Εγκατάσταση και σύνδεση προγραμματιζόμενων λογικών ελεγκτών (PLC) σε ντουλάπια και πίνακες αυτοματισμού

Ένας προγραμματιζόμενος λογικός ελεγκτής (PLC) είναι ένας ειδικός τύπος υπολογιστή που χρησιμοποιείται για την αυτοματοποίηση τεχνολογικών διαδικασιών και αντικειμένων.

Ο όρος PLC (αγγλική συντομογραφία — (PLC) προγραμματιζόμενος λογικός ελεγκτής) εισήχθη από τον Odo Joseph Struger, μηχανικό στο Allen -Bradley ΗΠΑ το 1971. Διαδραμάτισε επίσης βασικό ρόλο στην ενοποίηση των γλωσσών προγραμματισμού PLC.

Κατά την εφαρμογή ενός αλγορίθμου σε ένα σύστημα ελέγχου, απαιτούνται συνήθως λογικές λειτουργίες και ειδική οργάνωση επικοινωνίας με αισθητήρες, ενεργοποιητές και διεπαφή ανθρώπου-μηχανής.

Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό ενός PLC είναι η λειτουργία του σε πραγματικό χρόνο. Αυτό εξασφαλίζεται με τη χρήση ειδικών μικροεπεξεργαστών που εγγυώνται την ανταπόκριση του συστήματος σε ένα αίτημα εντός συγκεκριμένου χρονικού διαστήματος.

Τα PLC λειτουργούν συνήθως κάτω από αντίξοες εξωτερικές συνθήκες — θερμοκρασία, υγρασία, σκόνη, ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, ακτινοβολία. Ως εκ τούτου, οι συνηθισμένοι οικιακούς υπολογιστές δεν χρησιμοποιήθηκαν ως χειριστήρια.

Στη Ρωσία από το 2007.είναι σε ισχύ ο ειδικός προγραμματιζόμενος ελεγκτής GOST R IEC 61131-1-2016.

Τα PLC βασίζονται σε μικροελεγκτές — εξειδικευμένοι μικροεπεξεργαστές με αρχιτεκτονική ενός τσιπ. Οι μικροελεγκτές μπορούν να λειτουργήσουν χωρίς chipset και μητρική πλακέτα, χωρίς λειτουργικό σύστημα. Αλλά αυτή η λειτουργία χρησιμοποιείται κυρίως σε απλά συστήματα τοπικού αυτοματισμού. Σε πολύπλοκα συστήματα, χρησιμοποιούνται επαρκώς ισχυροί επεξεργαστές υπό τον έλεγχο ειδικών λειτουργικών συστημάτων.

Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το σκοπό, τη συσκευή και τους τύπους PLC, δείτε εδώ: Τι είναι οι προγραμματιζόμενοι λογικοί ελεγκτές

Η ποικιλία των PLC είναι πολύ μεγάλη. Δεν υπάρχει ούτε μία εταιρεία στον τομέα των αυτοματισμών και των ηλεκτρονικών που να μην κατασκευάζει δικά της PLC. Ωστόσο, όλα τα PLC ενώνονται με την κοινή τους αρχιτεκτονική και την τυποποίηση των διεπαφών για τη σύνδεση εξωτερικών συσκευών.

Οι μεγαλύτεροι κατασκευαστές PLC στον κόσμο σήμερα είναι οι Siemens AG, Allen-Bradley, Rockwell Automation, Schneider Electric, Omron, Micubichi, Lovato. Τα PLC παράγονται από πολλούς άλλους κατασκευαστές, συμπεριλαμβανομένων των ρωσικών εταιρειών Kontar LLC, Oven, Kontel LLC, Segnetiks, Fastwel Group, Tecon και άλλων.

Προγραμματιζόμενοι λογικοί ελεγκτές OWEN

Προγραμματιζόμενοι ελεγκτές Siemens από τη σειρά SIMATIC S7

Ένα παράδειγμα της εμφάνισης ενός PLC σε ένα τυπικό μονομπλόκ φαίνεται στο σχήμα. Πρόκειται για PLC από την OWEN (Ρωσία) και PLC από την 9 Siemens (Γερμανία). Υποδοχές σύνδεσης ισχύος, αισθητήρων και ενεργοποιητών βρίσκονται και στις δύο πλευρές του κουτιού.

Προγραμματιζόμενος λογικός ελεγκτής PLC 63 από την OWEN (Ρωσία) και PLC από τη Siemens (Γερμανία)

Υπάρχουν οι εξής τύποι εισόδων-εξόδων: διακριτές, αναλογικές, καθολικές, αποκλειστικές και διεπαφές.

Συνήθως, χρησιμοποιούνται διακριτές είσοδοι για τη σύνδεση αισθητήρων που μπορεί να είναι σε δύο καταστάσεις: "ενεργός - παθητικός" ή "ενεργός - απενεργοποιημένος". Χρησιμοποιώντας διακριτές εισόδους, μπορείτε να συνδέσετε κουμπιά, διακόπτες, τερματικούς διακόπτες, θερμοστάτες και άλλο εξοπλισμό.

