Программируемые логические контроллеры

Согласно ГОСТ Р 51840-2001 (МЭК 61131-1-92), программируемый контроллер – это цифровая электронная система, предназначенная для применения в промышленных условиях. Программируемый контроллер использует программируемое запоминающее устройство для внутреннего хранения ориентированных на пользователя инструкций, для выполнения специальных функций, таких как логические, упорядочения, отсчета времени, математические действия, управление через цифровые или аналоговые входы и выходы различными типами механизмов или процессов. Контроллер и связанные с ним периферийные устройства разрабатывают так, чтобы они могли быть легко интегрированы в промышленную систему управления.

Первые логические контроллеры появились в виде шкафов с набором соединенных между собой реле и контактов. Эта схема задавалась жестко на этапе проектирования и не могла быть изменена далее. Поэтому появились контроллеры, алгоритм работы которых мог быть задан программно. Возможность их создания возникла около 30 лет назад с появлением микропроцессорных технологий. Такие контроллеры получили название программируемых логических контроллеров (ПЛК).

Архитектурой контроллера называют набор его основных компонентов и связей между ними. Типовой состав ПЛК включает центральный процессор, память, сетевые интерфейсы и устройства ввода-вывода (рисунок 2.2). Иногда эта конфигурация дополняется устройством для программирования и пультом оператора, устройствами индикации, реже – принтером, клавиатурой, мышью.

Современные ПЛК являются "свободно программируемыми", имеют мощные аппаратные ресурсы, широкие вычислительные и программными возможности, большой объемом памяти и развитую структуру интерфейсов.

Рисунок 3.16 - Типовая архитектура ПЛК

На рисунке 3.16 показана типовая функциональная структура конфигурации ПЛК, в которой представлены основные блоки, выполняющие функции:

-обработки сигналов;

-интерфейса с датчиками и исполнительными приводами;

-передачи данных;

-человеко-машинного интерфейса;

-программирования, отладки, тестирования и документирования;

-обеспечения электропитанием.

Все блоки обмениваются друг с другом данными, а также сигналами от контролируемой установки/процесса для реализации заданной функции управления.

Прикладная программа может быть введена с помощью алфавитно-цифровой или символьной клавиатуры, а в случае использования дисплеев с управляемым меню - с помощью курсора, джойстика, мыши и т.д. Созданная программа постоянно находится в запоминающем устройстве (ЗУ) ПЛК, либо в ЗУ инструментальных средств программирования и отладки.

Рисунок 3.17 – Типовая функциональная структура конфигурации программируемого контроллера

ПЛК используются практически во всех сферах человеческой деятельности: для автоматизации технологических процессов, в системах противоаварийной защиты и сигнализации, жизнеобеспечения зданий, в медицинском оборудовании и т. д.

Огромное разнообразие задач автоматизации не позволяет создать универсальный ПЛК, поэтому производится большое количество контроллеров, значительно отличающихся по параметрам (рисунок 3.18).

а)

а - ОВЕН ПЛК 100;

Рисунок 3.18 - ПЛК

Широкий модельный ряд выпускаемых контроллеров позволяет потребителю подобрать прибор под любую конкретную задачу:

-моноблочные ПЛК используются для автоматизации небольших установок, создания малых и средних систем автоматизации, систем диспетчеризации;

-модульные контроллеры предназначены для решения широкого круга задач различной степени сложности;

-панельные контроллеры применяются для автоматизации систем, требующих наглядного отображения технологического процесса.

В настоящее время на Российском рынке преобладают контроллеры иностранных фирм: Siemens, Mitsubishi, ABB, Schneider Electric, GE Fanuc, однако с течением времени увеличивается доля рынка, занятая отечественной продукцией: Овен, Элемер, Текон, Фаствел, ДЭП, Эмикон и др., что соответствует общемировой тенденции, когда в большинстве стран отечественные фирмы занимают

большую долю рынка, чем иностранные. Это объясняется следующими факторами:

-высокое качество российских контроллеров;

-более квалифицированная техническая поддержку и русскоязычная документация;

-более короткие сроки поставки и территориальная близость производителя к потребителю;

-соответствие отечественных разработок российским стандартам.

Открытые протоколы, стандартизация отдельных компонентов и переход на контрактное производство стирает различия между категориями программируемых контроллеров и даже между изделиями разных марок. Это позволяет собирать управляющие комплексы на базе микропроцессоров нового поколения из модулей разных производителей. Поэтому выбор оптимального для конкретной задачи контроллера основывается на соответствии его функциональных характеристик решаемой задаче при условии минимальной его стоимости.

При выборе программируемого логического контроллера необходимо учитывать следующие основные факторы:

-характер применения (автономно, в качестве станции в распределенной сети, в качестве удаленной станции);

-функциональное назначение (ПИД-регулирование, управление системами тепло- и водоснабжения, измерение и счет данных, терморегулирование, аварийная защита и блокировка и т.д.);

-количество входов/выходов (цифровых и аналоговых);

-требуемая скорость передачи данных;

-наличие автономного счетчика времени;

-условия регистрации и хранения данных;

-возможность самодиагностики;

-требования к панели оператора;

-язык программирования;

-интерфейс;

-каналы связи (проводной, беспроводной);

-режим и условия эксплуатации.

Учитываются также другие важные характеристики, такие как условия эксплуатации, конструктивные особенности, надежность в работе, наличие сертификатов.