Программируемый логический контроллер

ПЛК для системы мониторинга в фармацевтической промышленности

Программируемый логический контроллер ( ПЛК ) или программируемый контроллер — это промышленный компьютер и , защищенный адаптированный для управления производственными процессами, такими как сборочные линии , машины, роботизированные устройства или любая деятельность, требующая высокой надежности, простоты программирования и диагностика неисправностей процесса.

ПЛК могут варьироваться от небольших модульных устройств с десятками входов и выходов (I/O) в корпусе, интегрированном с процессором, до больших модульных устройств, монтируемых в стойку, с тысячами входов/выходов, которые часто объединены в сеть с другими ПЛК и СКАДА- системы. Они могут быть разработаны для многих схем цифрового и аналогового ввода-вывода, расширенного температурного диапазона, невосприимчивости к электрическим шумам , а также устойчивости к вибрации и ударам.

ПЛК были впервые разработаны в автомобильной промышленности как гибкие, надежные и легко программируемые контроллеры, заменяющие системы с проводной релейной логикой . Дик Морли , который изобрел первый ПЛК Modicon 084 для General Motors в 1968 году, считается отцом ПЛК.

ПЛК является примером жесткой системы реального времени, поскольку выходные результаты должны быть получены в ответ на входные условия в течение ограниченного времени, в противном случае может произойти непредвиденная операция. Программы управления работой машины обычно хранятся в энергонезависимой или резервной памяти .

Изобретение и раннее развитие

ПЛК появился в конце 1960-х годов в автомобильной промышленности США и был разработан для замены релейных логических систем. Раньше логика управления производством в основном состояла из реле , кулачковых таймеров , барабанных секвенсоров и специальных контроллеров с обратной связью .

Жесткая природа этих компонентов затрудняла инженерам-конструкторам изменение процесса автоматизации. Изменения потребовали бы перемонтажа и тщательного обновления документации, а устранение неполадок было утомительным процессом. Когда стали доступны компьютеры общего назначения, их вскоре начали применять для управления логикой промышленных процессов. Эти ранние компьютеры были ненадежными. Требуются специалисты-программисты и строгий контроль условий труда, таких как температура, чистота и качество электроэнергии.

ПЛК имел ряд преимуществ по сравнению с более ранними системами автоматизации. Она лучше переносила промышленные условия, чем предыдущие системы, была более надежной, компактной и требовала меньшего обслуживания, чем релейные системы. Его можно было легко расширить за счет дополнительных модулей ввода-вывода. Хотя релейные системы в случае реконфигурации требовали сложных аппаратных изменений, ПЛК можно переконфигурировать путем загрузки нового программного обеспечения. Это позволило упростить разработку производственного процесса. Благодаря простому языку программирования, ориентированному на логику и операции переключения, он был более удобным для пользователя, чем компьютеры, использующие языки программирования общего назначения . Ранние ПЛК программировались с использованием релейной логики , которая сильно напоминала принципиальную схему релейной логики . Это также позволило контролировать его работу.

Модикон

В 1968 году GM Hydramatic, по производству автоматических трансмиссий подразделение General Motors , опубликовало запрос предложений по электронной замене проводных релейных систем на основе официального документа, написанного инженером Эдвардом Р. Кларком. Победившее предложение поступило от компании Bedford Associates из Бедфорда, штат Массачусетс . Результатом стал первый ПЛК, построенный в 1969 году и получивший обозначение 084 , поскольку это был восемьдесят четвертый проект Bedford Associates.

Bedford Associates основали компанию, занимающуюся разработкой, производством, продажей и обслуживанием этого нового продукта, который они назвали Modicon (модульный цифровой контроллер). Одним из людей, работавших над этим проектом, был Дик Морли , которого считают отцом ПЛК. Бренд Modicon был продан в 1977 году компании Gould Electronics , а затем Schneider Electric , ее нынешнему владельцу. Примерно в это же время компания Modicon создала Modbus — протокол передачи данных, используемый в ее ПЛК. С тех пор Modbus стал стандартным открытым протоколом, обычно используемым для подключения многих промышленных электрических устройств.

Одна из первых построенных моделей 084 сейчас экспонируется на заводе Schneider Electric в Норт-Андовере, штат Массачусетс . Он был подарен компании Modicon компанией GM , когда устройство было выведено из эксплуатации после почти двадцати лет непрерывной работы. Modicon использовала прозвище 84 в конце своей линейки продукции до тех пор, пока не появилась модель 984.

Аллен-Брэдли

Параллельно с этим Одо Йозеф Стрюгер иногда называют «отцом программируемого логического контроллера». Он участвовал в изобретении Аллена-Брэдли. программируемого логического контроллера ему приписывают изобретение инициализма ПЛК. За время своего пребывания в должности Аллен-Брэдли (сейчас бренд принадлежит Rockwell Automation ) стал крупным производителем ПЛК в США. Стругер сыграл ведущую роль в разработке стандартов языка программирования ПЛК IEC 61131-3 .

Ранние методы программирования

Многие ранние ПЛК не были способны к графическому представлению логики, поэтому вместо этого она представлялась как серия логических выражений в каком-то булевом формате, похожем на булеву алгебру . По мере развития терминалов программирования, поскольку релейная логика была привычным форматом, используемым для электромеханических панелей управления, она стала использоваться все чаще. Новые форматы, такие как логика состояний и функциональная блок-схема существуют. Лестничная логика остается популярной, поскольку ПЛК решают логику в предсказуемой и повторяющейся последовательности, а лестничная логика позволяет человеку, пишущему логику, легче видеть любые проблемы с синхронизацией логической последовательности, чем это было бы возможно в других форматах.

Вплоть до середины 1990-х годов ПЛК программировались с использованием фирменных панелей программирования или специальных терминалов программирования , которые часто имели специальные функциональные клавиши, представляющие различные логические элементы программ ПЛК. Некоторые проприетарные программные терминалы отображали элементы программ ПЛК в виде графических символов, но обычными символами ASCII были представления контактов, катушек и проводов. Программы хранились на кассетных кассетах . Возможности для печати и документации были минимальными из-за нехватки памяти. Самые старые ПЛК использовали память на магнитных сердечниках .

Архитектура

ПЛК — это промышленный контроллер на базе микропроцессора с программируемой памятью, используемый для хранения программных инструкций и различных функций. Он состоит из:

• Процессорный блок (ЦП), который интерпретирует входные данные, выполняет программу управления, хранящуюся в памяти, и отправляет выходные сигналы.
• Блок питания, преобразующий переменное напряжение в постоянное.
• Блок памяти, в котором хранятся данные с входов и программа, выполняемая процессором.
• Интерфейс ввода и вывода, где контроллер получает и отправляет данные с/на внешние устройства.
• Коммуникационный интерфейс для приема и передачи данных по сетям связи от/к удаленным ПЛК.

Для ПЛК требуется устройство программирования, которое используется для разработки и последующей загрузки созданной программы в память контроллера.

Современные ПЛК обычно содержат операционную систему реального времени , например OS-9 или VxWorks .

Механическая конструкция

Компактный ПЛК с 8 входами и 4 выходами

Модульный ПЛК с модулем EtherNet/IP , дискретным и аналоговым вводом/выводом, некоторые слоты пусты.

Существует два типа механической конструкции систем ПЛК. , Одиночная коробка или кирпич, представляет собой небольшой программируемый контроллер, который умещает все блоки и интерфейсы в один компактный корпус, хотя, как правило, доступны дополнительные модули расширения для входов и выходов. Второй тип конструкции – модульный ПЛК – имеет шасси (также называемое стойкой ), в котором предусмотрено место для модулей с различными функциями, таких как источник питания, процессор, выбор модулей ввода-вывода и коммуникационных интерфейсов – все они могут быть настроены в соответствии с конкретными потребностями. конкретное приложение. Несколько стоек могут управляться одним процессором и иметь тысячи входов и выходов. Используется либо специальный высокоскоростной последовательный канал ввода-вывода, либо аналогичный метод связи, чтобы стойки можно было разместить вдали от процессора, что снижает затраты на проводку на крупных предприятиях. Также доступны опции для установки точек ввода-вывода непосредственно на машину и использования быстроотсоединяемых кабелей к датчикам и клапанам, что экономит время на проводку и замену компонентов.

Дискретные и аналоговые сигналы

Дискретные (цифровые) сигналы могут принимать только значения включения или выключения (1 или 0, true или false ). Примеры устройств, обеспечивающих дискретный сигнал, включают концевые выключатели , фотоэлектрические датчики и энкодеры .

Аналоговые сигналы могут использовать напряжение или ток, пропорциональные размеру контролируемой переменной, и могут принимать любое значение в пределах своей шкалы. Давление, температура, расход и вес часто представляются аналоговыми сигналами. Обычно они интерпретируются как целочисленные значения с различными диапазонами точности в зависимости от устройства и количества бит, доступных для хранения данных. 0–10 В или 4–20 мА Например, аналоговый вход токовой петли будет преобразован в целое значение от 0 до 32 767. ПЛК возьмет это значение и преобразует его в нужные единицы процесса, чтобы оператор или программа могли его прочитать. Правильная интеграция также будет включать время фильтрации для уменьшения шума, а также верхние и нижние пределы для сообщения об ошибках. Токовые входы менее чувствительны к электрическим помехам (например, от сварочных аппаратов или запуску электродвигателей), чем входы по напряжению. Расстояние от устройства и контроллера также вызывает беспокойство, поскольку максимальное расстояние прохождения сигнала хорошего качества 0–10 В очень мало по сравнению с сигналом 4–20 мА. Сигнал 4–20 мА также может сообщать об отсоединении провода на пути, поскольку сигнал <4 мА будет указывать на ошибку.

Резервирование

Некоторые специальные процессы должны работать постоянно с минимальным нежелательным простоем. Поэтому необходимо спроектировать отказоустойчивую систему, способную обрабатывать процесс с неисправными модулями. В таких случаях, чтобы повысить доступность системы в случае отказа аппаратного компонента, резервные в конфигурацию оборудования можно добавить модули ЦП или ввода-вывода с той же функциональностью для предотвращения полного или частичного остановки процесса из-за аппаратного сбоя. Другие сценарии резервирования могут быть связаны с критически важными для безопасности процессами, например, для больших гидравлических прессов может потребоваться, чтобы оба ПЛК включили выход, прежде чем пресс сможет отключиться, если один из выходов не отключится должным образом.

Программирование

Пример логики лестничной диаграммы

Программируемые логические контроллеры предназначены для использования инженерами без опыта программирования. По этой причине был впервые разработан язык графического программирования под названием Ladder Diagram (LD, LAD). Он напоминает принципиальную схему системы, состоящей из электромеханических реле, и был принят многими производителями, а затем стандартизирован в стандарте программирования систем управления IEC 61131-3 . По состоянию на 2015 год он до сих пор широко используется благодаря своей простоте.

По состоянию на 2015 год большинство систем ПЛК соответствуют стандарту IEC 61131-3 , который определяет два языка текстового программирования: структурированный текст (ST; аналогичный Паскалю ) и список инструкций (IL); а также 3 графических языка: релейная логика , функциональная блок-схема и последовательная функциональная схема . Список инструкций (IL) устарел в третьем издании стандарта.

от релейной логики до языков программирования, таких как специально адаптированные диалекты BASIC и C. Современные ПЛК можно программировать различными способами :

Хотя фундаментальные концепции программирования ПЛК являются общими для всех производителей, различия в адресации ввода-вывода, организации памяти и наборах команд означают, что программы ПЛК никогда не являются полностью взаимозаменяемыми между разными производителями. Даже в рамках одной линейки продуктов одного производителя разные модели могут быть несовместимы напрямую.

Устройство программирования

Программы ПЛК обычно пишутся с помощью устройства программирования, которое может иметь форму настольной консоли, специального программного обеспечения на персональном компьютере или портативного устройства программирования. Затем программа загружается в ПЛК напрямую или по сети. Он хранится либо в энергонезависимой флэш-памяти с резервным питанием от батареи , либо в оперативной памяти . В некоторых программируемых контроллерах программа переносится с персонального компьютера в ПЛК через плату программирования, которая записывает программу на съемный чип, например EPROM .

Производители разрабатывают программное обеспечение для своих контроллеров. Помимо возможности программировать ПЛК на нескольких языках, они предоставляют общие функции, такие как диагностика и обслуживание оборудования, отладка программного обеспечения и автономное моделирование.

Моделирование

Моделирование ПЛК — это функция, часто встречающаяся в программном обеспечении для программирования ПЛК. Это позволяет проводить тестирование и отладку на ранних этапах разработки проекта.

Неправильно запрограммированный ПЛК может привести к снижению производительности и опасным условиям. Тестирование проекта в режиме моделирования повышает его качество, повышает уровень безопасности, связанной с оборудованием, и может сэкономить дорогостоящее время простоя во время установки и ввода в эксплуатацию приложений автоматического управления, поскольку многие сценарии можно опробовать и протестировать до активации системы.

Функциональность

Система ПЛК в стойке, слева направо: блок питания (PSU), CPU, интерфейсный модуль (IM) и коммуникационный процессор (CP)

Панель управления с ПЛК (серые элементы в центре). Блок состоит из отдельных элементов, слева направо: блок питания , контроллер, релейные блоки входа и выхода.

Основное отличие от большинства других вычислительных устройств заключается в том, что ПЛК предназначены для более суровых условий и, следовательно, устойчивы к ним (таким как пыль, влага, жара, холод), предлагая при этом расширенные возможности ввода/вывода (I/O) для подключения ПЛК к датчикам. и приводы . Вход ПЛК может включать в себя простые цифровые элементы, такие как концевые выключатели , аналоговые переменные от датчиков процесса (например, температура и давление), а также более сложные данные, например, данные от позиционирования или машинного зрения . систем Выход ПЛК может включать в себя такие элементы, как индикаторные лампы, сирены, электродвигатели , пневматические или гидравлические цилиндры, магнитные реле , соленоиды или аналоговые выходы. Механизмы ввода/вывода могут быть встроены в простой ПЛК, либо ПЛК может иметь внешние модули ввода/вывода , подключенные к полевой шине или компьютерной сети, которая подключается к ПЛК.

Функциональность ПЛК с годами развивалась и теперь включает в себя последовательное релейное управление, управление движением, управление процессами , распределенные системы управления и работу в сети . Возможности обработки, хранения, обработки и связи данных некоторых современных ПЛК примерно эквивалентны настольным компьютерам . Программирование, подобное ПЛК, в сочетании с аппаратным обеспечением удаленного ввода-вывода позволяет настольному компьютеру общего назначения дублировать некоторые ПЛК в определенных приложениях. Контроллеры настольных компьютеров не получили широкого распространения в тяжелой промышленности, поскольку настольные компьютеры работают на менее стабильных операционных системах, чем ПЛК, а также потому, что аппаратное обеспечение настольных компьютеров обычно не рассчитано на тот же уровень устойчивости к температуре, влажности, вибрации и долговечности, что и контроллеры настольных компьютеров. процессоры, используемые в ПЛК. Операционные системы, такие как Windows, не подходят для выполнения детерминированной логики, в результате чего контроллер не всегда может реагировать на изменения состояния входа с согласованностью времени, ожидаемой от ПЛК. Настольные логические приложения находят применение в менее критических ситуациях, таких как автоматизация лабораторий и использование на небольших предприятиях, где приложения менее требовательны и критичны.

Основные функции

Самая основная функция программируемого контроллера — эмуляция функций электромеханических реле. Дискретным входам присваивается уникальный адрес, и инструкция ПЛК может проверить, включено или выключено состояние входа. Точно так же, как ряд контактов реле выполняет логическую функцию И, не пропуская ток, пока все контакты не замкнуты, так и серия инструкций «проверить, включено ли» активирует выходной бит хранения, если все входные биты включены. Аналогично, параллельный набор инструкций выполнит логическое ИЛИ. В схеме подключения электромеханического реле группа контактов, управляющих одной катушкой, называется «ступенью» «лестничной схемы», и эта концепция также используется для описания логики ПЛК. Некоторые модели ПЛК ограничивают количество последовательных и параллельных инструкций в одной «ступени» логики. Выход каждой ступени устанавливает или очищает бит памяти, который может быть связан с физическим выходным адресом или который может быть «внутренней катушкой» без физического соединения. Такие внутренние катушки можно использовать, например, как общий элемент в нескольких отдельных ступенях. В отличие от физических реле, количество обращений к входу, выходу или внутренней катушке в программе ПЛК обычно не ограничено.

Некоторые ПЛК обеспечивают строгий порядок выполнения слева направо и сверху вниз для оценки логики цепочек. Это отличается от контактов электромеханического реле, которые в достаточно сложной схеме могут пропускать ток либо слева направо, либо справа налево, в зависимости от конфигурации окружающих контактов. Устранение этих «тайных путей» является либо ошибкой, либо особенностью, в зависимости от стиля программирования.

Более сложные инструкции ПЛК могут быть реализованы в виде функциональных блоков, которые выполняют некоторые операции при разрешении логического входа и выдают выходные данные для сигнализации, например, о завершении или ошибках, одновременно манипулируя переменными внутри, которые могут не соответствовать дискретной логике.

Коммуникация

ПЛК используют встроенные порты, такие как USB , Ethernet , RS-232 , RS-485 или RS-422 , для связи с внешними устройствами (датчиками, исполнительными механизмами) и системами (программное обеспечение, SCADA , HMI ). Связь осуществляется по различным протоколам промышленных сетей, например Modbus или EtherNet/IP . Многие из этих протоколов зависят от поставщика.

ПЛК, используемые в более крупных системах ввода-вывода, могут иметь одноранговую связь (P2P) между процессорами. Это позволяет отдельным частям сложного процесса иметь индивидуальный контроль, в то же время позволяя подсистемам координировать свои действия по каналу связи. Эти каналы связи также часто используются для устройств HMI , таких как клавиатуры или рабочие станции типа ПК .

Раньше некоторые производители предлагали выделенные коммуникационные модули в качестве дополнительной функции, когда процессор не имел встроенного сетевого подключения.

Пользовательский интерфейс

См. также: Пользовательский интерфейс и Список тем взаимодействия человека и компьютера.

Панель управления с пользовательским интерфейсом ПЛК для термического окислителя . регулирования

ПЛК может потребоваться взаимодействие с людьми с целью настройки, оповещения о тревогах или повседневного управления. ) . Для этой цели используется человеко-машинный интерфейс (HMI HMI также называют человеко-машинными интерфейсами (MMI) и графическими пользовательскими интерфейсами (GUI). Простая система может использовать кнопки и индикаторы для взаимодействия с пользователем. Доступны текстовые дисплеи, а также графические сенсорные экраны. В более сложных системах используется программное обеспечение для программирования и мониторинга, установленное на компьютере, с ПЛК, подключенным через интерфейс связи.

Процесс цикла сканирования

ПЛК работает в цикле сканирования программы, где он выполняет свою программу неоднократно. Простейший цикл сканирования состоит из 3 шагов:

1. Прочитайте входные данные.
2. Выполните программу.
3. Напишите выводы.

Программа следует последовательности инструкций. Обычно процессору требуется время в десятки миллисекунд, чтобы оценить все инструкции и обновить состояние всех выходов. Если система содержит удаленный ввод-вывод — например, внешнюю стойку с модулями ввода-вывода — это вносит дополнительную неопределенность во время отклика системы ПЛК.

По мере того, как ПЛК становились более совершенными, были разработаны методы изменения последовательности выполнения релейной логики и реализованы подпрограммы.

Модули ввода-вывода специального назначения могут использоваться там, где время сканирования ПЛК слишком велико, чтобы обеспечить предсказуемую производительность. Модули прецизионной синхронизации или модули счетчиков для использования с энкодерами используются там, где время сканирования слишком велико для надежного подсчета импульсов или определения направления вращения энкодера. Это позволяет даже относительно медленному ПЛК интерпретировать подсчитанные значения для управления машиной, поскольку накопление импульсов выполняется специальным модулем, на который не влияет скорость выполнения программы.

Безопасность

В своей книге 1998 года Э.А. Парр отметил, что, хотя большинству программируемых контроллеров требуются физические ключи и пароли, отсутствие строгого контроля доступа и систем контроля версий, а также простого для понимания языка программирования делают вероятными несанкционированные изменения. программам произойдет и останется незамеченным.

До обнаружения Stuxnet компьютерного червя в июне 2010 года безопасности ПЛК уделялось мало внимания. Современные программируемые контроллеры обычно содержат операционные системы реального времени, которые могут быть уязвимы для эксплойтов так же, как и настольные операционные системы, такие как Microsoft Windows . ПЛК также могут быть атакованы путем получения контроля над компьютером, с которым они взаимодействуют. С 2011 года Эти опасения возросли по мере того, как сетевые технологии становятся все более распространенными в среде ПЛК, соединяя ранее отдельные сети цехов и офисных сетей.

В феврале 2021 года компания Rockwell Automation публично сообщила о критической уязвимости, затрагивающей семейство контроллеров Logix. Секретный криптографический ключ, используемый для проверки связи между ПЛК и рабочей станцией, можно извлечь из программного обеспечения Studio 5000 Logix Designer и использовать для удаленного изменения программного кода и конфигурации подключенного контроллера. Уязвимости присвоена оценка серьезности 10 из 10 по шкале уязвимостей CVSS . На момент написания устранение уязвимости заключалось в ограничении доступа к сети для затронутых устройств .

ПЛК безопасности

ПЛК безопасности могут представлять собой либо автономную модель, либо аппаратное обеспечение и функции безопасности , добавленные к существующим архитектурам контроллеров ( Allen-Bradley Guardlogix, Siemens F-серии и т. д.). Они отличаются от обычных типов ПЛК тем, что подходят для критически важных с точки зрения безопасности приложений, для которых ПЛК традиционно дополнялись проводными реле безопасности и областями памяти, предназначенными для инструкций по безопасности. Стандарт уровня безопасности – SIL .

ПЛК безопасности может использоваться для управления доступом к роботизированной ячейке с доступом с заблокированным ключом или для управления реакцией на аварийную остановку на конвейерной производственной линии. Такие ПЛК обычно имеют ограниченный стандартный набор команд, дополненный инструкциями по обеспечению безопасности, предназначенными для взаимодействия с аварийной остановкой, световыми экранами и т. д.

Гибкость, которую предлагают такие системы, привела к быстрому росту спроса на эти контроллеры.

ПЛК по сравнению с другими системами управления

ПЛК установлен в панели управления

Центр управления с ПЛК для МРК

ПЛК хорошо адаптированы для решения широкого спектра задач автоматизации . Обычно это промышленные процессы на производстве, где стоимость разработки и обслуживания системы автоматизации высока по сравнению с общей стоимостью автоматизации и где можно ожидать внесения изменений в систему в течение ее срока службы. ПЛК содержат устройства ввода и вывода, совместимые с промышленными пилотными устройствами и средствами управления; Требуется небольшой электрический расчет, и проблема проектирования сосредоточена на выражении желаемой последовательности операций. Приложения ПЛК обычно представляют собой системы с широкими возможностями настройки, поэтому стоимость комплексного ПЛК ниже по сравнению со стоимостью конкретной конструкции контроллера, изготовленной по индивидуальному заказу. С другой стороны, в случае товаров массового производства индивидуальные системы управления экономичны. Это происходит из-за более низкой стоимости компонентов, которые можно оптимально выбрать вместо «типового» решения, а также из-за того, что единовременные затраты на проектирование распределяются по тысячам или миллионам единиц.

Программируемые контроллеры широко используются для управления движением, позиционированием или крутящим моментом. Некоторые производители производят блоки управления движением, которые можно интегрировать с ПЛК, чтобы G-код (с использованием станка с ЧПУ ) для управления движениями станка. можно было использовать

Чип ПЛК/встроенный контроллер

Для небольших машин с малым или средним объемом. ПЛК, которые могут выполнять языки ПЛК, такие как Ladder, Flow-Chart/Grafcet... Аналогичны традиционным ПЛК, но их небольшой размер позволяет разработчикам создавать из них специальные печатные платы, такие как микроконтроллеры, без знаний компьютерного программирования, но с язык, который легко использовать, изменять и поддерживать. Это нечто среднее между классическими ПЛК/микро-ПЛК и микроконтроллерами.

Микроконтроллеры

Разработка на основе микроконтроллера итоге будет уместна там, где будут производиться сотни или тысячи единиц, и поэтому затраты на разработку (проектирование источников питания, оборудования ввода/вывода, а также необходимое тестирование и сертификация) могут быть распределены на множество продаж, и где в конечном -пользователю не нужно будет изменять элемент управления. Примером могут служить автомобильные приложения; миллионы устройств производятся каждый год, и очень немногие конечные пользователи меняют программу этих контроллеров. Однако в некоторых специализированных транспортных средствах, таких как транзитные автобусы, экономично использовать ПЛК вместо специально разработанных элементов управления, поскольку объемы невелики, а стоимость разработки была бы неэкономичной.

Одноплатные компьютеры

Очень сложное управление процессами, например, используемое в химической промышленности, может потребовать алгоритмов и производительности, превосходящих возможности даже высокопроизводительных ПЛК. Очень высокоскоростное или точное управление также может потребовать индивидуальных решений; например, средства управления полетом самолета. Одноплатные компьютеры, использующие полуиндивидуализированное или полностью проприетарное оборудование, могут быть выбраны для очень требовательных приложений управления, где можно обеспечить высокие затраты на разработку и обслуживание. «Мягкие ПЛК», работающие на настольных компьютерах, могут взаимодействовать с промышленным оборудованием ввода-вывода при выполнении программ в версии коммерческих операционных систем, адаптированных для нужд управления технологическими процессами.

Растущая популярность одноплатных компьютеров также оказала влияние на развитие ПЛК. Традиционные ПЛК, как правило, являются закрытыми платформами , но некоторые новые ПЛК (например, groov EPIC от Opto 22 , ctrlX от Bosch Rexroth , PFC200 от Wago , PLCnext от Phoenix Contact и Revolution Pi от Kunbus) предоставляют функции традиционных ПЛК на открытой платформе .

Программируемые логические реле (ПЛР)

В более поздние годы, небольшие продукты, называемые программируемыми логическими реле (PLR) или интеллектуальными реле, стали более распространенными и принятыми. Они аналогичны ПЛК и используются в легкой промышленности, где требуется всего несколько точек ввода-вывода и желательна низкая стоимость. Эти небольшие устройства обычно изготавливаются несколькими производителями с одинаковым физическим размером и формой и маркируются производителями более крупных ПЛК, чтобы заполнить линейку продуктов нижнего уровня. Большинство из них имеют от 8 до 12 дискретных входов, от 4 до 8 дискретных выходов и до 2 аналоговых входов. Большинство таких устройств имеют крошечный ЖК-экран размером с почтовую марку для просмотра упрощенной релейной логики (в данный момент времени видна только очень небольшая часть программы) и состояния точек ввода-вывода, и обычно эти экраны сопровождаются Четырехпозиционная клавишная кнопка плюс еще четыре отдельные кнопки, аналогичные основным кнопкам на пульте дистанционного управления видеомагнитофоном, которые используются для навигации и редактирования логики. Большинство из них имеют небольшой разъем для подключения через RS-232 или RS-485 к персональному компьютеру, чтобы программисты могли использовать простые приложения в ОС общего назначения, таких как MS Windows, macOS или Linux , которые имеют удобный (G) пользовательский интерфейс для программирования, вместо того, чтобы использовать для этой цели крошечный ЖК-дисплей и набор кнопок. В отличие от обычных ПЛК, которые обычно являются модульными и имеют возможность значительного расширения, PLR обычно не являются модульными или расширяемыми, но их цена может быть на два порядка меньше, чем у ПЛК, и они по-прежнему предлагают надежную конструкцию и детерминированное выполнение логики.

Вариантом ПЛК, используемым в удаленных местах, является удаленный терминальный блок или RTU. RTU обычно представляет собой маломощный ПЛК повышенной прочности, ключевой функцией которого является управление каналами связи между объектом и центральной системой управления (обычно SCADA ) или, в некоторых современных системах, «облаком». В отличие от автоматизации производства с использованием высокоскоростного Ethernet , каналы связи с удаленными объектами часто основаны на радиосвязи и менее надежны. Чтобы учесть снижение надежности, RTU будет буферизовать сообщения или переключаться на альтернативные пути связи. При буферизации сообщений RTU ставит метку времени для каждого сообщения, чтобы можно было восстановить полную историю событий на сайте. RTU, будучи ПЛК, имеют широкий диапазон входов/выходов и полностью программируются, обычно с использованием языков стандарта IEC 61131-3 , который является общим для многих ПЛК, RTU и РСУ. В удаленных местах обычно используется RTU в качестве шлюза для ПЛК, где ПЛК выполняет все управление объектом, а RTU управляет связью, фиксирует события и контролирует вспомогательное оборудование. На объектах с небольшим количеством входов/выходов RTU также может быть ПЛК объекта и будет выполнять как функции связи, так и функции управления.

См. также

• 1-битные вычисления
• Система промышленного контроля
• Техник по ПЛК

Ссылки

Библиография

• Болтон, Уильям (2015). Программируемые логические контроллеры (6-е, исправленное изд.). Ньюнес. ISBN  9780081003534 – через Google Книги.
• Парр, Э.А. (1998). «Компьютеры и промышленный контроль». Справочник по промышленному контролю . Industrial Press Inc. ISBN  0-8311-3085-7 – через Google Книги.
• Лотон, Массачусетс; Варн, Д.Ф. (2002). Справочник инженера-электрика (16-е изд.). Ньюнес. ISBN  9780750646376 – через Google Книги.

Дальнейшее чтение

• Дэниел Кандрей, Технологии программируемой автоматизации , Industrial Press, 2010 г. ISBN   978-0-8311-3346-7 , глава 8. Введение в программируемые логические контроллеры.
• Уокер, Марк Джон (8 сентября 2012 г.). Программируемый логический контроллер: его предыстория, появление и применение (PDF) (кандидатская диссертация). Кафедра связи и систем Факультет математики, вычислительной техники и технологий: Открытый университет . Архивировано (PDF) из оригинала 20 июня 2018 г. Проверено 20 июня 2018 г.