Co to jest programowalny sterownik logiczny

Kontroler (z angielskiego Control) — kontrola. Kontroler w systemach zautomatyzowanych jest narzędziem technicznym realizującym funkcje sterowania procesami fizycznymi zgodnie ze zdefiniowanym algorytmem, wykorzystującym informacje otrzymywane z czujników i wyświetlane na urządzeniach końcowych. Każde urządzenie, które może działać automatycznie, zawiera kontroler sterujący — moduł określający logikę działania urządzenia.

Programowalne sterowniki logiczne (PLC) — środki techniczne służące do automatyzacji procesów technologicznych. Jest to specjalistyczne elektroniczne urządzenie pracujące w czasie rzeczywistym.

Sterownik PLC można zaprogramować cyfrowo, a tym samym bardzo łatwo dostosować do wymagań konkretnego procesu. Wraz z rosnącym zapotrzebowaniem na nowoczesne maszyny i procesy produkcyjne, rozwiązania automatyki PLC stały się integralną częścią codziennej produkcji przemysłowej.

Głównym trybem pracy PLC jest jego długotrwała autonomiczna eksploatacja, często w niesprzyjających warunkach środowiskowych, bez większych prac konserwacyjnych i bez ingerencji człowieka.Sterowniki PLC są zwykle używane do sterowania procesami sekwencyjnymi, wykorzystując wejścia i wyjścia do określania stanu obiektu i wydawania działań kontrolnych.

Programowalne sterowniki logiczne idealnie nadają się do indywidualnego sterowania różnymi aplikacjami, maszynami, systemami i procesami lub do cyfrowego zarządzania energią.

Programowalny sterownik logiczny to urządzenie mikroprocesorowe przeznaczone do zbierania, przetwarzania, przetwarzania, przechowywania informacji i generowania poleceń sterujących, posiadające skończoną liczbę wejść i wyjść, czujników, przełączników, elementów wykonawczych podłączonych do nich z obiektem sterowania i przeznaczone do pracy w tryby czasu rzeczywistego.

Typowy sterownik PLC składa się z następujących części:

• Na przykład przyciski, bariery świetlne lub czujniki temperatury są podłączone do jednostki sterującej za pośrednictwem wejść. Dzięki tym komponentom system PLC może monitorować aktualny stan maszyny.
• Wyjścia są podłączone do urządzenia, takiego jak silniki elektryczne, zawory hydrauliczne, które PLC wykorzystuje do sterowania określoną maszyną.
• Program użytkownika — oprogramowanie PLC, zapewnia przełączanie wyjść w zależności od aktywacji wejść.
• Interfejs komunikacyjny służy do łączenia PLC z innymi systemami.
• PLC zawiera również własne zasilanie, CPU i wewnętrzną magistralę.

Stosowane obecnie układy sterowania przekaźnikowo-stykowego charakteryzują się niską niezawodnością, obecnością rozwartych styków itp. Najbardziej efektywne jest wykorzystanie programowalnych sterowników logicznych (PLC) do automatyzacji lokalnych systemów sterowania.

Z biegiem czasu sterowniki PLC ewoluują i dostosowują się do konkretnych potrzeb w środowisku przemysłowym.Funkcje PLC mają wiele zalet: dzięki swojej elastyczności mogą być stosowane w wielu różnych gałęziach przemysłu. Ustawienia można zmienić w dowolnym momencie bez ingerencji w pracę samego sprzętu.

Tylko indywidualnie programowalne urządzenia do sterowania, monitorowania i regulacji wydajności maszyn produkcyjnych mogą sprostać wysokim wymaganiom współczesnego przemysłu.

Sterownik PLC można zwykle zainstalować bezpośrednio na maszynie produkcyjnej. Oszczędza to niezbędną przestrzeń. Oprócz możliwości zdalnego sterowania PLC, jedną z jego największych zalet jest możliwość komunikacji.

PLC są programowane zgodnie z normą IEC-61131-3. Sterowniki PLC programuje się za pomocą wyspecjalizowanych kompleksów, jednym z najpopularniejszych jest CoDeSys. Obejmuje następujące języki: graficzny (schemat słupkowy, schemat bloków funkcyjnych, schemat funkcji sekwencyjnej, schemat funkcji ciągłej), tekstowy (lista instrukcji, tekst strukturalny).

Pierwszy na świecie programowalny sterownik logiczny pojawił się w połowie XX wieku. Modicon 084 był szafą z zestawem połączonych ze sobą przekaźników i styków, jego pamięć wynosiła zaledwie 4 kilobajty. Termin PLC został ukuty przez Allena-Bradleya w 1971 roku. Wraz z Richardem Morleyem jest on „ojcem PLC”.

Pierwszy z tych systemów jest przypisywany dwóm technikom, Richardowi E. Morleyowi i Odo J. Strugger. Podczas gdy Morley przedstawił swój system Modicon 084 jako „półprzewodnikowy komputer półprzewodnikowy” w 1969 roku, Odo J. Struger pomógł opracować sterowniki PLC dla firmy Allen-Bradley z Wisconsin. Obaj inżynierowie są uważani za twórców pierwszego programowalnego sterownika logicznego (PLC).Z biegiem czasu wymagania dotyczące środowisk produkcyjnych na całym świecie wzrosły. W ten sposób PLC ewoluował i został oddany do użytku w wielu wersjach.

— Inżynier elektryk Jakow Kuzniecow

Struktura programowalnego sterownika logicznego:

Algorytm pracy PLC:

Głównym trybem pracy PLC jest jego długotrwała autonomiczna eksploatacja, często w niesprzyjających warunkach środowiskowych, bez większej konserwacji i praktycznie bez ingerencji człowieka.

Sterowniki PLC mają szereg cech, które odróżniają je od innych urządzeń elektronicznych stosowanych w inżynierii mechanicznej:

• W przeciwieństwie do mikrokontrolera (komputera jednoukładowego) — mikroukładu przeznaczonego do sterowania urządzeniami elektronicznymi — sterowniki PLC są zwykle używane w zautomatyzowanych przemysłowych procesach produkcyjnych w kontekście zakładu produkcyjnego;

• w przeciwieństwie do komputerów, sterowniki PLC koncentrują się na pracy z jednostkami maszynowymi poprzez wyrafinowane wprowadzanie sygnałów sensorycznych i wysyłanie sygnałów do siłowników, ukierunkowane na podejmowanie decyzji i kontrolę operatora;

• W przeciwieństwie do systemów wbudowanych, sterowniki PLC są wytwarzane jako niezależne produkty, niezależne od sterowanego przez nie sprzętu.

• obecność rozszerzonej liczby operacji logicznych oraz możliwość ustawiania timerów i liczników.

• Wszystkie języki programowania PLC mają łatwy dostęp do manipulacji bitami w słowach maszynowych, w przeciwieństwie do większości języków programowania wysokiego poziomu na nowoczesnych komputerach.

Istnieją sterowniki PLC o różnych poziomach złożoności, w zależności od złożoności zadań automatyzacji do rozwiązania.

Podstawowe operacje PLC odpowiadają połączonemu sterowaniu obwodami logicznymi określonych jednostek — mechanicznych, elektrycznych, hydraulicznych, pneumatycznych i elektronicznych.

W procesie sterowania sterowniki generują sygnały wyjściowe (załącz — wyłącz) do sterowania elementami wykonawczymi (silnikami elektrycznymi, zaworami, elektromagnesami, zaworami) na podstawie wyników przetwarzania sygnałów odbieranych z czujników lub urządzeń nadrzędnych.

Nowoczesne sterowniki programowalne wykonują również inne operacje, takie jak łączenie funkcji licznika i timera interwałowego oraz obsługę opóźnień sygnału.

Programowalne sterowniki logiczne średniego i wysokiego poziomu zazwyczaj mają wbudowany sprzęt i oprogramowanie do sterowania ruchem, w szczególności moduły szybkich liczników, moduły pozycjonowania itp., które umożliwiają stosunkowo łatwą implementację funkcji sterowania ruchem i zapewniają wysoką precyzję pozycjonowania.

Konstrukcyjnie sterowniki PLC są przystosowane do pracy w typowych warunkach przemysłowych, uwzględniających zanieczyszczoną atmosferę, poziomy sygnału, odporność termiczną i na wilgoć, zawodność zasilaczy, a także wstrząsy mechaniczne i wibracje. W tym celu część sprzętowa zamknięta jest w solidnej obudowie, która minimalizuje negatywny wpływ szeregu czynników produkcji.

Główną różnicą między PLC a obwodami sterowania przekaźnikami są algorytmy, które są realizowane za pomocą programów. Pojedynczy kontroler może zaimplementować obwody odpowiadające tysiącom twardych elementów logicznych. Co więcej, niezawodność obwodu nie zależy od jego złożoności.

Programowalne sterowniki logiczne tradycyjnie działają na dole zautomatyzowanych systemów sterowania fabryką (ACS) — systemów bezpośrednio związanych z technologiami produkcyjnymi.

Sterowniki PLC są zwykle pierwszym krokiem w budowaniu systemów sterowania. Dzieje się tak dlatego, że potrzeba automatyzacji maszyny lub zakładu jest zawsze najbardziej oczywista. Daje szybki efekt ekonomiczny, poprawia jakość produkcji, pozwala uniknąć wyczerpującej fizycznie i rutynowej pracy. Sterowniki PLC z definicji są stworzone do tego zadania.

Główną zaletą PLC jest to, że mały mechanizm może zastąpić ogromną liczbę przekaźników elektromechanicznych, a także szybki czas skanowania, kompaktowe układy I/O, standardowe narzędzia programistyczne oraz specjalne interfejsy umożliwiające podłączenie niestandardowych urządzeń automatyki bezpośrednio do kontrolera lub łączenia różnych urządzeń w jeden system sterowania.

Jak wybrać odpowiedni sterownik PLC

Wybór sterownika programowalnego jest ważnym i trudnym zadaniem przy tworzeniu systemów automatycznej kontroli parametrów technologicznych w każdym przedsiębiorstwie przemysłowym.

Wybierając go, należy wziąć pod uwagę i ocenić dużą liczbę czynników. Łącząc wymagania technologiczne dla konkretnego obiektu do sterowania automatycznego z analizą porównawczą współczesnych sterowników programowalnych logicznych można podjąć właściwą decyzję.

Klasyfikacja PLC:

Kupując sterownik PLC, pierwszym krokiem jest staranne rozważenie, który typ jest odpowiedni do tego celu.

Klasyczne sterowniki PLC to moduły, które zwykle można zaprogramować za pomocą komputera. Następnie komputer nie jest już potrzebny do obsługi samego PLC.Zasadniczo należy rozróżnić PLC modułowe, kompaktowe i szczelinowe.

Kompaktowe sterowniki PLC są generalnie tańsze i zajmują mniej miejsca. Następnie jest używany głównie do małych procesów automatyzacji.

Oprócz aplikacji opartych na platformie PC istnieją również kompaktowe sterowniki PLC, które można programować z panelu sterowania bez komputera.

Modułowe sterowniki PLC oferują możliwość elastycznego składania jednostki sterującej z poszczególnych modułów, dzięki czemu można zaprogramować bardziej złożone zautomatyzowane zadania.

Istnieją moduły, które można zaimplementować w systemie jako karty plug-in w wolnym gnieździe na płycie głównej.

Konieczne jest również rozróżnienie sterowników PLC ze względu na sposób, w jaki wykonują swoją pracę. Oprócz modeli, które kontrolują wejścia w określonym z góry cyklu i sterowników PLC, które przetwarzają wyjścia na różnych etapach, dostępne są również modele PLC sterowane zdarzeniami.

Przed zakupem PLC należy zwrócić szczególną uwagę na ilość wejść i wyjść, a także inne parametry, które nie zostały wzięte pod uwagę podczas wstępnego planowania. Zastanów się również, czy potrzebujesz sterownika PLC ze zintegrowanym wyświetlaczem i panelem dotykowym. W niektórych przypadkach wystarczy odczyt wartości i zarządzanie systemem poprzez istniejącą infrastrukturę IT.

Co to jest HMI

HMI (Human Machine Interface) — interfejs komunikacyjny człowiek-maszyna. Te intuicyjne i przyjazne dla użytkownika interfejsy umożliwiają użytkownikom obsługę maszyn bez dogłębnej wiedzy na temat programowania sterowników PLC. Jednym z typów urządzeń HMI są systemy SCADA: Systemy akwizycji danych i kontroli operacyjnej (systemy SCADA)