ПЛК и как они работают

    Термином "промышленный контроллер" обозначают специализированное микропроцессорное устройство со встроенным аппаратным и программным обеспечением, которое используется для выполнения функций управления технологическим оборудованием. После изобретения микропроцессов их развитие определялось классом задач, для которых они использовались. Таким образом, появилось три ветви генеалогического дерева микропроцессоров: ПЛК, регуляторы и ЭВМ. Прародителями ПЛК были релейные схемы автоматики. Это "родство" до сих пор проявляется в виде жесткой цикличности выполнения программы и своеобразного языка программирования, языка "релейно-контактных схем" или "лестничной логики". Микропроцессорные регуляторы предназначены для управления непрерывными технологическими процессами. Наиболее массовое распространения получили ПИД-регуляторы, которые реализуют один или несколько контуров регулирования. Эти устройства до сих пор не потеряли актуальность в простых системах управления. ЭВМ или компьютеры стали наиболее распространенным и многообразным классом микропроцессорных систем. С появлением РС применение компьютеров для целей управления технологическими устройствами приобрело массовый характер. Для обозначения этого класса систем появился термин SoftPLC или PC.based control.

     Наиболее популярными и широко распространенными являются "классические" ПЛК.

    В последнее время очевидна тенденция к взаимному проникновению двух идеологий построения систем автоматики друг в друга. Среди компьютерных систем управления появляются пакеты программирования, позволяющие разрабатывать алгоритмы работы для РС-совместимой техники на стандартных для ПЛК языках, например Entivity Studio. И, наоборот, среди классических серий контроллеров появляются процессорные модули со встроенной операционной системой Windows, и, соответственно, с возможностями программирования средствами Visual Studio, с использованием таких стандартных для компьютерных систем интерфейсов как DDE и OPC внутри контроллера.

    ПЛК в общем виде состоит из двух основных блоков: процессорного модуля и системы ввода/вывода внешних сигналов. Процессорный модуль управляет всей логикой работы ПЛК и делится на процессор и память.

    Система ввода/вывода физически подключается к, так называемым, полевым устройствам (реле-усилители, выключатели, пускатели, датчики и т.д.) и обеспечивает интерфейс между процессорным модулем и информационными (входами) и управляющими (выходами) каналами.

    При работе процессор "читает" входные данные с подключенных полевых устройств с помощью своих входных интерфейсов, и затем выполняет управляющую программу, которая загружена в память процессорного модуля. Программы обычно разрабатываются на языке релейной логики, который очень похож на схемы релейной автоматики, и должны быть загружены в память контроллера до начала его работы.

    Наконец, на основании программы ПЛК "записывает" или обновляет управляющие выходы через выходные интерфейсы. Этот процесс, называемый циклом сканирования, постоянно выполняется в одной и той же последовательности без остановки и изменяется только когда, когда вносятся изменения в управляющую программу.  

Дискретные приложения

     ПЛК обычно управляют машинами или процессами последовательными по своему происхождению, используя "дискретные" входы и выходы для определения состояния объекта. Например, если концевой выключатель определяет наличие детали, то он переходит в состояние "ВКЛЮЧЕНО", а если не обнаруживает деталь, то выдает сигнал "ВЫКЛЮЧЕНО".

    Машина или устройство постоянно выполняет предопределенные последовательные действия либо на основании событий, либо по истечению заданного времени. Предполагаемая последовательность действий обычно прерывается только тогда, когда возникает аварийная ситуация.

    Именно для подобных применений появились первые системы автоматики на базе релейных схем, а на смену им пришли первые ПЛК.  

Приложения для управления процессами

     ПЛК может также управлять непрерывными процессами, т.е. принимать и выдавать аналоговые сигналы. Например, температурный датчик выдает изменяющийся переменный сигнал 0-10 В на основании измерения фактической температуры. Программа контроллера постоянно отслеживает данные от датчика и обслуживает оборудование, которое может быть также аналоговым по своему происхождению. Примером подобного устройства может служить клапан с диапазоном открытия задвижки от 0 до 100%, управляемый через аналоговый выход контроллера 4-20 мА, или управление скоростью двигателя. Подобные применения называют также непрерывными приложениями, поскольку они обычно не имеют определенного начала или конца. Как только подобный алгоритм инициализируется, ПЛК должен поддерживать обслуживаемый процесс в "устойчивом" состоянии.   

ПЛК сегодня

     Технологии производства ПЛК постоянно развиваются в последнее время. Однако, следует отметить, что развитие ПЛК идет более медленно, чем в компьютерной технике, в связи с традиционно осторожным подходом к промышленным системам и более тщательной проверкой и отладкой используемого фирменного программного обеспечения контроллеров. Сегодняшний ПЛК - это более быстрое время сканирования, компактные системы ввода/вывода, стандартизированные средства программирования и специальные интерфейсы, позволяющие подключать нетрадиционные устройства автоматики непосредственно к контроллеру или объединять разное оборудование в единую систему управления. ПЛК могут не только связываться с другими управляющими системами, но также могут формировать отчет о функционировании, диагностировать свои собственные ошибки, а также ошибки в работе оборудования или процесса.

    Для классификации современных ПЛК обычно используют количество входов/выходов, а также указывают некоторые конструктивные характеристики и типы приложений, в которых данный контроллер может использоваться. Нано- и микро-, немодульные мини-ПЛК (также известные как моноблочные) обычно имеют меньшую память и малое число входов/выходов в фиксированных конфигурациях. Модульные ПЛК имеют каркасы или стойки для установки в них многочисленных модулей ввода/вывода и могут использоваться для более сложных приложений.   

Как правильно выбрать ПЛК?

     Выбор наиболее эффективного ПЛК для Вашего приложения зависит от множества факторов. Для начала неплохо иметь схему автоматизации машины или процесса. Схема поможет идентифицировать полевые устройства и физические требования к расположению аппаратуры. Со схемой Вы сможете определить количество аналоговых и/или дискретных устройств.

    Как только требования к полевым устройствам и расположению аппаратуры будут определены, Вы сможете подобрать контроллер, который удовлетворит Ваши требования.  

Из чего выбирать

Спектр продукции, предлагаемой сегодня, чрезвычайно широк. Все они построены по магистрально-модульному принципу, монтируются на панель или DIN-рейку, работают от напряжения +24 В, поддерживают протоколы обмена Fieldbus, имеют широкий набор модулей: 

• · модули дискретных входов/выходов;
• · коммуникационные модули;
• · модули аналогового ввода/вывода;
• · модули терморегуляторов;
• · модули позиционирования;
• · модули ПИД-регулятора;
• · модули контроля движения.