Программа плк что это

Программируемый логический контроллер

Программируемый логический контроллер, ПЛК — ЧПУ называется CNC-контроллер .

Первые логические контроллеры появились в виде шкафов с набором соединённых между собой реле и контактов.

Эта схема задавалась жёстко на этапе проектирования и не могла быть изменена далее.

В первых ПЛК, пришедших на замену обычным ЛК, логика соединений программировалась схемой соединений LD (Ladder logic Diagram).

Устройство имело тот же принцип работы, но реле и контакты (кроме входных и выходных) были виртуальными, то есть существовали в виде программы микроконтроллера. В системах управления технологическими объектами логические команды преобладают над числовыми операциями, поэтому за этими процессорами остаётся название ПЛК. В современных логических контроллерах числовые операции реализуются наравне с логическими, но в большинстве приложений по прежнему преобладают логические команды. В программируемых логических контроллерах обеспечивается доступ к отдельным битам памяти, в то время как большинство процессоров и компьютеров обеспечивают только одно-, 2- или 4-байтовую адресацию.

Что такое ПЛК за 90 секунд — Перевод RealPars

ПЛК, как правило, не имеют развитых средств интерфейса, типа клавиатуры и дисплея, устанавливаются в шкафах, их программирование, диагностика и обслуживание производится подключаемыми для этой цели программаторами — специальными устройствами (устаревшая технология) или устройствами на базе PC или ноутбука, со специальным программным обеспечением, а возможно и со специальными интерфейсными платами. В системах управления технологическими процессами ПЛК взаимодействуют с системами человеко-машинного интерфейса: операторскими панелями или рабочими местами операторов на базе PC. Датчики и исполнительные устройства подключаются к ПЛК или централизованно: в стойку ПЛК устанавливаются модули ввода-вывода, подключенные к датчикам и исполнительным устройствам отдельными проводами, или по методу распределённой периферии, когда удалённые от ПЛК датчики и исполнительные устройства связаны с ПЛК общей сетью, например, сетью Profibus с протоколом DP.

• 1 Виды ПЛК
• 2 Языки программирования ПЛК
• 3 Коммуникации
• 4 См. также
• 5 Ссылки
• 6 Литература

Виды ПЛК [ ]

• LOGO! , Zelio Logic , OMRON , Beckhoff , Bнастоящие» PLC
• Распределённые системы управления Языки программирования ПЛК [ ]

Структурно в IEC61131-3 среда исполнения представляет собой набор ресурсов (в большинстве случаев это и есть ПЛК, хотя некоторые мощные компьютеры под управлением многозадачных ОС представляют возможность запустить несколько программ типа softPLC и имитировать на одном ЦП несколько ресурсов). Ресурс предоставляет возможность исполнять задачи. Задачи представляют собой набор программ. Задачи могут вызываться циклически, по событию, с максимальной частотой.

Программа это один из типов программных модулей Коммуникации [ ]

• ProfiBus
• См. также [ ]

• SCADA
• Profibus
• Ссылки [ ]

• ПЛК для АСУТП
• Промышленные контроллеры
• ОВЕН — производитель ПЛК 150 — с RS485 и EtherNet

Литература [ ]

• Мишель Ж. Программируемые контроллеры: архитектура и применение. — М.: Машиностроение, 1986
• Э. Парр. Программируемые контроллеры: руководство для инженера. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. — 516 с. ISBN 978-5-94774-340-1
• Петров И. В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования / Под ред. проф. В. П. Дьяконова. — М.: СОЛОН-Пресс, 2004. — 256 c. ISBN 5-98003-079-4
• Денисенко В. В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. — М: Горячая Линия-Телеком, 2009. — 608 с. ISBN 978-5-9912-0060-8

Источник: cybernetics.fandom.com

Программирование ПЛК (программируемых логических контроллеров). Введение.

Что такое программирование контроллеров?

В данной статье рассмотрим программирование Siemens контроллеров в качестве основного примера, так как данный вид ПЛК является одним из наиболее популярных вариантов. Но для большего понимания раскроем также и ряд других марок устройств и особенности разработки программного обеспечения для них.

Общая информация

Начинающие пользователи часто задаются вопросом, что такое программирование логических контроллеров. На деле программный язык этих устройств идентично логике функционирования обычных реле. Поэтому специалисты, ранее работавшие со схемами релейных принципов с легкостью разберутся с созданием программ для ПЛК.

Подключение сигналов и разработка стандартного программирования может различаться для разных марок и моделей PLC, но при этом в общем понимании они все равно будут обладать схожим набором черт и особенностей. Поэтому можно рассмотреть общие принципы.

Прежде следует разобраться с самим устройством:

• простой промышленный логический контроллер спереди включает 2 винтовые клеммы L1 и L2, которые отвечают за подключение внутренних цепей устройства;
• слева находятся 6 винтовых клемм, которые необходимы для подключения входных приборов. Они представляют собой 6 входных каналов;
• в корпусе расположен оптоизолятор для создания электрически изолированного сигнала для схемы ПК при установке связи между клеммой на входе и общей клеммой. Светодиод на входе отображает ситуацию, какой именно из входов сейчас находится под напряжением;
• сигналы на выходе получаются за счет схемотехники контроллера за счет активизации переключающего устройства. Это позволяет связать клемму с источником с помеченным пользователем буквой Y выходом.

Таким образом, PLC программирование базируется на определении, какие выходы находятся под напряжением и какие при этом присутствуют входные условия. Все программы разрабатываются с помощью ПК, который подключается к порту программирования контроллера.

