Какой выбрать программируемый логический контроллер: для чего нужен логический контроллер

Особенности конструкции

Большинство контроллеров имеют различное строение. Однако, всем таким приборам присущи следующие общие компоненты:

  • главная (центральная) микросхема. Она регулирует все действия, которые осуществляются между пользователем и механизмом;
  • энергонезависимая аккумуляторная батарея. Нужна для того, чтобы данные при отключении питания не стирались с устройства;
  • часы, показывающие реальное времени. Нужны для правильной синхронизации с другими приборами;
  • интерфейс, принимающий вводные данные, а также осуществляющий передачу выходных данных. Предназначен для упрощения управления устройством;
  • схема, изменяющая напряжение на выходных или входных устройствах.

Схемы работы ОВЕН ПЛК63 с другими приборами

Стоимость решения

Выбор платформы системы управления должен зависеть от разрабатываемого приложения. В зависимости от того, что важнее пользователю, по-разному будет формироваться стоимость решения. Стоимость зависит в основном от следующих факторов:

  • – производительности (вычислительной мощности) системы управления,
  • – возможности расширения системы в процессе использования,
  • – условий среды, в которых будет работать система,
  • – планируемого время внедрения приложения.

Если система управления требует сложных вычислений, обслуживания крупной сети исполнительных устройств и/или датчиков, обработки большого объема данных, решения, основанные на компьютерах, будут более экономичными. Начальная стоимость компьютера в системах управления обычно выше, однако это решение значительно большую производительность, а стоимость растет только тогда, когда действительно будет не хватать (хотя часто это маловероятно) вычислительной мощности. Простые версии программируемых контроллеров намного дешевле компьютеров, но могут стать дороже компьютерных решений по мере роста производительности.

Возможности расширения системы управления зависят о того, можно ли добавлять периферийное оборудование, увеличивать вычислительную мощность или реализовать функции хранения данных. Если не нужны дополнительные  функциональные возможности, тогда необходимость расширения (например, в будущем) низкая. В этой ситуации решение с использованием компьютера будет дороже, чем программируемого контроллера, однако его стоимость по сравнению с ПЛК возрастет незначительно, если окажется, что расширение необходимо.

Стоимость контроллера в связи с его оптимизацией обычно ниже в случае менее требовательных приложений, где возможность расширения не так важна, как прочие аспекты выбора. К сожалению, стоимость приложений резко растет по мере увеличения подсоединенных внешних устройств.
Программируемые контроллеры с самого начала проектировались для работы в сложных промышленных условиях. В случае компьютеров их адаптация к работе в производственной среде обходится значительно дороже, чем в случае программируемых контроллеров.

Время разработки управляющего программного обеспечения (программы, описывающей задачи управления) может существенно повлиять на стоимость всей системы. Стоимость управляющего приложения часто скрыта в цене всей системы, когда она запускается впервые. Интегрируя впервые систему управления на данной аппаратной платформе, пользователь может выбрать два пути: обучить своих сотрудников или нанять фирму, специализирующуюся в подобных решениях. Недостаток первого подхода – более длительное время внедрения приложения; недостаток второго – более высокая стоимость приложения.

Многие инженеры знают языки программирования программируемых контроллеров, описанные в стандарте IEC 61131-3. В этих языках имеется множество встроенных функций, облегчающих реализацию систем управления. Тем самым программируемые контроллеры глобально могут быть более дешевым решением, чем системы управления, основанные на компьютерной технологии, особенно для начинающих и малоопытных пользователей. Время реализации и развитие приложения (а также его стоимость) уменьшается вместе с ростом опыта и знанием пользователей.
В ситуации, когда приложение настолько большое, что требует обширных познаний и высокого уровня подготовки инженеров-программистов, стоимость решений, основанных на программируемых контроллерах и компьютерах класса PC, становится сопоставимой.

Требования, ограничения и проблемы при проектировании и производстве ПЛК

Таким образом, становится понятно, что ПЛК — это просто особым образом спроектированная цифровая система управления на основе процессоров разной мощности и с различной функциональной оснащенностью, в зависимости от предназначения. Такую систему можно также считать специализированным мини-компьютером. Причем она изначально ориентирована на эксплуатацию в цехах промышленных предприятий, где имеется множество источников электромагнитных помех, а температура может быть как положительной, так и отрицательной. Дополнительно к минимизации воздействия вышеуказанных факторов необходимо предусмотреть и защиту от агрессивной внешней среды, включающей пыль, брызги технологических жидкостей и паровоздушные взвеси. В таких случаях предусмотрена установка ПЛК в защитные шкафы или в удаленных помещениях. Отдельные модули могут размещаться на удалении до сотен метров от основного комплекта ПЛК и эксплуатироваться при экстремальных внешних температурах. Согласно МЭК 61131, для ПЛК с наружной установкой допустима температура 5…55°C. Для устанавливаемого в закрытых шкафах ПЛК необходимо обеспечить рабочий диапазон 5…40°C при относительной влажности 10…95% (без образования конденсата).

Тип ПЛК выбирается при проектировании системы управления и зависит от поставленных задач и условий производства. В отдельных случаях это может быть моноблочный ПЛК с ограниченными функциями, имеющий достаточное количество входов и выходов. В других условиях потребуются ПЛК с расширенными возможностями, позволяющими использовать распределенную конфигурацию с удаленными модулями входа/выхода и с удаленными пультами управления технологическим процессом.

Связь между удаленными блоками и основным ядром ПЛК осуществляется через помехозащищенные полевые шины по медным кабелям и оптическим линиям связи. В отдельных случаях, например, для связи с подвижными объектами, применяют беспроводные технологии, чаще всего это сети и каналы Wi-Fi. Для взаимодействия с другими ПЛК могут применяться как широко известные интерфейсы RS-232 и RS-485, так и более помехозащищенные промышленные варианты типа Profibus и CAN.

Pop Hi-Tech

Итак, вы решили изучать программирование ПЛК (Программируемых Логических Контроллеров). С чего стоит начать изучение программирования контроллеров? Какие учебные материалы искать, стоит ли заниматься этим самостоятельно или лучше пойти на курсы, сколько времени займёт обучение и насколько оно будет сложным? Доступно ли программирование ПЛК всем или для этого нужно быть программистом? Как быстро стоит переходить от теории к практике? Мы подготовили ответы на эти и другие вопросы.

1. Для того чтобы начать изучать программирование ПЛК, быть программистом вовсе не обязательно. Достаточно иметь так называемый логический склад ума. Если вы любили математику и информатику в школе — скорее всего, у вас всё получится. 2. Однако определённые навыки и понимание машинной логики все же необходимы. Если вы изучали в школе или институте основы программирование на Паскале, Бейсике или Ассемблере — это значительный плюс. 3. Первые шаги в программировании ПЛК можно и даже лучше всего делать самостоятельно, это позволит изучить основы в комфортном для себя темпе. Учебных материалов о ПЛК и их программировании достаточно много в интернете, а приблизительный план для самостоятельного обучения вы можете найти в этой статье. 4

А вот сразу после изучения основ следует обратить своё внимание на профессиональные курсы и руководства. От своего имени особо рекомендуем видеокурс по Simatic Step 7, который можно купить на сайте https://step7-kurs.ru

Этот курс как нельзя лучше подходит для новичков, в то же время Simatic Step 7 используется для разработки систем автоматизации для ПЛК Simatic — одних из самых популярных и востребованных на сегодня контроллеров. 5. После того как вы сделаете свои первые шаги step 7 — милости просим на специализированные форумы: здесь вы сможете не только «задачки порешать», но и уже начинать подыскивать работу или стажировку. 6. Время, необходимое для изучения программирования ПЛК, — параметр индивидуальный. Однако в любом случае это займёт у вас гораздо меньше времени, чем попытки освоить Java или C#.

Темы, которые стоит изучить самостоятельно до того, как вы приступите к изучению профессиональных курсов (т. е. на этапе самообучения):

1. Требования техники безопасности при работе с ПЛК. Хотя в начале обучения вам, возможно, будет казаться, что эта тема вам не нужна — все же потратьте некоторое время и изучите ТБ работы с ПЛК. Пригодится обязательно. 2. Назначение, функции, принципы работы и конструкция ПЛК. Условия, в которых работают ПЛК и требования к ним. Если вы раньше занимались радиотехническим конструированием — эта тема не составит для вас особого труда. 3. История ПЛК. Необязательная, но весьма интересная часть. 4. Знакомство с основными языками программирования ПЛК согласно стандарту МЭК-61131-3: Sequential Function Chart (SFC), Function Block Diagram (FBD), Ladder Diagrams (LАD), Statement List (STL), Instruction List (IL). 5. Знакомство со средой разработки, лучше всего — с двумя-тремя наиболее популярными. Например, это могут быть CoDeSys и Simatic Step 7. 6. Изучение методики программирования ПЛК. Структуризация программы, вызов подпрограмм, задание циклов и времени работы программы. 7. Основные команды (операторы). К этому моменту вы уже должны были определиться с языком программирования и средой разработки, наиболее симпатичной лично вам. 8. Функции и функциональные блоки. 9.Примеры кода работающих программ. 10. Практикум. При написании собственных программ переходите от элементарных задач к более сложным. На этом этапе нет ничего плохого в том, чтобы использоваться в своих программах части чужого кода, однако старайтесь со временем уменьшать их количество (в процентном выражении).

