Устройство и принцип работы контроллеров

Барабанные контроллеры

Ниже на рисунке показан контактный элемент контроллера.

Сегментодержатель 2 закреплен на валу 1 с подвижным контактом (сегментом) 3. От вала сегментодержатель изолирован бакелитизированной бумагой 4. На изолированной рейке 6 располагают неподвижный контакт 5. На неподвижный контакт 5 набегает сегмент 3 при вращении вала 1. Таким образом осуществляется замыкание цепи. Пружина 7 обеспечивает необходимое нажатие контакта. Вдоль вала располагается большое количество контактных элементов. Между собой могут соединяться сегментодержатели соседних элементов, создавая необходимую электрическую схему. Различной длиной сегментов достигается последовательность замыкания различных цепей. С помощью звездочки и защелки фиксируется положение вала.

Барабанный контроллер имеет малую износоустойчивость контактов, из-за чего имеет ограниченное количество включений в час (240). Барабанный контроллер применяется в системах с редким включением/отключением элементов электрической цепи.

Цифровые интерфейсы ПЛК

Изначально ПЛК предназначались для управления последовательными логическими процессами. Современные контроллеры помимо логических операций способны выполнять цифровую обработку сигналов. Они могут обмениваться информацией с другими устройствами, такими как панели оператора, GSM-модули, частотные преобразователи, серверы сбора данных и др.

ПЛК могут иметь распределённую структуру, когда модули входов и выходов находятся на значительном удалении от самого контроллера, вблизи объекта управления. Несколько ПЛК, управляющие разными частями одной системы, могут объединяться в сеть для обмена информаций и согласования управляющих действий, а так же передачи всей информации о системе в центральный диспетчерский пункт.

В этих случаях обмен удалённых модулей и устройствами с ПЛК осуществляется по цифровым интерфейсам с использованием специализированных протоколов, таких как Modbus RTU, ModBus TCP, CANopen, Profibus, EtherNet IP и других.

Tags: Контроллер, ПЛК, Промышленная автоматика

На что обращать внимание при покупке

Несмотря на то, что лишь 53 % опрошенных полагают, что объем приобретаемых ПЛК в следующем году будет тем же, рынок остается достаточно здоровым. ПЛК для производств будут приобретаться в таком же объеме и 38 % полагают, что объем закупок в ближайшее время вырастет. Какие же функции должно реализовывать приобретаемое оборудование? Важнейшие указаны ниже (в порядке убывания значимости):

Универсальная среда программирования для различных аппаратных платформ
ПЛК с системами распределенного ввода/вывода
ПЛК со встроенными модулями ввода /вывода
Связь ПЛК с ПК
Дублирование процессора и модулей ввода/вывода
Микро ПЛК
ПЛК с поддержкой web-технологий, включая оповещение по телефону/электронной почте
ПЛК со встроенными микропроцессорами PC
нано ПЛК
высоконадежные PC-контроллеры с открытой архитектурой
Переносные устройства программирования

Доступность и важность самой главной характеристики в этом списке неоднократно проявлялась в ответе на вопрос, как выбрать ПЛК: «Не пытайтесь найти самое дешевое оборудование; переподготовка специалистов для работы с новым программным обеспечением сведет всю экономию к нулю. Выберите одного-двух производителей и работайте только с ними», + вот типичный ответ

Другой инженер управления утверждает: «Самое главное – программное обеспечение для программирования контроллеров. Различий в удобстве использования программного обеспечения гораздо больше, чем в железе». Наконец, некоторые респонденты резюмируют: «стандартизированный язык программирования крайне необходим». В любом случае, такой список пожеланий позволяет производителям ПЛК/PAC сконцентрироваться на действительно необходимых функциях.

Специальные утилиты

Программы-утилиты чаще всего применяются для Windows-платформ, которые не отличаются стабильностью работы и безопасностью. Для правильного их подбора необходимо кратко ознакомиться с функциями, которые они должны выполнять. По функционалу можно перечислить такие группы утилит:

Защита от вирусов и другого вредоносного ПО.
Оптимизация файловой системы.
Чистка и дефрагментация реестра.
Удаление ненужных данных.
Настройка системы.
Шифрование данных.
Корректное удаление установленных программ.

К первой группе можно отнести все антивирусы. Для выбора оптимального программного продукта необходимо воспользоваться различными интернет-ресурсами, на которых тестируется соответствующее ПО. Примеры антивирусов, обладающих хорошими характеристиками, являются продукты лаборатории Касперского и Евгения Рошаля (Dr. Web).

Другие типы утилит выбираются по такому же принципу, как и антивирусы. Некоторые программные модули могут включать сразу несколько функций. Например, Advanced System Care состоит из компонентов, отвечающих за безопасность, работу с файловой системой и реестром, а также модуля, отвечающего за корректное удаление программ.

Таким образом, системные программы позволяют не только осуществлять диалог клиента и ЭВМ, а также сохранять важные данные и поддерживать работоспособность вычислительной системы на высоком уровне.

Область применения

Раньше подобные устройства использовались только на промышленных предприятиях. Сегодня существует две группы – универсальная и специализированная. В первом случае допускается использование ПЛК в различных сферах, в том числе ЖКХ или при обустройстве общественных зданий. Вторая группа ориентирована на выполнение конкретных целей, поэтому область использования узконаправленная. Например, специализированный ПЛ контроллер может устанавливаться в системах, которых снижают перетоки реактивной электрической энергии.

Сегодня большая часть предприятий отдают предпочтение универсальным моделям. Так как продукт дает возможность осуществить полную автоматизацию различных процессов, а также позволяет вести контроль работы исполнительных объектов.

Универсальный ПЛК устанавливается:

Для осуществления промышленной автоматизации. Устройство принимает и анализируют полученные сигналы, после чего отслеживает информацию с датчиков и выполняет действия, которые были заданны оператором в начале работы.
В робототехнике устанавливаются контроллеры нового поколения, которые увеличивают выполнение циклических операций и сложных алгоритмов.
Для автоматизации домашнего оборудования. Установка ПЛК дает возможность экономить ресурсы и позволяет управлять некоторыми процессами без вмешательства владельца.

Программируемые логические контроллеры активно используются на конвейерных линиях. Оборудование упрощает контроль последовательности выполнения операций, а датчики не допускают попадание брака в готовую продукцию, что в разы увеличивает точность и снижает человеческий фактор.

Удаленное управление и мониторинг

Различные интерфейсы управления встраиваются в контролеры уже на стадии проектирования. Предусмотрена синхронизация с АСУ (SCADA и подобные). Оператор контактирует с ПЛК посредством интегрированной панели, устройства ввода-вывода, либо удаленно. Для этого по помехозащищенному каналу, кабельной сети к блоку подключается HMI, специализированный интерфейс взаимодействия между человеком и машиной.

Каким из доступных способов выполнить реализацию, с помощью простейшего клавиатурного модуля или сенсорной панели — решать заказчику. В последнее время активно используются «облачные» хранилища, виртуальные серверы. Не остаются в стороне и стандартные, Intranet (локальные) и Internet (внешние) подключения.

Продукты

Используя предоставленный список, участники проведенного Control Engineering опроса, назвали следующих производителей ведущими поставщиками ПЛК. Продукция этих компаний представлена ниже. Дополнительные данные обзора, включающие вопросы пользователей, стенограмму комментариев и информацию еще о 25 компаниях-производителях ПЛК представлены в отчете, доступном на Control Engineering Resource Center. Найдите «PLCs» на сайте www.controleng.com, с последними новостями и продуктами.

Больше продуктов и производителей

Следующие поставщики также представлены в исследовании рынка продукции. Найдите «PLC» на сайте www.controleng.com, с отчетом об исследовании в Resource Center, и дополнительные описаниях продуктов в разделах Archive и New Products.

ABB (Bristol Babcock)
Advanced Micro Controls
B&R Industrial Automation
Baldor Electric
Beckhoff Automation
BoschRexroth
Control Technology Corp.
Eaton (Cutler-Hammer)
Emerson Process Management
Fuji Electric
Hitachi
IDEC
Keyence
Mitsubishi Electronics
Moeller Electric
National Instruments
Omega Engineering
Omron Electronics
Opto 22
Panasonic Electric Works
Phoenix Contact (Entivity)
Toshiba
Wago
Yaskawa Electric
Yokogawa

Интеграция физического и логического доступа

Современные технологии позволяют осуществлять с их помощью почти всю деятельность компании, например, платежи, переводы, сделки, аукционы… И, конечно, работодатель заинтересован в обеспечении гораздо большего уровня безопасности, чем обычный пароль, который большинство сотрудников хранит записанным на бумажке непосредственно на рабочем месте.

Интеграция физического и логического доступа позволяет создать единую СКУД для: дверей, корпоративных информационных ресурсов, оргтехники, рабочих терминалов сотрудников и т.п. Использование одной универсальной карты доступа для всех задач информационной безопасности значительно увеличивает уровень безопасности. Для организации защищённого доступа сотрудника, к виртуальному рабочему месту подключается настольный USB-считыватель карт, что позволяет избавиться от риска физической кражи информации на носителе и удостоверяет личность сотрудника с помощью двух-факторной аутентификации, которая лишена недостатков логина и пароля.

Кроме того, интеграция физического и логического доступа увеличивает функциональность системы учета рабочего времени, помогая отследить количество времени, которое сотрудник провел непосредственно на рабочем месте, и зафиксировать это в журнале событий.

Дополнительно можно организовать систему безопасной печати для конфиденциальных документов, позволяющую осуществлять печать с виртуальных рабочих мест на любое печатающее устройство компании (возможно дополнительное шифрование данных), и забирать распечатки только после авторизации на устройстве.

позволяет получить ряд дополнительных преимуществ.

Схема подключения

Контроллер для электроскутера, е-байка или электросамоката подключается в соответствии с прилагаемой к нему схемой. Главное – не спешить и внимательно разобраться с назначением проводов. Лучше всего покупать контроллер в комплекте с мотор-колесом, тогда их разъемы будут гарантированно совместимыми.

Общий принцип подключения выглядит так:

Толстые провода черного и красного цвета – с соблюдением полярности подводятся к аккумуляторной батарее. При этом может появиться «искра», и даже возможно подгорание разъемов. Это нормально – так заряжаются конденсаторы на входе контроллера. Чтобы исключить искрение, достаточно ненадолго соединить контроллер и АКБ через резистор с сопротивлением в десятки Ом или воспользоваться лампочкой. Когда конденсаторы зарядятся, контроллер можно спокойно соединить с АКБ без посредников.
Тройка толстых проводов разных цветов – обеспечивают подключение к фазным проводам 3-фазного электромотора.
Связка из 5 тоненьких разноцветных проводов – идет к проводкам мотор-колеса, обеспечивают питание и передачу сигналов от датчиков положения.
Отдельный красный проводок – «зажигание». При его замыкании на «плюс» АКБ происходит включение контроллера.
Тройка тонких проводов (обычно – черный, красный и зеленый) – для подключения ручки газа.

Удаленное управление и мониторинг

Контроллеры имеют гибкие возможности для коммуникации с другим оборудованием. Эти возможности позволяют удаленно управлять устройствами, а также интегрировать ПЛК в системы автоматизированного управления и сбора данных.

Операторская панель или HIM – это устройство для визуализации. Она может быть встроенной или подключаться кабелем. Существует масса различных типов таких решений – от простых цифровых с кнопками до серьезных сенсорных с функцией оперативного мониторинга и коррекции параметров.

SCADA – это аббревиатура означает систему диспетчеризации и сбора данных. Это программные пакеты, которые позволяют разрабатывать приложения в режиме реального времени. Также пакет имеет инструменты сбора и обработки данных, архивирования и отображения или управления.

