Лекционный комплекс по теме 1.2. Общие сведения о программируемых контроллерах

1. Назначение, структурная схема и режимы работы программируемых логических контроллеров.

2. Технические данные и состав программируемых логических контроллеров.

3. Модуль питания: назначение, работа, технические характеристики.

4. Модуль ввода-вывода: назначение, технические характеристики, устройство и принцип работы.

5. Модуль процессора: назначение, технические характеристики, работа. Специальные модули: назначение и типы.

Первый микропроцессор корпорации Intel мог выполнять самые разнообразные функции, изменяемые программно. Изначально микропроцессоры были созданы не столько для работы в персональных компьютерах, сколько в качестве программно-управляемых устройств для автоматизации промышленности и бытовой техники. На их основе были созданы программируемые логические контроллеры (PLC) — устройства, автоматизирующие работу как отдельных аппаратов, например станков с программным управлением, так и огромных производственных комплексов. Изначально PLC предназначались для управления последовательными логическими процессами, что и обусловило слово «логический» в названии PLC. Это название в действительности неверно, так как PLC сегодня могут гораздо больше, чем просто выполнять логические операции.

Первые PLC были сконструированы только для простых последовательных операций с двоичными сигналами. Сегодня на рынке существуют сотни различных моделей PLC, которые различаются не только размером памяти и числом каналов ввода вывода (от нескольких десятков до нескольких сотен), по и выполняемыми функциями. Небольшие PLC предназначены в основном для замены реле и имеют некоторые дополнительные функции счетчиков и таймеров. Более сложные PLC обрабатывают аналоговые сигналы, производят математические операции.

Конструктивно PLC обычно приспособлены для работы в типовых промышленных условиях, с учетом уровней сигналов, термо- и влагостойкости, ненадежности источников питания, механических ударов и вибраций. PLC также содержат специальные интерфейсы для согласования и предварительной обработки различных типов и уровней сигналов. Функции PLC все чаще применяются в устройствах ввода/ вывода, входящих в состав больших интегрированных систем управления.

Программируемые логические контроллеры(PLC, programmable logic controller) — это специальные микрокомпьютеры, предназначенные для выполнения операции переключения в промышленных условиях.

Современные PLC помимо простых логических операций способны выполнять цифровую обработку сигналов, управление приводами, регулирование, функции операторского управления. Для управления исполнительными механизмами — электродвигателями, клапанами, лампочками и т. п., которые являются неотъемлемой частью систем автоматизации во всех отраслях промышленности.

Основные операции PLC соответствуют комбинационному управлению логическими схемами. Кроме того, современные PLC могут выполнять другие операции, например функции счетчика и интервального таймера, обрабатывать задержку сигналов и т. д. Основное преимущество PLC заключается в том, что одиночная компактная схема может заменить сотни реле. Другое преимущество — функции PLC реализуются программно, а не аппаратно, поэтому его поведение можно изменить с минимальными усилиями. С другой стороны, PLC могут быть медленнее, чем релейная аппаратная логика. Оптимальное решение для каждого конкретного приложения можно получить, применяя обе технологии в одной системе так, чтобы использовать преимущества каждой из них. Возникли определённые направления, например, группа микроконтроллеров, содержит дополнительные блоки, обеспечивающие генерацию на выходах трёхфазных импульсных сигналов для управления электродвигателями. Эти специализированные микроконтроллеры ориентированы на применение в системах управления электропривода.

Широкое распространение и доступность персональных компьютеров привели к появлению большого числа специалистов, профессионально владеющих компьютерными технологиями. До настоящего времени персональные компьютеры (PC) массово применяют на всех уровнях промышленной автоматизации, включая классические контроллерные задачи. Между тем во многих случаях применение промышленных PC не оправдано экономически и технически сложно. Даже там, где задача на PLC решается «в одно действие» и на два порядка дешевле, нередко применяют дорогостоящие промышленные PC, итерационные системы реального времени и заказное программное обеспечение. Единственной причиной такого подхода является наличие подготовленных специалистов.

Сегодня PLC работают в энергетике, в области связи, в химической промышленности, в сфере добычи, транспортировки нефти и газа, в системах обеспечения безопасности, в коммунальном хозяйстве, используются в автоматизации складов, в производстве продуктов питания и напитков, на транспорте, в строительстве, в системах управления технологическими процессами и робототехническими комплексами.

Значительные функциональные возможности, хорошие технические параметры, относительно низкая стоимость и постоянное её снижение с увеличением надёжности является мотивацией для предпринимателей модернизировать производство, заменяя широко распространённые контактно-релейные схемы управления на системы, управляемые PLC. PLC заменили функции реле на производстве, так как они:

· Более компактны

· Надёжнее во многих применениях

· Легче осуществить монтаж и демонтаж

· Легче изменить последовательность или логику процесса или операции.

PLC представляют логичный выбор для многих приложений в области управления и, подобно многим технологиям в автоматизации, поддерживают тенденцию уменьшения размеров, увеличения функциональности и набора интерфейсов, лучшей совместимости с другими видами промышленных

модулей.

Рассмотрим режимы работы PLC, на примере S7–200. Контроллер имеет два режима работы: STOP и RUN. В состоянии STOP S7–200 не выполняет программы, и можно загрузить в CPU программу или конфигурацию CPU. В режиме RUN S7–200 исполняет программу. Для изменения режима работы S7–200 снабжен переключателем режимов. С помощью переключателя режимов можно установить режим работы вручную:

· установка переключателя режимов в STOP прекращает исполнение программы;

· установка переключателя режимов в RUN запускает исполнение программы;

· установка переключателя режимов в режим TERM (терминал) не изменяет режима работы.

Если питание прерывается, когда переключатель режимов находится в положении STOP или TERM, S7–200 при восстановлении питания автоматически переходит в состояние STOP. Если питание прерывается, когда переключатель режимов находится в положении RUN, S7–200 при восстановлении питания переходит в режим RUN.

Интеграция модулей ввода/вывода и универсальное программное обеспечение являются ключевыми возможностями PLC.

PLC должен быть предназначен

1. для работы в условиях промышленной среды

2. в режиме реального времени

3. должен быть доступен для программирования неспециалистом в области информатики.

К негативным факторам, определяющим промышленную среду, относятся: температура и влажность, удары и вибрация, коррозионно-активная газовая среда, минеральная и металлическая пыль, электромагнитные помехи.

Эти факторы обусловливают жесткие требования, определяющие схемотехнические решения, элементную и конструктивную базу PLC. Физическое исполнение контроллера определяется требуемой степенью защиты, начиная от контроллеров в легких пластиковых корпусах, предназначенных для монтажа в шкафу (степень защиты IР20), и до герметичных устройств в литых металлических корпусах, предназначенных для работы в особо жестких условиях. Правильно подобранный по условиям эксплуатации контроллер нельзя повредить извне без применения экстремальных методов.

Физически типичный PLC представляет собой блок, имеющий определенный набор выходов и входов, для подключения датчиков и исполнительных механизмов.

PLC система состоит из 5 основных компонентов:

· Источник энергии

· Программатор (РС)

· Процессор CPU

· Входной модуль

· Выходной модуль

Дата добавления: 2014-01-07