Lekce programování PLC. PLC - co to je? PLC s programovatelným logickým ovladačem

Kde začala průmyslová automatizace? Všechno to začalo s kontaktními reléovými obvody pro řízení průmyslových procesů. Kromě strašlivého „šustění“ měly obvody kontaktního relé pevnou logiku činnosti a pokud se změní algoritmus, je nutné důkladně předělat schéma zapojení

Rychlý rozvoj mikroprocesorové technologie vedl k vytvoření systémů řízení procesů založených na průmyslových kontrolérech. To však neznamená, že relé zastarala, mají prostě své vlastní místo pro použití.

PLC – programovatelný logický automat, jsou mikroprocesorové zařízení určené ke sběru, převodu, zpracování, ukládání informací a generování řídicích příkazů, které má konečný počet vstupů a výstupů, připojené senzory, klíče, akční členy k řídicímu objektu a je navrženo pro provoz v reálném čase.

Princip činnosti PLC se poněkud liší od „konvenčních“ mikroprocesorových zařízení. Software pro univerzální regulátory se skládá ze dvou částí. První částí je systémový software. Když nakreslíme analogii s počítačem, můžeme říci, že se jedná o operační systém, tzn. řídí činnost řídicích jednotek, propojení součástí a vnitřní diagnostiku. Systémový software PLC je umístěn v trvalé paměti centrálního procesoru a je vždy připraven k použití. Po zapnutí je PLC připraveno převzít kontrolu nad systémem během několika milisekund. PLC pracují cyklicky pomocí metody periodického dotazování vstupních dat.
Provozní cyklus PLC zahrnuje 4 fáze:
1. Průzkum vstupů
2. Spusťte uživatelský program
3. Nastavení výstupních hodnot
4. Některé pomocné operace (diagnostika, příprava dat pro debugger, vizualizace atd.).

Provedení fáze 1 zajišťuje systémový software. Poté se řízení přenese do aplikačního programu, programu, který jste si sami zapsali do paměti, podle tohoto programu regulátor dělá, co chcete, a po jeho dokončení se řízení opět přenese na systémovou úroveň. Tím je zajištěna maximální jednoduchost při sestavování aplikačního programu – jeho tvůrce nemusí umět spravovat hardwarové prostředky. Musíte vědět, ze kterého vstupu signál přichází a jak na něj na výstupech reagovat

Je zřejmé, že doba odezvy na událost bude záviset na době provádění jednoho cyklu aplikačního programu. Definice reakční doby - doba od okamžiku události do okamžiku vydání odpovídajícího řídicího signálu - je znázorněna na obrázku:

Díky paměti je PLC v závislosti na historii událostí schopno reagovat na aktuální události odlišně. Možnosti přeprogramování, řízení času, pokročilé výpočetní schopnosti včetně digitálního zpracování signálu posouvají PLC na vyšší úroveň oproti jednoduchým kombinačním strojům.

Zvažte vstup a výstup PLC. Existují tři typy vstupů: diskrétní, analogový a speciální
Jeden diskrétní vstup PLC je schopen přijímat jeden binární elektrický signál, popsaný dvěma stavy - zapnuto nebo vypnuto. Všechny diskrétní vstupy (obecná verze) regulátorů jsou obvykle navrženy tak, aby akceptovaly standardní signály s úrovní 24 V DC. Typická hodnota proudu pro jeden digitální vstup (při vstupním napětí 24 V) je přibližně 10 mA.

Analogový elektrický signál představuje úroveň napětí nebo proudu odpovídající nějaké fyzikální veličině v daném čase. Může to být teplota, tlak, hmotnost, poloha, rychlost, frekvence atd.

Protože PLC je digitální počítač, analogové vstupní signály nutně podléhají analogově-digitální konverzi (ADC). V důsledku toho se vytvoří diskrétní proměnná určité kapacity. PLC zpravidla používají 8-12bitové převodníky, což ve většině případů na základě moderních požadavků na přesnost řízení technologického procesu stačí. Navíc ADC s vyšší bitovou kapacitou neospravedlňují svou hodnotu, především kvůli vysoké úrovni průmyslového šumu charakteristické pro provozní podmínky regulátorů.

Téměř všechny analogové vstupní moduly jsou vícekanálové. Vstupní spínač propojuje vstup ADC s požadovaným vstupem modulu.

Standardní digitální a analogové vstupy PLC mohou uspokojit většinu potřeb průmyslových automatizačních systémů. Potřeba použití specializovaných vstupů vzniká v případech, kdy je přímé softwarové zpracování určitého signálu obtížné, například vyžaduje mnoho času.

Nejčastěji jsou PLC vybaveny specializovanými čítacími vstupy pro měření doby trvání, snímání hran a počítání impulsů.

Například při měření polohy a rychlosti otáčení hřídele jsou velmi rozšířená zařízení, která generují určitý počet impulsů za otáčku - rotační enkodéry. Opakovací frekvence pulzu může dosáhnout několika megahertzů. I když je procesor PLC dostatečně rychlý, přímé počítání pulsů v uživatelském programu bude časově velmi plýtvat. Zde je žádoucí mít specializovanou hardwarovou vstupní jednotku schopnou provádět primární zpracování a generovat množství potřebná pro aplikovaný úkol.
Druhým běžným typem specializovaných vstupů jsou vstupy schopné velmi rychle spouštět zadané uživatelské úlohy s přerušením provádění hlavního programu - vstupy přerušení.

Diskrétní výstup má také dva stavy - zapnuto a vypnuto. Jsou potřebné k ovládání: elektromagnetických ventilů, cívek, startérů, výstražných světel atd. Obecně je rozsah jejich použití obrovský a pokrývá téměř veškerou průmyslovou automatizaci.

Strukturálně se PLC dělí na monoblokové, modulární a distribuované. Monoblok má pevnou sadu vstupů a výstupů

V modulárních řídicích jednotkách jsou vstupně-výstupní moduly instalovány v různém složení a množství v závislosti na úkolu, který je před námi

V distribuovaných systémech lze moduly nebo dokonce jednotlivé vstupy a výstupy, které tvoří jeden řídicí systém, oddělit na značné vzdálenosti

Programovací jazyky PLC

Při vytváření systému řízení technologického procesu je vždy problém vzájemného porozumění mezi programátorem a technologem. Technolog řekne: „Musíme trochu přidat, trochu promíchat, přidat trochu víc a trochu to zahřát. A je málo času očekávat od technologa formalizovaný popis algoritmu. A ukázalo se, že do těch se programátor potřeboval dlouze ponořit. Zpracujte a poté napište program. Často s tímto přístupem zůstává programátor jedinou osobou schopnou porozumět svému výtvoru se všemi z toho plynoucími důsledky. Tato situace vyvolala touhu vytvářet technologické programovací jazyky, které jsou přístupné inženýrům a technologům a které co nejvíce zjednodušují proces programování.

V posledním desetiletí se objevilo několik technologických jazyků. Mezinárodní elektrotechnická komise navíc vyvinula standard IEC-61131-3, který soustřeďuje vše pokročilé v oblasti programovacích jazyků pro systémy automatizace procesů. Tento standard vyžaduje, aby různí výrobci PLC nabízeli příkazy, které jsou identické jak vzhledem, tak provozem.

Norma specifikuje 5 programovacích jazyků:

Sequential Function Chart (SFC) – jazyk sekvenčních funkčních bloků;
Function Block Diagram (FBD) – jazyk funkčních blokových diagramů;
Ladder Diagrams (LAD) – jazyk žebříkových diagramů;
Seznam příkazů (STL) je strukturovaný textový jazyk, jazyk vysoké úrovně. Připomíná mi Pascala
Instruction List (IL) je instrukční jazyk Je to typický assembler s akumulátorem a skoky podle štítku.

Jazyk LAD nebo KOP (z němčiny Kontaktplan) jsou obdobou elektrických obvodů reléové logiky. Pro inženýry, kteří neznají sofistikované programovací jazyky, proto nebude těžké napsat program. Jazyk FBD připomíná vytváření obvodů pomocí logických prvků. Každý z těchto jazyků má své klady a zápory. Specialisté proto při výběru vycházejí především z osobních zkušeností. Ačkoli většina softwarových balíků umožňuje převést již napsaný program z jednoho jazyka do druhého. Protože některé problémy lze vyřešit elegantně a jednoduše v jednom jazyce, zatímco v jiném budete muset čelit určitým potížím

Nejpoužívanějšími jazyky jsou v současnosti LAD, STL a FBD.

Většina výrobců PLC má tradičně svůj vlastní vývoj v oblasti nástrojového softwaru. Například „Concept“ Schneider Electric, „Step 7“ Siemens.

Softwarový balík CoDeSys

Otevřenost standardů IEC vedla k vytvoření společností věnujících se výhradně programovacím nástrojům PLC.

Jsou nejoblíbenější na světě. CoDeSys byl vyvinut společností 3S. Jedná se o univerzální nástroj pro programování regulátorů v jazycích IEC, který není vázán na žádnou hardwarovou platformu a splňuje všechny moderní požadavky.

Klíčové vlastnosti:
- plná implementace jazyků IEC
- vestavěný emulátor řadiče umožňuje ladit projekt bez hardwaru. Navíc se neemuluje nějaký abstraktní řadič, ale konkrétní PLC zohledňující hardwarovou platformu
- vestavěné vizualizační prvky umožňují vytvořit model řídicího objektu a provádět ladění, tzn. umožňuje vytvořit rozhraní člověk-stroj (HMI)
- velmi široká škála servisních funkcí urychlujících práci programátora
- existuje ruská verze programu a ruská dokumentace

Literatura:
Moderní technologie průmyslové automatizace: učebnice / O. V. Shishov. Saransk: Nakladatelství Mordov. Univerzita, 2007. – 273 s. ISBN 5-7103-1123-5

PLC mají několik základních programovacích jazyků. Za prvé, je to něco podobného jako u programovacích jazyků na vysoké úrovni. Říká se mu strukturovaný textový jazyk (buržoazně ST). Mimořádně pohodlná věc, pokud máte znalosti programování. Ve skutečnosti to bylo vynalezeno pro programátory. Při vývoji a implementaci PLC však byla profese programátora (ve smyslu inteligentního programátora s dobrým technickým vzděláním) ještě vzácnější než v naší drsné době. Praktičtí Yankeeové a celý svět proto následně vyvinuli několik typů grafických jazyků. Pro elektrikáře byl vytvořen jazyk reléových diagramů (buržoazně LD). Obecně nic složitého - vstupní sběrnice, výstupní sběrnice, mezi nimi - okruh relé, normálně sepnutých nebo otevřených, a časovače, samozřejmě nejrůznější spouštěče. Výhodou je jednoduchost - pokud by existoval pouze diagram, program by se napsal. Nevýhodou je obtížnost práce s analogovými signály.

