- Входы и выходы контроллера
- Делаем голову шинного USB-анализатора на базе комплекса Redd
- Распределенный монтаж в поле
- Дискретные входы с определением обрыва
- Микросхемы ISO1211/12
- Применение контроллеров
- Языки программирования ПЛК
- Назначение переменных в ПЛК
- Дискретные и аналоговые сигналы
- Моделируем поведение Quartus-проекта на Verilog в среде ModelSim
- TIDA-01434
- Удаленное управление и мониторинг
- TIPD215
- Основы программирования ПЛК. Реле и контроллер
- Принцип работы ПЛК
- Программируемые логические контроллеры
- Структура и устройство ПЛК
- Языки программирования ПЛК
- Проблемы совместимости программы с аппаратной частью
- История
- Выход ШИМ
- Порты RS485 и RS232
- Структура и устройство ПЛК
- Место программируемого логического контроллера в системе управления
- Системы реального времени
Входы и выходы контроллера
Вход контроллера позволяет ему получать информацию от какого-либо элемента. К входам подключены все датчики всех типов и переключатели. Переключатель или датчик подает сигнал о давлении или работе, контроллер получает его, что означает, что это вход для контроллера.
Контроллер не посылает никаких сигналов на датчики и переключатели, он только принимает сигналы от них.
Выход контроллера позволяет контроллеру выводить сигнал. То есть управлять чем-то. Например, свет, шторы, приводы радиаторов, сирена, дверной замок, розетки — что угодно, подача напряжения или замыкание контактов.
Делаем голову шинного USB-анализатора на базе комплекса Redd
Вставка сальника, типы и применение
В двух последних статьях мы рассматривали пример «прошивки» комплекса Redd, превращая его FPGA-часть в логический анализатор общего назначения. Затем у меня появилось желание сделать следующий шаг и превратить его в анализатор шины USB. Дело в том, что фирменные анализаторы этого типа очень дороги, и мне нужно проверить, почему сам сделанный вручную USB, подключенный к машине, работает, а если вы включаете машину, когда все уже подключено к разъему, это не так не работает. То есть программные анализаторы здесь не смогут. Во время написания я как-то увлекся и написал блок из пяти статей. Теперь можно сказать, что они показывают не только сам анализатор, но и типичный процесс его создания в режиме «на скорую руку». В статье будет показано, как сделать такой анализатор не только на базе Redd, но и на готовых макетных платах, которые можно купить на Али Экспресс.
Распределенный монтаж в поле
Согласно Siemens Energy & Automation, впервые появилась возможность организовать распределенную сеть Ethernet с использованием периферийных устройств ЦП Simatic ET200pro без шкафа. Степень защиты IP-65/67 позволяет устанавливать контроллер непосредственно на управляемый агрегат. Установка дополнительного процессора в полевых условиях снижает нагрузку на центральный процессор и позволяет использовать процессор в суровых условиях с широким температурным диапазоном. Контроллер обладает обширными коммуникационными возможностями, включая комбинированный порт MPI / Profibus-DP и три интегрированных порта Ethernet. Помимо возможности работы в режиме ведущий / ведомый Profibus, ЦП поддерживает протокол Profinet через встроенный порт Ethernet, который обеспечивает дополнительные сетевые функции, такие как детерминированный режим реального времени.
Дискретные входы с определением обрыва
Компания Texas Instruments создала решение, основанное на семействе микросхем ISO121x, которое позволяет обнаруживать проем на конкретном дискретном входе. Решение было названо TIDA-01509 (рисунок 13). Это компактная реализация гальванической развязки для 16 цифровых входов. Входы TIDA-01509 поддерживают сигналы с частотой до 100 кГц на канал и разделены на две группы по 8 в каждой. Каждая группа состоит из трех двухканальных ISO1212 и двух одноканальных ISO 1211. ISO1211 и ISO1212 не требуют для работы гальванически изолированного преобразователя постоянного тока в постоянный, что дает преимущество перед традиционными решениями цифрового ввода.
Рис. 13. Внешний вид ТИДА-01509
Обнаружение обрыва цепи на входе осуществляется одним дополнительным оптическим переключателем для каждого канала или двумя оптическими переключателями и дополнительным конденсатором для каждой группы.