Οι διακριτές είσοδοι των ελεγκτών TAs υπολογίζονται συνήθως για να δέχονται τυπικά σήματα με στάθμη +24 V DC. Μια τυπική τιμή ρεύματος για μια μεμονωμένη ψηφιακή είσοδο (σε τάση εισόδου +24 V) είναι περίπου 10 mA.

Οι διακριτές έξοδοι PLC χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία σημάτων εξόδου με ηλεκτρικές παραμέτρους ως διακριτή είσοδο. Χρησιμοποιούνται γενικά για τον έλεγχο της ενεργοποίησης ή απενεργοποίησης των μονάδων δίσκου.

Σύμφωνα με το GOST IEC 61131-2-2012 (Ημερομηνία εισαγωγής 2014-07-01), μια αναλογική είσοδος είναι μια συσκευή που μετατρέπει ένα συνεχές σήμα σε έναν διακριτό δυαδικό αριθμό για λειτουργία σε ένα προγραμματιζόμενο σύστημα ελεγκτή.

Για αναλογικές εισόδους, οι πιο κοινές τυπικές περιοχές τάσης DC είναι –10… + 10 V και 0… + 10 V. Για τις εισόδους ρεύματος, οι περιοχές είναι 0–20 mA και 4–20 mA.

Οι αναλογικές είσοδοι επιτρέπουν τη σύνδεση αναλογικών αισθητήρων στο PLC.

Σύμφωνα με το GOST 61131-2-2012 (Ημερομηνία εισαγωγής 2014-07-01), μια αναλογική έξοδος είναι μια συσκευή που μετατρέπει έναν δυαδικό αριθμό σε αναλογικό σήμα.

Τα PLC μπορούν να εξοπλιστούν με εξειδικευμένες εισόδους/εξόδους που επιτρέπουν τη μέτρηση της διάρκειας, τη στερέωση των άκρων, τη μέτρηση παλμών και τον έλεγχο του κινητήρα.

Ο αριθμός αυτών ή αυτών των εισόδων-εξόδων είναι ο κύριος παράγοντας που καθορίζει τις δυνατότητες του PLC, κατά τη δημιουργία ενός συστήματος αυτοματισμού που βασίζεται σε αυτό.

Έξοδοι PLC και σύνδεση εξωτερικών συσκευών

Σύμφωνα με τη μέθοδο σχεδιασμού και τοποθέτησης, υπάρχουν τέσσερις εκδόσεις του περιβλήματος PLC:

• περίβλημα για τοποθέτηση σε ράγα DIN.
• περίβλημα για τοποθέτηση σε τοίχο.
• έκδοση πάνελ?
• σχεδιασμός ανοιχτού πλαισίου για ενσωματωμένα αρθρωτά συστήματα.

Το περίβλημα στήριξης ράγας DIN έχει σχεδιαστεί για να τοποθετεί το PLC στον πίνακα ελέγχου και διαθέτει ειδική κλειδαριά ελατηρίου για στερέωση σε τυπική ράγα DIN.

Η επιτοίχια θήκη κατασκευάζεται συνήθως σύμφωνα με τα πρότυπα προστασίας από τη σκόνη και την υγρασία και έχει ενσωματωμένες σφραγισμένες στεγανοποιήσεις για τη σύνδεση εξωτερικών ηλεκτρικών καλωδίων, τόσο του ρεύματος όσο και του σήματος.

Η έκδοση πάνελ του PLC χρησιμοποιείται όταν το PLC είναι εγκατεστημένο στην πόρτα εισόδου του ντουλαπιού αυτοματισμού. Τα PLC πάνελ έχουν συνήθως μια οθόνη αφής που δείχνει ένα μνημονικό διάγραμμα μιας αυτοματοποιημένης γραμμής διεργασίας ή ενός τοπικού συστήματος αυτοματισμού και που χρησιμοποιείται για την εισαγωγή παραμέτρων ελέγχου από τον χειριστή.

Ένα PLC ανοιχτού πλαισίου χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενσωματωμένων (εσωτερικών) συστημάτων αυτοματισμού. Στην περίπτωση αυτή, το PLC είναι μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος με ένα σετ συνδετήρων για τη σύνδεση εξωτερικών συσκευών και συνδετήρων για σύνδεση σε άλλες πλακέτες.

Οι σύνδεσμοι μπορούν να κατασκευαστούν με καλώδια συνδεδεμένα στο PLC κάτω από τον βιδωτό σφιγκτήρα ή αποσπώμενα. Τα τελευταία έχουν ένα σαφές πλεονέκτημα στη συντήρηση, για παράδειγμα κατά την αντικατάσταση ενός PLC. Σε αυτή την περίπτωση, είναι αδύνατο να συγχέουμε τη σύνδεση των καλωδίων. Ωστόσο, η χρήση διπλών συνδέσμων αυξάνει το κόστος του PLC, γι' αυτό οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν συχνότερα βιδωτές συνδέσεις καλωδίων σε PLC παρά αποσπώμενα.

Τα monoblock PLC συνήθως έχουν ενσωματωμένες ή απομακρυσμένες οθόνες εγκατεστημένες στους μπροστινούς πίνακες των ντουλαπιών ελέγχου. Μπορούν να είναι γραφικά, συνθετικά ή αισθητηριακά.