Веб-интерфейс позволяет получать доступ к ПЛК по локальным или глобальным сетям. В зависимости функциональности контроллер может не иметь операторской панели, но есть порт для подключения ПЛК к Ethernet. Тогда устройство можно настраивать удаленно по веб-интерфейсу или с ноутбука.

Более продвинутое решение реализовано в семействе ПЛК Siemens – встроенный веб-сервер. Он позволяет выполнять мониторинг, а также управлять системой. Сегодня в ПЛК реализованы функции подключения к облакам для осуществления удаленного контроля.

История создания

В 60 годах 20 века для управления телефонными станциями, промышленным оборудованием использовались сложные схемы с реле. Они не отличались повышенной надежностью или ремонтопригодностью. Инженерам одной из компаний, американской General Motors, была поставлена цель по созданию нового оборудования. Задачи, на которые оно было рассчитано, выглядели так:

Упрощение отладки, замены.
Относительная дешевизна.
Гибкость, удобство модернизации.
Снижение риска отказов.

Терминология, объясняющая, что такое ПЛК (PLC), внесена в международные и европейские стандарты качества МЭК, EN.

Принцип работы

С помощью контроллера для умного дома автоматизируются многие привычные процессы. Для этого можно оставить данные, которые были установлены по умолчанию, либо настроить систему конкретно под свои нужды. Так, следует запланировать выполнение различных действий в конкретные временные рамки, установив график работы приборов.

Централизованный и децентрализованный комплекс

Существует два вида системы управления:

Централизованная. Умным домом управляет только один контроллер, обладающий подходящим функционалом. В пластиковый корпус встроен мини-компьютер с собственной ОС. В его комплектацию может входить GSM-модуль (для удалённого доступа) и сенсорный экран с кнопочным веб-интерфейсом. Есть все необходимые для подключения к сети разъёмы.
Децентрализованная (региональная). Используется более одного контроллера. Каждый из них отвечает ограниченному функционалу и контролирует работу похожих приборов или приборов, находящихся в определённой комнате. Встроенные электронные логические блоки не имеют собственной ОС. Исполняются простейшие сценарии действий.

Централизованная система, как правило, более функциональна, нежели региональная.

Варианты подключения

Подключить контроллер к сети умного дома можно следующими способами:

Беспроводная локальная связь. Такой тип связи может базироваться на радиосигнале, сети Wi-Fi или Bluetooth. Следовательно, радиус действия ограничен. Управление возможно из любой части дома и территории рядом с ним. Но возникнут проблемы, если дом имеет несколько этажей или обшит материалом, который портит качество сигнала. В этих случаях понадобится встраивать дополнительные радиоточки или приборы, которые улучшат качество сигнала.
Удалённая беспроводная связь. Связь возможна только при соединении контроллера умного дома с глобальными сетями, системами расширения связи. Например, можно использовать GSM, GPRS и мобильный интернет. Так, данные о состоянии умного дома будут просматриваться с телефона, компьютера, ноутбука и планшета.
Проводная локальная связь. Данный способ уже редко используют, несмотря на его достоинства. Он подходит для любого контроллера. Связь проходит с помощью кабеля или электрической проводки. Далее применяется сетевой коммутатор (устройство для соединения разных узлов компьютерной сети).

Управление будет осуществляться с помощью компьютера или кнопок, расположенных на сенсорной/механической панели управления.
Проводная удаленная связь. Такой способ является наиболее дорогим, потому что требует проложенных кабелей специально для умного дома. Связь проходит при помощи специальных программ, установленных на компьютер. Это удобно только для государственных учреждений и промышленных предприятий. Для дома проводная удалённая связь применяется очень редко.

Цифровые интерфейсы ПЛК

Tags: Контроллер, ПЛК, Промышленная автоматика

Входы и выходы

В любом контроллере реализованы входы трех типов – дискретные, аналоговые, специальные.

