Программируемый логический контроллер

редактировать
Программируемый цифровой компьютер, используемый для управления оборудованием

Промышленные контроллеры для системы мониторинга в фармацевтической промышленности.

A Программируемая логика Контроллер (PLC ) или программируемый контроллер - это промышленный цифровой компьютер, который был защищен и адаптирован для управления производством процессы, такие как сборочные линии или роботизированные устройства, или любая деятельность, требующая высокой надежности, простоты программирования и диагностики сбоев процесса.

ПЛК могут варьироваться от небольших модульных устройств с десятками входов и выходов (I / O) в корпусе, интегрированном с процессором, до больших модульных устройств, монтируемых в стойку, с количеством тысячи входов / выходов, которые часто подключаются к другим ПЛК и SCADA системам.

Они могут быть разработаны для многих конфигураций цифровых и аналоговых входов / выходов, расширенных диапазонов температур, устойчивости к электрическим помехам и устойчивости к вибрации и ударам. Программы для управления работой машины обычно хранятся в запоминающем устройстве с резервным питанием от батарей или энергонезависимой памяти..

ПЛК были впервые разработаны в автомобильной промышленности для обеспечения гибких, надежных и легко программируемых контроллеров для замены проводных релейная логика системы. С тех пор они получили широкое распространение в качестве высоконадежных контроллеров автоматизации, пригодных для работы в суровых условиях.

ПЛК является примером "жесткой" системы реального времени, поскольку выходные результаты должны быть получены в ответ на входные условия в течение ограниченного времени, в противном случае произойдет непредусмотренная операция.

Содержание

  • 1 Изобретение и ранние разработки
    • 1.1 Modicon
    • 1.2 Allen-Bradley
    • 1.3 Ранние методы программирования
  • 2 Архитектура
    • 2.1 Механический дизайн
    • 2.2 Дискретный и аналоговый сигналы
    • 2.3 Резервирование
  • 3 Программирование
    • 3.1 Программирующее устройство
    • 3.2 Моделирование
  • 4 Функциональные возможности
    • 4.1 Основные функции
    • 4.2 Связь
    • 4.3 Пользовательский интерфейс
  • 5 Процесс цикл сканирования
  • 6 Безопасность
  • 7 ПЛК безопасности
  • 8 ПЛК по сравнению с другими системами управления
    • 8.1 Чип ПЛК / встроенный контроллер
    • 8.2 Кулачковые таймеры
    • 8.3 Микроконтроллеры
    • 8.4 Одиночные- бортовые компьютеры
    • 8.5 ПИД-контроллеры
    • 8.6 Программируемые логические реле (PLR)
  • 9 См. также
  • 10 Ссылки
    • 10.1 Библиография
  • 11 Дополнительная литература

Изобретение и ранние разработки

ПЛК возникли в конце 1960-х годов в автомобильной промышленности США и были разработаны для замены систем релейной логики. Раньше управляющая логика для производства в основном состояла из реле, кулачковых таймеров, барабанных секвенсоров и специализированных контроллеров с обратной связью.

жесткая природа мешала инженерам-конструкторам изменять процесс. Изменения потребуют переустановки и тщательного обновления документации. Если хотя бы один провод был не на своем месте или одно реле вышло из строя, вся система вышла бы из строя. Часто технические специалисты тратили часы на поиск и устранение неисправностей, изучая схемы и сравнивая их с существующей проводкой. Когда стали доступны компьютеры общего назначения, они вскоре стали применяться для логики управления в промышленных процессах. Эти первые компьютеры были ненадежными и требовали наличия специалистов-программистов и строгого контроля рабочих условий, таких как температура, чистота и качество электроэнергии.

ПЛК был разработан с рядом преимуществ по сравнению с предыдущими проектами. Он лучше переносил промышленную среду, чем компьютеры, был более надежным, компактным и требовал меньше обслуживания, чем релейные системы. Его можно было легко расширить с помощью дополнительных модулей ввода-вывода, тогда как релейные системы требовали сложных аппаратных изменений в случае реконфигурации. Это позволило упростить итерацию при проектировании производственного процесса. По сравнению с компьютером, ПЛК в формате стойки может быть более легко расширен за счет дополнительных входов / выходов в виде плат ввода / вывода. Благодаря простому языку программирования, ориентированному на логику и операции переключения, он был более удобным для пользователя, чем компьютеры, использующие языки программирования общего назначения. Это также позволило контролировать его работу. Ранние ПЛК были запрограммированы на релейной логике, которая сильно напоминала схематическую диаграмму релейной логики. Это обозначение программы было выбрано для снижения требований к обучению существующих технических специалистов. Другие ПЛК использовали форму программирования списка инструкций на основе логического решателя на основе стека.

Modicon

В 1968 году GM Hydramatic (автомат подразделение General Motors ) выпустило запрос предложений на электронную замену систем проводных реле на основе технического документа, написанного инженером Эдвардом Р. Кларком. Выигравшее предложение поступило от компании Bedford Associates из Бедфорд, штат Массачусетс. Результатом стал первый ПЛК, построенный в 1969 году и получивший обозначение 084, потому что это был восемьдесят четвертый проект компании Bedford Associates.

Bedford Associates основала компанию, занимающуюся разработкой, производством, продажей и обслуживанием этого нового продукта., который они назвали Modicon (что означает модульный цифровой контроллер). Одним из людей, которые работали над этим проектом, был Дик Морли, которого считают «отцом» PLC. Бренд Modicon был продан в 1977 году компании Gould Electronics, а затем Schneider Electric, нынешнему владельцу.

Одна из первых построенных моделей 084 сейчас демонстрируется на Предприятие Schneider Electric в Северном Андовере, Массачусетс. Его представил Modicon GM, когда подразделение было выведено из эксплуатации после почти двадцати лет непрерывной службы. Modicon использовал прозвище 84 в конце своего ассортимента, пока не появился 984.

Allen-Bradley

В параллельной разработке иногда известен Одо Йозеф Струдже также как «отец программируемого логического контроллера». Он участвовал в изобретении программируемого логического контроллера Allen-Bradley в период с 1958 по 1960 год, и ему приписывают изобретение аббревиатуры ПЛК. Аллен-Брэдли (ныне бренд, принадлежащий Rockwell Automation ) стал крупным производителем ПЛК в Соединенных Штатах за время своего пребывания в должности. Штрудер сыграл ведущую роль в разработке IEC 61131-3 стандартов языка программирования для ПЛК.

Ранние методы программирования

Многие ранние ПЛК не могли графически отображать логику., и поэтому вместо этого он был представлен как серия логических выражений в некотором логическом формате, подобном логической алгебре. По мере развития программных терминалов стало более обычным использование релейной логики, поскольку это был знакомый формат, используемый для электромеханических панелей управления. Существуют более новые форматы, такие как логика состояний и функциональный блок (который похож на способ отображения логики при использовании цифровых интегральных логических схем), но они все еще не так популярны, как лестничная логика. Основная причина этого заключается в том, что ПЛК решают логику в предсказуемой и повторяющейся последовательности, а релейная логика позволяет человеку, пишущему логику, видеть любые проблемы с синхронизацией логической последовательности более легко, чем это было бы возможно в других форматах.

До середины 1990-х годов для программирования ПЛК использовались проприетарные панели программирования или специализированные программные терминалы, которые часто имели специальные функциональные клавиши, представляющие различные логические элементы программ ПЛК. Некоторые собственные программные терминалы отображали элементы программ ПЛК как графические символы, но обычные символы ASCII для контактов, катушек и проводов были обычным явлением. Программы хранились на кассетных кассетах. Возможности для печати и документации были минимальными из-за нехватки памяти. Самые старые ПЛК использовали энергонезависимую память на магнитных сердечниках.

Архитектура

ПЛК - это промышленный микропроцессорный контроллер с программируемой памятью, используемый для хранения программных инструкций и различных функций. Он состоит из:

  • процессора (ЦП), который интерпретирует входные данные, выполняет программу управления, хранящуюся в памяти, и отправляет выходные сигналы,
  • блок питания, который преобразует переменное напряжение в постоянное,
  • блок памяти, в котором хранятся данные из входов и программы, которые должны выполняться процессором,
  • интерфейс ввода и вывода, где контроллер принимает и отправляет данные с / на внешние устройства,
  • a интерфейс связи для приема и передачи данных по сетям связи от / к удаленным ПЛК.

Для ПЛК требуется устройство программирования, которое используется для разработки и последующей загрузки созданной программы в память контроллера.

Современные ПЛК в целом содержат операционную систему реального времени, такую ​​как OS-9 или VxWorks.

Механическая конструкция

Компактный ПЛК с 8 входами и 4 выходами. Модульный ПЛК с EtherNet / IP-модуль, цифровой и аналоговый ввод-вывод, некоторые слоты пусты. Модульный ПЛК с модулем EtherNet / IP, дискретным и аналоговым вводом-выводом, при этом некоторые слоты пусты.

Существует два типа механической конструкции для систем ПЛК. Одиночный блок или блок - это небольшой программируемый контроллер, который умещает все блоки и интерфейсы в одном компактном корпусе, хотя, как правило, доступны дополнительные модули расширения для входов и выходов. Второй тип конструкции - модульный ПЛК - имеет шасси (также называемое стойкой), в котором предусмотрено место для модулей с различными функциями, такими как источник питания, процессор, выбор модулей ввода-вывода и интерфейсы связи, которые можно настроить для конкретное приложение. Несколько стоек могут управляться одним процессором и иметь тысячи входов и выходов. Используется либо специальный высокоскоростной последовательный канал ввода / вывода, либо сопоставимый метод связи, так что стойки могут быть распределены отдельно от процессора, что снижает затраты на проводку для крупных предприятий. Также доступны варианты для установки точек ввода / вывода непосредственно на машину и использования быстроразъемных кабелей для датчиков и клапанов, что позволяет сэкономить время на электромонтаж и замену компонентов.

Дискретные и аналоговые сигналы

Дискретные (цифровые) сигналы может принимать только значение включения или выключения (1 или 0, истина или ложь). Примеры устройств, передающих дискретный сигнал, включают концевые выключатели, фотоэлектрические датчики и кодеры. Дискретные сигналы отправляются с использованием либо напряжения, либо тока, где определенные крайние диапазоны обозначены как включенные и выключенные. Например, контроллер может использовать вход 24 В постоянного тока со значениями выше 22 В постоянного тока, представляющими включение, значениями ниже 2 В постоянного тока, представляющими выключение, и промежуточными значениями, не определенными.

Аналоговые сигналы могут использовать напряжение или ток, которые пропорциональны размер отслеживаемой переменной и может принимать любое значение в пределах своего масштаба. Давление, температура, расход и вес часто представлены аналоговыми сигналами. Обычно они интерпретируются как целые числа с различными диапазонами точности в зависимости от устройства и количества бит, доступных для хранения данных. Например, аналоговый вход от 0 до 10 В или 4-20 мА будет преобразован в целочисленное значение от 0 до 32 767. ПЛК примет это значение и перенесет его в нужные единицы процесса, чтобы оператор или программа могли его прочитать. Правильная интеграция также будет включать время фильтрации для уменьшения шума, а также высокие и низкие пределы для сообщения о неисправностях. Токовые входы менее чувствительны к электрическим помехам (например, от сварочных аппаратов или запусков электродвигателя), чем входы напряжения. Расстояние от устройства и контроллера также вызывает беспокойство, поскольку максимальное расстояние перемещения сигнала 0-10 В хорошего качества очень мало по сравнению с сигналом 4-20 мА. Сигнал 4-20 мА также может сообщать, если провод отсоединен на пути, поскольку он возвращает сигнал 0 мА.

Резервирование

Некоторые специальные процессы должны работать постоянно с минимальным нежелательным временем простоя. Следовательно, необходимо разработать отказоустойчивую систему, способную обрабатывать процесс с неисправными модулями. В таких случаях для повышения доступности системы в случае отказа аппаратного компонента в конфигурацию оборудования могут быть добавлены резервные модули ЦП или ввода-вывода с той же функциональностью, чтобы предотвратить полное или частичное завершение процесса из-за отказа оборудования. Другие сценарии резервирования могут быть связаны с критически важными для безопасности процессами, например, для больших гидравлических прессов может потребоваться, чтобы оба ПЛК включали выход до того, как пресс может выйти из строя, в случае, если один выход не выключается должным образом.

Программирование

Пример логики релейной диаграммы.

Программируемые логические контроллеры предназначены для использования инженерами без опыта программирования. По этой причине впервые был разработан графический язык программирования под названием Ladder Diagram (LD, LAD), который напоминает схематическую диаграмму системы, построенной с электромеханическими реле. Он был принят многими производителями и позже стандартизован в стандарте программирования систем управления IEC 61131-3. По состоянию на 2015 год он все еще широко используется благодаря своей простоте.

По состоянию на 2015 год большинство систем ПЛК придерживаются стандарта IEC 61131-3, который определяет 2 текстовых языка программирования. : Структурированный текст (ST; аналогично Pascal ) и Список инструкций (IL); а также 3 графических языка: Ladder Diagram, Function Block Diagram (FBD) и Sequential Function Chart (SFC). Список команд (IL) объявлен устаревшим в третьей редакции стандарта.

Современные ПЛК можно программировать разными способами, от релейной релейной логики до языков программирования, таких как специально адаптированные диалекты BASIC и C.

Хотя фундаментальные концепции программирования ПЛК являются общими для всех производителей, различия в адресации ввода / вывода, организации памяти и наборах команд означают, что программы ПЛК никогда не могут быть полностью взаимозаменяемы между разными производителями. Даже в пределах одной и той же линейки продуктов одного производителя разные модели могут быть несовместимы напрямую.

Устройство программирования

Программы ПЛК обычно пишутся на устройстве программирования, которое может принимать форму настольной консоли, специальное программное обеспечение на персональном компьютере или портативном устройстве программирования. Затем программа загружается в ПЛК напрямую или по сети. Он хранится либо в энергонезависимой флэш-памяти, либо в оперативной памяти с резервным питанием от батареи. В некоторых программируемых контроллерах программа передается с персонального компьютера на ПЛК через плату программирования, которая записывает программу в съемный чип, например EPROM.

. Производители разрабатывают программное обеспечение для программирования своих контроллеров. Помимо возможности программировать ПЛК на нескольких языках, они предоставляют такие общие функции, как диагностика и обслуживание оборудования, отладка программного обеспечения и автономное моделирование.

Программа, написанная на персональном компьютере или загруженная из ПЛК с помощью программного обеспечения для программирования, может можно легко скопировать и создать резервную копию на внешнем хранилище.

Моделирование

Моделирование ПЛК - это функция, часто встречающаяся в программном обеспечении для программирования ПЛК. Это позволяет проводить тестирование и отладку на ранних этапах разработки проекта.

Неправильно запрограммированный ПЛК может привести к снижению производительности и возникновению опасных ситуаций. Тестирование проекта в моделировании улучшает его качество, повышает уровень безопасности, связанной с оборудованием, и может сократить дорогостоящие простои во время установки и ввода в эксплуатацию приложений автоматизированного управления, поскольку многие сценарии можно опробовать и протестировать до активации системы.

Функциональные возможности

Система ПЛК в стойке, слева направо: блок питания (PSU), ЦП, интерфейсный модуль (IM) и коммуникационный процессор (CP). Панель управления с ПЛК (серые элементы в центре)). Блок состоит из отдельных элементов слева направо; источник питания, контроллер, реле блоки для входа и выхода

Основное отличие от большинства других вычислительных устройств состоит в том, что ПЛК предназначены для более жестких условий и, следовательно, устойчивы к ним. (например, пыль, влага, тепло, холод), предлагая при этом расширенные входы / выходы (I / O) для подключения ПЛК к датчикам и исполнительным механизмам. Вход ПЛК может включать простые цифровые элементы, такие как концевые выключатели, аналоговые переменные от датчиков процесса (например, температуры и давления) и более сложные данные, такие как данные из систем позиционирования или машинного зрения. Выход ПЛК может включать такие элементы, как индикаторные лампы, сирены, электродвигатели, пневматические или гидравлические цилиндры, магнитные реле, соленоиды или аналоговые выходы. Устройства ввода / вывода могут быть встроены в простой ПЛК, или ПЛК может иметь внешние модули ввода / вывода, подключенные к промышленной шине или компьютерной сети, которая подключается к ПЛК.

