Что такое программируемый логический контроллер (PLC)

Сегодня & # В промышленном производстве PLC становится все более важным и распространенным, но многие люди не очень хорошо знают об этом. Сегодня мы подробно рассмотрим PLC со всех сторон, чтобы вы могли действительно понять его.

Определения и основные понятия программируемого логического контроллера (PLC)

PLC - это цифровая вычислительная и операционная электронная система, специально разработанная для промышленной среды. Он используется для промышленной автоматизации, автоматизации конкретных процессов, функций машин или всей производственной линии.

Он использует программируемую память для хранения команд, выполняющих такие операции, как логические операции, управление последовательностью, таймер, подсчет и арифметика. Он может автоматически управлять определенным процессом, функциями машины или производственной линией в соответствии с предварительно запрограммированной логикой, обрабатывать входные данные и управлять выходными устройствами, а также общаться различными способами в среде промышленного Интернета вещей (IIoT) и Industry 4.0.

Как промышленная компьютерная система управления, она постоянно контролирует состояние входного оборудования, контролирует выходное устройство в соответствии с пользовательской программой, автоматизирует производственный процесс, имеет возможность изменять и копировать операции, собирать и передавать информацию, система модульна и может гибко настраивать устройство ввода / вывода. Он контролирует различные типы машин оборудования или производственных процессов с помощью цифровых или аналоговых входов и выходов.

Сопоставление соответствующих концепций

PLC отличается от промышленных ПК, микроконтроллеров и т. Д. Например, PLC фокусируется на задачах промышленного управления с различными методами программирования и операционными системами; По сравнению с релейной логической системой управление программированием PLC является более гибким и может уменьшить аппаратную проводку; Микроконтроллеры очень интегрированы и подходят для конкретных повторяющихся задач, в то время как микропроцессоры используются для сложных задач обработки.

История развития

Он был изобретен Диком Морли в конце 1960 - х годов и первоначально использовался в автомобильной промышленности, чтобы заменить сложные релейные логические системы управления. По мере развития технологий он постоянно совершенствуется, становится все более мощным, и сфера применения постоянно расширяется.

Аппаратная структура

Он состоит в основном из CPU, модуля I / O, источника питания, программного оборудования, памяти и т. Д. CPU является ядром, выполняет инструкции программы; Модуль I / O для подключения внешних устройств; Электроснабжение электроэнергией; Программное оборудование для написания программ; Память программы и данные. Он включает в себя питание, центральный процессор (CPU), входную / выходную карту (I / O) и заднюю панель или раму для размещения карты I / O. Задняя панель обеспечивает электрическое соединение между компонентами, и каждая часть работает вместе.

Процессор (CPU): это основной компонент PLC, отвечающий за выполнение программных команд, обработку данных и логические операции и т. Д. Различные модели PLC имеют разные характеристики CPU, такие как скорость обработки, емкость памяти и т. Д.

Модуль ввода / вывода (I / O): используется для подключения внешних устройств, таких как датчики, исполнительные устройства и т. Д. Входные модули принимают внешние сигналы, в то время как выходные модули отправляют сигналы управления PLC на внешние устройства. Модули ввода / вывода делятся на цифровые и аналоговые для удовлетворения различных типов требований к передаче сигналов.

Память: включает системную и пользовательскую память. Системная память для хранения PLC и # 39; s Операционные системы и системные программы, в то время как пользовательская память используется для хранения приложений и данных, написанных пользователем. Размер памяти влияет на сложность программы и объем данных, которые PLC может хранить.

Модуль питания: обеспечивает стабильное питание для других компонентов PLC для обеспечения нормальной работы всей системы. Его показатели производительности включают выходное напряжение, ток и т. Д., Требования к потреблению энергии системы PLC.

Программные компоненты PLC

Системное программное обеспечение: предоставляется производителем PLC для управления PLC и # 39 Аппаратные ресурсы, выполнение пользовательских программ, связь и другие основные функции. Это базовая программная среда для нормальной работы PLC.

Пользовательская программа: написана инженером - техником в соответствии с требованиями управления для реализации конкретной логики управления. Пользовательская программа вводит PLC через программное обеспечение программирования. Программное обеспечение предоставляет множество методов программирования, таких как трапециевидное программирование, программирование командных таблиц и т. Д. Для удобства программирования пользователей.

Принцип работы PLC

Рабочий процесс состоит из четырех основных этапов, которые выполняются в непрерывном цикле:

Сканирование ввода: Обнаружение состояния всех входных устройств, подключенных к PLC.

Сканирование программы: выполнение логики программы, созданной пользователем.

Сканирование вывода: Включить или отключить все устройства вывода, подключенные к PLC.

Управление внутренними делами: включает связь с программными терминалами, внутреннюю диагностику и так далее.

Входные модули принимают сигналы от датчиков, переключателей и других устройств, обрабатывают их через ЦП, а затем управляют двигателями, клапанами и другими устройствами через выходной модуль. Он может обрабатывать цифровые и аналоговые сигналы. Некоторые передовые PLC также поддерживают сетевую связь и обработку данных.

Различные PLC отличаются по конфигурации оборудования. Некоторые компактные PLC - блоки интегрируют CPU, входы и выходы в один блок, в то время как модули I / O и CPU могут быть разделены в рамных модульных PLC - системах, а модули I / O могут находиться вблизи или вдали от CPU.

Основные характеристики и преимущества PLC

1. Высокая надежность: высокая антиинтерференционная способность, стабильная работа в суровых промышленных условиях. Например, его аппаратное обеспечение использует технологии изоляции и фильтрации, а программное обеспечение также имеет различные механизмы обнаружения и исправления ошибок.

2.Высокая гибкость: Вы можете адаптироваться к различным задачам управления, изменяя программу без изменения аппаратного соединения. Например, на производственной линии, когда процесс продукта меняется, вам просто нужно настроить программу PLC.

Простота программирования: обычно используются интуитивные языки программирования, такие как трапециевидные диаграммы, которые легко освоить инженерам. Программирование относительно интуитивно, язык программирования прост, снижая сложность и стоимость.

4. Технологическая зрелость: Существует большое количество тестовых и исследовательских материалов, богатые учебные планы по программированию и интеграции.

Широкий ценовой диапазон: есть базовые модели, подходящие для малого бизнеса и стартапов.

6. Сильная универсальность: подходит для различных процессов и системного контроля.

7. Неорганические движущиеся компоненты: высокая надежность, стабильная эксплуатация в суровых промышленных условиях.

8. Меньше компонентов: легко устранять неисправности, меньше времени простоя обслуживания.

9. Низкое энергопотребление: помогает экономить энергию, упрощает проводку.

Это его преимущество перед традиционной системой управления жестким соединением PLC. Короче говоря, он легче строить, устанавливать, поддерживать и модифицировать, может удаленно обновлять программу, может быстро разрабатывать сложную логику, адаптироваться к суровой среде, выполнять быстро.

Основные недостатки и ограничения

Выше описаны различные преимущества PLC. В то же время у него есть свои недостатки и ограничения.

1. Ограниченные возможности обработки сложных данных или больших объемов аналоговых входных данных.

Программное обеспечение PLC разных производителей часто несовместимо, а интерфейсы программирования плохо взаимодействуют.

3. Уязвимость к электромагнитным помехам, которые могут привести к таким проблемам, как повреждение памяти и сбои связи.

Программирование PLC

К числу популярных программ относятся Studio 5000 Logix Designer, Connected Components Workbench и RSLogix 500.

Методы программирования включают трапециевидную логику, функциональные блочные диаграммы, структурированный текст, последовательные функциональные диаграммы, списки команд и т. Д. Трапециевидная логика является наиболее часто используемым языком графического программирования, и некоторые производители предлагают проприетарное программное обеспечение.

Среди них трапециевидная логика является наиболее часто используемым языком программирования. Он имитирует схемы через графический интерфейс, который легко понять и реализовать. Трапециевидная логика основана на графическом программировании оборудования релейных схем, используя « трапециевидные диаграммы» для представления логики, которая легко понятна и реализована. Такие языки, как структурированные тексты, подходят для сложных программ. Большинство программ PLC соответствуют стандарту IEC 61131 - 3.

Типы программируемых логических контроллеров

По размеру и функции

Большие системы управления PLC, такие как Allen - Bradley & amp # Контроллер ControlLogix 5580 предназначен для приложений, требующих высокого уровня удобства использования, связи, ввода / вывода и контроля движения.

Небольшие системы управления PLC, такие как контроллер CompactLogix 5380, могут удовлетворить потребности интеллектуального производства машин и устройств, и существует множество моделей, включая стандартные, безопасные, экстремальные температуры и бортовые модели.

Системы управления Micro - PLC, такие как программируемые логические контроллеры Micro820, подходят для небольших автономных приложений управления машинами и удаленной автоматизации с относительно небольшим количеством точек и функций.

По структурной форме

Единый PLC: Интегрированные контроллеры и HMI - панели, такие как продукты Unitronics, экономят время, сокращают соединения, снижают затраты, унифицируют среду программирования.

Модульные PLC: например, Taida # 39; s серия AS, аппаратная структура модульная, более гибкая, высокомасштабируемая. С помощью расширенных модулей можно удовлетворить потребности приложений разных масштабов. Он подходит для крупномасштабных и сложных приложений, но он дороже и требует большего обслуживания.

Ключевые факторы, которые необходимо учитывать при выборе PLC

Электрическая мощность: обеспечение совместимости с электрическими системами.

Скорость обработки: выполнение требований приложения.

Совместимость: совместимость с существующим системным оборудованием.

Термостойкость: большинство подходит для 0 - 60°C, некоторые специальные модели могут работать при экстремальных температурах.

Память: достаточно для хранения операционной системы, инструкций и исполнительных функций.

Подключение: достаточное количество портов для подключения необходимых периферийных устройств.

Моделирование I / O: Выбор необходимости моделирования функций ввода и вывода в соответствии с требованиями приложения.

PLC Applications Industries and Сценарии

Производство: широко используется в области промышленной автоматизации, таких как производство, нефть и газ, обработка воды, пищевые продукты и напитки, наука о жизни и другие отрасли промышленности, для контроля производственных процессов, работы оборудования, сбора данных и мониторинга.

Логистика и складирование: на автоматизированных складах PLC управляет таким оборудованием, как штабелеры и конвейеры, для автоматического хранения и обработки грузов.

Нефтегазовая промышленность: для систем автоматизации, управления и безопасности;

Промышленность по очистке воды и сточных вод: создание надежных, гибких и интегрированных систем управления, снижающих затраты на проекты и техническое обслуживание;

Промышленность пищевых продуктов и напитков: интеграция операций, повышение производительности, обеспечение согласованности продукции;

Наука о жизни: для построения будущих объектов автоматизации и информационных систем.

Выше подробно описаны принципы, характеристики, приложения и т. Д. PLC (программируемый логический контроллер), а также некоторые ключевые моменты, на которые необходимо обратить внимание при выборе. Я уверен, что после прочтения вы получите новое понимание и полное понимание этого.