PLC galima prijungti prie bet kokių prietaisų, tokių kaip jungikliai ir elektromagnetai.

PLC programavimo pagrindai

Šiuolaikinė valdymo sistemos logika yra įdiegta PLC per kompiuterio programą.Ši programa nustato, kurie išėjimai yra tiesioginiai ir kokiomis įvesties sąlygomis. Nors pati programa primena relinės logikos grandinę, PLC viduje nėra jungiklių kontaktų ar relių ritinių, kurie sudarytų ryšius tarp įėjimo ir išėjimo. Šie kontaktai ir ritės yra įsivaizduojami. Programa parašyta ir žiūrima naudojant asmeninį kompiuterį, prijungtą prie PLC programavimo prievado.

Apsvarstykite šią grandinę ir PLC programą:

Kai mygtuko jungiklis neaktyvinamas (išjungtoje būsenoje), signalas nesiunčiamas į įvestį X1. Pagal programą, kuri rodo „atidarytą“ įvestį X1, signalas nebus siunčiamas į išėjimą Y1. Taigi išėjimas Y1 liks išjungtas, o prie jo prijungtas indikatorius išsijungs.

Jei paspaudžiamas mygtuko jungiklis, signalas bus siunčiamas į įvestį X1. Visi programoje esantys kontaktai X1 turės aktyvuotą būseną, tarsi relės kontaktai, aktyvuojami tiekiant įtampą relės ritėje, vadinamoje X1. Tokiu atveju atviras kontaktas X1 bus „uždarytas“ ir siųskite signalą į ritę Y1. Kai ritė Y1 maitinama, išėjimas Y1 užsidega, kai prie jo prijungta lemputė.

Reikėtų suprasti, kad kontaktas X1 ir ritė Y1 yra sujungti laidais, o kompiuterio monitoriuje rodomas „signalas“ yra virtualus. Jie neegzistuoja kaip tikri elektriniai komponentai. Jie yra tik kompiuterio programoje - programinės įrangos dalyje - ir tik primena tai, kas vyksta relės grandinėje.

Ne mažiau svarbu suprasti, kad kompiuteris, naudojamas programai rašyti ir redaguoti, nėra reikalingas tolesniam PLC naudojimui. Įkėlus programą į programuojamą valdiklį, kompiuterį galima išjungti, o PLC savarankiškai vykdys programos komandas. Į iliustraciją įtraukiame asmeninio kompiuterio monitorių, kad suprastumėte ryšį tarp realių sąlygų (jungiklio uždarymo ir lempos būsenos) ir programos būsenų (signalai per virtualius kontaktus ir virtualias rites).

Tikroji PLC galia ir universalumas išryškėja, kai norime pakeisti valdymo sistemos elgesį. Kadangi PLC yra programuojamas įrenginys, mes galime pakeisti komandas, kurias nustatėme, nekonfigūruodami prie jo prijungtų komponentų. Tarkime, kad mes nusprendėme perjungti funkciją „jungiklis - lemputė“ atvirkščiai: paspauskite mygtuką, norėdami išjungti šviesą, ir paleiskite, kad įjungtumėte.

Šios problemos sprendimas realiomis sąlygomis yra tas, kad jungiklis, „atidarytas“ normaliomis sąlygomis, pakeičiamas „uždaru“. Jo programinis sprendimas keičia programą taip, kad įprastomis sąlygomis kontaktas X1 būtų „uždarytas“, o ne „atidarytas“.

Šiame paveikslėlyje pamatysite jau pakeistą programą, neįjungus jungiklio:

Čia įjungiamas jungiklis:

Vienas loginio valdymo įdiegimo programinėje įrangoje pranašumų, o ne valdymas naudojant aparatinę įrangą, yra tas, kad įvesties signalus galima naudoti tiek kartų, kiek reikia. Pvz., Apsvarstykite grandinę ir programą, skirtą įjungti lemputę, jei tuo pačiu metu įjungiami bent du iš trijų jungiklių:

Norint sukurti panašią grandinę naudojant relę, normaliomis sąlygomis reikės trijų relių su dviem atvirais kontaktais, iš kurių kiekvienas turi būti naudojamas. Tačiau naudodamiesi PLC, mes galime užprogramuoti tiek daug kontaktų kiekvienam „X“ įėjimui, kiek norėtume, nepridėdami jokios papildomos įrangos (kiekvienas įvestis ir išvestis PLC skaitmeninėje atmintyje turėtų užimti ne daugiau kaip 1 bitą) ir paskambinkite jiems tiek kartų, kiek reikia .

Be to, kadangi kiekvienas PLC išėjimas užima ne daugiau kaip vieną bitą savo atmintyje, mes galime pridėti kontaktus prie programos, Y išvestį iškeldami į neaktyvią būseną. Pvz., Paimkite variklio schemą su sistema, skirtą valdyti judėjimo pradžią ir sustojimą:

Prie X1 įvesties prijungtas jungiklis tarnauja kaip „Start“ mygtukas, o jungiklis, prijungtas prie X2 įvesties, yra kaip „Stop“ mygtukas. Kitas kontaktas, pavadintas Y1, kaip ir spausdinimas kontakto metu, leidžia variklio kontaktoriui išlaikyti energiją, net jei atleidžiate mygtuką Pradėti. Tokiu atveju galite pamatyti, kaip kontaktinis X2, „uždarytas“ normaliomis sąlygomis, atsiranda spalvų bloke, parodydamas, kad jis yra „uždarytas“ („elektrai laidus“).