Дискретный вход

Один вход может принять только один сигнал и он будет бинарным. Вход может быть либо включенным, либо выключенным. Один вход — это 1 бит. К этому входу подключают соответствующее оборудование.

Если состояние приборов не удается описать в 1 бит, тогда для работы такого оборудования применяют несколько дискретных входов.

Системное ПО обязательно оснащено драйвером. Он считает физические значения каждого входа в ОЗУ. За счет этого программистам нет нужды понимать, как устроен контролер внутри. Дискретный вход – биты, которые можно читать и изменять из оперативной памяти устройства.

Аналоговый вход

Электрический аналоговый сигнал — это уровень напряжения или тока, соответствующий определенным физическим величинам. Это может быть значение температуры, давления, веса, положения, скорости перемещения, частоты оборотов. Так как ПЛК – это прежде всего вычислительный прибор, то аналоговый сигнал переводится в цифровой. Получается дискретная переменная.

Специальный вход

Обыкновенные входы способны удовлетворить практически все нужды. Необходимость в в спец. входах появляется при трудностях в обработке сигналов.

ПЛК оснащены специализированными входами, позволяющие измерять длительность, фиксировать фронты, подсчитывать импульсы. К примеру, для определения положения валов, используют датчики, способные выдавать импульсы на один оборот. Частота может быть очень высокой. Даже на мощных процессорах процесс занимает много времени. В таких ситуациях и нужны спец. входы, способные первично обрабатывать информацию.

Второй тип таких входов – это входы, которые могут мгновенно запускать команды пользователей с прерываниями на выполнения основного ПО.

Дискретный выход

С одним выходом можно коммутировать только один сигнал. В качестве нагрузки на выходы могут использоваться различные исполнительные устройства.

Удаленное управление и мониторинг

Основы программирования ПЛК. Реле и контроллер

Логика загружается в ПЛК при помощи программного обеспечения. Это ПО определяет, какие из выходов будут под напряжением и какие входные условия нужны для любых изменений. Управляющая программа аналогична схеме работы физического реле, но физически нет ни реле, ни проводов, ни катушек. Все эти элементы – мнимые. ПО разрабатывается и просматривается на ПК, соединенном с интерфейсом контроллера.

Есть кнопка, контроллер и индикатор. Когда кнопка не задействована, сигнал на вход контроллера отправлен не будет. ПО, показывающее открытый вход, не отправит сигнал на выход. Так, на выходе ток отсутствует и лампа не будет гореть.

Если кнопку нажать, то на входной канал отправиться соответствующий сигнал. Контакты переведутся в активное состояние, как физическое реле. В данном случае контакт контроллера, открытый ранее, закроется и программа отправит сигнал на выход. Когда выходной контакт будет под напряжением, то индикатор загорится.

Контакты с индикатором соединены физическим способом. А сигнал виртуальный. Однако, все элементы существуют только в компьютерном ПО, а как физические – нет. Но принцип реле здесь используется. Также в программе можно задавать условия, которые будут проверятся и выполнятся контроллером.

Чтобы создать такую же схему, но на основе физических железных компонентов, понадобится три реле, где два открытых контакта – каждый из них будет использоваться. Но с помощью ПЛК можно не добавляя лишнего оборудования использовать столько контактов на каждый вход, сколько захочется.

Управляющие команды на языке релейной логики просты и понятны для инженеров-электриков. На графическом интерфейсе видны все логические операции. Это электрическая ц3епь с замкнутыми либо разомкнутыми контактами. Если по цепи протекает ток, что это истина. Если ток не протекает, тогда состояние – ложь.

Основой управляющей программы служат логические выражения, состоящие из операндов и переменных. Также программа состоит из операторов. Операторы – это команды языка программирования.

Инженер-программист ПЛК – это сегодня больше инженер, чем программист. Сейчас не нужны сложные языки, писать ассемблерные вставки. Достаточно использовать стандартные функциональные блоки.

Гибкость, стандартизация

Для разработчиков оборудования, пытающихся стандартизировать используемые платформы управления, контроллер Allen-Bradley CompactLogix L45 является решением с гибкой масштабируемостью и встроенными функциями управления перемещением. Контролируя до восьми осей перемещения, контроллер L45 является расширением платформы Logix Control, обеспечивающей интегрированное управление движением и возможность организации распределенного управления для небольших приложений. Платформа расширила возможности процессора, среды разработки, сетевые и операторские технологии, обеспечивая полноценную интеграцию и расширяемость для использования в дискретных и серийных производствах, приложениях безопасности и перемещения.

www.rockwellautomation.com.Rockwell Automation

Подбор по мощности массива солнечных батарей

Основной параметр контроллера солнечного заряда это рабочее напряжение и максимальная сила тока, с которой может работать контроллер заряда

Очень важно знать такие параметры солнечных батарей, как:

Номинальное напряжение – рабочее напряжение контура солнечных батарей, замкнутого на нагрузку, т.е. на контроллер;
Напряжение открытого контура – максимальное достигаемое напряжение контура солнечных батарей, не подключенного к нагрузке. Также же это напряжение называется напряжением холостого хода. При подключении к контроллеру солнечных батарей, контроллер должен выдерживать данное напряжение.
Максимальная сила входного тока от солнечных батарей, сила тока контура солнечных батарей в режиме короткого замыкания. Этот параметр достаточно редко указывается в характеристиках контроллера. Для этого необходимо узнать номинал предохранителя в контроллере и посчитать величину тока короткого замыкания солнечных модулей в контуре. Для солнечных батарей ток короткого замыкания обычно всегда указан. Ток короткого замыкания всегда выше максимального рабочего тока.
Номинальный рабочий ток. Ток подключенного контура солнечных батарей, который вырабатывается солнечными батареями при нормальных условиях эксплуатации. Данный ток обычно ниже указанного тока в характеристиках для контроллера, так как производители, как всегда, указывают максимальную силу тока контроллера.
Номинальная мощность подключаемых солнечных батарей. Данная мощность представляет произведение рабочего напряжения на рабочий ток солнечных батарей. Мощность солнечных батарей, подключенных к контроллеру должна быть равна указанной или меньше, но никак не больше. При превышении мощности, контроллер при отсутствии предохранителей может сгореть. Хотя большинство контроллеров, естественно, имеют предохранители, рассчитанные на перегрузку в 10-20% в течение 5-10 минут.

Принцип работы ПЛК

По сути, микроконтроллер достаточно близок к реле. Только вместо механических контактов и катушек в нем — электронные цепи. Понять принцип действия будет легко любому инженеру, знакомому со схемами, основами электротехники.

Датчик освещенности на входе подает сигнал в блок обработки данных. В нормальном состоянии процессор не реагирует. Как только сенсор определит падение освещения, изменится его сопротивление, центральный блок задействует цепи питания электроламп.

Для управления ПЛК, его программирования используется бытовой ПК. Несколько отдельных микроконтроллеров образуют каскад с усложненными задачами. Системы «умный дом», автоматика включения двигателя насоса для закачки воды в накопительный бак давно содержат в себе подобные блоки.

Сложные микроконтроллерные устройства обеспечивают охрану, защиту периметра (квартиры), включая связь с полицией (владельцем) через модем, подъем тревоги при проникновении нарушителей, разрушении механизма закрытия двери.

Первый этап работы устройства состоит из экспресс-теста задействованного оборудования. Одновременно идет загрузка операционной среды, управляющих программ. Все как в настольном ПК при старте Windows. Предусмотрена пошаговая отработка команд (отладка), при которой допускается мониторинг, корректировка переменных.

Для простоты восприятия рабочий, шаговый режим ПЛК разбит на типовые циклы. Они повторяются во время функционирования устройства. В каждом цикле, «маршрутной карте» заключаются 3 действия:

Завершается цикл быстрым переходом к первому этапу «урока».