Программируемый логический контроллер или ПЛК — это относительно небольшой промышленный компьютер, используемый для автоматизации процессов в режиме реального времени.
ПЛК отличаются от обычных компьютеров не только цикличностью обработки программы, но и тем, что их периферия непосредственно приспособлена для управления технологическими процессами.
Большинство периферийных устройств в этом случае подключаются на дискретные входы (DI) и дискретные выходы (DO) ПЛК. Аналоговые входы (AI) и аналоговые выходы (AO) предназначены для подключения аналоговых (непрерывных) сигналов.
В своей примитивной форме ПЛК в основном получали логические входы от различных переключателей, таких как реле уровня, реле давления, реле температуры, кнопок, датчиков приближения и т. д. Точно так же они служили логическим выходом для реле, электромагнитных клапанов, электродвигателей, сигнальных ламп и т. д.
Однако в настоящее время ПЛК могут принимать входные данные в виде битовой комбинации, последовательности импульсов и даже аналогового сигнала и могут обеспечивать аналогичную форму выходных данных.
С развитием автоматизации в промышленности используются и другие модули периферийных устройств, подключаемые к ПЛК, которые называются функциональными модулями, например для позиционирования, коммуникационные процессоры для сбора и передачи данных и другие специфические модули от производителя конкретной системы.
Первые применяемые ПЛК в основном не умели обрабатывать двоичную логику управления, их основной целью была замена релейных автоматов.
Постепенно, с развитием полупроводниковой элементной базы, спектр применимости этих систем для обработки аналоговых сигналов, математических функций (сначала в фиксированной порядковой точке, постепенно в плавающей порядковой точке) расширился до возможности реализации сложных систем управления, содержащих обработку двоичные сигналы, аналоговые значения, связи с другими системами, передачи данных, архивирования измеренных значений, самодиагностики т. д.
ПЛК имеет ряд функций, отвечающих различным требованиям автоматизации процессов:
- Гибкость: если есть какие-либо изменения в технологических операциях или изменениях в оборудовании на заводе, необходимые изменения в программировании ПЛК могут быть сделаны очень легко без каких-либо задержек в работе завода.
- Простое устранение неполадок: Программу ПЛК можно легко протестировать и оценить в автономном режиме, поэтому любое исправление или изменение можно легко внести за очень короткое время.
- Малые затраты: Передовая технология предоставляет ПЛК больше функций (таймеры, счетчики и т. д.) по более низкой цене по сравнению с другими доступными устройствами управления.
- Простое программирование: релейная логика — это очень простой и эффективный способ программирования ПЛК. Не имея знаний в области компьютерного программирования, технические специалисты могут легко рисовать релейную логику и вносить любые изменения в существующие программы, если это необходимо.
- Визуальный интерфейс: Современные ПЛК обычно имеют пользовательский интерфейс на базе ПК, где оператор может более удобно выполнять программирование и устранение неполадок благодаря визуальному представлению.
- Высокая надежность: по сравнению с электромеханическими релейными блоками ПЛК изготовлены из полупроводниковых компонентов и поэтому более надежны. В результате затраты на техническое обслуживание относительно низки, а время простоя минимально.
- Большое количество входов и выходов: ПЛК оснащены большим количеством контактов ввода и вывода, поэтому дополнительные входы и выходы можно легко разместить с небольшим изменением в программировании. Согласно рекомендациям производителей, размер любой системы ПЛК должен обеспечивать возможность расширения на 20 % в будущем.
- Более высокая скорость работы: скорость работы ПЛК очень высока, обычно называемая «временем сканирования», которая составляет порядка миллисекунд.
- Ускоренная установка и ввод в эксплуатацию: ПЛК поставляются в комплекте со всеми аксессуарами — аппаратными и программными компонентами. Поэтому время их установки и ввода в эксплуатацию относительно короткое по сравнению с другими устройствами управления.
- Хорошая документация и надежная защита: все необходимые документы (как в печатном, так и в электронном виде) поставляются с ПЛК, поэтому технические специалисты имеют к ним легкий доступ.
- Функции безопасности ПЛК достаточно надежны благодаря аппаратным и программным блокировкам, поэтому любой несанкционированный доступ можно легко предотвратить. Отказоустойчивая работа: в случае модульных ПЛК важные модули, такие как источник питания, ЦП и ввод/вывод, могут быть дублированы, чтобы избежать любого типа отказа, связанного с аппаратными модулями, и увеличить резервирование системы.
- Сетевые устройства: по мере того, как системы управления становятся все более сложными, ПЛК должны взаимодействовать друг с другом для эффективного управления ими. Современные ПЛК могут быть размещены в сети обмена данными для более эффективного выполнения задач управления.
- Подключение периферийных устройств: периферийные устройства, такие как принтер и запоминающие устройства, такие как устройства сторонних производителей, могут быть подключены к ПЛК.
- Прочная конструкция: ПЛК, как правило, достаточно прочны для работы в суровых условиях эксплуатации, т. е. при наличии влаги, пыли, вибрации, температуры и т. д. Они обладают высокой устойчивостью к электрическим помехам. Производители сообщают, что среднее время наработки на отказ типичного промышленного ПЛК составляет от 20000 до 50000 часов, что довольно много.
Таким образом, благодаря всем этим важным характеристикам ПЛК по-прежнему остаются востребованными устройствами управления в промышленности.
С точки зрения конструкции ПЛК они делятся на группы «компактных» и «модульных» систем.
- Компактная система имеет фиксированную конфигурацию встроенных модулей с определенным количеством подключенных сигналов. К базовому модулю пользователь может подключить только один или несколько дополнительных модулей из очень ограниченного набора с фиксированной комбинацией входов и выходов, они могут использоваться для управления более мелкими системами (кондиционирование воздуха, строительная техника, линии автомойки, системы полива, так далее.).
- Модульная система обеспечивает несравненно большую свободу выбора конфигурации. Он состоит из опорной рамы и вставных периферийных устройств, платы ЦП, блока питания (силовая и системная шины разделены в раме). Любые модули (в количестве 4, 6, 8 и 11 модулей) можно вставлять в разные варианты каркасов. Модули расширения можно подключать даже на расстоянии сотен метров.
Первоначально небольшие ЭВМ для автоматизации уже переросли в мощные системы управления, где ядро системы управления (процессорный модуль) также содержит несколько процессоров, каждый из которых имеет свою специфическую функцию. Конечно, маленькие и дешевые процессорные блоки не обладают всеми удобствами и удобствами высокопроизводительных процессоров.
Для больших ЦП используется архитектура (несколько процессоров), чтобы обеспечить необходимый отклик и скорость обработки данных в реальном времени.
Каждый ЦП содержит один «главный» процессор, обрабатывающий программный алгоритм управления (созданный программистом как пользовательское приложение) и другие процессоры, подчиненные ему.
Эти подчиненные процессоры обеспечивают связь по внутренней шине с блоками ввода/вывода, связь с другими процессорами (например, в сети), сбор данных с центральных периферийных устройств и другие функции.
В настоящее время не является исключением, когда ЦП содержит WWW - сервер (генератор HTML), т.е. что этот процессор может быть подключен к сети (обычно не общедоступной) и контролироваться и контролироваться с помощью обычного веб-браузера.
Блоки управления некоторых модульных систем фактически являются клонами персональных компьютеров в варианте с повышенной устойчивостью к внешним воздействиям и с модифицированной стандартной настольной операционной системой.