Prinsip operasi dan asas pengaturcaraan PLC

Pengawal Logik Boleh Diprogram (PLC)

Sebelum kemunculan litar logik keadaan pepejal, pembangunan sistem kawalan logik adalah berdasarkan relay elektromekanikal. Sehingga hari ini, relay tidak ketinggalan di destinasi mereka, tetapi dalam beberapa fungsi sebelumnya mereka digantikan oleh pengawal.

Dalam industri moden terdapat sejumlah besar sistem dan proses yang memerlukan automasi, tetapi kini sistem sedemikian jarang dirancang dari relay. Proses pengeluaran moden memerlukan peranti yang diprogramkan untuk melaksanakan pelbagai fungsi logik. Pada akhir tahun 1960-an, syarikat Amerika Bedford Associates telah membangunkan peranti komputer yang dipanggil MODICON (Modular Digital Controller). Kemudian, nama peranti menjadi nama unit syarikat yang direka, dibuat dan dijual.

Syarikat lain mengembangkan versi peranti mereka sendiri, dan pada akhirnya, ia dikenali sebagai PLC, atau pengawal logik boleh atur. Matlamat pengawal diprogram yang dapat meniru operasi sejumlah besar geganti adalah untuk menggantikan relay elektromekanikal dengan unsur-unsur logik.

PLC mempunyai satu set terminal input yang mana anda boleh memantau status sensor dan suis. Terdapat juga terminal output yang menyediakan isyarat "tinggi" atau "rendah" kepada penunjuk kuasa, injap solenoid, contactor, motor kecil, dan peranti pengawasan diri yang lain.

PLC mudah diprogramkan kerana bahasa pengaturcaraan mereka menyerupai logik relay. Oleh itu jurutera elektrikal atau elektrik industri biasa, biasa membaca litar logik tangga, akan berasa selesa ketika mengendalikan PLC untuk melaksanakan fungsi yang sama.

Sambungan isyarat dan pengaturcaraan standard agak berbeza untuk model PLC yang berbeza, tetapi mereka agak serupa, yang membolehkan anda meletakkan di sini pengenalan "umum" pada pengaturcaraan peranti ini.

Ilustrasi berikut menunjukkan PLC mudah, atau sebaliknya, bagaimana ia kelihatan di depan. Dua terminal skru untuk menghubungkan litar PLC dalaman sehingga 120 VAC ditandakan L1 dan L2.

Enam terminal skru terletak di sebelah kiri menyediakan sambungan untuk peranti input. Setiap terminal mewakili saluran inputnya (X). Terminal skru (sambungan "umum") yang terletak di sudut kiri bawah biasanya disambungkan ke sumber arus L2 (neutral) dengan voltan 120 V AC.

Di dalam perumahan PLC yang menghubungkan setiap terminal input ke terminal biasa, terdapat penebat peranti (LED) yang menyediakan isyarat "tinggi" terpencil untuk litar komputer (phototransistor menafsirkan lampu LED) apabila arus silih ganti 120 volt dipasang antara terminal input yang sama dan biasa terminal. LED di bahagian depan PLC memungkinkan untuk memahami masukan yang hidup:

Isyarat keluaran dihasilkan oleh litar komputer PLC, mengaktifkan peranti pensuisan (transistor, thyristor, atau relay elektromekanikal) dan menyambungkan terminal "Sumber" (sudut kanan bawah) ke output yang ditandakan dengan huruf Y. Terminal Sumber biasanya dikaitkan dengan L1. Sama seperti setiap input, setiap output yang bertenaga ditandai dengan LED:

Oleh itu, PLC boleh disambungkan ke mana-mana peranti, seperti suis dan elektromagnet.

Asas pengaturcaraan PLC

Logik moden sistem kawalan dipasang di PLC melalui program komputer.Program ini menentukan output mana yang hidup dan di bawah keadaan input apa. Walaupun program itu sendiri menyerupai litar logik geganti, tidak ada hubungan suis atau gegelung relay yang beroperasi di dalam PLC untuk membuat sambungan antara input dan output. Hubungan dan gegelung ini adalah khayalan. Program ini ditulis dan dilihat menggunakan komputer peribadi yang disambungkan ke port pengaturcaraan PLC.

Pertimbangkan litar berikut dan program PLC:

Apabila suis butang tekan tidak diaktifkan (dalam keadaan mati), isyarat tidak dihantar ke input X1. Selaras dengan program yang menunjukkan input "terbuka" X1, isyarat tidak akan dihantar ke output Y1. Oleh itu, output Y1 akan kekal de-tenaga, dan penunjuk yang disambungkan kepadanya akan dimatikan.

