Преглед на знаењето за PLC: Суштинско читање за електроинженерите!
Преглед на знаењето за PLC: Суштинско читање за електроинженерите!
I. Дефиниција и класификација на PLC
PLC или Programmable Logic Controller е нова генерација на универзални индустриски контролни уреди. Се базира на микропроцесори и интегрира компјутерска технологија, технологија за автоматска контрола и комуникациска технологија. Дизајнирани за индустриски средини, PLC-ите имаат лесно разбирливо програмирање со помош на „природен јазик“ ориентиран кон контролните процеси и корисници. Тие се карактеризираат со едноставност, леснотија на работа и висока доверливост.
Еволуирани од релејната секвенцијална контрола, PLC-ите се центрирани околу микропроцесорите и служат како разновидни уреди за автоматска контрола. Ајде да истражуваме во спецификите:
1. Дефиниција
PLC е дигитален електронски систем дизајниран за индустриски апликации. Користи програмабилна меморија за складирање на инструкции за операции како што се логичко пресметување, секвенцијална контрола, тајминг, броење и аритметика. Со поврзување со дигитални и аналогни влезови и излези, PLC-овите контролираат различни механичка опрема и производствени процеси. И PLC и нивните периферни уреди се дизајнирани да се интегрираат беспрекорно со индустриските контролни системи и да го олеснат функционалното проширување.
2. Класификација
Производите на PLC доаѓаат во широк спектар со различни спецификации и перформанси. Тие се широко класифицирани врз основа на структурната форма, функционалните разлики и бројот на I/O точки.
2.1 Класификација по структурална форма
Саладин може да се категоризираат на интегрални и модуларни типови врз основа на нивната структурна форма.
(1) Интегрален PLC
Интегралните PLC ги сместуваат компонентите како што се напојувањето, процесорот и интерфејсите за влез/излез во еден кабинет. Тие се познати по нивната компактна структура, мала големина и достапност. Саладин со мала големина обично ја прифаќаат оваа интегрална структура. Интегралниот PLC се состои од основна единица (позната и како главна единица) со различни I/O точки и единица за проширување. Основната единица ги содржи процесорот, интерфејсите за влез/излез, порта за проширување за поврзување со единиците за проширување на В/И и интерфејсите за поврзување со програмер или EPROM писател. Единицата за проширување, од друга страна, содржи само I/O и компоненти за напојување, без процесор. Основната единица и единицата за проширување обично се поврзуваат преку рамен кабел. Интегралните PLC може да бидат опремени и со специјални функционални единици, како што се аналогни единици и единици за контрола на положбата, за да ги прошират нивните можности.
(2) Модуларен PLC
Модуларните PLC имаат посебни модули за секоја компонента, како што се процесорски модули, модули за влез/излез, модули за напојување (понекогаш интегрирани во модулот на процесорот) и различни функционални модули. Овие модули се монтирани на рамка или задна рамнина. Предноста на модуларните PLC лежи во нивната флексибилна конфигурација, што овозможува избор на различни системски скали по потреба. Тие се исто така лесни за склопување, проширување и одржување. Саладин со средна и голема големина генерално прифаќаат модуларна структура.
Дополнително, некои PLC ги комбинираат карактеристиките и на интегралните и на модуларните типови, формирајќи го она што е познато како наредено PLC. Во наредените PLC, компонентите како што се процесорот, напојувањето и интерфејсите за влез/излез се независни модули поврзани преку кабли и може да се наредени слој по слој. Овој дизајн не само што нуди флексибилна системска конфигурација туку овозможува и компактна големина.
2.2 Класификација по функција
Врз основа на нивните функционални способности, PLC може да се поделат во три категории: ниска, средна и висока класа.
(1) Ниско ниво на Саладин
Ниските PLC поседуваат основни функции како што се логички операции, тајминг, броење, поместување, самодијагностика и следење. Тие, исто така, може да вклучуваат ограничена количина на аналоген влез/излез, аритметички операции, пренос и споредба на податоци и комуникациски функции. Овие PLC првенствено се користат за системи за управување со една машина кои вклучуваат логичка контрола, секвенцијална контрола или мала количина на аналогна контрола.
(2) Саладин со среден опсег
Покрај функциите на PLC од ниска класа, PLC од среден опсег нудат посилни способности во аналогниот влез/излез, аритметички операции, пренос и споредба на податоци, конверзија на броен систем, далечинско I/O, потпрограми и комуникациско вмрежување. Некои може да имаат и функции за контрола на прекини и PID контрола, што ги прави погодни за сложени контролни системи.
(3) High-end PLC
Врвните PLC, покрај можностите на PLC од среден опсег, вклучуваат и напредни функции како што се аритметички операции со потпис, пресметки со матрици, операции со логика на битови, пресметки на квадратни корени и други операции со специјални функции. Тие исто така имаат можност за креирање табели и пренос на табели. Врвните PLC можат да се пофалат со подобрени комуникациски и мрежни функционалности, овозможувајќи контрола на процесите од големи размери или формирање на дистрибуирани системи за контрола на мрежата, со што се постигнува фабричка автоматизација.
2.3 Класификација по I/O точки
Во зависност од бројот на I/O точки, PLC може да се класифицираат во мали, средни и големи категории.
(1) Мал Саладин
Малите PLC имаат помалку од 256 I/O точки, имаат еден процесор и користат 8-битни или 16-битни процесори. Нивниот капацитет на корисничка меморија е обично под 4KB.
(2) Средно PLC
Средните PLC имаат помеѓу 256 и 2048 I/O точки, користат двојни процесори и имаат капацитет на корисничка меморија што се движи од 2KB до 8KB.
(3) Голем Саладин
Големите PLC можат да се пофалат со преку 2048 I/O точки, користат повеќе процесори и се опремени со 16-битни или 32-битни процесори. Нивниот капацитет на корисничка меморија се движи од 8KB до 16KB.
Во светот, PLC производите може да се категоризираат во три главни регионални типа: американски, европски и јапонски. Американските и европските PLC технологии беа развиени независно, што резултираше со посебни разлики помеѓу нивните производи. Јапонската PLC технологија, воведена од Соединетите Држави, наследува одредени карактеристики од американските PLC, но се фокусира на PLC со мала големина. Додека американските и европските PLC се познати по нивните понуди со средна и голема големина, јапонските PLC се познати по нивните мали колеги.
II. Функции и полиња на примена на PLC
PLC-те ги комбинираат предностите на релејно-контакторската контрола и флексибилноста на компјутерите. Овој уникатен дизајн赋予了PLC има бројни неспоредливи карактеристики во споредба со другите контролери.
1. Функции на Саладин
Како универзален индустриски уред за автоматска контрола центриран околу микропроцесорите и интегрирање на компјутерска технологија, технологија за автоматска контрола и комуникациска технологија, PLC-ите нудат мноштво предности. Тие вклучуваат висока доверливост, компактна големина, силна функционалност, едноставен и флексибилен дизајн на програмата, разноврсност и лесно одржување. Последователно, PLCs наоѓаат широка примена во области како што се металургијата, енергијата, хемикалиите, транспортот и производството на енергија, кои се појавуваат како еден од трите столба на модерната индустриска контрола (заедно со роботите и CAD/CAM). Врз основа на карактеристиките на PLC, нивните функционални форми може да се сумираат на следниов начин:
(1) Префрлување логичка контрола
PLC-ите поседуваат робусни логички пресметковни способности, овозможувајќи им да постигнат различни едноставни и сложени логички контроли. Ова е најфундаменталниот и најшироко применет домен на PLC, заменувајќи ја традиционалната реле-контакторска контрола.
(2) Аналогна контрола
PLC се опремени со A/D и D/A модули за конверзија. A/D модулот конвертира аналогни количини од теренот - како што се температура, притисок, проток и брзина - во дигитални количини. Овие дигитални количини потоа се обработуваат од микропроцесорот во PLC (бидејќи микропроцесорите можат да се справат само со дигитални количини) и последователно се користат за контрола. Алтернативно, модулот D/A ги конвертира дигиталните количини назад во аналогни количини за да го контролира контролираниот објект, со што им овозможува на PLC да вршат контрола врз аналогните количини.
(3) Контрола на процесот
Модерните PLC со средна и голема големина обично имаат PID контролни модули, што овозможуваат контрола на процесот во затворена јамка. Кога променливата отстапува за време на контролниот процес, PLC го пресметува точниот излез користејќи го алгоритмот PID, со што го прилагодува процесот на производство и ја одржува променливата на зададената точка. Во моментов, многу PLC со мала големина, исто така, вклучуваат функционалност за контрола на PID.
(4) Контрола на времето и броењето
Саладин може да се пофали со силни способности за тајминг и броење, способни да обезбедат десетици, стотици, па дури и илјадници тајмери и бројачи. Времетраењето на времето и вредностите за броење може произволно да се постават од корисникот при пишувањето на корисничката програма или од операторите на лице место преку програмер. Ова овозможува контрола на времето и броењето. Ако корисниците треба да бројат сигнали со висока фреквенција, тие можат да се одлучат за модули за броење со голема брзина.
(5) Секвенцијална контрола
Во индустриската контрола, последователната контрола може да се постигне преку инструкции за чекори на PLC или програмирање на регистер за смена.
(6) Обработка на податоци
Современите PLC не само што се способни да вршат аритметички операции, пренос на податоци, сортирање и пребарување на табели, туку можат да вршат и споредба на податоци, конверзија на податоци, комуникација на податоци, прикажување податоци и печатење. Тие поседуваат робусни способности за обработка на податоци.
(7) Комуникација и вмрежување
Повеќето модерни PLC инкорпорираат комуникациски и мрежни технологии, со интерфејси RS-232 или RS-485 за далечинско управување со I/O. Повеќе PLC може да се вмрежат и да комуницираат едни со други. Единиците за обработка на сигнали на надворешни уреди можат да разменуваат програми и податоци со еден или повеќе програмабилни контролери. Пренос на програми, пренос на датотеки со податоци, следење и дијагностика може да се постигнат преку комуникациски интерфејси или комуникациски процесори, кои користат стандардни хардверски интерфејси или сопственички комуникациски протоколи за да го олеснат преносот на програми и податоци.
2. Полиња за примена на PLC
Во моментов, PLCs се широко користени и домашно и на меѓународно во различни индустрии, вклучувајќи железо и челик, нафта, хемикалии, енергија, градежни материјали, механичко производство, автомобили, лесен текстил, транспорт, заштита на животната средина и културна забава. Нивните апликации може да се категоризираат на следниов начин:
(1) Префрлување логичка контрола
Ова е најфундаменталниот и најопширно применетиот домен на PLC, заменувајќи ги традиционалните релејни кола за да се постигне логична и секвенцијална контрола. Саладин може да се користи за контрола на една машина, како и за контрола на групи со повеќе машини и автоматизирани производни линии, како што се машини за обликување со вбризгување, машини за печатење, машини за спојување, комбинирани машински алати, машини за мелење, производни линии за пакување и монтажни линии за галванизација.
(2) Аналогна контрола
Во процесите на индустриско производство, бројни континуирано различни количини - како што се температурата, притисокот, протокот, нивото на течноста и брзината - се аналогни количини. За да се овозможи PLC да ракува со аналогни количини, мора да се реализираат A/D и D/A конверзии помеѓу аналогни и дигитални количини. Производителите на PLC произведуваат придружни модули за конверзија на A/D и D/A за да ги олеснат апликациите за аналогна контрола за PLC.
(3) Контрола на движење
Саладинможе да се користи за контрола на ротационото или линеарното движење. Во однос на конфигурацијата на системот за контрола, раните апликации директно ги поврзаа сензорите за позиција и актуаторите за да ги префрлаат модулите за влез/излез. Во денешно време, генерално се користат специјализирани модули за контрола на движење. Овие модули можат да управуваат со контрола на положбата со една оска или повеќе оски за степер мотори или серво мотори. Речиси сите големи производи на производители на PLC ширум светот имаат способности за контрола на движењето, кои се широко користени во различни машини, машински алати, роботи, лифтови и други апликации.
(4) Контрола на процесот
Контрола на процесот се однесува на контрола на затворена јамка на аналогни количини како што се температура, притисок и проток. Има широка примена во полиња како металургија, хемиски инженеринг, термичка обработка и контрола на котел. Како индустриски контролни компјутери, PLC може да се програмираат со различни контролни алгоритми за да се постигне контрола во затворена јамка. PID контролата е најчесто користен метод на регулација во контролните системи со затворена јамка. И средните и големите PLC се опремени со PID модули, а во моментов, многу PLC со мала големина исто така го имаат овој функционален модул. Обработката на PID генерално вклучува водење на наменска потпрограма за PID.
(5) Обработка на податоци
Современите PLC се опремени со математички операции (вклучувајќи пресметување на матрици, пресметување на функции, логички операции), пренос на податоци, конверзија на податоци, сортирање, пребарување на табели и функции за манипулација со битови. Тие можат да вршат собирање, анализа и обработка на податоци. Овие податоци може да се споредат со референтните вредности складирани во меморијата за извршување на специфични контролни операции или да се пренесат на други интелигентни уреди преку комуникациски функции. Тие, исто така, може да се печатат и табелираат. Обработката на податоци обично се користи во системи за контрола од големи размери, како што се беспилотни флексибилни производствени системи, и во системи за контрола на процесите, како што се оние во производството на хартија, металургијата и прехранбената индустрија.
(6) Комуникација и вмрежување
PLC комуникацијата опфаќа комуникација помеѓу PLC и помеѓу PLC и други интелигентни уреди. Со развојот на компјутерската контрола, мрежите за автоматизација на фабриките брзо напредуваа. Сите производители на PLC ставаат голем акцент на комуникациските способности на PLC и ги воведоа нивните соодветни мрежни системи. Неодамна произведените PLC се опремени со комуникациски интерфејси, што ја прави комуникацијата многу удобна.
III. Основна структура и принцип на работа на PLC
Како индустриски контролен компјутер, PLC-ите споделуваат сличности во структурата со обичните компјутери. Сепак, разликите се јавуваат поради различните сценарија и цели за употреба.
1. Хардверски компоненти на Саладин
Основниот дијаграм на структурата на PLC-домаќин е прикажан на сликата подолу: [Слика]
На дијаграмот, PLC-домаќинот се состои од процесор, меморија (EPROM, RAM), влезно/излезни единици, периферни влезни/излезни интерфејси, комуникациски интерфејси и напојување. За интегралните Саладин, сите овие компоненти се сместени во истиот кабинет. Во модуларните PLC, секоја компонента е независно спакувана како модул, а модулите се поврзани преку багажник и кабли. Сите делови во домаќинот се меѓусебно поврзани преку магистрали за напојување, контролни магистрали, адресни магистрали и магистрали за податоци. Во зависност од барањата на вистинскиот контролен објект, различни надворешни уреди се конфигурирани да формираат различни системи за контрола на PLC.
Вообичаените надворешни уреди вклучуваат програмери, печатачи и пишувачи на EPROM. Саладините исто така можат да бидат опремени со комуникациски модули за да комуницираат со машини на повисоко ниво и други PLC, со што се формира дистрибуиран контролен систем за PLC.
Подолу е воведен во секоја компонента на PLC и нејзината улога, за да им помогне на корисниците подобро да ги разберат принципите на контрола и работните процеси на PLC.
(1) процесор
Процесорот е контролен центар на PLC. Под контрола на процесорот, PLC се координира и работи уредно за да постигне контрола врз различна опрема на лице место. Составен од микропроцесор и контролер, процесорот може да врши логички и математички операции и да ја координира работата на различни внатрешни компоненти на контролниот систем. Контролорот управува со уредното работење на сите делови на микропроцесорот. Неговата примарна функција е да чита инструкции од меморијата и да ги извршува.
(2) Меморија
Салатите се опремени со два вида меморија: системска меморија и корисничка меморија. Системската меморија складира програми за управување со системот, до кои корисниците не можат да пристапат или да ги менуваат. Корисничката меморија ги складира компајлираните апликативни програми и состојбите на работните податоци. Делот од корисничката меморија што ги складира состојбите на работните податоци е познат и како област за складирање податоци. Вклучува области на слики со влезно/излезни податоци, податочни податочни податочни податочни предодредени и тековни вредности за тајмери/бројачи и тампон зони за складирање на средни резултати.
PLC меморијата првенствено ги вклучува следниве типови:
Меморија само за читање (ROM)
Програмабилна меморија само за читање (PROM)
Програмабилна меморија само за читање што може да се брише (EPROM)
Електрично бришечка програмабилна меморија само за читање (EEPROM)
Меморија за случаен пристап (RAM)
(3) Влезни/Излезни (I/O) модули
① Префрлување на влезен модул
Префрлувачките влезни уреди вклучуваат различни прекинувачи, копчиња, сензори итн. Типовите на PLC влезови може да бидат DC, AC или и двете. Напојувањето за влезното коло може да се обезбеди надворешно, или во некои случаи, да се снабдува внатрешно од PLC.
② Префрлување излезен модул
Излезниот модул ги конвертира контролните сигнали на ниво на TTL што излегуваат од процесорот при извршување на корисничката програма во сигнали потребни на местото на производство за да се вози специфична опрема, со што се активира механизмот за извршување.
(4) Програмер
Програмерот е суштински надворешен уред за PLC. Тоа им овозможува на корисниците да внесуваат програми во меморијата на корисничката програма на PLC, да ги дебагираат програмите и да го следат извршувањето на програмата. Програмски, програмерите може да се категоризираат во три вида:
Рачен програмер
Графички програмер
Општ компјутерски програмер
(5) Напојување
Единицата за напојување го претвора надворешното напојување (на пр., 220V AC) во внатрешен работен напон. Надворешно поврзаното напојување се трансформира во работниот напон што го бараат внатрешните кола на PLC (на пр. DC 5V, ±12V, 24V) преку наменски регулатор на напон во режим на прекинувач во PLC. Исто така, обезбедува напојување од 24 V DC за надворешни влезни уреди (на пр., прекинувачи за близина) (само за влезни точки). Напојувањето за возење PLC товари го обезбедува...
(6) Периферни интерфејси
Колата за периферни интерфејси поврзуваат рачни програмери или други графички програмери, текстуални екрани и можат да формираат контролна мрежа на PLC преку периферниот интерфејс. Саладин може да се поврзе со компјутери користејќи PC/PPI кабел или MPI картичка преку интерфејс RS-485, овозможувајќи програмирање, следење, вмрежување и други функции.
2. Софтверски компоненти на Саладин
PLC софтверот се состои од системски програми и кориснички програми. Системските програми се дизајнирани и напишани од производители на PLC и се складирани во системската меморија на PLC. Корисниците не можат директно да ги читаат, пишуваат или менуваат. Системските програми обично вклучуваат системски дијагностички програми, програми за обработка на влезови, програми за компилација, програми за пренос на информации и програми за следење, меѓу другото.
УСер програмите се составени од корисници кои користат програмски јазици на PLC врз основа на барањата за контрола. Во PLC апликациите, најкритичниот аспект е користењето на програмските јазици на PLC за пишување кориснички програми за да се постигнат контролните цели. Бидејќи PLC се специјално развиени за индустриска контрола, нивните примарни корисници се електротехничари. За да ги задоволат нивните традиционални навики и способности за учење, PLC првенствено користат посветени јазици кои се поедноставни, поразбирливи и поинтуитивни во споредба со компјутерските јазици.
Структура на графичка инструкција
Експлицитни променливи и константи
Структура на поедноставена програма
Поедноставен процес на генерирање на апликативен софтвер
Подобрени алатки за дебагирање
3. Основен принцип на работа на PLC
Процесот на скенирање на PLC главно е поделен на три фази: земање примероци на влез, извршување на корисничка програма и освежување на излезот. Како што е прикажано на сликата: [Слика]
Фаза на влезно земање примероци
За време на фазата на земање примероци на влезот, PLC последователно ги чита сите влезни статуси и податоци на начин на скенирање и ги складира во соодветните единици на областа на I/O слика. Откако ќе заврши земање примероци на влезот, процесот се префрла на фазите на извршување на корисничката програма и освежување на излезот. Во овие две фази, дури и ако се променат статусите на влезот и податоците, статусите и податоците во соодветните единици од областа на I/O слика нема да се менуваат. Затоа, ако влезот е импулсен сигнал, ширината на пулсот мора да биде поголема од еден циклус на скенирање за да се осигура дека влезот може да се чита под какви било околности.
Фаза на извршување на корисничка програма
За време на фазата на извршување на корисничката програма, PLC секогаш ја скенира корисничката програма (скала дијаграм) во низа од горе надолу. Кога го скенира секој дијаграм на скалилата, прво го скенира контролното коло формирано од контактите на левата страна на дијаграмот на скалилата. Логичките операции се изведуваат на контролното коло по редослед од лево кон десно, од врвот до дното. Потоа, врз основа на резултатите од логичките операции, се освежува статусот на соодветниот бит во просторот за складирање на RAM-от на системот за логичката намотка или се освежува статусот на соодветниот бит во областа I/O на сликата за излезниот калем или се определува дали да се извршат инструкциите за специјална функција назначени со скалестиот дијаграм.
Односно, за време на извршувањето на корисничката програма, само статусите и податоците на влезните точки во областа на I/O слика остануваат непроменети, додека статусите и податоците на другите излезни точки и меките уреди во областа на I/O слика или во областа за складирање на системската RAM меморија може да се променат. Дијаграмите на скалилата позиционирани погоре ќе влијаат на резултатите од извршувањето на дијаграмите со пониски скали кои ги повикуваат овие намотки или податоци. Спротивно на тоа, освежените статуси или податоците на логичките намотки во дијаграмите на пониските скали ќе влијаат само на дијаграмите на повисоките скали во следниот циклус на скенирање.
Фаза на освежување на излезот
Кога ќе заврши скенирањето на корисничката програма, PLC влегува во фазата на освежување на излезот. Во текот на оваа фаза, процесорот ги ажурира сите кола за излезна брава според статусите и податоците во областа на сликата В/И и ги придвижува соодветните периферни уреди преку излезните кола. Ова го означува вистинскиот излез на PLC.
Феномен за задоцнување на влезно/излез
Од работниот процес на PLC, може да се извлечат следните заклучоци:
Програмите се извршуваат на начин на скенирање, што резултира со вродено заостанување во логичката врска помеѓу влезните и излезните сигнали. Колку е подолг циклусот на скенирање, толку е посилно доцнењето.
Покрај времето окупирано од трите главни работни фази - земање примероци на влез, извршување на корисничка програма и освежување на излезот - циклусот на скенирање исто така вклучува време потрошено од операциите за управување со системот. Времето потребно за извршување на програмата е поврзано со должината на програмата и сложеноста на инструкциските операции, додека другите фактори остануваат релативно константни. Циклусите на скенирање обично се од редот на милисекунди или микросекунди.
За време на n-тото извршување на скенирањето, влезните податоци на кои се потпираат се вредноста на примерокот X добиена за време на фазата на земање примероци од тој циклус на скенирање. Излезните податоци Y(n) се засноваат и на излезната вредност Y(n-1) од претходното скенирање и на тековната излезна вредност Yn. Сигналот испратен до излезниот терминал го претставува конечниот резултат Yn откако ќе се извршат сите пресметки во текот на овој циклус.
Доцнењето на влезно/излезниот одговор не е поврзано само со методот на скенирање туку и со распоредот на дизајнот на програмата.