PLC, Programowalny sterownik logiczny (ang. Programmable Logic Controller)
to wyspecjalizowane urządzenie mikroprocesorowe wyposażone w programowalną pamięć,
sterownik realizuje zadanie sterowania wykonując cyklicznie program umieszczony w swojej
pamięci.
Norma IEC 61131 poświęcona sterownikom PLC, opracowana w latach dziewięćdziesiątych
XXw. przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniki (IEC, ang. International Electrotechnical
Commision), definiuje sterownik programowalny jako:
„cyfrowy system elektroniczny do stosowania w środowisku przemysłowym, który posługuje się
pamięcią programowalną do przechowywania zorientowanych na użytkownika instrukcji w celu
sterowania przez cyfrowe lub analogowe wejścia i wyjścia szeroką gamą maszyn i procesów”.
Norma IEC 61131 powstała w odpowiedzi na potrzebę wprowadzenia pewnych standardów zwłaszcza w
zakresie metod programowania sterowników (ze względu na dużą różnorodność rozwiązań stosowanych
przez producentów sterowników). Kolejne części normy zawierają:
część 1 – informacje ogólne: definicje pojęć i własności funkcjonalne PLC,
część 2 – wymagania sprzętowe oraz badania, testy i warunki użytkowania,
część 3 – metody programowania (omówione języki graficzne i tekstowe),
część 4 – wytyczne wspomagające proces projektowania, eksploatacji i konserwacji,
część 5 – zbiór zasad dotyczących komunikacji pomiędzy sterownikami różnych rodzin oraz pomiędzy
sterownikami i innymi urządzeniami.
"
Sterowniki programowalne f.1/1
PLC, koncepcja
Sterowniki programowalne powstały jako próba zastąpienia układów stałoprogramowych
przetwarzających sygnały wejściowe w wyjściowe zgodnie z programem określonym przez
wykorzystane przez nie elementy oraz połączenia pomiędzy nimi (np. układy cyfrowe w
realizacji stykowo – przekaźnikowej, układy zbudowane z elementów przełączających
pneumatycznych i hydraulicznych czy układy wykonane w technologii półprzewodnikowej).
Cyfrowe układy stałoprogramowe realizują zadania, które mogą być zapisane w postaci układów
równań logicznych. Układy kombinacyjne realizują zadania:
y
1
=f
1
(x
1
, x
2
, …, x
m
)
…
y
n
=f
n
(x
1
, x
2
, …, x
m
)
Q
1
=δ
1
(q
1
, q
2
, …, q
p
, x
1
, x
2
, …, x
m
)
…
Q
p
=δ
p
(q
1
, q
2
, …, q
p
, x
1
, x
2
, …, x
m
)
y
1
= λ
1
(q
1
, q
2
, …, q
p
, x
1
, x
2
, …, x
m
)
…
y
n
= λ
n
(q
1
, q
2
, …, q
p
, x
1
, x
2
, …, x
m
)
gdzie: x
i
, y
i
– sygnały wejściowe i wyjściowe; q
i
, Q
i
– aktualny i następny stan i-tego elementu
pamięci; δ
i
, λ
i
– funkcje przejść i wyjść (funkcje wyjść w postaci dla układów Mealy’ego).
"
Sterowniki programowalne f.1/2
a układy sekwencyjne zadania:
PLC, koncepcja
Wybraną operację logiczną można zrealizować wykorzystując odpowiednią bramkę logiczną lub w oparciu o
układ, który może realizować różne operacje a rodzaj aktualnie wykonywanej operacji zależy od sygnałów
podanych na wejście układu.
ia
ib
y
iop
ia ib iop a b
0
0
0
a b
0
0
1
a b
y
0
1
0
a b
0
1
1
a b
1
0
0
a + b
1
0
1
a + b
1
1
0
a + b
1
1
1
a + b
Rys. 1. Układ realizujący różne dwuargumentowe operacje logiczne na
sygnałach a i b w zależności od wartości sygnałów sterujących ia,ib i iop.
Wykorzystując powyższy układ, wartość przykładowego wyrażenia:
y
=
x
x
2
+
x
można wyznaczyć (przyjmując, że wynik dotychczasowych obliczeń przechowywany jest w y):
- wprowadzając do elementu y wartość sygnału x
1
,
- podając na wejście układu sygnały: a = y, b = x
2
, iop = 0, ia = 0, ib= 1,
- podając na wejście układu sygnały: a = y, b = x
3
, iop = 1, ia = 1, ib= 1.
"
Sterowniki programowalne f.1/3
1
3
PLC, koncepcja
Przepisywanie wyniku pośredniego do argumentu kolejnej operacji można zautomatyzować budując układ z
przerzutnikiem sr. Przerzutnik będzie zapamiętywał wynik ostatnio wykonanej operacji a kolejna operacja
będzie mogła wynik ten modyfikować.
OR ORN AND ANDN a
s
r
Q
q→Q
s
r
0
0
Q
0→0
0
–
1
0
1
0→1
1
0
s
y
0
1
0
1→0
0
1
r
01
1
1
–
1→1
–
0
y + 0 = y, y ·0 = 0
y + 1 = 1, y ·1 = y
Rys. 2. Układ realizujący operacje na argumentach y i a (y wynik poprzednio wykonanej operacji):
y AND a, y AND NOT a (ANDN), y OR a i y OR NOT a (ORN).
Wykorzystując układ, wartość przykładowego wyrażenia:
y
=
x
x
2
+
x
można wyznaczyć podając na wejście układu sygnały:
- OR = 1, ORN = AND = ANDN = 0, a = x
1
,
- ANDN = 1, OR = ORN = AND = 0, a = x
2
,
- OR = 1, ORN = AND = ANDN = 0, a = x
3
.
wykonanie operacji OR x
1
prowadzi do zapamiętania
pierwszego argumentu obliczanego wyrażenia
"
Sterowniki programowalne f.1/4
1
3
PLC, koncepcja
Pracę układu można w pełni zautomatyzować zakładając, że zadanie podane w formie wyrażenia logicznego,
zostanie rozpisane w postaci zbioru pojedynczych operacji, które należy kolejno wykonać:
y
=
x
x
2
+
x
3
OR x
1
ANDN x
2
OR x
3
Układ uzupełniony o dodatkowy moduł, który cyklicznie:
pobiera pojedynczą operację,
tłumaczy operację na zbiór sygnałów sterujących (OR, ORN, AND, ANDN, a),
podaje sygnały sterujące na wejście układu,
można nazwać prostym procesorem.
Procesor ten potrafi wykonać cztery operacje logiczne: OR, OR NOT, AND i AND NOT. Lista
elementarnych operacji, które może wykonać procesor nazywana jest listą rozkazów – lista rozkazów
omawianego procesora składa się więc z czterech rozkazów.
Procesor realizuje przykładowy program składający się z rozkazów: OR x
1
, ANDN x
2
, OR x
3
. Rozkazy
tłumaczone są na wartości sygnałów sterujących, np.:
rozkaz „OR x
1
” tłumaczony jest na OR = 1, ORN = 0, AND = 0, ANDN = 0, a = x
1
.
Przerzutnik sr znajdujący się na wyjściu układu pełni funkcję akumulatora, w którym przechowywane są
wyniki obliczeń pośrednich.
"
Sterowniki programowalne f.1/5
1