Programmējamie loģiskie kontrolieri ir rūpnieciskās automatizācijas pamatā, jo tie ļauj precīzi kontrolēt un regulēt mašīnas un procesus. Tie nodrošina elastību, uzticamību un efektivitāti daudzos lietojumos. Sīkāku informāciju un atbildes uz biežāk uzdotajiem jautājumiem var atrast mūsu bieži uzdoto jautājumu sadaļā.
Elektriskās un mehāniskās sistēmas ir automatizētas gandrīz visās procesu tehnoloģiju ražotnēs. Kā piemērus var minēt komponentu automātisko vadību, pamatojoties uz slēdža pozīciju vai pēc noteikta laika. Dažkārt ir nepieciešamas tikai vienkāršas bināro saiknes, tomēr bieži vien ir nepieciešama sarežģīta secības kontrole. Automatizācijai parasti izmanto programmējamus loģiskos kontrollerus (PLC).
Programmējamo loģisko kontrolieri / PLC var uzskatīt par nelielu datoru, kas veic izejas, pamatojoties uz ievades datiem un operācijām. PLC sastāv vismaz no centrālā procesora (CPU) un ievades/izvades moduļiem (I/O moduļi). I/O moduļi parasti ir savienoti ar centrālo procesoru, izmantojot sistēmas kopni, kas tiem nodrošina arī spriegumu.
JUMO variTRON 500 centrālais procesors ar PLC funkcionalitāti, ieejas/izejas moduļiem un tīmekļa paneli (aizmugurē)
PLC ir pieejami dažādās versijās, kas atšķiras pēc funkcionalitātes un pielietojuma:
Šie kontrolieri ir integrēti vienā korpusā. Tajos ir visi nepieciešamie komponenti, piemēram, CPU, ieejas/izejas un sakaru saskarnes. Tie ir ideāli piemēroti mazākiem lietojumiem ar minimālām prasībām attiecībā uz vietu.
Šīs sistēmas sastāv no centrālā CPU un atsevišķiem ieejas/izejas moduļiem, kurus pēc vajadzības var pievienot vai noņemt. Tās nodrošina elastību un paplašināšanas iespējas sarežģītākiem lietojumiem. Tas attiecas arī uz JUMO variTRON saimes automatizācijas sistēmām, pat ja to funkcionālais diapazons ir daudz plašāks nekā standarta PLC.
Šie kontrolieri ir īpaši izstrādāti drošībai kritiskiem lietojumiem un atbilst stingriem drošības standartiem. Tos izmanto jomās, kur cilvēku un iekārtu aizsardzība ir galvenā prioritāte.
Signāli no slēdžiem, sensoriem utt. tiek pārraidīti uz centrālo vienību ar ieejas moduļu palīdzību, tādējādi tie kļūst pieejami PLC kontrolierim. Piemēri signāliem no instalācijas ir atbilstoši galveno slēdžu, termostatu, plūsmas sensoru un līmeņa sensoru stāvokļi, kā arī atbilstošas mērījumu vērtības no temperatūras, spiediena vai mitruma sensoriem. PLC kontrolieris apvieno signālus un ģenerē rezultātu, kas tiek nodots izvades moduļiem. Piemēram, releji tiek izmantoti elektromagnētisko vārstu un motoru aktivizēšanai. Tādējādi PLC kontroliera funkcionalitāte tiek realizēta centrālajā apstrādes vienībā, kas darbojas kā vadības centrs.
Pirms PLC ieviešanas vadības sistēmas tika īstenotas, savstarpēji savienojot relejus un laika relejus. Šādai kontrolei bija nepieciešams ievērojams materiālu daudzums, un funkciju varēja mainīt, tikai mainot shēmas. Turklāt sistēmas bija pakļautas darbības traucējumiem, un problēmu novēršana prasīja daudz laika. Pirmo PLC uzdevums bija aizstāt šos releju tīklus.
Visi ieejas signāli tiek cikliski apstrādāti ar PLC programmu un sasaistīti programmā. PLC programmēšanai ir pieejamas tādas izstrādes vides kā CODESYS, kas nozīmē, ka programmas tiek izstrādātas CODESYS un pēc tam pārsūtītas uz PLC.
PLC var programmēt dažādās programmēšanas valodās, kas definētas IEC 61131-3 standartā. Tādējādi programmētājs var izvēlēties programmēšanas valodu, kas vislabāk atbilst attiecīgajām prasībām.
Kāpņu loģikas programmēšanas valoda, kas tiek lietota kopš pagājušā gadsimta 60. gadiem, ir piemērota releju tīklu aizstāšanai. Tā ir senākā zināmā programmēšanas valoda. Tās programmas attēlojums ir līdzīgs elektrisko ķēžu attēlojumam.
Iedomājieties ļoti vienkāršu lietojumprogrammu, kurā ieejas modulis iegūst robežvērtības slēdža stāvokli tvertnē un 2 spiedpogu stāvokli. Attiecīgie stāvokļi ir pieejami PLC programmā, izmantojot mainīgos ar nosaukumiem “LevelBelowTheLimit”, “PushbuttonLeft” un “PushbuttonRight”. Sūknis tiek vadīts, izmantojot izejas moduļa releju. Programmā tas tiek adresēts ar nosaukumu “PumpActivated”). Sūknis jāaktivizē tikai tad, kad ir nospiesti abi spiedpogas taustiņi (abi - drošības apsvērumu dēļ) un punkta līmenis ir nokrities zemāk. Vienkāršā programma kāpņu loģikas programmēšanas valodā CODESYS parādās šādi:
Programmas piemērs kāpņu loģikā
Varat redzēt līdzīgu struktūru kā shēmas shēmā, kas sastāv no slēdžiem/nospiežamajiem pogām un relejiem. Kad programma ir izveidota, tā tiek pārsūtīta uz PLC un pārbaudīta. Pēc tam CODESYS izstrādes vide vairs nav nepieciešama.
Ļoti agri kāpņu loģikas programmēšanas valodā bija pieejami laika elementi, kas ļauj atlikt ieslēgšanu/izslēgšanu vai aktivizē to izeju uz noteiktu laiku pēc aktivizēšanas. Piemēram, ir pieejams funkcionālais bloks ar apzīmējumu TON. Tas aktivizē savu izejas signālu tikai tad, kad tā ieeja ir aktivizēta uz minimālo laiku. Ja, piemēram, sūknis jāaktivizē, kad pogas ir nospiestas vismaz 5 sekundes, mazā programma jāmaina šādi:
Modificēta parauga programma kāpņu loģikā
Standarta funkciju moduļos ietilpst arī RS flip-flopi, skaitītāji, laika elementi (piemēram, ieslēgšanas un izslēgšanas aiztures) un malu detektori. Standarta programmēšanas aprīkojumā ietilpst arī matemātiskie operatori.
Vēl viena ļoti līdzīga valoda ir uz tīklu orientēta funkciju bloku diagramma. Šajā valodā neliela programma ir strukturēta šādi:
Programmas piemērs funkciju bloku diagrammā
CFC (nepārtraukta funkciju diagramma) ir funkciju bloku diagrammas turpinājums, kas ļauj brīvi izvietot elementus. Citādi CFC ir ļoti līdzīga pēc izskata. Programmēšanas valoda ir ļoti izplatīta. Tajā programma izskatās šādi:
Programmas piemērs nepārtrauktu funkciju diagrammā
Mūsdienās salīdzinoši reti lietota valoda ir instrukciju saraksts (IL), kas ir ļoti līdzīga programmēšanas valodai asemblerim. Katra IL instrukcija galvenokārt balstās uz vērtību ielādēšanu akumulatorā, kas notiek, izmantojot instrukciju LD. Pēc tam tiek veikta attiecīgā operācija ar pirmo parametru no akumulatora. Šīs operācijas rezultāts tiek atgriezts akumulatorā. Mazās programmas instrukciju saraksta struktūra ir šāda:
Programmas piemērs instrukciju sarakstā
Vēl viena programmēšanas valoda ir ST kods (strukturēts teksts). ST kods ir uz tekstu balstīta programmēšanas valoda, kas ļauj veikt sarežģītus vadības uzdevumus. Tās sintakse ir līdzīga Pascal programmēšanas valodai. Tā ļauj izmantot mainīgos, funkcijas, cilpas un nosacījuma izteikumus. ST kods ir īpaši piemērots sarežģītu procesu secību un matemātisku aprēķinu programmēšanai. Tas ļauj strukturēti un skaidri programmēt, kas atvieglo vadības programmu uzturēšanu un tālāku izstrādi. ST koda parauga programmai ir nepieciešamas tikai 2 rindas:
Programmas piemērs strukturētā tekstā
Sekvences funkciju diagrammu valoda ir ideāli piemērota sekvences vadības īstenošanai. Iedomājieties termiskās apstrādes iekārtu, kurā apstrādājamais materiāls tiek ievests iekārtā ar lentes konveijera palīdzību. Pirmie 3 soļi ir šādi
Programmās, kas rakstītas secīgu funkciju diagrammā, atsevišķi soļi (piemēram, sildīšana un iekraušana) ir savstarpēji saistīti ar pārslēgšanas nosacījumiem vai pārejām. Programmas pirmie 3 soļi (+ BasicPosition), kas nepieciešami piemēra lietojumam, secīgās funkciju diagrammas valodā izskatās šādi:
Procesa posmu sasaiste secīgajā funkciju diagrammā
Katram solim var definēt programmas, bet tās tiek izpildītas tikai tad, kad attiecīgais solis ir aktīvs. Apstrāde sākas ar soli “BasicPosition”. Šim solim netiek saglabāta neviena programma, tāpēc netiek veikta nekāda darbība.
Visiem turpmākajiem soļiem tiek definētas atsevišķas programmas (piemēram, kāpņu diagrammā). Ja no “BasicPosition” tiek nospiesta starta poga, tiek aktivizēts solis “Sildītājs”, lai siltuma ģenerators tiktu aktivizēts ar saglabāto programmu. Šis solis ir aktīvs, līdz sildītāja temperatūra sasniedz 200 °C un kļūst aktīvs solis “Atvilkt”. Programma solī “Atvilkt” aktivizē atbilstošo durvju un jostas dzinēja vadību.
Attiecīgi tiek pievienoti turpmāki soļi ar pārejām. Pēdējā pāreja atkal aktivizē soli “BasicPosition”.
Viena no galvenajām PLC funkcijām ir procesu automatizācija, kam nepieciešama programmēšana kādā no iepriekš minētajām programmēšanas valodām. Tomēr mūsdienu PLC ir automatizācijas universāli produkti, un tie piedāvā daudz vairāk:
