Krótko o…. Historia Działanie Sterowniki a automatyka Dobór Sterowniki PLC Krótko o…. Historia Działanie Sterowniki a automatyka Dobór

Sterowniki PLC (ang. Programmable Logic Controller) są to takie sterowniki, których sposób działania w postaci programu jest pamiętany w sterowniku.

Poprzednikami sterowania programowalnego były z jednej strony sterowania programowane połączeniowo, których sposób działania był określany poprzez odpowiednie połączenia modułów logicznych, a z drugiej strony maszyny cyfrowe, przy pomocy których realizowano sterowania binarne z prostego poziomu obsługi. Jedne z pierwszych prawdziwych sterowań programowalnych ze specjalnym do tego zakresu dobranym rozwiązaniem sprzętowym zostały zaoferowane przez firmę Siemens w 1975 roku.

Przy zastosowaniu sterownika PLC odpowiadający funkcji sterowania algorytm, realizowany jest programowo przez wyposażony w mikroprocesor sterownik. Wszystkie połączenia pomocnicze zawarte są w tym przypadku w umieszczonym w pamięci sterownika programie. Jest to więc układ programowany pamięciowo. Zaletą takiego układu oprócz zmniejszenia gabarytów i energochłonności jest to, iż w przypadku zmian w układzie sterowania lub rozszerzenia układu nie zmienia się okablowania i nie buduje się nowych bloków lecz wprowadza się zmiany w programie.

Zasada działania sterowników PLC

Podstawową zasadą pracy sterowników jest praca cykliczna, w której sterownik wykonuje kolejno po sobie pojedyncze rozkazy programu w takiej kolejności, w jakiej są one zapisane w programie. Na początku każdego cyklu program odczytuje "obraz" stanu wejść sterownika i zapisuje ich stany.

Po wykonaniu wszystkich rozkazów i określeniu (wyliczeniu) aktualnego dla danej sytuacji stanu wyjść, sterownik wpisuje stany wyjść do pamięci będącej obrazem wyjść procesu a system operacyjny wysterowywuje odpowiednie wyjścia sterujące elementami wykonawczymi. Tak więc wszystkie połączenia sygnałowe spotykają się w układach (modułach) wejściowych sterownika, a program śledzi ich obraz i reaguje zmianą stanów wyjść w zależności od algorytmu.

Sterowniki PLC składają się z: jednostki centralnej (CPU) bloków wejść cyfrowych bloków wejść analogowych bloków komunikacyjnych bloków wyjść cyfrowych bloków wyjść analogowych bloków specjalnych

Głównym elementem każdego sterownika jest jednostka centralna, której zadaniem jest odczytywanie stanów urządzenia, dokonywanie operacji, określanie stanu sterownika, synchronizacja działania wszystkich członów sterownika.

Schemat blokowy typowego układu jednostki centralnej

Jednostka centralna jest podstawowym elementem decydującym o szybkości działania sterownika. Większość sterowników wyposażona jest w 16-bitowe procesory, chociaż coraz częściej spotykamy się z procesorami 32-bitowymi. Jednostka centralna może być wyposażona w kilka procesorów. Sterowniki modułowe średniej wielkości posiadają przeważnie 2 procesory, natomiast duże mają od kilku do kilkunastu procesorów w swojej jednostce. Jednostki centralne CPU działają cyklicznie, pozwala to na wykonywanie programu w ściśle określonym trybie.

Wejście cyfrowe - ogólnie przyjęta nazwa pojedynczego wejścia binarnego sterownika PLC, mogącego mieć dwa stany: "0" - brak napięcia i "1" - jest napięcie. Wejścia cyfrowe są podstawowymi blokami wejściowymi sterowników PLC. Do nich docierają sygnały w postaci "0" lub "1" z np. przycisków sterowniczych, czujników itp. Na podstawie tych sygnałów sterownik PLC steruje wg zawartego w nim algorytmu pozostałymi elementami poprzez wyjścia cyfrowe lub wyjścia analogowe

Wyjście cyfrowe - ogólnie przyjęta nazwa pojedynczego wyjścia binarnego sterownika PLC. Binarne wyjścia cyfrowe mogą przyjmować jeden ze stanów: "0" - brak napięcia "1" - jest napięcie Wyjścia cyfrowe są podstawowymi składnikami bloków wyjść sterowników PLC. Produkowane są (przeważnie) dwa rodzaje wyjść: tranzystorowe o obciążalności 0,5 A oraz przekaźnikowe o obciążalności 8 A. Poprzez wyjścia cyfrowe sterownik steruje urządzeniami zewnętrznymi takimi jak: styczniki, elektrozawory, lampki kontrolne, sygnały akustyczne, itd. Istnieją również specjalizowane wyjścia cyfrowe w zależności od potrzeb i producentów.

Wejście analogowe - ogólnie przyjęta nazwa pojedynczego wejścia sterownika PLC dla standardowych sygnałów analogowych. Przyjęte standardy to: 0...20 mA 4...20 mA 0...10 V Wejścia analogowe służą do pomiarów m.in.: temperatury, ciśnienia, przepływu, obrotów, itp. Pomiary te odbywają się poprzez zamianę wartości np. temperatury na sygnał analogowy o wartości np. 0...10 V. Sygnały te są przetwarzane w sterowniku PLC i sterownik reaguje wg ustalonego algorytmu poprzez wysterowanie odpowiednich wyjść cyfrowych lub analogowych

Wyjście analogowe - ogólnie przyjęta nazwa pojedynczego wyjścia analogowego sterownika PLC.Standardowe wyjścia analogowe mają wartości: 0...20 mA 4...20 mA 0...10 V Wyjście analogowe jest podstawowym składnikiem bloków wyjść analogowych sterowników PLC. Sterownik poprzez te wyjścia może wysterowywać urządzenaimi zewnętrznymi takimi jak: regulatory temperatury, przetwornica częstotliwości, serwonapęd.

Napięcie wejściowe to zazwyczaj 24 V DC, choć spotykamy również napięcia 48V DC oraz 110/230V AC. W przypadku wystąpienia zwarcia prąd wyjściowy jest ograniczony, a sterownik sprawdza, czy nadal występuje zwarcie. W sterownikach PLC występują dwa rodzaje wyjść: tranzystorowe i przekaźnikowe. Obciążalność wyjściowa układu tranzystorowego wynosi ok. 0,5 A, natomiast przekaźnikowego - 2 A.

Oprócz podstawowych bloków sterowniki PLC mogą mieć również bloki specjalne, takie jak: regulacyjne (sterowniki wyposażone w jednostkę centralną typu wieloprocesorowego, przystosowane do przetwarzania wielobitowych sygnałów), pozycjonowane (sterowniki stosowane jako sterowniki urządzeń manipulacyjnych, gdy konieczna jest zmiana parametrów urządzeń napędowych), układy sterowania silnikami krokowymi i sterowania ruchem.

Podział sterowników PLC Pod względem budowy: kompaktowe (o architekturze sztywnej) modułowe (o architekturze elastycznej). ze względu na liczbę wejść i wyjść: sterowniki małe - do kilkudziesięciu wejść/wyjść łącznie (sterowniki kompaktowe); sterowniki średnie - do kilkuset wejść/wyjść łącznie (sterowniki modułowe) sterowniki duże - powyżej kilkuset wejść/wyjść łącznie (sterowniki modułowe).

Sterowniki kompaktowe są sterownikami służącymi do zastosowań w małych i średnich zadaniach automatyki. W odróżnieniu od sterowników modułowych sterowniki kompaktowe posiadają architekturę zwartą. Ogranicza ona liczbę wejść i wyjść, która przeważnie nie przekracza kilkudziesięciu. Problemu z ograniczoną liczbą wejść i wyjść nie mają sterowniki modułowe, ponieważ ich elastyczna architektura i możliwość swobodnej manipulacji modułami dają większą swobodę w użytkowaniu od sterowników kompaktowych.

Sterowniki PLC a automatyka Rozwój elektroniki spowodował, że układy automatyzacji procesów technologicznych stały się powszechne w użytkowaniu. W układach sterowania coraz częściej stosowane są sterowniki PLC, które z uwagi na łatwe sterowanie i projektowanie mogą być stosowane w różnych układach automatyki.

W dzisiejszych czasach trudno wyobrazić sobie instalację systemów automatyki bez zastosowania w niej programowalnych sterowników logicznych (PLC). Stwierdzenie to dotyczy zarówno automatyzacji procesów przemysłowych, jak i rozwiązań w instalacjach domowych (sterowanie oświetleniem, roletami, układami ogrzewania itp.).

Dobór sterowników

Przed przystąpieniem do doboru sterownika należy przeanalizować stan obiektu, który ma być sterowany. Duże znaczenie ma fakt, czy obiekt jest modernizowany, czy dopiero projektowany. Wpływa to na dobór czujników przetworników oraz elementów sterujących.

Przy doborze sterowników powinniśmy wziąć też pod uwagę wielkość obiektu. W tym przypadku istotna jest liczba wejść i wyjść mogących obsłużyć proces. Do istotnych parametrów zaliczamy: wartość napięć sterujących i prąd obciążenia, na podstawie którego możemy dobrać odpowiednią moc do wysterowania odbiorników. Istotny jest też rodzaj obiektu (w przypadku obiektów skupionych, gdzie mamy do czynienia z pojedynczą maszyną lub obiektami zlokalizowanymi blisko siebie, proces może być obsługiwany przez pojedynczy sterownik, w systemach rozproszonych, w których linia technologiczna rozłożona jest na pewnym obszarze, często nie mamy możliwości, aby proces ten został obsłużony przez jeden sterownik, do sterowania wykorzystujemy wówczas kilka sterowników rozmieszczonych w miejscu koncentracji sygnałów, które wymieniają sygnały między sobą.