Программируемый логический контроллер (ПЛК)

Если говорить о каком-либо сложном технологическом процессе, где все конвейерные линии двигаются и останавливают в нужный момент, некачественная продукция автоматические уходит в брак, и все это без помощи оператора, то именно ПЛК здесь является основой для управления всеми операциями.

В отличии персонального компьютера, это устройство является узкоспециализированным и устойчивым к промышленным условиям, например к вибрациям, пыли и сменам температур.

Классический программируемый контроллер оснащен физическим I/O-интерфейсом для подключения датчиков и исполнительных устройств, а также интерфейсом связи для коммуникаций с другими ПЛК, с системой диспетчеризации и удаленными датчиками состояния. Разберем подробней.

Как устроен ПЛК

Условно ПЛК можно разделить на три ключевых секции, которые есть всегда вне зависимости от сложности и производителя: блок ввода, блок анализа и блок вывода. Четвертым блоком может быть блок интерфейсов связи.
 

Блок ввода и вывода (I/O модуль)

Блок вывода — это уши и глаза системы. В этот блок подключаются датчики, концевые выключатели и другие устройства, которые собирают данные «снаружи».  Исполнительные устройства подключаются к блоку вывода. 
Входные  и выходные сигналы бывают дискретные. Это типа сигнала имеющий два положения «0» или «1», «да» или «нет» — есть контакт или нет. Второй тип — аналоговые. Эта датчики, которые в реальном времени непрерывно собирают информацию: температура, масса, скорость и другие параметры, которые после преобразуются из физическое величины в электрический сигнал, а выходные устройства наоборот — преобразуют цифровой сигнал в физические величины. ПЛК оцифровывает данный сигнал для дальнейшего управления. 

Здесь важно понимать, что в ряде случаев важна дискретность входного и выходного сигнала, чтобы качество управления было достаточным. От качества электронных компонентов, на которых собран ПЛК, зависит помехоустойчивость и предельное разрешение вводного канала. Физический вход/выход ПЛК должен соответствовать подключенному устройству по типу. Некоторые модели контроллеров предлагают универсальные входы/выходы, и для их конфигурирования необходимо переключать тип. 
 

Блок обработки 

Центральная секция включает в себя процессор, память и интерфейсы для связи с другими устройствами. Здесь выполняется программа, написанная на языке программирования ПЛК. В качестве центрального процессора используются микропроцессоры, обладающие высокой скоростью работы и способные обрабатывать большое количество информации.

Процессор (CPU) выполняет программу, которая «зашита» в контроллере. В отличие от офисного процессора, он оптимизирован для выполнения простых операций миллионы раз в секунду с гарантированным временем отклика. Память хранит саму программу, промежуточные данные и текущие значения всех входов и выходов. Интерфейсы связи — порты для подключения к панелям оператора, другим контроллерам, диспетчерской (SCADA) или в сеть предприятия.
 

Как работает ПЛК

Языки программирования для логического контроллера регламентированы международным стандартом IEC 61131-3, в РФ — ГОСТ Р МЭК 61131-3. 
Главная задача программируемого логического контроллера — быстрая логическая обработка входных данных для управления внешними устройствами. Стандартный цикл работы выглядит следующим образом:

   1.  Чтение входов (Input Scan): контроллер мгновенно фиксирует состояние всех подключённых датчиков. Все данные записываются в специальную область памяти — образ процесса.

   2.  Выполнение программы (Program Scan): процессор, шаг за шагом, выполняет программу пользователя, используя свежие данные с входов. В результате вычислений формируются новые значения для выходов, но они пока не подаются на исполнительные механизмы, а записываются в буферную память.

   3.  Запись выходов (Output Scan): все изменения применяются одновременно. Контроллер «одним пакетом» обновляет состояние выходов — процессы запускаются в назначенном режиме.

   4.  Возврат к шагу 1. Цикл повторяется бесконечно, с заданной скоростью. Благодаря такой архитектуре система никогда не пропустит сигнал и не выдаст случайную команду.

Программируемый логический контроллер — это не просто замена релейным шкафам, а фундамент, на котором строится вся современная промышленная автоматизация. От небольшого станка до целого химического производства — везде, где нужна надёжность, скорость реакции и возможность работать без постоянного присутствия человека, работает ПЛК.