Dalším typem grafického jazyka je jazyk funkčních bloků (buržoazní FBD). Velmi mi to připomíná práci např. s balíčkem Simulink softwarového balíku Matlab pro kamaráda naproti, připomíná mi to Vissim; Ano, obecně je obtížné získat technické vzdělání, aniž byste se někdy setkali s tímto druhem softwaru. Základem všeho jsou bloky propojené v požadovaném sledu komunikačními linkami. Pokud jste techie, možná nejjednodušší se naučit a aktivně používat. Plus – přehlednost, intuitivní přehlednost implementovaných algoritmů. Nevýhody: práce s cykly. Je to samozřejmě možné, ale na ST je tento druh programu napsán snadněji a kratší.
Nejnovější verze grafického jazyka je algoritmický (SFC). Toto je grafický jazyk nejvyšší úrovně. Každý krok je malý (nebo velký) program. Velmi krásný jazyk, právem zbožňovaný technology všech kategorií. Umožňuje vytvářet úzce strukturované projekty, které lze snadno ladit. Má to jen jedno mínus - do studia byste se měli pustit až po dostatečném zvládnutí jazyka ST, LD nebo FBD. Na nich je ještě potřeba napsat programy pro samostatný krok.

Ach ano. Málem jsem zapomněl. Existuje také něco podobného jako assembler. Říká se tomu seznam instrukcí (v buržoazním IL). Pokud jste fanouškem nekonečné výdrže baterie, je to pro vás. Nevýhody: dlouhý programový kód, který vypadá dobře pouze v přílohách disertační práce, problémy s laděním. Zkrátka v mém chápání je to páté kolo v programovacím vozíku PLC. mohu se mýlit.

Program nebo projekt?

Hned oddělíme řízky od much. Kód, který hrdinsky píšeme, je samozřejmě program. Nebo přesněji, program je kód, který definuje pracovní cyklus PLC. Ovladač nemusí mít jeden, ne dva, ale mnoho. Mohou se měnit vlivem času, externích nebo programových událostí. To znamená, že program je spíše soukromá věc. Souhrn toho, co je „nalito“ do ovladače, se obvykle nazývá projekt. Kromě sady programů obsahuje projekt připojené knihovny, datové typy, vizualizace, konfigurace, nastavení pro konkrétní PLC a mnoho dalšího.

Jak je popsáno v prvním článku, PLC cyklicky čte vstupy, spouští aplikační program a zapisuje výstupy. Proto se psaní programu pro PLC liší od tradičního psaní programu pro mikrokontroléry a PC. Programy pro PLC podléhají přísným požadavkům na spolehlivost, jedna věc je zamrznutí textového editoru a druhá věc pro program, který řídí jaderný reaktor. Dalším neméně důležitým požadavkem je včasná reakce na událost. Co to znamená nereagovat na událost v průmyslu včas? To znamená ztrátu kontroly nad technologickým procesem. Což v některých případech, jako například reaktor, povede k nenapravitelným následkům.

Podívejme se na rozdíly mezi psaním programu pro PLC a mikrokontrolér. Vezměme si například nejjednodušší úkol pro MK - blikající LED. Mám podezření, že každý začal své seznámení s MK tímto úkolem. Algoritmus bude následující

Zapsat protokol do portu. 1.
Dočasné zpoždění
Napište log.0 do portu.
Dočasné zpoždění
Skok na začátek programu podle značky.

Podle tohoto algoritmu nebude program na PLC fungovat, obsahuje nekonečnou smyčku. Ale v PLC se celý aplikační program provádí od začátku do konce v každém provozním cyklu a jakýkoli program musí řídit systémový program. Proto s takovou organizací algoritmu naše PLC zamrzne. I když odstraníme přechod značkou na začátek, program nebude fungovat tak, jak chceme. Port bude vždy ve stavu log.0, protože fyzická instalace výstupů se provádí až po spuštění celého aplikačního programu. Mezistavy jsou tedy pouze programové proměnné v paměti a na hardwaru se nijak nezobrazují.

Kromě toho by bylo také dobré organizovat časovou prodlevu pomocí časovače, periodicky kontrolovat jeho hodnotu a nečekat nadarmo, než tento čas uplyne, jistě existuje pro regulátor jiná důležitější práce;

S ohledem na výše uvedené by správný algoritmus vypadal takto:
1. Zkontrolujte časovač, pokud doba pauzy vypršela
a) invertujte výstup
b) spusťte nové odpočítávání
2. Konec programu

Níže si tento algoritmus zavedeme do praxe a nyní se podíváme na hlavní rysy jazyka LAD (Ladder Diagram).

Reléový obvod se skládá ze dvou vertikálních sběrnic, mezi nimi jsou horizontální obvody tvořené kontakty a reléovými vinutími. Příklad na obrázku:

Normálně otevřený kontakt

Normálně uzavřený (inverzní) kontakt

Cívka relé

Počet kontaktů v obvodu se může lišit, ale vinutí je stejné.

Každý kontakt je spojen s logickou proměnnou, která určuje jeho stav. Pokud je normálně zavřený kontakt, pak TRUE, pokud je otevřený, je pro inverzní kontakt FALSE, naopak je sepnut, když je proměnná FALSE; Název proměnné je napsán nad kontaktem a slouží jako jeho název.

Sériově zapojené kontakty jsou ekvivalentní logické operaci AND a paralelně zapojenému OR. Inverzní kontakt je ekvivalentní operaci NOT. Paralelní připojení vinutí je povoleno, ale sériové připojení nikoli. Vinutí relé může být i inverzní, pak kopíruje inverzní stav obvodu do příslušné logické proměnné.

Myšlenka reléových obvodů spočívá v tom, že všechny obvody pracují paralelně, tzn. proud je dodáván do všech obvodů současně. Ale víme, že procesor provádí program sekvenčně a my to nemůžeme dělat současně. Podobně v LAD se program provádí postupně zleva doprava, shora dolů. Procesorový cyklus je však malý, a proto dochází k paralelnímu efektu.

Jakákoli proměnná ve stejném obvodu má stejnou hodnotu. I když relé v obvodu změní proměnnou, nová hodnota dorazí na kontakty až v dalším cyklu. Obvody umístěné nahoře obdrží novou hodnotu proměnné okamžitě a obvody umístěné níže - až v dalším cyklu. Přísné pořadí provádění je velmi důležité a díky nim zůstává LAD diagram stabilní za přítomnosti zpětných vazeb.

Ačkoli to odporuje analogii LAD s reléovými obvody, pořadí provádění programu LAD může být narušeno pomocí značek a přechodů. To zhoršuje čitelnost programu a může být obtížné jim porozumět, ale jak se říká, pokud opravdu chcete, můžete. K tomu je vhodné program rozdělit na moduly a mezi moduly provádět přechody.

Možnosti programu LAD lze rozšířit vložením funkčních bloků. Lze vložit všechny standardní funkční bloky obsažené v IEC. Popisy funkčních bloků naleznete v nápovědě.

Pojďme vytvořit náš první LAD program v prostředí CoDeSys. , stačí použít vyhledávač

Po instalaci zvolte vytvoření nového projektu a CoDeSys vás požádá o výběr cílové platformy pro PLC. Určení cílové platformy je nezbytné, aby prostředí vědělo, pro jaký typ řadiče je program psán. Vyberte 3S CodeSyS Sp PLCWinNT V2.4 a klikněte na OK.

Název projektu ponechte jako výchozí, vyberte jazyk LD

Rozhraní programu je v ruštině a je intuitivní. Když najedete na prvek, objeví se název. Doporučuji vám zvážit všechny prvky a také položky hlavního menu.

Chcete-li přidat prvek do programu, musíte kliknout levým tlačítkem myši na pracovní pole programu a poté kliknout LMB na prvek, který chcete do programu umístit. Například normálně otevřený kontakt byste měli získat následující.

Místo otazníků napište název naší proměnné, například SB, a stiskněte Enter, objeví se okno deklarace proměnné, vyberte Bool a stiskněte OK.

Zvažte, z jakých typů si můžete vybrat, a také jaké třídy proměnných.

Implementujme programy pro blikání LED a obecně řečeno program pro generátor jednoho pulzu

K implementaci programu využíváme funkční blok časovače TP. Časovač TP – jedná se o jednopulzní časovač s dobou trvání určenou vstupem PT.

Zatímco IN je FALSE, výstup Q = FALSE, výstup ET = 0. Když IN přejde na TRUE, výstup Q se nastaví na TRUE a časovač spustí časování na výstupu ET, dokud není dosaženo doby trvání specifikované pomocí PT. Počítadlo se dále nezvyšuje. Výstup Q tedy generuje puls trvání PT na hraně vstupu IN.

Chcete-li vložit TP, na panelu nástrojů vyberte:

A objeví se asistent výběru funkčního bloku.

Stáhněte si soubor projektu a pojďme se podívat, jak to funguje.

V počátečním okamžiku X= False, takže inverzní kontakt X je sepnut a časovač T2 je spuštěn, výstup Q= True, takže obvod je zapnutý. A protože vinutí v obvodu je inverzní, znamená to, že zkopíruje inverzní stav obvodu do X a X zůstane False, po přetečení časovače Q = False a inverzní vinutí změní X na True. Poté se spustí T1, po přetečení resetuje X na False a vše se opakuje. Proměnná X je výstup generátoru. Časovač T2 nastavuje pauzu a T1 dobu trvání pulsu.

Sestavení projektu Projekt -> Kompilace

V online sekci vybíráme Režim emulace, a pak Spojení A Start. A vidíme, že se náš obvod začíná přepínat, obvod, kde „teče proud“, je zvýrazněn modře. Také v oblasti deklarace proměnných vidíme aktuální hodnotu proměnných.

Výstup generátoru lze zobrazit pomocí digitálního sledovače, přejděte na kartu Zdroje v levém dolním rohu

Vybrat Digitální tracer -> Doplněk -> Nastavení trasování, zobrazí se následující okno

Nastavíme cykličnost nahrávání Ručně, klikněte na správce a vyberte proměnné X(Bool)

Klikněte OK . Výběr peří do naší proměnné

Vyberte si online Spojení, lis Start, Dále Pokročilé -> Spustit trasování, také vybrat Automatické trasování

Uvažujme další příklad řízení motoru s elektronickou komutací statorových vinutí
Nebudu prezentovat samotný program, stáhněte si projekt. A řeknu vám o algoritmu práce.

Všechny časovače se spouštějí startovacím signálem. Každý časovač měří okamžik, kdy fáze končí. Proměnné Y1-Y3 jsou výstupy příslušné regulační fáze. Každý výstup se zapne, pokud časovač ještě nepřeteče a předchozí výstup je vypnutý. Posledním okruhem je okruh automatického restartu.

Regulátor je ovládací zařízení. Skutečně funkční se stane pouze tehdy, když vytvoříte a spustíte program, který jej použije.

Z toho vyplývá hlavní úkol programovatelného logického automatu - provádění programu, který řídí technologický proces.

Jaký softwarový balíček je k dispozici pro PLC? V zásadě je možná jakákoliv sada. Hlavní věc je, že velikost volných zdrojů tohoto nástroje pro vás není překážkou. Vývojář dostává dostatek příležitostí k psaní programů.

Co je potřeba k naprogramování ovladače? Nejprve potřebujete programátora, který by této problematice důkladně rozuměl. Zadruhé potřebujete samotný počítač a samozřejmě vývojový balíček.

Funkčnost vývojových nástrojů

Obvykle je vývojový balíček za příplatek. Ačkoli se v zásadě často setkáváme s tím, že tento balíček je již zpočátku součástí instalačního softwaru.

Jakou funkcionalitu nabízí vývojové prostředí?

Velká sada knihoven, programových bloků, specifických postupů a hotových šablon.
Nástroje pro kontrolu, testování a spouštění programu na počítači, který obchází řadič.
Navrhuje se také nástroj pro automatizaci dokumentace vytvořeného programu v rámci přijatých standardů.

A nakonec je nutné poznamenat hlavní výhodu – podporuje asi šest programovacích jazyků. Jedinou nevýhodou je, že kompatibilita programu je implementována na nízké úrovni. Výrobci PLC nepřišli k unifikaci a každý vyrábí toto zařízení s vlastním softwarovým prostředím.

Typy programovacích jazyků pro PLC

Jazyk LD

LD (Ladder) je grafické vývojové prostředí. Svým způsobem je to jako reléový obvod. Vývojáři tohoto standardu se domnívají, že použití tohoto typu softwarového prostředí značně usnadňuje přeškolení techniků reléové automatizace na PLC.

Mezi hlavní nevýhody tohoto programovacího jazyka patří neefektivnost při zpracování procesů s velkým počtem analogových proměnných, protože je postaven tak, aby reprezentoval diskrétní procesy.

jazyk FBD

FBD (Function Block Diagram) – Používá se zde i grafické programování. Obrazně řečeno, FBD definuje určitý počet funkčních bloků, které mají mezi sebou propojení (vstup a výstup).

Komunikační data jsou variabilní a přenášejí se mezi bloky. Každý blok samostatně může představovat určitou operaci (spouštěč, logické „nebo“ atd.). Proměnné jsou definovány pomocí specifických bloků a výstupní obvody mohou mít připojení ke konkrétním výstupům regulátoru nebo připojení ke globálním proměnným.

jazyk SFC

SFC (Sequential Function Chart) – lze použít s jazyky ST a IL, je také založen na grafu. Principem jeho konstrukce se blíží obrazu konečného automatu, tato podmínka jej řadí mezi nejvýkonnější programovací jazyky.

Technologické procesy v tomto jazyce jsou stavěny podle typu určitých kroků. Struktura stupňů se skládá ze svislé čáry, která jde shora dolů. Každý krok je specifická operace. Operaci můžete popsat nejen pomocí SFC, ale také pomocí ST a IL.

Jakmile je krok dokončen, dojde k akci přenesení řízení na další krok. Přechod mezi kroky může být dvojího druhu. Pokud je v kroku splněna nějaká podmínka a další akcí je přejít na další krok, jedná se o podmíněný přechod. Pokud jsou všechny podmínky v daném kroku plně splněny a teprve poté dojde k přechodu na další krok, pak se jedná o bezpodmínečný přechod.

Jazyk ST

ST (Structured Text) je jazyk na vysoké úrovni a má mnoho podobností s Pascalem a Basicem.

ST umožňuje interpretovat více než šestnáct datových typů a má schopnost pracovat s logickými operacemi, cyklickými výpočty atd.

Menším nedostatkem je chybějící grafické prostředí. Programy jsou prezentovány v textové podobě a tento stav komplikuje vývoj technologie.

jazyk IL

IL (Instruction List) – jazyk podobný Assembly, obvykle se používá pro individuální kódování bloků. Výhodou je, že tyto bloky mají vysokou provozní rychlost a nízké nároky na zdroje.

jazyk CFC

CFC (Continuous Flow Chart) – odkazuje na jazyky vyšší úrovně. V zásadě jde o jasné pokračování jazyka FBD.

Proces návrhu spočívá v použití hotových bloků a jejich umístění na obrazovku. Dále jsou nakonfigurovány a jsou mezi nimi umístěny spoje.

Každý blok je řízením konkrétního technologického procesu. Zde se soustředí především na technologický proces, matematika ustupuje do pozadí.

Jedním z klíčových účelů automatizace je sledování změn stavu objektu a schopnost řídit tento proces. Omezení procesů změn vede ke zvýšení produktivity a efektivity. Strojové vidění a řízení pohybu pomáhají snižovat odchylky a zvyšují flexibilitu moderních automatizačních systémů. Na druhé straně zvýšená flexibilita a funkčnost řídicích systémů může tlačit některé starší systémy na pokraj zpracovatelských schopností.

V dnešní době jsou PLC programovatelné logické automaty standardem v automatizačních systémech. Náklady na nové technologie se často přidávají k možnosti modernizace zařízení a/nebo k dalším příležitostem k implementaci nových operačních systémů. Nicméně přidání zařízení pro řízení pohybu nebo zákaznických vstupních modulů do PLC programovatelného logického ovladače může mít také významný dopad na cenu celého zařízení.

Požadavky na moderní průmyslové regulátory jsou relativní náklady, rozšiřitelnost, funkčnost a také implementace uživatelských možností. Vzhledem k tomu, že požadavky na rychlost zpracování, paměť a výkon v posledních letech výrazně vzrostly, může PLC nadále zůstat hlavním nástrojem pro automatizaci výrobních systémů?

Proces řízení

Ve své nejjednodušší podobě se řídicí proces skládá ze tří hlavních součástí – snímače, regulátoru a akčního členu. Snímač shromažďuje informace o ovládaném objektu a předává je ovladači, který přijatá data zpracovává a vydává řídicí signál akčnímu členu. Toto provedení se nazývá systém s uzavřenou smyčkou nebo uzavřenou smyčkou.

Například monitorování plynu a teploty v dusíkové peci může být důležité pro tepelné zpracování, ale údaje o vlhkosti v místnosti nebo vibracích nemusí mít na proces tepelného zpracování vůbec žádný vliv. Přidání nejnovějších dat do automatického řídicího systému nepřinese absolutně žádný užitek, ale pouze to zkomplikuje a zvýší náklady. Můžeme dojít k závěru, že složitost se stává kritickou, protože snižuje náklady na návrh, programování, řešení problémů a zabraňuje instalaci součástí, které nemají praktické využití.

Poté, co jsou shromážděny senzory, informace putují do ovladače, který hraje roli „mozku“. Bude zpracovávat přijaté informace na základě algoritmů a programů, které mu byly přiděleny programátorem. Pokud hodnota nespadá do stanovených mezí, vyšle regulátor signál do akčního členu, aby chybu odstranil, a to se bude dít, dokud chyba nepřekročí přijatelné meze. Pohon je svalem automatického řídicího systému (ACS). Je to on, kdo bude mít fyzický dopad na řízený systém. Akčními mechanismy pro samohybné zbraně mohou být různé elektrické pohony, hydraulické pohony, pneumatické pohony a další mechanismy.

„Kontrolor si je vědom toho, co se děje, a může činit rozhodnutí. PLC je nesporným lídrem v průmyslové automatizaci,“ říká Matteo Dariol, inženýr ve společnosti Bosch Rexroth. „Zkratka obsahuje „programovatelnou logiku“, protože na začátku elektronické revoluce v 60.–70. letech 20. století se řídicí zařízení začala budovat pomocí diskrétních elektronických součástek. Dříve vedla změna specifikace návrhu k přepracování a reengineeringu veškeré řídicí logiky spolu se změnami fyzických prvků řídicích zařízení. S příchodem programovatelného logického automatu PLC spočívá úsilí o změnu řídicího algoritmu téměř výhradně ve změně softwaru."

Moderní PLC jsou poměrně spolehlivá zařízení a jejich programovací jazyky jsou standardizované. Prostředí pro vývoj softwaru pro programovatelné logické automaty zatím nemají společné jednotné standardy, protože všichni hlavní hráči na trhu elektronických součástek nabízejí svá vlastní jedinečná řešení. Programování a odstraňování problémů v PLC může být ještě snazší než v osobním počítači, PC, který zřejmě každý z nás velmi dobře zná. Programovatelný logický automat PLC má modulární strukturu a schopnost připojit různé moduly v závislosti na požadavcích projektu: další I/O porty, bezpečnostní moduly a také specifické komunikační moduly, abychom jmenovali jen několik příkladů.

Modulární konstrukce dává programovatelným logickým automatům hlavní výhodu škálovatelnosti. Existují další výhody, jako je cena, jednoduchost designu a strukturální pevnost. Prvky ACS jako relé je potřeba periodicky kontrolovat a vyměňovat a zde se objevuje další výhoda PLC – minimum pohyblivých mechanických částí. Existují možnosti integrace se složitějšími systémy, jako je PC kontrolér.

Omezení PLC

PLC má ve srovnání s osobním počítačem (PC) omezené možnosti paměti, softwaru a periferií. Řízení pohybu (například robotika nebo komplexní automatizovaný systém) vyžaduje obrovské množství vstupů/výstupů, což vyžaduje další řídicí moduly PLC nebo externí elektroniku. Je však třeba poznamenat, že počítač je schopen zpracovat mnohem více informací a rychleji, což může výrazně snížit fyzickou velikost a poskytnout potřebný výpočetní výkon pro implementaci systémů počítačového vidění, řízení pohybu a umožnit rychlé zpracování velkých datových toků. . Neustálý růst zpracovávaných informací je spojen s postupným zaváděním průmyslového internetu věcí IIoT některými společnostmi do výrobních linek a průmyslových zařízení vyžadujících velký výpočetní výkon.

Výrobci originálních zařízení (OEM) jsou schopni zvýšit produktivitu zařízení tím, že umožňují strojům provádět více operací současně. Maximálně intenzivní AND/OR výpočty kritických procesů běžících současně mohou přetížit programovatelný logický automat. Stroje mohou využívat více výpočetních platforem ke zkrácení doby zpracování kritických procesů. Typicky zahrnují jeden nebo více ovladačů pohybu a jeden nebo více dohlížecích procesorů, které podporují rozhraní operátora pro programování, informace o provozu stroje, získávání dat a funkce technické podpory. Použití více procesorů je však dražší. Tento problém může pomoci vyřešit nový software zaměřený na platformy PC, i když...

Počítač není tak spolehlivý a těžko přežívá v průmyslových prostředích, jako je prach a vlhkost. Používání PC se složitějším softwarem nebo velkým množstvím softwarových možností zabere mnohem více času na zaškolení personálu údržby. Pokročilý software může vyžadovat programátora k provádění údržby, oprav a aktualizací. Software PLC může být základní, ale má své vlastní časem prověřené standardní jazyky, které mohou zajistit dlouhou životnost zařízení navzdory jeho rychlosti a lineární povaze.

PLC obvykle používají standardní sadu programovacích jazyků (IEC 61131-3), včetně diagramů LAD. Schémata LAD jsou konstruována analogicky s elektrickými obvody, což značně zjednodušuje školení personálu, údržbu a opravy. Ve většině případů je docela možné se obejít bez programátora. Dalším jazykem z normy IEC 61131-3 je strukturovaný text, který je podobný jazyku „vysoké úrovně“. Použití jiných nestandardních jazyků na vysoké úrovni, jako je C++ nebo Visual Basic, však může být u PLC obtížné. Teprve nedávno nové softwarové nástroje umožnily uživatelům komunikovat s PLC, jako by to bylo běžné PC.

Sekvenční program PLC skenuje všechny instrukce v každém cyklu. Cyklus skenování trvá přibližně 10 ms nebo o něco déle. Po dokončení všech pokynů program přejde k dalšímu skenování. Pokud se instrukce neprovede v určeném čase, vygeneruje chybové hlášení a provádění programu je ukončeno. Tento hard-time software může omezit trvání programu a jakékoli vstupní signály menší než 100 Hz.

Pokud je například nutné zpracovat signál ze snímače otáček s nominální rychlostí 1200 ot./min (frekvence signálu 1200/60 = 200 Hz), mikrokontrolér na bázi PLC nemůže pomocí takového vstupu správně měřit rychlost. Na integrované obvody je nutné integrovat speciální modul s dekodérem nebo čítačem, který převádí signál ze snímače na běžně zpracovávaný mikrokontrolérem. Takové moduly převodníků se často používají v mnoha systémech. Za zmínku také stojí potřeba výstupních modulů na příkladu ovládání solenoidu s pracovní frekvencí PWM 10 kHz. Pro ovládání takového zařízení pomocí PLC je nutný výstupní modul s PWM generátorem. Přidání takových modulů zvyšuje náklady na systém 2-3krát.

Další generace PLC

Nový systém se nazývá programovatelný automatizační řadič (PAC), který dokáže vyřešit některé problémy PLC. Někteří odborníci tvrdí, že programovatelný automatizační řadič (PAC) je komerčnější název, ale není to tak úplně pravda. Bohužel mezi jejich definicemi jsou určité rozdíly a z technologického hlediska se mezi nimi zásadní rozdíly hledají dost obtížně.

PCA obvykle obsahují funkce PLC. Obě jsou digitální zařízení, ale PDA poskytují pokročilé možnosti programování a často mají větší funkčnost, paměť a možnosti periferií. PKA nabízí složitější architektonické systémy, když je vyžadována větší I/O konektivita. Navíc má obvykle vestavěné funkce pro přenos dat z paměti na USB disk a často má schopnost přímo interagovat s databázemi.

Další softwarové funkce jistě zní dobře, ale stojí za zmínku, že ne všechna PDA mohou podporovat standardní jazyky IEC 61131-3, což může vést k dalším problémům s programováním a údržbou.

Existují různé modely těchto zařízení. PKA může nabízet modely zaměřené na systémy strojového vidění nebo jiné, které jsou navrženy pro současné sledování několika procesů. Volba modelu či technologie musí zohledňovat jak požadavky budoucnosti (modernizace a rozšíření výroby), tak normy (například bezpečnost). Plánování může prodloužit životnost kontroléru plněním budoucích potřeb, ale také položit základy pro používání IIoT a decentralizovaného ovládání.

PLC jsou stále relevantní, nicméně vývoj systémů strojového vidění, dynamických robotických procesů a řízení pohybu a touha po větší průmyslové automatizaci pomocí IIoT vyžadují, aby programovatelný logický řadič měl výrazně vyšší výpočetní výkon nebo paměť, což není schopen poskytnout. Decentralizovaná technologie může pomoci rozšířit starší řadu tím, že nabídne produkty jako SoC a FPGA, které zpracovávají informace přímo na samotném senzoru. To znamená, že přidání složitého procesu do stávající linky nemusí nutně vyžadovat instalaci drahého PCA, ale bude vyžadovat skupinu chytrých senzorů, které mohou nezávisle ukládat a zpracovávat svá naměřená data.

Je možné použít obě možnosti?

Co dělá debatu PLC vs. PCA ještě více matoucí, je to, že je možné postavit řídicí systém bez kteréhokoli z nich. Síť inteligentních senzorů a softwaru lze kombinovat, aby se eliminovala nebo větší decentralizace programovatelných ovladačů v rámci závodu. SoC jsou jednou z technologií, které mohou proces decentralizovat. Mějte však na paměti, že příliš mnoho protokolů na jednom SoC může vést ke zvýšení počtu testovacích cyklů potřebných k testování procesu nebo části procesu, což způsobí chování podobné přetížení programovatelného logického řadiče.

Kromě toho existuje řada technologií, které umožňují, aby programovatelné logické automaty, decentralizační technologie a programovatelné automatizační automaty spolupracovaly pro co nejefektivnější provoz podniku. Existuje několik základních kroků, které je třeba učinit, aby bylo možné určit, jaké technologie mohou být potřebné.

„Nejprve musíte pochopit, jaké faktory jsou důležité pro úspěšný provoz a míru zastarávání, kterou zařízení nebo linka snese,“ říká Julie Robinson, marketingová manažerka společnosti Rockwell Automation. „Jakmile jsou rizika identifikována, musí uživatelé vyvinout strategii ke zmírnění a konečnému odstranění tohoto rizika a naplánovat upgrade prvního provozu buňky. Některé faktory ovlivňující tyto změny zahrnují:

Uspokojení budoucích výrobních potřeb nebo zlepšení současné produktivity;
Soulad s nejnovějšími bezpečnostními požadavky a předpisy;
Zvýšení flexibility výrobních systémů pro efektivní rozšíření výroby nebo modernizaci zařízení;
Zvýšení efektivity využití majetku snížením prostojů;
Zvýšení bezpečnostních opatření výroby a bezpečnosti zařízení;

Uživatelé musí také pochopit, jaké změny byly provedeny na zařízení během několika let provozu závodu nebo továrny, což by se mělo odrazit ve schématech a výkresech.

Přesná dokumentace staršího vybavení výrazně pomůže při integraci nového vybavení. A pokud je decentralizovaná platforma již integrována, pak se dokumentace stává ještě důležitější. Decentralizované ovladače vykazovaly méně času při instalaci nového zařízení. V tradičním centralizovaném systému se musí inženýři nebo pracovníci údržby připojit k programovatelnému logickému řídicímu prvku, aby detekovali problémy a v případě potřeby si stáhli řídicí software. Dobře navržený systém by měl být snadno ovladatelný, snadno udržovatelný a škálovatelný.

Pro připojení k decentralizovanému systému nemusí specialisté fyzicky obcházet zařízení. K odstranění tohoto problému se společnosti zabývající se servisem zařízení snaží propojit několik systémů, které jsou technologicky kompatibilní. To často znamená integraci starších systémů s novou technologií a softwarem.

V současné době chce velmi malé procento investovat do modernizace stávajícího vybavení, pokud není beznadějně zastaralé. O modernizaci do budoucna se navíc rozhoduje již při projektování zařízení a často se na navrhování různých zařízení podílí více společností a v budoucnu může při modernizaci dojít ke konfliktům.

Před výběrem té nejlepší technologie pro vaše zařízení je důležité pochopit, že technologie musí být kompatibilní s vašimi cíli nejen nyní, ale i v budoucnu a nabízet funkcionalitu, kterou potřebujete, bez zbytečné složitosti. Pro mnoho společností je obtížné a v některých případech i nesmyslné udržet si odborníky v každém oboru, proto v poslední době začíná nabírat na síle průmyslový internet věcí (IIoT).

Termíny a definice

Rozdíl mezi PLC a PCA může proniknout i do jiných technologií. Například systémy na čipu (SoC), z angličtiny System-on-a-Chip (SoC), embedded počítače (embedded PC) a pole programovatelné hradlové pole (FPGA) nabízejí některé technologie, které mohou nahradit nebo rozšířit možnosti programovatelných logické ovladače. Pro některé technologie však zatím neexistují žádné ustálené definice a vědci debatují o jejich přesnějším popisu. Pokusíme se ale uvést některé základní definice.

PLC s programovatelným logickým ovladačem

Jedná se o digitální počítač určený k automatizaci průmyslových systémů. Je speciálně navržen tak, aby vydržel drsné provozní podmínky, jako jsou teplotní rozsahy, tlak, elektrický šum, vibrace a další drsná průmyslová prostředí. Má nejdůležitější vlastnost, která jej ve skutečnosti přivedla k takové popularitě - je to rigidní systém v reálném čase.

Režim reálného času

Mnoho lidí chápe real-time jako dokončení úkolu „co nejdříve“. Ale to není pravda. Systém v reálném čase zaručuje, že všechny vstupy, výstupy a výpočetní procesy budou zpracovány v pevně stanoveném časovém období, které je v odborné literatuře často označováno jako termín. V tvrdých systémech v reálném čase se nedodržení termínů rovná selhání systému. Měkký systém reálného času zase umožňuje mírné překročení termínů, ale pouze tehdy, když to vede k přijatelnému snížení kvality systému. Například videokonference. Mírné zpoždění zvuku nebo obrazu nepovede ke katastrofickým následkům.

Když je program PLC zkompilován, vypočítá, zda jsou k dispozici potřebné zdroje pro provedení uživatelských instrukcí, a poté přistoupí k dokončení přiděleného úkolu v požadovaném časovém rámci.

Programovatelný automat PKA

Jedná se o digitální počítač, který obsahuje funkce PLC. Programovatelný automatizační ovladač je relativně nedávný koncept, který se objevil na počátku 21. století. Ve většině případů je PCA vývojem programovatelného logického ovladače. PLC je mostem mezi elektrickou automatizací založenou na relé a elektromechanickou programovatelnou automatizací, kde je kladen důraz na operace založené na softwaru (definice uvedená před 40 lety).

Měkký systém reálného času (softPLC)

Jak bylo uvedeno výše, měkký systém reálného času nezaručuje, že úkol bude dokončen včas. Proto se nepoužívají pro systémy řízení pohybu. Místo toho jsou softPLC upřednostňovány pro propojování komunikace mezi závodem a dílnou, rozhraní člověk-stroj a systémů dohledového řízení a sběru dat (SCADA). Je docela možné, že některé PKA budou SoftPLC.

Vestavěné počítače

Vestavěný průmyslový počítač není počítač pro všeobecné použití. Je navržen a optimalizován pro aplikaci jednoho uživatele. Všechny jeho komponenty jsou zpravidla umístěny na jedné desce, včetně mikrokontrolérů nebo mikroprocesorů, vstupně/výstupních sběrnic, pamětí a dalších uživatelských čipů. Zařízení dokonce obsahuje software nebo firmware (firmware je obvykle umístěn v ROM nebo paměti pouze pro čtení). Vestavěné počítače jsou skutečně průsečíkem mezi hardwarem a softwarem, protože mezi těmito dvěma částmi existuje úzký vztah – jedna bez druhé nemůže fungovat. Projekty vestavěných počítačů mohou reagovat na tvrdé nebo měkké potřeby v reálném čase.