Функциональные возможности ПЛК развивались с годами и включают в себя последовательное релейное управление, управление движением, управление процессом, распределенные системы управления и сетевое управление. Обработка данных, хранение, вычислительная мощность и коммуникационные возможности некоторых современных ПЛК приблизительно эквивалентны настольным компьютерам. Программирование, подобное ПЛК, в сочетании с оборудованием удаленного ввода / вывода позволяет настольному компьютеру общего назначения перекрывать некоторые ПЛК в определенных приложениях. Контроллеры настольных компьютеров не получили широкого распространения в тяжелой промышленности, потому что настольные компьютеры работают на менее стабильных операционных системах, чем ПЛК, и потому что оборудование настольных компьютеров обычно не рассчитано на такие же уровни устойчивости к температуре, влажности, вибрации и долговечности, как процессоры, используемые в ПЛК. Операционные системы, такие как Windows, не поддаются детерминированному логическому выполнению, в результате чего контроллер не всегда может реагировать на изменения состояния ввода с согласованностью по времени, ожидаемой от ПЛК. Настольные логические приложения находят применение в менее критических ситуациях, таких как лабораторная автоматизация и использование на небольших предприятиях, где приложения менее требовательны и критичны.

Базовые функции

Самая основная функция программируемого контроллера имитировать функции электромеханических реле. Дискретным входам дается уникальный адрес, и инструкция ПЛК может проверить, включено ли состояние входа или нет. Подобно тому, как последовательность контактов реле выполняет функцию логического И, не позволяя току проходить, пока все контакты не замкнуты, так и серия инструкций «проверить, включен ли» активирует его выходной бит хранения, если все входные биты включены. Точно так же параллельный набор инструкций выполнит логическое ИЛИ. В схеме подключения электромеханического реле группа контактов, управляющих одной катушкой, называется «ступенькой» «лестничной диаграммы», и это понятие также используется для описания логики ПЛК. Некоторые модели ПЛК ограничивают количество последовательных и параллельных инструкций в одной «ступеньке» логики. Выход каждой ступени устанавливает или очищает бит памяти, который может быть связан с физическим выходным адресом или может быть «внутренней катушкой» без физического соединения. Такие внутренние катушки можно использовать, например, как общий элемент в нескольких отдельных ступенях. В отличие от физических реле, обычно нет ограничений на количество ссылок на вход, выход или внутреннюю катушку в программе ПЛК.

Некоторые ПЛК предписывают строгий порядок выполнения слева направо, сверху вниз для оценки логики цепочки. Это отличается от контактов электромеханического реле, которые в достаточно сложной схеме могут пропускать ток либо слева направо, либо справа налево, в зависимости от конфигурации окружающих контактов. Устранение этих "скрытых путей" является либо ошибкой, либо функцией, в зависимости от стиля программирования.

Более сложные инструкции ПЛК могут быть реализованы в виде функциональных блоков, которые выполняют некоторые операции, когда они разрешены логическим входом, и которые выдают выходные сигналы, чтобы сигнализировать, например, о завершении или ошибках, при этом внутренне манипулируя переменными, которые могут не соответствуют дискретной логике.

Связь

ПЛК используют встроенные порты, такие как USB, Ethernet, RS-232, RS-485 или RS-422 для связи с внешними устройствами (датчики, исполнительные механизмы) и системами (программное обеспечение для программирования, SCADA, HMI ). Обмен данными осуществляется по различным промышленным сетевым протоколам, таким как Modbus или EtherNet / IP. Многие из этих протоколов зависят от производителя.

ПЛК, используемые в более крупных системах ввода-вывода, могут иметь одноранговую (P2P) связь между процессорами. Это позволяет отдельным частям сложного процесса иметь индивидуальный контроль, позволяя подсистемам координировать свои действия по каналу связи. Эти каналы связи также часто используются для устройств HMI, таких как клавиатуры или рабочие станции типа ПК.