Το παρακάτω σχήμα δείχνει ένα PLC με ενσωματωμένη οθόνη LCD και πληκτρολόγιο που χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση των παραμέτρων του αλγορίθμου ελέγχου τοπικά.

Οι επαφές του βύσματος PLC παρέχουν στον χρήστη PLC τη δυνατότητα σύνδεσης διαφόρων τύπων αισθητήρων: αναλογικούς, διακριτούς, καθώς και ενεργοποιητές και συσκευές I/O.

Επιπλέον, τα PLC διαθέτουν ένα σύνολο τυπικών διεπαφών για εργαλεία για την υλοποίηση κατανεμημένων συστημάτων αυτοματισμού χρησιμοποιώντας διαφορετικούς τύπους καναλιών επικοινωνίας: σύρμα, ραδιόφωνο, Διαδίκτυο.

Οι προγραμματιζόμενοι λογικοί ελεγκτές αποτελούν τη βάση για την παραγωγή ντουλαπιών (ή πάνελ) αυτοματισμού για διάφορους σκοπούς.

Η εγκατάσταση στοιχείων αυτοματισμού στον πίνακα του ντουλαπιού πραγματοποιείται σύμφωνα με το σχέδιο ηλεκτρικού κυκλώματος, το οποίο αναπτύσσεται σύμφωνα με τις προδιαγραφές ξεχωριστά για κάθε σύστημα.

Η τεχνολογία εγκατάστασης ντουλαπιού αυτοματισμού παρέχει ξεχωριστή δρομολόγηση των καλωδίων ισχύος και σήματος στα κουτιά διανομής (για παράδειγμα, καλώδια ρεύματος — στα δεξιά κιβώτια και καλώδια σήματος — στα αριστερά κουτιά, σε σχέση με τον πίνακα στήριξης), υποχρεωτική σήμανση των καλωδίων, στο έργο, και πτύχωση των άκρων στα καλώδια με ειδικούς ακροδέκτες.

Τα ντουλάπια αυτοματισμού μπορεί να έχουν ενσωματωμένα κλιματιστικά ή θερμάστρες για να παρέχουν εσωτερικό έλεγχο θερμοκρασίας.

Έπιπλο αυτοματισμού με βάση PLC

Σχεδόν όλα τα σύγχρονα PLC διαθέτουν ενσωματωμένο τροφοδοτικό μεταγωγής που παρέχει τροφοδοσία από εξωτερική πηγή στην περιοχή τάσης AC από 110 έως 265 βολτ (μετατροπέας τάσης AD-DC) ή από τροφοδοτικό συνεχούς ρεύματος (μετατροπέας τάσης DC-DC).

Τα τροφοδοτικά μεταγωγής διαθέτουν μια σειρά από ενσωματωμένες αυτόματες προστασίες: βραχυκύκλωμα, υπερθέρμανση και υπερφόρτωση.

Μια τυπική σύνδεση ρεύματος PLC απαιτεί εκ των προτέρων ένα φίλτρο καταστολής υπερτάσεων. Η επιλογή των παλμικών τροφοδοτικών γίνεται σύμφωνα με την τιμή της απαιτούμενης κατανάλωσης ενέργειας και τις απαιτούμενες τιμές εξόδου των ονομαστικών δυνάμεων.

Εάν η κύρια πηγή τάσης εισόδου είναι απενεργοποιημένη λόγω ατυχήματος ή δυσλειτουργίας, τότε η λειτουργία ή η σωστή απενεργοποίηση της συσκευής ή του συστήματος μπορεί να διασφαλιστεί με αδιάλειπτη παροχή ρεύματος.

Ο βαθμός προστασίας του PLC είναι κρυπτογραφημένος με σήμα IP (Ingress Protection Rating). Το IP κυριολεκτικά μεταφράζεται ως βαθμός προστασίας εισόδου. Επί του παρόντος, αυτό είναι το πιο κοινό σύστημα ονομασίας για την προστασία του εξοπλισμού από τις επιπτώσεις του εξωτερικού περιβάλλοντος. Χρησιμοποιείται για την ένδειξη προστασίας από τη διείσδυση διαφόρων φυσικών σωματιδίων στον εξοπλισμό από γεωμετρικές διαστάσεις, συμπεριλαμβανομένης της σκόνης και του νερού.

Βαθμός προστασίας IP — αποκωδικοποίηση, παραδείγματα εξοπλισμού

Τα περιβλήματα PLC, καθώς και τα ντουλάπια ή τα πάνελ στα οποία είναι εγκατεστημένα, ενδέχεται να έχουν κάποιο βαθμό προστασίας.

Η εγκατάσταση και η σύνδεση συγκεκριμένων προγραμματιζόμενων λογικών ελεγκτών (PLC) σε ερμάρια και πίνακες αυτοματισμού πρέπει να γίνεται σύμφωνα με τις οδηγίες των κατασκευαστών.

Εικόνες από πάνελ αυτοματισμού με προγραμματιζόμενους λογικούς ελεγκτές: