Добавлен: 10.01.2024
Просмотров: 26
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
В 1970 году на выставке станков в Чикаго была представлена первая в мире автоматизированная система управления на базе этого контроллера. Термин "Программируемый логический контроллер, ПЛК" ввела компания "Allen-Bradley" в 1971 году. Американский инженер-механик Ричард Морли сичтается «отцом ПЛК». С момента своего появления около 55 лет назад ПЛК продолжают играть важную роль в автоматизации технологических процессов.
Отличие ПЛК от других электронных приборов. ПЛК имеют ряд особенностей, отличающих их от прочих электронных приборов, применяемых в машиностроении:
- 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 ПЛК ориентированы на работу с агрегатами машин через развитый ввод сигналов датчиков и вывод сигналов на исполнительные механизмы, ориентированных на принятие решений и управление оператором;
- в отличие от встраиваемых систем ПЛК изготавливаются как самостоятельные изделия, отдельные от управляемого при его помощи оборудования.
- наличие расширенного числа логических операций и возможность задания таймеров и счетчиков.
- все языки программирования ПЛК имеют легкий доступ к манипулированию битами в машинных словах, в отличие от большинства высокоуровневых языков программирования современных компьютеров [5].
Современные программируемые контроллеры выполняют также и другие операции, например, совмещают функции счетчика и интервального таймера, обрабатывают задержку сигналов.
Основное преимущество применения программируемых логических контроллеров в составе автоматизированных систем управления является в том, что один маленький механизм может заменить огромное количество электромеханических реле, а также быстрое время сканирования, компактные системы ввода/вывода, стандартизированные средства программирования и специальные интерфейсы, позволяющие подключать нетрадиционные устройства автоматики непосредственно к контроллеру или объединять разное оборудование в единую систему управления.
2.Виды и классификация контроллеров автоматизации
Программируемый логический контроллер (ПЛК) – это специальное устройство, разработанное для автоматизации оборудования в промышленных условиях. По своим функциям ПЛК напоминает домашний ПК. У него есть источник питания, ЦП, устройства ввода и вывода, память и ПО. Существенная разница в том, что ПЛК может выполнять дискретные и непрерывные функции. По сути, логический контроллер – это «защищенный» компьютер, который управляет электромеханическими процессами в промышленной среде.
Размер ПЛК. В этой категории различают малые, средние и большие ПЛК.
Малые ПЛК. Это небольшие контроллеры на 15–100 входов и выходов, предназначенные для управления небольшими машинами, например двигателями. Как правило, малый ПЛК оснащается портами последовательной связи, настроенными для подключения к приводам и датчикам по каналам RS-232 или RS-485. Малые контроллеры можно приобрести в виде отдельных модулей, чтобы их можно было легко встроить в существующие системы управления.
Средние ПЛК. Такие контроллеры рассчитаны на 100–300 входов и выходов. С их помощью можно автоматизировать управление более крупным оборудованием вроде сборочных линий.
По сравнению с малыми ПЛК, средние контроллеры обладают:
- большим объемом памяти;
- расширенными коммуникационными портами;
- более высокой скоростью обработки;
- дополнительными устройствами ввода/вывода [6].
ПЛК среднего размера позволяют устанавливать множество подключаемых модулей на объединительной плате системы.
Большие ПЛК. Эти контроллеры рассчитаны на 300–2000 входов/выходов. Большие ПЛК позволяют автоматизировать управление крупногабаритным оборудованием, например турбинами. Большие контроллеры применяются там, где необходимо управлять сложными технологическими процессами. Как правило, ПЛК такого типа используют в диспетчерских, на крупных фабриках, электростанциях и др.
В зависимости от конфигурации логические контроллеры бывают компактными и модульными.
Компактный контроллер. Это небольшой ПЛК, с помощью которого можно решить небольшие задачи автоматизации. Он включает встроенный язык программирования, а также обширный и удобный набор инструкций, что упрощает кодирование определенных программ.
К основным компонентам компактного ПЛК относятся:
- устройства ввода/вывода;
- батарея;
- блок, который обрабатывает данные;
- разъемы для подключения переключателей и датчиков.
В отличие от центральных блоков управления технологическими процессами, компактные ПЛК меньше по размеру и более портативны, поскольку не требуют высоковольтных кабелей.
Модульный контроллер. Модульный ПЛК основан на программируемых аппаратных модулях. Позволяя пользователям настраивать и перенастраивать свои контроллеры, модульные ПЛК экономят деньги производителей на внешнем интерфейсе, упрощая требования к установке и настройке. Кроме того, их можно легко заменить с помощью обновлений: не нужно отказываться от них, когда становятся доступными более продвинутые технологии. Это делает их привлекательными для быстрорастущих компаний, планирующих быстро выйти на новые рынки [6].
Модуль ввода/вывода. По этой классификации ПЛК могут оснащаться дискретными или аналоговыми устройствами ввода/вывода.
Дискретный ввод/вывод. Это наиболее распространенный тип. Данный интерфейс соединяет полевые устройства ввода типа «вкл/выкл», такие как селекторные переключатели, кнопки и концевые выключатели. Каждый бит дискретного ввода и вывода представляет собой полный информационный элемент сам по себе и обеспечивает состояние некоторого внешнего контакта или сообщает о наличии или отсутствии питания в цепи обработки.
Аналоговый ввод/вывод. Типичные аналоговые входы и выходы варьируются от 0 до 20 мА, от 4 до 20 мА или от 0 до 10 вольт. Аналоговые входы являются непрерывными, например передавая сигнал от преобразователя давления и температуры. Аналоговые выходы – это управляющие элементы, используемые для оборудования, такого как приводы электродвигателей.
Источники питания. По этому параметру ПЛК можно разделить на два основных типа:
- Без встроенного источника питания – подключаются к внешнему источнику питания, например зарядным батареям.
- Со встроенным источником постоянного напряжения на 24 В или 48 В.
Второй вариант ПЛК более эффективен – нет необходимости приобретать отдельный аккумулятор или трансформатор. Кроме того, такие контроллеры не требуют отдельного устройства преобразования напряжения и сокращают количество компонентов, которые могут выйти из строя.
Выбор программируемого контроллера является важной и сложной задачей при создании систем автоматического управления технологическими параметрами на любом промышленном предприятии. При его выборе необходимо учесть и оценить большое количество факторов. Объединив технологические требования к конкретному объекту автоматического управления со сравнительным анализом современных программируемых логических контроллеров, можно принять правильное решение.
Выбор правильного ПЛК для конкретного промышленного применения очень важен. Это зависит от нескольких факторов, таких как:
- Системные требования: в основном определяет задачу, которую должен выполнять предполагаемый ПЛК, поэтому цель, которую необходимо достичь, должна быть четко определена. Поэтому необходимо разделить всю задачу на несколько простых и понятных шагов.
- Требования к применению: Характер устройств ввода и вывода, которые должны быть подключены к ПЛК, и список функций, необходимых для каждого из этих устройств.
- Электрические требования: Это означает требования к электрической мощности, т. е. номинальное напряжение и ток для отдельных входов и выходов, а также для самого ПЛК.
- Скорость работы: Скорость работы предполагаемого ПЛК необходимо определить в зависимости от характера динамики устройства. Это очень важно в случае «критичных ко времени» операций, а также для функций безопасности.
- Коммуникация: если приложению требуется обмен данными вне процесса, т. е. связь со станцией оператора.
- Условия окружающей среды: Суровые условия эксплуатации, в которых должен находиться ПЛК, определяют технические характеристики распределительного щита, а также доступность для обслуживания и устранения неполадок [7].
Структура работы программируемого логического контроллера (рис. 1):
Рисунок 1 - Структура работы программируемого логического контроллера
Алгоритм работы ПЛК (рис. 2):
Рисунок 2 - Алгоритм работы ПЛК
В качестве основного режима работы ПЛК выступает его длительное автономное использование, зачастую в неблагоприятных условиях окружающей среды, без серьезного обслуживания и практически без вмешательства человека.
Заключение
Первое и главное преимущество ПЛК, обусловившее их широкое распространении, заключается в том, что одно компактное электронное устройство может заменить десятки и сотни электромеханических реле. Второе преимущество в том, что функции логических контроллеров реализуются не аппаратно, а программно, что позволяет постоянно адаптировать их к работе в новых условиях с минимальными усилиями и затратами.
Применение ПЛК обеспечивает высокую надёжность, простое тиражирование и обслуживание систем управления, ускоряет монтаж и наладку оборудования, обеспечивает возможность быстрого обновления алгоритмов управления (в том числе и на работающем оборудовании).
Список литературы
1.Автоматика: учебник / А. С. Серебряков, Д. А. Семёнов, Е. А. Чернов; под ред. А. С. Серебрякова. - Москва: Юрайт, 2019. - 431 с
2. Корнеев, И.К. Технические средства управления: Учебник / И.К. Корнеев, Г.Н. Ксандопуло. - М.: Инфра-М, 2018. - 736 c.
3. Надёжность систем автоматизации: учебное пособие / И. В. Тетеревков. - Москва; Вологда: Инфра-Инженерия, 2019. - 356 с.
4. Рачков, М. Ю. Технические средства автоматизации: учебник для вузов / М. Ю. Рачков. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва: Издательство Юрайт, 2023. — 182 с.
5. Рогов, В. А. Средства автоматизации и управления: учебник для вузов / В. А. Рогов, А. Д. Чудаков. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва: Издательство Юрайт, 2023. — 352 с.
6. Смирнов, Ю.А. Технические средства автоматизации и управления: Учебное пособие / Ю.А. Смирнов. - СПб.: Лань, 2018. - 456 c.
7. Технические средства автоматизации и управления: учебник для вузов / О. С. Колосов [и др.]; под общей редакцией О. С. Колосова. — Москва: Издательство Юрайт, 2023. — 291 с.