Toimintaperiaate ja PLC-ohjelmoinnin perusteet

Ohjelmoitavat logiikkaohjaimet (PLC)

Ennen solid-state-logiikkapiirien tulemista loogisten ohjausjärjestelmien kehittäminen perustui sähkömekaanisiin releisiin. Tähän päivään asti releet eivät ole vanhentuneita määräpaikassaan, mutta silti joissakin aikaisemmissa toiminnoissaan ne korvataan ohjaimella.

Nykyajan teollisuudessa on suuri joukko erilaisia ​​järjestelmiä ja prosesseja, jotka vaativat automatisointia, mutta nyt tällaiset järjestelmät suunnitellaan harvoin releistä. Nykyaikaiset tuotantoprosessit tarvitsevat laitteen, joka on ohjelmoitu suorittamaan erilaisia ​​loogisia toimintoja. 1960-luvun lopulla amerikkalainen yritys Bedford Associates kehitti tietokonelaitteen nimeltä MODICON (Modular Digital Controller). Myöhemmin laitteen nimestä tuli sen yrityksen yksikön nimi, joka suunnitteli, valmisti ja myi sen.

Muut yritykset kehittivät omat versionsa tästä laitteesta, ja lopulta siitä tuli tunnetuksi nimellä PLC tai ohjelmoitava logiikkaohjain. Ohjelmoitavan ohjaimen, joka pystyy simuloimaan suuren määrän releiden toimintaa, tavoitteena oli korvata sähkömekaaniset releet logiikkaelementit.

PLC: llä on joukko tuloliittimiä, joiden avulla voit seurata anturien ja kytkinten tilaa. On myös lähtöliittimiä, jotka lähettävät “korkea” tai “matala” signaali tehonilmaisimille, solenoidiventtiileille, kontaktoreille, pienille moottoreille ja muille itsevalvontalaitteille.

PLC: t on helppo ohjelmoida, koska niiden ohjelmointikieli muistuttaa releen logiikkaa. Joten tavallinen teollisuuden sähköasentaja tai sähköinsinööri, joka on tottunut lukemaan tikkaat logiikkapiirejä, tuntuu olonsa mukavaksi ohjelmoitaessa PLC: tä suorittamaan samat toiminnot.

Signaaliliitäntä ja vakio-ohjelmointi eroavat jonkin verran erilaisista PLC-malleista, mutta ovat melko samankaltaisia, mikä antaa sinun sijoittaa tähän “yleisen” johdannon tämän laitteen ohjelmointiin.

Seuraava kuva näyttää yksinkertaisen PLC: n tai pikemminkin sen, miltä se näyttää edestä. Kaksi ruuviliitäntää sisäisten PLC-piirien kytkemiseen 120 VAC: iin saakka on merkitty L1 ja L2.

Kuusi ruuviliittimiä, jotka sijaitsevat vasemmalla puolella, tarjoavat yhteyden syöttölaitteisiin. Jokainen pääte edustaa tulokanavaa (X). Vasemmassa alakulmassa oleva ruuviliitin (”yleinen” liitäntä) on yleensä kytketty L2 (neutraaliin) virtalähteeseen jännitteellä 120 V AC.

PLC-kotelon sisällä, joka yhdistää jokaisen tuloliitännän yhteiseen päätteeseen, on laiteeristin (LED), joka antaa sähköisesti eristetyn “korkean” signaalin tietokonepiirille (fototransistori tulkitsee LED-valon), kun 120 voltin vaihtovirta on asennettu vastaavan tuloliitännän ja yhteisen väliin. terminaali. PLC: n etuosassa oleva LED antaa mahdollisuuden ymmärtää mikä tulo on aktiivinen:

Lähtösignaalit generoidaan PLC-tietokonepiireillä, aktivoimalla kytkentälaite (transistori, tyristori tai jopa sähkömekaaninen rele) ja kytkemällä ”Source” -napa (oikea alakulma) mihin tahansa lähtöön, joka on merkitty kirjaimella Y. Lähdepääte liitetään yleensä L1: ään. Kuten kaikki tulot, jokainen jännitteinen lähtö on merkitty LED: llä:

Täten PLC voidaan kytkeä mihin tahansa laitteeseen, kuten kytkimiin ja sähkömagneetteihin.

PLC-ohjelmoinnin perusteet

Ohjausjärjestelmän moderni logiikka asennetaan PLC: hen tietokoneohjelman kautta.Tämä ohjelma määrittelee mitkä lähdöt ovat aktiivisia ja missä tulo-olosuhteissa. Vaikka ohjelma itsessään muistuttaa relelogiikkapiiriä, PLC: n sisällä ei ole kytkinkoskettimia tai relekeloja, jotka muodostavat yhteyksiä tulon ja ulostulon välille. Nämä koskettimet ja kelat ovat kuvitteellisia. Ohjelma kirjoitetaan ja katsellaan tietokoneella, joka on kytketty PLC-ohjelmointiporttiin.

Harkitse seuraavaa piiri- ja PLC-ohjelmaa:

Kun painokytkintä ei ole aktivoitu (pois päältä), signaalia ei lähetetä tuloon X1. Ohjelman mukaisesti, joka näyttää "avoimen" tulon X1, signaalia ei lähetetä ulostuloon Y1. Täten lähtö Y1 pysyy virrattomana ja siihen kytketty merkkivalo sammuu.

Jos painokytkintä painetaan, signaali lähetetään tuloon X1. Kaikki ohjelman koskettimet X1 saavat aktivoidun tilan, ikään kuin ne olisivat relekoskettimia, jotka aktivoidaan syöttämällä jännitettä X1-nimelle välityskäämiin. Tässä tapauksessa avoin kosketin X1 suljetaan ja lähettää signaalin kelaan Y1. Kun käämi Y1 kytketään jännitteeseen, lähtö Y1 syttyy siihen kytketyllä lampulla.

On ymmärrettävä, että kosketin X1 ja kela Y1 on kytketty johtimilla ja tietokoneen näytössä näkyvä “signaali” on virtuaalinen. Niitä ei ole olemassa kuin todellisia sähkökomponentteja. Ne ovat läsnä vain tietokoneohjelmassa - osassa ohjelmistoa - ja muistuttavat vain relepiirissä tapahtuvaa.

Yhtä tärkeää on ymmärtää, että ohjelman kirjoittamiseen ja muokkaamiseen käytettyä tietokonetta ei tarvita PLC: n jatkokäyttöön. Kun ohjelma on ladattu ohjelmoitavaan ohjaimeen, tietokone voidaan sammuttaa, ja PLC suorittaa itsenäisesti ohjelmakomennot. Sisällytämme piirrokseen henkilökohtaisen tietokoneen näytön, jotta ymmärrät yhteyden todellisten olosuhteiden (kytkimen sulkemis- ja lampputilat) ja ohjelmatilojen (signaalit virtuaalisten kontaktien ja virtuaalikäämien kautta) välillä.

PLC: n todellinen teho ja monipuolisuus paljastetaan, kun haluamme muuttaa ohjausjärjestelmän käyttäytymistä. Koska PLC on ohjelmoitava laite, voimme muuttaa asettamiamme komentoja määrittämättä uudelleen siihen kytkettyjä komponentteja. Oletetaan, että olemme päättäneet kytkeä toiminnon “kytkin - lamppu” päinvastoin: sammuta lamppu painamalla painiketta ja vapauta se kytkeäksesi se päälle.

Ratkaisu tähän ongelmaan todellisissa olosuhteissa on, että kytkin, "auki" normaaleissa olosuhteissa, korvataan "suljetulla". Sen ohjelmistoratkaisu muuttaa ohjelmaa siten, että kosketin X1 on normaaleissa olosuhteissa "suljettu" eikä "avoin".

Seuraavassa kuvassa näet ohjelman, joka on jo muuttunut, kun kytkintä ei ole aktivoitu:

Ja tässä kytkin aktivoidaan:

Yksi loogisen ohjauksen toteuttamisen eduista ohjelmistossa, toisin kuin laitteiston avulla tapahtuvassa ohjauksessa, on, että tulosignaaleja voidaan käyttää niin monta kertaa kuin tarvitaan. Harkitse esimerkiksi virtapiiriä ja ohjelmaa, joka on tarkoitettu lampun kytkemiseen päälle, jos ainakin kaksi kolmesta kytkimestä aktivoituu samanaikaisesti:

Samanlaisen piirin rakentamiseksi relettä käyttäen tarvitaan normaaleissa olosuhteissa kolme relettä, joissa on kaksi avointa kosketinta, jokaista on käytettävä. PLC: n avulla voimme kuitenkin ohjelmoida niin monta nastoa kutakin ”X” -tuloa varten kuin haluaisimme lisäämättä mitään lisälaitteita (jokaisen tulon ja ulostulon tulisi olla enintään 1 bitti PLC: n digitaalisessa muistissa) ja soittamalla heille niin monta kertaa kuin tarvitaan .

Lisäksi koska jokainen PLC-lähtö vie vain yhden bitin muistissaan, voimme lisätä yhteystietoja ohjelmaan, jolloin Y-lähtö on aktivoimattomaan tilaan. Ota esimerkiksi moottorikaavio ohjausjärjestelmällä liikkeen käynnistämistä ja pysäyttämistä varten:

Tuloon X1 kytketty kytkin toimii “Start” -painikkeena, kun taas tuloon X2 kytketty kytkin toimii “Stop” -painikkeena. Toinen kosketin, nimeltään Y1, kuten tulostaminen koskettimelle, antaa moottorin kontaktorin pysyä jännitteisenä, vaikka irrotat Käynnistä-painikkeen. Tässä tapauksessa voit nähdä, kuinka kosketin X2, “suljettu” normaaleissa olosuhteissa, ilmestyy värilohkoon osoittaen siten olevansa “kiinni” (“sähköä johtava”) tilassa.

Jos painat "Käynnistä" -painiketta, virta kulkee "suljetun" koskettimen X1 läpi ja se lähettää 120 VAC moottorin kontaktoriin. Rinnakkaiskosketin Y1 myös "sulkeutuu", sulkeen siten piirin:

Jos painamme nyt "Käynnistä" -painiketta, kosketin X1 siirtyy "avoimeen" tilaan, mutta moottori jatkaa toimintaansa, koska suljettu kosketin Y1 pitää kelan edelleen virran:

Pysäytä moottori, sinun on painettava nopeasti "Pysäytä" -painiketta, joka ilmoittaa jännitteen tulolle X1 ja "avoimelle" koskettimelle, mikä johtaa jännitteen syöttön katkeamiseen käämiin Y1:

Kun painit “Pysäytä” -painiketta, tulo X1 jäi ilman jännitettä, palauttaen siten kosketin X1 normaaliin “kiinni” -tilaan. Älä missään tapauksessa käynnistä moottoria uudelleen, kunnes painat uudelleen Käynnistä-painiketta uudelleen, koska painike Y1 on kadonnut:

PLC-ohjauslaitteiden vikasietoinen malli on erittäin tärkeä, kuten sähkömekaanisten releohjauslaitteiden tapauksessa. Aina on tarpeen ottaa huomioon virheellisesti “avoimen” koskettimen vaikutus järjestelmän toimintaan. Joten esimerkiksi meidän tapauksessamme, jos kosketin X2 avataan virheellisesti, moottoria ei voi pysäyttää!

Ratkaisu tähän ongelmaan on ohjelmoida kontakti X2 PLC: n sisällä ja painaa Stop-painiketta:

Kun ”Pysäytä” -painiketta ei paineta, PLC X2: n tuloon syötetään virta, ts. kosketin X2 on “kiinni”. Tämän avulla moottori voi käynnistyä, kun virta on välitetty liittimeen X1, ja jatkaa käyttöä, kun "Käynnistä" -painike vapautetaan. Kun painat “Pysäytä” -painiketta, yhteyshenkilö X2 siirtyy “auki” -tilaan ja moottori lakkaa toimimasta. Voit siis nähdä, että tämän ja edellisen mallin välillä ei ole toiminnallista eroa.

Jos tuloliitäntä X2 kuitenkin "avattiin" virheellisesti, tulo X2 voidaan pysäyttää painamalla "Stop" -painiketta. Seurauksena on, että moottori sammuu välittömästi. Tämä malli on turvallisempi kuin edellinen, jossa “Stop” -painikkeen painaminen tekee moottorin sammuttamisen mahdotonta.

PLC: n sisääntulojen (X) ja ulostulojen (Y) lisäksi on mahdollista käyttää ”sisäisiä koskettimia ja keloja. Niitä käytetään samalla tavalla kuin vakiorelepiireissä käytettäviä välirelejä.

Ymmärtääksesi “sisäisten” piirien ja koskettimien toimintaperiaatetta, ota huomioon seuraava piiri ja ohjelma, joka on kehitetty loogisen funktion kolmen tulon perusteella JA:

Tässä piirissä lamppu palaa, kunnes yhtä painiketta painetaan. Lampun sammuttamiseksi paina kaikkia kolmea painiketta:

Tämä ohjelmoitavia logiikkaohjaimia käsittelevä artikkeli kuvaa vain pienen näytteen niiden ominaisuuksista. PLC-tietokoneena se pystyy suorittamaan muita edistyneitä toimintoja paljon suuremmalla tarkkuudella ja luotettavuudella kuin käytettäessä sähkömekaanisia logiikkalaitteita. Useimmissa PLC: issä on yli kuusi tuloa ja lähtöä. Seuraava kuva näyttää yhden Allen-Bradleyn PLC: stä:

Moduuleilla, jokaisella on 16 tuloa ja lähtöä, tällä PLC: llä on kyky ohjata tusinaa laitetta.Ohjauskaappiin sijoitettu PLC vie vähän tilaa (samoja toimintoja suorittaville sähkömekaanisille releille tarvitaan paljon enemmän tilaa).

Yksi PLC: n eduista, joita ei yksinkertaisesti voida kopioida sähkömekaanisella releellä, on etävalvonta ja -ohjaus tietokoneen digitaalisen verkon kautta. Koska PLC ei ole muuta kuin erikoistunut digitaalinen tietokone, se voi helposti "puhua" muiden tietokoneiden kanssa. Seuraava valokuva on graafinen esitys nesteen täyttöprosessista (pumppausasema yhdyskuntajätevesien puhdistamiseen), jota PLC hallitsee. Lisäksi asema itsessään sijaitsee muutaman kilometrin päässä tietokoneen näytöstä.