Программируемый логический контроллер

Массово применяемый программируемый логический контроллер семейства SIMATIC S7-300

Программи́руемый логи́ческий контро́ллер (ПЛК) (англ. Programmable Logic Controller, PLC) или программируемый контроллер — электронная составляющая промышленного контроллера, специализированного (компьютеризированного) устройства, используемого для автоматизации технологических процессов. В качестве основного режима длительной работы ПЛК, зачастую в неблагоприятных условиях окружающей среды, выступает его автономное использование, без серьёзного обслуживания и практически без вмешательства человека.

Иногда на ПЛК строятся системы числового программного управления станком (ЧПУ, англ. Computer numerical control, CNC).

ПЛК являются устройствами реального времени.

В отличие от:

• микроконтроллера (однокристального компьютера), микросхемы предназначенной для управления электронными устройствами, областью применения ПЛК обычно являются автоматизированные процессы промышленного производства, в контексте производственного предприятия;
• компьютеров, ПЛК ориентированы на работу с машинами и имеют развитый 'машинный' ввод-вывод сигналов датчиков и исполнительных механизмов в противовес возможностям компьютера, ориентированного на человека (клавиатура, мышь, монитор и т. п.);
• встраиваемых систем — ПЛК изготавливается как самостоятельное изделие, отдельно от управляемого при его помощи оборудования.

Первые логические контроллеры появились в виде шкафов с набором соединённых между собой реле и контактов. Эта схема задавалась жёстко на этапе проектирования и не могла быть изменена далее.

Первый в мире ПЛК — MOdular DIgital CONtroller (Modicon) 084, имеющий память 4 кБ, произведен в 1968 году.

В первых ПЛК, пришедших на замену обычным логическим контроллерам, логика соединений программировалась схемой соединений LD (Ladder logic Diagram). 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».

В системах управления технологическими объектами логические команды преобладают над числовыми операциями, что позволяет при сравнительной простоте микроконтроллера (шины шириной 8 или 16 бит), получить мощные системы действующие в режиме реального времени. В современных ПЛК числовые операции реализуются наравне с логическими. В то же время, в отличие от большинства процессоров компьютеров, в ПЛК обеспечивается доступ к отдельным битам памяти.

Виды ПЛК

Основные ПЛК

• Siemens - SIMATIC S5 и S7;
• Omron CJ1, CJ2, CS1;
• Schneider Electric — PLC Twido и более функциональная серия Modicon: M340, M258, TSX Premium, TSX Quantum, TSX Atrium;
• Beckhoff
• Rockwell Automation - ControlLogix L6x и L7x;
• ABB - 800xA Industrial IT;
• Segnetics - Pixel 2511 и SMH 2Gi;
• Mitsubishi — серия Melsec (FX, Q);

Программируемое (интеллектуальные) реле

Основная статья: Программируемое реле

• Siemens LOGO!,
• Mitsubishi — серия Alpha XL,
• Schneider Electric — Zelio Logic,
• Omron — ZEN,
• Moeller — EASY, MFD-Titan, 
• Comat BoxX.
• ОВЕН ПР110

Программные ПЛК на базе IBM PC-совместимых компьютеров (англ. SoftPLC)

• MicroPC,
• WinCon,
• WinAC,
• CoDeSys SP/SP RTE
• S2 Netbox

ПЛК на базе простейших микропроцессоров (i8088/8086/80186 и т. п.)

• ICP DAS,
• Advantech

Интерфейсы ПЛК

ПЛК в своём составе не имеют интерфейса для человека, типа клавиатуры и дисплея. Их программирование, диагностика и обслуживание производится подключаемыми для этой цели программаторами — специальным устройством или устройствами на базе более современных технологий — персонального компьютера или ноутбука, со специальными интерфейсами и со специальным программным обеспечением (например, SIMATIC STEP 7 в случае ПЛК SIMATIC S7-300 или SIMATIC S7-400). В системах управления технологическими процессами ПЛК взаимодействуют с различными компонентами систем человеко-машинного интерфейса (например операторскими панелями) или рабочими местами операторов на базе ПК, часто промышленных, обычно через промышленную сеть.

Датчики и исполнительные устройства подключаются к ПЛК:

• централизованно: в корзину ПЛК устанавливаются модули ввода-вывода. Датчики и исполнительные устройства подключаются отдельными проводами непосредственно, либо при помощи согласовательных модулей, к входам/выходам сигнальных модулей;
• или по методу распределённой периферии, когда удалённые от ПЛК датчики и исполнительные устройства связаны с ПЛК посредством каналов связи и, возможно, корзин-расширителей с использованием связей типа «ведущий-ведомый» (англ. Master-Slave).

Коммуникации

Подробнее по этой теме см.: Промышленная сеть.

• RS-232
• RS-485
• ProfiBus
• DeviceNet
• ControlNet
• CAN
• AS-Interface
• Промышленный Ethernet

Языки программирования ПЛК

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

• Языки программирования (графические)
  • LD — Язык релейных схем — самый распространённый язык для PLC
  • FBD — Язык функциональных блоков — 2-й по распространённости язык для PLC
  • SFC — Язык диаграмм состояний — используется для программирования автоматов
  • CFC — Не сертифицирован IEC61131-3, дальнейшее развитие FBD

• Языки программирования (текстовые)
  • IL — Ассемблер
  • ST — Паскале-подобный язык

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
  • Си-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 (например, STEP 7 для контроллеров SIMATIC S7-300/400) или универсальными, работающими с несколькими (но далеко не всеми) типами контроллеров:

• CoDeSys
• ISaGRAF
• ИСР "КРУГОЛ"
• Beremiz
• KLogic

Структуры систем управления

• Централизованные, (малые системы)
• Распределенные, DCS (большие системы)

Удаленное управление и мониторинг

• SCADA

Специальное использование

Для увеличения надёжности системы управления, построенной на ПЛК, применяется резервирование разных компонентов: шасси, источников питания, самих контроллеров.

Также, выпускаются специальные линейки продуктов: например Siemens^[1][2], или Allen-Bradley^[3] выпускает всю линейку (ввод-вывод, интерфейсные модули и т.д. дополнительно к самим CPU).

См. также

• Микроконтроллер
• Промышленный контроллер
• Промышленная автоматика
• Programmable automation controller

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.

Примечания

1. ↑ SIMATIC Safety Integrated for Factory Automation. Standard and safety technology in one system. Brochure April 2011 (англ.)
2. ↑ SIMATIC S7 Fail-safe controllers (англ.)
3. ↑ Система резервирования ControLogix. Руководство пользователя