Программируемый логический контроллер

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Программируемый логический контроллер

Программимруемый логимческий контроллер (сокр. ПЛК;англ. programmable logic controller, сокр. PLC. Более точный перевод на русский -- контроллер с программируемой логикой),программируемый контроллер -- электронная составляющаяпромышленного контроллера, специализированного (компьютеризированного) устройства, используемого дляавтоматизации технологических процессов. В качестве основного режима работы ПЛК выступает его длительное автономное использование, зачастую в неблагоприятных условиях окружающей среды, без серьёзного обслуживания и практически без вмешательства человека.

Иногда на ПЛК строятся системы числового программного управления станком. ПЛК являются устройствами реального времени.

ПЛК имеют ряд особенностей, отличающих их от прочих электронных приборов, применяемых в промышленности:

· в отличие от микроконтроллера (однокристального компьютера) -- микросхемы, предназначенной для управления электронными устройствами -- областью применения ПЛК обычно являются автоматизированные процессы промышленного производства в контексте производственного предприятия;

· в отличие от компьютеров, ориентированных на принятие решений и управление оператором, ПЛК ориентированы на работу с машинами через развитый ввод сигналов датчиков и вывод сигналов наисполнительные механизмы;

· в отличие от встраиваемых систем ПЛК изготавливаются как самостоятельные изделия, отдельные от управляемого при его помощи оборудования. В системах управления технологическими объектами логические команды, как правило, преобладают над арифметическими операциями над числами с плавающей точкой, что позволяет при сравнительной простоте микроконтроллера (шины шириной 8 или 16 разрядов), получить мощные системы, действующие в режимереального времени.

В современных ПЛК числовые операции в языках их программирования реализуются наравне с логическими. Все языки программирования ПЛК имеют лёгкий доступ к манипулированию битами в машинных словах, в отличие от большинства высокоуровневых языков программирования современных компьютеров.

2. История

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. Первый в мире программируемый логический контроллер (1968) -- Modicon 084 (от англ. modular digital controller), имеющий 4 кБ памяти.

Термин PLC ввел Odo Josef Struger (Allen-Bradley) в 1971 году. Он также сыграл ключевую роль в унификации языков программирования ПЛК и принятии стандарта IEC61131-3. Вместе с Richard Morley (Modicon) их называют 'отцами ПЛК'. Параллельно с термином ПЛК в 70-е годы широко использовался термин микропроцессорный командоаппарат.

В первых ПЛК, пришедших на замену релейным логическим контроллерам, логика работы программировалась схемой соединений LD. Устройство имело тот же принцип работы, но реле и контакты (кроме входных и выходных) были виртуальными, то есть существовали в виде программы, выполняемой микроконтроллеромПЛК. Современные ПЛК являются свободно программируемыми.

3. Виды ПЛК

Основные ПЛК

· Siemens -- SIMATIC S5 и S7;

· Schneider Electric -- серия Modicon (M168, M238, M258, M340, Premium, Quantum);

· Beckhoff;

· Segnetics -- Pixel2511 и SMH 2Gi;

· Mitsubishi -- серия Melsec (FX, L, Q);

· Honeywell -- MasterLogic;

· Omron CJ1, CJ2, CS1

Программируемое (интеллектуальные) реле

Основная статья: Программируемое реле

· Siemens LOGO!,

· Mitsubishi -- серия Alpha XL,

· Schneider Electric -- Zelio Logic,

· Omron -- ZEN,

· Moeller -- EASY, MFD-Titan,

· Comat BoxX.

· ОВЕН ПР110 и ПР114

· Delta Electronics DVP-SS2, DVP-SE, DVP-SA2, DVP-SV и DVP-PM

Программные ПЛК на базе IBM PC-совместимых компьютеров (англ. SoftPLC)

· MicroPC,

· WinCon,

· WinAC,

· CoDeSys SP/SP RTE,

· S2 Netbox,

· ICP DAS.

ПЛК на базе простейших микропроцессоров (i8088/8086/8051 и т. п.)