Jika suis butang tekan ditekan, isyarat akan dihantar ke input X1. Semua kenalan X1 dalam program ini akan menganggap keadaan diaktifkan, seolah-olah mereka menyambung kenalan yang diaktifkan dengan membekalkan voltan ke gegelung relay yang dipanggil X1. Dalam kes ini, hubungan terbuka X1 akan "ditutup" dan menghantar isyarat kepada gegelung Y1. Apabila gegelung Y1 bertenaga, output Y1 akan menyala dengan mentol yang disambungkan kepadanya.

Perlu difahami bahawa hubungan X1 dan gegelung Y1 disambung menggunakan wayar, dan "isyarat" yang muncul pada monitor komputer adalah maya. Mereka tidak wujud sebagai komponen elektrik sebenar. Mereka hadir hanya dalam program komputer - sebahagian daripada perisian - dan hanya menyerupai apa yang berlaku dalam litar relay.

Sama pentingnya untuk memahami bahawa komputer yang digunakan untuk menulis dan mengedit program tidak diperlukan untuk penggunaan selanjutnya PLC. Selepas program dimuatkan ke pengawal diprogramkan, komputer boleh dimatikan, dan PLC secara bebas akan melaksanakan arahan program. Kami menyertakan monitor komputer peribadi dalam ilustrasi supaya anda memahami sambungan antara keadaan sebenar (suis penutup dan status lampu) dan status program (isyarat melalui kenalan maya dan gegelung maya).

Kuasa dan fleksibiliti sebenar PLC diturunkan apabila kita mahu menukar tingkah laku sistem kawalan. Oleh kerana PLC adalah peranti yang boleh diprogramkan, kita boleh mengubah arahan yang kita tetapkan tanpa mengkonfigurasi semula komponen yang disambungkan kepadanya. Katakan bahawa kami telah memutuskan untuk menukar fungsi "suis - mentol cahaya" sebaliknya: tekan butang untuk mematikan lampu, dan lepaskannya untuk menghidupkannya.

Penyelesaian masalah ini dalam keadaan sebenar ialah suis, "terbuka" di bawah keadaan normal, digantikan oleh "tertutup". Penyelesaian perisian adalah untuk mengubah program supaya kenalan X1 di bawah keadaan normal adalah "tertutup" dan tidak "terbuka".

Dalam imej berikut, anda akan melihat satu program sudah berubah, dengan suis tidak diaktifkan:

Dan di sini suis diaktifkan:

Salah satu kelebihan untuk melaksanakan kawalan logik dalam perisian, berbanding dengan kawalan menggunakan perkakasan, ialah isyarat input dapat digunakan sebanyak mungkin. Sebagai contoh, pertimbangkan litar dan program yang direka untuk menghidupkan mentol jika sekurang-kurangnya dua daripada tiga suis diaktifkan pada masa yang sama:

Untuk membina litar yang sama menggunakan relay, tiga relay dengan dua kenalan terbuka akan diperlukan di bawah keadaan biasa, setiap yang mesti digunakan. Walau bagaimanapun, dengan menggunakan PLC, kita boleh memprogramkan banyak pin untuk setiap input "X" seperti yang kita mahukan tanpa menambah apa-apa peralatan tambahan (setiap input dan output seharusnya tidak melebihi 1 bit dalam memori digital PLC) dan memanggilnya sebanyak yang diperlukan .

Di samping itu, kerana setiap output PLC menduduki tidak lebih daripada satu bit dalam ingatannya, kita boleh menambah kenalan ke program tersebut, membawa output Y ke keadaan yang tidak diaktifkan. Sebagai contoh, ambil gambar rajah enjin dengan sistem kawalan untuk memulakan dan menghentikan pergerakan:

Suis tersambung ke input X1 berfungsi sebagai butang "Mula", manakala suis yang disambungkan ke input X2 berfungsi sebagai butang "Berhenti". Satu lagi kenalan, dipanggil Y1, seperti percetakan pada kenalan, membolehkan kontaktor motor tetap bertenaga walaupun anda melepaskan butang Mula. Dalam kes ini, anda dapat melihat bagaimana hubungan X2, "ditutup" di bawah keadaan normal, muncul di blok warna, dengan itu menunjukkan bahawa ia berada dalam keadaan "ditutup" ("konduktif elektrik").

Sekiranya anda menekan butang "Start", maka arus akan mengalir melalui kenalan "tertutup" X1 dan ia akan menghantar 120 VAC kepada kontaktor motor. Hubungan Y1 selari juga akan "menutup", dengan itu menutup litar:

Jika kita tekan butang "Start", hubungi X1 akan masuk ke keadaan "terbuka", tetapi motor akan terus berfungsi, kerana hubungan tertutup Y1 masih akan menyimpan gegelung bertenaga:

Untuk menghentikan enjin, anda perlu dengan cepat menekan butang "Berhenti", yang akan melaporkan voltan ke input X1 dan kenalan "terbuka", yang akan menyebabkan penamatan bekalan voltan ke gegelung Y1:

Apabila anda menekan butang "Berhenti", input X1 dibiarkan tanpa voltan, dengan itu memulangkan hubungan X1 ke keadaan "tertutup" biasa. Dalam keadaan apa pun, enjin akan mula berfungsi semula sehingga anda menekan butang Start sekali lagi, kerana cetakan di pin Y1 telah hilang:

Model toleransi terhadap peranti kawalan PLC sangat penting, seperti halnya dengan alat kawalan relay elektromekanik. Selalunya perlu mengambil kira kesan hubungan "terbuka" secara salah dalam operasi sistem. Contohnya, dalam kes kita, jika hubungi X2 secara salah "dibuka", tidak akan ada cara untuk menghentikan enjin!

Penyelesaian masalah ini adalah untuk memprogram semula hubungan X2 di dalam PLC dan sebenarnya tekan butang Stop:

Apabila butang "Berhenti" tidak ditekan, input PLC X2 adalah bertenaga, iaitu hubungi X2 adalah "ditutup". Ini membolehkan motor memulakan operasi apabila arus diberikan kepada terminal X1, dan untuk terus beroperasi apabila butang "Mula" dikeluarkan. Apabila anda menekan butang "Berhenti", hubungi X2 masuk ke keadaan "terbuka" dan enjin berhenti berfungsi. Oleh itu, anda dapat melihat bahawa tidak ada perbezaan fungsi antara model ini dan sebelumnya.

Walau bagaimanapun, jika terminal input X2 telah "dibuka" secara salah, input X2 boleh dihentikan dengan menekan butang "Berhenti". Akibatnya, enjin mematikan segera. Model ini lebih selamat daripada yang sebelumnya, di mana menekan butang "Berhenti" akan menjadikannya mustahil untuk menghentikan enjin.

Sebagai tambahan kepada input (X) dan output (Y) dalam PLC, adalah mungkin untuk menggunakan "hubungan dalaman dan gegelung. Mereka digunakan dengan cara yang sama seperti relay perantara yang digunakan dalam litar relay standard.

Untuk memahami prinsip pengendalian litar dan hubungan "dalaman", pertimbangkan litar dan program berikut yang dibangunkan atas dasar tiga input fungsi logik DAN:

Dalam litar ini, lampu dihidupkan sehingga salah satu butang ditekan. Untuk mematikan lampu, tekan ketiga-tiga butang:

Artikel ini mengenai pengawal logik yang boleh diprogramkan menggambarkan hanya satu contoh kecil keupayaan mereka. Sebagai komputer PLC, ia boleh melaksanakan fungsi lanjutan lain dengan ketepatan dan kebolehpercayaan yang lebih besar daripada apabila menggunakan peranti logik elektromekanik. Kebanyakan PLC mempunyai lebih daripada enam input dan output. Ilustrasi berikut menunjukkan salah satu daripada PLC Allen-Bradley:

Dengan modul, masing-masing mempunyai 16 input dan output, PLC ini mempunyai keupayaan untuk mengawal selusin peranti.Diletakkan dalam kabinet kawalan PLC mengambil sedikit ruang (untuk relay elektromekanikal yang melaksanakan fungsi yang sama, lebih banyak ruang bebas diperlukan).

Salah satu kelebihan PLC, yang tidak boleh diduplikasi oleh relay elektromekanik, adalah pemantauan dan kawalan jauh melalui rangkaian digital komputer. Oleh kerana PLC tidak lebih daripada komputer digital khusus, ia boleh dengan mudah "bercakap" dengan komputer lain. Foto seterusnya adalah perwakilan grafik proses pengisian cecair (stesen pam untuk rawatan air sisa perbandaran) yang dikawal oleh PLC. Lagipun, stesen itu sendiri terletak beberapa kilometer dari monitor komputer.