Применение контроллеров

Современный ПЛК, недорогой и надежный, находит применение в ПИД-регуляторах, счетчиках типа «Меркурий», промышленных устройствах серии DVP. Компактность блоков позволяет встраивать их в бытовую технику, монтировать в щитах и шкафах совместно с прочим электрооборудованием.

Энкодер, подключенный к контроллеру, применяется в автомобилестроении, реагируя на изменение угла поворота руля. Удобно использовать ПЛК при создании комплексов с ЧПУ, автоматизированных систем запуска аварийной откачки сточных вод в канализации. Видеонаблюдение, интегрированное в охранный пост, создаст полноценный обзор зоны наблюдения для оператора.

Все требуемые данные при этом будут сохранены на носителе информации (переданы в сеть), а в случае опасности сигнал тревоги будет подан автоматически. Цепочке контроллеров под силу управлять работой цеха металлообработки, пошивочной мастерской. В домашнем варианте ПЛК без участия человека включит свет, накачает воду из колодца в бак до требуемого уровня.

Ограничения ПЛК

ПЛК имеет ограниченную память, программное обеспечение и периферийные возможности, по сравнению с персональным компьютером ПК. Управление движением (например, робототехника или сложная автоматизированная система) требует огромного количества входов/выходов, требующих дополнительных модулей управление ПЛК или внешней электроники. Тем не менее, стоит отметить, что компьютер способен обрабатывать гораздо большее количество информации, причем быстрее, что может значительно уменьшить физический размер и обеспечить необходимую вычислительную мощность для внедрения систем машинного зрения, управления движением и обеспечить быструю обработку больших потоков данных. Постоянный рост обрабатываемой информации связан с постепенным внедрением некоторыми компаниями промышленных интернет вещей IIoT в производственные линии и промышленные объекты, которые требуют больших вычислительных мощностей.

Оригинальные производители оборудования (англ. original equipment manufacturer OEM) способны увеличить производительность оборудования, позволяя машинам одновременно выполнять несколько операций. Максимально интенсивные И/ИЛИ вычисления критически важных процессов, запущенных одновременно, может привести к перегрузке программируемого логического контроллера. Для уменьшения времени обработки критически важных процессов машины могут использовать несколько вычислительных платформ. Как правило, они включают в себя один или несколько контроллеров движения и один или более наблюдающий процессор, который поддерживает интерфейс оператора для программирования, информации работы машины, сбора данных, функции техподдержки. Однако, использование нескольких процессоров является более дорогим. Новое программное обеспечение, ориентированное на платформы ПК, может помочь решить данную проблему, хотя…

ПК не так надежен и ему трудно «выживать» в промышленных условиях, таких как повышенная запыленность и влажность. Использования ПК с боле сложным программным обеспечением или большим количеством программных опций, занимает гораздо больше времени для обучения обслуживающего персонала. Усовершенствованное программное обеспечение может потребовать наличие программиста для проведения технического обслуживания, а также выполнение ремонтных работ и установки обновлений. Программное обеспечение ПЛК может быть базовым, но имеющие свои проверенные временем стандартные языки, которые могут обеспечить долговечность устройства, несмотря на его скорость и линейный характер.

ПЛК обычно используют в отрасли стандартный набор языков программирования (МЭК 61131-3), в том числе LAD диаграммы. LAD диаграммы строятся по аналогии с электрическими схемами, что позволяет значительно упростить обучение персонала, проведения технического обслуживания и ремонта. В большинстве случаев вполне возможно обойтись без программиста. Другой язык из стандарта МЭК 61131-3 — структурированный текст, который похож на язык «высокого уровня». Тем не менее, использование других нестандартных языков высокого уровня, таких как C ++ или Visual Basic, может быть трудно с ПЛК. Только в последнее время новые программные инструменты позволяли пользователям общаться с ПЛК так, как если бы это был обычный ПК.

Последовательная программа ПЛК сканирует все инструкции в каждом цикле. Цикл сканирования занимает примерно 10 мс или чуть больше. После завершения выполнения всех инструкций программа переходит к следующему сканированию. Если инструкция не выполняется в установленное время, то это вызывает сообщение об ошибке и выполнение программы прекращается. Это программное обеспечение жесткого времени может ограничивать продолжительность программы и любые входные сигналы с частотой менее 100 Гц.

Например, если необходимо обрабатывать сигнал от датчика скорости с номинальными оборотами 1200 об/мин (частота сигнала 1200/60 = 200 Гц), микроконтроллер на базе ПЛК не может корректно измерять скорость используя такой вход. Необходима интеграция специального модуля с декодером или счетчиком на интегральных микросхемах, который преобразует сигнал от датчика в нормально-обрабатываемый микроконтроллером. Такие преобразовательные модули часто используются во многих системах. Также стоит отметить и необходимость модулей вывода на примере управление соленоидом с частотой работы ШИМ в 10 кГц. Для управления таким устройством с помощью ПЛК необходим модуль вывода с ШИМ генератором. Добавление таких модулей увеличивает стоимость системы в 2-3 раза.

Основы программирования ПЛК. Реле и контроллер‌‌

Возможность программирования, безусловно, является главным достоинством систем с ПЛК. Чтобы сделать восприятие процесса предельно понятным, разработчики изобрели визуальное отображение управляющих цепей в виде релейных контактных блоков.

На профессиональном языке такой метод обозначается аббревиатурой LD (logo LAD). В дальнейшем работа ПЛК представляется как взаимодействие отдельных логических элементов. Они выполняют действия таймеров, релейных ячеек, счетчиков. Считается, что благодаря подобной унификации, освоить принципы программирования может каждый. Причем независимо от профильной профессии.

№7 – BBB DACH BOARD Bcr-05

Цена: 1 550 рублей

BBB DACH BOARD Bcr-05 – популярная модель из начального сегмента, которая уже долгие годы получает лишь хвалебные отзывы от пользователей по всему земному шару.

Она имеет полноразмерный монитор, шрифт на котором отличается своими габаритами, за счёт чего показатели скорости и пройденного расстояния легко читаемы даже в солнечный день. Управлять девайсом достаточно просто, так как для это этих целей существует всего лишь одна кнопка.

Решение является универсальным, поэтому пользователь может прикрепить его не только на руль, но и на вынос. К особенностям стоит отнести и тот факт, что магнитный элемент сотрудничает со спицами любого вида. Помимо стандартных значений, которые были указаны выше, девайс умеет отображать разряд аккумулятора, подсчитывать оборот колес и засекать длительность текущей велопоездки.

BBB DACH BOARD Bcr-05

Особенности работы и программирования ПЛК

Теперь, когда стали более понятными основные возможности ПЛК, следует выяснить способы их применения.

Система программирования является одной из примечательных и полезных особенностей ПЛК, она обеспечивает упрощенный подход к разработке управляющих программ для специалистов различного профиля.

Именно в ПЛК впервые появилась удобная возможность программирования контроллеров путем составления на экране компьютера визуальных цепей из релейных контактов для описания операторов программы (рисунок 6). Таким образом, даже весьма далекие от программирования инженеры-технологи быстро осваивают новую для себя профессию. Подобное программирование называют языком релейной логики или Ladder Diagram (LD или LAD). Задачи, решаемые при этом ПЛК, значительно расширяются за счет применения в программе функций счетчиков, таймеров и других логических блоков.


Рис. 6. Пример программной реализации электрической цепи

Задача программирования ПЛК еще более упрощается благодаря наличию пяти языков, стандартизованных для всех платформ ПЛК. Три графических и два текстовых языка программирования взаимно совместимы. При этом одна часть программы может создаваться на одном языке, а другая — на другом, более удобном для нее.

К графическим средствам программирования ПЛК относятся язык последовательных функциональных блоков (Sequential Function Chart, SFC) и язык функциональных блоковых диаграмм (Function Block Diagram, FBD), более понятные для технологов. Для программистов более привычными являются язык структурированного текста (Statement List, STL), напоминающий Паскаль, и язык инструкций (Instruction List, IL), похожий на типичный Ассемблер.

Конечно, простота программирования ПЛК является относительной. Если с программированием небольшого устройства может после обучения справиться практически любой инженер, знакомый с элементарной логикой, то создание сложных программ потребует знания основ профессии программиста и специальных познаний в программировании ПЛК.

Упростить создание программного обеспечения для современных ПЛК позволяют специальные комплексы, такие как

(рисунок 7), ISaGRAF, OpenPCS и другие инструменты, не привязанные к какой-либо аппаратной платформе ПЛК и содержащие все необходимое для автоматизации труда программиста. Для отладки сложных проектов на основе компонентов TI компания предлагает специальные отладочные комплекты и необходимое программное обеспечение.

Рис. 7. Рабочий экран программирования в среде CoDeSys

Перед началом работы ПЛК выполняет первичное тестирование оборудования и загрузку в ОЗУ и ПЗУ операционной системы и рабочей программы пользователя. Стандартный ПЛК кроме рабочего режима имеет режим отладки с пошаговым выполнением программы, с возможностью просмотра и редактирования значений переменных.

Рабочий режим ПЛК состоит из повторяющихся однотипных циклов, каждый из них включает три этапа:

  • опрос всех датчиков с регистрацией их состояния в оперативной памяти;
  • последовательный анализ рабочей программы с использованием данных о текущем состоянии датчиков и с формированием управляющих воздействий, которые записываются в буферные регистры;
  • одновременное обновление контроллером состояния всех своих выходов и начало очередного этапа опроса датчиков.

Процесс исполнения программы ПЛК можно контролировать на экране подключенного компьютера с отображением состояния отдельных параметров. Например, процедуры включения и выключения насоса могут меняться в зависимости от требуемой задержки, значение которой задается специальной переменной.

При необходимости можно остановить выполнение программы и перевести ПЛК в режим программирования, затем на экране компьютера изменить ход выполнения программы или отдельные параметры и снова записать их в память ПЛК.

функция

ПЛК Allen-Bradley

В простейшем случае ПЛК имеет входы, выходы, операционную систему ( прошивку ) и интерфейс, через который можно загрузить программу пользователя. Программа пользователя определяет, как выходы должны переключаться в зависимости от входов.

Операционная система гарантирует, что текущее состояние кодировщика всегда доступно для пользовательской программы. Используя эту информацию, пользовательская программа может переключать выходы, чтобы машина или система функционировали желаемым образом.

ПЛК подключается к машине или системе с помощью датчиков и исполнительных механизмов . Также есть индикаторы состояния. Датчики подключаются к входам ПЛК и передают ПЛК, что происходит в машине или системе. Примеры датчиков: B. кнопки , световые барьеры , инкрементальные энкодеры , концевые выключатели или датчики температуры, датчики уровня и т. Д. Исполнительные механизмы подключаются к выходам ПЛК и дают возможность управлять машиной или системой. Примерами исполнительных механизмов являются контакторы для включения электродвигателей, электрические клапаны для гидравлики или сжатого воздуха, а также модули для управления приводом (управление движением, управление скоростью с управляемым ускорением или замедлением, управление шаговыми двигателями).

ПЛК можно реализовать по-разному, например: B. как единое устройство (« сборка »), как съемная карта ПК, как программная эмуляция и т. Д. Широко используются модульные решения, в которых ПЛК состоит из отдельных подключаемых модулей (также называемых сборками). . Тема управления приводом (управление движением, управление скоростью с управляемым ускорением или замедлением) все чаще ассоциируется с ПЛК.

Во многих областях ПЛК заменил ранее зашитую схему реле ( управление с программированием соединения ). Недорогие сборки, стандартизация задач управления и высокая гибкость являются характерными чертами концепции ПЛК и помогли ПЛК добиться успеха.

В дополнение к основной задаче (контроль и регулирование) современные сборки ПЛК также все чаще берут на себя другие задачи: визуализацию (проектирование человеко-машинного интерфейса ), сигнализацию и запись всех рабочих сообщений (регистрация данных).

Датчики и исполнительные механизмы также все чаще подключаются к ПЛК через полевую шину, а не дискретно. Это снижает затраты на электромонтаж. В течение некоторого времени не только датчики и исполнительные механизмы, но и части ПЛК, такие как модули ввода и вывода, были подключены к центральной станции через шину и (шину) интерфейсные модули ( децентрализованные периферийные устройства ). В современных системах шинные системы заменяются сетями (Profi-Net) или дополняются ими. По сравнению с шинными системами сети (Ethernet) более гибкие и быстрые.

Наконец, растет число подключений к административному компьютеру компании ( вертикальная интеграция ). Так что z. Например, всегда доступны текущие данные о состоянии производства, запасах и т. Д. («Сетевой завод»).

Разница между современным ПЛК и АСУ ТП становится все меньше и меньше. Дальнейшее техническое развитие идет столь же бурно, как и в компьютерных технологиях в целом.

Оцените статью