Что такое программируемый логический контроллер. Как работает ПЛК в промышленной автоматизации. Каковы основные типы и компоненты ПЛК. Какие преимущества дает использование ПЛК на производстве. Как выбрать подходящий ПЛК.
Что такое программируемый логический контроллер (ПЛК)?
Программируемый логический контроллер (ПЛК) — это микропроцессорное устройство, предназначенное для автоматизации технологических процессов в промышленности. По сути, это специализированный промышленный компьютер, который выполняет заданную программу и управляет подключенными к нему устройствами.
Основные функции ПЛК:
- Сбор и обработка информации с датчиков
- Выполнение логических и арифметических операций
- Формирование управляющих сигналов для исполнительных механизмов
- Обмен данными с другими устройствами по промышленным сетям
- Хранение программ и данных в памяти
ПЛК применяются практически во всех отраслях промышленности — от простых станков до сложных технологических линий. Они заменили релейно-контактные схемы управления, обеспечив гибкость, надежность и расширенные возможности автоматизации.
Принцип работы программируемого логического контроллера
Рассмотрим основные этапы работы ПЛК:
- Считывание входных сигналов с датчиков и других устройств
- Выполнение пользовательской программы
- Обновление выходных сигналов для управления исполнительными механизмами
- Диагностика и обмен данными
- Повторение цикла
Этот цикл повторяется непрерывно, обеспечивая управление в реальном времени. Скорость выполнения цикла зависит от быстродействия процессора и сложности программы.
Как происходит программирование ПЛК?
Программирование ПЛК осуществляется с помощью специального программного обеспечения на персональном компьютере. Основные языки программирования ПЛК:
- Ladder Diagram (LD) — язык релейно-контактных схем
- Function Block Diagram (FBD) — язык функциональных блоков
- Structured Text (ST) — структурированный текст
- Instruction List (IL) — список инструкций
- Sequential Function Chart (SFC) — язык последовательных функциональных схем
После написания программа загружается в память ПЛК через специальный интерфейс. ПЛК начинает выполнять загруженную программу сразу после включения питания.
Основные компоненты программируемого логического контроллера
Типовая структура ПЛК включает следующие основные компоненты:
- Центральный процессор (CPU) — выполняет программу и управляет работой всех узлов
- Память — хранит программу и данные
- Модули ввода/вывода — обеспечивают связь с датчиками и исполнительными механизмами
- Блок питания — обеспечивает электропитание всех компонентов
- Коммуникационные интерфейсы — для связи с другими устройствами
- Панель оператора — для местного управления и индикации (опционально)
Модульная конструкция позволяет гибко конфигурировать ПЛК под конкретную задачу. Можно добавлять дополнительные модули ввода/вывода, расширять память, подключать специализированные модули.
Типы программируемых логических контроллеров
ПЛК можно разделить на несколько основных типов:
Компактные ПЛК
Это моноблочные устройства, содержащие в одном корпусе процессор, память, модули ввода/вывода и источник питания. Преимущества:
- Небольшие размеры
- Низкая стоимость
- Простота монтажа
Недостатки — ограниченные возможности расширения. Применяются для автоматизации небольших объектов.
Модульные ПЛК
Состоят из отдельных модулей — процессорного, модулей ввода/вывода, коммуникационных и др. Преимущества:
- Гибкость конфигурации
- Широкие возможности расширения
- Высокая производительность
Применяются для сложных систем автоматизации с большим количеством сигналов.
Распределенные системы ввода/вывода
Модули ввода/вывода располагаются удаленно и связываются с центральным процессором по сети. Преимущества:
- Снижение затрат на кабельные линии
- Повышение надежности
- Удобство обслуживания
Применяются для территориально распределенных объектов автоматизации.
Преимущества использования ПЛК в промышленной автоматизации
Программируемые логические контроллеры имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с релейно-контактными схемами управления:
Гибкость и простота изменения алгоритмов
Изменение алгоритма работы ПЛК требует только перепрограммирования, без изменения аппаратной части. Это позволяет быстро адаптировать систему управления под новые требования.
Компактность
ПЛК занимают значительно меньше места, чем релейные шкафы управления. Это особенно важно при модернизации существующих производств.