Jei paspausite mygtuką „Pradėti“, tada per „uždarą“ kontaktą X1 praeis srovė ir ji į variklio kontaktorių išsiųs 120 VAC. Lygiagretusis kontaktas Y1 taip pat „užsidarys“ ir uždarys grandinę:

Jei dabar paspausime mygtuką „Pradėti“, kontaktas X1 pereis į „atvirą“ būseną, tačiau variklis toliau dirbs, nes uždaras kontaktas Y1 vis tiek išlaikys ritę įjungtą energiją:

Norėdami sustabdyti variklį, turite greitai paspausti mygtuką „Stabdyti“, kuris praneš apie įtampą įvesties X1 ir „atviro“ kontakto atžvilgiu, dėl kurio nutrūks įtampos tiekimas ritė Y1:

Kai paspaudėte „Stop“ mygtuką, įvestis X1 liko be įtampos, todėl kontaktas X1 buvo grąžintas į normalią būseną. Jokiomis aplinkybėmis variklis vėl neeksploatuojamas, kol dar kartą nepaspausite „Start“ mygtuko, nes prarado spausdinimą smeigtuku Y1:

Labai svarbus yra atsparus gedimams PLC valdymo įtaisų modelis, kaip ir elektromechaninių relių valdymo įtaisų atveju. Visada reikia atsižvelgti į klaidingai „atviro“ kontakto įtaką sistemos veikimui. Taigi, pavyzdžiui, mūsų atveju, jei kontaktas X2 yra klaidingai „atidarytas“, variklio sustabdyti nebus įmanoma!

Šios problemos sprendimas yra perprogramuoti kontaktą X2 PLC viduje ir iš tikrųjų paspausti mygtuką Stop.

Kai mygtukas „Stop“ nėra paspaudžiamas, PLC X2 įvestis įjungiama, t.y. kontaktas X2 yra „uždarytas“. Tai leidžia varikliui pradėti veikti, kai srovė perduodama į gnybtą X1, ir tęsti darbą, kai mygtukas „Start“ atleidžiamas. Kai paspausite „Stop“ mygtuką, kontaktas X2 pereis į „open“ būseną ir variklis nustos veikti. Taigi galite pastebėti, kad nėra funkcinio skirtumo tarp šio ir ankstesnio modelio.

Tačiau jei įvesties gnybtas X2 buvo klaidingai „atidarytas“, įvestį X2 galima sustabdyti paspaudus mygtuką „Stop“. Dėl to variklis iškart išsijungia. Šis modelis yra saugesnis nei ankstesnis, kur paspaudus mygtuką „Stop“ variklio sustabdyti bus neįmanoma.

Be įėjimų (X) ir išėjimų (Y) PLC, galima naudoti „vidinius kontaktus ir ritinius. Jie naudojami taip pat, kaip ir tarpinės relės, naudojamos standartinėse relių grandinėse.

Norėdami suprasti „vidinių“ grandinių ir kontaktų veikimo principą, atsižvelkite į šią grandinę ir programą, sukurtą remiantis trimis loginės funkcijos įėjimais IR:

Šioje grandinėje lemputė dega, kol paspaudžiamas vienas iš mygtukų. Norėdami išjungti lempą, paspauskite visus tris mygtukus:

Šis straipsnis apie programuojamus loginius valdiklius iliustruoja tik nedidelį jų galimybių pavyzdį. Kaip PLC kompiuteris, jis gali atlikti kitas sudėtingesnes funkcijas daug tiksliau ir patikimiau nei naudojant elektromechaninius loginius įrenginius. Daugelyje PLC yra daugiau nei šeši įėjimai ir išėjimai. Šioje iliustracijoje parodytas vienas iš Allen-Bradley PLC:

Su moduliais, kurių kiekviename yra 16 įėjimų ir išėjimų, šis PLC turi galimybę valdyti keliolika prietaisų.Į valdymo spintelę įdėtas PLC užima mažai vietos (elektromechaninėms relėms, atliekančioms tas pačias funkcijas, prireiktų daug daugiau laisvos vietos).

Vienas iš PLC pranašumų, kurių tiesiog neįmanoma dubliuoti naudojant elektromechaninę relę, yra nuotolinis stebėjimas ir valdymas per kompiuterio skaitmeninį tinklą. Kadangi PLC yra ne kas kita, kaip specializuotas skaitmeninis kompiuteris, jis gali lengvai „susikalbėti“ su kitais kompiuteriais. Kita nuotrauka yra skysčių užpildymo proceso (siurblinė komunalinių nuotekų valymui), kontroliuojamo PLC, grafinis vaizdas. Negana to, pati stotis yra už kelių kilometrų nuo kompiuterio monitoriaus.