Особенности TIDA-01509:
- 16 цифровых входов с допуском входного напряжения до ± 60 В;
- обнаружение обрыва для канала с надстройкой;
- время, необходимое для обнаружения обрыва в одном канале — 3 мс;
- обнаружение сбоев для масштабируемой конфигурации многоадресной рассылки с тремя надстройками;
- время, необходимое для обнаружения прерывания в группе (8 каналов) — 24 мс;
- нет необходимости использовать дополнительный изолированный источник питания;
- наличие совместимых отладочных плат для быстрой и простой оценки возможностей решения.
Решение состоит из микросхем ISO121x, 8-битного регистра сдвига SN74LV165A, одного инвертора SN74LVC1GU04 и встроенного одностороннего подавителя TVS3300 (рисунок 14).
Рис. 14. Блок-схема TIDA-01509
Работа решения основана на том факте, что оптический переключатель отключает заземление от ISO121x на короткий период времени, а затем снова подключает его, при этом импульс на выходе ISO121x указывает, есть ли обрыв на входе.
Если рассмотреть алгоритм более подробно на примере обрыва кабеля для несимметричной конфигурации, когда используется только один канал устройства ISO121x, то есть нужен только дополнительный оптический переключатель, алгоритм активации выглядит так: это:
- в нормальном режиме контакт FGND соединен с реальной землей через оптический переключатель: оптический переключатель разомкнут, сигнал на линии управления низкий;
- для включения оптического переключателя на линию управления подается высокий сигнал;
- считывает состояние выхода канала ISO121x. Если прерывания нет, выходной статус канала будет равен единице. Однако, если в цепи есть разрыв, выходное положение соответствующего канала будет нулевым.
Чтобы оценить возможности решения TIDA-01509, вы можете подключить его к отладочной плате MSP430FR5969 (рис. 15) или любой другой плате Texas Instruments с тем же соединением SPI. В этом случае источник питания 3,3 В для TIDA-01509 будет поступать напрямую от платы разработки.
Рис. 15. Внешний вид отладочной платы MSP430FR5969
Микросхемы ISO1211/12
ISO1211 / 12 — ASIC для реализации дискретных входов с индивидуальной гальванической развязкой. Используя семейство микросхем ISO121x, можно создавать дискретные входы, соответствующие стандарту IEC 61131-2 и типам 1, 2 и 3, описанным выше. Эти входы могут использоваться для подключения внешних датчиков с максимальным рабочим напряжением до 24 В (Рисунок 8).
Рис. 8. Реализация дискретного входа на базе цифрового изолятора ISO1211
Изоляторы ISO121x представляют собой простое решение с низким энергопотреблением и точным ограничением тока. Эти изоляторы не требуют питания первичной стороны и работают в широком диапазоне напряжений источника питания от 2,25 до 5,5 В, значительных обратных напряжений и токов. Цифровые изоляторы этого семейства поддерживают скорость передачи данных до 4 Мбит / с с гарантированной длительностью импульса 150 нс. ISO1211 подходит для разделения каналов в многоканальных системах, а ISO1212 подходит для решений с ограниченным пространством. Блок-схема канала показана на рисунке 9.
Рис. 9. Структурная схема воздуховода ISO1211 / 12
Изоляторы принимают дискретные сигналы 24 В в качестве входа и обеспечивают изолированный дискретный выход. Внешний резистор Rmeas устанавливает значение для ограничения тока падения. Порог напряжения, при котором происходит переключение уровней, устанавливается резистором Rthr. Для передачи дискретных сигналов через изолирующий барьер в микросхемах семейства ISO121x используется кодирование ON-OFF (OOK). Оценочный комплект Texas Instruments ISO1211EVM (рисунок 10) и 8-канальная изолированная плата цифрового ввода ISO1212EVM (рисунок 11) доступны для оценки возможностей цифровых изоляторов.
Рисунок 10. Оценочный комплект ISO1211EVM
Рис. 11. Оценочный модуль для 8-канального приемника цифровых сигналов ISO1212EVM
Основные параметры цифровых изоляторов ISO1211 и ISO1212 приведены в таблице 1.
Таблица 1. Параметры цифрового изолятора ISO1211 / 12
Ограничение диапазона тока, мА | 2,2… 7,3 | |
Интегрированный преобразователь мощности с изоляцией | Нет | |
Количество каналов | 1 | 2 |
Количество каналов вперед / назад | 1/0 | 2/0 |
Напряжение изоляции, В | 2500 | |
Пиковое напряжение изоляции в течение 1 с, В | 3600 | |
Максимальное импульсное напряжение импульсной изоляции 1,2 / 50 мкс, В | 4000 | |
Скорость передачи данных, Мбит / с | 4 | |
Задержка распространения сигнала, типовая, Нс | 140 | |
Максимальная рабочая частота, МГц | 2 | |
Состояние по умолчанию | Нет | |
Диапазон питающего напряжения, В | 2,25… 5,5 | |
Диапазон рабочих температур, ° С | -40… 125 | |
Рамка | 8СОИК | 16SSOP |
Цифровые изоляторы семейства ISO121x имеют более высокую скорость работы и время отклика, чем традиционные решения на основе оптопар (стандартные оптопары имеют время отклика в десятки микросекунд), а также небольшие размеры и низкие потери мощности (рисунок 12). Кроме того, при реализации цифровых выходов на основе ISO121x дополнительный буфер триггера Шмитта не требуется, что упрощает проектирование системы. В конечном итоге можно сказать, что микросхемы ISO1211 / 12 являются предпочтительным решением для реализации изоляции дискретных входов по сравнению с традиционными оптопарами.
Рис. 12. Сравнение рабочих температур: традиционный раствор +84,1, ISO1212 +44,9
Применение контроллеров
Логические контроллеры в большом количестве используются на автоматических линиях и сборочных линиях. Устройства можно найти в системах стендовых испытаний двигателей, штамповочном оборудовании, токарных автоматах, сварочных машинах, металлорежущем оборудовании. Устройства управления также встречаются в автоматизации технологических процессов и повседневной жизни.
Языки программирования ПЛК
Управляющие программы для контроллеров разработаны для языков, которые созданы не для программистов в современном понимании, а для инженеров АСУ ТП.
Самым простым и популярным инструментом считается набор готовых модулей и конфигуратор, позволяющий собирать модули в схему управления. До недавнего времени у каждого производителя ПЛК был свой язык. Но в середине 1990-х ситуация изменилась. Стандартизированы языки.
Стандарт IEC 1131.3 определяет пять языков:
- Язык релейных диаграмм LD — это традиционный язык с фиксацией на основе релейной логики, в котором алгоритмы представлены в виде диаграмм;
- FBD — типовой конфигуратор и подпрограммы;
- SFC — это язык последовательных диаграмм. Прибор близок к традиционному программированию и на нем реализованы алгоритмы последовательного управления;
- ST — это язык структурированного типа. Это язык, похожий на Паскаль, с поддержкой структурного программирования;
- IL — это язык обучения. Это инструмент низкого уровня, такой как Ассемблер, но он не ориентирован на микропроцессорную архитектуру. В основном он используется для создания быстрых программ.
Назначение переменных в ПЛК
Как и в любом языке программирования, переменная представляет собой именованную или иным образом адресуемую область памяти, адрес которой может использоваться для доступа к данным. Переменные также позволяют вам различными способами изменять данные, с которыми работает программа.
С помощью переменных ПЛК может обрабатывать сигналы и реагировать на них. Алгоритмы запуска и остановки технологических процессов.
Дискретные и аналоговые сигналы
Вход или выход могут быть дискретными или аналоговыми.
Дискретный сигнал — это единица или ноль. Проще говоря, сигнал либо есть, либо нет.
Датчик движения видит движение или нет, промежуточных состояний у него нет. Следовательно, он подключен к дискретному входу контроллера. То есть контроллер получает от него сигнал «движение есть» или «нет движения».
Точно так же переключатель нажат или не нажат. Дискретный вход получает напряжение или не поступает.
Дискретный выход — это наличие или отсутствие управляющего воздействия. Свет горит или выключен. Открытый или закрытый шаровой кран. Вне зависимости от того, запитана розетка или нет, промежуточных вариантов нет. Этот сигнал выдается дискретным выходом контроллера.
Аналоговый сигнал может принимать разные значения. Наиболее распространенные варианты сигналов — от 0 до 10 вольт и от 4 до 20 миллиампер. Иногда бывает напряжение от 1 до 10 вольт (чтобы при минимальном сигнале в 1 вольт было видно, что устройство подключено) или ток от 0 до 20 мА.
Аналоговый сигнал обеспечивается датчиками различных значений. Например, датчики температуры с выходным сигналом от 0 до 10 вольт. Если известно, что датчик измеряет температуру в диапазоне от 0 до +50 градусов Цельсия, то 0 вольт на выходе датчика соответствует 0 градусам, 5 вольт соответствуют 25 градусам, 9 вольт соответствуют 45 градусам. Можно использовать датчик влажности воздуха, датчик уровня углекислого газа, датчик температуры пола или любой другой параметр. Все эти датчики выдают аналоговый сигнал и подключаются к аналоговому входу контроллера.
Аналоговый выход используется контроллером для передачи управляющего сигнала 0-10 В на устройство. Например, диммер для освещения или регулятор скорости вращения вентилятора.
Моделируем поведение Quartus-проекта на Verilog в среде ModelSim
Ультрафиолетовая лампа и ее применение
В прошлой статье мы сделали довольно сложный модуль. Очевидно, я вставил уже отлаженный результат в текст статьи
Но мне показалось, что это было довольно странно, когда автор говорит «сделай так, как я», но в то же время это не показывает очень важный процесс. Позвольте мне показать вам, как система отлаживается с помощью моделирования
Также в следующей статье будет информация, о которой я даже не знал неделю назад. Но для их достижения нужно понимать основные принципы. Итак, давайте посмотрим, как быстро подготовиться и так же быстро запустить процесс моделирования в среде ModelSim.
TIDA-01434
TIDA-01434 — это законченный модуль аналогового ввода ПЛК (рис. 7), который отвечает современным требованиям к эффективности и плотности каналов в небольшой печатной плате, низкому энергопотреблению и широкому диапазону рабочих температур. В конструкции этого модуля используется преобразователь постоянного тока в постоянный в режиме Charge Pump, а переключение с одноканального на многоканальный легко выполняется без изменения параметров мощности.
Рис. 7. Внешний вид модуля ТИДА-01434
Возможности модуля:
- Наличие изолированного источника питания и высокоточного аналого-цифрового преобразователя сигма-дельта;
- наличие биполярного аналогового блока питания с Inverting Charge Pump;
- подключение дополнительных цепей обвязки не требуется;
- отсутствие на плате индукторов, поэтому высота модуля всего 3,5 мм;
- возможность внешнего подключения.
Общие характеристики модуля приведены в таблице 3.
Параметр |
Количество |
Входная мощность |
Общая силовая шина |
Напряжение питания |
3-5,5 В |
Потребляемый ток |
17 мА |
Выходное напряжение |
3,3 В; –2,5 В; 2,5 В |
Эффективность |
12% |
Рабочая температура |
–40… + 124 ° С |
Размеры (править |
35 х 35 х 3,65 мм |
При проектировании современных аналоговых модулей управления к АЦП обычно добавляется стабилизатор LDO для повышения производительности. Для этой цели в модуле TIDA-01434 предусмотрен специальный стабилизатор LDO LM27762 с высоким коэффициентом подавления мощности (PSRR). LM27762 также выполняет функцию формирования биполярного сигнала на АЦП.
При работе с модулем TIDA-01434 нет необходимости включать в схему дополнительные компоненты, в частности, не нужно добавлять RC или LC фильтры для фильтрации импульсов от блока питания; это стало возможным благодаря использованию в схеме цифрового изолятора ISOW7841.
TIDA-01434 предназначен для работы в качестве одноканального или многоканального аналогового входа с биполярными входными сигналами и используется в большинстве случаев для создания решений на основе ПЛК, но не только. Модуль подходит как для межканальных систем, так и для входов с групповой изоляцией. В системе канал-канал каждый входной канал имеет собственное заземление: такая топология позволяет работать с входными сигналами с большей разностью потенциалов. При использовании топологии групповой изоляции допустимые напряжения ограничены. В этом случае предпочтительно использовать топологию «канал-канал.
Модуль TIDA-01434, в дополнение к вышеупомянутому АЦП ADS124S08 и преобразователю LM27762 типа Charge Pump, имеет на борту линейный регулятор TPS7A87, источник опорного напряжения и тока REF6225, цифровой изолятор ISOW7841 и ISO7741, а также не -инвертирующие буферы SN74AHC1G04 и SN1274AHC).
Рис. 8. Блок-схема TIDA-01434
Для удобства отладки и оценки возможностей модуля можно использовать отладочную плату на базе контроллера MSP430FR5969 (рис. 9).
Рис. 9. Внешний вид отладочной платы MSPEXP430FR5969
Удаленное управление и мониторинг
Различные интерфейсы управления интегрируются в контроллеры уже на стадии проектирования. Предусмотрена синхронизация с СКУД (SCADA и т.п.). Оператор связывается с ПЛК через встроенную панель, устройство ввода-вывода или удаленно. Для этого HMI, специализированный интерфейс для взаимодействия человека и машины, подключается к устройству через помехоустойчивый канал — кабельную сеть.
Какой из доступных способов реализации с использованием более простого модуля клавиатуры или сенсорной панели, зависит от заказчика. В последнее время активно используются «облачные» хранилища и виртуальные серверы. Нет недостатка в стандартных подключениях, Интранет (локальный) и Интернет (внешний.
Реализация веб-интерфейса также разрешена по беспроводной сети в сети Wi-Fi. Описанные методы значительно расширяют возможности оператора. Упростите управление сложным работающим ПЛК.
TIPD215
TIPD215 представляет собой 4-канальный аналоговый модуль (рис. 12) на основе DAC8775 со встроенным преобразователем LM5166, в результате чего общая рассеиваемая мощность (со всеми четырьмя каналами, 20 мА на канал) составляет менее 1 Вт.
Рис. 12. Внешний вид модуля TIPD215
Модуль TIPD215 работает с входным напряжением в диапазоне 12,5–40 В и генерирует четыре независимых выходных источника, которые можно использовать для мониторинга подключенных периферийных устройств (рис. 13).
Рис. 13. Схема подключения модуля TIPD215
Характеристики модуля TIPD215 включают:
- четыре канала для управления аналоговыми выходами;
- коммутируемый ток: 4–20 мА на канал;
- выходное напряжение: ± 10 В;
- диапазон входного напряжения: 12,5–40 В;
- рассеиваемая мощность менее 1 Вт;
- адаптивное управление мощностью токовых выходов.
Модуль, построенный на базе DAC8775, имеет высокие параметры надежности: встроенные в DAC8775 диагностические инструменты способны обнаруживать обрыв и короткое замыкание нагрузки, контролировать температуру кристалла, вычислять циклические суммы, использовать сторожевой таймер для проверки зависания шины SPI и проверьте, соответствуют ли пределы напряжения питания указанным значениям. Дополнительно разработчикам предоставляется возможность запрограммировать реакцию устройства на аварийные ситуации, что, в свою очередь, значительно упрощает процесс выявления системных проблем на ранней стадии и помогает обеспечить высокую надежность его работы.
Кроме того, модуль TIPD215 отличается высокой эффективностью и малым временем отклика. Он имеет инновационные функции самообучения, которые вычисляют сопротивление нагрузки токовой петли 4–20 мА и динамически снижают напряжение питания, сокращая время установления и эффективно балансируя эффективность и скорость отклика.
Чтобы обеспечить генерацию биполярного напряжения, в цепь DAC8775 включена индуктивность 100 мкГн. Эта индуктивность предназначена для переключения максимально возможного тока 500 мА и может быть уменьшена до 80 мкГн, но в этом случае она снизит эффективность преобразователя и увеличит пульсации на выходе.
Основы программирования ПЛК. Реле и контроллер
Программируемость, безусловно, является самым большим преимуществом систем ПЛК. Чтобы сделать восприятие процесса предельно ясным, разработчики придумали визуальное отображение цепей управления в виде блоков контактов реле.
На профессиональном языке этот метод обозначается аббревиатурой LD (логотип LAD). В дальнейшем работа ПЛК будет выглядеть как взаимодействие отдельных логических элементов. Они выполняют действия таймеров, ячеек реле, счетчиков. Считается, что благодаря этой унификации каждый может освоить принципы программирования. Причем вне зависимости от профессионального профиля.
Принцип работы ПЛК
ПЛК работает циклически. В начале цикла ПЛК сканирует состояния входов, на которые поступают сигналы от датчиков и устройств. Затем в соответствии с алгоритмом программы рассчитывается состояние выходов. В конце рабочего цикла контроллер устанавливает каждый выход в определенное состояние.
1. Чтение состояний входов
2. Запустите пользовательскую программу
3. Запись состояний выходов
Указанные шаги цикла выполняются последовательно, что означает, что изменения в состояниях ввода не будут «замечены» контроллером во время выполнения программы. По этой причине одним из наиболее важных параметров ПЛК является время отклика. Если он больше минимального периода модификации состояний входов, некоторые события, происходящие в системе, будут «пропущены» контроллером.
Также стоит учесть, что датчики не сразу реагируют на изменения в системе. Следовательно, общее время отклика системы управления складывается из времени отклика ПЛК и времени отклика датчика.
Время отклика системы — время от момента изменения состояния системы до момента выработки соответствующего отклика (принятия решения).
Программируемые логические контроллеры
Структура и устройство ПЛК
Как зародилась промышленная автоматизация? А началось все с контактно-релейных цепей управления промышленными процессами. Помимо жуткого «шороха», схемы контактных реле имели фиксированную логику работы и, в случае модификации алгоритма, необходимо полностью переделывать схему подключения
Быстрое развитие микропроцессорной техники привело к созданию систем управления технологическими процессами на основе промышленных контроллеров. Но это не значит, что реле изжили себя, просто у них есть своя ниша для использования.
ПЛК — программируемый логический контроллер, представляет собой микропроцессорное устройство, предназначенное для сбора, преобразования, обработки, хранения информации и генерации управляющих команд, с конечным количеством входов и выходов, датчиков, ключей, исполнительных механизмов, подключенных к объекту управления и предназначенное для работа в реальном времени.
Принцип работы ПЛК немного отличается от «обычных» микропроцессорных устройств. Программное обеспечение универсального контроллера состоит из двух частей. Первая часть — это системное программное обеспечение. Проводя аналогию с компьютером, можно сказать, что это операционная система, то есть она управляет работой блоков управления, взаимосвязью составных частей и внутренней диагностикой. Системное программное обеспечение ПЛК находится в постоянной памяти центрального процессора и всегда готово к использованию. После включения ПЛК готов взять на себя управление системой в считанные миллисекунды. ПЛК работают циклически по методу периодического опроса входных данных. Рабочий цикл ПЛК состоит из 4 фаз: 1. Опрос входов 2. Выполнение пользовательской программы 3. Установка значений выходов 4. Некоторые вспомогательные операции (диагностика, подготовка данных для отладчика, визуализация и т.д.).
Фаза 1 обеспечивается системным программным обеспечением. После этого управление передается прикладной программе, программе, которую вы сами записали в память, по этой программе контроллер делает то, что вы хотите, и по ее завершении управление снова передается на системный уровень. Это обеспечивает максимальную простоту создания прикладной программы: ее создателю не нужно знать, как управляются аппаратные ресурсы. Вам нужно знать, с какого входа идет сигнал и как реагировать на выходы
Очевидно, время реакции на событие будет зависеть от времени выполнения цикла прикладной программы. Определение времени реакции — времени от момента события до момента выдачи соответствующего управляющего сигнала — поясняется на рисунке:
Имея память, ПЛК, в зависимости от истории событий, может по-разному реагировать на текущие события. Возможности перепрограммирования, контроль времени, расширенные вычислительные возможности, включая цифровую обработку сигналов, выводят ПЛК на более высокий уровень, чем простые комбинаторные машины.
Рассмотрим ввод и вывод ПЛК. Есть три типа входов: дискретный, аналоговый и специальный. Дискретный вход ПЛК может принимать двоичный электрический сигнал, описываемый двумя состояниями: включен или выключен. Все цифровые входы (общая конструкция) контроллеров, как правило, предназначены для приема стандартных сигналов 24 В постоянного тока. Типичное значение тока для цифрового входа (при входном напряжении 24 В) составляет приблизительно 10 мА.
Аналоговый электрический сигнал в любое время отражает уровень напряжения или тока, соответствующий определенной физической величине. Это может быть температура, давление, вес, положение, скорость, частота и т.д.
Поскольку ПЛК представляет собой цифровой компьютер, аналоговые входные сигналы обязательно подлежат аналого-цифровому преобразованию (АЦП). В результате формируется дискретная переменная определенной битовой глубины. Как правило, в ПЛК используются 8 — 12-битные преобразователи, что в большинстве случаев, согласно современным требованиям к точности управления технологическим процессом, вполне достаточно. Кроме того, АЦП с большей битовой глубиной себя не оправдывают, в основном из-за высокого уровня промышленных шумов, характерных для условий работы контроллеров.
Практически все модули аналогового ввода являются многоканальными. Переключатель входа подключает вход АЦП к необходимому входу модуля.
Стандартные дискретные и аналоговые входы ПЛК способны удовлетворить большинство потребностей промышленной автоматизации. Необходимость использования специализированных входов возникает в тех случаях, когда прямая обработка заданного сигнала с помощью программного обеспечения затруднена, например, занимает много времени.
Чаще всего ПЛК оснащены специализированными счетными входами для измерения длительности, удержания фронтов и подсчета импульсов.
Например, при измерении положения и скорости вращения вала очень распространены устройства, формирующие определенное количество импульсов на оборот: энкодеры. Частота следования импульсов может достигать нескольких мегагерц. Даже если процессор ПЛК достаточно быстрый, подсчет импульсов непосредственно в пользовательской программе займет много времени. Здесь желательно иметь специализированный аппаратный блок ввода, способный выполнять первичную обработку и генерировать требуемые значения для прикладной задачи. Второй распространенный тип специализированных входов — это входы, которые могут очень быстро инициировать указанные пользовательские задачи, прерывая выполнение основной программы: прерывание входов.
Цифровой выход также имеет два состояния: включен и выключен. Они используются для управления: электромагнитными клапанами, катушками, пускателями, световыми индикаторами и т.д. В целом область применения обширна и охватывает практически всю промышленную автоматику.
Конструктивно ПЛК делятся на моноблочные, модульные и распределенные. Моноблочные агрегаты имеют фиксированный набор входов / выходов
В модульных контроллерах модули ввода-вывода устанавливаются в разном составе и количестве, в зависимости от решаемой задачи
В распределенных системах модули или даже отдельные входы / выходы, которые образуют единую систему управления, могут быть распределены на значительные расстояния
Языки программирования ПЛК
При создании АСУ ТП всегда возникает проблема взаимопонимания между программистом и технологами. Техник скажет: «Вам нужно добавить немного, немного перемешать, добавить еще и немного нагреть». И ждать от техника формализованного описания алгоритма совсем немного. И оказалось, что программисту пришлось долго в них вникать. Обработайте, затем напишите программу. Часто при таком подходе программист остается единственным человеком, который может понять свое творение со всеми вытекающими отсюда последствиями. Эта ситуация породила желание создать доступные для инженеров и технологов технологические языки программирования и максимально упростить процесс программирования
За последнее десятилетие появилось несколько технологических языков. Кроме того, Международная электротехническая комиссия разработала стандарт IEC-61131-3, в котором сконцентрированы все передовые языки программирования для систем автоматизации процессов. Этот стандарт требует, чтобы разные производители ПЛК предлагали одинаковые по внешнему виду и действию команды.
Стандарт определяет 5 языков программирования:
- Sequential Function Chart (SFC) — язык последовательных функциональных блоков;
- Function Block Diagram (FBD) — язык функциональных блок-схем;
- Ladder Diagrams (LAD) — язык лестничных диаграмм;
- Список операторов (STL) — это язык структурированного текста, язык высокого уровня. Вспоминая Паскаля
- Список инструкций (IL) — это язык инструкций, типичный ассемблер с аккумулятором и переходами по меткам.
Язык LAD или LAD (от немецкого Kontaktplan) похож на схему релейной логики. Поэтому инженерам, незнакомым со сложными языками программирования, не составит труда написать программу. Язык FBD напоминает создание схем на логических элементах. У каждого из этих языков есть свои плюсы и минусы. Поэтому при выборе специалистов они в основном основываются на личном опыте. Хотя большинство программных систем предлагают возможность конвертировать уже написанную программу с одного языка на другой. Так как некоторые задачи решаются элегантно и просто на одном языке, а на другом вам придется столкнуться с некоторыми трудностями
Наиболее часто используемые языки — LAD, STL и FBD.
Большинство производителей ПЛК традиционно обладают собственными запатентованными ноу-хау в области инструментального программного обеспечения. Например, «Concept» от Schneider Electric, «Step 7» от Siemens.
Проблемы совместимости программы с аппаратной частью
Возможно, в процессе работы выяснится, что оборудование контроллера не соответствует поставленной задаче. Например, отсутствие ввода или вывода, памяти или производительности.
Проблема отсутствия входов или выходов легко решается покупкой дополнительных периферийных модулей. Они подключаются к центральному модулю (у которого есть свои входы и выходы), обмен данными происходит по внутренней шине.
Решить проблему с памятью и скоростью просто не удастся, поэтому перед покупкой оборудования вам необходимо запустить программу в программном эмуляторе, присутствующем в каждой среде программирования.
История
Первые логические контроллеры появились в виде шкафов с рядом соединенных между собой реле и контактов. Эта схема не могла быть изменена после этапа проектирования и поэтому получила название — жесткая логика. Первым в мире программируемым логическим контроллером в 1968 году был Modicon 084 (1968) (от британского модульного цифрового контроллера) с 4 КБ памяти.
Термин «ПЛК» был придуман Одо Йозефом Штругером (Allen-Bradley) в 1971 году. Он также сыграл ключевую роль в унификации языков программирования ПЛК и принятии стандарта IEC61131-3. Вместе с Ричардом Морли (Modicon) их называют «отцами PLC». Параллельно с термином ПЛК термин микропроцессорный контроллер широко использовался в 1970-х годах
В первых ПЛК, которые заменили релейные логические контроллеры, операционная логика была запрограммирована с помощью электрической схемы. Устройство имело такой же принцип работы, но реле и контакты (кроме входов и выходов) были виртуальными, то есть существовали в виде программы, выполняемой микроконтроллером PLC. Современные ПЛК свободно программируются.
Выход ШИМ
ШИМ расшифровывается как «широтно-импульсная модуляция». В наших задачах он используется для управления яркостью светодиодных лент. Требуется один выход ШИМ для каждого цвета ленты. Контроллер EasyHomePLC имеет 6 ШИМ-выходов мощностью до 1,4 А каждый. Если подключенной ленте требуется больший ток (скорее всего, есть), то для светодиодной ленты нужно использовать усилитель ШИМ-сигнала, они располагаются в отдельном корпусе или на DIN-рейке.
Контроллер Beckhoff не имеет собственных выходов PWM; использует аналоговый выход 0-10 вольт и отдельный диммер для светодиодных лент для регулировки яркости ленты.
Порты RS485 и RS232
Через эти порты мы можем подключать к контроллеру различные дополнительные устройства.
Через RS232 подключается только GSM-модем, используемый для отправки тревожных сообщений и получения управляющих сообщений, а также приемопередатчик беспроводной системы кондиционирования и освещения Noolite.
Через RS485 подключается огромное количество разнообразных устройств: многие кондиционеры, вентиляционные машины, генераторы, модули ввода и вывода контроллеров различных типов, диммеры, конвекторы Varmann и даже электроприводы завес.
Контроллер EasyHomePLC имеет на борту два порта 232 и два порта 485. Контроллер Beckhoff имеет один порт, но мы можем установить дополнительные модули расширения и увеличить количество портов.
Структура и устройство ПЛК
Любой Siemens или аналогичный ПЛК других производителей ориентирован на выполнение определенных действий. Микроконтроллер опрашивает блоки ввода информации, чтобы принять решение и сформировать команду, готовую к выводу. Упрощенная схема стандартного элемента включает:
- вход;
- центр;
- производство.
Входные цепи состоят из набора датчиков (аналоговых или цифровых), коммутационных устройств, интеллектуальных систем. Центральный блок содержит: процессор, обрабатывающий команды, модуль памяти и средства связи. Выходные цепи отвечают за передачу сигнала на приводные двигатели, вентиляцию, осветительные приборы. Также можно подключить к нему Arduino или аналогичный контроллер интеллектуальной архитектуры. Также должно быть выполнено условие подключения ПЛК к цепям питания. Без них устройство работать не будет. Внешний компьютер через единый интерфейс используется для отладки и программирования контроллера.
Место программируемого логического контроллера в системе управления
Устройства устанавливаются в нижние подключения АСУ ТП. ПЛК — это первый шаг в построении ACS. Автоматизация дает очень экономический рост, позволяет значительно улучшить качество производства, избежать излишне утомительной или рутинной работы.
Системы реального времени
Все системы условно можно разделить на системы жесткого и мягкого реального времени.
В системах жесткого реального времени ответ ПЛК не должен превышать определенный временной порог. С увеличением времени реакции система теряет работоспособность.
В системах мягкого реального времени при увеличении времени отклика может быть резкое ухудшение качества управления, но при этом работа не теряется.
- https://easysmartbox.com/stati/vhody-i-vyhody-plk.html
- https://elquanta.ru/novoe/programmirovanie-kontrollerov.html
- https://neuss-group.ru/info-spravka/programmirovanie-plk.html
- https://www.compel.ru/lib/96415
- https://lemzspb.ru/diskretnyy-vyklyuchatel-chto-eto/
- https://ArduinoPlus.ru/programmiruemii-logicheskii-kontroller/
- https://controlengrussia.com/apparatnye-sredstva/analogovyj-vvod-vyvod-plc/
- http://lazysmart.ru/osnovy-avtomatiki/programmiruemy-e-logicheskie-kontroll/