Программируемые логические контроллеры

Цель работы:ознакомление с современными образцами электронных средств автоматизации, изучение функциональных возможностей промышленных контроллеров, программируемых реле.

Общие сведения

В настоящее время широкое распространение на производстве получают промышленные контроллеры и ПЛК (программируемые логические контроллеры на Западе получили название «программируемые реле»), предназначенные для применения в системах автоматизации.

Фирма Siemens была одним из пионеров в об­ласти разработки промышленных контроллеров и ПЛК, начав их массовое производство в 1996 году. Ло­гический модуль LOGO! изна­чально задумывался как промежуточ­ное звено между традиционными ре­лейными элементами автоматики (контакторы, реле времени и т.п.) и программируемыми контроллерами. В нем вместо соединения проводов должно было использоваться логичес­кое соединение функций, обычно реа­лизуемых аппаратно с помощью от­дельных устройств. Но в отличие от программируемых контроллеров слож­ность устройств должна была позволять работать с ними персоналу без специальных знаний в области про­граммирования. С этой же целью ввод программы в LOGO! осуществляется непосредственно со встроенных индикатора и клавиатуры. Для подключения к источникам си­гналов и исполнительным устройствам модули LOGO! первых поколений име­ли 6 или 12 дискретных входов и 4 или 8 дискретных выходов (варианты Basic и Long соответственно). Затем к дис­кретным входам добавилось два анало­говых.

В 2001 году фирма Siemens выпустила модульный LOGO!, в котором увеличение числа обслужи­ваемых входов и выходов обеспечива­ется с помощью дополнительных мо­дулей расширения. Подключение разных модулей расширения к базовой модели LOGO! позволяет расширить возможности контроллера. Модуль закрепляется на стандартной профильной шине и подключается к LOGO!

В распоряжении разработчика имеются следующие типы модулей:

- дискретный модуль LOGO!DM8;

- аналоговый модуль LOGO!AM2;

- коммуникационный модуль LOGO!CM AS-i.

В модульном варианте ПЛК LOGO! (рис. 5.1) можно реализовать мак­симум с 24 дискретными и 8 аналого­выми входами, а также 16 дискретны­ми выходами. Напряжение питания входных цепей в LOGO! соответствует напряжению питания модуля, которое может быть 12/24 В постоянного тока, 24 и 230 В переменного тока. Выходы могут быть транзисторными или ре­лейными. Нагрузочная способность последних (до 10 А) обеспечивает не­посредственное подключение доста­точно мощных исполнительных уст­ройств.

Рисунок 5.1 − Модульный LOGO! фирмы Siemens

Новые модули расширения делают LOGO! способным быстро реагировать на изменения и занимают в два раза меньше места, чем сам LOGO! Кроме того, к такому микро­контроллеру можно подключить ком­муникационные модули для работы в сетях AS-interface, EIB Instabus или LON. Существуют и логические моду­ли без дисплея и клавиатуры, благода­ря чему они почти на 20 процентов де­шевле.

Главной особенностью ПЛК LOGO! является то, что схема релейной автоматики соби­рается из программно реализованных функциональных блоков. В распоряжении пользователя имеется восемь логических функций типа И, ИЛИ и т.п., большое число типов реле, в том числе, реле с задержкой включения и выключения, импульсное реле, реле с самоблокировкой, выключатель с часовым меха­низмом, тактовый генератор, кален­дарь, часы реального времени с возможностью автоматического перехода на летнее/зимнее время и др.

Программирование моду­лей LOGO! может выполняться с помощью встроенных кла­виатуры и дисплея. Оно сво­дится к выбору необходимых функциональных блоков, соединению их между собой и заданию параметров наст­ройки блоков (задержек включения/выключения, значений счётчиков и т.д.). Для хранения управ­ляющей программы в модуле имеется встроенное энергонезависимое запо­минающее устройство. Создание резе­рвной копии программы, а также пере­нос ее в другие LOGO! может быть осу­ществлён с помощью специальных мо­дулей памяти, устанавливаемых в ин­терфейсное гнездо. Модули памяти так и называются по цвету корпуса – «желтый» и «красный». При использовании жёлтого модуля прог­рамма может быть свободно перенесе­на из него в LOGO! и обратно. Если же программа переносится из красного модуля, то она может исполняться только в том случае, если модуль памя­ти остается вставленным в LOGO! Ко­пирование её на другой модуль памяти невозможно. Таким способом обеспе­чивается защита управляющей прог­раммы от несанкционированного размножения.

Однако ввод программы с панели управления может быть оправдан толь­ко для небольших по объему прог­рамм или в случае острой необходи­мости внесения корректив в уже рабо­тающую программу непосредственно на объекте. Для относительно сложных схем очевидна необходи­мость использования программного пакета LOGO! SoftComfort, который позволяет разра­батывать в графической форме и до­кументировать программы для LOGO! на компьютере и отлажи­вать их в режиме эмуляции логичес­кого модуля. Выбранные функциональ­ные блоки мышью перетаскиваются на рабочее поле, затем соединяются и параметрируются. Для каждо­го функционального блока может быть написан комментарий, который существенно облегчит понимание принципа работы программы другому пользователю или поможет самому разработчику через некоторое время вспомнить собственные замыслы. Если по результатам эмулирования корректи­ровка программы не требуется, то ее можно загрузить в память LOGO! с помощью специального кабеля, подключаемого к тому же ин­терфейсному гнезду, что и модули памяти.

На рис. 5.2 приведен пример блок-схемы логического устройства, выполненного в программе LOGO! SoftComfort.

Рисунок 5.2 − Пример блок-схемы логического устройства, выполненного в программе LOGO! SoftComfort

Зачастую при решении задачи автоматизации возникает по­требность в контроле температу­ры. С появлением специализи­рованного аналогового модуля LOGO! АМ2 Pt 100, предназначенного для непосредственного подклю­чения двух термометров сопро­тивления Pt 100, процесс контро­ля температуры в диапазоне от –50 до +200°С заметно упроща­ется. С помощью LOGO! можно обеспечить и регулирование температуры. Такая задача решается с помощью обычного двухпозиционного регулятора, реализуемого с помощью платинового термометра сопротивления, аналогового модуля АМ2 Pt 100 и функционального блока «Аналоговый триггер». Сигнал с выхода этого блока будет являться управляющим для электрического нагревателя. Конечно, качество регулирования будет далеко не идеальным, но для многих применений оно может оказаться вполне приемлемым.

В 2003 г. было анонсировано очередное поколение логических модулей LOGO! с более мощным 32-разрядным процессором и усовершенствован­ной архитектурой программы, что обеспечило почти десятикратное повышение быстродействия и соответственно более короткий цикл работы программы микроконтроллера. Увеличение объема памяти в два раза дает возмож­ность использовать в программе уже не 56, а до 130 функциональ­ных блоков, а также снимает ог­раничения на максимальное ко­личество в одной программе тай­меров, счётчиков, часов, анало­говых триггеров и некоторых других блоков.