PLC-ovi se mogu kretati od malih modularnih uređaja sa desetinama ulaza i izlaza (I / O), u kućištu integrisanom sa procesorom, do velikih modularnih uređaja montiranih u ormare sa hiljadama I / O-a, koji su često povezani sa drugim PLC i SCADA sistemima.

Mogu biti dizajnirani za mnoge aranžmane digitalnih i analognih U / I, produženih opsega temperature, otpornosti na električni šum kao i na vibracije i udarce. Programi za upravljanje radom mašine obično se čuvaju u memoriji koja ima rezervnu bateriju ili ima mogućnost da čuva podatke bez napajanja.

PLC-ovi su prvi put razvijeni u automobilskoj industriji kako bi obezbedili fleksibilne, izdržljive i lako programabilne kontrolere koji zamenjuju trajno povezane relejne logičke sisteme. Od tada su široko prihvaćeni kao visokopouzdani kontroleri automatizacije pogodni za surove uslove.

Programabilni logički kontroler – Plc je primer „teškog“ sistema u realnom vremenu, jer se izlazni rezultati moraju proizvesti kao odgovor na ulazne uslove u ograničenom vremenu, u protivnom će doći do neželjenog rada.

Arhitektura

Programabilni logički kontroler – Plc je industrijski kontroler baziran na mikroporcesorima sa programabilnom memorijom koji se koristi za čuvanje programskih uputstava i različitih funkcija. Sastoji se od:

• procesorska jedinica (CPU) koja interpretira ulaze, pokreće upravljački program uskladišten u memoriji i šalje izlazne signale,

• jedinica za napajanje koja pretvara naizmenični napon u jednosmerni,

• memorijska jedinica koja čuva ulazne podatke i programe koje će izvršiti procesor,

• ulazni i izlazni interfejs, gde kontroler prima i šalje podatke sa / na spoljne uređaje,

• komunikacioni interfejs za prijem i prenos podataka na komunikacionim mrežama sa / na udaljene PLC-ove.

Mehanički dizajn

Kompaktni PLC sa 8 ulaza i 4 izlaza.

Modularni PLC sa Ethernet / IP modulom, digitalnim i analognim U / I, s tim da su neki priključci prazni.

Modularni PLC sa Ethernet / IP modulom, diskretnim i analognim U / I, s tim da su neki priključci prazni.

Postoje dve vrste mehaničkog dizajna za PLC sisteme.

Jedna kutija ili „cigla“ je mali programabilni kontroler koji uklapa sve jedinice i interfejse u jedno kompaktno kućište, iako su obično dostupni dodatni moduli za proširenje za ulaze i izlaze.

Drugi tip dizajna – modularni PLC – ima šasiju (koja se naziva i stalak) koja pruža prostor za module sa različitim funkcijama, kao što su napajanje, procesor, izbor U / I modula i komunikacioni interfejsi – što se sve može prilagoditi za određenu primenu.

Nekoliko stalaka može koristiti jedan procesor i mogu imati hiljade ulaza i izlaza.

Diskretni i analogni signali

Diskretni (digitalni) signali mogu poprimiti samo on ili off vrednost (1 ili 0, tačno ili netačno). Primeri uređaja koji pružaju diskretni signal uključuju granične sklopke, fotoelektrične senzore i kodere. Diskretni signali se šalju pomoću napona ili struje, gde su određeni ekstremni opsezi označeni kao uključeno i isključeno (on i off). Na primer, kontroler može da koristi ulaz od 24 V jednosmerne struje sa vrednostima struje iznad 22 V koje predstavljaju uključeno, vrednosti ispod 2 V jednosmerne struje koje predstavljaju isključeno, dok su srednje vrednosti nedefinisane.

Analogni signali mogu koristiti napon ili struju koji su proporcionalni veličini nadgledane promenljive i mogu poprimiti bilo koju vrednost u okviru njihove skale. Pritisak, temperatura, protok i težina često su predstavljeni analognim signalima. Oni se obično tumače kao celobrojne vrednosti sa različitim opsezima tačnosti u zavisnosti od uređaja i broja bitova dostupnih za čuvanje podataka. Na primer, analogni ulaz strujne petlje od 0 do 10 V ili 4-20 mA pretvorio bi se u celobrojnu vrednost od 0 do 32.767. PLC će uzeti ovu vrednost i prenijeti je u željene jedinice procesa kako bi je operater ili program mogao pročitati.

Redundancija

Neki posebni procesi moraju trajno raditi sa minimalnim neželjenim zastojima. Zbog toga je neophodno dizajnirati sistem otporan na kvarove i sposoban za upravljanje procesom sa neispravnim modulima. U takvim slučajevima da bi se povećala dostupnost sistema u slučaju kvara hardverske komponente, u hardversku konfiguraciju mogu se dodati suvišni CPU ili I / O moduli sa istom funkcijom radi sprečavanja potpunog ili delimičnog isključivanja procesa zbog hardverskog kvara. Drugi scenariji redundantnosti mogu biti povezani sa sigurnosno kritičnim procesima, na primer, velike hidraulične prese mogu zahtevati da oba PLC-a uključe izlaz pre nego što se presa može spustiti u slučaju da se jedan izlaz ne isključi pravilno.

Programiranje

Primer logike dijagrama lestvice

Programabilni logički kontroleri namenjeni su inženjerima koji nemaju iskustva sa programiranjem. Iz tog razloga je razvijen grafički programski jezik nazvan Ladder Diagram (LD, LAD). Podseća na šematski dijagram sistema izgrađenog sa elektromehaničkim relejima, a prihvatili su ga mnogi proizvođači, a kasnije je standardizovan u IEC 61131-3 standardima za programiranje upravljačkih sistema. Od 2015. godine, i dalje se široko koristi, zahvaljujući svojoj jednostavnosti.

Od 2015. godine, većina PLC sistema pridržava se standarda IEC 61131-3 koji definiše 2 tekstualna programska jezika: Strukturirani tekst (ST; slično Pascalu) i Lista uputstava (IL); kao i 3 grafička jezika: Lestvičasti dijagram, Funkcionalni blok dijagram (FBD) i Tabela sekvencijalnih funkcija (SFC). Spisak uputstava (IL) zastario je u trećem izdanju standarda.

Savremeni PLC se može programirati na razne načine, od logike lestvice izvedene relejem do programskih jezika kao što su BASIC i C (posebno prilagođeni dijalekti).

Uređaj za programiranje

Programi za Programabilni logički kontroler – Plc su obično napisani u programskom uređaju, koji može imati oblik računarske konzole, posebnog softvera na ličnom računaru ili ručnog uređaja za programiranje. Zatim se program postavlja na PLC direktno ili preko mreže. Pohranjuje se ili u trajnu fleš memoriju ili u RAM memoriju sa rezervnom baterijom. U nekim programabilnim kontrolerima, program se prenosi sa ličnog računara na PLC preko programske ploče koja program zapisuje u prenosivi čip, kao što je EPROM.

Proizvođači razvijaju softver za svoje kontrolere. Pored toga što mogu da programiraju PLC-ove na više jezika, oni pružaju i zajedničke funkcije kao što su dijagnostika i održavanje hardvera, otklanjanje grešaka u softveru i simulacija van mreže.

Simulacija

PLC simulacija je karakteristika koja se često može naći u PLC softverskom programu. Omogućava testiranje i otklanjanje grešaka na početku razvoja projekta.

Pogrešno programirani PLC može dovesti do gubitka produktivnosti i stvaranja opasnih uslova. Testiranje projekta u simulaciji poboljšava njegov kvalitet, povećava nivo sigurnosti povezan sa opremom i može uštedeti skupe zastoje tokom instalacije i puštanja u rad automatizovanih upravljačkih aplikacija, jer se mnogi scenariji mogu isprobati i testirati pre nego što se sistem aktivira.

Funkcionalnost

PLC sistem u stalku, sleva nadesno: jedinica za napajanje (PSU), CPU, modul interfejsa (IM) i komunikacioni procesor (CP) Kontrolna tabla sa PLC-om (sivi elementi u centru). Jedinica se sastoji od zasebnih elemenata, s leva na desno; napajanje, kontroler, relejne jedinice za ulaz i izlaz

Glavna razlika od većine ostalih računarskih uređaja je u tome što su PLC-ovi namenjeni i stoga tolerantni na teže uslove (poput prašine, vlage, toplote, hladnoće), dok nude opsežne ulazne / izlazne (I / O) komponente za povezivanje PLC-a na senzore i aktuatore. PLC ulaz može uključivati jednostavne digitalne elemente kao što su granični prekidači, analogne promenljive iz procesnih senzora (kao što su temperatura i pritisak) i složenije podatke poput onih iz sistema za pozicioniranje ili mašinski vid. PLC izlaz može sadržati elemente kao što su indikatorske lampe, sirene, elektromotori, pneumatski ili hidraulični cilindri, magnetni releji, solenoidi ili analogni izlazi. Aranžmani za ulaz / izlaz mogu biti ugrađeni u jednostavan PLC ili PLC može imati spoljne I / O module koji su priključeni na sabirnicu polja ili računarsku mrežu koja se uključuje u PLC.

Funkcionalnost Programabilnog logičkog kontrolera razvijala se tokom godina tako da uključuje sekvencijalnu kontrolu releja, kontrolu kretanja, kontrolu procesa, distribuirane sisteme upravljanja i umrežavanje. Mogućnosti rukovanja podacima, skladištenja, obrade i komunikacionih mogućnosti nekih modernih PLC-a približno su jednake desktop računarima. Programiranje nalik na PLC u kombinaciji sa udaljenim I / O hardverom omogućava desktop računaru opšte namene da preklapa neke PLC-ove u određenim aplikacijama.

Osnovne funkcije

Najosnovnija funkcija programabilnog kontrolera je oponašanje funkcija elektromehaničkih releja. Diskretni ulazi dobijaju jedinstvenu adresu, a PLC instrukcija može da testira da li je stanje ulaza uključeno ili isključeno. Baš kao što niz relejnih kontakata izvodi logičku „AND“ funkciju , ne dozvoljavajući prolaz struje ukoliko svi kontakti nisu zatvoreni, tako će niz uputstava „examine if on“ aktivirati svoj izlazni bit za skladištenje ako su svi ulazni bitovi uključeni. Slično tome, paralelni skup instrukcija izvršiće logičku „OR“ funkciju. U elektromehaničkom dijagramu ožičenja releja, grupa kontakata koja kontroliše jednu zavojnicu naziva se „stepenica“ ili „dijagram lestvice“ i ovaj koncept se takođe koristi za opisivanje PLC logike. Neki modeli PLC-a ograničavaju broj serija i paralelnih instrukcija u jednoj „stepenici“ logike. Izlaz svake „stepenice“ postavlja ili briše bit za skladištenje, koji može biti povezan sa fizičkom izlaznom adresom ili koji može biti „unutrašnja zavojnica“ bez fizičke veze. Takve unutrašnje zavojnice mogu se koristiti, na primer, kao zajednički element u više odvojenih „stepenica“. Za razliku od fizičkih releja, obično nema ograničenja na broj referenci na ulazni, izlazni ili unutrašnji kalem u PLC programu.

Komunikacija

Programabilni logički kontroler – Plc koristi ugrađene portove, kao što su USB, Ethernet, RS-232, RS-485 ili RS-422 za komunikaciju sa spoljnim uređajima (senzori, aktuatori) i sistemima (softver za programiranje, SCADA, HMI). Komunikacija se vrši preko različitih protokola industrijske mreže, poput Modbusa ili Etherneta / IP. Mnogi od ovih protokola su specifični za određenog dobavljača.

PLC-ovi koji se koriste u većim I / O sistemima mogu imati peer-to-peer (P2P) komunikaciju između procesora. Ovo omogućava odvojenim delovima složenog procesa da imaju individualnu kontrolu, a istovremeno omogućavaju koordinaciju podsistema preko komunikacione veze. Ove komunikacione veze se takođe često koriste za HMI uređaje kao što su tastature ili radne stanice računarskog tipa.

Ranije su neki proizvođači nudili namenske komunikacione module kao dodatnu funkciju kada procesor nije imao ugrađenu mrežnu vezu.

Korisnički interfejs

Kontrolna tabla sa PLC korisničkim interfejsom za regulaciju termičkog oksidansa.

PLC-ovi će možda trebati da komuniciraju sa ljudima u svrhu konfiguracije, izveštavanja o alarmu ili svakodnevne kontrole. U tu svrhu se koristi interfejs čovek-mašina (HMI). HMI se takođe nazivaju interfejsi čovek-mašina (MMI) i grafički korisnički interfejsi (GUI). Jednostavan sistem može da koristi tastere i svetla za interakciju sa korisnikom. Dostupni su tekstualni displeji, kao i grafički ekrani na dodir. Složeniji sistemi koriste softver za programiranje i nadzor koji je instaliran na računaru, a PLC je povezan preko komunikacionog interfejsa.