Назначение, устройство, принцип действия программируемых контроллеров

Программируемый контроллер — электронная составляющая промышленного контроллера, специализированного (компьютеризированного) устройства, используемого для автоматизации технологических процессов. В качестве основного режима длительной работы ПЛК, зачастую в неблагоприятных условиях окружающей среды, выступает его автономное использование, без серьёзного обслуживания и практически без вмешательства человека.

Программируемые логические контроллеры ( ПЛК) представляют собой устройство, предназначенное для сбора, преобразования, обработки, хранения информации и выработки команд управления. Они реализованы на базе микропроцессорной техники и работают в локальных и распределенных системах управления в РВ в соответствии с заданной программой. От небольших до мощных и высокоскоростных систем ПЛК обеспечивают самых требовательных заказчиков исчерпывающими возможностями и гибкостью при реализации современных сетевых решений в распределенных системах управления и контроля. По техническим возможностям, которые определяют уровень решаемых задач, ПЛК делятся на классы: нано-, микро-, малые, средние и большие. Первоначально они предназначались для замены релейно-контактных схем, собранных на дискретных компонентах – реле, счетчиках, таймерах, элементах жесткой логики.

Принципиальное отличие ПЛК от релейных схем заключается в том, что все его функции реализованы программно. На одном контроллере можно реализовать схему, эквивалентную тысячам элементов жесткой логики. При этом надежность работы схемы не зависит от ее сложности.

Термином "промышленный контроллер" обозначают специализированное микропроцессорное устройство со встроенным аппаратным и программным обеспечением, которое используется для выполнения функций управления технологическим оборудованием. После изобретения микропроцессов их развитие определялось классом задач, для которых они использовались. Таким образом, появилось три ветви генеалогического дерева микропроцессоров: ПЛК, регуляторы и ЭВМ. Прародителями ПЛК были релейные схемы автоматики. Это "родство" до сих пор проявляется в виде жесткой цикличности выполнения программы и своеобразного языка программирования, языка "релейно-контактных схем" или "лестничной логики". Микропроцессорные регуляторы предназначены для управления непрерывными технологическими процессами. Наиболее массовое распространения получили ПИД-регуляторы, которые реализуют один или несколько контуров регулирования. Эти устройства до сих пор не потеряли актуальность в простых системах управления. ЭВМ или компьютеры стали наиболее распространенным и многообразным классом микропроцессорных систем. С появлением РС применение компьютеров для целей управления технологическими устройствами приобрело массовый характер. Для обозначения этого класса систем появился термин SoftPLC или PC.based control.

Наиболее популярными и широко распространенными являются "классические" ПЛК.

В последнее время очевидна тенденция к взаимному проникновению двух идеологий построения систем автоматики друг в друга. Среди компьютерных систем управления появляются пакеты программирования, позволяющие разрабатывать алгоритмы работы для РС-совместимой техники на стандартных для ПЛК языках, например Entivity Studio. И, наоборот, среди классических серий контроллеров появляются процессорные модули со встроенной операционной системой Windows, и, соответственно, с возможностями программирования средствами Visual Studio, с использованием таких стандартных для компьютерных систем интерфейсов как DDE и OPC внутри контроллера.

ПЛК в общем виде состоит из двух основных блоков: процессорного модуля и системы ввода/вывода внешних сигналов. Процессорный модуль управляет всей логикой работы ПЛК и делится на процессор и память.

Система ввода/вывода физически подключается к, так называемым, полевым устройствам (реле-усилители, выключатели, пускатели, датчики и т.д.) и обеспечивает интерфейс между процессорным модулем и информационными (входами) и управляющими (выходами) каналами.

При работе процессор "читает" входные данные с подключенных полевых устройств с помощью своих входных интерфейсов, и затем выполняет управляющую программу, которая загружена в память процессорного модуля. Программы обычно разрабатываются на языке релейной логики, который очень похож на схемы релейной автоматики, и должны быть загружены в память контроллера до начала его работы.

Наконец, на основании программы ПЛК "записывает" или обновляет управляющие выходы через выходные интерфейсы. Этот процесс, называемый циклом сканирования, постоянно выполняется в одной и той же последовательности без остановки и изменяется только когда, когда вносятся изменения в управляющую программу.