Опубликовано

Контроллеры для автоматизации

Программируемый логический контроллер

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 6 февраля 2019 года.

Модульный программируемый логический контроллер

Программи́руемый логи́ческий контро́ллер (сокр. ПЛК; англ. programmable logic controller, сокр. PLC; более точный перевод на русский — контроллер с программируемой логикой), программируемый контроллер — специальная разновидность электронной вычислительной машины. Чаще всего ПЛК используют для автоматизации технологических процессов. В качестве основного режима работы ПЛК выступает его длительное автономное использование, зачастую в неблагоприятных условиях окружающей среды, без серьёзного обслуживания и практически без вмешательства человека.

Иногда на ПЛК строятся системы числового программного управления станков.

ПЛК — устройства, предназначенные для работы в системах реального времени.

ПЛК имеют ряд особенностей, отличающих их от прочих электронных приборов, применяемых в промышленности:

  • в отличие от микроконтроллера (однокристального компьютера) — микросхемы, предназначенной для управления электронными устройствами — ПЛК являются самостоятельным устройством, а не отдельной микросхемой.
  • в отличие от компьютеров, ориентированных на принятие решений и управление оператором, ПЛК ориентированы на работу с машинами через развитый ввод сигналов датчиков и вывод сигналов на исполнительные механизмы;
  • в отличие от встраиваемых систем ПЛК изготавливаются как самостоятельные изделия, отдельные от управляемого при его помощи оборудования.

В системах управления технологическими объектами логические команды, как правило, преобладают над арифметическими операциями над числами с плавающей точкой, что позволяет при сравнительной простоте микроконтроллера (шины шириной 8 или 16 разрядов), получить мощные системы, действующие в режиме реального времени. В современных ПЛК числовые операции в языках их программирования реализуются наравне с логическими. Все языки программирования ПЛК имеют лёгкий доступ к манипулированию битами в машинных словах, в отличие от большинства высокоуровневых языков программирования современных компьютеров.

История

Первые логические контроллеры появились в виде шкафов с набором соединённых между собой реле и контактов. Эта схема не могла быть изменена после этапа проектирования и поэтому получила название — жёсткая логика. Первым в мире, программируемым логическим контроллером, в 1968 году стал Modicon 084 (1968) (от англ. modular digital controller), имевший 4 кБ памяти.

Термин PLC ввел Одо Жозеф Стругер (англ.)русск. (Allen-Bradley) в 1971 году. Он также сыграл ключевую роль в унификации языков программирования ПЛК и принятии стандарта IEC61131-3. Вместе с Ричардом Морли (англ.)русск. (Modicon) их называют ‘отцами ПЛК’. Параллельно с термином ПЛК в 1970-е годы широко использовался термин микропроцессорный командоаппарат.

В первых ПЛК, пришедших на замену релейным логическим контроллерам, логика работы программировалась схемой соединений LD. Устройство имело тот же принцип работы, но реле и контакты (кроме входных и выходных) были виртуальными, то есть существовали в виде программы, выполняемой микроконтроллером ПЛК. Современные ПЛК являются свободно программируемыми.

Языки программирования ПЛК

Для программирования ПЛК используются стандартизированные языки МЭК (IEC) стандарта IEC61131-3

Языки программирования (графические)

  • LD (Ladder Diagram) — Язык релейных схем — самый распространённый язык для PLC
  • FBD (Function Block Diagram) — Язык функциональных блоков — 2-й по распространённости язык для PLC
  • SFC (Sequential Function Chart) — Язык диаграмм состояний — используется для программирования автоматов
  • CFC (Continuous Function Chart) — Не сертифицирован IEC61131-3, дальнейшее развитие FBD

Языки программирования (текстовые)

  • IL (Instruction List) — Ассемблеро-подобный язык
  • ST (Structured Text) — Паскале-подобный язык
  • C-YART — Си-подобный язык (YART Studio)

Структурно в IEC61131-3 среда исполнения представляет собой набор ресурсов (в большинстве случаев это и есть ПЛК, хотя некоторые мощные компьютеры под управлением многозадачных ОС представляют возможность запустить несколько программ типа softPLC и имитировать на одном ЦП несколько ресурсов). Ресурс предоставляет возможность исполнять задачи. Задачи представляют собой набор программ. Задачи могут вызываться циклически, по событию, с максимальной частотой.

Программа — это один из типов программных модулей POU. Модули (POU) могут быть типа программа, функциональный блок и функция. В некоторых случаях для программирования ПЛК используются нестандартные языки, например: Блок-схемы алгоритмов С-ориентированная среда разработки программ для ПЛК. HiGraph 7 — язык управления на основе графа состояний системы.

Инструменты программирования ПЛК на языках МЭК 61131-3 могут быть специализированными для отдельного семейства ПЛК или универсальными, работающими с несколькими (но далеко не всеми) типами контроллеров:

  • CoDeSys
  • ISaGRAF
  • ИСР «КРУГОЛ»
  • Beremiz
  • KLogic

Программирование ПЛК

  • Конфигурируемые: В ПЛК хранится несколько программ, а через клавиатуру ПЛК выбирается нужная версия программы;
  • Свободно программируемые: программа загружается в ПЛК через его специальный интерфейс с Персонального компьютера используя специальное ПО производителя, иногда с помощью программатора.

Программирование ПЛК имеет отличие от традиционного программирования. Это связано с тем, что ПЛК исполняют бесконечную последовательность программных циклов, в каждом из которых:

  • считывание входных сигналов, в том числе манипуляций, например, на клавиатуре оператором;
  • вычисления выходных сигналов и проверка логических условий;
  • выдача управляющих сигналов и при необходимости управление индикаторами интерфейса оператора.

Поэтому при программировании ПЛК используются флаги — булевые переменные признаков прохождения алгоритмом программы тех или иных ветвей условных переходов. Отсюда, при программировании ПЛК от программиста требуется определённый навык.

Например, процедуры начальной инициализации системы после сброса или включения питания. Эти процедуры нужно исполнять только однократно. Поэтому вводят булевую переменную (флаг) завершения инициализации, устанавливаемую при завершении инициализации. Программа анализирует этот флаг, и если он установлен, то обходит исполнение кода процедур инициализации.

> См. также

  • Микроконтроллер
  • Промышленный контроллер
  • Промышленная автоматика
  • Контроллер

Литература

  • Мишель Ж. Программируемые контроллеры: архитектура и применение. — М.: Машиностроение, 1986
  • Э. Парр. Программируемые контроллеры: руководство для инженера. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. — 516 с. ISBN 978-5-94774-340-1
  • Петров И. В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования / Под ред. проф. В. П. Дьяконова. — М.: СОЛОН-Пресс, 2004. — 256 c. ISBN 5-98003-079-4
  • Денисенко В. В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. — М: Горячая Линия-Телеком, 2009. — 608 с. ISBN 978-5-9912-0060-8
  • Минаев И. Г. Программируемые логические контроллеры. Практическое руководство для начинающего инженера. /И. Г. Минаев, В. В. Самойленко — Ставрополь: АГРУС, 2009. — 100 с. ISBN 978-5-9596-0609-1
  • Минаев И. Г. Программируемые логические контроллеры в автоматизированных системах управления / И. Г. Минаев, В. М. Шарапов, В. В. Самойленко, Д. Г. Ушкур. 2-е изд., перераб. и доп. — Ставрополь: АГРУС, 2010. — 128 с. ISBN 978-5-9596-0670-1
  • О. А. Андрюшенко, В. А. Водичев. Электронные программируемые реле серий EASY и MFD-Titan. — 2-е изд., испр. — Одесса: Одесский национальный политехнический университет, 2006. — С. 223.
  • Минаев И.Г. Свободно программируемые устройства в автоматизированных системах управления / И.Г. Минаев, В.В. Самойленко, Д.Г. Ушкур, И.В. Федоренко — Ставрополь: АГРУС. 2016. — 168 с. ISBN 978-5-9596-1222-1

Какие бывают виды контроллеров и в чем их отличие?

Сетевые контроллеры СКУД – это устройства, подключенные к компьютеру, на котором установлена специальная программа. Он работает по принципу online. Обычно данный вид устанавливается, если есть необходимость монтажа сложной системы управления доступом.

Автономный контроллер – это устройство, обслуживающее одну или две точки прохода. Это могут быть, например, автоматические гаражные ворота или электромагнитный замок при входе в помещение. Его главное отличие в том, что он не подключен к компьютерной сети и все задачи решает сам.

Комбинированные контроллеры СКУД – устройства, которые сочетают в себе два предыдущих вида. То есть может работать как в сети с компьютером, так и без нее.

Задачи автономных контроллеров

Автономные контроллеры работают по принципу offline. Исходя из этого принципа работы, они не могут оперативно предоставить информацию о точке доступа и о событиях.

Другими словами, если было предоставлено определенному человеку, например, работнику предприятия, больше прав на вход или выход из определенной территории, то данные устройства контроля не позволяют оперативно это исправить. Однако делать выводы, что подобное оборудование не нужно или бесперспективно нельзя, так как у него есть не только минусы, но и свои плюсы.

Локальные системы помогают в решении санкционированного доступа к единичной точке в отдельном помещении. В состав системы входит автономный вид контроллеров, содержащий информацию, позволяющую управлять работой преграждающих устройств (турникетов, электронных замков и т. д.).

Главная задача, которую решает автономный контроллер – это регулировка процесса доступа по заранее запрограммированному сценарию.

Второстепенной задачей, которую решают автономные контроллеры систем – это регистрация событий в памяти устройства, например, времени прохода.

Основные составляющие устройств

Данное устройство включает следующие компоненты:

  • Считыватель идентификатора – название электронного устройства говорит само за себя. Принцип его работы основывается на том, что при попадании идентификатора в поле действия считывателя, последний передает полученный код контроллеру, который открывает доступ на территорию или нет. Идентификаторы, которые используют контроллеры – это в основном магнитные карты. Тут можно привести классический пример электромагнитных замков в номерах гостиниц;
  • Программатор – это устройство, позволяющее вносить определенные данные в автономный аппарат. Обычно они выполнены в форме отдельных устройств или в виде встроенной клавиатуры;
  • Исполнительное устройство – электромагнитный или электромеханический замок. Именно на это устройство дает команду контроллер, для того чтобы разрешить или запретить вход на территорию;
  • Источник питания – может получать питание как от сети, так и от аккумуляторных батарей.

Автономные контроллеры обычно управляют доступом на одну – две двери. При этом все устройства: реле замка, датчик двери и кнопка выхода – расположены на схеме (плате) контроллера. Такое расположение облегчает установку (монтаж) и снижает стоимость контроллера.

Преимущества и недостатки оборудования

Автономные устройства имеют свои преимущества:

  • Достаточно невысокая стоимость. Она обусловлена прежде всего тем, что такие контроллеры – это уже готовые устройства, на которых установлены все основные части;
  • Легко программируются. Как правило, автономный контроллер не требует специального оборудования для внесения в него данных;
  • Практически полное отсутствие кабельных соединений;
  • Быстрота и небольшая стоимость монтажа по сравнению с другими системами;
  • К несомненным преимуществам, которыми обладают автономные системы, стоит отнести то, что из-за локального управления каждого входа, при сбое в работе одного из них, вся система в целом не прекращает функционировать;
  • Возможность ввода в работу дополнительных систем без каких-либо остановок работы остальных локальных ячеек;
  • Удобность в использовании.

Автономный вид контролирующего устройства имеет и некоторые недостатки в работе:

  • Неудобность программирования при большом количестве пользователей и входов-выходов;
  • Невозможность оперативно вмешаться в процесс прохода;
  • Недопустимость быстрого получения протокола событий.

Специалисты компаний, разрабатывающие автономные системы контроля, считают перспективными технологии, основанные на Smart-картах, так как такой носитель информации является перезаписываемым и используется не только как идентификатор, но и как носитель иной информации. Именно поэтому за счет таких данных точки доступа могут обмениваться необходимой информацией или изменять программу.

Некоторые компании смогли уместить контроллер и считыватель не только в замок, а в цилиндр замка (часть обычного замка, куда вставляется ключ).

Это значит, что практически любой замок можно оборудовать автономным контроллером, а это уже беспрецедентное решение.

Устанавливая СКУД, следует помнить, что оборудование необходимо покупать у надежных поставщиков, так как на рынке охранных систем существуют дешевые подделки. При монтаже устройства лучше обратиться к специалистам: обычно фирма-производитель предоставляет и услуги по установке системы.

На видео – установка биометрического СКУД:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *