Controllore logico programmabile

Struttura di base L'essenza di un controllore logico programmabile è un computer dedicato al controllo industriale. La sua struttura hardware è sostanzialmente la stessa di un microcomputer. La struttura di base è: 1. Alimentazione L'alimentazione del controllore programmabile gioca un ruolo molto importante nell'intero sistema. Senza un sistema di alimentazione buono e affidabile, non può funzionare correttamente. Per questo motivo il produttore del controllore programmabile attribuisce grande importanza anche alla progettazione e alla produzione dell'alimentatore. Generalmente, la fluttuazione della tensione CA è compresa nell'intervallo +10% (+15%) e il PLC può essere collegato direttamente alla rete elettrica CA senza adottare altre misure. 2. Unità di elaborazione centrale (CPU) L'unità di elaborazione centrale (CPU) è il centro di controllo del controllore logico programmabile. Riceve e memorizza il programma utente e i dati digitati dal programmatore in base alle funzioni assegnate dal programma di sistema del controllore logico programmabile; controlla lo stato dell'alimentazione, della memoria, degli I/O e del timer di avviso e può diagnosticare errori di sintassi nel programma utente. Quando il controllore programmabile viene messo in funzione, riceve prima in modalità scansione lo stato e i dati di ciascun dispositivo di ingresso e li memorizza rispettivamente nell'area dell'immagine I/O, quindi legge il programma utente dal programma utente memoria uno per uno e, dopo che il comando è stato interpretato, i risultati dell'operazione logica o aritmetica vengono inviati all'area immagine I/O o al registro dati secondo le istruzioni. Dopo che tutti i programmi utente sono stati eseguiti, lo stato di uscita dell'area dell'immagine I/O o i dati nel registro di uscita vengono infine trasmessi al dispositivo di uscita corrispondente e il ciclo continua fino all'arresto. Per migliorare ulteriormente l'affidabilità del PLC, i PLC di grandi dimensioni sono inoltre dotati di doppia CPU per formare un sistema ridondante o un sistema di voto a tre CPU, in modo che anche se una CPU si guasta, l'intero sistema può comunque funzionare normalmente. 3. Memoria La memoria che memorizza il software di sistema è chiamata memoria del programma di sistema. La memoria che memorizza il software applicativo è chiamata memoria del programma utente. 4. Circuito di interfaccia di ingresso e uscita 4.1. Il circuito di interfaccia di ingresso di campo è costituito da un circuito di accoppiamento ottico e un circuito di interfaccia di ingresso del microcomputer e funge da canale di ingresso dell'interfaccia tra il controller logico programmabile e il controllo di campo. 4.2. Il circuito di interfaccia di uscita di campo è integrato con il registro dei dati di uscita, il circuito di selezione e il circuito di richiesta di interruzione, e il controllore logico programmabile emette il segnale di controllo corrispondente al componente di esecuzione di campo attraverso il circuito di interfaccia di uscita di campo. 5. Moduli funzionali Come conteggio, posizionamento e altri moduli funzionali. 6. Modulo di comunicazione  Selezione del PLC e analisi del caso Quando si seleziona un PLC, è necessario analizzare in dettaglio le caratteristiche del processo e i requisiti di controllo, chiarire i compiti e l'ambito del controllo, determinare le operazioni e le azioni richieste, quindi stimare il numero di punti di input e output, la capacità di memoria richiesta e determinare le funzioni del PLC e le caratteristiche dei dispositivi esterni in base alle esigenze di controllo. Infine, seleziona un PLC con un rapporto prestazioni-prezzo più elevato e progetta un sistema di controllo corrispondente. Di seguito, descriveremo in dettaglio i punti a cui prestare attenzione quando si sceglie il PLC: 1. Stima dei punti di ingresso e uscita (I/O).È necessario considerare il margine appropriato quando si stima il numero di punti I/O. Di solito, in base al numero statistico di punti di input e output, viene aggiunto un margine espandibile dal 10% al 20% come dati stimati per il numero di punti di input e output. 2. Stima della capacità di memoria; la capacità di memoria è la dimensione dell'unità di memorizzazione hardware che il controller programmabile stesso può fornire e la capacità del programma è la dimensione dell'unità di memorizzazione utilizzata dal progetto dell'applicazione utente nella memoria, quindi la capacità del programma è inferiore alla capacità della memoria. Per avere una stima certa della capacità del programma durante la progettazione e la selezione, la stima della capacità di memoria viene solitamente utilizzata come sostituto. In generale, è da 10 a 15 volte il numero di punti I/O digitali, più 100 volte il numero di punti I/O analogici, e questo numero è il numero totale di parole nella memoria (16 bit sono una parola), e un altro 25% di questo numero è considerato un margine.3. Selezione delle funzioni di controllo; questa selezione include la selezione di caratteristiche quali funzione di calcolo, funzione di controllo, funzione di comunicazione, funzione di programmazione, funzione diagnostica e velocità di elaborazione. (1) Funzione operativa; la funzione operativa del PLC semplice include operazioni logiche, funzioni di temporizzazione e conteggio; la funzione operativa del PLC ordinario include anche lo spostamento dei dati, il confronto e altre funzioni operative; le funzioni operative più complesse includono operazioni algebriche, trasmissione dati, ecc.; Il PLC di grandi dimensioni dispone anche del funzionamento PID analogico e di altre funzioni operative avanzate. Con l'emergere di sistemi aperti, i PLC hanno ora funzioni di comunicazione. Alcuni prodotti comunicano con i computer inferiori, alcuni prodotti comunicano con lo stesso computer o con il computer superiore e alcuni prodotti hanno anche la funzione di comunicazione dati con la rete di fabbrica o aziendale. Durante la progettazione e la selezione, dovremmo iniziare dai requisiti dell'applicazione reale e selezionare ragionevolmente le funzioni operative richieste. Nella maggior parte delle applicazioni sono necessarie solo le operazioni logiche e le funzioni di temporizzazione e conteggio. Alcune applicazioni richiedono la trasmissione e il confronto dei dati. Quando utilizzato per il rilevamento e il controllo analogico, vengono utilizzate l'operazione algebrica, la conversione numerica e l'operazione PID. Per visualizzare i dati sono necessarie operazioni di decodifica e codifica. (2) Funzioni di controllo: le funzioni di controllo includono operazioni di controllo PID, operazioni di controllo di compensazione anticipata, operazioni di controllo del rapporto, ecc., che devono essere determinate in base ai requisiti di controllo. Il PLC viene utilizzato principalmente per il controllo logico sequenziale. Pertanto, nella maggior parte dei casi, per risolvere il controllo analogico vengono spesso utilizzati controller a loop singolo o multi-loop. A volte vengono utilizzate anche unità di ingresso e uscita intelligenti dedicate per completare le funzioni di controllo richieste, migliorare la velocità di elaborazione del PLC e risparmiare capacità di memoria. Vengono utilizzate ad esempio unità di controllo PID, contatori ad alta velocità, unità analogiche con compensazione della velocità, unità di conversione del codice ASC, ecc. (3) Funzione di comunicazione: i sistemi PLC di grandi e medie dimensioni dovrebbero supportare una varietà di bus di campo e protocolli di comunicazione standard (come TCP/IP) e dovrebbero essere in grado di connettersi alla rete di gestione della fabbrica (TCP/IP) quando necessario. Il protocollo di comunicazione dovrebbe essere conforme agli standard di comunicazione ISO/IEEE e dovrebbe essere una rete di comunicazione aperta. L'interfaccia di comunicazione del sistema PLC deve includere interfacce di comunicazione seriale e parallela (RS 232C/422A/485), porta di comunicazione RIO, Ethernet industriale, interfaccia DCS comune, ecc.; le principali forme della rete di comunicazione del sistema PLC sono le seguenti: 1) il PC è la stazione master, e più PLC dello stesso modello sono stazioni slave, formando una semplice rete PLC; 2) 1 PLC è la stazione master, e altri PLC dello stesso modello sono stazioni slave, formando una rete PLC master-slave; 3) La rete PLC è connessa ad un DCS di grandi dimensioni come sottorete del DCS attraverso una specifica interfaccia di rete; 4) Rete PLC dedicata (rete di comunicazione PLC dedicata di ciascun produttore). Per ridurre il compito di comunicazione della CPU, in base alle effettive esigenze della composizione della rete, dovrebbero essere selezionati processori di comunicazione con diverse funzioni di comunicazione (come punto a punto, bus di campo, Ethernet industriale). (4) Funzione di programmazione; Modalità di programmazione offline: PLC e programmatore condividono una CPU. Quando il programmatore è in modalità di programmazione, la CPU fornisce solo servizi per il programmatore e non controlla l'apparecchiatura da campo. Una volta completata la programmazione, il programmatore passa alla modalità di esecuzione e la CPU controlla l'apparecchiatura da campo e non può essere programmata. La programmazione offline può ridurre i costi di sistema, ma è scomoda da usare ed eseguire il debug. Modalità di programmazione online: la CPU e il programmatore hanno le proprie CPU. La CPU host è responsabile del controllo del campo e scambia dati con il programmatore all'interno di un ciclo di scansione. Il programmatore invia il programma o i dati compilati online all'host. Nel ciclo di scansione successivo, l'host funziona in base al programma appena ricevuto. Questo metodo è più costoso, ma il debug e il funzionamento del sistema sono convenienti e viene spesso utilizzato nei PLC di grandi e medie dimensioni. (5) Funzione diagnosticaLa funzione diagnostica del PLC include la diagnosi hardware e software. La diagnosi dell'hardware determina la posizione dell'errore dell'hardware attraverso il giudizio logico dell'hardware e la diagnosi del software è divisa in diagnosi interna e diagnosi esterna. La diagnosi delle prestazioni interne e del funzionamento del PLC tramite software è una diagnosi interna, mentre la diagnosi della funzione di scambio di informazioni tra la CPU del PLC e i componenti esterni di ingresso e uscita tramite software è una diagnosi esterna.La potenza della funzione diagnostica del PLC influisce direttamente sulle capacità tecniche richieste agli operatori e al personale di manutenzione e influisce sul tempo medio di riparazione. (6) Velocità di elaborazioneIl PLC funziona in modalità scansione. Dal punto di vista dei requisiti in tempo reale, la velocità di elaborazione dovrebbe essere la più elevata possibile. Se la durata del segnale è inferiore al tempo di scansione, il PLC non sarà in grado di scansionare il segnale, con conseguente perdita dei dati del segnale. La velocità di elaborazione è correlata alla lunghezza del programma utente, alla velocità di elaborazione della CPU, alla qualità del software, ecc. Attualmente, i contatti PLC hanno una risposta rapida e un'alta velocità. Il tempo di esecuzione di ciascuna istruzione binaria è compreso tra circa 0,2 e 0,4 L, quindi può adattarsi alle esigenze dell'applicazione con elevati requisiti di controllo e requisiti di risposta rapida. Il ciclo di scansione (ciclo di scansione del processore) deve soddisfare i seguenti requisiti: il tempo di scansione del piccolo PLC non è superiore a 0,5 ms/K; il tempo di scansione dei PLC di grandi e medie dimensioni non è superiore a 0,2 ms/K. 4. Selezione del modello （1） Tipi di PLCI PLC si dividono in due categorie in base alla struttura: di tipo integrale e di tipo modulare. È diviso in due categorie in base all'ambiente applicativo: installazione sul campo e installazione nella sala di controllo. È diviso in 1 bit, 4 bit, 8 bit, 16 bit, 32 bit, 64 bit, ecc. in base alla lunghezza della parola della CPU. Dal punto di vista dell'applicazione, solitamente può essere selezionato in base alla funzione di controllo o ai punti di ingresso e uscita. I punti I/O del PLC integrato sono fissi, quindi gli utenti hanno meno spazio di scelta e vengono utilizzati in piccoli sistemi di controllo; Il PLC modulare fornisce una varietà di schede I/O o schede plug-in, in modo che gli utenti possano selezionare e configurare ragionevolmente i punti I/O del sistema di controllo. L'espansione delle funzioni è comoda e flessibile e viene generalmente utilizzata nei sistemi di controllo di grandi e medie dimensioni. (2) Selezione dei moduli di ingresso e uscita; la selezione dei moduli di ingresso e uscita dovrebbe essere coerente con i requisiti dell'applicazione. Ad esempio, per i moduli di ingresso, è necessario considerare i requisiti applicativi quali il livello del segnale, la distanza di trasmissione del segnale, l'isolamento del segnale e il metodo di alimentazione del segnale. Per i moduli di uscita, è necessario considerare il tipo di modulo di uscita da selezionare. In generale, i moduli di uscita relè hanno le caratteristiche di prezzo basso, ampio intervallo di tensione, breve durata e lungo tempo di risposta; I moduli di uscita a tiristori sono adatti per commutazioni frequenti e occasioni di carico induttivo a basso fattore di potenza, ma sono più costosi e hanno una scarsa capacità di sovraccarico. I moduli di uscita dispongono inoltre di uscite CC, CA e analogiche, che dovrebbero essere coerenti con i requisiti dell'applicazione. In base ai requisiti dell'applicazione, è possibile selezionare ragionevolmente moduli di ingresso e uscita intelligenti per migliorare il livello di controllo e ridurre i costi dell'applicazione. Considerare se è necessario un rack di espansione o un rack I/O remoto. (3) Selezione dell'alimentatoreL'alimentazione del PLC, oltre alla progettazione e alla selezione del PLC in base ai requisiti del manuale del prodotto quando si introducono le apparecchiature, l'alimentazione del PLC deve essere progettata e selezionata in base ai requisiti del manuale del prodotto. In generale, l'alimentazione del PLC deve essere progettata e selezionata con un'alimentazione da 220 V CA, che sia coerente con la tensione della rete elettrica domestica. Per applicazioni importanti è opportuno utilizzare un gruppo di continuità o un alimentatore con tensione stabilizzata. Se il PLC stesso dispone di un'alimentazione utilizzabile, è necessario verificare se la corrente fornita soddisfa i requisiti dell'applicazione, altrimenti è necessario progettare un'alimentazione esterna. Per evitare che l'alimentatore esterno ad alta tensione venga introdotto nel PLC a causa di un funzionamento errato, è necessario isolare i segnali di ingresso e di uscita e talvolta è possibile utilizzare un semplice diodo o un tubo fusibile per l'isolamento. (4) Selezione della memoria: grazie allo sviluppo della tecnologia dei chip integrati nei computer, il prezzo della memoria è diminuito. Pertanto, per garantire il normale funzionamento del progetto applicativo, la capacità di memoria del PLC deve generalmente essere di almeno 8 KB di memoria secondo 256 punti I/O. Quando sono richieste funzioni di controllo complesse, è necessario selezionare una capacità maggiore e una memoria di qualità superiore. (5) Considerazioni economicheQuando si sceglie un PLC, è necessario considerare il rapporto prestazioni-prezzo. Quando si considera l'efficienza economica, si dovrebbero considerare anche fattori come la scalabilità, l'operabilità e il rapporto input-output dell'applicazione, fare confronti e tenerne conto e infine selezionare un prodotto più soddisfacente.Il numero di punti di input e output ha un impatto diretto sul prezzo. Ogni scheda di ingresso e uscita aggiuntiva aumenterà il costo. Quando il numero di punti aumenta fino a un determinato valore, aumenterà di conseguenza anche la capacità di memoria, rack, scheda madre, ecc. corrispondente. Pertanto, l'aumento del numero di punti ha un impatto sulla selezione della CPU, della capacità di memoria, della gamma di funzioni di controllo, ecc. Dovrebbe essere pienamente considerato durante la stima e la selezione per fare in modo che l'intero sistema di controllo abbia un prezzo-prestazioni più ragionevole rapporto. 

Istruzioni di impostazione e ripristino (SET/RST) (1) SET (istruzione di impostazione) La sua funzione è impostare e mantenere l'elemento target da azionare. (2) RST (istruzione di ripristino) ripristina l'elemento target in uso e lo mantiene nello stato azzerato. Quando vengono utilizzate le istruzioni SET e RST, quando X0 è normalmente aperto e collegato, Y0 diventa ON e rimane in questo stato. Anche se X0 è disconnesso, lo stato ON di Y0 rimane invariato. Solo quando X1 è normalmente aperto e chiuso, Y0 diventa OFF e rimane in questo stato. Anche se X1 è normalmente aperto e disconnesso, Y0 rimane OFF. Istruzioni per l'uso delle istruzioni SET e RST: 1) Gli elementi target dell'istruzione SET sono Y, M, S e gli elementi target dell'istruzione RST sono Y, M, S, T, C, D, V e Z. L'istruzione RST viene spesso utilizzata per cancellare il contenuto di D, Z e V e viene utilizzato anche per reimpostare il timer e il contatore cumulativi. 2) Per lo stesso elemento di destinazione, SET e RST possono essere utilizzati più volte in qualsiasi ordine, ma è valido l'ultimo eseguito. Istruzioni di controllo principale (MC/MCR) 1) MC (Master Control Instruction) viene utilizzato per il collegamento di contatti in serie comuni. Dopo aver eseguito MC, la sbarra sinistra si sposta dietro il contatto MC. 2) MCR (Master Control Reset Instruction) È l'istruzione di reset dell'istruzione MC, ovvero l'istruzione MCR viene utilizzata per ripristinare la posizione originale del bus sinistro. Nella programmazione accade spesso che più bobine siano controllate contemporaneamente da uno o da un gruppo di contatti. Se gli stessi contatti sono collegati in serie nel circuito di controllo di ciascuna bobina, un gran numero di unità di accumulo saranno occupate. L'utilizzo del comando di controllo principale può risolvere questo problema. Le istruzioni MC e MCR utilizzano MC N0 M100 per spostare il bus sinistro verso destra, in modo che Y0 e Y1 siano sotto il controllo di X0, dove N0 rappresenta il livello di annidamento. In una struttura non annidata, N0 può essere utilizzato un numero illimitato di volte; MCR N0 viene utilizzato per ripristinare lo stato originale del bus sinistro. Se X0 è disconnesso, le istruzioni tra MC e MCR verranno saltate ed eseguite verso il basso. Istruzioni per l'uso delle istruzioni MC e MCR: 1) Gli elementi target delle istruzioni MC e MCR sono Y e M, ma non è possibile utilizzare relè ausiliari speciali. MC occupa 3 passi di programma e MCR occupa 2 passi di programma; 2) Il contatto di controllo principale è perpendicolare al contatto generale nello schema a contatti. Il contatto di controllo principale è un contatto normalmente aperto collegato alla sbarra sinistra ed è l'interruttore principale che controlla un gruppo di circuiti. I contatti collegati al contatto di controllo principale devono utilizzare l'istruzione LD o LDI. 3) Quando il contatto di ingresso dell'istruzione MC è disconnesso, i timer, i contatori e i componenti cumulativi guidati dalle istruzioni reset/set in MC e MCR mantengono i loro stati precedenti. I timer e i contatori non cumulativi, i componenti guidati dall'istruzione OUT verranno ripristinati. Quando X0 è disconnesso in 22, Y0 e Y1 diventeranno OFF. 4) Il riutilizzo delle istruzioni MC in un'area di istruzioni MC viene chiamato annidamento. Il numero massimo di livelli di annidamento è 8 e i numeri aumentano nell'ordine di N0→N1→N2→N3→N4→N5→N6→N7. Il ritorno di ciascun livello utilizza l'istruzione MCR corrispondente e si reimposta dal livello di annidamento con il numero più grande. Istruzioni differenziali (PLS/PLF) (1) PLS (istruzione differenziale del fronte di salita) genera un'uscita a impulsi di un ciclo di scansione sul fronte di salita del segnale di ingresso; (2) PLF (istruzione differenziale del fronte di discesa) genera un'uscita a impulsi di un ciclo di scansione sul fronte di discesa del segnale di ingresso. Il fronte del segnale viene rilevato dall'istruzione differenziale e lo stato di Y0 è controllato dai comandi di impostazione e ripristino. Istruzioni per l'uso delle istruzioni PLS e PLF: 1) Gli elementi target delle istruzioni PLS e PLF sono Y e M; 2) Quando si utilizza PLS, l'elemento target è ON solo entro un ciclo di scansione dopo che l'ingresso dell'azionamento è ON e M0 è ON solo entro un ciclo di scansione quando il contatto normalmente aperto di X0 passa da off a on; quando si utilizza l'istruzione PLF, solo il fronte di discesa del segnale di ingresso viene utilizzato per il pilotaggio e il resto è uguale a PLS.