Программируемый логический контроллер (ПЛК) - это специальная разновидность компьютеров, применяемых для автоматизации технологических процессов и объектов.
Термин ПЛК (английское сокращение – (PLC) programmable logic controller) ввел Одо Жозеф Стругер инженер фирмы Allen-Bradley США в 1971 году. Он также сыграл ключевую роль в унификации языков программирования ПЛК.
При реализации алгоритма системы управления в основном требуются логические операции и особенная организация связи с датчиками, исполнительными устройствами и человеко-машинным интерфейсом.
Важной особенностью ПЛК является работа в режиме реального времени. Это обеспечивается применением специальных микропроцессоров, которые обеспечивают отклик системы на запрос за заданный интервал времени.
ПЛК обычно работают в неблагоприятных внешних условиях - температурных, влажностных, пылевых, электромагнитных, радиационных. Поэтому обычные бытовые компьютеры в качестве элементов управления не применяются.
В России действует с 2007 года специальный ГОСТ Р МЭК 61131-1-2016 контроллеры программируемые.
Основой ПЛК являются микроконтроллеры - специализированные микропроцессоры однокристальной архитектуры. Микроконтроллеры могут работать без чипсета и материнской платы, без операционной системы. Но этот режим применяется в основном в простых локальных системах автоматики. В сложных системах задействуются достаточно производительные процессоры под управлением специальных операционных систем.
Подробнее про назначение, устройство и виды ПЛК смотрите здесь: Что такое программируе логические контроллеры
Разнообразие ПЛК весьма велико. Нет ни одной фирмы в области автоматики и электроники, которая не выпускала бы собственные ПЛК. Тем не менее, все ПЛК объединяет их общая архитектура и стандартизация интерфейсов для подключения внешних устройств.
Крупнейшими мировыми производителями ПЛК сегодня являются компании Siemens AG, Allen-Bradley, Rockwell Automation, Schneider Electric, Omron, Micubichi, Lovato. ПЛК выпускают и многие другие производители, включая российские компании ООО КОНТАР, Овен, ООО Контэл, Сегнетикс, Fastwel Групп, Текон и другие.
Программируемые логические контроллеры ОВЕН
Программируемые контроллеры Siemens серии SIMATIC S7
Пример внешнего вида ПЛК в стандартном моноблочном корпусе, показан на рисунке. Это ПЛК фирмы ОВЕН (Россия) и ПЛК фирмы 9 Сименс (Германия). Разъемы для подключения питания, датчиков и исполнительных устройств расположены с двух сторон корпуса.
Программируемый логический контроллер ПЛК 63 фирмы ОВЕН (Россия) и ПЛК фирмы Сименс (Германия)
Существует следующие виды входов-выходов: дискретные, аналоговые, универсальные, специальные и интерфейсные.
Обычно дискретные входы используются для подключения датчиков, которые могут находится в двух состояниях: «активен – пассивен» или «включен - выключен». С помощью дискретных входов можно подключить кнопки, тумблеры, концевые выключатели, термостаты и прочее оборудование.
Дискретные входы контроллеров обычно рассчитаны на прием стандартных сигналов с уровнем +24 В постоянного тока. Типовое значение тока одного дискретного входа (при входном напряжении +24 В) составляет около 10 мА.
Дискретные выходы ПЛК используются для создания выходных сигналов с электрическими параметрами, как у дискретного входа. Обычно они применяются для управления включением или выключением исполнительных устройств.
Согласно ГОСТ IEC 61131-2-2012 (Дата введения 2014-07-01), аналоговый вход - это устройство, преобразующее непрерывный сигнал в дискретное двоичное число для работы в системе программируемых контроллеров.
Для аналоговых входов самыми распространенными являются стандартные диапазоны постоянного напряжения: –10…+10 В и 0…+10 В. Для токовых входов диапазоны составляют 0–20 мА и 4–20 мА.
Аналоговые входы позволяют подключать к ПЛК аналоговые датчики.
В соответствии с ГОСТ 61131–2-2012 (Дата введения 2014-07-01) аналоговый выход - это устройство, которое преобразует двоичное число в аналоговый сигнал.
ПЛК могут быть оснащены специализированными входами-выходами, позволяющие измерять длительность, фиксировать фронты, подсчитывать импульсы, управлять двигателями.
Количество тех или других входов-выходов является основным фактором, определяющим возможности ПЛК, при создании на его базе системы автоматики.
Выводы ПЛК и подключение внешних устройств
По конструктивному исполнению и способу крепления выделяют четыре исполнения корпуса ПЛК:
- корпус для установки на монтажную дин-рейку;
- корпус для крепления на стену;
- панельное исполнение;
- бескорпусное исполнение для встраиваемых модульных систем.
Корпус для установки на монтажную дин-рейку предназначен для установки ПЛК на панель шкафа автоматики и имеет специальную пружинную защелку для фиксации на стандартной дин-рейке.
Корпус для крепления на стену обычно выполняется по стандартам пылевой и влагозащиты и имеет встроенные герметичные вводы для подключения внешней электрической проводки, как силовой, так и сигнальной.
Панельное исполнение ПЛК применяется в случае установки ПЛК в переднюю дверь шкафа автоматики. Обычно панельные ПЛК имеют сенсорный дисплей, на котором отображается мнемосхема автоматизированной технологической линии или локальной системы автоматики и который используется для ввода параметров регулирования оператором.
Бескорпусное исполнение ПЛК применяется при создании встраиваемых (бортовых) систем автоматики. В этом случае ПЛК представляет из себя печатную плату с набором разъемов для подключения внешних устройств и крепежных элементов для соединения с другими платами.
Разъемы могут выполняться с подключением проводов к ПЛК под винтовой зажим или разъемными. Последние имеют очевидное преимущество при обслуживании, например, при замене ПЛК. При этом невозможно перепутать подключение проводов. Однако применение двойных разъемов увеличивает стоимость ПЛК, поэтому производители чаще применяют в ПЛК не разъемные, а винтовые соединения проводов.
Обычно моноблочные ПЛК имеют встроенные или выносные дисплеи, устанавливаемые в передние панели шкафов управления. Они могут быть графическими, знакосинтезирующими или сенсорными.
На рисунке ниже показан ПЛК со встроенным жидко кристаллическим дисплеем и клавиатурой, которая используются для локальной настройки параметров алгоритма управления.
Контакты разъемов ПЛК предоставляют пользователю ПЛК возможности для подключения датчиков различного типа: аналоговых, дискретных, а также исполнительных устройств и устройств ввода-вывода.
Кроме этого ПЛК обладают набором стандартных приборных интерфейсов для реализации распределенных систем автоматики с использованием различных видов каналов связи: проводных, радиосвязи, интернета.
Программируемые логические контроллеры являются основой для изготовления шкафов (или щитов) автоматики различного назначения.
Монтаж элементов автоматики на панели шкафа производится по проекту принципиальной электрической схемы, который разрабатывается согласно технического задания отдельно для каждой системы.
Технология монтажа шкафа автоматики предусматривает раздельное проведение в распределительных коробах силовых и сигнальных проводов (например, силовые - в правых коробах, а сигнальные - в левых коробах, относительно монтажной панели), обязательную маркировку проводов, согласно проекта, и опрессовку окончаний проводов специальными наконечниками.
Шкафы автоматики могут иметь встроенные кондиционеры или подогреватели для обеспечения внутреннего термостатирования.
Внешний вид шкафа автоматики на основе ПЛК
Практически все современные ПЛК имеют встроенный импульсный источник питания, обеспечивающий питание от внешнего источника в диапазоне переменного напряжения от 110 до 265 вольт (преобразователь напряжения AD-DC) или от источника питания постоянного тока (преобразователь напряжения DC-DC).
Импульсные источники питания обладают целым рядом встроенных автоматических защит: от короткого замыкания, от перегрева и от перегрузки.
Обычная схема подключения ПЛК к питанию требует установки предварительного фильтра от импульсных помех. Подбор импульсных источников питания производят по значению необходимой потребляемой мощности и требуемым выходным значениям номиналов питания.
Если источник основного входного напряжения, отключается по причине аварии или неисправности, то работу или корректное завершение работы устройства или системы может обеспечить источник бесперебойного питания.
Степень защиты ПЛК зашифрована маркировкой IP (Ingress Protection Rating). IP дословно переводится как степени защиты от проникновения. В настоящее время это наиболее распространенная система обозначения защиты оборудования от воздействий внешней среды. Используется для обозначения защиты от попадания внутрь оборудования различных физических частиц по геометрическим размерам, в том числе пыли и воды.
Степень защиты IP - расшифровка, примеры оборудования
Степенями защиты могут обладать корпуса ПЛК и также шкафы или щиты, в которых они устанавливаются.
Монтаж и подключение конкретных программируемых логических контроллеров (ПЛК) в шкафах и щитах автоматики должен производится согласно инструкций предприятий-изготовителей.
Фотографии щитов автоматики с программируемыми логическими контроллерами:
