Řídicí systémy

PLC

PLC (Programmable Logic Controler) je číslicově pracující elektronický systém konstruovaný pro použití v průmyslovém prostředí, využívající programovatelnou paměť pro interní ukládání uživatelsky orientovaných instrukcí pro provádění specifických funkcí (logickým, sekvenčních, časovacích, čítacích, komunikačních a organizačních) za účelem řízení strojů či procesů, a to prostřednictvím digitálních nebo analogových vstupů a výstupů.

26. PLC

Pomocí programovatelných logických automatů, je řešena naprostá většina průmyslových řídicích aplikací. V automatizační technice se programovatelné automaty používají zhruba od r.1970. Původně byly určeny pro řízení strojů, jako náhrada za pevnou reléovou logiku. Postupně se jejich možnosti rozšiřovaly a dnes se s nimi můžeme setkat v nejrůznějších oborech, kde mnohdy vytlačují dříve používané přístroje. Jsou to nejenom tradiční strojírenské výrobní technologie včetně manipulační a dopravní techniky, ale i energetika (regulace v elektrárnách, v kotelnách v klimatizačních jednotkách i chladících zařízeních). Uplatnění mají programovatelné automaty rovněž i v chemických výrobách, farmacii, v zemědělských výrobnách atd.

Struktura PLC

Bloková struktura programovatelného automatu je znázorněna na obrázku 27. Základem PLC jsou v principu tři funkční bloky: zpracování informace, vstupy/výstupy a paměť.

27. Bloková struktura programovatelného automatu

Provedení PLC

Skutečnou sestavu volí uživatel tak, aby programovatelný automat co nejlépe vyhovoval řešeným úlohám. Existují dvě varianty provedení.

Kompaktní provedení

fixní konfigurace vstupů a výstupů.

28. Kompaktní provedení PLC

Modulární provedení

Umožňující variabilní konfiguraci PLC pro jeho přizpůsobení rozsahu řešeného úkolu s cílem dosažení technické a cenové optimalizace, případně navazující možnost rozšiřování řídicího systému.

29. Modulární provedení PLC

V krajních případech může mít PLC dvouhodnotové vstupy a výstupy a být vystavěn jako čistě binární (logický) systém anebo naopak může být koncipován jako analogový.

Hlavní prvky programovatelného automatu

Binární vstupy - zde se připojují tlačítka, přepínače, koncové spínače a jiné snímače s dvouhodnotovým charakterem signálu (např. dvouhodnotové snímače tlaku, teploty nebo hladiny).

Binární výstupy - jsou určeny k buzení cívek relé, stykačů, elektromagnetických spojek, pneumatických a hydraulických převodníků, k ovládání signálek, ale i ke stupňovitému řízení pohonů a frekvenčních měničů.

Analogové vstupní a výstupní moduly zprostředkují kontakt programovatelného automatu se spojitým prostředím.

Analogové vstupy – zde se připojují například snímače teploty (obvykle odporové, polovodičové nebo termočlánky), snímače tlaku, vlhkosti, hladiny ale i většinu inteligentních přístrojů s analogovými výstupy.

Analogové výstupy – pomocí těchto výstupů lze ovládat spojité servopohony a frekvenční měniče, ale třeba i ručkové měřicí přístroje a jiné spojitě ovládané akční členy.

Centrální procesorová jednotka dává programovatelnému automatu inteligenci. Realizuje soubor instrukcí a systémových služeb, zajišťuje i základní komunikační funkce s vlastními i vzdálenými moduly, s nadřízeným systémem a s programovacím přístrojem. Obsahuje mikroprocesor a řadič, zaměřený na rychlé provádění instrukcí.

Paměť – zde jsou uloženy uživatelské registry, čítače a časovače, komunikační, časové a jiné systémové proměnné. Taktéž slouží pro uložení uživatelského programu. Na rozdíl od počítače si PLC při poruše řídicího systému musí zapamatovat poslední stav, od něhož po obnovení funkce pokračuje dál v činnosti, což klade nároky na velký objem paměti.