Надежность
Отсутствие механических компонентов повышает надежность и увеличивает срок службы. ПЛК могут работать годами без обслуживания.
Расширенные функциональные возможности
ПЛК способны выполнять сложные алгоритмы управления, математические вычисления, обработку аналоговых сигналов. Это позволяет реализовать более эффективные системы управления.
Коммуникационные возможности
ПЛК легко интегрируются в системы АСУ ТП, имеют развитые средства человеко-машинного интерфейса. Это упрощает мониторинг и управление технологическими процессами.
Выбор программируемого логического контроллера
При выборе ПЛК для конкретной задачи автоматизации следует учитывать следующие факторы:
Количество входов/выходов
Сколько датчиков и исполнительных механизмов необходимо подключить? Есть ли перспективы расширения системы? Выбирайте ПЛК с запасом по количеству каналов ввода/вывода.
Быстродействие
Какова требуемая скорость реакции системы? Для задач с высокими требованиями по быстродействию выбирайте мощные процессоры.
Поддерживаемые протоколы связи
Какие интерфейсы и протоколы требуются для интеграции в существующую систему? Убедитесь, что выбранный ПЛК поддерживает все необходимые протоколы.
Условия эксплуатации
В каких условиях будет работать ПЛК? Для тяжелых условий выбирайте защищенные модели с расширенным температурным диапазоном.
Программное обеспечение
Насколько удобна среда программирования? Есть ли готовые библиотеки для вашей отрасли? Оцените программные средства разработки и отладки.
Тенденции развития программируемых логических контроллеров
Рассмотрим основные направления развития технологий ПЛК:
Повышение вычислительной мощности
Современные ПЛК используют мощные многоядерные процессоры, что позволяет реализовывать сложные алгоритмы управления и обработки данных.
Интеграция функций безопасности
Встроенные функции безопасности позволяют создавать системы противоаварийной защиты на базе стандартных ПЛК без использования специализированных устройств.
Развитие коммуникационных возможностей
Поддержка промышленного Ethernet, беспроводных технологий, облачных сервисов расширяет возможности интеграции ПЛК в сложные распределенные системы управления.
Упрощение программирования
Развитие визуальных средств программирования, готовых библиотек и инструментов автоматической генерации кода упрощает разработку приложений для ПЛК.
Миниатюризация
Уменьшение размеров ПЛК при сохранении функциональности позволяет создавать компактные системы управления для встраиваемых приложений.
Программируемые логические контроллеры продолжают активно развиваться, оставаясь ключевым элементом промышленной автоматизации. Понимание принципов работы и возможностей ПЛК позволяет создавать эффективные и надежные системы управления технологическими процессами.
Programmable logic controller
Programmable logic controller Chigin A. S. student, Ulyanovsk State Technical University, UlyanovskKeywords: programmable logic controller, operational control, CoDeSys, electric power industry, PLC program
The controller is the main part of automation in any equipment. A programmable logic controller is a microprocessor device designed to collect, process, transform, store information, generate control commands and operate in real time.
На основе данного микропроцессора может осуществляться управление электронными или релейными схемами, а также системами, основанными на пневматике, гидравлике и механике. В зависимости от сложности программы и размера управляемого объекта зависит размер и тип контроллера.
Контроллер очень похож на обычный персональный компьютер, но гораздо меньший по размеру и с ограниченным набором функций. ПЛК состоит из процессора и оперативной памяти. Может присоединяться дополнительное оборудование в редких индивидуальных случаях. В задачи промышленных микропроцессоров входит сбор информации с датчиков, обработка сигналов по заданной программе, вывод командных сигналов на исполнительные устройства.
В зависимости от назначения ПЛК создают различные вариации:
1. Оперативная память, процессор, входы и выходы объединены в одном корпусе. Это самая распространенная модель ввиду своей простоты и малого размера. Однако такой процессор подойдет лишь для небольших систем.
2. Процессор и оперативная память находятся в одном корпусе, но вместо стандартных входов и выходов контроллер подключен к общей шине управления, к которой подключены все датчики и исполнительные устройства. Такая реализация используется в промышленности, когда нужно контролировать огромное количество систем.
Базовые компоненты ПЛК:
1. Блок питания.
2. Процессорный модуль.
3. Модули ввода и вывода сигналов.
1. Регулирует питание микропроцессора по номинальным параметрам частоты напряжения и тока, осуществляет защиту от перегрузок, перегрева и коротких замыканий.
2. Имеет встроенную память для хранения исполняемой программы.
Может быть подключен к сети для удаленного управления.
3. Может работать с аналоговыми и дискретными сигналами.
В самом начале необходимо загрузить в контроллер необходимую программу, если это не было сделано ранее или изменить ее из-за новых условий работы. Подключив все входы и выходы, включаем микропроцессор. Он начнет выполнение цикла программы:
For citation:
Chigin A. S., Programmable logic controller. Электрооборудование: эксплуатация и ремонт №1 2022. 2022;1.
The full version of the article is available for subscribers of the journal
For citation:
Chigin A. S., Programmable logic controller. Электрооборудование: эксплуатация и ремонт №1 2022. 2022;1.
Full name
Your e-mail
Your phone number
Clicking the «Get Access» button you consent to the processing of your personal data
Your name
Your last name
Your e-mail
Your phone number
Create password
Again password
Remember me
I agree to receive special offers by mail
A verification code has been sent to your phone number.
You can request the code again in seconds.
Verification Code
A verification code has been sent to your phone number.You can request the code again in seconds.
Verification Code
A verification code has been sent to your phone number.You can request the code again in seconds.
Verification Code
Логин
Пароль
Your name:
Your e-mail:
Your phone number:
Message:
This website uses reCAPTCHA spam protection service. Google’s Terms of Service and Privacy Policy also apply to this website
Использовать это устройство?
Одновременно использовать один аккаунт разрешено только с одного устройства.
You can request the code again in seconds.
Verification Code
×
You have been redirected to the English version
Мы перевели вас на Английскую версию сайта
We use cookies
Что такое программируемый логический контроллер (ПЛК)?
Программируемый логический контроллер — это «небольшой промышленный компьютер, изначально разработанный для выполнения логических функций, выполняемых электрическим оборудованием (реле, переключатели и механические таймеры/счетчики)», как определено Национальным институтом стандартов и технологий Министерства торговли США. (НИСТ).
ПЛК были разработаны для управления сложными процессами и используются в системах диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) и распределенных системах управления (DCS).
ПЛК используются практически во всех промышленных процессах.
Каковы преимущества ПЛК?
Согласно NIST, ПЛК имеют программируемую пользователем память для хранения инструкций для определенных функций, включая управление вводом-выводом, логику, синхронизацию, счет, трехрежимное (ПИД) управление, обмен данными, арифметику, а также обработку данных и файлов.
В отличие от SCADA и РСУ, ПЛК обычно не имеют центрального управляющего сервера и ЧМИ и, следовательно, «в основном обеспечивают управление по замкнутому контуру без непосредственного участия человека».
Этот тип автоматизации позволяет инженерам с ограниченными знаниями компьютеров и языков программирования легко управлять системами, поскольку ПЛК обычно считаются интуитивно понятными.
Другими преимуществами, отмеченными NIST, являются то, что ПЛК «выдерживают вибрации, температуру, влажность и шум; и иметь интерфейс для входов и выходов уже внутри контроллера».
Каковы компоненты ПЛК?
В соответствии с NIST компонентами ПЛК являются:
- Процессорный блок или центральный процессор (ЦП) или блок, содержащий микропроцессор, который интерпретирует входные сигналы и выполняет управляющие действия.
- Блок питания, который преобразует сетевое переменное напряжение в низкое постоянное напряжение.
- Программатор, который используется для ввода необходимой программы в память процессора.
- Блок памяти, в котором хранится программа, которая должна использоваться для управляющих воздействий, выполняемых микропроцессором, и данные, хранящиеся на входе для обработки и на выходе для вывода.
- Секции ввода и вывода, где процессор получает информацию от внешних устройств и передает информацию на внешние устройства.
- Коммуникационный интерфейс используется для приема и передачи данных по коммуникационным сетям от или к другим удаленным ПЛК.
Каковы основные типы ПЛК?
Основными типами ПЛК являются компактные ПЛК и модульные ПЛК.
Компактные ПЛК
Согласно BasicPLC входы и выходы компактных ПЛК (I/O) встроены в сам микроконтроллер. Каждый тип ввода или вывода фиксирован, поэтому у него нет возможности расширять модули.
Модульные ПЛК
Модульный ПЛК обычно выглядит как стойка, в которую можно установить несколько модулей. Это позволяет многократно расширять систему и наделяет ПЛК дополнительными функциями, такими как увеличение количества модулей ввода/вывода. Модульные ПЛК обычно проще в использовании, поскольку каждый компонент независим друг от друга, а это означает, что операторы могут устранять неполадки, изолируя модули.
В дополнение к модулям ввода-вывода эти типы ПЛК обычно имеют независимый источник питания, а также модуль связи. Таким образом, модульные ПЛК, как правило, предлагают большую гибкость, чем компактные ПЛК.
Модульный или компактный ПЛК: что лучше?
Среди модульных и компактных ПЛК предпочтение отдается модульному ПЛК, особенно для крупных промышленных систем, поскольку они часто содержат множество устройств ввода-вывода, которыми также необходимо управлять. Факторы, которые часто учитываются при выборе ПЛК, включают масштабируемость, количество входов/выходов, обнаружение неисправностей, время простоя, комбинации модулей и объем памяти.
Программируемый логический контроллер: что такое ПЛК и как он работает…
Межсетевое взаимодействие становится все более важным компонентом современного производственного предприятия. Поскольку производители продолжают инвестировать в интеллектуальные устройства, такие как Industrial IoT, оборудование, подключенное к сети, и аналогичные цифровые инструменты, они должны найти способ связи со своим оборудованием и автоматизировать процессы с минимальным вмешательством человека.
В более традиционных производственных условиях отдельные машины и системы управления напрямую связаны друг с другом. Однако такая установка может быть более сложной и сложной в управлении.
Современные производители обходят это препятствие, устанавливая и используя программируемые логические контроллеры (ПЛК). Вместо физического подключения каждой машины или единицы оборудования непосредственно к соответствующим системам управления производители подключают оборудование к ПЛК, обеспечивая более интегрированное управление производственным процессом.
В этом посте мы обсудим, как программируемые логические контроллеры используются на производственных предприятиях, какие преимущества они дают и как можно использовать Tulip в качестве ПЛК для автоматизации управления процессами машин и цифровых инструментов в ваших операциях.
Что такое программируемый логический контроллер (ПЛК)?
Программируемый логический контроллер — это небольшой компьютер, запрограммированный на выполнение определенных действий или выходных данных на основе получаемых им входных данных, а также набора определенных правил.
ПЛК используются в самых разных коммерческих и промышленных условиях, включая аэропорты, офисные здания, железные дороги и производственные предприятия. В этом посте мы рассмотрим значение ПЛК конкретно в контексте производства.
Подключение вашего оборудования и систем с помощью ПЛК отличается от более традиционного подхода, предполагающего использование систем релейной логики. Хотя электрические реле работают для управления промышленными процессами аналогично ПЛК, они также имеют существенные недостатки, когда речь идет как о настройке, так и об обслуживании.
Поскольку электрические блоки состоят из системы физической проводки, если когда-либо потребуется изменить работу системы, физические соединения должны быть полностью перемонтированы.
Кроме того, если в системе произойдет сбой, ответственный персонал должен будет патрулировать всю систему, чтобы определить причину преобладающей проблемы. В зависимости от сложности системы это может занять значительное количество времени и ресурсов. Вот пример комнаты с электрическим реле для справки.
С появлением твердотельной электроники и микрочипов логика команд, используемая электрическими реле, заменяется программной логикой, что значительно упрощает настройку и обслуживание ПЛК.
Кроме того, ПЛК спроектированы таким образом, чтобы выдерживать более суровые условия, часто встречающиеся в промышленных условиях, что делает их идеальным выбором для производственных помещений.
Принцип работы программируемого логического контроллера
Чтобы понять, как работает ПЛК, необходимо знать его структуру. Он имеет центральный процессор, зажатый между модулями ввода и вывода. ЦП также подключен к устройству программирования, чаще всего к настольному компьютеру.
Производители используют компьютер для программирования ЦП ПЛК. Эта программа предоставляет контроллерам логические шаги для обработки входящих данных.
Заводское оборудование подключается к модулям ввода и вывода в зависимости от желаемого процесса. В некоторых распространенных случаях производители также подключают человеко-машинные интерфейсы (HMI) к модулю ввода.
ПЛК получает входные данные от оборудования и ЧМИ. Затем центральный процессор контроллера запускает логическую программу, чтобы определить тип сигнала, который следует отправить на выходной модуль, чтобы произвести изменение в желаемом оборудовании.
Эта программа может управлять несколькими сложными системами, включая управление клапанами, защитное отключение, температурную модуляцию и другие производственные процессы, требующие тщательного контроля или автоматизации.
Преимущества использования контроллера с программируемым языком
По мере увеличения числа машин на производственных объектах компании прибегают к поиску новых способов автоматизации процессов и оптимизации производства. Рост автоматизации привел к внедрению контроллеров с программируемым языком для подключения и управления различными машинами, устройствами, датчиками и т. д. Некоторые из преимуществ, которые ПЛК предоставляют производителям, включают:
Простое программирование: Как уже говорилось, релейные системы требуют от производителей работы со сложными логическими последовательностями, что усложняет все испытания. ПЛК, с другой стороны, могут быть запрограммированы на основных языках программирования для управления различными промышленными приложениями.
Больше гибкости: Если производителям необходимо настроить свои производственные процессы, они могут легко сделать это с помощью ПЛК. Это связано с тем, что логическую программу можно легко редактировать через подключенный компьютер, что значительно отличается от необходимости разъединять и переподключать всю релейную цепь. Это позволяет упростить устранение неполадок и техническое обслуживание с течением времени.
Повышенная надежность: Чем меньше требований к проводке в автоматизации на основе ПЛК, тем меньше вероятность ненадежных физических соединений. Таким образом, производственные процессы могут протекать более надежно.
Быстрое время отклика: Современным производителям требуется мгновенное реагирование на внутризаводские события. ПЛК управляют оборудованием в режиме реального времени, что позволяет ему немедленно реагировать на вводимые данные.
Например, если температура машины начинает резко повышаться, ПЛК может почти мгновенно остановить машину, чтобы предотвратить более катастрофическое событие.
Физическая надежность: ПЛК имеют прочную конструкцию, что делает их устойчивыми к потенциально экстремальным производственным условиям, таким как жара, пыль и мусор.
Факторы, которые следует учитывать при выборе ПЛК
При выборе программируемых логических контроллеров для автоматизации производства производители должны учитывать некоторые ключевые факторы, прежде чем приобретать ПЛК.
К ним относятся:
Совместимость системы: Производители должны знать, совместим ли выбранный ими ПЛК с их текущими производственными системами. Кроме того, ПЛК также должен быть совместим с заводским напряжением в розетке.
Скорость обработки: ЦП ПЛК должен иметь достаточную скорость обработки для обработки различных процессов и функций на данном объекте.
Количество портов: Разумно убедиться, что ПЛК имеет достаточно входных и выходных портов для удовлетворения заводских требований.
Возможности аналогового ввода/вывода: Некоторые ПЛК могут обрабатывать только простые процессы включения/выключения – дискретные функции.
Однако некоторые производственные операции имеют аналоговые процессы, требующие программируемого логического контроллера, который может обрабатывать непрерывные переменные.Долговечность: Многие производители размещают ПЛК рядом с интересующим их оборудованием. Поэтому важно убедиться, что он может выдерживать промышленные факторы окружающей среды, такие как высокие температуры.
Использование Tulip вместе с программируемыми логическими контроллерами
В последние месяцы Tulip запустила Edge IO, простое в реализации и недорогое периферийное устройство с поддержкой Wi-Fi для сбора операционных данных. Наше устройство Edge IO объединяет данные с различных машин, датчиков и ПЛК с промышленными портами ввода-вывода, а также с подключением через USB.
Используя Edge IO, работники могут изменять программы ПЛК из приложений Tulip, а наше устройство Edge IO можно преобразовать в ПЛК без дополнительных затрат на оборудование.
