Controlere Logice programabile (Plc-uri): noțiuni de Bază, Tipuri și Aplicații

Ce este un PLC?

PLC înseamnă „controler logic programabil”. Un PLC este un computer special conceput pentru a funcționa fiabil în medii industriale dure – cum ar fi temperaturi extreme, umed, uscat și/sau în condiții de praf. PLC-urile sunt utilizate pentru automatizarea proceselor industriale, cum ar fi linia de asamblare a unei fabrici de producție, o instalație de prelucrare a minereului sau o stație de tratare a apelor uzate.,PLC-urile împărtășesc multe caracteristici ale computerului personal pe care îl aveți acasă. Ambele au o sursă de alimentare, un procesor (unitate centrală de procesare), intrări și ieșiri (I/O), memorie și software de operare (deși este un software de operare diferit).cele mai mari diferențe sunt că un PLC poate efectua funcții discrete și continue pe care un PC nu le poate face, iar un PLC este mult mai potrivit pentru mediile industriale dure. Un PLC poate fi gândit ca un computer digital „robust” care gestionează procesele electromecanice ale unui mediu industrial.,PLC-urile joacă un rol crucial în domeniul automatizării, folosind ca parte a unui sistem SCADA mai mare. Un PLC poate fi programat în funcție de cerințele operaționale ale procesului. În industria prelucrătoare, va fi nevoie de reprogramare datorită schimbării naturii producției. Pentru a depăși această dificultate, au fost introduse sisteme de control bazate pe PLC. Vom discuta mai întâi elementele de bază ale PLC înainte de a analiza diverse aplicații ale PLC-urilor.dacă doriți să aflați cum să programați PLC-uri, ar trebui să consultați unele dintre diferitele cursuri de instruire PLC online., Aceste cursuri vă pot ajuta să vă începeți cariera în ingineria controlului.

bazele PLC

PLC-urile au fost inventate de Dick Morley în 1964. De atunci, PLC a revoluționat sectoarele industriale și de producție. Există o gamă largă de funcții PLC, cum ar fi sincronizarea, numărarea, calcularea, compararea și procesarea diferitelor semnale analogice.

principalul avantaj al PLC față de un sistem de control” hard-wired ” este că puteți să vă întoarceți și să schimbați un PLC după ce l-ați programat, la un cost redus (doar costul timpului programatorului)., Într-un sistem de control cu fir dur, în esență, trebuie să rupeți firele și să începeți de la zero (ceea ce este mai scump și durează mai mult). Să ne uităm la un exemplu pentru a înțelege mai bine acest avantaj.

Imaginați-vă că aveți o lumină conectată la un comutator. În general, lumina funcționează în două condiții – pornit și oprit. Acum vi se oferă o sarcină care, atunci când porniți comutatorul, lumina ar trebui să strălucească numai după 30 de secunde. Cu această configurație hard-wired-suntem blocați. Singura modalitate de a realiza acest lucru este de a rewire complet circuitul nostru pentru a adăuga un releu de sincronizare., Aceasta este o mulțime de hassle pentru o schimbare minoră.

Acest lucru este în cazul în care un controler logic programabil vine în imagine, care nu are nevoie de nici cabluri suplimentare și hardware pentru a se asigura de o schimbare. Mai degrabă este nevoie de o simplă modificare a codului, programarea PLC pentru a porni lumina doar 30 secunde după ce comutatorul este pornit. Deci, folosind un PLC, este ușor să încorporați mai multe intrări și ieșiri.,

acesta este doar un exemplu simplu – un PLC are capacitatea de a controla procese mult mai mari și mai complexe. Un PLC poate fi personalizat în funcție de aplicație și nevoile utilizatorului.

Cum de un PLC de muncă?

funcționarea unui controler logic programabil poate fi ușor înțeleasă ca o metodă de scanare ciclică cunoscută sub numele de ciclu de scanare.,

UN PLC de Scanare Proces include următoarele etape

• sistemul De operare pornește de ciclism și de monitorizare de timp.
• CPU-ul începe să citească datele din modulul de intrare și verifică starea tuturor intrărilor.
• CPU-ul începe să execute programul de utilizator sau aplicație scris în relay-ladder logic sau orice alt limbaj de programare PLC.
• în continuare, CPU efectuează toate sarcinile interne de diagnosticare și comunicare.,
• conform rezultatelor programului, scrie datele în modulul de ieșire, astfel încât toate ieșirile să fie actualizate.
• acest proces continuă atâta timp cât PLC este în modul run.

structura fizică a PLC

structura unui PLC este aproape similară cu arhitectura unui computer.

Controlere Logice Programabile monitorizează în mod continuu valorile de intrare la diverse intrare dispozitive de detecție (de exemplu,, accelerometru, scară de greutate, semnale hardwired, etc.) și produce producția corespunzătoare în funcție de natura producției și a industriei. O diagramă bloc tipic de PLC este format din cinci părți și anume:

• Rack sau șasiu
• Modul de Alimentare
• Unitatea Centrală de Prelucrare (CPU)
• Introducere & Modul de Ieșire
• Modul de Interfață de Comunicare

Rack sau Șasiu

În toate sistemele PLC, PLC rack sau șasiu formele cele mai importante module și acționează ca o coloană vertebrală a sistemului. PLC-urile sunt disponibile în diferite forme și dimensiuni., Atunci când sunt implicate sisteme de control mai complexe, este nevoie de rafturi PLC mai mari.PLC de dimensiuni mici este echipat cu o configurație fixă I/o pin. Deci, ei au plecat de tip modular rack PLC, care acceptă diferite tipuri de module I/O cu alunecare și se potrivesc în concept. Toate modulele I/O vor locui în interiorul acestui rack / șasiu.

Modul de Alimentare cu Energie

Acest modul este folosit pentru a furniza puterea necesară pentru întregul sistem PLC., Convertește puterea AC disponibilă în curent continuu, care este cerută de CPU și modulul I/O. PLC funcționează în general pe o sursă de 24V DC. Puține PLC utilizează o sursă de alimentare izolată.modulul CPU are un procesor central, ROM & memorie RAM. Memoria ROM include un sistem de operare, drivere și programe de aplicații. Memoria RAM este utilizată pentru a stoca programe și date. CPU este creierul PLC cu un microprocesor octal sau hexagonal.

fiind un procesor bazat pe microprocesor, înlocuiește cronometre, relee și contoare., Două tipuri de procesoare ca un singur bit sau procesor de text pot fi încorporate cu un PLC. Un procesor de biți este utilizat pentru a efectua funcții logice. În timp ce procesoarele de text sunt utilizate pentru prelucrarea textului, a datelor numerice, pentru controlul și înregistrarea datelor.

CPU citește datele de intrare de la senzori, le procesează și, în final, trimite comanda către dispozitivele de control. Sursa de alimentare DC, așa cum sa menționat în discuția anterioară este necesară semnale de tensiune. CPU conține, de asemenea, alte piese electrice pentru a conecta cablurile utilizate de alte unități.,

modul de intrare și ieșire

v-ați gândit vreodată cum să simțiți parametrii fizici precum temperatura, presiunea, debitul etc.? utilizarea PLC? Desigur, PLC are un modul exclusiv pentru interfațarea intrărilor și ieșirilor, care se numește intrare & modul de ieșire.

dispozitivele de intrare pot fi butoane de pornire și oprire, întrerupătoare etc., iar dispozitivele de ieșire pot fi un încălzitor electric, supape, relee etc. Modulul I / O ajută la interfața dispozitivelor de intrare și ieșire cu un microprocesor. Modulul de intrare al PLC este explicat în figura de mai jos.,

The input module of PLC does four main functions.,

1. modul de Intrare interfață primește semnalul de la procesul de dispozitive la 220 V c. a.
2. Convertește semnalul de intrare de 5 V DC, care pot fi utilizate de către PLC
3. Izolator bloc este folosit pentru a izola/prevenirea PLC de curs de fluctuație
4. După care semnalul este trimis la ieșire din urmă am.e PLC

Există două secțiuni principale în modul de intrare și anume secțiunea de putere și logică secțiune. Ambele secțiuni sunt izolate electric unele de altele. Inițial butonul este închis., Deci, alimentarea cu curent alternativ de 220 V este dată circuitului podului prin rezistențele R1 și R2.

un redresor de punte (cum ar fi un redresor de punte diodă) este utilizat pentru a converti semnalul AC în DC, iar dioda Zener este utilizată pentru a furniza o sursă de joasă tensiune LED-ului. Când lumina de la LED cade pe fototranzistor, funcționează în regiunea de conducere. În cele din urmă, o sursă de 5V DC este dată procesorului.

modulul de ieșire al PLC funcționează similar cu modulul de intrare, dar în procesul invers. Interfațează sarcina de ieșire și procesorul., Deci, aici prima secțiune ar fi sesiune logică și secțiunea de putere vine următoarea. Modul de lucru al modulului de ieșire este prezentată în figura de mai jos

Deci, aici atunci când programul de logica mare semnal este generat de procesor, LED-ul se va aprinde și permite luminii să cadă pe un fototranzistor. Când tranzistorul merge în regiunea de conducere, acesta generează un impuls la poarta triacului., Blocul izolator este utilizat pentru a izola secțiunea logică și secțiunea de control.

modul de interfață de comunicare

pentru a transfera informații între CPU și rețelele de comunicații, se utilizează module I/O inteligente. Aceste module de comunicare ajută la conectarea cu alte PLC-uri și computere care sunt plasate într-o locație la distanță.

tipuri de PLC-uri

cele două tipuri principale de PLC sunt PLC fix / compact și PLC modular.

compact PLC

într-un singur caz, ar exista mai multe module. Are un număr fix de module I/O și carduri i/o externe., Deci, nu are capacitatea de a extinde modulele. Fiecare intrare și ieșire ar fi decisă de producător.

PLC Modular

Acest tip de PLC permite extinderea multiplă prin „module”, denumită astfel PLC Modular. Componentele I / O pot fi mărite. Este mai ușor de utilizat deoarece fiecare componentă este independentă una de cealaltă.,

PLC sunt împărțite în trei tipuri în funcție de ieșire și anume Releu de ieșire, ieșire Tranzistor, și de Ieșire Triac PLC. Tipul de ieșire a releului este cel mai potrivit atât pentru dispozitivele de ieșire AC, cât și pentru cele DC. Tranzistor tip ieșire PLC utilizează operații de comutare și utilizate în interiorul microprocesoare.

în funcție de dimensiunea fizică, un PLC este împărțit în mini, Micro și Nano PLC.,unii dintre producătorii de PLC-uri includ:

• Allen Bradley
• ABB
• Siemens
• Mitsubishi PLC
• Hitachi PLC
• Delta PLC
• General Electric (GE) PLC
• Honeywell PLC

varietate de aplicații și utilizări, inclusiv:

1. instalații de automatizare a proceselor (de ex., minier, petrol &gaz)
2. Industria Sticlei
3. Industria Hârtiei
4. producția de Ciment,
5. În cazane – centrale Termice

Programare PLC

atunci Când se utilizează un PLC, este important de a proiecta și implementa concepte în funcție de anumit caz de utilizare. Pentru a face acest lucru, trebuie mai întâi să știm mai multe despre specificul programării PLC.

un program PLC constă dintr-un set de instrucțiuni, fie în formă textuală sau grafică, care reprezintă logica care guvernează procesul PLC este de control., Există două clasificări principale ale limbajelor de programare PLC, care sunt împărțite în mai multe tipuri subclasificate.

1. Limba Textual
   • Instruire lista
   • text Structurat
2. Formă Grafică
   • Scara Diagrame (LD) (de exemplu, Scara Logica)
   • Function Block Diagram (FBD)
   • Sequential Function Chart (SFC)

Deși toate aceste PLC, limbaje de programare poate fi folosit pentru a programa un PLC, grafice limbi (cum ar fi scara logica) sunt, de obicei, a preferat să textuale limbi (cum ar fi structurat un text de programare).,

Ladder Logic

Ladder logic este cea mai simplă formă de programare PLC. Este, de asemenea, cunoscut sub numele de „relay logic”. Contactele releului utilizate în sistemele controlate cu releu sunt reprezentate folosind logica scării.
figura de mai jos prezintă un exemplu simplu de diagramă scară.

În exemplul menționat mai sus, două butoane sunt folosite pentru a controla aceeași lampă de încărcare. Când oricare dintre întrerupătoare este închis, lampa va străluci.,cele două linii orizontale se numesc trepte, iar cele două linii verticale se numesc șine. Fiecare treaptă formează conectivitatea electrică între șina pozitivă (P) și șina negativă (N). Acest lucru permite curentului să curgă între dispozitivele de intrare și ieșire.Diagrama bloc funcțional (FBD) este o metodă simplă și grafică pentru a programa mai multe funcții în PLC. PLCOpen a descris utilizarea FBD în standardul IEC 61131-3. Un bloc de funcții este o unitate de instrucțiuni de program care, atunci când este executată, produce una sau mai multe valori de ieșire.,

acesta este reprezentat de un bloc așa cum se arată mai jos. Este reprezentat ca un bloc dreptunghiular cu intrări care intră pe liniile de stânga și de ieșire care părăsesc la dreapta. Acesta oferă o legătură între starea de intrare și de ieșire

avantaj al folosind FBD este că orice număr de intrări și ieșiri poate fi folosit pe bloc funcțional. Când utilizați mai multe intrări și ieșiri, puteți conecta ieșirea unui bloc de funcții la intrarea altui bloc., Whereby building a Function Block Diagram.

The figure below shows various function blocks used in FBD programming.

The figure below shows a ladder diagram and its function block equivalent in Siemens notation.,

Structured Text Programming

Structured text is a textual programming language that utilizes statements to determine what to execute. It follows more conventional programming protocols but it is not case sensitive., O serie de enunțuri (logică) este constituită din exprimarea atribuțiilor și relațiilor folosind mai mulți operatori. Operatorii de text structuri sunt enumerate mai jos în imagine.

Programare PLC Exemple

O lampa de semnalizare este necesar să fie activată dacă o pompă este de funcționare și presiunea este satisfăcătoare, sau dacă lampa de testare comutatorul este închis., În această aplicație, în cazul în care ar trebui să existe o ieșire de la intrările lămpii de la ambele pompe și senzori de presiune sunt necesare. Prin urmare, și porțile logice sunt folosite.

sau logica este utilizat pentru starea de intrare de testare, este necesar să se dea o ieșire de lampă pe indiferent dacă există un semnal de la sistemul și. Prin utilizarea END sau instrucțiuni RET în diagrama scara, putem spune PLC a ajuns la sfârșitul programului. Diagrama blocului de funcții și diagrama scării sunt prezentate mai jos în figură.,

Ca un alt exemplu, ia în considerare o supapa care trebuie să fie operat pentru a ridica o sarcină, atunci când pompa este în funcțiune și fie ridicați comutatorul este acționat sau un comutator operat indică faptul că sarcina nu a fost deja ridicat și este în partea de jos a acestuia lift canal.

sau logica este utilizat pentru două comutatoare și an și logica este utilizat cu două comutatoare și pompa. Supapa va fi acționată numai dacă pompa este pornită și sunt acționate două întrerupătoare.,

Consideră un automat de băuturi, care permite selectarea de ceai sau cafea, cu lapte sau fără lapte, zahăr sau fără zahăr, și va furniza cele necesare băutură fierbinte pe introducerea unei monede. Din figura de mai jos, se vede că fie ceaiul, fie cafeaua sunt selectate folosind prima poartă sau logică.

prima și poarta dau o ieșire atunci când este selectat fie ceai sau cafea și o monedă este introdusă în mașină., Ieșirea din aceasta și poarta este dată celei de-a doua și porții. Al doilea și poarta funcționează numai atunci când apa caldă se combină cu ceaiul. Laptele și zahărul sunt adăugări opționale care pot apărea după introducerea unei monede.,

Istorie de Plc-uri

Multe devreme Plc-uri nu au fost capabile de reprezentare grafică de logica, si asa a fost reprezentat ca o serie de expresii logice într-un Boolean format (înrudită cu algebra Booleană).,

pe măsură ce terminalele de programare au evoluat, a devenit mai frecventă utilizarea logicii scării, deoarece era un format familiar folosit pentru panourile de control electro-mecanice. Există formate mai moderne, cum ar fi logica de stat și diagramele Bloc de funcții, dar acestea nu sunt încă la fel de populare ca logica scării.un posibil motiv pentru aceasta este că programatorii preferă atracția mai vizuală a logicii scării față de programarea textului structurat.,

până la mijlocul anilor 1990, PLC-urile erau programate folosind panouri de programare proprietare sau terminale de programare cu scop special, care aveau adesea taste funcționale dedicate reprezentând diferitele elemente logice ale programelor PLC.unele terminale de programare proprietare afișau elementele programelor PLC ca simboluri grafice, dar reprezentările simple ale codului ASCII ale contactelor, bobinelor și firelor erau comune.