สรุปความรู้เกี่ยวกับ PLC: การอ่านที่จำเป็นสำหรับวิศวกรไฟฟ้า!
สรุปความรู้เกี่ยวกับ PLC: การอ่านที่จำเป็นสำหรับวิศวกรไฟฟ้า!
I. ความหมายและการจำแนกประเภทของ PLC
PLC หรือ Programmable Logic Controller เป็นอุปกรณ์ควบคุมอุตสาหกรรมสากลรุ่นใหม่ ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์และผสมผสานเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ เทคโนโลยีการควบคุมอัตโนมัติ และเทคโนโลยีการสื่อสาร ออกแบบมาสำหรับสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม PLC มีการเขียนโปรแกรมที่เข้าใจง่ายโดยใช้ "ภาษาธรรมชาติ" ที่มุ่งเน้นไปที่กระบวนการควบคุมและผู้ใช้ โดดเด่นด้วยความเรียบง่าย ความสะดวกในการใช้งาน และความน่าเชื่อถือสูง
PLC พัฒนามาจากการควบคุมตามลำดับการถ่ายทอดโดยมีศูนย์กลางอยู่ที่ไมโครโปรเซสเซอร์และทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์ควบคุมอัตโนมัติอเนกประสงค์ มาเจาะลึกข้อมูลเฉพาะ:
1. คำจำกัดความ
PLC คือระบบอิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัลที่ออกแบบมาสำหรับงานอุตสาหกรรม ใช้หน่วยความจำที่ตั้งโปรแกรมได้เพื่อจัดเก็บคำสั่งสำหรับการดำเนินการ เช่น การคำนวณเชิงตรรกะ การควบคุมตามลำดับ การกำหนดเวลา การนับ และเลขคณิต ด้วยการเชื่อมต่อกับอินพุตและเอาท์พุตดิจิทัลและอนาล็อก PLC จะควบคุมอุปกรณ์เครื่องจักรกลและกระบวนการผลิตต่างๆ ทั้ง PLC และอุปกรณ์ต่อพ่วงได้รับการออกแบบให้ผสานรวมกับระบบควบคุมอุตสาหกรรมได้อย่างราบรื่น และเพื่ออำนวยความสะดวกในการขยายการทำงาน
2. การจำแนกประเภท
ผลิตภัณฑ์ PLC มีให้เลือกหลากหลายโดยมีข้อกำหนดเฉพาะและความสามารถด้านประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน โดยแบ่งประเภทกว้างๆ ตามรูปแบบโครงสร้าง ความแตกต่างด้านการทำงาน และจำนวนจุด I/O
2.1 การจำแนกประเภทตามรูปแบบโครงสร้าง
PLC สามารถแบ่งออกเป็นประเภทอินทิกรัลและโมดูลาร์ตามรูปแบบโครงสร้าง
(1) บมจ. อินทิกรัล
PLC แบบรวมมีส่วนประกอบต่างๆ เช่น แหล่งจ่ายไฟ, CPU และอินเทอร์เฟซ I/O อยู่ภายในตู้เดียว มีชื่อเสียงในด้านโครงสร้างที่กะทัดรัด ขนาดเล็ก และราคาไม่แพง โดยทั่วไปแล้ว PLC ขนาดเล็กจะใช้โครงสร้างแบบรวมนี้ PLC แบบรวมประกอบด้วยยูนิตพื้นฐาน (หรือที่เรียกว่ายูนิตหลัก) ซึ่งมีจุด I/O ที่แตกต่างกันและยูนิตขยาย ยูนิตพื้นฐานประกอบด้วย CPU, อินเทอร์เฟซ I/O, พอร์ตขยายสำหรับเชื่อมต่อกับยูนิตขยาย I/O และอินเทอร์เฟซสำหรับเชื่อมต่อกับโปรแกรมเมอร์หรือตัวเขียน EPROM ในทางกลับกัน ยูนิตขยายจะมีเฉพาะ I/O และส่วนประกอบพาวเวอร์ซัพพลาย โดยไม่มี CPU โดยปกติยูนิตพื้นฐานและยูนิตขยายจะเชื่อมต่อกันผ่านสายแพ Integral PLC ยังสามารถติดตั้งยูนิตฟังก์ชันพิเศษ เช่น ยูนิตแอนะล็อกและยูนิตควบคุมตำแหน่ง เพื่อขยายขีดความสามารถ
(2) บมจ. โมดูลาร์
PLC แบบโมดูลาร์มีโมดูลแยกกันสำหรับแต่ละส่วนประกอบ เช่น โมดูล CPU, โมดูล I/O, โมดูลแหล่งจ่ายไฟ (บางครั้งรวมอยู่ในโมดูล CPU) และโมดูลฟังก์ชันต่างๆ โมดูลเหล่านี้ติดตั้งบนเฟรมเวิร์กหรือแบ็คเพลน ข้อดีของ PLC แบบโมดูลาร์อยู่ที่การกำหนดค่าที่ยืดหยุ่น ช่วยให้สามารถเลือกขนาดระบบต่างๆ ได้ตามต้องการ นอกจากนี้ยังประกอบ ขยาย และบำรุงรักษาได้ง่ายอีกด้วย โดยทั่วไป PLC ขนาดกลางและขนาดใหญ่จะใช้โครงสร้างแบบโมดูลาร์
นอกจากนี้ PLC บางตัวยังรวมคุณลักษณะของทั้งประเภทอินทิกรัลและโมดูลาร์เข้าด้วยกัน ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า Stacked PLC ใน PLC แบบเรียงซ้อน ส่วนประกอบต่างๆ เช่น CPU, แหล่งจ่ายไฟ และอินเทอร์เฟซ I/O เป็นโมดูลอิสระที่เชื่อมต่อกันผ่านสายเคเบิล และสามารถซ้อนกันได้ทีละชั้น การออกแบบนี้ไม่เพียงแต่ให้การกำหนดค่าระบบที่ยืดหยุ่น แต่ยังช่วยให้มีขนาดกะทัดรัดอีกด้วย
2.2 การจำแนกตามฟังก์ชัน
ตามความสามารถในการทำงาน PLC สามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท: ระดับต่ำ ระดับกลาง และระดับสูง
(1) บมจ. ระดับล่าง
PLC ระดับล่างมีฟังก์ชันพื้นฐาน เช่น การดำเนินการเชิงตรรกะ การกำหนดเวลา การนับ การขยับ การวินิจฉัยตนเอง และการตรวจสอบ นอกจากนี้ยังอาจรวมถึงอินพุต/เอาท์พุตอนาล็อก การดำเนินการทางคณิตศาสตร์ การถ่ายโอนและการเปรียบเทียบข้อมูล และฟังก์ชันการสื่อสารในจำนวนที่จำกัด PLC เหล่านี้ใช้เป็นหลักสำหรับระบบควบคุมเครื่องจักรเดี่ยวที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมแบบลอจิคัล การควบคุมตามลำดับ หรือการควบคุมแบบอะนาล็อกจำนวนเล็กน้อย
(2) บมจ. ระดับกลาง
นอกเหนือจากฟังก์ชันของ PLC ระดับล่างแล้ว PLC ระดับกลางยังนำเสนอความสามารถที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้นในอินพุต/เอาต์พุตแบบอะนาล็อก การดำเนินการทางคณิตศาสตร์ การถ่ายโอนและการเปรียบเทียบข้อมูล การแปลงระบบตัวเลข I/O ระยะไกล รูทีนย่อย และเครือข่ายการสื่อสาร บางส่วนอาจมีฟังก์ชันการควบคุมการขัดจังหวะและการควบคุม PID ทำให้เหมาะสำหรับระบบควบคุมที่ซับซ้อน
(3) บมจ. ระดับสูง
PLC ระดับไฮเอนด์ นอกเหนือจากความสามารถของ PLC ระดับกลางแล้ว ยังมีฟังก์ชันขั้นสูง เช่น การดำเนินการทางคณิตศาสตร์ที่เซ็นชื่อ การคำนวณเมทริกซ์ การดำเนินการลอจิกบิต การคำนวณรากที่สอง และการดำเนินการฟังก์ชันพิเศษอื่นๆ นอกจากนี้ยังมีความสามารถในการสร้างตารางและการถ่ายโอนตารางอีกด้วย PLC ระดับไฮเอนด์มีฟังก์ชันการสื่อสารและเครือข่ายที่ได้รับการปรับปรุง ช่วยให้สามารถควบคุมกระบวนการในวงกว้างหรือสร้างระบบควบคุมเครือข่ายแบบกระจาย ส่งผลให้โรงงานเป็นอัตโนมัติได้
2.3 การจำแนกประเภทตามจุด I/O
ขึ้นอยู่กับจำนวนจุด I/O PLC สามารถแบ่งได้เป็นประเภทขนาดเล็ก กลาง และใหญ่
(1) บมจ. ขนาดเล็ก
PLC ขนาดเล็กมีจุด I/O น้อยกว่า 256 จุด มี CPU ตัวเดียว และใช้โปรเซสเซอร์ 8 บิตหรือ 16 บิต โดยทั่วไปความจุหน่วยความจำผู้ใช้จะต่ำกว่า 4KB
(2) บมจ. ขนาดกลาง
PLC ขนาดกลางมีจุด I/O ระหว่าง 256 ถึง 2048 จุด ใช้ CPU คู่ และมีความจุหน่วยความจำผู้ใช้ตั้งแต่ 2KB ถึง 8KB
(3) บมจ. ขนาดใหญ่
PLC ขนาดใหญ่มีจุด I/O มากกว่า 2,048 จุด ใช้ CPU หลายตัว และติดตั้งโปรเซสเซอร์ 16 บิตหรือ 32 บิต ความจุหน่วยความจำผู้ใช้มีตั้งแต่ 8KB ถึง 16KB
ทั่วโลก ผลิตภัณฑ์ PLC สามารถแบ่งประเภทได้เป็นสามประเภทตามภูมิภาคหลักๆ ได้แก่ อเมริกา ยุโรป และญี่ปุ่น เทคโนโลยี PLC ของอเมริกาและยุโรปได้รับการพัฒนาอย่างแยกจากกัน ส่งผลให้เกิดความแตกต่างที่ชัดเจนระหว่างผลิตภัณฑ์ของตน เทคโนโลยี PLC ของญี่ปุ่น เปิดตัวจากประเทศสหรัฐอเมริกา โดยสืบทอดคุณลักษณะบางอย่างมาจาก PLC ของอเมริกา แต่มุ่งเน้นไปที่ PLC ขนาดเล็ก แม้ว่า PLC ของอเมริกาและยุโรปจะมีชื่อเสียงในด้านข้อเสนอขนาดกลางและขนาดใหญ่ แต่ PLC ของญี่ปุ่นก็มีชื่อเสียงในด้านข้อเสนอขนาดเล็ก
ครั้งที่สอง ฟังก์ชันและขอบเขตการใช้งานของ PLC
PLC ผสมผสานข้อดีของการควบคุมรีเลย์-คอนแทคเตอร์และความยืดหยุ่นของคอมพิวเตอร์เข้าด้วยกัน การออกแบบที่เป็นเอกลักษณ์นี้ทำให้ PLC มีฟีเจอร์ที่ไม่มีใครเทียบได้มากมายเมื่อเปรียบเทียบกับคอนโทรลเลอร์อื่นๆ
1. หน้าที่ของ PLC
เนื่องจากอุปกรณ์ควบคุมอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมสากลที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ไมโครโปรเซสเซอร์และบูรณาการเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ เทคโนโลยีการควบคุมอัตโนมัติ และเทคโนโลยีการสื่อสาร PLC จึงมีข้อได้เปรียบมากมาย ซึ่งรวมถึงความน่าเชื่อถือสูง ขนาดกะทัดรัด ฟังก์ชันการทำงานที่แข็งแกร่ง การออกแบบโปรแกรมที่เรียบง่ายและยืดหยุ่น ความอเนกประสงค์ และการบำรุงรักษาที่ง่ายดาย ด้วยเหตุนี้ PLC จึงพบการใช้งานที่กว้างขวางในสาขาต่างๆ เช่น โลหะวิทยา พลังงาน เคมีภัณฑ์ การขนส่ง และการผลิตไฟฟ้า ซึ่งถือเป็นหนึ่งในสามเสาหลักของการควบคุมอุตสาหกรรมสมัยใหม่ (ควบคู่ไปกับหุ่นยนต์และ CAD/CAM) จากลักษณะของ PLC สามารถสรุปรูปแบบการทำงานได้ดังต่อไปนี้:
(1) การสลับการควบคุมลอจิก
PLC มีความสามารถในการคำนวณเชิงลอจิคัลที่แข็งแกร่ง ช่วยให้สามารถควบคุมลอจิคัลที่เรียบง่ายและซับซ้อนต่างๆ ได้ นี่คือโดเมนพื้นฐานและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดของ PLC แทนที่การควบคุมรีเลย์-คอนแทคเตอร์แบบเดิม
(2) การควบคุมแบบอะนาล็อก
พ.ลCs ได้รับการติดตั้งโมดูลการแปลง A/D และ D/A โมดูล A/D แปลงปริมาณแอนะล็อกจากสนาม เช่น อุณหภูมิ ความดัน การไหล และความเร็ว ให้เป็นปริมาณดิจิทัล จากนั้นปริมาณดิจิทัลเหล่านี้จะถูกประมวลผลโดยไมโครโปรเซสเซอร์ภายใน PLC (เนื่องจากไมโครโปรเซสเซอร์สามารถจัดการเฉพาะปริมาณดิจิทัลเท่านั้น) และนำไปใช้ในการควบคุมในภายหลัง อีกทางหนึ่ง โมดูล D/A จะแปลงปริมาณดิจิทัลกลับเป็นปริมาณแอนะล็อกเพื่อควบคุมวัตถุที่ถูกควบคุม ซึ่งช่วยให้ PLC สามารถควบคุมปริมาณแอนะล็อกได้
(3) การควบคุมกระบวนการ
โดยทั่วไปแล้ว PLC ขนาดกลางและขนาดใหญ่สมัยใหม่จะมีโมดูลควบคุม PID ซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมกระบวนการแบบวงปิดได้ เมื่อตัวแปรเบี่ยงเบนไปในระหว่างกระบวนการควบคุม PLC จะคำนวณเอาต์พุตที่ถูกต้องโดยใช้อัลกอริธึม PID ดังนั้นจึงเป็นการปรับกระบวนการผลิตและรักษาตัวแปรไว้ที่จุดที่กำหนด ปัจจุบัน PLC ขนาดเล็กจำนวนมากยังรวมฟังก์ชันการควบคุม PID ไว้ด้วย
(4) การควบคุมเวลาและการนับ
PLC มีความสามารถในการจับเวลาและการนับจำนวนที่แข็งแกร่ง สามารถรองรับตัวจับเวลาและตัวนับได้หลายสิบ ร้อย หรือแม้แต่หลายพันตัว ผู้ใช้สามารถตั้งค่าระยะเวลาและค่าการนับได้ตามต้องการเมื่อเขียนโปรแกรมผู้ใช้ หรือโดยผู้ปฏิบัติงานในสถานที่ทำงานผ่านโปรแกรมเมอร์ ซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมจังหวะเวลาและการนับได้ หากผู้ใช้จำเป็นต้องนับสัญญาณความถี่สูง ก็สามารถเลือกใช้โมดูลการนับความเร็วสูงได้
(5) การควบคุมตามลำดับ
ในการควบคุมทางอุตสาหกรรม การควบคุมตามลำดับสามารถทำได้ผ่านคำแนะนำขั้นตอน PLC หรือการตั้งโปรแกรมชิฟต์รีจิสเตอร์
(6) การประมวลผลข้อมูล
PLC สมัยใหม่ไม่เพียงแต่สามารถดำเนินการทางคณิตศาสตร์ การถ่ายโอนข้อมูล การเรียงลำดับ และการค้นหาตารางเท่านั้น แต่ยังสามารถทำการเปรียบเทียบข้อมูล การแปลงข้อมูล การสื่อสารข้อมูล การแสดงข้อมูล และการพิมพ์ได้อีกด้วย พวกเขามีความสามารถในการประมวลผลข้อมูลที่แข็งแกร่ง
(7) การสื่อสารและเครือข่าย
PLC สมัยใหม่ส่วนใหญ่จะรวมเทคโนโลยีการสื่อสารและเครือข่ายเข้าด้วยกัน โดยมีอินเทอร์เฟซ RS-232 หรือ RS-485 สำหรับการควบคุม I/O ระยะไกล PLC หลายตัวสามารถเชื่อมต่อเครือข่ายและสื่อสารระหว่างกันได้ หน่วยประมวลผลสัญญาณของอุปกรณ์ภายนอกสามารถแลกเปลี่ยนโปรแกรมและข้อมูลกับตัวควบคุมแบบตั้งโปรแกรมได้ตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไป การถ่ายโอนโปรแกรม การถ่ายโอนไฟล์ข้อมูล การตรวจสอบ และการวินิจฉัยสามารถทำได้ผ่านอินเทอร์เฟซการสื่อสารหรือตัวประมวลผลการสื่อสาร ซึ่งใช้อินเทอร์เฟซฮาร์ดแวร์มาตรฐานหรือโปรโตคอลการสื่อสารที่เป็นกรรมสิทธิ์เพื่ออำนวยความสะดวกในการถ่ายโอนโปรแกรมและข้อมูล
2. ขอบเขตการใช้งานของ PLC
ปัจจุบัน PLC มีการใช้งานกันอย่างแพร่หลายทั้งในประเทศและต่างประเทศในอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงเหล็กและเหล็กกล้า ปิโตรเลียม เคมีภัณฑ์ พลังงาน วัสดุก่อสร้าง การผลิตเครื่องจักรกล รถยนต์ สิ่งทอเบา การขนส่ง การคุ้มครองสิ่งแวดล้อม และความบันเทิงทางวัฒนธรรม แอปพลิเคชันสามารถแบ่งประเภทกว้าง ๆ ได้ดังนี้:
(1) การสลับการควบคุมลอจิก
นี่คือโดเมนพื้นฐานและมีการนำไปใช้อย่างแพร่หลายที่สุดของ PLC โดยแทนที่วงจรรีเลย์แบบเดิมเพื่อให้ได้การควบคุมเชิงลอจิคัลและตามลำดับ PLC สามารถใช้สำหรับการควบคุมด้วยเครื่องจักรเครื่องเดียว เช่นเดียวกับการควบคุมกลุ่มเครื่องจักรหลายเครื่อง และสายการผลิตอัตโนมัติ เช่น เครื่องฉีดขึ้นรูป เครื่องพิมพ์ เครื่องเย็บ เครื่องมือกลแบบผสม เครื่องเจียร สายการผลิตบรรจุภัณฑ์ และสายการประกอบการชุบด้วยไฟฟ้า
(2) การควบคุมแบบอะนาล็อก
ในกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรม ปริมาณที่เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องจำนวนมาก เช่น อุณหภูมิ ความดัน การไหล ระดับของเหลว และความเร็ว เป็นปริมาณอะนาล็อก เพื่อให้ PLC สามารถจัดการปริมาณแอนะล็อกได้ จะต้องรับรู้การแปลง A/D และ D/A ระหว่างปริมาณแอนะล็อกและดิจิทัล ผู้ผลิต PLC ผลิตโมดูลการแปลง A/D และ D/A ที่มาพร้อมกันเพื่ออำนวยความสะดวกในการใช้งานการควบคุมแบบอะนาล็อกสำหรับ PLC
(3) การควบคุมการเคลื่อนไหว
บมจสามารถใช้สำหรับการควบคุมการเคลื่อนที่แบบหมุนหรือเชิงเส้น ในแง่ของการกำหนดค่าระบบควบคุม การใช้งานในช่วงแรกๆ จะเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ตำแหน่งและแอคทูเอเตอร์โดยตรงเพื่อสลับโมดูล I/O ปัจจุบันมีการใช้โมดูลควบคุมการเคลื่อนไหวแบบพิเศษ โมดูลเหล่านี้สามารถขับเคลื่อนการควบคุมตำแหน่งแกนเดียวหรือหลายแกนสำหรับสเต็ปเปอร์มอเตอร์หรือเซอร์โวมอเตอร์ ผลิตภัณฑ์ของผู้ผลิต PLC รายใหญ่เกือบทั้งหมดทั่วโลกมีความสามารถในการควบคุมการเคลื่อนไหว ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องจักร เครื่องมือกล หุ่นยนต์ ลิฟต์ และการใช้งานอื่นๆ
(4) การควบคุมกระบวนการ
การควบคุมกระบวนการหมายถึงการควบคุมปริมาณอะนาล็อกแบบวงปิด เช่น อุณหภูมิ ความดัน และการไหล มีการใช้งานอย่างกว้างขวางในสาขาต่างๆ เช่น โลหะวิทยา วิศวกรรมเคมี การบำบัดความร้อน และการควบคุมหม้อไอน้ำ ในฐานะคอมพิวเตอร์ควบคุมทางอุตสาหกรรม PLC สามารถตั้งโปรแกรมด้วยอัลกอริธึมการควบคุมที่หลากหลายเพื่อให้บรรลุการควบคุมแบบวงปิด การควบคุม PID เป็นวิธีการควบคุมที่ใช้กันทั่วไปในระบบควบคุมแบบวงปิด PLC ทั้งขนาดกลางและขนาดใหญ่ติดตั้งโมดูล PID และในปัจจุบัน PLC ขนาดเล็กจำนวนมากก็มีโมดูลการทำงานนี้เช่นกัน โดยทั่วไปการประมวลผล PID เกี่ยวข้องกับการรันรูทีนย่อย PID เฉพาะ
(5) การประมวลผลข้อมูล
PLC สมัยใหม่มีการดำเนินการทางคณิตศาสตร์ (รวมถึงการคำนวณเมทริกซ์ การคำนวณฟังก์ชัน การดำเนินการเชิงตรรกะ) การถ่ายโอนข้อมูล การแปลงข้อมูล การเรียงลำดับ การค้นหาตาราง และฟังก์ชันการจัดการบิต พวกเขาสามารถดำเนินการรับข้อมูล วิเคราะห์ และประมวลผลได้ ข้อมูลเหล่านี้สามารถนำมาเปรียบเทียบกับค่าอ้างอิงที่จัดเก็บไว้ในหน่วยความจำเพื่อดำเนินการควบคุมเฉพาะหรือส่งไปยังอุปกรณ์อัจฉริยะอื่นๆ ผ่านฟังก์ชันการสื่อสาร นอกจากนี้ยังสามารถพิมพ์และจัดตารางได้ โดยทั่วไปแล้วการประมวลผลข้อมูลจะใช้ในระบบควบคุมขนาดใหญ่ เช่น ระบบการผลิตที่มีความยืดหยุ่นแบบไร้คนควบคุม และในระบบควบคุมกระบวนการ เช่น การผลิตกระดาษ โลหะวิทยา และอุตสาหกรรมอาหาร
(6) การสื่อสารและเครือข่าย
การสื่อสาร PLC ครอบคลุมการสื่อสารระหว่าง PLC และระหว่าง PLC และอุปกรณ์อัจฉริยะอื่นๆ ด้วยการพัฒนาระบบควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ เครือข่ายระบบอัตโนมัติในโรงงานได้ก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็ว ผู้ผลิต PLC ทุกรายให้ความสำคัญอย่างยิ่งกับความสามารถในการสื่อสารของ PLC และได้แนะนำระบบเครือข่ายของตน PLC ที่ผลิตเมื่อเร็วๆ นี้มาพร้อมกับอินเทอร์เฟซการสื่อสาร ทำให้การสื่อสารสะดวกมาก
III. โครงสร้างพื้นฐานและหลักการทำงานของ PLC
ในฐานะคอมพิวเตอร์ควบคุมทางอุตสาหกรรม PLC มีโครงสร้างที่คล้ายคลึงกันกับคอมพิวเตอร์ทั่วไป อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างเกิดขึ้นเนื่องจากสถานการณ์และวัตถุประสงค์การใช้งานที่แตกต่างกัน
1. ส่วนประกอบฮาร์ดแวร์ของ PLC
แผนภาพโครงสร้างพื้นฐานของโฮสต์ PLC แสดงในรูปด้านล่าง: [รูป]
ในแผนภาพ โฮสต์ PLC ประกอบด้วย CPU, หน่วยความจำ (EPROM, RAM), หน่วยอินพุต/เอาต์พุต, อินเทอร์เฟซ I/O อุปกรณ์ต่อพ่วง, อินเทอร์เฟซการสื่อสาร และแหล่งจ่ายไฟ สำหรับ PLC แบบรวม ส่วนประกอบทั้งหมดเหล่านี้จะอยู่ภายในตู้เดียวกัน ใน PLC แบบโมดูลาร์ แต่ละส่วนประกอบจะถูกบรรจุแยกกันเป็นโมดูล และโมดูลจะเชื่อมต่อผ่านชั้นวางและสายเคเบิล ทุกส่วนภายในโฮสต์เชื่อมต่อกันผ่านพาวเวอร์บัส บัสควบคุม แอดเดรสบัส และบัสข้อมูล อุปกรณ์ภายนอกต่างๆ ได้รับการกำหนดค่าเพื่อสร้างระบบควบคุม PLC ที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของวัตถุควบคุมจริง
อุปกรณ์ภายนอกทั่วไป ได้แก่ โปรแกรมเมอร์ เครื่องพิมพ์ และตัวเขียน EPROM PLC ยังสามารถติดตั้งโมดูลการสื่อสารเพื่อสื่อสารกับเครื่องจักรระดับสูงและ PLC อื่นๆ ได้ ดังนั้นจึงสร้างระบบควบคุมแบบกระจายสำหรับ PLC
ด้านล่างนี้เป็นข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับส่วนประกอบแต่ละส่วนของ PLC และบทบาทของส่วนประกอบ เพื่อช่วยให้ผู้ใช้เข้าใจหลักการควบคุมและกระบวนการทำงานของ PLC ได้ดียิ่งขึ้น
(1) ซีพียู
CPU คือศูนย์ควบคุมของ PLC ภายใต้การควบคุมของ CPU PLC จะประสานงานและทำงานอย่างเป็นระเบียบเพื่อให้สามารถควบคุมอุปกรณ์ต่างๆ ในไซต์งานได้ CPU ประกอบด้วยไมโครโปรเซสเซอร์และตัวควบคุม สามารถดำเนินการเชิงตรรกะและคณิตศาสตร์ และประสานการทำงานของส่วนประกอบภายในต่างๆ ของระบบควบคุมได้ คอนโทรลเลอร์จะจัดการการทำงานที่เป็นระเบียบของทุกส่วนของไมโครโปรเซสเซอร์ หน้าที่หลักของมันคือการอ่านคำสั่งจากหน่วยความจำและดำเนินการ
(2) หน่วยความจำ
PLC มีหน่วยความจำสองประเภท: หน่วยความจำระบบและหน่วยความจำผู้ใช้ หน่วยความจำระบบจัดเก็บโปรแกรมการจัดการระบบ ซึ่งผู้ใช้ไม่สามารถเข้าถึงหรือแก้ไขได้ หน่วยความจำผู้ใช้จัดเก็บโปรแกรมแอปพลิเคชันที่คอมไพล์แล้วและสถานะข้อมูลงาน ส่วนของหน่วยความจำผู้ใช้ที่เก็บสถานะข้อมูลงานเรียกอีกอย่างว่าพื้นที่จัดเก็บข้อมูล ประกอบด้วยพื้นที่ภาพข้อมูลอินพุต/เอาท์พุต พื้นที่ข้อมูลที่ตั้งไว้ล่วงหน้าและค่าปัจจุบันสำหรับตัวจับเวลา/ตัวนับ และโซนบัฟเฟอร์สำหรับจัดเก็บผลลัพธ์ระดับกลาง
หน่วยความจำ PLC มีประเภทต่อไปนี้เป็นหลัก:
หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียว (ROM)
หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียวที่ตั้งโปรแกรมได้ (PROM)
หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียวที่ตั้งโปรแกรมได้แบบลบได้ (EPROM)
หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียวที่ตั้งโปรแกรมได้แบบลบได้ด้วยไฟฟ้า (EEPROM)
หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม (RAM)
(3) โมดูลอินพุต/เอาท์พุต (I/O)
1 การสลับโมดูลอินพุต
อุปกรณ์อินพุตสวิตชิ่งประกอบด้วยสวิตช์ ปุ่ม เซนเซอร์ ฯลฯ ประเภทอินพุต PLC อาจเป็น DC, AC หรือทั้งสองอย่าง แหล่งจ่ายไฟสำหรับวงจรอินพุตสามารถจ่ายจากภายนอก หรือในบางกรณี จ่ายไฟภายในโดย PLC
2 การสลับโมดูลเอาท์พุต
โมดูลเอาท์พุตจะแปลงสัญญาณควบคุมระดับ TTL ที่เอาท์พุตโดย CPU เมื่อรันโปรแกรมผู้ใช้ให้เป็นสัญญาณที่ต้องการบนไซต์การผลิตเพื่อขับเคลื่อนอุปกรณ์เฉพาะ ซึ่งจะเป็นการกระตุ้นกลไกการดำเนินการ
(4) โปรแกรมเมอร์
โปรแกรมเมอร์เป็นอุปกรณ์ภายนอกที่จำเป็นสำหรับ PLC ช่วยให้ผู้ใช้สามารถป้อนโปรแกรมลงในหน่วยความจำโปรแกรมของผู้ใช้ PLC โปรแกรมแก้ไขจุดบกพร่อง และตรวจสอบการทำงานของโปรแกรม โดยทางโปรแกรม โปรแกรมเมอร์สามารถแบ่งได้เป็น 3 ประเภท คือ
โปรแกรมเมอร์มือถือ
โปรแกรมเมอร์กราฟิก
โปรแกรมเมอร์คอมพิวเตอร์ทั่วไป
(5) พาวเวอร์ซัพพลาย
หน่วยจ่ายไฟจะแปลงพลังงานภายนอก (เช่น 220V AC) เป็นแรงดันไฟฟ้าทำงานภายใน แหล่งจ่ายไฟที่เชื่อมต่อภายนอกจะถูกแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้าทำงานที่ต้องการโดยวงจรภายในของ PLC (เช่น DC 5V, ±12V, 24V) ผ่านตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าโหมดสวิตช์เฉพาะภายใน PLC นอกจากนี้ยังมีแหล่งจ่ายไฟ 24V DC สำหรับอุปกรณ์อินพุตภายนอก (เช่น สวิตช์ความใกล้เคียง) (สำหรับจุดอินพุตเท่านั้น) แหล่งจ่ายไฟสำหรับการขับเคลื่อนโหลด PLC นั้นมาจาก...
(6) การเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วง
วงจรอินเทอร์เฟซอุปกรณ์ต่อพ่วงเชื่อมต่อโปรแกรมเมอร์มือถือหรือโปรแกรมเมอร์กราฟิกอื่นๆ การแสดงข้อความ และสามารถสร้างเครือข่ายควบคุม PLC ผ่านทางอินเทอร์เฟซอุปกรณ์ต่อพ่วง PLC สามารถเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์โดยใช้สายเคเบิล PC/PPI หรือการ์ด MPI ผ่านอินเทอร์เฟซ RS-485 ช่วยให้สามารถตั้งโปรแกรม การตรวจสอบ เครือข่าย และฟังก์ชันอื่นๆ ได้
2. ส่วนประกอบซอฟต์แวร์ของ PLC
ซอฟต์แวร์ PLC ประกอบด้วยโปรแกรมระบบและโปรแกรมผู้ใช้ โปรแกรมระบบได้รับการออกแบบและเขียนโดยผู้ผลิต PLC และจัดเก็บไว้ในหน่วยความจำระบบของ PLC ผู้ใช้ไม่สามารถอ่าน เขียน หรือแก้ไขได้โดยตรง โปรแกรมระบบโดยทั่วไปประกอบด้วยโปรแกรมวินิจฉัยระบบ โปรแกรมประมวลผลอินพุต โปรแกรมคอมไพล์ โปรแกรมถ่ายโอนข้อมูล และโปรแกรมตรวจสอบ และอื่นๆ
คุณโปรแกรม ser ได้รับการคอมไพล์โดยผู้ใช้โดยใช้ภาษาโปรแกรม PLC ตามข้อกำหนดในการควบคุม ในแอปพลิเคชัน PLC สิ่งที่สำคัญที่สุดคือการใช้ภาษาการเขียนโปรแกรม PLC เพื่อเขียนโปรแกรมผู้ใช้เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์การควบคุม เนื่องจาก PLC ได้รับการพัฒนาโดยเฉพาะสำหรับการควบคุมทางอุตสาหกรรม ผู้ใช้หลักจึงเป็นช่างเทคนิคไฟฟ้า เพื่อตอบสนองนิสัยดั้งเดิมและความสามารถในการเรียนรู้ PLC ใช้ภาษาเฉพาะที่ง่ายกว่า เข้าใจง่ายกว่า และใช้งานง่ายกว่าเมื่อเทียบกับภาษาคอมพิวเตอร์เป็นหลัก
โครงสร้างคำสั่งแบบกราฟิก
ตัวแปรที่ชัดเจนและค่าคงที่
โครงสร้างโปรแกรมแบบง่าย
กระบวนการสร้างซอฟต์แวร์แอปพลิเคชันแบบง่าย
เครื่องมือแก้ไขข้อบกพร่องที่ได้รับการปรับปรุง
3. หลักการทำงานพื้นฐานของ PLC
กระบวนการสแกน PLC ส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสามขั้นตอน ได้แก่ การสุ่มตัวอย่างอินพุต การทำงานของโปรแกรมผู้ใช้ และการรีเฟรชเอาต์พุต ดังแสดงในรูป: [รูป]
ขั้นตอนการสุ่มตัวอย่างอินพุต
ในระหว่างขั้นตอนการสุ่มตัวอย่างอินพุต PLC จะอ่านสถานะและข้อมูลอินพุตทั้งหมดตามลำดับในลักษณะการสแกน และจัดเก็บไว้ในหน่วยที่สอดคล้องกันของพื้นที่ภาพ I/O หลังจากการสุ่มตัวอย่างอินพุตเสร็จสิ้น กระบวนการจะดำเนินต่อไปยังขั้นตอนการเรียกใช้โปรแกรมของผู้ใช้และขั้นตอนการรีเฟรชเอาต์พุต ในสองขั้นตอนนี้ แม้ว่าสถานะอินพุตและข้อมูลจะเปลี่ยนไป สถานะและข้อมูลในหน่วยที่เกี่ยวข้องของพื้นที่รูปภาพ I/O จะไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นหากอินพุตเป็นสัญญาณพัลส์ ความกว้างพัลส์จะต้องมากกว่าหนึ่งรอบการสแกนเพื่อให้แน่ใจว่าสามารถอ่านอินพุตได้ในทุกสถานการณ์
ขั้นตอนการทำงานของโปรแกรมผู้ใช้
ในระหว่างขั้นตอนการทำงานของโปรแกรมผู้ใช้ PLC จะสแกนโปรแกรมผู้ใช้ (แผนภาพแลดเดอร์) ตามลำดับจากบนลงล่างเสมอ เมื่อสแกนแต่ละแผนภาพแลดเดอร์ ขั้นแรกจะสแกนวงจรควบคุมที่เกิดจากหน้าสัมผัสทางด้านซ้ายของแผนภาพแลดเดอร์ การดำเนินการทางลอจิคัลจะดำเนินการบนวงจรควบคุมตามลำดับจากซ้ายไปขวาจากบนลงล่าง จากนั้น สถานะของบิตที่สอดคล้องกันในพื้นที่จัดเก็บข้อมูล RAM ระบบสำหรับคอยล์แบบลอจิคัลจะถูกรีเฟรช หรือสถานะของบิตที่สอดคล้องกันในพื้นที่อิมเมจ I/O สำหรับคอยล์เอาท์พุตจะถูกรีเฟรช หรือถูกกำหนดว่าจะดำเนินการตามคำสั่งฟังก์ชันพิเศษที่ระบุโดยแผนภาพแลดเดอร์หรือไม่
นั่นคือในระหว่างการทำงานของโปรแกรมผู้ใช้ เฉพาะสถานะและข้อมูลของจุดอินพุตในพื้นที่อิมเมจ I/O เท่านั้นที่ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ในขณะที่สถานะและข้อมูลของจุดเอาต์พุตอื่นๆ และอุปกรณ์ซอฟต์ในพื้นที่อิมเมจ I/O หรือพื้นที่เก็บข้อมูล RAM ของระบบอาจเปลี่ยนแปลง ไดอะแกรมแลดเดอร์ที่อยู่ในตำแหน่งที่สูงขึ้นจะส่งผลต่อผลลัพธ์การดำเนินการของไดอะแกรมแลดเดอร์ส่วนล่างที่อ้างอิงถึงคอยล์หรือข้อมูลเหล่านี้ ในทางกลับกัน สถานะหรือข้อมูลที่รีเฟรชของคอยล์ลอจิคัลในไดอะแกรมแลดเดอร์ด้านล่างจะส่งผลต่อไดอะแกรมแลดเดอร์ที่สูงกว่าในรอบการสแกนถัดไปเท่านั้น
ขั้นตอนการรีเฟรชเอาท์พุต
เมื่อการสแกนโปรแกรมของผู้ใช้เสร็จสิ้น PLC จะเข้าสู่ขั้นตอนการรีเฟรชเอาต์พุต ในระหว่างขั้นตอนนี้ CPU จะอัพเดตวงจรสลักเอาท์พุตทั้งหมดตามสถานะและข้อมูลในพื้นที่อิมเมจ I/O และขับเคลื่อนอุปกรณ์ต่อพ่วงที่เกี่ยวข้องผ่านวงจรเอาท์พุต นี่ถือเป็นเอาท์พุตที่แท้จริงของ PLC
ปรากฏการณ์ความล่าช้าของอินพุต/เอาท์พุต
จากกระบวนการทำงานของ PLC สามารถสรุปได้ดังต่อไปนี้:
โปรแกรมดำเนินการในลักษณะการสแกน ส่งผลให้เกิดความล่าช้าโดยธรรมชาติในความสัมพันธ์เชิงตรรกะระหว่างสัญญาณอินพุตและเอาต์พุต ยิ่งรอบการสแกนนานขึ้น ความล่าช้าก็จะยิ่งรุนแรงมากขึ้น
นอกเหนือจากเวลาที่ใช้ในขั้นตอนการทำงานหลักสามขั้นตอน ได้แก่ การสุ่มตัวอย่างอินพุต การทำงานของโปรแกรมผู้ใช้ และการรีเฟรชเอาต์พุต แล้ว รอบการสแกนยังรวมถึงเวลาที่ใช้โดยการดำเนินการจัดการระบบด้วย เวลาที่ใช้ในการรันโปรแกรมจะสัมพันธ์กับความยาวของโปรแกรมและความซับซ้อนของการดำเนินการคำสั่ง ในขณะที่ปัจจัยอื่นๆ ยังคงค่อนข้างคงที่ รอบการสแกนโดยทั่วไปจะเป็นไปตามลำดับมิลลิวินาทีหรือไมโครวินาที
ในระหว่างการดำเนินการสแกนครั้งที่ n ข้อมูลอินพุตที่ใช้คือค่าตัวอย่าง X ที่ได้รับในระหว่างขั้นตอนการสุ่มตัวอย่างของรอบการสแกนนั้น ข้อมูลเอาท์พุต Y(n) ขึ้นอยู่กับทั้งค่าเอาท์พุต Y(n-1) จากการสแกนครั้งก่อนและค่าเอาท์พุตปัจจุบัน Yn สัญญาณที่ส่งไปยังเทอร์มินัลเอาท์พุตแสดงถึงผลลัพธ์สุดท้าย Yn หลังจากดำเนินการคำนวณทั้งหมดในระหว่างรอบนี้
ความล่าช้าในการตอบสนองอินพุต/เอาท์พุตไม่เพียงเกี่ยวข้องกับวิธีการสแกนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการจัดการการออกแบบโปรแกรมด้วย