PLC: principy činnosti a aplikace v automatizaci

Programovatelný logický ovladač (zkr. PLC; anglicky programmable logic controller, zkráceně PLC; přesnější překlad do ruštiny – kontrolér s programovatelnou logikou) — digitální elektronický systém určený pro použití ve výrobním prostředí [1] jako řídicí systém v reálném čase pro průmyslová zařízení. PLC patří do třídy průmyslových regulátorů [2].
PLC mají následující vlastnosti:

1. Jsou to nezávislé systémy, oddělené od spravovaného zařízení;
2. Jsou zaměřeny jak na autonomní provoz zařízení, tak na řízení technologických procesů pomocí rozhraní člověk-stroj [3] ;
3. V řídicích systémech průmyslových technologických objektů jsou binární (bitové) logické příkazy široce používány, proto všechny programovací jazyky PLC spolu se schopností implementovat matematické operace navíc umožňují konstruovat řídicí logické obvody pomocí bitových proměnných, které nabývají pouze dvou hodnot. : „logická 0“ nebo „logická 1“ (viz algebra logiky).

Příběh

Před příchodem PLC byla průmyslová zařízení řízena pomocí řídicích systémů postavených na bázi reléových kontaktních obvodů (žebříkový diagram nebo reléový žebříkový diagram) [1], jakož i prostřednictvím systémů postavených na logice dioda-tranzistor nebo tranzistor-tranzistor. Takové systémy mají úzce cílenou aplikaci, protože algoritmus jejich činnosti nelze po fázi návrhu a instalace změnit, proto se nazývají systémy s rigidní (instalační) logikou.

S rozvojem mikroprocesorové techniky bylo možné vytvářet kompaktní, volně programovatelné řídicí systémy, které umožňovaly řešit inženýrské problémy v řízení zařízení téměř ve všech oblastech průmyslové výroby pomocí univerzálních digitálních bloků a modulů.

V roce 1968 byl na světě první programovatelný regulátor Modicon 084 (z anglického modulárního digitálního ovladače), na jehož vývoji se podílel Richard E. Morley a v roce 1971 inženýři americké spol. Allen-Bradley vyvinuli zařízení Bulletin 1774 PLC, kdy byl tento termín použit poprvé programovatelný logický automat – PLC. Zkratka PLC je registrovaná ochranná známka společnosti Allen-Bradley.

První PLC měla malý počet diskrétních (bitových) vstupů a výstupů a několik kilobajtů paměti a logika jejich činnosti byla programována ve speciálním editoru ve formě schématu zapojení podobného těm, které se používají v konvenční reléové logice, pouze relé a kontakty byly virtuální, to znamená, že existovaly ve formě programu PLC. Protože reléové obvody znali inženýři a technici obsluhující starší řídicí systémy, mohli programy interpretovat a provádět v nich změny bez rozsáhlého školení.

V současné době jsou PLC vysoce výkonné, výkonné digitální systémy, které umožňují vytvářet řídicí systémy téměř jakékoli složitosti. Největšími světovými výrobci PLC jsou dnes následující společnosti:

• Siemens AG;
• Allen-Bradley;
• Rockwell Automation;
• Schneider Electric;
• Omron.

Kromě těchto společností vyrábí PLC mnoho dalších výrobců, včetně ruských společností:

• KONTAR LLC;
• Aries LLC;
• Segnetix;
• Fastwel Group, skupina společností Tekon a další [4].

PLC zařízení

Na základě konstrukce se PLC dělí na monoblokové a modulární. Monoblokové pouzdro PLC spolu s centrálním procesorem, pamětí a napájecím zdrojem obsahuje pevnou sadu diskrétních nebo analogových vstupů/výstupů. Monoblokové PLC jsou navrženy pro vytváření malých řídicích systémů pro jednoduché procesy.

Distribuovaná I/O stanice SIMATIC s modulem rozhraní PROFIBUS ET 200M

Pro složitější řídicí systémy se používají modulární PLC. V systémech střední a vysoké složitosti se jedná o distribuované systémy s rozmístěnými rozvaděči, skříněmi [5] a lokálními ovládacími panely. Modulární PLC v tomto případě obsahuje centrální stanici s CPU modulem a vzdálené stanice distribuovaných periferií (rozšiřující stanice) s komunikačními moduly rozhraní, propojené do společného systému.

Distribuované periferní stanice obsahují kromě modulů rozhraní vstupně/výstupní moduly pro diskrétní signály, vstupně/výstupní moduly pro analogové signály a také specializované funkční moduly pro řešení problémů počítání pulsů, měření tenzometrických signálů atd.

K provádění komunikace mezi centrální stanicí s modulem CPU a periferními stanicemi se používají specializované sítě:

Při budování systémů s vysokým stupněm složitosti lze do sítě zkombinovat několik CPU, z nichž každý má svou vlastní sadu rozšiřujících stanic. Typicky jsou v takových systémech jednotlivé moduly CPU schopny vzájemně komunikovat.

V současné době mají téměř všechny řídicí systémy na bázi PLC přístup k nadřazeným řídicím a monitorovacím systémům, které využívají buď specializované ovládací panely nebo osobní počítače vybavené příslušným softwarem.

PLC moduly

Distribuovaná periferní stanice SIMATIC ET 200S se vstupně/výstupními moduly

Typ a počet použitých modulů závisí na specifikách řešeného problému.

I/O moduly používají standardizované hodnoty úrovní elektrického signálu podle IEC 61131-2-92 [6], které se používají v průmyslových zařízeních.

V diskrétních (bitových) signálových vstupních/výstupních modulech jsou tato napětí 12 V nebo 24 V DC, 110 V nebo 230 V AC.

V analogových vstupních/výstupních modulech jsou to proudy v rozsahu (0-20) mA, (4-20) mA, napětí v rozsahu (0-5) V, (0-10) V DC.

Při vývoji projektu řídicího systému v I/O modulech jsou vstupům a výstupům obvodů přiřazeny jedinečné logické adresy, které jsou následně použity jako proměnné při tvorbě řídicích programů.

Programovací jazyky PLC

Programování PLC využívá standardizované jazyky IEC (IEC61131-3 [1]). Strukturálně jsou programovací jazyky rozděleny do následujících kategorií:

grafické programovací jazyky [7]

• LD (Ladder Diagram) – jazyk reléových obvodů, nejběžnější jazyk pro PLC;
• FBD (Function Block Diagram) – jazyk funkčních bloků;
• SFC (Sequential Function Chart) – jazyk stavových diagramů, používaný pro programování strojů krok za krokem,

textové programovací jazyky [8]

• IL (Instruction List) – jazyk podobný assembleru;
• ST (Structured Text) – jazyk podobný Pascalu;
• C-YART – jazyk podobný C (YART Studio).

Programovací prostředí může být specializované pro konkrétní rodinu PLC, nebo univerzální, pracující s různými modely regulátorů.

Specializované programovací prostředí Simatic Step 7 [7] [8] (SIMATIC je ochranná známka koncernu Siemens AG, kombinující různé nástroje průmyslové automatizace) je tedy určeno pro psaní, ladění a sledování provádění programů pro PLC vyráběné společností Siemens. obavy [9]. V posledních verzích se jedná o možnost zabudovanou do integrovaného prostředí TIA Portal (Plně integrovaný portál pro automatizaci) [10].

Programovací prostředí CoDeSys [11] (produkt společnosti 3S-Smart Software Solutions GmbH) je univerzální nástroj pro programování PLC předních evropských výrobců:

stejně jako domácí PLC vyráběné společnostmi OWEN LLC, Fastwel Group LLC a dalšími.

Programovací prostředí ISaGRAF je také univerzální a funguje s domácími PLC:

• MKLogic-500;
• PLC3000;
• Bailkal-M;
• Transformátor-SL;
• 1500 MFK

Programování PLC

Programování PLC se liší od tradičního programování. To je způsobeno skutečností, že PLC provádějí nekonečně se opakující sekvenci programových cyklů, v každém z nich se provádí následující:

• čtení vstupních signálů;
• zpracování přijatých informací v souladu s daným algoritmem;
• vydávání ovládacích akcí na akční členy (stykače elektromotorů, cívky elektromagnetu ventilů atd.).

Program lze do PLC nahrát buď z běžného PC, na kterém je předinstalované příslušné programovací prostředí, nebo pomocí speciálního PC programátoru. Programovací prostředí má zpravidla možnosti pro online sledování provádění programu a ladění.on-line). Online režim navíc umožňuje sledovat stav signálů přijímaných ze senzorů a provádět vizuální diagnostiku zařízení.

Ovládání přes rozhraní člověk-stroj

SCADA (zkratka z angl. Svyššího stupně Covládání And Data Aakvizice — kontrola odeslání a sběr dat)

Poznámky

1. ↑ 1,01,11,2GOST R IEC 61131-1—2016 Programovatelné automaty. Část 1. Obecné informace.(nespecifikováno) . Datum přístupu: 24. dubna 2023.
2. ↑Průmyslové ovladače(nespecifikováno) .
3. ↑GOST IEC 60447-2000. ROZHRANÍ ČLOVĚKA-STROJ(nespecifikováno) .
4. ↑Úvod do PLC: co je programovatelný logický automat(nespecifikováno) .
5. ↑GOST 28601.2-90 Skříně a regálové konstrukce(nespecifikováno) .
6. ↑GOST R 51841-2001 (IEC 61131-2-92) Programovatelné automaty. Obecné technické požadavky a zkušební metody(nespecifikováno) .
7. ↑ 7,07,1 Berger Hans. Automatizace pomocí STEP 7 pomocí LAD a FBD a programovatelných ovladačů SIMATIC S7-300/400(nespecifikováno) .
8. ↑ 8,08,1Berger Hans Automation prostřednictvím STEP 7 pomocí STL a SCL(nespecifikováno) .
9. ↑Datový CPU SIEMENS-SIMATIC S7-300. Průvodce nápovědou.(nespecifikováno) .
10. ↑SIEMENS TIA Portal – softwarový produkt pro navrhování automatizačních komponent SIMATIC!(nespecifikováno) .
11. ↑MINISTERSTVO ŠKOLSTVÍ A VĚDY RF. PROGRAMOVÁNÍ PLC V CoDeSys(nespecifikováno) .

reference

• Oficiální stránky ISaGFAF (anglicky)
• ISaGRAF – Rusko. (Ruština)

Tento článek má stav „připraveno“. To sice nevypovídá o kvalitě článku, ale hlavní téma už dostatečně pokryl. Pokud chcete článek vylepšit, klidně jej upravte!