Принцип роботи ПЛК

 

PLC — це, по суті, «модульний мікрокомп’ютер», розроблений спеціально для промислових середовищ. Основою його принципу роботи є замкнутий-механізм «отримання сигналів через апаратне забезпечення, обробки логіки через програмне забезпечення та виведення інструкцій через апаратне забезпечення» для досягнення точного керування зовнішніми пристроями. Реалізація цього механізму спирається на високий ступінь синергії між апаратною структурою та програмною системою.

Апаратна структура ПЛК має модульну конструкцію, яку можна гнучко комбінувати відповідно до вимог керування. Основні компоненти включають такі п’ять частин, кожна з яких має чіткий розподіл праці та тісну співпрацю:

Центральний процесор (CPU):Як «мозок» ПЛК, він відповідає за виконання логічних операцій, обробку даних і планування інструкцій у програмах користувача. Він може швидко зчитувати вхідні сигнали, запускати сходові діаграми та інші програми, оцінювати результати обчислень і надсилати керуючі інструкції на вихідний модуль. Швидкість його обчислення безпосередньо визначає ефективність відгуку ПЛК, а час виконання інструкцій звичайних промислових ПЛК може досягати рівня мікросекунд.

Пам'ять:ділиться на системну пам'ять і пам'ять користувача. Системна пам'ять використовується для зберігання операційної системи, програм драйверів та іншого основного програмного забезпечення ПЛК, що забезпечує базову роботу обладнання. Пам'ять користувача призначена для зберігання написаних користувачем програм керування (таких як логіка виробничого процесу, механізми обробки несправностей) і тимчасових даних (таких як робочі параметри пристрою, результати підрахунку), що підтримує модифікацію та оновлення програм.

Модуль введення/виведення (I/O).: «Міст» між ПЛК і зовнішніми пристроями, що забезпечує двонаправлене перетворення сигналу. Вхідний модуль відповідає за перетворення аналогових сигналів (таких як температура, тиск) або цифрових сигналів (таких як сигнали ввімкнення-вимкнення) від датчиків (таких як фотоелектричні перемикачі, датчики температури), кнопок, ручок та інших пристроїв в електричні сигнали, які розпізнає ПЛК. Модуль виводу перетворює результати обчислення центрального процесора в керуючі сигнали, які можуть бути отримані зовнішніми виконавчими механізмами (такими як двигуни, електромагнітні клапани, світлові індикатори), завершуючи замкнутий -процес «виконання рішення сприйняття».

Силовий модуль:Забезпечує стабільне робоче живлення для всієї системи ПЛК, зазвичай перетворюючи живлення змінного струму (наприклад, 220 В змінного струму) від промислових об’єктів на джерело живлення постійного струму (наприклад, 24 В постійного струму), яке потребує внутрішній ПЛК. Він також має функції захисту від перенапруги та перевантаження по струму для забезпечення стабільної роботи обладнання в складних промислових середовищах.

Модуль зв'язку:реалізує взаємозв’язок між ПЛК та іншими пристроями, підтримує основні промислові протоколи зв’язку, такі як PROFINET, Modbus, EtherNet/IP тощо. За допомогою модуля зв’язку ПЛК можна об’єднати в мережу з сенсорними екранами, промисловими комп’ютерами, системами MES (системами виконання виробництва) або іншими ПЛК для обміну даними та дистанційного керування, закладаючи основу для інтелектуального виробництва.

Програмна система ПЛК поділяється на системне програмне забезпечення та програмне забезпечення користувача. Системне програмне забезпечення попередньо інстальовано виробником і відповідає за драйвери апаратного забезпечення, компіляцію програми та діагностику системи. Програмне забезпечення користувача — це керуюча програма, написана інженерами на основі виробничих вимог. Основні методи програмування включають сходову діаграму (LD), структурований текст (ST), функціональну блок-схему (FBD) тощо. Серед них сходова діаграма стала найбільш часто використовуваним методом програмування на промислових об’єктах завдяки моделюванню характеристик традиційних схем керування реле.

Основною логікою керування програмним забезпеченням є «логічне керування операціями та синхронізація» - інженери перетворюють виробничий процес у логічні зв’язки, такі як «І», «АБО» та «НІ», або правила синхронізації, такі як «затримка» та «рахунок» за допомогою програмування. Центральний процесор ПЛК виконує ці правила в попередньо встановленому порядку для досягнення автоматизованого керування виробничим процесом. Наприклад, на лінії виробництва бутильованої води логіку автоматизованого наповнення можна завершити, налаштувавши програму на «запуск розливної машини із затримкою 0,2 секунди, коли фотоелектричний датчик виявляє пляшку, і зупинку після наповнення на 3 секунди».

ПЛК - це не тільки пристрій, а й втілення ідей промислового управління. Це не тільки досягло стрибка у виробничому процесі від «ручного керування» до «логічно керованого», але й підштовхнуло всю виробничу галузь до інтелектуального, гнучкого та ефективного розвитку.