· ICP DAS,

· Advantech

· Vishay PLC -- одноплатный контроллер производства Vishay Israel Co.;

Контроллер ЭСУД

- Электронный блок управления -- Контроллер ЭСУД (Электронная система управления двигателем).

- ECM (Engine Control Module) -- Модуль управления двигателем.

- ECU (Electronic Control Unit) -- Электронный блок управления, является общим термином для любого электронного блока управления. (См. п.3.9. SAE J1979^[1].)

Датчики и исполнительные устройства подключаются к ПЛК.

4. Структуры систем управления

Централизованная: в корзину ПЛК устанавливаются модули ввода-вывода. Датчики и исполнительные устройства подключаются отдельными проводами непосредственно, либо при помощи модулей согласования к входам/выходам сигнальных модулей;

Распределенная: удалённые от ПЛК датчики и исполнительные устройства связаны с ПЛК посредством каналов связи и, возможно, корзин-расширителей с использованием связей типа «ведущий-ведомый» (англ. Master-Slave).

5. Использование программируемых контроллеров в современных системах автоматизации

программируемый логический контроллер автоматизация

Современная конкурентная экономика и открытый рынок, перспективы вступления России в ВТО и снятие в связи с этим ряда ограничений на торговлю ставят перед отечественными предприятиями чрезвычайно сложные задачи. Недостаток опыта конкурентной борьбы на мировом рынке, техническая и технологическая отсталость целого ряда отраслей, ограниченный доступ к ресурсам, в первую очередь, финансовым, несовершенство законодательства и локальные нерыночные факторы, негативно влияющие на производство, требуют неотложных мер по внедрению самых передовых технологий.

Широкое применение средств автоматизации производственных процессов, напрямую влияющее на сокращение издержек и повышение качества продукции, становится главным фактором развития российского промышленного производства. Лучшее доказательство этому - растущее влияние на мировом рынке российских металлургов, нефтяников, предприятий оборонного комплекса. Инвестируя в автоматизацию, модернизацию и развитие производства, сегодня именно эти отрасли становятся локомотивом всей отечественной промышленности.

Современное предприятие наряду с полностью автоматизированными или роботизированными линиями включает в себя и отдельные полуавтономные участки - системы блокировки и аварийной защиты, системы подачи воды и воздуха, очистные сооружения, погрузочно-разгрузочные и складские терминалы и т.п. Функции автоматизированного управления для них выполняют программно-технические комплексы (ПТК). Они строятся с использованием аппаратно-программных средств, к которым относятся средства измерения и контроля и исполнительные механизмы, объединенные в промышленные сети и управляемые промышленными компьютерами с помощью специализированного ПО. При этом, в отличие от компьютерных сетей, центральным звеном ПТК является не главный процессор, а программируемые логические контроллеры, объединенные в сеть.

Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) объединяют различные объекты и устройства, локальные и удаленные, в единый комплекс и позволяют контролировать и программировать их работу как в целом, так и по отдельности с помощью SCADA или других систем. Этим обеспечивается максимальная эффективность и безопасность производства, возможность оперативной наладки и переналадки, строгий учет и планирование показателей операционной деятельности, оптимизация бизнес-процессов. При программировании промышленных программируемых контроллеров используется стандартный язык контактно-релейной логики или функциональных схем.

В настоящее время используются системы автоматизации на базе программируемых контроллеров, связанных с персональным компьютером. Они получают все большее распространение благодаря удобству, доступности, дружественному интерфейсу и низкой стоимости.

Открытые протоколы, стандартизация отдельных компонентов и свершившийся всеобщий переход на контрактное производство стирает различия между категориями программируемых контроллеров и даже между изделиями разных марок. Это позволяет собирать управляющие комплексы на базе микропроцессоров нового поколения из модулей разных производителей. Поэтому определить класс и тип контроллеров, наилучшим образом подходящий для решения конкретных производственных задач, целесообразнее всего исходя из соотношения цена/качество, сроков поставки и условий сервисного обслуживания, а не престижа торговой марки.

6. Алгоритм выбора программируемого контроллера

При выборе программируемого логического контроллера необходимо учитывать следующие основные факторы:

1. Характер применения (автономно, в качестве станции в распределенной сети, в качестве удаленной станции)

2. Функциональное назначение (ПИД-регулирование, управление системами тепло- и водоснабжения, измерение и счет данных, терморегулирование, аварийная защита и блокировка и т.д.)

3. Количество входов/выходов (цифровых и аналоговых)

4. Требуемая скорость передачи данных

5. Наличие автономного счетчика времени

6. Условия регистрации и хранения данных

7. Возможность самодиагностики

8. Требования к панели оператора

9. Язык программирования

10. Интерфейс

11. Каналы связи (проводной, беспроводной)

12. Режим и условия эксплуатации

5. ПРИМЕР SIMATIC S7- 2 00

Описание

Программируемые логические контроллеры SIMATIC S7-200 предназначены для построения относительно простых систем автоматического управления, отличающихся минимальными затратами на приобретение аппаратуры и разработку системы. Контроллеры способны работать в реальном масштабе времени и могут быть использованы как для построения узлов локальной автоматики, так и узлов, поддерживающих интенсивный коммуникационный обмен данными через сети Industrial Ethernet, PROFIBUS-DP, MPI, AS-Interface, MPI, PPI, а также через модемы.

Семейство SIMATIC S7-200 объединяет в своем составе:

- центральные процессоры, способные выполнять операции над числами с плавающей запятой и поддерживающие алгоритм ПИД-регулирования;

- модули ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов и модуль позиционирования;

- коммуникационные модули для подключения к сетям PROFIBUSDP, Industrial Ethernet и AS-i, а также для организации связи по выделенным, коммутируемым и GSM-каналам связи;

- устройства операторского интерфейса.

Центральные процессоры

В серию SIMATIC S7200 входит 5 типов центральных процессоров, отличающихся объёмом встроенной памяти, количеством встроенных дискретных входов и выходов, встроенных коммуникационных портов, возможностями по расширению и другими показателями. Каждый тип имеет два исполнения:

- с напряжением питания 24 В постоянного тока и дискретными транзисторными выходами,

- с напряжением питания 115/230 В переменного тока и дискретными релейными выходами.

Встроенный коммуникационный порт с интерфейсом RS-485 (один или два) используется:

- для программирования контроллера,

- для включения контроллера в сети PPI или MPI,

- в качестве свободно программируемого порта с поддержкой ASCII-протокола,

- для поддержки протоколов USS или ModBus, обеспечиваемых дополнительным программным обеспечением Instruction Library.

Программирование

Для программирования контроллеров используется пакет STEP 7 Micro/Win, в котором реализована поддержка языков LAD (релейноконтактные схемы), STL (список инструкций) и FBD (функциональных блоковых диаграмм). Пакет позволяет выполнять все операции по программированию контроллеров SIMATIC S7-200, конфигурированию и параметрированию устройств операторского интерфейса, коммуникационных и функциональных модулей, обеспечивает под держку протокола USS. Связь компьютера с программируемым центральным процессором осуществляется через PC/PPI-кабель.

Эксплуатационные характеристики:

Монтаж на 35 мм DIN-шину или на плоскую поверхность

Степень защиты корпуса IP20

Температура окружающей среды 0...+55°С

SIMATIC S7- 3 00

Области применения

S7-300 находит применение для автоматизации машин специального назначения, текстильных и упаковочных машин, машиностроительного оборудования, оборудования для производства технических средств управления и электротехнического оборудования, в системах автоматизации судовых установок и систем водоснабжения и т.д.

Конструктивные особенности

Программируемые контроллеры S7-300 могут включать в свой состав:

- модуль центрального процессора (CPU). В зависимости от степени сложности решаемых задач в программируемом контроллере могут использоваться более 20 типов центральных процессоров.

- блоки питания (PS) для питания контроллера от сети переменного или постоянного тока.

- сигнальные модули (SM), предназначенные для ввода и вывода дискретных и аналоговых сигналов, в том числе FailSafe и модули со встроенными Ex-барьерами. Поддерживаются отечественные ГОСТ градуировки термометров сопротивления и термопар.

- коммуникационные процессоры (CP) - интеллектуальные модули, выполняющие автономную обработку коммуникационных задач в промышленных сетях AS-Interface, PROFIBUS, Industrial Ethernet, PROFINET и системах PtP связи. Применение загружаемых драйверов для CP 341 позволяет расширить коммуникационные возможности контроллера поддержкой обмена данными в сетях MODBUS RTU и Data Highway. Для организации модемной связи в составе S7-300 могут использоваться коммуникационные модули семейства SINAUT ST7.

- функциональные модули (FM) - интеллектуальные модули, оснащенные встроенным микропроцессором и способные выполнять задачи автоматического регулирования, взвешивания, позиционирования, скоростного счета, управления перемещением и т.д. Целый ряд функциональных модулей способен продолжать выполнение возложенных на них задач даже в случае остановки центрального процессора.

- конструкция контроллера отличается высокой гибкостью и удобством обслуживания:

- все модули устанавливаются на профильную шину S7-300 и фиксируются в рабочих положениях винтами. Объединение модулей в единую систему выполняется с помощью шинных соединителей (входят в комплект поставки каждого модуля), устанавливаемых на тыльную часть корпуса.

- произвольный порядок размещения модулей в монтажных стойках. Фиксированные посадочные места занимают только модули PS, CPU и IM. Наличие съемных фронтальных соединителей (заказываются отдельно), позволяющих производить быструю замену модулей без демонтажа их внешних цепей и упрощающих выполнение операций подключения внешних цепей модулей. Механическое кодирование фронтальных соединителей исключает возможность возникновения ошибок при замене модулей.

- применение гибких и модульных соединителей TOP Connect, существенно упрощающих выполнение монтажных работ и снижающих время их выполнения.

Центральные процессоры

Все центральные процессоры S7-300 характеризуются следующими показателями:

- высокое быстродействие,

- загружаемая память в виде микро карты памяти MMC емкостью до 8 МБ,

- развитые коммуникационные возможности, одновременная поддержка большого количества активных коммуникационных соединений,

- работа без буферной батареи.

MMC используется для загрузки программы, сохранения данных при перебоях в питании CPU, хранения архива проекта с символьной таблицей и комментарии, а также для архивирования промежуточных данных.

Центральные процессоры CPU 3xxC и CPU 31xT-2 DP оснащены набором встроенных входов и выходов, а их операционная система дополнена поддержкой технологических функций, что позволяет использовать в качестве готовых блоков управления.

Типовой набор встроенных технологических функций позволяет решать задачи скоростного счета, измерения частоты или длительности периода, ПИД-регулирования, позиционирования, перевода части дискретных выходов в импульсный режим. Все центральные процессоры S7-300 оснащены встроенным интерфейсом MPI, который используется для программирования, диагностики и построения простейших сетевых структур. В CPU 317 первый встроенный интерфейс имеет двойное назначение и может использоваться для подключения либо к сети MPI, либо к сети PROFIBUS DP.

Система команд центральных процессоров включает в свой состав более 350 инструкций и позволяет выполнять:

* Логические операции, операции сдвига, вращения, дополнения, операции сравнения, преобразования типов данных, операции с таймерами и счетчиками.

* Арифметические операции с фиксированной и плавающей точкой, извлечение квадратного корня, логарифмические операции, тригонометрические функции, операции со скобками.

* Операции загрузки, сохранения и перемещения данных, операции переходов, вызова блоков, и другие операции.

Для программирования и конфигурирования S7-300 используется пакет STEP 7.

Кроме того, для программирования контроллеров S7-300 может использоваться также весь набор программного обеспечения Runtime, а также широкий спектр инструментальных средств проектирования.

Используемая литература

Соснин О.М. Основы автоматизации технологических процессов и производств: учеб. пособие для студ. высш. учеб. Заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2007.

Симонова Л.А., Руднев М.П. Интегрированноеинформационное обеспечение процесса управления технологическими маршрутами в рамках ERP-системы / Камский гос. Политехн. Ин-т. М.: Academia, 2005.

Интернет:

www.scada.ru.

www.industrialauto.ru.

Размещено на Allbest.ru