Раньше некоторые производители предлагали выделенные коммуникационные модули в качестве дополнительной функции, когда процессор не имел встроенного сетевого подключения.

Пользовательский интерфейс

Панель управления с пользовательским интерфейсом ПЛК для регулирования термического окислителя.

ПЛК может потребоваться взаимодействовать с людьми в целях настройки, передачи аварийных сигналов или повседневной контроль. Для этого используется человеко-машинный интерфейс (HMI). HMI также называют человеко-машинными интерфейсами (MMI) и графическими пользовательскими интерфейсами (GUI). Простая система может использовать кнопки и индикаторы для взаимодействия с пользователем. Доступны текстовые дисплеи, а также графические сенсорные экраны. Более сложные системы используют программное обеспечение для программирования и мониторинга, установленное на компьютере, с ПЛК, подключенным через интерфейс связи.

Процесс цикла сканирования

ПЛК работает в цикле сканирования программы, где он выполняет свою программу многократно. Самый простой цикл сканирования состоит из 3 шагов:

  1. считывание входных данных,
  2. выполнение программы,
  3. запись выходных данных.

Программа следует последовательности инструкций. Обычно процессору требуется несколько десятков миллисекунд, чтобы оценить все инструкции и обновить состояние всех выходов. Если система содержит удаленный ввод-вывод, например, внешнюю стойку с модулями ввода-вывода, то это вносит дополнительную неопределенность во время отклика системы ПЛК.

По мере того, как ПЛК становились более совершенными, были разработаны методы для изменения последовательности выполнения релейной диаграммы, и были реализованы подпрограммы. Это расширенное программирование можно использовать для экономии времени сканирования для высокоскоростных процессов; например, части программы, используемые только для настройки машины, могут быть отделены от тех частей, которые необходимы для работы на более высокой скорости. В новых ПЛК теперь есть возможность запускать логическую программу синхронно со сканированием ввода-вывода. Это означает, что операции ввода-вывода обновляются в фоновом режиме, а логика считывает и записывает значения по мере необходимости во время сканирования логики.

Специальные модули ввода-вывода могут использоваться, если время сканирования ПЛК слишком велико для позволяют предсказуемую производительность. Модули точной синхронизации или модули счетчиков для использования с энкодерами используются там, где время сканирования было бы слишком большим для надежного подсчета импульсов или определения направления вращения энкодера. Это позволяет даже относительно медленному ПЛК по-прежнему интерпретировать подсчитанные значения для управления машиной, поскольку накопление импульсов выполняется специальным модулем, на который не влияет скорость выполнения программы.

Безопасность

В своей книге 1998 года EA Parr указал, что, хотя для большинства программируемых контроллеров требуются физические ключи и пароли, отсутствие строгого контроля доступа и систем контроля версий, а также легкий для понимания язык программирования делают вероятность несанкционированных изменений к программам произойдут и останутся незамеченными.

До обнаружения Stuxnet компьютерного червя в июне 2010 года безопасности ПЛК уделялось мало внимания. Современные программируемые контроллеры обычно содержат операционные системы реального времени, которые могут быть уязвимы для эксплойтов так же, как настольные операционные системы, такие как Microsoft Windows. ПЛК также могут быть атакованы путем получения контроля над компьютером, с которым они взаимодействуют. С 2011 года эта озабоченность растет, поскольку сети становятся все более обычным явлением в среде ПЛК, соединяющей ранее отдельные сети производственного цеха и офисные сети.

ПЛК безопасности

В последние годы появились ПЛК «безопасности» чтобы стать популярными либо в качестве автономных моделей, либо в качестве функциональных и безопасных аппаратных средств, добавленных к существующим архитектурам контроллеров (Allen-Bradley Guardlogix, Siemens F-серия и т. д.). Они отличаются от обычных типов ПЛК тем, что подходят для использования в критически важных для безопасности приложениях, для которых ПЛК традиционно дополняются фиксированными реле безопасности. Например, ПЛК безопасности может использоваться для управления доступом к роботизированной ячейке с доступом с заблокированным ключом или, возможно, для управления откликом на аварийный останов конвейерной производственной линии. Такие ПЛК обычно имеют ограниченный набор регулярных инструкций, дополненный инструкциями по безопасности, предназначенными для взаимодействия с аварийными остановками, световыми экранами и т. Д. Гибкость, которую предлагают такие системы, привела к быстрому росту спроса на эти контроллеры.

ПЛК по сравнению с другими системами управления

ПЛК, установленный на панели управления Центр управления с ПЛК для RTO.

ПЛК хорошо адаптированы к диапазону автоматизации задач. Как правило, это промышленные процессы в производстве, где стоимость разработки и обслуживания системы автоматизации высока по сравнению с общей стоимостью автоматизации, и где в течение срока ее эксплуатации можно ожидать изменений в системе. ПЛК содержат устройства ввода и вывода, совместимые с промышленными пилотными устройствами и средствами управления; требуется небольшое электрическое проектирование, и проблема проектирования сосредоточена на выражении желаемой последовательности операций. Приложения ПЛК, как правило, представляют собой узкоспециализированные системы, поэтому стоимость комплектного ПЛК невысока по сравнению со стоимостью конкретной конструкции контроллера, созданного на заказ. С другой стороны, в случае товаров массового производства индивидуализированные системы управления экономичны. Это связано с более низкой стоимостью компонентов, которые можно оптимально выбрать вместо «общего» решения, и где единовременные инженерные расходы распределяются между тысячами или миллионами единиц.

Программируемые контроллеры широко используется для управления движением, позиционированием или крутящим моментом. Некоторые производители производят блоки управления перемещением для интеграции с ПЛК, чтобы G-код (включая станок ЧПУ ) можно было использовать для управления перемещениями станка.

Чип ПЛК / Встроенный контроллер

Nano ACE PLC и Chip PLC для малых машиностроителей / Малые или средние объемы.

Для небольших машин с малым или средним объемом. ПЛК, которые могут выполнять языки ПЛК, такие как Ladder, Flow-Chart / Grafcet,... Похожи на традиционные ПЛК, но их небольшой размер позволяет разработчикам проектировать их в пользовательские печатные платы, такие как микроконтроллер, без знаний компьютерного программирования, но с язык, которым легко пользоваться, изменять и поддерживать. Это между классическим PLC / Micro-PLC и микроконтроллерами.

Кулачковые таймеры

Для больших объемов или очень простых фиксированных задач автоматизации используются различные методы. Например, дешевая бытовая посудомоечная машина будет управляться электромеханическим кулачковым таймером, стоимость производства которого составляет всего несколько долларов.

Микроконтроллеры

A микроконтроллер -проектирование будет подходящим там, где будут производиться сотни или тысячи единиц, и поэтому затраты на разработку (проектирование источников питания, оборудования ввода / вывода, а также необходимое тестирование и сертификация) могут быть распределены между многими продажами, и где конечный пользователь не нужно менять элемент управления. Автомобильные приложения являются примером; Ежегодно производятся миллионы устройств, и очень немногие конечные пользователи изменяют программирование этих контроллеров. Однако в некоторых специализированных транспортных средствах, таких как транзитные автобусы, экономично используются ПЛК вместо специально разработанных элементов управления, поскольку их объемы невелики, а затраты на разработку были бы неэкономичными.

Одноплатные компьютеры

Очень сложные Для управления процессами, например, используемого в химической промышленности, могут потребоваться алгоритмы и производительность, превосходящие возможности даже высокопроизводительных ПЛК. Для очень быстрого или точного управления также могут потребоваться индивидуальные решения; например, средства управления полетом самолета. Одноплатные компьютеры, использующие частично настраиваемое или полностью проприетарное оборудование, могут быть выбраны для очень требовательных приложений управления, где могут поддерживаться высокие затраты на разработку и обслуживание. «Программные ПЛК», работающие на настольных компьютерах, могут взаимодействовать с промышленным оборудованием ввода-вывода при выполнении программ в версии коммерческих операционных систем, адаптированных для нужд управления процессами.

Растущая популярность одноплатных компьютеров также оказал влияние на развитие ПЛК. Традиционные ПЛК, как правило, закрытые платформы, но некоторые более новые ПЛК (например, ctrlX от Bosch Rexroth, PFC200 от Wago, PLCnext от Phoenix Contact и Revolution Pi от Kunbus) обеспечивают функции традиционных ПЛК на открытой платформе.

ПИД-контроллеры

ПЛК могут включать логику для аналогового контура управления с обратной связью с одной переменной, ПИД-регулятор. Контур ПИД-регулятора может использоваться, например, для управления температурой производственного процесса. Исторически сложилось так, что ПЛК обычно конфигурировались только с несколькими аналоговыми контурами управления; там, где для процессов требуются сотни или тысячи циклов, вместо этого будет использоваться распределенная система управления (DCS). По мере того, как ПЛК становились все более мощными, граница между приложениями РСУ и ПЛК стиралась.

Программируемые логические реле (PLR)

В последнее время небольшие продукты называются программируемыми логическими реле (PLR) или интеллектуальные реле, стали более распространенными и приемлемыми. Они похожи на ПЛК и используются в легкой промышленности, где требуется всего несколько точек ввода-вывода и желательна низкая стоимость. Эти небольшие устройства, как правило, имеют одинаковый физический размер и форму несколькими производителями и маркируются производителями более крупных ПЛК, чтобы пополнить свой ассортимент недорогой продукции. Большинство из них имеют от 8 до 12 дискретных входов, от 4 до 8 дискретных выходов и до 2 аналоговых входов. Большинство таких устройств включает в себя крошечный ЖК-экран размером с почтовую марку для просмотра упрощенной релейной логики (в данный момент видна только очень небольшая часть программы) и состояния точек ввода-вывода, и обычно эти экраны сопровождаются 4-позиционная качающаяся кнопка плюс еще четыре отдельные кнопки, аналогичные кнопкам на пульте дистанционного управления видеомагнитофоном, и используемые для навигации и редактирования логики. Большинство из них имеют небольшой штекер для подключения через RS-232 или RS-485 к персональному компьютеру, так что программисты могут использовать простые приложения Windows для программирования вместо того, чтобы заставлять использовать для этой цели крошечный ЖК-дисплей и набор кнопок. В отличие от обычных ПЛК, которые обычно имеют модульную конструкцию и значительно расширяются, PLR обычно не являются модульными или расширяемыми, но их цена может быть на два порядка меньше, чем у ПЛК, и они по-прежнему предлагают надежную конструкцию и детерминированное выполнение логика.

Вариантом ПЛК, используемых в удаленных местах, является удаленный терминал или RTU. RTU, как правило, представляет собой маломощный защищенный ПЛК, ключевой функцией которого является управление каналами связи между сайтом и центральной системой управления (обычно SCADA ) или в некоторых современных системах «Облако». В отличие от автоматизации производства, использующей высокоскоростной Ethernet, каналы связи с удаленными объектами часто основаны на радио и менее надежны. Чтобы учесть снижение надежности, RTU будет буферизовать сообщения или переключаться на альтернативные пути связи. При буферизации сообщений RTU ставит метку времени для каждого сообщения, чтобы можно было восстановить полную историю событий сайта. RTU, будучи ПЛК, имеют широкий диапазон входов / выходов и полностью программируются, как правило, с языками из стандарта IEC 61131-3, который является общим для многих ПЛК, RTU и DCS. В удаленных местах обычно используется RTU в качестве шлюза для PLC, где PLC выполняет все управление сайтом, а RTU управляет связью, событиями отметки времени и мониторингом вспомогательного оборудования. На объектах с небольшим количеством операций ввода-вывода RTU может также быть ПЛК объекта и выполнять функции связи и управления.

См. Также

Ссылки

Библиография

Далее чтение

На Викискладе есть материалы, связанные с Программируемым логическим контроллером.
В Викиверситете есть учебные ресурсы по Программируемому логическому контроллеру (основы)
Последняя правка сделана 2021-06-02 07:49:00
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте