A működés elve és a PLC programozás alapjai

Programozható logikai vezérlők (PLC-k)

A szilárdtest logikai áramkörök megjelenése előtt a logikai vezérlő rendszerek fejlesztése elektromechanikus relékre épült. A relék a mai napig nem elavultak rendeltetési helyükön, ám ennek ellenére néhány korábbi funkciójukban egy vezérlő helyettesíti őket.

A modern iparban számos különféle rendszer és folyamat létezik, amelyek automatizálást igényelnek, de ezeket a rendszereket ritkán tervezik relékből. A modern gyártási folyamatokhoz olyan eszközre van szükség, amelyet különféle logikai funkciók végrehajtására programoztak be. Az 1960-as évek végén az amerikai Bedford Associates társaság kifejlesztett egy MODICON (moduláris digitális vezérlő) nevű számítógépes eszközt. Később az eszköz neve azon vállalat egységének nevévé vált, amely azt tervezte, gyártotta és eladta.

Más cégek fejlesztették ki a készülék saját verzióit, és végül a következő néven vált ismertté PLC, vagy programozható logikai vezérlő. Nagyszámú relé működését szimulálni képes programozható vezérlő célja az elektromechanikus relék cseréje logikai elemek.

A PLC bemeneti terminálokkal rendelkezik, amelyekkel figyelemmel kísérheti az érzékelők és a kapcsolók állapotát. Vannak olyan kimeneti csatlakozók is, amelyek „magas” vagy „alacsony” jelet szolgáltatnak a teljesítményjelzőknek, mágnesszelepeknek, kontaktoroknak, kis motoroknak és más önellenőrző eszközöknek.

A PLC-ket könnyű programozni, mert programozási nyelvük hasonló a relék logikájához. Tehát egy hétköznapi ipari villanyszerelő vagy egy villamosmérnök, aki hozzászokott a létrák logikai áramköreinek olvasásához, jól fogja érezni magát, amikor a PLC programozza ugyanazokat a funkciókat.

A jelcsatlakozás és a szabványos programozás kissé különbözik a különféle PLC modellekben, de meglehetõsen hasonlóak, ami lehetõvé teszi, hogy ide illesszük az eszköz programozásának „általános” bevezetését.

Az alábbi ábra bemutat egy egyszerű PLC-t, vagy inkább azt, hogy hogyan nézhet ki elölről. Két csavaros sorkapocs a belső PLC áramkörök 120 VAC-ig történő csatlakoztatásához L1 és L2 jelöléssel rendelkezik.

A bal oldalon található hat csavaros csatlakozó biztosítja a csatlakozást a bemeneti eszközökhöz. Minden terminál képviseli a bemeneti csatornáját (X). A bal alsó sarokban található csavaros csatlakozót („általános” csatlakozás) általában az L2 (semleges) áramforráshoz kell csatlakoztatni 120 V AC feszültséggel.

Az egyes bemeneti csatlakozókat és a közös csatlakozókat összekötő PLC házon belül van egy eszköz-leválasztó (LED), amely elektromosan leválasztott „magas” jelet ad a számítógépes áramkör számára (fototranzisztor értelmezi a LED-fényt), ha egy 120 V-os váltakozó áram van telepítve a megfelelő bemeneti csatlakozó és a közös terminálon. A PLC elején található LED lehetővé teszi, hogy megértsük, melyik bemenet aktív:

A kimeneti jeleket a PLC számítógépes áramkörei generálják, kapcsolva egy kapcsolókészüléket (tranzisztor, tirisztor, vagy akár egy elektromechanikus relé), és a “Forrás” csatlakozót (jobb alsó sarok) összekötve minden Y betűvel jelölt kimenettel. A Source terminált általában az L1-hez társítják. Csakúgy, mint minden bemenet, minden egyes kimenet, amelyet feszültség alá helyez, LED-sel van jelölve:

Így a PLC bármilyen eszközhöz, például kapcsolókhoz és elektromágnesekhez csatlakoztatható.

PLC programozási alapok

A vezérlőrendszer modern logikáját egy számítógépes programmal telepítik a PLC-be.Ez a program meghatározza, hogy mely kimenetek vannak élőben és milyen bemeneti feltételek mellett. Noha a program önmagában relélogikai áramkörre emlékeztet, a PLC-n belül nem működnek kapcsolóérintkezők vagy relétekercsek a bemenetek és a kimenetek közötti kapcsolatok létrehozására. Ezek az érintkezők és tekercsek képzeletbeli. A programot a PLC programozási porthoz csatlakoztatott személyi számítógéppel írják és tekintik meg.

Fontolja meg a következő áramköri és PLC programokat:

Ha a nyomógombot nem aktiválják (kikapcsolt állapotban), a jel nem kerül továbbításra az X1 bemenetre. A programnak megfelelően, amely az "nyitott" X1 bemenetet mutatja, a jelet nem továbbítják az Y1 kimenetre. Így az Y1 kimenet feszültségmentes marad, és a hozzá kapcsolt jelzőlámpa kialszik.

A nyomógomb kapcsolójának megnyomásakor a jel az X1 bemenetre kerül. A programban szereplő összes X1 érintkező aktív állapotot vesz fel, mintha relékérintkezők lennének aktiválva, ha feszültséget szolgáltatnak az X1 nevű relétekercshez. Ebben az esetben az X1 nyitott érintkező „bezáródik”, és jelet küld az Y1 tekercsnek. Ha az Y1 tekercs feszültség alatt áll, akkor az Y1 kimenet kigyullad, ha ehhez csatlakoztatott izzó van.

Meg kell érteni, hogy az X1 érintkező és az Y1 tekercs vezetékekkel kapcsolódik, és a számítógép monitorán megjelenő „jel” virtuális. Nem léteznek valódi elektromos alkatrészekként. Csak egy számítógépes programban vannak jelen - a szoftver része -, és csak hasonlítanak a reléáramkörben zajló eseményekre.

Ugyanilyen fontos megérteni, hogy a program írásához és szerkesztéséhez használt számítógépre nincs szükség a PLC további használatához. A program betöltése után a programozható vezérlőbe a számítógépet ki lehet kapcsolni, és a PLC önállóan végrehajtja a programparancsokat. Az ábrán szerepel egy személyi számítógép-monitor, hogy megértsük a kapcsolatot a valós körülmények (kapcsolózár és lámpaállapot) és a programállapotok (jelek virtuális érintkezőken és virtuális tekercseken) között.

A PLC valódi ereje és sokoldalúsága akkor derül ki, amikor meg akarjuk változtatni a vezérlőrendszer viselkedését. Mivel a PLC egy programozható eszköz, megváltoztathatjuk a beállított parancsokat anélkül, hogy hozzákonfigurálnánk a hozzá csatlakoztatott komponenseket. Tegyük fel, hogy úgy döntöttünk, hogy a „kapcsoló - izzó” funkciót fordítva kapcsoljuk be: nyomja meg a gombot a lámpa kikapcsolásához, majd engedje fel, hogy bekapcsolja.

A probléma megoldása valós körülmények között az, hogy a normál körülmények között "nyitott" kapcsolót egy "zárt" váltja fel. Szoftver megoldása megváltoztatja a programot úgy, hogy az X1 érintkező normál körülmények között "zárt", és ne "nyitott" legyen.

A következő képen egy már megváltozott programot fog látni, a kapcsolót nem aktiválva:

És itt aktiválódik a kapcsoló:

A logikai vezérlés szoftverben történő megvalósításának egyik előnye, szemben a hardveres vezérléssel, hogy a bemeneti jelek annyiszor használhatók, amennyire szükség van. Vegyünk például egy izzó bekapcsolására szolgáló áramkört és programot, ha a három kapcsoló közül legalább kettő egyszerre aktiválódik:

Hasonló áramkör felépítéséhez relé segítségével normál körülmények között három, két nyitott érintkezőjű relére van szükség, amelyek mindegyikét használni kell. A PLC használatával azonban annyi csapot programozhatunk minden „X” bemenethez, amennyit szeretnénk, bármilyen kiegészítő berendezés hozzáadása nélkül (minden bemenetnek és kimenetnek legfeljebb 1 bitjét kell elfoglalni a PLC digitális memóriájában), és annyiszor hívhatjuk őket, amennyire szükséges .

Ezenkívül, mivel az egyes PLC-kimenetek csak egy bittel foglalnak el a memóriájukban, névjegyeket adhatunk a programhoz, így az Y-kimenet inaktivált állapotba kerül. Vegyünk például egy motorvázlatot egy rendszerrel a mozgás kezdetének és leállításának ellenőrzésére:

Az X1 bemenethez csatlakoztatott kapcsoló „Start” gombként szolgál, míg az X2 bemenethez csatlakoztatott kapcsoló „Stop” gombként szolgál. Egy másik Y1 nevű érintkező, mint például az érintkezőben történő nyomtatás, lehetővé teszi a motor kontaktorának feszültség alatt maradását akkor is, ha elengedi a Start gombot. Ebben az esetben láthatja, hogy a normál körülmények között „zárt” X2 érintkező megjelenik a színes blokkban, ezáltal megmutatva, hogy „zárt” („elektromosan vezető”) állapotban van.

Ha megnyomja a "Start" gombot, akkor egy áram áthalad a "zárt" X1 érintkezőn, és 120 VAC-t küld a motor kontaktorjára. Az Y1 párhuzamos érintkező szintén „bezárul”, ezzel bezárva az áramkört:

Ha most megnyomjuk a „Start” gombot, akkor az X1 érintkező „nyitott” állapotba kerül, de a motor továbbra is működni fog, mert az Y1 zárt érintkező továbbra is fékezi a tekercset:

A motor leállításához gyorsan meg kell nyomnia a "Stop" gombot, amely jelzi a feszültséget az X1 bemenetre és a "nyitott" érintkezőre, ami az Y1 tekercs feszültségellátásának megszűnéséhez vezet:

Amikor megnyomta a „Stop” gombot, az X1 bemenet feszültség nélkül maradt, ezáltal az X1 érintkező visszatért normál „zárt” állapotába. A motor semmilyen körülmények között nem indul újra, amíg újra nem nyomja meg a Start gombot, mert az Y1 tűs tű elveszett:

A PLC vezérlőberendezések hibatűrő modellje nagyon fontos, mint az elektromechanikus relévezérlő eszközök esetében. Mindig figyelembe kell venni a tévesen „nyitott” érintkezés hatását a rendszer működésére. Tehát például a mi esetünkben, ha az X2 érintkezőt tévesen „nyitjuk”, akkor nincs mód a motor leállítására!

A probléma megoldása az X2 érintkező újraprogramozása a PLC-ben, és valójában a Stop gomb megnyomása:

Ha nem nyomja meg a „Stop” gombot, a PLC X2 bemenete energiát kap, azaz az X2 érintkező „zárt”. Ez lehetővé teszi a motor működését, amikor az áram átjut az X1 terminálra, és folytathatja a működést, amikor a "Start" gombot elengedik. Amikor megnyomja a „Stop” gombot, az X2 érintkező „nyitott” állapotba kerül, és a motor leáll. Így láthatja, hogy nincs funkcionális különbség a fenti és az előző modell között.

Ha azonban az X2 bemeneti kapcsot tévesen „nyitották meg”, akkor az X2 bemenetet meg lehet állítani a „Stop” gomb megnyomásával. Ennek eredményeként a motor azonnal leáll. Ez a modell biztonságosabb, mint az előző, ahol a „Stop” gomb megnyomása lehetetlenné teszi a motor leállítását.

A bemenetek (X) és a kimenetek (Y) mellett a PLC-ben használhatók „belső érintkezők és tekercsek is. Ugyanúgy használják őket, mint a standard reléáramkörökben használt közbenső reléket.

A „belső” áramkörök és érintkezők működési elvének megértése érdekében vegye figyelembe a következő áramkört és programot, amelyet a logikai függvény három bemenete alapján fejlesztettek ki:

Ebben az áramkörben a lámpa addig világít, amíg az egyik gombot meg nem nyomják. A lámpa kikapcsolásához nyomja meg mind a három gombot:

A programozható logikai vezérlőkről szóló cikk a képességeiknek csak egy kis példáját szemlélteti. PLC számítógépként más fejlett funkciókat is sokkal nagyobb pontossággal és megbízhatósággal képes elvégezni, mint az elektromechanikus logikai eszközök használatakor. A legtöbb PLC-nek több mint hat bemenete és kimenete van. Az alábbi ábra az Allen-Bradley egyik PLC-jét mutatja:

A 16 bemenettel és kimenettel rendelkező modulokkal ez a PLC egy tucat eszközt képes vezérelni.A vezérlőszekrénybe helyezett PLC kevés helyet foglal el (az azonos funkciókat ellátó elektromechanikus reléknél sokkal több szabad helyre lenne szükség).

A PLC egyik előnye, amelyet egyszerűen nem lehet lemásolni egy elektromechanikus relével, a távvezérlés és -vezérlés a számítógép digitális hálózatán keresztül. Mivel a PLC nem más, mint egy speciális digitális számítógép, könnyen "beszélgethet" más számítógépekkel. A következő fénykép a folyadék feltöltési folyamatának grafikus ábrázolása (szivattyúállomás települési szennyvízkezeléshez), amelyet egy PLC irányít. Ráadásul maga az állomás néhány kilométerre található a számítógép monitorától.