Список использованных источников
ВВЕДЕНИЕ
Повышение производительности труда во всех отраслях народного хозяйства при уменьшении числа занятых в производстве людей и значительном уменьшении доли ручного труда можно достигнуть путем интенсификации производственных процессов и коренного технического переоснащения промышленных предприятий на базе комплексной автоматизации с широким применением вычислительных машин и робототехнических комплексов.
Непрерывная интенсификация производственных процессов приводит, как правило, к усложнению функции управления. Однако быстрое развитие средств автоматизации и вычислительной техники расширяет возможности их реализации.
Одновременное развитие технологии производства и технологии управления привело к созданию таких производственных процессов и типов оборудования, которые невозможно эксплуатировать в отрыве от систем управления. Характерными примерами являются современные доменные печи объемом 5000 м3, кислородные конвертеры, мощные электропечи и так далее.
В настоящее время создание и эксплуатация систем автоматизации на металлургических предприятиях перестали быть функциями только специалистов по автоматическому и автоматизированному управлению. Они требуют различных форм участия практически всех групп технического персонала предприятия. Следовательно, современный специалист-технолог должен обладать достаточно широкими знаниями в этой области [1].
Общие сведения о функции
Программируемый логический контроллер (ПЛК) (англ. Programmable Logic Controller, PLC) — 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. Иногда на ПЛК строятся системы числового программного управления станком (ЧПУ, англ. Computer numerical control, CNC).
ПЛК являются устройствами реального времени в отличие от микроконтроллера, микросхемы предназначенной для управления электронными устройствами, областью применения ПЛК обычно являются автоматизированные процессы промышленного производства, в контексте производственного предприятия. Также в отличие от компьютеров, ПЛК ориентированы на работу с машинами и имеют развитый 'машинный' ввод-вывод сигналов датчиков и исполнительных механизмов в противовес возможностям компьютера, ориентированного на человека (клавиатура, мышь, монитор и т. п.); В первых ПЛК, пришедших на замену обычным логическим контроллерам, логика соединений программировалась схемой соединений LD (Ladder logic Diagram). Устройство имело тот же принцип работы, но реле и контакты были виртуальными, то есть существовали в виде программы, выполняемой микроконтроллером ПЛК. Современные ПЛК являются «свободно программируемыми». В системах управления технологическими объектами логические команды преобладают над числовыми операциями, что позволяет при сравнительной простоте микроконтроллера (шины шириной 8 или 16 бит), получить мощные системы действующие в режиме реального времени. В современных ПЛК числовые операции реализуются наравне с логическими. В то же время, в отличие от большинства процессоров компьютеров, в ПЛК обеспечивается доступ к отдельным битам памяти [2].
Интерфейсы ПЛК
ПЛК в своём составе не имеют интерфейса для человека, типа клавиатуры и дисплея. Их программирование, диагностика и обслуживание производится подключаемыми для этой цели программаторами — специальными устройствами или устройствами на базе более современных технологий — персонального компьютера или ноутбука, со специальными интерфейсами и со специальным программным обеспечением (например, SIMATIC STEP 7 в случае ПЛК SIMATIC S7-300 или SIMATIC S7-400). В системах управления технологическими процессами ПЛК взаимодействуют с различными компонентами систем человеко-машинного интерфейса или рабочими местами операторов на базе ПК, часто промышленных, обычно через промышленную сеть [2].
Датчики и исполнительные устройства подключаются к ПЛК:
- централизованно: в корзину ПЛК устанавливаются модули ввода-вывода и датчики и исполнительные устройства подключаются отдельными проводами непосредственно, либо при помощи согласовательных модулей, входам/выходам сигнальных модулей;
- или по методу распределённой периферии, когда удалённые от ПЛК датчики и исполнительные устройства связаны с ПЛК посредством каналов связи и, возможно, корзин-расширителей с использованием связей типа «ведущий-ведомый» (англ. Master-Slave).
Типы ПЛК
Для классификации огромного разнообразия существующих в настоящее время контроллеров рассмотрим их существенные различия.
Основным показателем ПЛК является количество каналов ввода-вывода. По этому признаку ПЛК делятся на следующие группы:
- нано-ПЛК (менее 16 каналов);
- микро-ПЛК (более 16, до 100 каналов);
- средние (более 100, до 500 каналов);
- большие (более 500 каналов).
По расположению модулей ввода-вывода ПЛК бывают:
- моноблочными - в которых устройство ввода-вывода не может быть удалено из контроллера или заменено на другое. Конструктивно контроллер представляет собой единое целое с устройствами ввода-вывода (например, одноплатный контроллер). Моноблочный контроллер может иметь, например, 16 каналов дискретного ввода и 8 каналов релейного вывода;
- модульные - состоящие из общей корзины (шасси), в которой располагаются модуль центрального процессора и сменные модули ввода-вывода. Состав модулей выбирается пользователем в зависимости от решаемой задачи. Типовое количество слотов для сменных модулей - от 8 до 32;
- распределенные (с удаленными модулями ввода-вывода) - в которых модули ввода-вывода выполнены в отдельных корпусах, соединяются с модулем контроллера по сети (обычно на основе интерфейса RS-485) и могут быть расположены на расстоянии до 1,2 км от процессорного модуля.
