Controlador lógico programável

Estrutura básica A essência de um controlador lógico programável é um computador dedicado ao controle industrial. Sua estrutura de hardware é basicamente a mesma de um microcomputador. A estrutura básica é: 1. Fonte de alimentação A fonte de alimentação do controlador lógico programável desempenha um papel muito importante em todo o sistema. Sem um sistema de fornecimento de energia bom e confiável, ele não poderá funcionar corretamente. Portanto, o fabricante do controlador lógico programável também atribui grande importância ao projeto e fabricação da fonte de alimentação. Geralmente, a flutuação da tensão CA está dentro da faixa de +10% (+15%), e o PLC pode ser conectado diretamente à rede elétrica CA sem tomar outras medidas. 2. Unidade Central de Processamento (CPU) A unidade central de processamento (CPU) é o centro de controle do controlador lógico programável. Recebe e armazena o programa do usuário e os dados digitados do programador de acordo com as funções atribuídas pelo programa do sistema controlador lógico programável; verifica o status da fonte de alimentação, memória, E/S e temporizador de aviso e pode diagnosticar erros de sintaxe no programa do usuário. Quando o controlador lógico programável é colocado em operação, ele primeiro recebe o status e os dados de cada dispositivo de entrada no local em uma maneira de varredura e os armazena na área de imagem de E/S, respectivamente, e então lê o programa do usuário do programa do usuário memória um por um, e após a interpretação do comando, os resultados da operação lógica ou aritmética são enviados para a área de imagem de E/S ou registrador de dados de acordo com as instruções. Depois que todos os programas do usuário são executados, o status de saída da área de imagem de E/S ou os dados no registro de saída são finalmente transmitidos ao dispositivo de saída correspondente e o ciclo é executado até parar. A fim de melhorar ainda mais a confiabilidade do PLC, os grandes PLCs também são equipados com CPUs duplas para formar um sistema redundante, ou um sistema de votação de três CPUs, de modo que mesmo se uma CPU falhar, todo o sistema ainda poderá operar normalmente. 3. Memória A memória que armazena o software do sistema é chamada de memória de programa do sistema. A memória que armazena o software aplicativo é chamada de memória do programa do usuário. 4. Circuito de interface de entrada e saída 4.1. O circuito de interface de entrada de campo consiste em um circuito de acoplamento óptico e um circuito de interface de entrada de microcomputador e serve como canal de entrada da interface entre o controlador lógico programável e o controle de campo. 4.2. O circuito de interface de saída de campo é integrado ao registro de dados de saída, ao circuito de seleção e ao circuito de solicitação de interrupção, e o controlador lógico programável emite o sinal de controle correspondente para o componente de execução de campo através do circuito de interface de saída de campo. 5. Módulos funcionais Como contagem, posicionamento e outros módulos funcionais. 6. Módulo de comunicação  Seleção de PLC e análise de caso Ao selecionar um PLC, você deve analisar detalhadamente as características do processo e os requisitos de controle, esclarecer as tarefas e o escopo do controle, determinar as operações e ações necessárias e, em seguida, estimar o número de pontos de entrada e saída, a capacidade de memória necessária e determinar as funções do PLC e as características dos dispositivos externos com base nos requisitos de controle. Finalmente, selecione um PLC com uma relação preço-desempenho mais alta e projete um sistema de controle correspondente. A seguir detalharemos os pontos que devem ser observados na hora de escolher o CLP: 1. Estimativa de pontos de entrada e saída (E/S)A margem apropriada deve ser considerada ao estimar o número de pontos de E/S. Normalmente, com base no número estatístico de pontos de entrada e saída, uma margem expansível de 10% a 20% é adicionada como dados estimados para o número de pontos de entrada e saída. 2. Estimativa da capacidade de memória; a capacidade de memória é o tamanho da unidade de armazenamento de hardware que o próprio controlador programável pode fornecer, e a capacidade do programa é o tamanho da unidade de armazenamento usada pelo projeto do aplicativo do usuário na memória, portanto, a capacidade do programa é menor que a capacidade da memória. Para se ter uma certa estimativa da capacidade do programa durante o projeto e seleção, a estimativa da capacidade de memória é geralmente usada como substituto. De modo geral, é 10 a 15 vezes o número de pontos de E/S digitais, mais 100 vezes o número de pontos de E/S analógicos, e esse número é o número total de palavras na memória (16 bits é uma palavra), e outros 25% desse número são considerados margem.3. Seleção de funções de controle; esta seleção inclui a seleção de características como função de cálculo, função de controle, função de comunicação, função de programação, função de diagnóstico e velocidade de processamento. (1) Função de operação; a função de operação do PLC simples inclui operação lógica, função de temporização e contagem; a função