Сейчас ни одно производство не обходится без АСУ ТП — автоматизированной системы управления технологическим процессом. Для ее внедрения используют специальное электрооборудование. Типичный пример — PLC (programmable logic controller).
Что это такое
ПЛК или программируемый логический контроллер — это электронное устройство для автоматизации технологических процессов. Такова расшифровка аббревиатуры. Система выполняет функции сбора информации, логической обработки данных и управления объектами в соответствии с загруженной пользовательской программой. PLC широко применяют в промышленности, на транспорте, в инженерных системах зданий.
Основа контроллера — центральный процессор (ЦП). Он выполняет все вычислительные операции. Модули ввода отвечают за поступление внешней информации, а модули вывода нужны для трансляции управляющих сигналов. Источник питания обеспечивает электропитание всех компонентов системы.
Промышленный ПЛК служит прежде всего для замены релейно-контактных схем и жесткой логической связи между датчиками, исполнительными механизмами, автоматикой. По сравнению с релейными схемами, программируемые контроллеры более гибкие, удобные в настройке. Они работают без регулярного обслуживания и практически без вмешательства человека.
Основные функции ПЛК
Контроллеры позволяют получать данные от датчиков, кнопок, выключателей, обрабатывать их с помощью логических операций и выдавать сигналы управления на исполнительные механизмы, индикацию. Благодаря гибкому программированию, ПЛК может выполнять разные алгоритмы в зависимости от задач автоматизации. Ключевыми функциями становятся сбор данных, логическая обработка, управление, отображение информации.
Устройство PLC
На вход ПЛК поступает информация от периферии: датчики температуры, давления, расхода, уровня жидкости, оптические сенсоры наличия деталей, концевые выключатели и другие. Дискретные сигналы обычно формируют датчики положения, кнопки управления. Аналоговые датчики выдают сигнал, пропорциональный измеряемой физической величине.
На выходе контроллер управляет клапанами, насосами, конвейерами, роботами, световой и звуковой сигнализацией. Чаще всего используют дискретные сигналы на включение или выключение оборудования, также возможно аналоговое управление. Таков принцип работы ПЛК.
Благодаря широким коммуникационным возможностям, PLC может передавать данные на ПК, панели оператора, SCADA-системы, устройства автоматизации. Оборудование работает в режиме реального времени.
Типы ПЛК
Есть три разновидности программируемых логических контроллеров. Они отличаются конструкцией, функциональными возможностями.
Моноблочные
Компактные ПЛК — это набор электроники в едином корпусе со встроенными модулями ввода-вывода. Их применяют для небольших систем автоматизации. Преимущества — простота и доступная цена. У таких контроллеров фиксированное количество дискретных и аналоговых каналов ввода-вывода, встроенные коммуникационные порты, компактные размеры для монтажа в шкаф автоматики. Недостаток — нет модульности.
Компактные PLC подходят для простых систем, не требующих гибкого изменения конфигурации. Их можно использовать в шкафах управления станками, небольшими конвейерами, насосными установками, вентиляционными системами.
Модульные
В модульных ПЛК центральный процессор и модули ввода-вывода конструктивно разделены. Это позволяет гибко наращивать функции, решать сложные задачи. Такие контроллеры состоят из центрального блока, отвечающего за обработку данных и выполнение программы, а также встраиваемых модулей расширения для подключения датчиков, механизмов, сетевого оборудования.
Модульный принцип позволяет компоновать ПЛК, отвечающий требованиям конкретного применения. При необходимости конфигурацию можно изменить путем добавления других модулей. Такой подход дает большую гибкость при разработке систем автоматизации среднего и высокого уровня сложности в промышленности, на транспорте, в инженерных сетях.
Программируемые реле
Программируемые реле — это упрощенный ПЛК контроллер с ограниченными функциями. Используются для несложных алгоритмов управления. Эти программируемые логические контроллеры компактны. Они дешевле полноценных ПЛК, но имеют меньшие вычислительные ресурсы, функционал. Количество входов-выходов ограничено, доходит до 20.
Программируемые реле применяют в простых системах управления, не требующих сложной логики и большого объема ввода-вывода данных. Оборудование используют в управлении освещением, вентиляцией, небольшими механизмами.
Критерии выбора PLC
Чтобы подобрать контроллер, нужно учитывать пять критериев.
Количество входов и выходов
Надо выбирать промышленный контроллер с достаточным количеством дискретных и аналоговых каналов ввода-вывода. Количество и типы входов-выходов должны соответствовать всем устройствам, подключенным к контроллеру — датчикам, кнопкам, исполнительным механизмам, индикаторам.
Следует учитывать как дискретные (вкл/выкл), так и аналоговые сигналы (0-10 В, 4-20 мА), а также специальные интерфейсы для подключения устройств. Запас по количеству каналов позволит упростить модернизацию системы. В модульных ПЛК можно добавить новые модули ввода-вывода, чего нельзя сказать про моноблочное оборудование.
Скорость работы и производительность
Важны быстродействие CPU, объем памяти, возможности по расширению для сложных алгоритмов. Вычислительная мощность контроллера должна соответствовать скорости выполнения алгоритмов управления. Более производительный процессор нужен для сложной логики, больших объемов данных. Для простых задач подойдет менее мощный ПЛК.
Важен объем памяти для хранения программы, данных. Оперативная память определяет возможность одновременной обработки большого количества логических операций.
Наличие коммуникационных интерфейсов
Контроллер должен иметь интерфейсы для подключения к ПК, сети, другим устройствам. Современные ПЛК оснащают коммуникационными портами: Ethernet, RS-485, RS-232, USB. Это позволяет подключать контроллер к сети, к компьютеру, HMI панелям, другим устройствам.
Надо учесть все нужные интерфейсы в зависимости от топологии системы автоматизации. Модульные PLC позволяют гибко добавлять коммуникационные модули. Моноблочные модели не поддерживают расширение.
Встроенные функции и библиотеки
Набор готовых функций ПЛК позволяет упростить программирование для конкретных задач. Современные контроллеры имеют развитые библиотеки для распространенных задач: ПИД-регулирование, управление перемещением, подсчет импульсов, обработка аналоговых сигналов, математические функции.
Это сокращает время на разработку программы, повышает ее надежность за счет уже протестированных решений.
Среда программирования
Нужна удобная среда разработки с большими возможностями по отладке и визуализации. Языки программирования должны позволять быстро, эффективно создавать программы управления, отлаживать их, моделировать и визуализировать работу системы.
Желательна поддержка всего цикла разработки: создание алгоритмов, конфигурирование ввода-вывода, отладка, симуляция, генерация кода для загрузки в PLC. Пример языка программирования — Sequential Function Chart (SFC).
Пример конфигурации ПЛК
Для системы управления конвейерной линией можно использовать модульный ПЛК с CPU, модулями дискретного и аналогового ввода-вывода, интерфейсом RS-485. Программа реализует алгоритмы управления приводами, датчиками, аварийной сигнализацией.
PLC L22_24CU_R
В этом случае оптимальным решением будет российский модуль ЦП L22_24CU_R среднего класса с достаточным быстродействием процессора. Характеристики:
- системная память — 128 Кбайт;
- модули расширения — до 4 штук;
- питание ЦП — 220 В переменного тока;
- энергонезависимая память MRAM — 2 Кбайта;
- передача данных — 2 порта RS485 со скоростью до 115,2 кбит/с;
- система ввода и вывода: до 24 аналоговых входов или 12 аналоговых выходов, до 80 цифровых входов или до 42 цифровых выходов.
Такая конфигурация обеспечит сбор данных о состоянии линии, управление исполнительными механизмами, передачу данных в систему верхнего уровня. Контроллеры поставляет ООО "Консист Констракшн". Это российская компания — не будет проблем с логистикой и западными санкциями.
