Когато проектирате система с програмируем логически контролер (PLC), първата стъпка е да се определи стратегията за управление; следващата стъпка включва инженерния избор на специфичния PLC хардуер. Характеристиките на потока на процеса и специфичните изисквания на приложението служат като основна основа за този процес на подбор. PLC и свързаното с него оборудване трябва да бъдат интегрирани и стандартизирани, избрани според принципите на безпроблемна интеграция в цялостната промишлена система за управление и лекота на функционално разширяване. Избраната PLC система трябва да бъде зряло и надеждно решение с доказан опит в успешната работа в съответния индустриален сектор. Освен това хардуерната конфигурация на системата, софтуерните възможности и функционалните характеристики трябва да бъдат подходящо съобразени с мащаба на съоръжението и специфичните изисквания за контрол. Познаването на PLC, функционални диаграми и съответните езици за програмиране помага значително да се намали времето за програмиране. Следователно, по време на фазите на инженерния подбор и оценка е важно да се извърши подробен анализ на характеристиките на процеса и изискванията за контрол; това включва ясно дефиниране на контролните задачи и обхват и идентифициране на необходимите операции и действия. Впоследствие-въз основа на тези изисквания за контрол-може да се оцени необходимия брой входно/изходни (I/O) точки и капацитет на паметта и да се определят необходимите PLC функции и спецификации на външни устройства. И накрая, целта е да се избере PLC, който предлага превъзходно съотношение цена-производителност и да се проектира съответната система за управление.
I/O точка оценка
Когато се оценява броят на I/O точките, е изключително важно да се включи подходящ марж. Обикновено приблизителният брой I/O се извлича чрез вземане на статистически изчисления брой необходими точки и добавяне на марж за разширяване от 10% до 20%. Когато правите действителната поръчка, може да се наложи да закръглите очаквания I/O брой, за да се приведе в съответствие със специфичните продуктови спецификации и конфигурации на модули, предлагани от производителя на PLC.
Капацитет на паметта
„Капацитетът на паметта“ се отнася до общия размер на хардуерните единици за съхранение, предоставени от самия PLC, докато „капацитетът на програмата“ се отнася до конкретната част от тази памет, използвана от приложната програма на потребителя. Следователно, капацитетът на програмата винаги е по-малък или равен на общия капацитет на паметта. По време на фазата на проектиране, тъй като приложната програма на потребителя все още не е написана, точният капацитет на програмата остава неизвестен и може да бъде определен само след като програмата е напълно отстранена. За да се улесни процеса на подбор чрез осигуряване на разумна оценка на необходимото съхранение, общият капацитет на паметта обикновено се използва като заместител на капацитета на програмата по време на фазата на проектиране. Няма фиксирана формула за оценка на необходимия капацитет на паметта; въпреки че в литературата се появяват различни формули, те обикновено следват общ подход: изчислете 10 до 15 пъти броя на цифровите I/O точки, добавете 100 пъти броя на аналоговите I/O точки и използвайте тази сума като общ брой думи (където една дума се равнява на 16 бита) за паметта. Освен това трябва да се вземе предвид граница на безопасност, еквивалентна на 25% от тази изчислена стойност.
Избор на контролни функции
Този процес на подбор включва избор на специфични характеристики като аритметични функции, контролни функции, комуникационни възможности, функции за програмиране, инструменти за диагностика и скорост на обработка.
1. Аритметични функции
Аритметичните функции на простите програмируеми логически контролери (PLC) обикновено включват основни логически операции, времеви функции и функции за броене. Стандартните PLC разширяват това, за да включват операции като преместване на данни и сравнение. По-сложните аритметични възможности включват алгебрични операции и функции за пренос на данни. Мащабните-ПЛК допълнително включват аналогови алгоритми за PID управление и други усъвършенствани математически функции. С навлизането на отворените системи модерните PLC са универсално оборудвани с комуникационни възможности; специфични продукти могат да предлагат комуникация с устройства от по-ниско-ниво, равноправна-към-комуникация с други PLC, комуникация с хост системи от по-високо-ниво или възможности за обмен на данни с-заводски или корпоративни мрежи. Когато избирате модел по време на фазата на проектиране, трябва да базирате избора на специфичните изисквания на действителното приложение, като избирате само онези аритметични функции, които са наистина необходими. В повечето сценарии на приложения са достатъчни основни логически операции, времеви функции и функции за броене; някои приложения може да изискват възможности за трансфер на данни и сравнение; докато алгебричните операции, числените преобразувания и алгоритмите за PID управление обикновено са запазени за приложения, включващи откриване и управление на аналогов сигнал. Операции като декодиране и кодиране са необходими, когато са необходими възможности за показване на данни.
2. Контролни функции
Функциите за управление обхващат алгоритми като PID контрол, компенсация-напред и контрол на съотношението; избраните специфични функции трябва да се определят въз основа на точните изисквания за контрол на приложението. Тъй като PLC са предназначени основно за последователно логическо управление, задачите за аналогово управление в повечето сценарии обикновено се обработват с помощта на специални едноконтурни или много-контурни контролери. Като алтернатива понякога се използват специализирани интелигентни I/O модули за изпълнение на специфични контролни функции-стратегия, която служи за подобряване на общата скорост на обработка на PLC и запазване на капацитета на вътрешната памет. Примери за такива специализирани модули включват PID управляващи блокове, високо-скоростни броячи, аналогови входни модули с компенсация на скоростта и блокове за ASCII преобразуване.
3. Комуникационни функции
Средните{0}}до-големи-мащабни PLC системи трябва да поддържат различни полеви шини и стандартни комуникационни протоколи (като TCP/IP). Освен това, когато се изисква от приложението, тези системи трябва да могат да установяват връзки с мрежата за управление на завода (чрез TCP/IP). Комуникационните протоколи отговарят на комуникационните стандарти ISO/IEEE и представляват отворена комуникационна мрежа.
Комуникационните интерфейси на системата за програмируем логически контролер (PLC) трябва да включват последователни и паралелни комуникационни интерфейси, RIO комуникационни портове, общи DCS интерфейси и други подобни. За средни{1}}до-големи-мащабни PLC системи, комуникационните шини (включително интерфейсни устройства и кабели) трябва да бъдат конфигурирани с резервиране 1:1; тези комуникационни шини трябва да отговарят на международните стандарти, а комуникационният им обхват трябва да отговаря на действителните изисквания на конкретното съоръжение.
В рамките на комуникационната мрежа на PLC системата скоростта на комуникация на мрежата от горно-ниво трябва да надвишава 1 Mbps, а комуникационното натоварване не трябва да надвишава 60%. Основните форми на комуникационни мрежи за PLC системи са следните:
1) Един компютър действа като главна станция, докато множество PLC от един и същи модел действат като подчинени станции, образувайки проста PLC мрежа;
2) Един PLC действа като главна станция, докато други PLC от същия модел действат като подчинени станции, образувайки главна-подчинена PLC мрежа;
3) PLC мрежата се свързва към -мащабна DCS чрез специфичен мрежов интерфейс, функциониращ като подмрежа на DCS;
4) Собствена PLC мрежа (комуникационна мрежа, специфична за PLC продукти на конкретен производител).
За облекчаване на комуникационното натоварване на процесора-и въз основа на действителните изисквания на мрежовата конфигурация-трябва да се изберат комуникационни процесори, оборудвани с различни комуникационни възможности (напр. точка-до-точка, полева шина).
4. Функции за програмиране
Режим на офлайн програмиране: В този режим PLC и устройството за програмиране споделят един CPU. Когато устройството за програмиране е в "режим на програмиране", CPU посвещава услугите си единствено на устройството за програмиране и не контролира полеви устройства. След като програмирането приключи, устройството за програмиране превключва в "режим на работа", в който момент CPU възобновява управлението на полевите устройства и операциите по програмиране не могат да се извършват. Офлайн режимът на програмиране може да намали системните разходи, въпреки че може да е по-малко удобен за използване и отстраняване на грешки. Режим на онлайн програмиране: В този режим процесорът и устройството за програмиране притежават собствени специални процесори. Централният процесор на хоста е отговорен за операциите за управление на полето и обменя данни с програмиращото устройство в рамките на един цикъл на сканиране; устройството за програмиране предава новосъздадените или модифицирани програмни данни към хост CPU и в последващия цикъл на сканиране хост CPU изпълнява системната логика въз основа на новополучената програма. Докато този режим води до по-високи разходи, той предлага по-голямо удобство за отстраняване на грешки и работа на системата и често се използва в средно{6}}до-големи-мащабни PLC системи. Има пет стандартизирани езика за програмиране: три графични езика-последователни функционални диаграми (SFC), стълбовидни диаграми (LD) и функционални блокови диаграми (FBD)-и два текстови-базирани езика-списъци с инструкции (IL) и структуриран текст (ST). Избраният език за програмиране трябва да отговаря на съответния стандарт (IEC 61131-3); освен това трябва да поддържа различни алтернативни програмни форми - като C, Basic и т.н. - за да отговори на специфичните изисквания за контрол на специализирани приложения.
5. Диагностични функции
Диагностичните възможности на програмируемия логически контролер (PLC) обхващат както хардуерна, така и софтуерна диагностика. Хардуерната диагностика използва хардуерно-базирана логика за определяне на местоположението на хардуерни грешки, докато софтуерната диагностика се категоризира на вътрешна и външна диагностика. Вътрешната диагностика включва използване на софтуер за оценка на вътрешната производителност и функционалност на PLC; външната диагностика включва използване на софтуер за оценка на възможностите за обмен на данни между CPU на PLC и външни компоненти, като входно/изходни (I/O) модули.
Устойчивостта на диагностичните функции на PLC пряко влияе върху техническата компетентност, изисквана от персонала за експлоатация и поддръжка, както и върху средното време за ремонт (MTTR).
6. Скорост на обработка
Програмируемите логически контролери работят с помощта на-базиран механизъм. От гледна точка на-изискванията за производителност в реално време скоростта на обработка трябва да бъде възможно най-висока; ако продължителността на входния сигнал е по-кратка от времето за сканиране на PLC, контролерът може да не успее да открие сигнала, което води до загуба на данни.
Скоростта на обработка се влияе от фактори като продължителността на потребителската програма, процесорната мощност на процесора и качеството на софтуера. PLC разполагат с бързо време за реакция при контакт и високи оперативни скорости, като времето за изпълнение за всяка двоична инструкция обикновено варира от 0,2 до 0,4 микросекунди (µs); следователно те са-подходящи за приложения, изискващи стриктен контрол и възможности за бърза реакция. Цикълът на сканиране (времето за сканиране на процесора) трябва да отговаря на следните критерии: за малки -мащабни PLC, времето за сканиране не трябва да надвишава 0,5 ms на 1000 инструкции (0,5 ms/K); за средни{10}}до-големи-мащабни PLC, времето за сканиране не трябва да надвишава 0,2 ms на 1000 инструкции (0,2 ms/K).
Видове контролери
Въз основа на тяхната физическа структура PLC се класифицират в две категории: интегрални (моноблокови) типове и модулни типове. Въз основа на тяхната работна среда те се класифицират в две категории: модули, монтирани-на място и модули, монтирани в-стая-контрол. Освен това, въз основа на дължината на думата на процесора, те се категоризират в 1-битови, 4-битови, 8-битови, 16-битови, 32-битови и 64-битови системи. От гледна точка,-ориентирана към приложението, PLC обикновено се избират въз основа на техните специфични контролни функции или необходимия брой входно/изходни точки. Програмируеми логически контролери (PLC) от интегриран-тип разполагат с фиксиран брой I/O точки; следователно потребителите имат ограничена гъвкавост при избора си, което ги прави подходящи за системи за управление в малък мащаб. Обратно, PLC от модулен тип предлагат голямо разнообразие от I/O карти или допълнителни модули, което позволява на потребителите рационално да избират и конфигурират конкретния брой I/O точки, необходими за техните системи за управление. Тази модулност улеснява удобното и гъвкаво функционално разширяване, което ги прави като цяло подходящи за системи за управление от среден до голям мащаб.
Типове вход/изход
Дискретни сигнали (количества на превключване): Те се отнасят предимно до дискретни входове и дискретни изходи-по-специално, спомагателните контакти, свързани с различни устройства. Примерите включват помощните контакти на реле в температурния контролер на трансформатор (които променят състоянието си, когато трансформаторът прегрее), спомагателните контакти на гърбичния превключвател на клапан (които променят състоянието си, когато вентилът се отваря или затваря), спомагателните контакти на контактор (които променят състоянието си, когато контакторът се задейства) и спомагателните контакти на термично реле за претоварване (които променят състоянието си, когато релейни пътувания). Тези сигнали обикновено се предават към PLC или пълно защитно устройство. Захранването за тези контакти обикновено се осигурява от PLC или самото защитно устройство; тъй като контактите не притежават собствен вътрешен източник на захранване, те се наричат "пасивни контакти" (или "сухи контакти") и се класифицират като дискретни входове в контекста на PLC или защитно устройство.
1. Цифрови количества
Физическите величини, които са дискретни-както по отношение на време, така и по големина-се наричат цифрови величини. Сигналите, представящи тези цифрови величини, се наричат цифрови сигнали. Електронните схеми, проектирани да работят с цифрови сигнали, са известни като цифрови схеми.
Например: Когато се използва електронна схема за преброяване на броя на изходните части от автоматизирана производствена линия, към веригата се изпраща сигнал за всяка доставена част, което я кара да регистрира брой "1". Обратно, когато не се доставят части, сигналът, приложен към веригата, е "0". По този начин сигналът, представляващ броя на частите, е прекъснат-както временно, така и количествено-, което го прави цифров сигнал. Най-малката единица за количество в този контекст е единична единица (1).
2. Аналогови величини
Физическите величини, които са непрекъснати-по отношение на времето или големината-се наричат аналогови величини. Сигналите, представляващи тези аналогови величини, се наричат аналогови сигнали. Електронните схеми, предназначени да работят с аналогови сигнали, са известни като аналогови схеми.
Например: Изходният сигнал за напрежение от термодвойка по време на работа е аналогов сигнал. Тъй като температурата, която се измерва, не може да претърпи мигновени, резки скокове при никакви обстоятелства, полученият сигнал за напрежение е непрекъснат-както във времево, така и в количествено отношение. Освен това, всяка конкретна стойност, взета от този сигнал за напрежение по време на процеса на неговата непрекъсната промяна, носи конкретно физическо значение-а именно, тя съответства на конкретно отчитане на температурата. Принципи на преобразуване
1. Цифров-в-аналогов преобразувател (DAC) е система, която преобразува цифрови сигнали в аналогови сигнали; това обикновено се постига чрез ниско{3}}филтриране. Цифровият сигнал първо преминава през декодиране-т.е. цифровите кодове се преобразуват в съответните нива на напрежение, за да образуват стълбовиден-сигнал,-след което се подлага на ниско-филтриране.
Съгласно теорията на сигнала и системата, сигналът, подобен на цифрово стълбище-може да се разглежда като конволюция на идеален импулсен-извадкан сигнал и правоъгълен импулсен сигнал. Следователно, съгласно теоремата за конволюция, спектърът на цифровия сигнал е произведение от спектъра на импулсния-извадкан сигнал и спектъра на правоъгълния импулс (известен като функция Sa). По този начин, чрез използване на реципрочната стойност на функцията Sa за спектрална компенсация, оригиналният дискретизиран сигнал може да бъде възстановен от цифровия сигнал. Освен това, съгласно теоремата за вземане на проби, прилагането на идеално нискочестотно-филтриране към спектъра на семплирания сигнал дава спектъра на оригиналния аналогов сигнал.
В практическите реализации тези теоретични принципи не се прилагат директно, тъй като генерирането на резки, идеални дискретизирани сигнали е технически предизвикателство. Следователно тези два етапа на филтриране (компенсацията на Sa-функцията и идеалното ниско-филтриране) обикновено се комбинират (каскадно). Освен това, тъй като идеалните филтриращи характеристики, изисквани от тази система, са физически неосъществими, действителните системи могат да осигурят само приближение на този процес.
2. Аналогов-към-цифров преобразувател (ADC) е система, която преобразува аналогови сигнали в цифрови сигнали; този процес включва филтриране, вземане на проби и задържане и кодиране.
Аналоговият сигнал първо се подлага на-ограничаващо обхвата филтриране и преминава през схема-и-задържане, като по този начин се трансформира в сигнал, подобен на стълба-. Впоследствие този сигнал преминава през енкодер, който преобразува всяко отделно ниво на напрежение в стълбищния сигнал в съответен двоичен код.