В современном обществе мы полагаемся на автоматизированное оборудование для выполнения множества критически важных промышленных процессов, начиная от производства электроэнергии и заканчивая ткачеством. Технологии автоматизации позволили нам достичь новых высот в производстве и инновациях. Однако нынешний уровень автоматизации был бы невозможен без ключевого изобретения — программируемого логического контроллера (ПЛК).
Что такое программируемый логический контроллер и как эти контроллеры помогают нам управлять многочисленными процессами, необходимыми в современном мире? Каковы преимущества и недостатки ПЛК? Если вас интересуют эти вопросы, этот выпуск нашего блога TechTalk для вас.
Наше руководство для начинающих по ПЛК познакомит вас с основами программируемых логических контроллеров, расскажет, почему эти контроллеры так важны, и даст краткое введение в их работу. Мы также обсудим лучшие электрические корпуса Polycase для ПЛК, которые защитят ваши самые важные системы управления.
Что такое программируемый логический контроллер?
Программируемый логический контроллер — это тип миниатюрного компьютера, который может получать данные через свои входы и отправлять управляющие инструкции через выходы. Основная задача ПЛК заключается в управлении функциями системы с помощью запрограммированной в него внутренней логики. Компании по всему миру используют ПЛК для автоматизации своих важнейших процессов.
ПЛК принимает входные данные либо с автоматизированных точек сбора данных, либо с человеческих точек ввода, таких как переключатели или кнопки. На основе своей программы ПЛК затем решает, изменять ли выход. Выходы ПЛК могут управлять самым разнообразным оборудованием, включая двигатели, электромагнитные клапаны, освещение, распределительные устройства, защитные отключения и многое другое.
Физическое расположение ПЛК может значительно варьироваться от одной системы к другой. Однако обычно ПЛК располагаются в непосредственной близости от систем, которыми они управляют, и обычно защищены электрическим корпусом для поверхностного монтажа. Если вас интересуют электрические распределительные коробки, которые помогают защитить ПЛК, переходите сразу к концу статьи.
ПЛК в значительной степени заменили ручные релейные системы управления, которые были распространены на старых промышленных предприятиях. Релейные системы сложны и подвержены сбоям, и в 1960-х годах изобретатель Ричард Морли представил первые ПЛК в качестве альтернативы. Производители быстро осознали потенциал ПЛК и начали интегрировать их в свои рабочие процессы.
Сегодня ПЛК по-прежнему являются фундаментальным элементом многих промышленных систем управления. Фактически, они остаются наиболее используемой технологией промышленного управления во всем мире. Умение работать с ПЛК — обязательный навык для многих профессий, от инженеров, проектирующих систему, до электротехников, обслуживающих её.

Преимущества использования ПЛК
Программируемые логические контроллеры (ПЛК) уже на протяжении многих десятилетий являются стандартным элементом в конструкции промышленного оборудования. Какие же преимущества предлагают ПЛК, что делает их столь популярным выбором?
- Интуитивно понятное программирование: ПЛК довольно просты в программировании по сравнению с другими промышленными системами управления. Это делает их отличным выбором для компаний, стремящихся минимизировать сложность и затраты.
- Зрелая технология: ПЛК прошли годы тестирования и анализа, что подтверждает их надежность. Легко найти обширные исследования о различных типах ПЛК и подробные руководства по их программированию и интеграции.
- Разнообразие ценовых категорий: ПЛК доступны в широком диапазоне цен, включая множество доступных базовых моделей, которые часто используют малые предприятия и стартапы.
- Универсальность: ПЛК чрезвычайно универсальны, и большинство моделей подходят для управления самыми разнообразными процессами и системами.
- Надежность: ПЛК являются полностью твердотельными устройствами, что означает отсутствие движущихся частей. Это делает их исключительно надежными и способными работать в сложных условиях многих промышленных объектов.
- Простота в обслуживании: ПЛК имеют относительно небольшое количество компонентов, что упрощает их диагностику и помогает сократить время простоя на техническое обслуживание.
- Энергоэффективность: ПЛК экономичны и потребляют мало электроэнергии, что способствует сохранению энергии и может упростить вопросы электропроводки.
Недостатки использования ПЛК
Ни одна технология не идеальна для всех сценариев, и существуют некоторые области применения, где ПЛК не являются наилучшим выбором. Рассмотрим некоторые из наиболее значительных потенциальных недостатков использования ПЛК.
- Обработка сложных данных: ПЛК менее способны обрабатывать чрезвычайно сложные данные или большое количество процессов, связанных с аналоговыми, а не дискретными входами. По мере того как производственные объекты становятся более интегрированными, многие из них могут переходить на распределенные системы управления или другие альтернативные методы промышленного контроля.
- Проприетарное программное обеспечение: ПЛК различных производителей часто используют проприетарное программное обеспечение, что делает их интерфейсы программирования менее совместимыми, несмотря на общие стандарты языков программирования.
- Уязвимость к электромагнитным помехам: Как и многие другие типы электронного оборудования, ПЛК уязвимы к электромагнитным помехам (ЭМП). Они также могут сталкиваться с другими распространенными неисправностями электроники, такими как повреждение памяти и сбои в коммуникации.
Как работает программируемый логический контроллер
Давайте рассмотрим, что происходит внутри программируемого логического контроллера (ПЛК). Важно помнить, что ПЛК представляет собой систему ввода-вывода, то есть каждый блок принимает входные данные и управляет выходными устройствами. Между входами и выходами находится третий элемент системы: логическое программирование, которое выполняется в центральном процессоре (ЦП) и управляет связью между входами и выходами.
Как работает каждый элемент:
- Мониторинг входов: ПЛК отслеживает соответствующие входные данные и передает их в центральный процессор. Некоторые ПЛК используют только дискретные входы (вкл./выкл.), но модели с аналоговыми возможностями могут принимать аналоговые входы для непрерывных переменных. Входы могут поступать от IoT-устройств, роботов, датчиков безопасности, человеко-машинных интерфейсов и других точек ввода данных.
- Логическое программирование: Каждый ПЛК оснащен микропроцессором, будь то 16-битный или 32-битный ЦП. Инженеры и техники программируют ЦП ПЛК для распознавания определенных условий и значений, а также для изменения выходов на основе запрограммированных правил. Центральный процессор постоянно проверяет состояние переменных и принимает решения на основе заданных условий, что позволяет создавать разнообразные конструкции и функции.
- Управление выходами: На основе запрограммированной логики ПЛК управляет различными переключателями, пускателями двигателей, реле и другими устройствами, подключенными к его выходам. Это позволяет ПЛК контролировать механические процессы, такие как работа машин. Инженеры могут также связывать различные части системы, программируя ПЛК для передачи выходных сигналов другому ПЛК в цепочке.
В компактных блоках ПЛК центральный процессор, входы и выходы обычно размещаются в одном устройстве. В модульных системах ПЛК, устанавливаемых в стойки, которые используются на многих промышленных объектах, входы и выходы ПЛК располагаются в одном модуле ввода-вывода, в то время как логические операции выполняются в отдельном модуле ЦП. Модули ввода-вывода могут находиться как рядом с ЦП, так и на значительном расстоянии, иногда даже в разных зданиях.

Выбор ПЛК
При выборе модели ПЛК для вашего приложения следует учитывать множество факторов:
- Электрические характеристики: ПЛК имеют различные требования к напряжению питания, поэтому убедитесь, что выбранная модель совместима с вашей электрической системой.
- Скорость обработки: Проверьте скорость процессора выбранной модели ПЛК, чтобы убедиться, что она соответствует требованиям вашего приложения.
- Совместимость: Убедитесь, что ваша модель ПЛК совместима с новым или существующим системным оборудованием, будь то блоки питания или DIN-рейки.
- Температурная устойчивость: Большинство ПЛК рассчитаны на безопасную работу в диапазоне от 0 до 60°C. Однако существуют специализированные модели, способные работать при экстремальных температурах, что важно для предприятий с необычными условиями производства.
- Память: ПЛК нуждается в достаточном объеме ROM и RAM для выполнения автоматизируемых процессов. Контроллер использует ROM для хранения операционной системы и инструкций, а RAM — для выполнения функций.
- Возможности подключения: Убедитесь, что ваш ПЛК имеет достаточное количество входных и выходных портов и может подключаться к необходимым периферийным устройствам.
- Аналоговые входы/выходы: Хотя ПЛК в основном используются для дискретных функций, некоторые модели имеют аналоговые входы и выходы, которые могут управлять процессами с непрерывными переменными.
Программирование ПЛК
Большинство программируемых логических контроллеров (ПЛК) можно программировать с использованием стандартного компьютера и программного обеспечения для программирования ПЛК. Стандарт IEC 61131-3 Международного электротехнического кодекса определяет пять языков для программирования ПЛК. Три из них используют графические интерфейсы для программирования, а два других — текстовые интерфейсы.
Основные языки программирования ПЛК
- Релейная логика (Ladder Logic):
- Традиционно является наиболее часто используемым языком программирования для ПЛК.
- Один из самых интуитивно понятных языков, так как он использует графический интерфейс, напоминающий электрические схемы, даже с использованием тех же символов для контактов и реле.
- Релейная логика использует последовательность “ступеней” для представления каналов ввода-вывода контроллера, каждая из которых может быть запрограммирована с условиями и правилами.
- Структурированный текст (Structured Text, ST):
- Позволяет программистам быстро создавать сложные и масштабируемые программы с использованием текстовых команд.
- Подходит для выполнения наиболее сложных задач.
- Последовательная функциональная схема (Sequential Function Chart, SFC):
- Позволяет программистам соединять множественные системы и подпрограммы, написанные на других языках программирования.
- Особенно полезна для управления сложными процессами и задачами.
Особенности программирования
Как уже упоминалось ранее, ПЛК часто используют проприетарное программное обеспечение. Хотя новое приложение для программирования ПЛК может показаться незнакомым, важно помнить, что все они работают на основе базовых принципов стандарта IEC 61131-3. Это обеспечивает совместимость и возможность перехода между различными системами и языками программирования.
Рекомендации по выбору языка программирования
Выбор языка программирования зависит от специфики задачи и опыта программиста. Релейная логика отлично подходит для начинающих благодаря своей наглядности, тогда как структурированный текст и последовательные функциональные схемы предоставляют более мощные инструменты для сложных проектов.
Программирование ПЛК — это гибкий процесс, который позволяет использовать различные инструменты и методы для достижения оптимальных результатов в зависимости от требований вашего приложения.
Корпуса для защиты ваших ПЛК
Мы уже говорили о том, насколько надёжны ПЛК, но это не значит, что они не нуждаются в защите. Напротив, на загруженном промышленном предприятии существует множество опасностей для критически важного оборудования, такого как ПЛК. Руководителям необходимо убедиться, что на их объектах используются соответствующие электрические корпуса для защиты систем управления.
Основные характеристики, на которые обращают внимание при выборе корпуса для ПЛК:
- Возможность добавления DIN-рельсов и монтажных панелей внутри корпуса для удобства монтажа ПЛК.
- Корпуса с рейтингом NEMA или IP для защиты от типичных опасностей на промышленном предприятии.
- Прочная конструкция из таких материалов, как поликарбонат, ABS, сталь или алюминий.
- Защита от электромагнитных и радиочастотных помех (EMI и RFI).
- Монтажные фланцы, если корпус предназначен для поверхностного монтажа.
- Сертификация UL, подтверждающая строгое соответствие всем рейтингам IP и NEMA.