Для программирования промышленных контроллеров используются специальные системы. Для этого существуют 2 возможных варианта:

• производитель PLC предлагает свою программную среду, которая реализована для работы от конкретного разработчика. Распространяются как на платной, так и на бесплатной основе в зависимости от компании и модели;
• компании по разработке ПО занимаются созданием специальных систем программирования для ПЛК от разных производителей.

Программирование Siemens

Сименс ПЛК программирование может понадобиться в следующих случаях:

• происходит в составе с шкафом автоматики используется для управления различными системами автоматизации разного назначения и типа;
• создание пользовательского интерфейса устройств с дисплеями или с одновременным подключением к панели оператора;
• разработка программ для обработки, архивирования и хранения, а также вывода итоговых показаний с внутренними вычислениями самих PLC и от внешних приборов;
• для организации взаимодействия контроллера с системами формата SCADA;
• реализация в составе объемных систем автоматизации, где в схеме подключено сразу несколько ПЛК;
• реализация функционала по взаимодействию в специальных режимах Slave и Master с промышленным оборудованием через протоколы связи.

Программирование Сименс контроллеров осуществляется в определенных средах. Одной из них является TIA Portal, которая предназначена для организации систем автоматизации разного уровня сложности и включает определенный набор программных компонентов: Simatic Step 7, WinCC, PLCSIM. Функционал:

• разработка конфигурации и отладка компонентов систем;
• создание и наладка коммуникационных сетей;
• разработка программного обеспечения для контроллеров;
• организация панелей операторов Simatic и реализация ЧМИ (человеко-машинный интерфейс).

Например, программирование контроллеров Siemens Logo производится, как и в классическом общем случае, после монтажа и настройки прибора. В данном случае простыми словами процесс представляет собой ввод коммутационной схемы. Перечислим основные этапы:

• для начала с помощью стандартной схемы из руководства следует разобраться с расположением соединительных элементов: входов и выходов;
• далее необходимо разобраться с блоками и их номерами. Блоки — это функции, которые отвечают за преобразование данных на входе в информацию на выходе. Поэтому требуется соединить соединительные элементы с помощью выбора необходимого соединения из меню Co. Самыми простыми блоками становятся логические операции. При вставке блока в программу первому назначается определенный номер, который в дальнейшем используется для отображения связей между блоками;
• создание схемы происходит путем соединения блоков с соединительными элементами. Сам процесс начинается с выхода, которым является или реле или нагрузка, за счет которых происходит управление. На этом этапе нужно подключить выключатели S1-S3 к винтовым клеммам;
• после проектирования схемы необходимо произвести ввод и запуск программы. Для этого PLC Siemens Logo подключается к сети, и включается питание. Затем логический контроллер переключается в режим программирования, где на основании предыдущей схемы организуется нужная программа.

Программирование ПЛК Овен

ПЛК Овен программирование осуществляется на языках МЭК 61131-3. Среди них используются IL, FBD, LD, SFC, ST. Как уже говорилось выше, для этого используются среды от производителя (наиболее подходящий вариант) или стороннее ПО. Если речь идет о продукции Овен, то выбор падает на CoDeSys.

Указанная среда программирования Овен контроллеров помогает спроектировать подходящую программу, а также произвести ее отладку и загрузку в ПЛК. Для использования CoDeSys пользователь должен позаботиться о среде исполнения, которую предоставляет производитель или создает сам разработчик.

Помимо этого программирование Овен контроллеров может производиться с помощью инструмента диспетчеризации предприятия MasterSCADA, который может выступать в качестве подходящей среды для разработки и внедрения нужной программы. Преимуществом варианта становится возможность объединения целого множества ПЛК, которые работают на разных системах.

ПЛК Delta

Программирование ПЛК Дельта осуществляется посредством специального пакета WPLSoft, который не нуждается в большом объеме ресурсов персонального компьютера. Поэтому подходит для использования специалистов разных категорий и является очень простым. Здесь применяются 3 языка: LD, SFC и IL.

Главной особенностью процесса здесь становится создание ступенчатых диаграмм, которые в итоге составляют общую программу. Процесс производится построчно. Этот фактор существенно упрощает разработку ПО для PLC Delta.

Schneider Electric

Программирование ПЛК Шнайдер Электрик может быть выполнено с участием одной из нескольких сред: EcoStruxure Machine Expert, EcoStruxure Machine Expert HVAC, Unity Pro, Zelio Soft. Создание программ используется для тех же целей, что и контроллеров марки Siemens. Наиболее часто предназначены для управления технологическими процессами систем автоматизации следующих видов:

• вентиляционное оборудование;
• системы кондиционирования;
• индивидуальные тепловые пункты;
• осветительные системы;
• управления конвейерными линиями и станками;
• водоподготовка;
• упаковочное оборудование;
• грузоподъемные машины и сопутствующие механизмы.

ПЛК Мицубиси

Программирование ПЛК Mitsubishi организуется с помощью среды GX Works2 нового поколения. Поддерживает следующие языки: IL, LD, SFC, LD, FBD, ST. Среда бывает двух видов GX Works2 и GX Works2 FX. Вторая предназначена для настройки контроллеров серии FX:

Функциональные возможности среды программирования для ПЛК Митсубиси:

• параметризация функциональных модулей;
• применение программных библиотек и специальных функциональных блоков;
• моделирование является встроенным внутрь системы для автономной проверки конфигурации и программ;
• широкий спектр функций для диагностики и отладки;
• возможность восстановления предыдущих версий программ и проведения сравнения с текущими;
• совместимость с рядом проектов GX Developer.

Заключение

Программирование Siemens контроллеров, а также ПЛК Delta, Simatic, Сегнетикс, Мицубиши, Berghoff, Овен, Агава и ряда устройств от других производителей происходит всегда по одной и той же схеме. В начале изучаются особенности самого оборудования и определяются подходящие среда и языки программирования.

Далее на основании руководства пользователя можно самостоятельно начать реализовывать требуемые программы. Для начинающих рекомендуется попытаться создать наиболее простые варианты ПО и только потом переходить к более сложноорганизованным.

Источник: promenter.ru

Программируемые логические контроллеры (плк) и среда их программирования

Программируемый логический контроллер (ПЛК) — законченное изделие, имеющее физические входы, выходы, интерфейсы и человеко-машинный интерфейс.

Отличие ПЛК от контрольно-измерительных приборов заключается в отсутствии жестко прописанного алгоритма работы. За счет этого на ПЛК можно реализовывать практически любые алгоритмы управления, но сам алгоритм управления должен создать непосредственно пользователь контроллера. Для создания алгоритма, его тестирования и записи в контроллер используется среда программирования.

Для программирования контроллеров ОВЕН ПЛК используется среда программирования CoDeSys v.2.3. CoDeSys (используется для программирования контроллеров ОВЕН ПЛК)

Среда CoDeSys разработана немецкой компанией 3S-Software для программирования контроллеров различных производителей. Так, с помощью этой же среды программируются контроллеры Wago, Beckhoff, ABB. Полный список контроллеров, программируемых на CoDeSys приведен в http://www.automation-alliance.com/index-shtmi7aa partner. CoDeSys включает в себя следующие основные компоненты:

• система исполнения;
• среда программирования.

Среда программирования. Графическая оболочка, устанавливается на ПК. Служит для создания проекта, его отладки, и перевода в машинный язык (компилирование). Среда программирования включает:

• редактор, компилятор и отладчик МЭК-проектов;
• поддержку всех 5 языков программирования МЭК;
• средства построения и конфигурирования периферийных модулей ввода/вывода ПЛК (PLC Configuration);
• средства создания визуализации;
• средства коммуникаций (сетевые переменные, ОРС-сервер, DDE-сервер). Среда программирования CoDeSys поставляется в комплекте с контроллером (на CD), для покупателей контроллеров ОВЕН — бесплатно.

Target-файлы (набор файлов целевой платформы) Необходимы для того, чтобы указать среде программирования, для како го типа контроллера пишется проект. Target-файлы содержат в себе системную информацию о подключаемом ПЛК:

• наличие и тип физических входов и выходов контроллера;
• описание ресурсов контроллера;
• расположение данных в МЭК-памяти.

Данная информация используется средой программирования CoDeSys при создании проекта и загрузке его в ПЛК. Каждая модель ОВЕН ПЛК имеет соответствующий набор Target-файлов. Перед созданием проекта необходимо установить Target-файл, соответствующий типу контроллера и прошивке. Target-файлы поставляются на CD в комплекте с ПЛК, а также доступны для загрузки с сайта www.owen.ru. Для инсталляции Target-файлов в среду программирования CoDeSys используется программа InstallTarget, которая устанавливается на ПК вместе со средой программирования CoDeSys. Прошивка. Системное программное обеспечение ПЛК. Управляет работой контроллера на аппаратном уровне (уровень драйверов для аппаратных устройств внутри контроллера — описывает их взаимодействие). Каждый произведенный контроллер изначально имеет прошивку. Новые версии прошивки создаются для внесения исправлений в работу контроллера либо для добавления новых функций. Замена версии прошивки ПЛК может производиться пользователем самостоятельно с помощью стандартного кабеля для программирования, поставляемого в комплекте с ПЛК, и программы перепрошивки, доступной на сайте www.owen.ru. Иногда изменение прошивки влечет за собой необходимость смены Target-файла. Определить версию прошивки и Target-файла можно стандартными средствами ОС Windows — программой «Гипертерминал», либо используя ресурс CoDeSys — PLC Browser. Не рекомендуется изменять прошивку контроллера в отсутствие необходимости. Цикл ПЛК. Программы, написанные для исполнения на ПК и ПЛК, различаются. Исполнение программы в ПЛК происходит циклически. Это означает, что в течение заданного интервала времени (времени цикла ПЛК) система исполнения:

• считывает значения из области входов;
• вызывает и один раз выполняет не обходимую программу (PLC_PRG по умолчанию);
• пройдя алгоритм от начала и до конца, записывает результаты его работы в память выходов.

Затем эти операции повторяются вновь. Время цикла ПЛК зависит от объема и сложности программы ПЛК. Для простой программы время цикла ОВЕН ПЛК составляет 1 мс, для более сложных программ оно может увеличиться. Реальную длительность цикла можно узнать, подключив модуль Statistic в окне PLC Configuration. Время опроса датчиков или подключенных сетевых устройств, а также время изменения состояния выходов не связаны напрямую со временем цикла ПЛК. Работа с интерфейсами, входами и выходами и исполнение цикла ПЛК производятся параллельно. Память входов-выходов (МЭК-память) Выделенная область памяти, предназначенная для хранения данных, поступающих с физических (сетевых) входов или передаваемых на физические (сетевые) выходы контроллера. В начале каждого цикла своей работы ПЛК считывает значения из памяти входов (обозначается %I) и использует в соответствии с пользовательским алгоритмом. В конце цикла полученные (вычисленные) значения записываются в память выходов (обозначается %Q). Запись значений, полученных с физических входов в область входов, и передача значений из области выходов на физические выходы производится параллельно выполнению цикла ПЛК с помощью специальных внутренних драйверов. В зависимости от типа лицензии ПЛК, размер этой области памяти может быть ограничен 360 байтами или не ограничен. Лицензия (размер памяти входов/выходов). Существуют лицензии двух типов:

• L (low) — в ПЛК с такой лицензией есть ограничение на размер памяти ввода/вывода до 360 байт. Это означает, что к такому контроллеру возможно подключение ограниченного количества сигналов с помощью модулей ввода/вывода, панелей оператора и других устройств;
• М (medium) — контроллер с такой лицензией не имеет указанного ограничения, количество подключаемых внешних модулей ограничено лишь пропускной способностью интерфейсов связи.

Выбор типа лицензии необходимо сделать перед приобретением контроллера. Ограничение в контроллерах с лицензией типа L накладывается только на память входов/выходов и ни на что более. Проект (проектCoDeSys). Включает в себя:

• написанные пользователем программы (POU), описывающие алгоритм работы ПЛК;
• конфигурирование периферийного оборудования и драйверов ввода/вы вода (PLC Configurations);
• визуализации процесса управления (Visualizations) и т.д.

Все эти компоненты хранятся в одном файле с расширением *.pro. Проект однозначно связан с версией target-файла. При смене версии target-файла или замене модели ПЛК необходимо внести изменения в проект с тем, чтобы устранить несоответствия между версиями. Языки МЭК (языки программирования контроллеров). Стандартом МЭК предусмотрено 5 языков программирования ПЛК: IL, LD, FBD, ST, SFC. При разработке проекта пользователь может выбрать любой из языков для написания конкретного программного модуля (POU). В рамках одного проекта могут присутствовать программные модули, написанные на разных языках. В CoDeSys поддержаны все 5 языков, а также один дополнительный:

• II (Instruction List) — Список инструкций — язык программирования, напоминающий ассемблер Siemens STEP7. Все операции производятся через ячейку памяти, «аккумулятор», в который программа записывает результаты произведенных действий.

• LD (Ladder Diagram) — Релейные диаграммы -графический язык программирования, использующий принципы построения электрических схем. С помощью элементов «контакт» и «катушка» пользователь собирает схему прохождения сигнала. Язык удобен для реализации логических алгоритмов работы с дискретными сигналами.

• FBD (Functional Block Diagram) -Диаграмма функциональных блоков -графический язык программирования. Все действия и операторы, используемые в данном языке, представляются в виде функциональных блоков (ФБ). ФБ имеют входы и выходы определенных типов, которые могут быть связаны между собой. Помимо стандартных ФБ пользователь может вставлять в алгоритм собственные POU, созданные в рамках данного проекта или реализованные в подключенных к проекту библиотеках. В CoDeSys реализован улучшенный язык программирования с помощью функциональных блоков, получивший обозначение CFC.

• ST (Structured Text) — Структурный текст — текстовый язык программирования, схожий с языком высокого уровня (С, Pascal). Язык ST удобен для реализации сложных вычислений, циклов и условий, для работы с аналоговыми сигналами.

• SFC (Sequentional Functional Chart) — Последовательные функциональные схемы — графический язык, приспособленный для создания последовательности этапов алгоритма работы. Каждый этап реализуется на любом удобном для пользователя языке. Язык удобен для создания алгоритмов управления сложными процессами, имеющими несколько ступеней, написания моделей автоматов.

Визуализация. Специальный редактор, встроенный в среду программирования CoDeSys для создания экранов с пользовательскими мнемосхемами. На экране визуализации можно добавить простые геометрические объекты, кнопки, графики, таблицы, гистограммы, элементы ввода и вывода ин формации. В одном проекте может быть создано несколько окон визуализации, вызываемых с помощью кнопок либо другими способами. Просматривать созданные окна можно:

• с помощью программы CoDeSys HMI. Демо-версия программы устанавливается при установке среды программирования CoDeSys на ПК пользователя;
• для контроллеров, имеющих встроенный дисплей, — непосредственно на дисплее контроллера;
• с помощью любого Web Браузера (Internet Explorer, FireFox. ). Для этого производитель контроллеров должен обеспечить поддержку CoDeSys Web server в своем контроллере.

PLCconfiguration(Конфигурация ПЛК). Специальное окно в среде программирования CodeSys, позволяющее настраивать драйверы ввода/вывода и периферийный обмен по интерфейсам ПЛК. С помощью данного ресурса производится настройка:

• связи ПЛК с модулями расширения, GSM-модемом, панелями оператора или другими устройствами, подключаемыми к контроллеру по сетевым интерфейсам и через поддерживаемые протоколы ОВЕН, Modbus, Modbus TCP и DCON;
• настройка входов и выходов ПЛК для подключения датчиков и исполни тельных механизмов;
• для контроллеров ОВЕН можно настраивать модуль статистики (сервисные данные о контроллере) и модуль архиватора. Полное описание работы с PLC Configuration для контроллеров ОВЕН ПЛК есть на компакт-диске, поставляемом в комплекте с контроллером.

TargetSettings(Настройка целевой платформы). В этом окне CodeSys выбирается целевая (аппаратная) платформа, с которой будет использоваться текущий проект, и задаются настройки выбранной платформы. При создании нового проекта диалог выбора целевой платформы открывается автоматически. Выбор платформ ограничен числом установленных на вашем компьютере наборов файлов целевой платформы (Target-файлов). Выбор платформы определяет базовые параметры генератора кода и функциональность доступных в системе команд. Некоторые параметры целевой платформы доступны для изменения (это определяется производителем контроллера):

• целевая платформа (тип контроллера);
• распределение памяти;
• общие параметры;
• сетевые настройки;
• визуализация.

БиблиотекиCoDeSys Файл с расширением *.lib, содержащий совокупность уже созданных программных модулей. Библиотеки часто содержат следующие программные модули:

• реализованные функции стандартных вычислений (сложение, вычитание, умножение, счетчики времени, триггеры и т. д.);
• реализованные функции сложных алгебраических вычислений (тригоно метрические и логарифмические функции, преобразования типов данных, генераторы сигналов, П-, ПИ-, ПИД-регуляторы, интеграторы, графики);
• реализованные функции, позволяющие работать со специализированны ми и низкоуровневыми функциями контроллера.

Библиотеки могут быть созданы:

• создателем среды программирования CoDeSys (Standart.lib, Util.lib, SysLibTime.lib и т. д.);
• производителем контроллеров (компанией ОВЕН созданы библиотеки PID_Regulator.lib, UNM.lib);
• непосредственно конечным пользователем — пользователь сам может создавать библиотеки, включая в них программные модули, написанные единожды, но которые ему могут в дальнейшем понадобиться.

Элементы библиотек становятся доступны для использования при подключении библиотеки к конкретному проекту. Подключение библиотек производится с помощью ресурса Library manager (Менеджер библиотек). Library Manager (Менеджер библиотек). Служит для подключения в проект библиотек — как стандартных, так и пользовательских. Содержит список всех библиотек, которые связаны с проектом. Взятые из библиотек POU (программные модули), типы данных и глобальные переменные можно использовать так же, как определенные пользователем. Пользовательская память. Встроенная в контроллер память. Объем доступной памяти составляет порядка 3 Мб. Может быть использована пользователем для ведения архивов данных и событий, для хранения исходных файлов проекта, созданного в среде программирования CoDeSys, и любых других файлов. При отключении питания все файлы сохраняются и могут быть выгружены из контроллера при после дующем включении (например, с помощью PLC_IO или PLC Browser). Аппаратные часы реального времени. Встроены в ПЛК. Работают даже при выключенном питании контроллера благодаря встроенному в ПЛК аккумулятору. Дата и время могут быть заданы с помощью PLC Browser или системной библиотеки SysLibTime.lib. Использование значения часов реального времени в работе алгоритма ПЛК также производится с помощью элементов библиотеки SysLibTime.lib. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ (ЭМС) — способность технического средства (ТС) функционировать с заданным качеством в заданной электромагнитной обстановке и не создавать недопустимых электромагнитных помех другим ТС. УСТОЙЧИВОСТЬ К ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ПОМЕХЕ (ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ) — способность ТС сохранять заданное качество функционирования при воздействии на него внешних помех с регламентируемыми значениями параметров. Основные стандарты по электромагнитной совместимости. Приборы ОВЕН относятся к классу оборудования А, предназначенному для применения в промышленных зонах, и проходят обязательное тестирование на помехоустойчивость с учетом требований следующих основных стандартов по ЭМС:

• ГОСТ Р 51317.6.2 (МЭК 61000-6-2) «Устойчивость к электромагнитным помехам технических средств, применяемых в промышленных зонах»;
• ГОСТ Р 51522 (МЭК 61326-1) «Электрическое оборудование для измерения, управления и лабораторного применения».

Источник: studfile.net

ПЛК: всё, что нужно знать о контроллерах

Программируемые логические контроллеры (ПЛК) – это специальные управляющие устройства, которые помогают автоматизировать технологические процессы.

13 июля 2022

Программируемые логические контроллеры (ПЛК) – это специальные управляющие устройства, которые помогают автоматизировать технологические процессы. Их активно применяют на производствах любого масштаба в системах реального времени: сборочные конвейеры, прессовое оборудование, токарные станки, сварочные установки и многое другое. ПЛК представляют собой самостоятельные устройства (в отличие от тех же микросхем), которые работают отдельно от управляемого оборудования. Благодаря развитой системе датчиков и простому принципу работы справиться с их настройкой и дальнейшим использованием может даже начинающий пользователь.

Устройство ПЛК

Для того, чтобы было проще разобраться с устройством и компонентами контроллера, можно разделить его на 3 основные секции – входная, выходная и центральная. Они есть в любой модификации PLC: как в цельных аппаратах, где все секции объединены в одном блоке, так и в распределённых решениях. Последние представляют собой отдельный корпус для процессорного блока и отдельно подключенные (через интерфейсы или шины) модули для ввода/вывода. Это удобно для крупных производств, так как позволяет создать единую сеть с одним ПЛК, но с расположенными по всей территории датчиками.

Входная секция

• дискретные – в этом случае один вход (это 1 бит) может принять только один бинарный сигнал. Если же для описания состояния оборудования одного бита недостаточно, используются несколько дискретных входов. Биты, полученные из дискретных входов, легко читаются и изменяются из оперативной памяти устройства;
• аналоговые – эти входы помогают ввести в ПЛК вольтовые/токовые сигналы, а также термопары (передаются при помощи уровня сопротивления). Благодаря этому устройство получает информацию о значениях температуры, давления, веса, скорости перемещения, частоте оборотов. После попадания в ПЛК аналоговый сигнал всегда преобразуется в дискретное мультибитовое двоичное число;
• специальные – используются в тех случаях, когда появляются трудности в обработке сигналов. С их помощью подсчитываются импульсы, фиксируются фронты, измеряется длительность. Некоторые входы оснащены ещё одной полезной функцией: мгновенный запуск команды пользователя с прерываниями на выполнение основного ПО.

