Programmable Logic Controllers (PLC): grunder, typer och applikationer

vad är en PLC?

PLC står för Programmable Logic Controller”. En PLC är en dator speciellt utformad för att fungera tillförlitligt under hårda industriella miljöer – som extrema temperaturer, våta, torra och/eller dammiga förhållanden. PLC används för att automatisera industriella processer som en tillverkningsanläggnings monteringsledning, en malmbearbetningsanläggning eller ett avloppsreningsverk.,

PLC delar många funktioner i den persondator du har hemma. De båda har en strömförsörjning, en CPU (Central Processing Unit), ingångar och utgångar (i/O), minne och operativ programvara (även om det är en annan operativsystem).

de största skillnaderna är att en PLC kan utföra diskreta och kontinuerliga funktioner som en dator inte kan göra, och en PLC är mycket bättre lämpad för grova industriella miljöer. En PLC kan ses som en ”robust” digital dator som hanterar de elektromekaniska processerna i en industriell miljö.,

PLC spelar en avgörande roll när det gäller automatisering, med hjälp av att bilda en del av ett större SCADA-system. En PLC kan programmeras enligt processens operativa krav. Inom tillverkningsindustrin kommer det att finnas ett behov av omprogrammering på grund av förändringen i produktionens Art. För att övervinna denna svårighet infördes PLC-baserade styrsystem. Vi diskuterar först PLC-grunderna innan vi tittar på olika tillämpningar av PLC.

om du vill lära dig att programmera PLC, bör du kolla in några av de olika online PLC-utbildningarna., Dessa kurser kan hjälpa till att hoppa-starta din karriär inom kontrollteknik.

PLC grunderna

PLC uppfanns av Dick Morley 1964. Sedan dess har PLC revolutionerat industri-och tillverkningssektorerna. Det finns ett brett utbud av PLC-funktioner som timing, räkning, beräkning, jämförelse och bearbetning av olika analoga signaler.

den största fördelen med PLC över ett ”hårdkopplat” styrsystem är att du kan gå tillbaka och ändra en PLC efter att du har programmerat det, till liten kostnad (bara kostnaden för programmerarens tid)., I ett hårdkopplat styrsystem måste du i huvudsak riva ut ledningar och börja om från början (vilket är dyrare och tar längre tid). Låt oss titta på ett exempel för att bättre förstå denna fördel.

Tänk dig att du har ett ljus anslutet till en strömbrytare. I allmänhet fungerar ljuset under två förhållanden-på och av. Nu får du en uppgift att när du slår på strömbrytaren ska ljuset lysa först efter 30 sekunder. Med den här hårdkopplade inställningen sitter vi fast. Det enda sättet att uppnå detta är att helt rewire vår krets för att lägga till en timing relä., Det är mycket besvär för en mindre förändring.

det är här en programmerbar logikregulator kommer in i bilden, vilket inte kräver några ytterligare ledningar och hårdvara för att säkerställa en förändring. Det kräver snarare en enkel kodändring, programmering av PLC för att bara slå på ljuset 30 sekunder efter att strömbrytaren är påslagen. Så, med hjälp av en PLC, är det lätt att införliva flera ingångar och utgångar.,

detta är bara ett enkelt exempel – en PLC har förmågan att styra mycket större och mer komplexa processer. En PLC kan anpassas beroende på användarens ansökan och behov.

hur fungerar en PLC?

arbetet med en programmerbar logikregulator kan lätt förstås som en cyklisk skanningsmetod som kallas skanningscykeln.,

en PLC-skanningsprocess innehåller följande steg

• operativsystemet börjar cykla och övervaka tiden.
• processorn börjar läsa data från ingångsmodulen och kontrollerar status för alla ingångar.
• CPU: n börjar köra användaren eller applikationsprogrammet skrivet i relay-ladder logic eller något annat PLC-programmeringsspråk.
• därefter utför CPU alla interna diagnoser och kommunikationsuppgifter.,
• enligt programresultaten skriver den data i utdatamodulen så att alla utgångar uppdateras.
• denna process fortsätter så länge PLC är i körläge.

fysisk struktur av PLC

strukturen hos en PLC liknar nästan en dators arkitektur.

programmerbara Logikstyrenheter övervakar kontinuerligt indatavärdena från olika inmatningsavkänningsenheter (t. ex., accelerometer, viktskala, hardwired signaler, etc.) och producerar motsvarande produktion beroende på produktion och industri. Ett typiskt blockdiagram av PLC består av fem delar, nämligen:

• Rack eller chassi
• strömförsörjning modul
• Central Processing Unit (CPU)
• ingång & utgångsmodul
• Kommunikationsgränssnitt modul

Rack eller chassi

i alla PLC-system bildar PLC-rack eller chassi den viktigaste modulen och fungerar som en en ryggrad till systemet. PLC finns i olika former och storlekar., När mer komplexa styrsystem är inblandade kräver det större PLC-ställningar.

liten storlek PLC är utrustad med en fast i / O-pin-konfiguration. Så, de har gått för modulär typ rack PLC, som accepterar olika typer av I / O-moduler med glidande och passar i konceptet. Alla I / O-moduler kommer att finnas i detta rack / chassi.

Strömförsörjningsmodul

denna modul används för att ge den effekt som krävs för hela PLC-systemet., Den konverterar tillgänglig växelström till likström som krävs av CPU och I / O-modulen. PLC fungerar i allmänhet på en 24V DC-leverans. Få PLC använder en isolerad strömförsörjning.

CPU-modul och minne

CPU-modul har en central processor, ROM& RAM-minne. ROM-minne innehåller ett operativsystem, drivrutiner och program. RAM-minne används för att lagra program och data. CPU är hjärnan i PLC med en oktal eller sexkantig mikroprocessor.

eftersom den är en mikroprocessorbaserad CPU ersätter den timers, reläer och räknare., Två typer av processorer som en enda bit eller ordbehandlare kan införlivas med en PLC. En bit processor används för att utföra logiska funktioner. Medan ordbehandlare används för att bearbeta text, numeriska data, kontrollera och spela in data.

CPU läser indata från sensorer, bearbetar den och skickar slutligen kommandot till kontrollerande enheter. DC strömkälla, som nämnts i föregående diskussion krävs spänningssignaler. CPU innehåller också andra elektriska delar för att ansluta kablar som används av andra enheter.,

ingångs-och utgångsmodul

har du någonsin tänkt på hur man känner av fysiska parametrar som temperatur, tryck, flöde etc.? använda PLC? Naturligtvis har PLC en exklusiv modul för interfacing ingångar och utgång, som kallas en ingång & utgångsmodul.

inmatningsenheter kan vara antingen start-och stoppknappar, växlar, etc och utmatningsenheter kan vara en elektrisk värmare, ventiler, reläer, etc. I / O-modulen hjälper till att Gränssnitt ingångs-och utmatningsenheter med en mikroprocessor. Ingångsmodulen i PLC förklaras i nedanstående figur.,

The input module of PLC does four main functions.,

1. ingångsmodulgränssnittet tar emot signalen från processenheter vid 220 V AC
2. omvandlar ingångssignalen till 5 V DC som kan användas av PLC
3. Isolatorblock används för att isolera / förhindra PLC från att genomgå fluktuation
4. varefter signalen skickas till utgången i. e PLC

det finns två huvudavsnitt i ingångsmodulen, nämligen effektdelen och den logiska sektionen. Båda sektionerna är elektriskt isolerade från varandra. Inledningsvis tryckknappen är stängd., Så, 220 V AC-leverans ges till bryggkretsen genom motstånden R1 och R2.

en bro likriktare (t.ex. en diodbro likriktare) används för att omvandla AC-signalen till DC och Zener diod används för att ge en lågspänningsförsörjning till LED. När ljuset från LED faller på fototransistorn fungerar det i ledningsområdet. Slutligen ges en 5V DC-tillförsel till processorn.

utdatamodulen i PLC fungerar på samma sätt som ingångsmodulen men i omvänd process. Det gränssnitt utgångsbelastningen och processorn., Så här skulle det första avsnittet vara logiksession och kraftsektionen kommer nästa. Funktionen för utdatamodulen visas i nedanstående figur

Så, här när programlogiken hög signal genereras från processorn, tänds LED och låter ljuset falla på en fototransistor. – herr talman! När transistorn går till ledningsområdet genererar den en puls till Triacs Port., Isolatorblocket används för att isolera logiksektionen och kontrollsektionen.

Kommunikationsgränssnittsmodul

för att överföra information mellan CPU och kommunikationsnät används intelligenta I / O-moduler. Dessa kommunikationsmoduler hjälper till att ansluta till andra PLC och datorer som är placerade på en avlägsen plats.

typer av PLC

de två huvudtyperna av PLC är fasta / kompakta PLC och modulär PLC.

Compact PLC

inom ett enda fall skulle det finnas många moduler. Den har ett fast antal i / O-moduler och externa I/O-kort., Så, det har inte möjlighet att expandera modulerna. Varje ingång och utgång skulle avgöras av tillverkaren.

Modular PLC

denna typ av PLC tillåter flera expansion genom ”moduler”, därav kallad Modular PLC. I / O-komponenter kan ökas. Det är lättare att använda eftersom varje komponent är oberoende av varandra.,

PLC är indelade i tre typer baserade på utgång nämligen reläutgång, transistorutgång och Triacutgång PLC. Reläutgångstypen passar bäst för både AC-och DC-utmatningsenheter. Transistorutgångstyp PLC använder omkopplingsoperationer och används inuti mikroprocessorer.

enligt den fysiska storleken är en PLC uppdelad i Mini, Micro och Nano PLC.,

några av tillverkarna av PLC inkluderar:

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

PLC-applikationer

Plc har en mängd olika PLC-applikationer. tillämpningar och användningsområden, inklusive:

1. processautomationsanläggningar (t. ex., gruv, olja&gas)
2. glasindustrin
3. pappersindustrin
4. Cement Tillverkning
5. i pannor – termiska kraftverk

PLC programmering

När du använder en PLC, är det viktigt att utforma och genomföra begrepp beroende på din speciella användningsfall. För att göra detta måste vi först veta mer om detaljerna i PLC-programmering.

ett PLC-program består av en uppsättning instruktioner antingen i textuell eller grafisk form, vilket representerar logiken som styr processen PLC: n kontrollerar., Det finns två huvudklassificeringar av PLC-programmeringsspråk, som vidare delas in i många underklassificerade typer.

1. textspråk
   • instruktionslista
   • strukturerad text
2. grafisk Form
   • Ladder Diagram (LD) (dvs. Ladder Logic)
   • Function Block Diagram (FBD)
   • Sekventiell funktion Diagram (SFC)

även om alla dessa PLC programmeringsspråk kan användas för att programmera en PLC, grafiska språk (som ladder logic) är vanligtvis föredragna till textspråk (som strukturerad textprogrammering).,

Ladderlogik

Ladderlogik är den enklaste formen av PLC-programmering. Det är också känt som ”relay logic”. De reläkontakter som används i relästyrda system representeras med hjälp av stege logik.
nedanstående figur visar ett enkelt exempel på ett stegdiagram.

i det ovan nämnda exemplet används Två tryckknappar för att styra samma lampbelastning. När någon av omkopplarna är stängd lyser lampan.,

de två horisontella linjerna kallas stegpinnar och de två vertikala linjerna kallas skenor. Varje rung bildar den elektriska förbindelsen mellan positiv skena (p) och negativ skena (N). Detta gör att strömmen kan flöda mellan inmatnings-och utmatningsenheter.

funktionella Blockdiagram

Functional Block Diagram (FBD) är en enkel och grafisk metod för att programmera flera funktioner i PLC. PLCOpen har beskrivit användningen av FBD i standarden IEC 61131-3. Ett funktionsblock är en programinstruktionsenhet som, när den exekveras, ger ett eller flera utgångsvärden.,

det representeras av ett block som visas nedan. Den är representerad som ett rektangulärt block med ingångar som går in på vänster och utgångslinjer som lämnar till höger. Det ger en relation mellan tillståndet för ingång och utgång

fördelen med att använda FBD är att valfritt antal ingångar och utgångar kan användas på funktionsblocket. När du använder flera ingångar och utdata kan du ansluta utgången från ett funktionsblock till ingången till en annan., 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., En serie uttalanden (logik) består av att uttrycka uppdrag och relationer med flera operatörer. Textoperatörerna strukturer listas nedan i bilden.

PLC programmeringsexempel

en signallampa måste sättas på om en pump är igång och trycket är tillfredsställande, eller om lamptestbrytaren är stängd., I denna applikation, om det ska finnas en utgång från lampingångarna från både pump och trycksensorer krävs. Därför används och logiska grindar.

eller logik används för testingångstillstånd, det är nödvändigt att ge en utgång av lampa på oavsett om det finns en signal från och systemet. Genom att använda END eller RET instruktion i stegdiagrammet, kan vi berätta PLC har nått slutet av programmet. Funktionsblocksdiagrammet och stegdiagrammet visas nedan i figuren.,

som ett annat exempel, överväga en ventil som ska användas för att lyfta en last när en pump är igång och antingen lyftbrytaren drivs eller en omkopplare som indikerar att lasten inte redan har lyfts och är längst ner på sin lyftkanal.

eller logik används för två brytare och an och logik används med två brytare och pumpen. Ventil kommer endast att användas om pumpen är på och två omkopplare drivs.,

överväga en dryckesmaskin som tillåter val av te eller kaffe, mjölk eller ingen mjölk, socker eller inget socker, och kommer att leverera den önskade varma drycken på införandet av ett mynt. Från den nedan visade figuren ses att antingen te eller kaffe väljs med den första eller logiska porten.

den första och grinden ger en utgång när antingen te eller kaffe väljs och ett mynt sätts in i maskinen., Utgången från detta och porten ges till den andra och porten. Den andra och porten fungerar endast när varmt vatten kombineras med te. Mjölk och socker är valfria tillägg som kan uppstå efter att ett mynt har satts in.,

historia PLC

många tidiga PLC inte kunde grafisk representation av logiken, och så det var istället representeras som en serie logiska uttryck i ett booleskt format (besläktad med booleska algebra).,

När programmeringsterminaler utvecklades blev det vanligare att steglogik användes, eftersom det var ett välbekant format som användes för elektro-mekaniska kontrollpaneler. Mer moderna format, såsom statliga logik och Funktionsblocksdiagram finns, men de är fortfarande inte lika populära som stege logik.

en möjlig orsak till detta är att programmerare föredrar den mer visuella överklagandet av ladderlogik över strukturerad textprogrammering.,

fram till ungefär mitten av 1990-talet programmerades PLC med hjälp av proprietära programmeringspaneler eller specialprogrammeringsterminaler, som ofta hade dedikerade funktionstangenter som representerar de olika logiska elementen i PLC-program.

vissa proprietära programmeringsterminaler visade elementen i PLC-program som grafiska symboler, men vanliga ASCII-kodrepresentationer av kontakter, spolar och ledningar var vanliga.