Budowa i funkcjonowanie sterowników PLC. Cykl pracy sterownika.
1. Budowa sterownika PLC
Programowalne sterowniki logiczne (PLC, ang. Programmable Logic Controllers),
nazywane także sterownikami programowalnymi, to komputery przemysłowe, których
główne zadanie polega na monitorowaniu stanu wejść cyfrowych i analogowych, a
następnie na odpowiednim ustawieniu wyjść zgodnie z zapisanym w pamięci
algorytmem.
Rys. 1. Podstawowe elementy układu sterowania
Zatem sterowniki programowalne PLC są komputerami przemysłowymi, które pod
kontrolą systemu operacyjnego czasu rzeczywistego:
Û
zbierają pomiary za pośrednictwem modułów wejściowych z analogowych i
dyskretnych czujników oraz urządzeń pomiarowych,
Û
transmitują dane za pomocą modułów i łącz komunikacyjnych,
Û
wykonują
programy
aplikacyjne
na
podstawie
przyjętych
parametrów
i
uzyskanych danych o sterowanym procesie lub maszynie,
Zadanie 21/2
1
STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC
Budowa i funkcjonowanie sterowników PLC. Cykl pracy sterownika.
Û
generują sygnały sterujące i przekazują je poprzez moduły wyjściowe do
elementów i urządzeń wykonawczych,
Û
realizują funkcje diagnostyki programowej i sprzętowej.
Sterowniki PLC zbudowane są z modułów wejściowych, jednostki centralnej (CPU)
oraz modułów wyjściowych.
Rys. 2.Schemat blokowy budowy sterownika PLC
Wejścia PLC akceptują różne sygnały wejściowe, cyfrowe lub analogowe,
pochodzące z zewnętrznych urządzeń (czujników), przetwarzane następnie do postaci
sygnałów logicznych, które stają się zrozumiałe dla CPU.
Jednostka CPU podejmuje decyzje i wykonuje funkcje sterowania bazując na
instrukcjach programowych zawartych w pamięci. Moduły wyjściowe przetwarzają
funkcje sterowania z CPU do takiej postaci sygnałów (cyfrowych lub analogowych),
jakich wymaga aplikacja.
Instrukcje programowe określają, co powinien wykonać PLC przy określonym
stanie wejść i w danej sytuacji. Dodatkowy interfejs operatorski (pulpit sterowniczy)
umożliwia wyświetlanie informacji o realizowanym procesie sterowania i wprowadzanie
nowych parametrów kontrolnych.
Zatem wartości pomiarów zmiennych procesowych są wejściami sterownika, zaś
obliczone zmienne sterujące stanowią wyjścia sterownika.
Zadanie 21/2
2
STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC
Budowa i funkcjonowanie sterowników PLC. Cykl pracy sterownika.
Głównym zadaniem sterownika jest więc, reagowanie na zmiany wejść przez
obliczanie wyjść według zaprogramowanych reguł sterowania lub regulacji. Reakcja ta
może być zależna od wyników operacji arytmetyczno-logicznych wykonanych dla
aktualnych wartości wejść sterownika, jego zmiennych wewnętrznych oraz od
zaprogramowanych warunków czasowych.
Pod względem budowy sterowniki dzielimy na dwie zasadnicze grupy:
Û
kompaktowe (o architekturze sztywnej)
Û
modułowe (o architekturze elastycznej).
Możemy też je podzielić ze względu na liczbę wejść i wyjść. Według tego podziału
wyróżniamy trzy grupy:
Û
sterowniki małe - do 129 wejść/wyjść łącznie (sterowniki kompaktowe);
Û
sterowniki średnie - do 512 wejść/wyjść łącznie (sterowniki modułowe)
Û
sterowniki duże - powyżej 512 wejść/wyjść (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.
Zadanie 21/2
3
STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC
Budowa i funkcjonowanie sterowników PLC. Cykl pracy sterownika.
Rys. 3. Struktury sprzętowe PLC
Przykładowe rozwiĄzania sterowników oferowane przez firmĘ GE Fanuc.
Û
- sterowniki kompaktowe np. VersaMax Nano / Micro
Sterowniki VersaMax Nano/Micro to niedrogie, łatwe w instalacji i obsłudze
urządzenia przeznaczone do pracy w niewielkich układach sterowania, zastępujących
tradycyjne układy przekaźnikowe. Dzięki szerokim możliwościom języka programowania
oraz zaimplementowanym zaawansowanym funkcjom typowym dla większych i
droższych systemów (operacje zmiennoprzecinkowe, bloki regulatora PID, protokoły
komunikacyjne) sterowniki te mogą również być wykorzystywane jako elementy bardziej
rozbudowanych układów sterowania.
Zadanie 21/2
4
STEROWNIKI PROGRAMOWALNE PLC
Budowa i funkcjonowanie sterowników PLC. Cykl pracy sterownika.
Rys. 4. Sterowniki firmy GE Fanuc serii VersaMax Nano/Micro
Û
sterowniki modułowe np. seria 90-30
Sterowniki programowalne serii 90-30 są sterownikami średniej wielkości o bardzo
szerokim
zakresie
zastosowań.
Sterowniki
serii
90-30
mogą
pracować,
jako
autonomiczne systemy sterowania, bądź też stanowić część większych układów. Są
najszybszymi sterownikami w swojej klasie, oferując również całą gamę dodatkowych
funkcji w oparciu o specjalizowane moduły i oprogramowanie.
Zadanie 21/2
5