Princip činnosti PLC

 

PLC je v podstatě „modulární mikropočítač“ navržený speciálně pro průmyslové prostředí. Základem jeho fungování je uzavřený-mechanismus „přijímání signálů prostřednictvím hardwaru, zpracování logiky prostřednictvím softwaru a odesílání instrukcí prostřednictvím hardwaru“, který umožňuje přesné ovládání externích zařízení. Implementace tohoto mechanismu se opírá o vysoký stupeň synergie mezi hardwarovou strukturou a softwarovým systémem.

Hardwarová struktura PLC využívá modulární design, který lze flexibilně kombinovat podle požadavků řízení. Základní komponenty zahrnují následujících pět částí, z nichž každá má jasnou dělbu práce a úzkou spolupráci:

Centrální procesorová jednotka (CPU):Jako "mozek" PLC je zodpovědný za provádění logických operací, zpracování dat a plánování instrukcí v uživatelských programech. Dokáže rychle číst vstupní signály, spouštět žebříkové diagramy a další programy, posuzovat výsledky výpočtů a odesílat řídicí instrukce do výstupního modulu. Jeho rychlost výpočtu přímo určuje účinnost odezvy PLC a doba provádění instrukce běžných průmyslových PLC může dosáhnout úrovně mikrosekund.

Paměť:rozdělena na systémovou a uživatelskou paměť. Systémová paměť se používá k uložení operačního systému, programů ovladačů a dalšího základního softwaru PLC, což zajišťuje základní provoz zařízení. Uživatelská paměť je vyhrazena pro ukládání uživatelských řídicích programů (jako je logika výrobního procesu, mechanismy zpracování chyb) a dočasných dat (jako jsou provozní parametry zařízení, výsledky počítání), podporující úpravy a aktualizace programu.

Vstupně/výstupní (I/O) modul: "Most" mezi PLC a externími zařízeními umožňující obousměrnou konverzi signálu. Vstupní modul je zodpovědný za převod analogových signálů (jako je teplota, tlak) nebo digitálních signálů (jako jsou signály on{1}}off) ze senzorů (jako jsou fotoelektrické spínače, teplotní senzory), tlačítek, knoflíků a dalších zařízení na elektrické signály rozpoznatelné PLC. Výstupní modul převádí výsledky výpočtu CPU na řídicí signály, které mohou být přijímány externími akčními členy (jako jsou motory, solenoidové ventily, kontrolky), čímž dokončuje proces s uzavřenou-smyčkou „provádění rozhodnutí o vnímání“.

Napájecí modul:Poskytuje stabilní pracovní výkon pro celý PLC systém, obvykle převádí střídavé napájení (jako je AC 220 V) z průmyslových areálů na DC napájení (jako je DC 24 V), které PLC interně vyžaduje. Má také přepěťové a nadproudové ochranné funkce pro zajištění stabilního provozu zařízení ve složitých průmyslových prostředích.

Komunikační modul:realizuje propojení mezi PLC a dalšími zařízeními, podporuje mainstreamové průmyslové komunikační protokoly, jako je PROFINET, Modbus, EtherNet/IP atd. Prostřednictvím komunikačního modulu lze PLC propojit s dotykovými obrazovkami, průmyslovými počítači, systémy MES (výrobní prováděcí systémy) nebo jinými PLC pro dosažení výměny dat a vzdáleného řízení, čímž je položen základ pro inteligentní výrobu.

Softwarový systém PLC se dělí na systémový software a uživatelský software. Systémový software je předinstalován výrobcem a je zodpovědný za ovladače hardwaru, kompilaci programů a diagnostiku systému. Uživatelský software je řídicí program napsaný inženýry na základě požadavků výroby. Mezi hlavní metody programování patří žebříkový diagram (LD), strukturovaný text (ST), funkční blokový diagram (FBD) atd. Mezi nimi se žebříkový diagram stal nejběžněji používanou programovací metodou v průmyslových provozech díky své simulaci charakteristik tradičních obvodů ovládání relé.

Základní logikou softwarového řízení je „kontrola logické operace a časování“ - inženýři převádějí produkční proces do logických vztahů, jako jsou „A“, „NEBO“ a „NE“, nebo do pravidel časování, jako je „zpoždění“ a „počet“ prostřednictvím programování. CPU PLC provádí tato pravidla v předem nastaveném pořadí, aby bylo dosaženo automatizovaného řízení výrobního procesu. Například na lince na výrobu balené vody lze automatizovanou logiku plnění dokončit nastavením programu tak, aby „spustil plnicí stroj se zpožděním 0,2 sekundy, když fotoelektrický senzor detekuje láhev, a zastaví se po naplnění na 3 sekundy“.

PLC není jen zařízení, ale také ztělesnění myšlenek průmyslového řízení. Nejenže dosáhla skoku ve výrobním procesu od „ručního provozu“ k „řízenému logikou“, ale také posunula celý zpracovatelský průmysl k inteligentnímu, flexibilnímu a efektivnímu vývoji.