ПЛК (Программируемый Логический Контроллер; англ. PLC — Programmable Logic Controller) — это цифровая электронная система, предназначенная для автоматического управления различными технологическими процессами, машинами и оборудованием в производственной среде на основе заранее составленной программы. ПЛК используют программируемую память для хранения инструкций пользователя и выполнения функций управления, включая логику, установление последовательности операций, согласование по времени, счёт и арифметические операции.
Назначение и основные задачи
Главная роль ПЛК — выступать «мозгом» автоматизированных систем управления, осуществляя сбор данных с датчиков, их обработку и анализ в соответствии с заложенной программой, а затем формирование команд управления для исполнительных устройств.
Основные задачи ПЛК включают:
- Непрерывный сбор информации с различных датчиков и полевых устройств (температура, давление, уровень жидкости, движение и прочее)
- Обработка полученных данных по заданным алгоритмам в режиме реального времени
- Управление исполнительными механизмами (клапанами, двигателями, реле, светосигнальными индикаторами)
- Передача данных на верхние уровни систем управления (SCADA, панели оператора, удалённые серверы и ПК)
- Архивирование и сохранение информации о событиях в энергонезависимую память
- Реализация сложных алгоритмов управления и регулирования
- Обеспечение безопасности при возникновении аварийных ситуаций
Область применения
ПЛК используются практически во всех отраслях промышленности для управления разнообразными процессами:
- Производство — управление конвейерами, станками с ЧПУ, промышленными роботами, сборочными линиями
- Энергетика и коммунальное хозяйство — контроль электроснабжения, распределения энергии, мониторинг параметров
- Системы жизнеобеспечения — управление отоплением, вентиляцией, кондиционированием (ОВКВ), водоснабжением и водоотведением
- Нефтегазовая промышленность — контроль давления в трубопроводах, управление насосами
- Транспортные системы — управление лифтами, эскалаторами, автоматическими дорогами
- Пищевая и химическая промышленность — управление технологическими линиями
- Аварийная защита — автоматическое отключение оборудования при критических ситуациях (утечка газа, перегрев)
Конструкция и компоненты ПЛК
ПЛК состоит из двух основных частей: программной и аппаратной.
Аппаратные компоненты типового ПЛК включают:
Процессорный модуль (CPU) — центральное процессорное устройство контроллера, выполняющее программы управления и координирующее взаимодействие всех модулей системы. CPU содержит микропроцессор, память, часы реального времени и сторожевой таймер. Основные характеристики CPU: разрядность (8, 16 или 32 бита), тактовая частота и производительность.
Модули ввода-вывода (I/O-модули) — обеспечивают связь ПЛК с внешними устройствами и разделяются на несколько типов:
- Модули дискретного ввода — получают сигналы «включено/выключено» от датчиков движения, кнопок, концевых выключателей
- Модули дискретного вывода — управляют исполнительными устройствами с двумя состояниями (реле, электромагниты, световые индикаторы)
- Модули аналогового ввода — обрабатывают непрерывные сигналы от датчиков температуры, давления, уровня
- Модули аналогового вывода — управляют аналоговыми устройствами (приводы с переменной скоростью, частотные преобразователи)
Память — предназначена для хранения пользовательских программ, данных и системных параметров. Включает оперативную (RAM) и энергонезависимую память (ROM, флеш-память).
Коммуникационные модули — интерфейсы для связи ПЛК с другими устройствами и системами:
- Серийные интерфейсы: RS-232, RS-485
- Сетевые интерфейсы: Ethernet
- Поддерживаемые промышленные протоколы: Profibus, Profinet, Modbus, OPC, Ethernet/IP
Источник питания — обеспечивает стабильное электропитание всех компонентов ПЛК.
Корпус — защищает внутренние компоненты и обеспечивает удобную установку на монтажной панели или в шкафу управления.
Классификация ПЛК
Моноблочные ПЛК — имеют фиксированное количество входов и выходов, объединённые в одном корпусе, предназначены для относительно простых задач управления с ограниченным числом точек ввода-вывода.
Модульные ПЛК — включают несколько модульных компонентов, позволяя устанавливать необходимые модули ввода-вывода и коммуникации, что обеспечивает гибкость и масштабируемость для сложных систем управления.
Принцип работы
- Сканирование входов — процессор считывает состояния и значения всех входных сигналов с датчиков
- Обработка логики — на основе текущих входных сигналов, сохранённых данных и заложенной программы ЦП выполняет логические и арифметические операции
- Обновление выходов — результаты вычислений преобразуются в сигналы управления, которые передаются на выходные модули
- Коммуникация — ПЛК обменивается данными с внешними системами (SCADA, другими контроллерами, удалёнными устройствами)
Этот цикл повторяется непрерывно в режиме реального времени, характеризуясь временем цикла — временем, необходимым для выполнения одного полного цикла операций.
Программное обеспечение ПЛК
Языки программирования ПЛК стандартизованы согласно IEC 61131-3 и включают:
- Ladder Logic (LD) — графический язык, напоминающий релейные электрические схемы, наиболее популярен в промышленности
- Function Block Diagram (FBD) — графический язык, позволяющий визуально представить логику управления через функциональные блоки
- Structured Text (ST) — текстовый язык, сходный с Pascal, для более сложных алгоритмов
- Instruction List (IL) — низкоуровневый язык команд
- Sequential Function Chart (SFC) — язык для описания последовательных процессов
Преимущества ПЛК
Надежность и устойчивость — ПЛК разработаны для работы в сложных промышленных условиях с вибрацией, перепадами температуры, электромагнитными помехами и влажностью.
Гибкость и масштабируемость — возможность легко модифицировать программы и добавлять новые модули позволяет адаптировать контроллеры под изменяющиеся требования производства.
Автономность и длительная работа — ПЛК способны работать в течение длительного времени практически без вмешательства человека.
Универсальность — поддержка различных коммуникационных протоколов упрощает интеграцию с любыми системами автоматизации.
Экономичность — относительно низкая стоимость при высокой функциональности обеспечивает снижение затрат на производство за счет оптимизации процессов.
Простота программирования и обслуживания — использование специализированных языков программирования и стандартизированных инструментов разработки облегчает создание и поддержку систем управления.
Известные производители
Основные производители ПЛК включают Siemens (серии S7), Mitsubishi Electric, Omron, Allen-Bradley, ABB, а также российские компании ОВЕН, Энергомера и НТК Приборэнерго.