Монтаж и подключение программируемых логических контроллеров (ПЛК) в шкафах и щитах автоматики
Программируемый логический контроллер (ПЛК) — это специальная разновидность компьютеров, применяемых для автоматизации технологических процессов и объектов.
Термин ПЛК (английское сокращение – (PLC) programmable logic controller) ввел Одо Жозеф Стругер инженер фирмы Allen-Bradley США в 1971 году. Он также сыграл ключевую роль в унификации языков программирования ПЛК.
При реализации алгоритма системы управления в основном требуются логические операции и особенная организация связи с датчиками, исполнительными устройствами и человеко-машинным интерфейсом.
Важной особенностью ПЛК является работа в режиме реального времени. Это обеспечивается применением специальных микропроцессоров, которые обеспечивают отклик системы на запрос за заданный интервал времени.
ПЛК обычно работают в неблагоприятных внешних условиях — температурных, влажностных, пылевых, электромагнитных, радиационных. Поэтому обычные бытовые компьютеры в качестве элементов управления не применяются.
В России действует с 2007 года специальный ГОСТ Р МЭК 61131-1-2016 контроллеры программируемые.
Основой ПЛК являются микроконтроллеры — специализированные микропроцессоры однокристальной архитектуры. Микроконтроллеры могут работать без чипсета и материнской платы, без операционной системы. Но этот режим применяется в основном в простых локальных системах автоматики. В сложных системах задействуются достаточно производительные процессоры под управлением специальных операционных систем.
Подробнее про назначение, устройство и виды ПЛК смотрите здесь: Что такое программируе логические контроллеры
Разнообразие ПЛК весьма велико. Нет ни одной фирмы в области автоматики и электроники, которая не выпускала бы собственные ПЛК. Тем не менее, все ПЛК объединяет их общая архитектура и стандартизация интерфейсов для подключения внешних устройств.
Крупнейшими мировыми производителями ПЛК сегодня являются компании Siemens AG, Allen-Bradley, Rockwell Automation, Schneider Electric, Omron, Micubichi, Lovato. ПЛК выпускают и многие другие производители, включая российские компании ООО КОНТАР, Овен, ООО Контэл, Сегнетикс, Fastwel Групп, Текон и другие.
Пример внешнего вида ПЛК в стандартном моноблочном корпусе, показан на рисунке. Это ПЛК фирмы ОВЕН (Россия) и ПЛК фирмы 9 Сименс (Германия). Разъемы для подключения питания, датчиков и исполнительных устройств расположены с двух сторон корпуса.
Программируемый логический контроллер ПЛК 63 фирмы ОВЕН (Россия) и ПЛК фирмы Сименс (Германия)
Существует следующие виды входов-выходов: дискретные, аналоговые, универсальные, специальные и интерфейсные.
Обычно дискретные входы используются для подключения датчиков, которые могут находится в двух состояниях: «активен – пассивен» или «включен — выключен». С помощью дискретных входов можно подключить кнопки, тумблеры, концевые выключатели, термостаты и прочее оборудование.
Дискретные входы контроллеров обычно рассчи т аны на прием стандартных сигналов с уровнем +24 В постоянного тока. Типовое значение тока одного дискретного входа (при входном напряжении +24 В) составляет около 10 мА.
Дискретные выходы ПЛК используются для создания выходных сигналов с электрическими параметрами, как у дискретного входа. Обычно они применяются для управления включением или выключением исполнительных устройств.
Согласно ГОСТ IEC 61131-2-2012 (Дата введения 2014-07-01), аналоговый вход — это устройство, преобразующее непрерывный сигнал в дискретное двоичное число для работы в системе программируемых контроллеров.
Для аналоговых входов самыми распространенными являются стандартные диапазоны постоянного напряжения: –10…+10 В и 0…+10 В. Для токовых входов диапазоны составляют 0–20 мА и 4–20 мА.
Аналоговые входы позволяют подключать к ПЛК аналоговые датчики.
В соответствии с ГОСТ 61131–2-2012 (Дата введения 2014-07-01) аналоговый выход — это устройство, которое преобразует двоичное число в аналоговый сигнал.
ПЛК могут быть оснащены специализированными входами-выходами, позволяющие измерять длительность, фиксировать фронты, подсчитывать импульсы, управлять двигателями.
Количество тех или других входов-выходов является основным фактором, определяющим возможности ПЛК, при создании на его базе системы автоматики.
Выводы ПЛК и подключение внешних устройств
По конструктивному исполнению и способу крепления выделяют четыре исполнения корпуса ПЛК:
- корпус для установки на монтажную дин-рейку;
- корпус для крепления на стену;
- панельное исполнение;
- бескорпусное исполнение для встраиваемых модульных систем.
Корпус для установки на монтажную дин-рейку предназначен для установки ПЛК на панель шкафа автоматики и имеет специальную пружинную защелку для фиксации на стандартной дин-рейке.
Корпус для крепления на стену обычно выполняется по стандартам пылевой и влагозащиты и имеет встроенные герметичные вводы для подключения внешней электрической проводки, как силовой, так и сигнальной.
Панельное исполнение ПЛК применяется в случае установки ПЛК в переднюю дверь шкафа автоматики. Обычно панельные ПЛК имеют сенсорный дисплей, на котором отображается мнемосхема автоматизированной технологической линии или локальной системы автоматики и который используется для ввода параметров регулирования оператором.
Бескорпусное исполнение ПЛК применяется при создании встраиваемых (бортовых) систем автоматики. В этом случае ПЛК представляет из себя печатную плату с набором разъемов для подключения внешних устройств и крепежных элементов для соединения с другими платами.
Разъемы могут выполняться с подключением проводов к ПЛК под винтовой зажим или разъемными. Последние имеют очевидное преимущество при обслуживании, например, при замене ПЛК. При этом невозможно перепутать подключение проводов. Однако применение двойных разъемов увеличивает стоимость ПЛК, поэтому производители чаще применяют в ПЛК не разъемные, а винтовые соединения проводов.
Обычно моноблочные ПЛК имеют встроенные или выносные дисплеи, устанавливаемые в передние панели шкафов управления. Они могут быть графическими, знакосинтезирующими или сенсорными.
На рисунке ниже показан ПЛК со встроенным жидко кристаллическим дисплеем и клавиатурой, которая используются для локальной настройки параметров алгоритма управления.
Контакты разъемов ПЛК предоставляют пользователю ПЛК возможности для подключения датчиков различного типа: аналоговых, дискретных, а также исполнительных устройств и устройств ввода-вывода.
Кроме этого ПЛК обладают набором стандартных приборных интерфейсов для реализации распределенных систем автоматики с использованием различных видов каналов связи: проводных, радиосвязи, интернета.
Программируемые логические контроллеры являются основой для изготовления шкафов (или щитов) автоматики различного назначения.
Монтаж элементов автоматики на панели шкафа производится по проекту принципиальной электрической схемы, который разрабатывается согласно технического задания отдельно для каждой системы.
Технология монтажа шкафа автоматики предусматривает раздельное проведение в распределительных коробах силовых и сигнальных проводов (например, силовые — в правых коробах, а сигнальные — в левых коробах, относительно монтажной панели), обязательную маркировку проводов, согласно проекта, и опрессовку окончаний проводов специальными наконечниками.
Шкафы автоматики могут иметь встроенные кондиционеры или подогреватели для обеспечения внутреннего термостатирования.
Внешний вид шкафа автоматики на основе ПЛК
Практически все современные ПЛК имеют встроенный импульсный источник питания, обеспечивающий питание от внешнего источника в диапазоне переменного напряжения от 110 до 265 вольт (преобразователь напряжения AD-DC) или от источника питания постоянного тока (преобразователь напряжения DC-DC).
Импульсные источники питания обладают целым рядом встроенных автоматических защит: от короткого замыкания, от перегрева и от перегрузки.
Обычная схема подключения ПЛК к питанию требует установки предварительного фильтра от импульсных помех. Подбор импульсных источников питания производят по значению необходимой потребляемой мощности и требуемым выходным значениям номиналов питания.
Если источник основного входного напряжения, отключается по причине аварии или неисправности, то работу или корректное завершение работы устройства или системы может обеспечить источник бесперебойного питания.
Степень защиты ПЛК зашифрована маркировкой IP (Ingress Protection Rating). IP дословно переводится как степени защиты от проникновения. В настоящее время это наиболее распространенная система обозначения защиты оборудования от воздействий внешней среды. Используется для обозначения защиты от попадания внутрь оборудования различных физических частиц по геометрическим размерам, в том числе пыли и воды.
Степенями защиты могут обладать корпуса ПЛК и также шкафы или щиты, в которых они устанавливаются.
Монтаж и подключение конкретных программируемых логических контроллеров (ПЛК) в шкафах и щитах автоматики должен производится согласно инструкций предприятий-изготовителей.
Фотографии щитов автоматики с программируемыми логическими контроллерами:
Источник
Программируемые интеллектуальные реле
Программируемые интеллектуальные реле являются одной из разновидностей ПЛК (программируемые логические контроллеры). Применение интеллектуальных реле позволяет значительно упростить схемы управления электрооборудованием, повысить их надежность.
Задание программы для интеллектуальных реле производится при помощи кнопок на лицевой панели и небольшого, как правило, в одну – две строки LCD индикатора. Хотя существуют и более сложные конструкции, и в этих случаях программы приходится писать на персональном компьютере, с использованием специализированных языков программирования релейной логики LD, FBD и некоторых других.
Для загрузки (прошивки) готовых программ в память микроконтроллера используются интерфейсы типа RS-232, RS-485 или Industrial Ethernet, позволяющие также осуществлять связь с АСУ верхнего уровня. Некоторые модели программируемых интеллектуальных реле позволяют наращивать возможности коммуникации при помощи специальных модулей расширения.
Отличие интеллектуальных реле от полноценных ПЛК в том, что они обладают малым объемом оперативной и программной памяти , а это приводит к невозможности хоть сколько-нибудь сложных математических вычислений. Кроме того количество каналов ввода – вывода как цифровых, так и аналоговых у интеллектуальных реле также невелико , поэтому область их применения достаточно ограничена. Прежде всего, это автоматизация отдельных агрегатов, управление системами освещения, некоторыми устройствами в системе ЖКХ, локальные контуры различных систем автоматизации, бытовая техника.
Особенностью таких устройств является их локальное применение для небольших систем, а так же программа для них в основном создается на языке функциональных блоковых диаграмм (FBD) или на языке релейной логики (LD). Эти языки соответствуют международному стандарту МЭК 61131-3. Программное обеспечение таких реле имеет удобный и дружелюбный интерфейс и позволяет разработать программы в короткий срок, проверить синтаксис и верность созданной программы, а так же имеет возможность провести отладку программы в реальном времени, которая ясно дает представление о том, как будет вести себя контроллер в той или иной ситуации. 
Конструкция программируемых интеллектуальных реле чаще всего моноблочная, — в одном небольшом корпусе содержатся все узлы. Это, как правило, блок питания небольшой мощности, микроконтроллер, каналы ввода и вывода информации, клеммы для подключения исполнительных устройств. Корпуса таких устройств невелики и позволяют установку в электрических шкафах на DIN – рейку, что соответствует современным стандартам. Впрочем, блок питания может быть и отдельным устройством.
Программируемые интеллектуальные реле зарубежного производства
Программируемые реле сейчас выпускаются многими фирмами, большей частью зарубежными. В качестве примера можно вспомнить фирму Schneider Electric , которая была основана в 1936 году во Франции. Ее штаб-квартира находится в городе Rueil-Malmaison Cedex. Свои изделия фирма выпускает под торговыми марками Telemecanique, Merlin Gerin, Modicon.
Продукция фирмы Schneider Electric весьма разнообразна: от обычных автоматических выключателей, до таких сложных устройств как частотные преобразователи, устройства сигнализации и управления, устройства плавного пуска, реле контроля, датчики и программируемые реле и контроллеры. В качестве примера интеллектуального реле рассмотрим программируемые реле Zelio Logic .
Программируемые реле Zelio Logic фирмы Schneider Electric позволяют реализовать небольшие системы управления, количество вводов/выводов которых находится в пределах 10…40 каналов. В корпусе размерами 124,6*90*59 мм удается разместить до 26 каналов ввода/вывода. При этом напряжение питания устройства находится в очень широких пределах: 24VAC, 100. 240VAC, 12VDC, 24VDC, что позволяет легко встраивать реле в любые конструктивы.
Например, реле серии SR2B201FU имеет 12 дискретных входов и 8 релейных выходов, рассчитан на напряжение питания переменного тока 100 – 240В и имеет в своём составе часы, дисплей и набор кнопок. Внешний вид интеллектуального реле в моноблочном исполнении показан на рисунке.
Для программирования реле Zelio Logic возможно применение двух специализированных языков FBD или LADDER. Устройство выпускается как в моноблочном исполнении, так и в модульном. Последний вариант позволяет объединение модулей для расширения системы в целом.
Область применения реле Zelio Logic достаточно широка и предусматривает управление компрессорами или насосами, подсчет готовых изделий или комплектующих на автоматических линиях, управление эскалаторами, освещением и электронными табло. Возможно применение в системах охраны в качестве устройств контроля доступа.
Кроме упомянутой Schneider Electric производством программируемых реле занимается еще целый ряд зарубежных фирм: OMRON, Control Techniques, SIEMENS, Mitsubishi Electric, Danfoss, ABB, Moeller, Braun, Allen Bradley, Autonics, Array Electronic, Eaton.
Самые популярные программируемые интеллектуальные реле: Siemens LOGO!, Omron ZEN, Schneider Electric Zelo Logic, Easy Moeller, Mitsubishi Alpha XL, Delta Electronics DVP-PM, Eaton e asy500, e asy 8 00, xLogic ELC, Owen Logo, Oni Logo, PRO-Relay, ОВЕН ПР110, ОВЕН ПР200.
Программируемые логические контроллеры тайваньской компании Array Electronic серии FAB
Для промышленного и бытового применения компанией выпускаются интеллектуальные реле второго поколения серии FAB. Эти устройства достаточно просты в эксплуатации и легко поддаются изучению и программированию. Для программирования реле FAB используется язык программирования FDB, предназначенный, в основном, для инженеров, занимающихся автоматизацией. С его помощью можно создать достаточно сложную систему, при этом эффективную и экономичную.
Язык программирования FDB представляет язык блоков, которые в процессе ввода программы показываются на дисплее. Функциональные блоки просто выстраиваются и объединяются в определенной последовательности, как последовательно, так и параллельно, что позволяет наглядно создавать достаточно сложные алгоритмы. При этом не требуется знания каких-либо языков программирования. Для того, кто когда-то занимался обслуживанием цифровой техники, например, станков с ЧПУ, этот язык не вызовет затруднений.
Всего в языке имеется 20 блоков, выполняющих различные функции. Прежде всего, это логические операции, внешне напоминающие картинки из справочника по цифровым микросхемам. На рисунке показан фрагмент из двух блоков.
Кроме логических операций в наборе блоков имеются также счетчики, таймеры, задержки времени, метки времени включения и выключения, и другие.
Среда программирования поставляется совместно с устройствами, а также доступна для скачивания с сайта производителя. Интеллектуальные реле серии FAB заменяют собой большое количество коммутационных устройств: реле, тахометры, счетчики, таймеры и т.п. при этом по достаточно низкой цене. Одно программируемое интеллектуальное реле позволяет заменить целый шкаф, собранный на обычных электромеханических реле. При этом надежность схемы в целом возрастает, количество дискретных элементов уменьшается, снижаются габариты, уменьшается энергопотребление.
Области применения интеллектуальных реле FAB достаточно широки. Это системы умного дома; автоматическое открывание дверей, шлагбаумов и ворот; управление освещением как внутренним, так и наружным; управление вентиляцией и регулирование температуры на предприятиях и в жилых помещениях, в оранжереях и теплицах. А также управление системами водоснабжения, управление производственными линиями и отдельными станками, применение в системах охранной сигнализации, в аварийных системах оповещения и многое другое.
Краткие технические характеристики интеллектуальных реле FAB
Реле оснащено LCD дисплеем имеющем 4 строки по 10 символов, имеется встроенный календарь и часы реального времени. Возможно дистанционное управление по телефонным линиям, и возможность передачи голосовых сообщений. В комплекте поставки идет бесплатная простая программа SCADA позволяющая осуществлять связь с ПК на достаточно большое расстояние, что дает возможность дистанционного мониторинга и настройки. В случае использования интерфейса RS – 485 к одному ПК могут быть подключены 255 реле FAB. Такое подключение позволяет создавать более функциональные системы, чем при использовании одиночных FAB реле.
Выходы устройства имеют высокую нагрузочную способность: релейные – 10А, транзисторные выходы – 2А.
Хотя память программы невелика – всего 64К, программа может содержать 127 функциональных блоков, 127 счетчиков, 127 интервалов RTC (реального времени), 127 таймеров, что позволяет создавать достаточно сложные функциональные программы. Ввод программы осуществляется либо с помощью кнопок и LCD–дисплея, либо с использованием ПК. Для защиты программы от несанкционированного доступа возможна защита паролем.
Отечественные программируемые реле
В России выпуском программируемых реле занимаются воронежская фирма «Овен» и нижегородская «КонтрАвт». Фирма «Овен» выпускает свои реле под названием Овен ПЛК ***.
Воронежским ЗАО «Экоресурс» выпускается серия контроллеров «Базис», включающая в себя несколько модификаций прибора. В журналах «Автоматизация в промышленности», «Приборостроение и средства автоматизации» и «Промышленные АСУ и контроллеры» содержится целый цикл статей по применению контроллеров серии «Базис».
Некоторые фирмы занимаются распространением и продажей в России импортных брендов. Например, фирма Интехникс, торговый партнер английской компании Invertek Drives, занимающейся производством столь популярных в последнее время частотно-регулируемых приводов, поставляет в Россию и программируемые интеллектуальные реле, столь необходимые для создания систем автоматизации.
Управление эскалатором. Обеспечение непрерывной работы только в будние дни с 8:00 до 18:00. · С 18:00 до 20:00 включение эскалатора только при появлении человека.
Управление вентиляцией. Включение вентиляции каждые 30 минут на 10 минут. Включение вентиляции на 10 минут при превышении заданного уровня СО2.
Управление автоматическим вводом резерва. Автоматический ввод резерва при 2-х и более вводах. Секционирование. Включение/отключение потребителей. Включение/отключение ДГУ и других источников.
Пример разработки программы для реле
Пусть необходимо разработать программу управления смесителя для программируемого интеллектуального реле ZelioLogic на языке FBD, задача звучит следующим образом.
В вертикальную емкость высотой 7м подается жидкость №1 до достижения уровня в 2,8м. После чего подача первой жидкости прекращается и подается жидкость №2 до достижения общего уровня в 4,2м. После чего подача второй жидкости прекращается и включается двигатель перемешивающего устройства, который работает в течение 30 минут. По истечению времени двигатель отключается и открывается кран слива суспензии.
Для решения задачи необходимо в первую очередь преобразовать значения уровня в данные понятные для контроллера, т.е. значению уровня в 2,8 м, исходя из разрядности встроенного АЦП, будет соответствовать значение на входе контроллера равное 102, а уровню в 4,2 м значение 153.
Так же, исходя из условий задачи, выходы контроллера должны взаимодействовать с тремя запорными клапанами – подача жидкости №1, подача жидкости №2, слив суспензии и с одним двигателем для мешалки. В решении данной задачи целесообразно на вход контроллера подключить кнопку, которая обеспечит запуск всей системы.
Разработка программы производится с применением компьютера, на котором установлено программное обеспечение ZelioSoft 2.
Графический язык программирования контроллеров FBD использует различные функциональные блоки. Каждый блок представляет собой часть законченной программы, обеспечивающая конкретную функциональную связь между входными и выходными переменными.
Соединение блоков приводит к объединению отдельных модулей в единую управляющую программу, которая в соответствии со значениями входных переменных датчиков, подключенных к входам программируемого реле, формирует управляющие сигналы для исполнительных механизмов, подключенных к выходам.
Таким образом, процесс программирования сводится к выбору различных функциональных блоков, размещению их в окне редактирования и соединению в определенной последовательности, обеспечивающей решение конкретной задачи автоматизированного управления процессом или объектом.
Для решения поставленной задачи выбраны и соединены необходимые блоки и установлены их параметры, обеспечивающие заданную логику работы.
Графическое представление программы в среде ZelioSoft2 с помощью FBD, выполняющей решение данной задачи приведено на рисунке. 
Решенная задача на языке FBD
Проверка правильности настройки отдельных блоков и их соединений производится в режиме симуляции. Убедившись в правильности работы программы, её переносят с инструментального компьютера в память программируемого реле.
Интеллектуальны программируемые реле, несмотря на свои недостатки, могут выполнять ряд задач в производственных и непроизводственных сферах, в которых нет необходимости использовать программируемые логические контроллеры (ПЛК).
Также они значительно дешевле ПЛК, что позволяет сэкономить в процессе модернизации, либо автоматизации ручного или автоматического процесса. Для того чтобы запрограммировать интеллектуальное программируемое реле, пользователю не обязательно обладать навыками программирования, можно использовать набор типовым программ. Интеллектуальные реле просты в программировании.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Источник