Základní požadavky na logické automaty

Robustnost - PLC jsou proto konstruovány tak, aby mohly pracovat i v nejobtížnějších provozních podmínkách v těsné návaznosti na řízenou technologii, což klade vysoké nároky na jejich odolnost vůči vlivům prostředí (teplota, vlhkost, prašnost, otřesy). Zvláštní důraz je kladen na velkou odolnost proti rušení.
ProgramováníNastavení základního programu umožňuje často „programovací panel“ připojitelný k základnímu řídícímu bloku.
Rychlost - PLC jsou speciálně konstruovány pro řešení především logických úloh a tím jsou pro tyto aplikace rychlejší než řídicí počítače.
Architektura - modularita PLC spolu s požadavkem komunikace s měřicími a akčními členy vyžaduje sběrnicové provedení PLC.
Diagnostika - pokud se navzdory robustnosti vyskytne závada, je zde požadavek na její rychlé odstranění. Některé systémy mají samotestovací diagnostiku i možnost rychlého grafického znázornění pochodů v řízené technologii.

Důležitými funkčními prvky PLC

Časovače - odměřují délku časových intervalů; spouštějí a zastavují se binárním signálem, výstup, výstup binární (po proběhnutí času)
Čítače - počítají vstupní pulsy nebo vysílají pulsy na výstup; ovládají se binárním signálem, výstup binární (po odpočítání zadaného počtu pulsů)
Sekvenční registry - posloupnost bitů (každý je adresovatelný); vložení binární informace na výstup způsobní posun celé posloupnosti, obsah posledního bitu se ztrácí (dávají možnost vložit informaci a po určitém počtu kroků ji zase vyjmout a zpracovat)

Programování PLC

Existují specializované jazyky, původně navržené pro realizaci logických funkcí. Jazyky u různých výrobců jsou sice podobné, ale ne stejné. Není možná přenositelnost programů mezi PLC různých výrobců. Tato existuje jen u systémů stejného výrobce.

Rozdělení programovacích jazyků:

textové jazyky
grafické jazyky

Grafické jazyky

jazyk mnemokódů - je obdobou assembleru u počítačů a je také strojově orientován. To znamená, že každé instrukci PLC systému odpovídá stejně pojmenovaný příkaz jazyka. Tyto jazyky jsou často používané, zejména profesionálními programátory.
jazyk strukturovaného textu - je obdobou vyšších programovacích jazyků pro PC (např. Pascalu nebo C). Umožňuje úsporný a názorný zápis algoritmů.

Textové jazyky

jazyk kontaktních (reléových) schémat - program se zobrazuje ve formě schémat používaných při práci s reléovými a kontaktními prvky. Jazyk je výhodný při programování nejjednodušších logických operací a v případech, kdy s ním pracují lidé, kteří neznají tradiční počítačové programování.
jazyk logických schémat - základní logické operace popisuje obdélníkovými značkami. Své značky mají i ucelené funkční bloky. Vychází vstříc uživatelům, zvyklým na kreslení logických schémat.

Programovací a vývojové prostředky. K zadání a ladění uživatelského programu slouží programovací přístroje. Tradičně byly řešeny jako specializované přístroje v kufříkovém nebo příručním provedení. V současné době se pro komfortní programování používají výhradně počítače standardu PC.

Programovací přístroje (vývojové systémy, vývojová prostředí) umožňují zápis programu, jeho opravy, překlad ze zdrojové formy do kódu PLC a ladění programu s reálným PLC. Některé vývojové systémy dovolují i přenos programu z PLC do programovacího přístroje a jeho zpětné přeložení.

Pro úplnost uveďme, že na našem trhu je možno se nejčastěji setkat s programovatelnými automaty těchto nejvýznamnějších světových výrobců: ABB, Allen-Bradley, B+R, Eberle, Festo, GE, H+B, Idec, Klockner Moeller, Matsushita, Mitshubishi, Omron, Saia, Siemens, Schneider Group a českého výrobce Teco. V detailech se jednotlivé třídy systémů a jejich představitelé liší, způsoby použití a aplikační možnosti jsou však srovnatelné.

Další informace naleznete v literatuře [24, 25].