ПЛК — основа автоматизации

Программируемый логический контроллер (сокр. ПЛК; англ. programmable logic controller, PLC) — электронная составляющая промышленного контроллера, специализированного устройства, используемого для автоматизации технологических процессов [4]. 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.

ПЛК — устройства, предназначенные для работы в системах реального времени, имеющие ряд особенностей, отличающих их от прочих электронных приборов, применяемых в промышленности [5]:

• 1) 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;
• 2) 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;
• 3) в отличие от встраиваемых систем ПЛК изготавливается как самостоятельное изделие, отдельное от управляемого при его помощи оборудования.

Обратимся к структуре ПЛК. В основном он состоит из центрального процессорного устройства (ЦПУ), памяти, и входных-выходных портов. ЦПУ управляет всеми операциями внутри ПЛК. Частота ЦПУ может быть как 4 — 8 МГц для простых устройств, так и 100 — 200 МГц для более сложных и дорогих. Эта частота определяет функциональное быстродействие ПЛК. Система шин несёт информацию и данные с выхода ЦПУ, памяти и входных/выходных устройств. Имеются индивидуальные запоминающие устройства: система ROM постоянно передаёт в операционную систему и фиксирует данные, RAM для программ пользователя и временный рабочий запоминающий буфер для каналов ввода-вывода, а также EEPROM и Flash память для сохранения пользовательских настроек и статистики во время работы устройства [6].

Контроллер в системах автоматизации выполняет циклический алгоритм, включающий ввод данных и размещение их в ОЗУ, обработку данных и вывод. Длительность контроллерного цикла (рабочего) зависит от количества модулей ввода-вывода, поэтому рассчитывается для каждой конфигурации автоматизированной системы отдельно [6].

По расположению модулей ввода-вывода ПЛК бывают:

• 1. моноблочными — устройство ввода-вывода не может быть удалено из контроллера или заменено на другое;
• 2. модульные — состоящие из общей корзины (шасси), в которой располагаются модуль центрального процессора и сменные модули;
• 3. распределенные — в которых модули ввода-вывода выполнены в отдельных корпусах и соединяются с модулем контроллера по сети.

Многие контроллеры имеют набор сменных процессорных плат разной производительности. Это позволяет расширить круг решаемых системой задач без изменения ее структуры.

Наиболее популярными ПЛК для средств автоматизации являются:

• 1. Siemens — SIMATIC S5 и S7; Desigo PXC
• 2. Schneider Electric — серия Modicon;
• 3. Beckhoff;
• 4. Segnetics — Pixel2511, smh2gi, trim5;
• 5. Omron CJ1, CJ2, CS1, CP1;
• 6. Mitsubishi — серия Melsec (FX, L, Q);
• 7. DVP — Delta Electronics.
• 8. AC500 — ABB.
• 9. ПЛК 63, ПЛК 73, ПЛК 100, ПЛК 160 — ОВЕН (только набирают популярность в России).

Так или иначе, все выпускаемые ПЛК, от самого простого до многоблочного стоимостью сотни тысяч рублей, строятся по схожей структуре, неизменным звеном которой является ЦПУ. В системах средней сложности применяют микроконтроллеры, в сложных высокопроизводительных системах — микропроцессоры. В системах такого рода порой эффективнее решать задачи с помощью промышленных компьютеров (например, eBOX-2300SXA-H или eBOX-3332-L2852C2DMI).

Компьютер может быть превращен в полноценный контроллер, если на него установить:

систему программирования контроллеров (например, CoDeSys или ISaGRAF);

электронный диск вместо обычного жесткого диска;

платы ввода-вывода или внешние модули ввода-вывода.

Однако, как было замечено ранее, большая доля автоматизированных систем строятся с применением ПЛК, основой которых является микроконтроллер.