Программируемый логический контроллер

Эта статья входит в число готовых статей
Эта статья прошла проверку экспертом
Материал из «Знание.Вики»
Модульный программируемый логический контроллер фирмы Allen Bradley

Программи́руемый логи́ческий контро́ллер (сокр. ПЛК; англ. programmable logic controller, сокр. PLC; более точный перевод на русский — контроллер с программируемой логикой) — цифровая электронная система, предназначенная для применения в производственной среде[1] в качестве системы управления промышленным оборудованием в режиме реального времени. ПЛК относится к классу промышленных контроллеров[2].
ПЛК имеют следующие особенности:

  1. Являются самостоятельными, отдельными от управляемого оборудования системами;
  2. Ориентированы как на автономную работу с оборудованием, так и на управление технологическим процессом с использованием человеко-машинного интерфейса[3];
  3. В системах управления промышленными технологическими объектами широко используются команды двоичной (битовой) логики, поэтому все языки программирования ПЛК наряду с возможностью реализации математических операций дополнительно дают возможность построения управляющих логических цепей с использованием битовых переменных, принимающих только два значения: «логический 0» или «логическая 1» (см.алгебра логики).

История

До появления ПЛК управление промышленным оборудованием осуществлялось посредством систем управления, построенных на базе релейно-контактных схем (ladder diagram or relay ladder diagram)[1], а также посредством систем, построенных на диодно-транзисторной либо транзисторно-транзисторной логике. Такие системы имеют узконаправленный характер применения, поскольку алгоритм их работы не может быть изменен после этапа проектирования и монтажа, поэтому они получили название систем с жёсткой (монтажной) логикой.

С развитием микропроцессорной техники стало возможным создание компактных свободно программируемых систем управления, что дало возможность решения инженерных задач по управлению оборудованием практически во всех сферах промышленного производства с использованием универсальных цифровых блоков и модулей.

Первым в мире программируемым контроллером в 1968 году стал Modicon 084 (от англ. modular digital controller), в разработке которого принимал участие Ричард Э.Морли, а в 1971 году инженеры американской компании Allen-Bradley разработали устройство Bulletin 1774 PLC, впервые использовав термин programmable logic controller  — PLC. Аббревиатура PLC является зарегистрированным товарным знаком компании Allen-Bradley.

Первые ПЛК имели небольшое количество дискретных (битовых) входов и выходов и несколько килобайт памяти, а логика их работы программировалась в специальном редакторе в виде схемы соединений, похожей на те, которые использовались в обычной релейно-контактной логике, только реле и контакты были виртуальными, то есть существовали в виде программы ПЛК. Поскольку релейные схемы были знакомы инженерам и техникам, обслуживающим прежние системы управления, они могли без углублённой подготовки интерпретировать программы и вносить в них изменения.

В настоящее время ПЛК — это высокопроизводительные мощные цифровые системы, позволяющие создавать системы управления практически любой сложности. Крупнейшими мировыми производителями ПЛК на сегодняшний день являются компании:

  • Siemens AG;
  • Allen-Bradley;
  • Rockwell Automation;
  • Schneider Electric;
  • Omron.

Кроме этих компаний, ПЛК выпускают и многие другие производители, включая российские компании:

  • ООО КОНТАР;
  • ООО Овен;
  • Сегнетикс;
  • Fastwel Групп, группа компаний Текон и другие[4].

Устройство ПЛК

По конструктивному исполнению ПЛК делят на моноблочные и модульные. В корпусе моноблочного ПЛК наряду с центральным процессором, памятью и блоком питания размещается фиксированный набор дискретных или аналоговых входов/выходов. Моноблочные ПЛК предназначены для создания небольших систем управления простыми процессами.

Станция распределённой периферии SIMATIC с интерфейсным модулем PROFIBUS ET 200M

Для более сложных систем управления используются модульные ПЛК. В системах средней и высокой степени сложности это распределённые системы с разнесёнными стойками, шкафами[5] и пультами местного управления. В этом случае модульный ПЛК включает в себя центральную станцию с модулем ЦП и удалённые станции распределённой периферии (станции расширения) с интерфейсными модулями связи, соединённые между собой в общую систему.

В станциях распределённой периферии кроме интерфейсных модулей размещаются модули ввода/вывода дискретных сигналов, модули ввода/вывода аналоговых сигналов, а также специализированные функциональные модули для решения задач счета импульсов, измерения сигналов тензодатчиков и т. д.

Для осуществления коммуникаций между центральной станцией с модулем ЦП и периферийными станциями используются специализированные сети:

При построении систем высокой степени сложности в сеть могут быть объединены несколько ЦП, каждый из которых имеет свой набор станций расширения. Как правило, в таких системах отдельные модули ЦП имеют возможность обмена данными между собой.

В настоящее время практически все системы управления на базе ПЛК имеют выход на системы диспетчерского управления и контроля, использующие либо специализированные панели управления, либо персональные компьютеры, оснащённые соответствующим программным обеспечением.

Модули ПЛК

Станция распределённой периферии SIMATIC ET 200S c модулями ввода/вывода

Тип и количество применяемых модулей зависит от специфики решаемой задачи.

В модулях ввода/вывода используют стандартизированные величины уровней электрических сигналов стандарта МЭК 61131-2-92[6], применяемых в промышленных устройствах.

В модулях ввода/вывода дискретных (битовых) сигналов это напряжения 12 В или 24 В постоянного тока, 110 В или 230 В переменного тока.

В модулях аналогового ввода/вывода это токи в диапазоне (0-20) мА, (4-20) мА, напряжения в диапазоне (0-5) В, (0-10) В постоянного тока.

При разработке проекта системы управления в модулях ввода/вывода схемным входам и выходам присваиваются уникальные логические адреса, используемые в дальнейшем в качестве переменных при создании управляющих программ.

Языки программирования ПЛК

Для программирования ПЛК используются стандартизированные языки МЭК (IEC) стандарта IEC61131-3[1]. Структурно языки программирования подразделяются на следующие категории:

графические языки программирования[7]

  • LD (Ladder Diagram) — язык релейных схем, самый распространённый язык для PLC;
  • FBD (Function Block Diagram) — язык функциональных блоков;
  • SFC (Sequential Function Chart) — язык диаграмм состояний, используется для программирования пошаговых автоматов,

текстовые языки программирования[8]

  • IL (Instruction List) — Ассемблеро-подобный язык;
  • ST (Structured Text) — Паскале-подобный язык;
  • C-YART — Си-подобный язык (YART Studio).

Среда программирования может быть специализированной, для отдельного семейства ПЛК, или универсальной, работающей с разными моделями контроллеров.

Так, специализированная среда программирования Simatic Step 7[7][8] (SIMATIC — торговая марка концерна Siemens AG, объединяющая различные средства промышленной автоматизации) предназначена для написания, отладки и контроля исполнения программ для ПЛК производства концерна Siemens[9]. В последних версиях является опцией, встроенной в интегрированную среду TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal)[10].

Среда программирования CoDeSys[11] (продукт компании 3S-Smart Software Solutions GmbH) является универсальным инструментом для программирования ПЛК ведущих европейских изготовителей:

  • ABB;
  • Beckhoff;
  • Lenze;
  • Moeller;
  • WAGO,

а также отечественных ПЛК, выпускаемых фирмами ООО ОВЕН, ООО Fastwel Групп и другими.

Среда программирования ISaGRAF так же является универсальной и работает с ПЛК отечественного производства:

  • MKLogic-500;
  • ПЛК3000;
  • Bailkal-M;
  • Трансформер-SL;
  • МФК1500

Программирование ПЛК

Программирование ПЛК отличается от традиционного программирования. Это связано с тем, что ПЛК исполняют бесконечно повторяющуюся последовательность программных циклов, в каждом из которых осуществляется:

  • считывание входных сигналов;
  • обработка поступившей информации в соответствии с заданным алгоритмом;
  • выдача управляющих воздействий на исполнительные механизмы (контакторы электродвигателей, катушки электромагнитов соленоидных клапанов и т. д.).

Программа может загружаться в ПЛК как с обычного ПК, на который предустановлена соответствующая среда программирования, так и с использованием специального ПК — программатора. Среда программирования, как правило, имеет опции контроля исполнения программы и её отладки в режиме онлайн (англ.online). Кроме того, режим онлайн позволяет следить за состоянием поступающих с датчиков сигналов и производить визуальную диагностику оборудования.

Управление посредством человеко-машинного интерфейса

SCADA (аббр. от англ. Supervisory Control And Data Acquisition — диспетчерское управление и сбор данных)

Операторские панели

Примечания

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 ГОСТ Р МЭК 61131-1—2016 Контроллеры программируемые. Часть 1. Общая информация.. Дата обращения: 24 апреля 2023.
  2. ↑ Промышленные контроллеры.
  3. ↑ ГОСТ МЭК 60447-2000. ИНТЕРФЕЙС ЧЕЛОВЕКО-МАШИННЫЙ.
  4. ↑ Введение в ПЛК: что такое программируемый логический контроллер.
  5. ↑ ГОСТ 28601.2-90 Шкафы и стоечные конструкции.
  6. ↑ ГОСТ Р 51841-2001 (МЭК 61131-2-92) Программируемые контроллеры. Общие технические требования и методы испытаний.
  7. ↑ 7,0 7,1 Бергер Ганс. Автоматизация посредством STEP 7 с использованием LAD и FBD и програмируемых контроллеров SIMATIC S7-300/400.
  8. ↑ 8,0 8,1 Бергер Ганс Автоматизация посредством STEP 7 с использованием STL и SCL.
  9. ↑ Данные CPU SIEMENS-SIMATIC S7-300. Справочное руководство..
  10. ↑ SIEMENS TIA Portal — программный продукт для проектирования компонентов автоматизации SIMATIC!.
  11. ↑ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ. ПРОГРАММИРОВАНИЕ ПЛК В CoDeSys.

Ссылки

Источник — https://znanierussia.ru/articles/index.php?title=Программируемый_логический_контроллер&oldid=990923