Центральная секция

В эту секцию входит центральный процессор, память и система коммуникаций.

В качестве центрального процессора выступают микропроцессоры – они могут быть как простыми и бюджетными, так и мощными, включая двухъядерные и четырехъядерные. В зависимости от задач клиента подбираются все соответствующие характеристики:

• разрядность. Так, восьмиразрядные микропроцессоры подходят для малопроизводительных ПЛК – с их помощью можно построить межсетевые шлюзы, управлять небольшими технологическими аппаратами, станками. 16- и 32-разрядные МП решают более сложные задачи в высокопроизводительных контроллерах;
• архитектура. Наиболее популярный вариант – RISC-архитектура – предполагает множество регистров и небольшое количество команд одинаковой длины. Благодаря такому сокращённому набору возможно построение эффективных компиляторов и конвейера процесса;
• тактовая частота – основная характеристика производительности микропроцессоров. Частота в МП с одинаковой архитектурой пропорциональна производительности.

Для больших ПЛК возможно наличие сразу нескольких центральных процессоров. Один из них становится «ведущим», а все остальные – «ведомыми».

От ёмкости памяти зависит количество переменных, которые может обработать ПЛК. Память контроллера можно также поделить на несколько видов. ПЗУ используются для хранения редко изменяемой информации, а ОЗУ, наоборот, для постоянно меняющихся значений (результаты промежуточных вычислений или данные диагностики). Не менее важны регистры – самые быстродействующие элементы памяти, которые исполняют элементарные команды процессора.

Таким образом, центральная секция выполняет сразу несколько важнейших задач:

• обрабатывает полученную информацию из модулей ввода и передаёт полученные результаты в модули вывода;
• обменивается данными с промышленной сетью, а также с устройствами для программирования контроллера;
• управляет обменом с памятью.

Выходная секция

С помощью этой секции контроллер управляет подключенными системами. Здесь исполняются все отправленные ПЛК команды, реализуются функции автоматической калибровки/диагностики, преобразуются форматы выводимых данных. Так же, как и во входной секции, выходы разделяются на 3 группы.

В качестве нагрузки дискретных выходов могут выступать силовые пускатели, лампы, соленоиды, индикаторы, пневматические клапаны, реле (самый простой вариант).

Главная задача аналоговых выходов – преобразовать цифровые значения в непрерывный сигнал. Для этого используются 8- или 12-разрядные преобразователи. Их производительности хватает для того, чтобы исправно работать на производстве.

Специальные выходы могут формировать частотно-импульсные или широтно-импульсные сигналы. С их помощью также можно управлять специфическим оборудованием.

Принцип работы ПЛК

Работа ПЛК – это циклический процесс, который состоит из 4 этапов. После того, как устройство включают, оно сразу готово к работе. Изначально системное программное обеспечение проводит «опрос входов», получая всю необходимую информацию. Далее начинает работать авторская программа владельца: контроллер будет выполнять всё, что указал пользователь. После того, как все команды будут выполнены, за работу вновь берётся система.

Подобный принцип работы значительно упрощает деятельность пользователя: для программирования ему достаточно знать, откуда приходит сигнал, и как на него реагировать на выходе.

Основные виды ПЛК

После информации о том, что такое ПЛК, важно понять их отличия между собой и соответствие определённым задачам. Контроллеры разделяют на группы в зависимости от выбранного параметра. Так, уже упоминалось, что конструкция может быть как моноблочной, так и распределённой.

Аппараты также могут иметь разное количество входов/выходов: от нано- (до 16 каналов, устройство имеет встроенные возможности) и малых систем (16-100 входов/выходов) до больших (300-2000 каналов) и сверхбольших моделей (более 2000). Популярным вариантом остаются средние ПЛК – в них представлено от 100 до 300 каналов.

Отдельное разделение существует по сфере использования. ПЛК создаются специально для робототехники, контроля перемещений, позиционирования. Есть универсальные общепромышленные или коммуникационные устройства, а также контроллеры ПИД.

Программирование ПЛК

В прошлом технологам и программистам было довольно трудно взаимодействовать при разработке программного обеспечения: ни один из специалистов не мог доступно объяснить другому особенности своей работы. В связи с этим появились технологические языки программирования – они доступны инженерам и технологам, так как максимально упрощены.

Международная Электротехническая Комиссия разработала стандарт МЭК-61131-3, в котором собраны все передовые технологии в области программирования для автоматизации производственных процессов. К нему можно отнести пять языков программирования:

• Sequential Function Chart (SFC) – переводится как «последовательность функциональных блоков». С помощью этого языка можно последовательно управлять процессом на базе систем условий, передающих управления с одной операции на другую;
• Function Block Diagram (FBD) – «функциональные блоковые диаграммы». При программировании можно использовать наборы библиотечных или собственных блоков;
• Ladder Diagrams (LАD) – в основе лежат релейно-контактные системы. Элементами логики являются обмотки реле, контакты реле, горизонтальные и вертикальные перемычки;
• Statement List (STL) – сложный и продвинутый язык, который позволяет создавать более проработанные программы путём введения мнемонических обозначений команд. Схож с программированием на Ассемблере;
• Instruction List (IL) – текстовый язык программирования, с помощью которого можно добиться оптимизированного кода для реализации критических секторов программ. В основе лежат переходы по меткам и аккумулятор.

Для того, чтобы программировать контроллеры было удобно, в 90-х годах была создана система CoDeSys. Она поддерживает все языки МЭК, не привязываясь к конкретной аппаратной платформе. ПО предлагает широкое разнообразие функций: визуализация, проведение отладки, создание человеко-машинного интерфейса. Бесплатная лицензия и русифицированная версия сделали CoDeSys очень популярной среди отечественных инженеров и технологов.

Как выбрать нужный ПЛК?

Огромное количество преимуществ, модификаций и технических возможностей могут вызывать вопросы у покупателей – на какой конкретно модели следует остановиться. При выборе мы рекомендуем ориентироваться на несколько параметров:

• совместимость с запросами заказчика – контроллер должен полностью соответствовать требованиям владельца, даже если подобная вариация стоит дороже, чем ожидалось. Так, масштабные производства нуждаются в распределённых системах, чтобы охватить большое пространство, в то время как небольшим компаниям подойдут моноблочные ПЛК;
• устойчивость к внешним воздействиям – резкие смены температуры, грязь, пыль, брызги технологических жидкостей, электромагнитные помехи влияют на продолжительность эксплуатации. Избежать преждевременной поломки можно установкой в защитные шкафы, а также изначально грамотным выбором;
• универсальность среды программирования – она должна одинаково хорошо подходить для разных платформ. Переквалификация специалистов займёт гораздо больше времени и средств, чем покупка более дорогого агрегата.

Источник: climatplc.ru

Структура ПЛК (Лекция)

ПЛК представляют из себя микропроцессорное (МПС) устройство, предназначенное для сбора, преобразования, обработки, хранения информации и выработки команд управления. Каждый из них представляет собой вычислительную машину, имеющую некоторое множество входов и выходов.

Рис. 1. Обобщенная структура программируемого контроллера

Контроллер отслеживает изменение входов и вырабатывает программно определенное воздействие на выходах. Обладая памятью, ПЛК в зависимости от предыстории событий, способен реагировать по-разному на текущие события. Такая модель соответствует широко известным конечным автоматам. Однако возможности перепрограммирования, управления по времени, развитые вычислительные способности, включая цифровую обработку сигналов, поднимают ПЛК на более высокий уровень.

Первоначально они предназначались для замены релейно-контактных схем, собранных на дискретных компонентах – реле, счетчиках, таймерах, элементах жесткой логики. Принципиальное отличие ПЛК от релейных схем заключается в том, что все его функции реализованы программно. На одном контроллере можно реализовать схему, эквивалентную тысячам элементов жесткой логики. При этом надежность работы схемы не зависит от ее сложности.

2. Дискретные входы

Один дискретный вход ПЛК способен принимать один бинарный электрический сигнал, описываемый двумя состояниями – включен или выключен. На уровне программы это один бит информации. Кнопки, выключатели, контакты реле, датчики обнаружения предметов и множество приборов с выходом типа «сухой контакт» или «открытый коллектор» непосредственно могут быть подключены к дискретным входам ПЛК.

Состояние некоторых первичных приборов систем промышленной автоматики определяется целым цифровым словом. Для их подключения используют несколько дискретных входов.

Системное программное обеспечение ПЛК включает драйвер, автоматически считывающий физические значения входов в оперативную память. Благодаря этому, прикладному программисту нет необходимости разбираться с внутренним устройством контроллера. С точки зрения прикладного программиста дискретные входы это наборы бит, доступные для чтения в ОЗУ.

Все дискретные входы (общего исполнения) контроллеров обычно рассчитаны на прием стандартных сигналов с уровнем 24 В постоянного тока. Типовое значение тока одного дискретного входа (при входном напряжении 24 В) составляет около 10 мА.

В простейшем случае, для подключения нормально разомкнутого контакта, дискретный вход и сам контакт необходимо подключить последовательно к источнику питания в 24 В. Для питания таких внешних датчиков нужен отдельный источник питания. Иногда источник питания внешнего маломощного оборудования включают в состав ПЛК. Дискретные входы некоторых контроллеров рассчитаны на прием уровней сигналов с напряжениями высокого уровня, в том числе переменного тока (например, в 220. 240 В).

Все современные датчики, базирующиеся на самых разнообразных физических явлениях (емкостные, индуктивные, ультразвуковые, оптические и т.д.), как правило, имеют встроенные первичные преобразователи и не требуют дополнительного согласования при подключении к дискретным входам ПЛК.

3. Аналоговые входы

Аналоговый электрический сигнал отражает уровень напряжения или тока, соответствующий некоторой физической величине, в каждый момент времени. Это может быть температура, давление, вес, положение, скорость, частота и т. д.

Поскольку ПЛК является цифровой вычислительной машиной, аналоговые входные сигналы обязательно подвергаются аналого-цифровому преобразованию (АЦП). В результате, образуется дискретная переменная определенной разрядности. Как правило, в ПЛК применяются 8 — 12 разрядные преобразователи, что в большинстве случаев, исходя из современных требований по точности управления технологическими процессами, является достаточным. Кроме этого АЦП более высокой разрядности не оправдывают себя, в первую очередь из-за высокого уровня индустриальных помех, характерных для условий работы контроллеров.

Для аналоговых входов наиболее распространены стандартные диапазоны постоянного напряжения -10. +10 В и 0. +10 В. Для токовых входов – 0. 20 мА и 4. 20 мА. Особые классы аналоговых входов представляют входы, предназначенные для подключения термометров сопротивления и термопар. Здесь требуется применение специальных технических решений ( трехточечное включение, источники образцового тока, схемы компенсации холодного спая, схемы линеаризации и т. д.). Для достижения хороших результатов измерений должно обеспечиваться высокое качество выполнения монтажа внешних аналоговых цепей.

Практически все модули аналогового ввода являются многоканальными. Входной коммутатор подключает вход АЦП к необходимому входу модуля. Управление коммутатором и АЦП выполняет драйвер системного программного обеспечения ПЛК. Прикладной программист работает с готовыми значениями аналоговых величин в ОЗУ.

Несоответствие физических значений напряжений и токов датчиков уровням входов/выходов контроллера решается применением нормирующих преобразователей или заменой нестандартных датчиков.

4. Специальные входы

Стандартные дискретные и аналоговые входы ПЛК способны удовлетворить большинство потребностей систем промышленной автоматики. Необходимость применения специализированных входов возникает в случаях, когда непосредственная обработка некоторого сигнала программно затруднена, например, требует много времени.

Наиболее часто ПЛК оснащаются специализированными счетными входами для измерения длительности, фиксации фронтов и подсчета импульсов.

Например, при измерении положения и скорости вращения вала очень распространены устройства, формирующие определенное количество импульсов за один оборот – поворотные шифраторы. Частота следования импульсов может достигать нескольких мегагерц. Даже если процессор ПЛК обладает достаточным быстродействием, непосредственный подсчет импульсов в пользовательской программе будет весьма расточительным по времени. Здесь желательно иметь специализированный аппаратный входной блок, способный провести первичную обработку и сформировать, необходимые для прикладной задачи величины.

Вторым распространенным типом специализированных входов являются входы способные очень быстро запускать заданные пользовательские задачи с прерыванием выполнения основной программы – входы прерываний.

5. Дискретные выходы

Один дискретный выход ПЛК способен коммутировать один электрический сигнал. Также как и дискретный вход, с точки зрения программы это один бит информации.

Нагрузкой дискретных выходов могут быть лампы, реле, соленоиды, силовые пускатели, пневматические клапаны, индикаторы и т. д.

Простейший дискретный выход ПЛК выполняется в виде контактов реле. Такой выход достаточно удобен в применении и прост. Однако он обладает характерными недостатками всех реле – ограниченный ресурс, низкое быстродействие, разрушение контактов при работе на индуктивную нагрузку. Альтернативным решением дискретного выхода является электронный элемент – например, схема с открытым коллектором. Наиболее широким спросом пользуются дискретные выходы средней мощности (до 1А, 24В).

Практика эксплуатации доказала нецелесообразность сосредоточения в корпусе ПЛК большого числа силовых коммутирующих элементов. При необходимости управления сильноточными нагрузками применяются выносные устройства коммутации. Таким образом, установка силовых коммутирующих приборов осуществляется максимально близко к нагрузке. В результате, сокращается длина силовых монтажных соединений, снижается стоимость монтажа, упрощается обслуживание, уменьшается уровень электромагнитных помех.

6. Системное и прикладное программное обеспечение

Программное обеспечение универсальных контроллеров состоит из двух частей. Первая часть это системное программное обеспечение. Проводя аналогию с программным обеспечением ЭВМ можно сказать, что оно выполняет функции операционной системы, т.е. управляет работой узлов контроллера, занимается организацией их взаимосвязи, внутренней диагностикой. Системное программное обеспечение ПЛК расположено в постоянной памяти в адресном пространстве центрального процессора и всегда готово к работе. По включению питания, ПЛК готов взять на себя управление системой уже через несколько миллисекунд.

Другая часть программного обеспечения универсальных контроллеров это прикладные программы управления конкретным процессом. Эти программы создаются разработчиком системы управления.

7. Рабочий цикл ПЛК

ПЛК работают циклически по методу периодического опроса входных данных. Рабочий цикл ПЛК включает 4 фазы:

2. выполнение пользовательской программы,

3. установку значений выходов,

4. некоторые вспомогательные операции (диагностика, подготовка данных для отладчика, визуализации и т. д.).

Выполнение 1 фазы обеспечивается системным программным обеспечением. После чего управление передается прикладной программе, а по ее завершению управление опять передается системному уровню. За счет этого обеспечивается максимальная простота построения прикладной программы – ее создатель не должен знать, как производится непосредственное управление аппаратными ресурсами.

Прикладная программа имеет дело с одномоментной копией значений входов в памяти. Внутри одного цикла выполнения программы, значения входов можно считать константами. Такая модель упрощает анализ и программирование сложных алгоритмов.

Очевидно, что время реакции на событие будет зависеть от времени выполнения одного цикла прикладной программы. Определение времени реакции – времени от момента события до момента выдачи соответствующего управляющего сигнала – поясняется на рис 1.19.

Рис. 2. Рабочий цикл программы ПЛК

В технических характеристиках ПЛК приводится типовое время рабочего цикла. При его измерении пользовательская программа должна содержать 1К логических команд (на языке IL ( STL ) МЭК 61131-3). Сегодня ПЛК имеют типовое значение времени рабочего цикла, измеряемое единицами миллисекунд и менее. События, требующие быстрой реакции, выделяются в отдельные задачи – задачи обработки прерываний, приоритетность и период выполнения которых можно изменять.

8. Языки программирования ПЛК

На сегодняшний день ПЛК на 90 % являются программным продуктом. Для их программирования в настоящее время используются специализированные языки. Специализация языков ПЛК заключена в упрощении их применения и приближении к предметной области. Контроллеры обеспечиваются средствами визуального прикладного проектирования.

Источник: mc-plc.ru