Часто перечисленные конструктивные типы контроллеров комбинируются, например, моноблочный контроллер может иметь несколько съемных плат; моноблочный и модульный контроллеры могут быть дополнены удаленными модулями ввода-вывода, чтобы увеличить общее количество каналов.
Многие контроллеры имеют набор сменных процессорных плат разной производительности. Это позволяет расширить круг потенциальных пользователей системы без изменения ее конструктива.
По конструктивному исполнению и способу крепления контроллеры делятся на:
- панельные (для монтажа на панель или дверцу шкафа);
- для монтажа на DIN-рейку внутри шкафа;
- для крепления на стене;
- стоечные - для монтажа в стойке;
- бескорпусные (обычно одноплатные) для применения в специализированных конструктивах производителей оборудования (OEM - "Original Equipment Manufact urer").
По области применения контроллеры делятся на следующие типы:
- универсальные общепромышленные;
- для управления роботами;
- для управления позиционированием и перемещением;
- коммуникационные;
- ПИД-контроллеры;
- специализированные.
По способу программирования контроллеры бывают:
- программируемые с лицевой панели контроллера;
- программируемые переносным программатором;
- программируемые с помощью дисплея, мыши и клавиатуры;
- программируемые с помощью персонального компьютера.
Контроллеры могут программироваться на следующих языках:
- на классических алгоритмических языках (C, С#, Visual Basic);
- на языках МЭК 61131-3.
Контроллеры могут содержать в своем составе модули ввода-вывода или не содержать их. Примерами контроллеров без модулей ввода-вывода являются коммуникационные контроллеры, которые выполняют функцию межсетевого шлюза, или контроллеры, получающие данные от контроллеров нижнего уровня иерархии АСУ ТП [3].
Сферы использования ПЛК
Сферы использования ПЛК в полной мере отражают отрасли применения систем автоматизации. Как и ожидалось, управление станками (82 %) все еще самая распространенная сфера применения. Управление процессом (74 %), управление движением (55 %), управление периодическими процессами (31 %), диагностические приложения (25 %). Реже всего PLC используются для обеспечения безопасности производства (1 %).
Методы коммуникации с другими системами управления являются главным показателем гибкости современного ПЛК. Как говорят участники, сетевые протоколы используются в 69 % установленных ПЛК, оставшиеся 31 % используются как автономные приборы. Большинство подключенных к сети контроллеров обменивается информацией с персональными компьютерами и PAC-контроллерами и столько же связано с другими ПЛК. Чуть больше 5 % устройств используется в распределенных системах управления [4].
Производители
Крупнейшими мировыми производителями ПЛК являются компании Allen-Bradley, Omron, Schneider Electric, Siemens. Также ПЛК производят Advantech, Delta, VIPA, Mitsubishi Electric, WAGO I/O, Phoenix Contact и многие другие. Российские производители ПЛК: Контар, Овен, Segnetics, Fastwel, Текон [5].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Главное преимущество ПЛК, обусловившее их широчайшее распространение, заключается в том, что одно компактное электронное устройство может заменить десятки и сотни электромеханических реле.
Функции логических контроллеров реализуются не аппаратно, а программно, что позволяет постоянно адаптировать их к работе в новых условиях с минимальными усилиями и затратами. Ряд дополнительных функций, которыми обладают современные ПЛК, привели практически к полному переходу систем автоматизации на базу контроллеров, без которых сегодня нельзя себе представить любую АСУ ТП.
ПЛК отличаются от традиционных неперепрограммируемых устройств управления следующими преимуществами: они более гибки, надёжнее, имеют меньшие габариты, могут быть объединены в сети с другими устройствами и перенастраиваться по Интернету, быстрее обнаруживают ошибки, расходуют меньше электроэнергии, требуют меньше затрат на изменение своих функций и структуры и вообще менее затратные на больших отрезках времени.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. О машиностроении, механике, металлургии [Электронный ресурс]: Информационно-тематический портал – Москва, [2008]. Режим доступа: http://mashmex.ru/metallurgi/103-zadachi-avtomatizacii-metallurgii.html.
2. Биржа курсовых и дипломных проектов [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://www.webkursovik.ru/.
3. Ресурс для специалистов в области автоматизации [Электронный ресурс]: Энциклопедия АСУ ТП – Москва, [2009]. Режим доступа: http://www.bookasutp.ru/.
4. Ресурс с учебно-методической литературой для учащихся и студентов [Электронный ресурс]: Электрон. журнал – Москва, 2013]. Режим доступа: http://www.studmed.ru/.
5. Ресурс для специалистов в области автоматизации [Электронный ресурс]: Электрон. журнал – Санкт – Петербург, [2016]. Режим доступа: http://bvl.center/.