de operação do PLC comum também inclui mudança de dados, comparação e outras funções de operação; funções de operação mais complexas incluem operação algébrica, transmissão de dados, etc.; O grande PLC também possui operação PID analógica e outras funções de operação avançadas. Com o surgimento dos sistemas abertos, os CLPs passaram a ter funções de comunicação. Alguns produtos possuem comunicação com computadores inferiores, alguns produtos possuem comunicação com o mesmo computador ou computador superior e alguns produtos também possuem a função de comunicação de dados com a fábrica ou rede corporativa. Ao projetar e selecionar, devemos partir dos requisitos da aplicação real e selecionar razoavelmente as funções operacionais necessárias. Na maioria das aplicações, apenas a operação lógica e as funções de temporização e contagem são necessárias. Algumas aplicações requerem transmissão e comparação de dados. Quando usado para detecção e controle analógico, são utilizadas operação algébrica, conversão numérica e operação PID. Operações de decodificação e codificação são necessárias para exibir dados. (2) Funções de controle: As funções de controle incluem operações de controle PID, operações de controle de compensação feedforward, operações de controle de relação, etc., que devem ser determinadas de acordo com os requisitos de controle. O PLC é usado principalmente para controle lógico sequencial. Portanto, controladores de loop único ou multi-loop são frequentemente usados na maioria dos casos para resolver o controle analógico. Às vezes, unidades de entrada e saída inteligentes dedicadas também são usadas para completar as funções de controle necessárias, melhorar a velocidade de processamento do PLC e economizar capacidade de memória. Por exemplo, são utilizadas unidades de controle PID, contadores de alta velocidade, unidades analógicas com compensação de velocidade, unidades de conversão de código ASC, etc. (3) Função de comunicação: Sistemas PLC de grande e médio porte devem suportar uma variedade de barramentos de campo e protocolos de comunicação padrão (como TCP/IP) e devem ser capazes de se conectar à rede de gerenciamento de fábrica (TCP/IP) quando necessário. O protocolo de comunicação deve estar em conformidade com os padrões de comunicação ISO/IEEE e deve ser uma rede de comunicação aberta. A interface de comunicação do sistema PLC deve incluir interfaces de comunicação serial e paralela (RS 232C/422A/485), porta de comunicação RIO, Ethernet industrial, interface DCS comum, etc.; as principais formas de rede de comunicação do sistema PLC são as seguintes: 1) PC é a estação mestre, e vários PLCs do mesmo modelo são estações escravas, formando uma rede PLC simples; 2) 1 CLP é a estação mestre, e os demais CLPs do mesmo modelo são estações escravas, formando uma rede CLP mestre-escravo; 3) A rede PLC está conectada a um grande DCS como uma sub-rede do DCS através de uma interface de rede específica; 4) Rede PLC dedicada (rede de comunicação PLC dedicada de cada fabricante). Para reduzir a tarefa de comunicação da CPU, de acordo com as reais necessidades da composição da rede, devem ser selecionados processadores de comunicação com diferentes funções de comunicação (como ponto a ponto, fieldbus, Ethernet industrial). (4) Função de programação; Modo de programação offline: PLC e programador compartilham uma CPU. Quando o programador está em modo de programação, a CPU apenas fornece serviços para o programador e não controla o equipamento de campo. Após a conclusão da programação, o programador muda para o modo de execução e a CPU controla o equipamento de campo e não pode ser programado. A programação offline pode reduzir os custos do sistema, mas é inconveniente de usar e depurar. Modo de programação online: A CPU e o programador possuem suas próprias CPUs. A CPU host é responsável pelo controle de campo e troca dados com o programador dentro de um ciclo de varredura. O programador envia o programa ou dados compilados online para o host. No próximo ciclo de varredura, o host é executado de acordo com o programa recém-recebido. Este método é mais caro, mas a depuração e operação do sistema são convenientes e é frequentemente usado em PLCs de grande e médio porte. (5) Função de diagnósticoA função de diagnóstico do PLC inclui diagnóstico de hardware e software. O diagnóstico de hardware determina a localização da falha do hardware por meio do julgamento lógico do hardware, e o diagnóstico do software é dividido em diagnóstico interno e diagnóstico externo. O diagnóstico do desempenho interno e da função do PLC por meio de software é um diagnóstico interno, e o diagnóstico da função de troca de informações entre a CPU do PLC e os componentes externos de entrada e saída por meio de software é um diagnóstico externo.A força da função de diagnóstico do PLC afeta diretamente as capacidades técnicas exigidas dos operadores e do pessoal de manutenção e afeta o tempo médio de reparo. (6) Velocidade de processamentoO PLC funciona em modo de digitalização. Do ponto de vista dos requisitos em tempo real, a velocidade de processamento deve ser a mais rápida possível. Se a duração do sinal for menor que o tempo de varredura, o PLC não será capaz de varrer o sinal, resultando na perda dos dados do sinal. A velocidade de processamento está relacionada à duração do programa do usuário, à velocidade de processamento da CPU, à qualidade do software, etc. Atualmente, os contatos do PLC possuem resposta rápida e alta velocidade. O tempo de execução de cada instrução binária é de cerca de 0,2 a 0,4Ls, para que possa se adaptar às necessidades da aplicação com altos requisitos de controle e requisitos de resposta rápida. O ciclo de varredura (ciclo de varredura do processador) deve atender aos seguintes requisitos: o tempo de varredura do pequeno PLC não é superior a 0,5 ms/K; o tempo de varredura de PLC de grande e médio porte não é superior a 0,2 ms/K. 4. Seleção de modelo （1） Tipos de CLPO PLC é dividido em duas categorias de acordo com a estrutura: tipo integral e tipo modular. É dividido em duas categorias de acordo com o ambiente de aplicação: instalação em campo e instalação em sala de controle. É dividido em 1 bit, 4 bits, 8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits, etc. de acordo com o comprimento da palavra da CPU. Do ponto de vista da aplicação, geralmente pode ser selecionado de acordo com a função de controle ou pontos de entrada e saída. Os pontos de E/S do PLC integral são fixos, portanto os usuários têm menos espaço de escolha e são usados em pequenos sistemas de controle; O PLC modular fornece uma variedade de placas de E/S ou placas plug-in, para que os usuários possam selecionar e configurar razoavelmente os pontos de E/S do sistema de controle. A expansão da função é conveniente e flexível e geralmente é usada em sistemas de controle de grande e médio porte. (2) Seleção de módulos de entrada e saída; a seleção dos módulos de entrada e saída deve ser consistente com os requisitos da aplicação. Por exemplo, para módulos de entrada, devem ser considerados requisitos de aplicação como nível de sinal, distância de transmissão de sinal, isolamento de sinal e método de alimentação de sinal. Para módulos de saída, deve ser considerado o tipo de módulo de saída a ser selecionado. Geralmente, os módulos de saída de relé têm características de baixo preço, ampla faixa de tensão, vida curta e longo tempo de resposta; os módulos de saída tiristorizados são adequados para comutação frequente e ocasiões de carga indutiva de baixo fator de potência, mas são mais caros e têm baixa capacidade de sobrecarga. Os módulos de saída também possuem saída CC, saída CA e saída analógica, que devem ser consistentes com os requisitos da aplicação. De acordo com os requisitos da aplicação, módulos inteligentes de entrada e saída podem ser selecionados de forma razoável para melhorar o nível de controle e reduzir os custos da aplicação. Considere se é necessário um rack de expansão ou um rack de E/S remota. (3) Seleção da fonte de alimentaçãoA fonte de alimentação do PLC, além do projeto e seleção do PLC de acordo com os requisitos do manual do produto na introdução do equipamento, a fonte de alimentação do PLC deve ser projetada e selecionada de acordo com os requisitos do manual do produto. Em geral, a fonte de alimentação do PLC deve ser projetada e selecionada com fonte de alimentação de 220VAC, que é consistente com a tensão da rede elétrica doméstica. Para aplicações importantes, deve ser utilizada uma fonte de alimentação ininterrupta ou uma fonte de alimentação com tensão estabilizada. Se o próprio PLC possuir uma fonte de alimentação utilizável, deve-se verificar se a corrente fornecida atende aos requisitos da aplicação, caso contrário, uma fonte de alimentação externa deve ser projetada. Para evitar que a fonte de alimentação externa de alta tensão seja introduzida no PLC devido a operação incorreta, é necessário isolar os sinais de entrada e saída e, às vezes, um simples diodo ou tubo fusível pode ser usado para isolamento. (4) Seleção de memória: Devido ao desenvolvimento da tecnologia de chip integrado ao computador, o preço da memória caiu. Portanto, para garantir o funcionamento normal do projeto de aplicação, geralmente é necessário que a capacidade de memória do PLC seja de pelo menos 8K de memória de acordo com 256 pontos de E/S. Quando são necessárias funções de controle complexas, uma capacidade maior e uma memória de maior qualidade devem ser selecionadas. (5) Considerações EconômicasAo escolher um PLC, você deve considerar a relação desempenho-preço. Ao considerar a eficiência econômica, você também deve considerar fatores como escalabilidade, operabilidade e relação entrada-saída da aplicação, fazer comparações e levá-los em consideração e, por fim, selecionar um produto mais satisfatório.O número de pontos de entrada e saída tem impacto direto no preço. Cada cartão adicional de entrada e saída aumentará o custo. Quando o número de pontos aumenta para um determinado valor, a capacidade de memória, rack, placa-mãe, etc. correspondente também aumentará de acordo. Portanto, o aumento no número de pontos tem impacto na seleção de CPU, capacidade de memória, faixa de função de controle, etc. Deve ser totalmente considerado durante a estimativa e seleção para fazer com que todo o sistema de controle tenha um preço de desempenho mais razoável razão. 

Instruções de configuração e reinicialização (SET/RST) (1) SET (instrução de ajuste) Sua função é definir e manter o elemento alvo que está sendo operado. (2) RST (instrução de reinicialização) reinicializa o elemento alvo que está sendo operado e o mantém no estado limpo. Quando as instruções SET e RST são utilizadas, quando X0 está normalmente aberto e conectado, Y0 fica ON e permanece neste estado. Mesmo que X0 esteja desconectado, o estado ON de Y0 permanece inalterado. Somente quando X1 está normalmente aberto e fechado, Y0 fica DESLIGADO e permanece neste estado. Mesmo que X1 esteja normalmente aberto e desconectado, Y0 permanece DESLIGADO. Instruções para usar as instruções SET e RST: 1) Os elementos alvo da instrução SET são Y, M, S, e os elementos alvo da instrução RST são Y, M, S, T, C, D, V e Z. A instrução RST é frequentemente usada para limpar o conteúdo de D, Z e V, e também é usado para zerar o temporizador e contador cumulativo. 2) Para o mesmo elemento alvo, SET e RST podem ser usados múltiplas vezes em qualquer ordem, mas o último executado é válido. Instruções de controle mestre (MC/MCR) 1) MC (Instrução de Controle Mestre) é usado para a conexão de contatos em série comuns. Após executar o MC, o barramento esquerdo se move atrás do contato MC. 2) MCR (Instrução de Reset do Controle Mestre) É a instrução de reset da instrução MC, ou seja, a instrução MCR é utilizada para restaurar a posição original do barramento esquerdo. Na programação, muitas vezes acontece que várias bobinas são controladas por um ou um grupo de contatos ao mesmo tempo. Se os mesmos contatos forem conectados em série no circuito de controle de cada bobina, um grande número de unidades de armazenamento será ocupado. Usar o comando de controle principal pode resolver este problema. As instruções MC e MCR usam MC N0 M100 para mover o barramento esquerdo para a direita, de modo que Y0 e Y1 estejam sob o controle de X0, onde N0 representa o nível de aninhamento. Em uma estrutura não aninhada, N0 pode ser usado um número ilimitado de vezes; MCR N0 é usado para restaurar o estado original do barramento esquerdo. Se X0 estiver desconectado, as instruções entre MC e MCR serão ignoradas e executadas para baixo. Instruções para usar as instruções MC e MCR: 1) Os elementos alvo das instruções MC e MCR são Y e M, mas relés auxiliares especiais não podem ser usados. MC ocupa 3 etapas do programa e MCR ocupa 2 etapas do programa; 2) O contato de controle principal é perpendicular ao contato geral no diagrama ladder. O contato de controle principal é um contato normalmente aberto conectado ao barramento esquerdo e é a chave principal que controla um grupo de circuitos. Os contatos conectados ao contato de controle principal devem utilizar a instrução LD ou LDI. 3) Quando o contato de entrada da instrução MC é desconectado, os temporizadores cumulativos, contadores e componentes acionados pelas instruções de reset/set em MC e MCR mantêm seus estados anteriores. Temporizadores e contadores não cumulativos, componentes acionados pela instrução OUT serão reinicializados. Quando X0 for desconectado em 22, Y0 e Y1 ficarão DESLIGADOS. 4) Usar instruções MC novamente em uma área de instruções MC é chamado de aninhamento. O número máximo de níveis de aninhamento é 8 e os números aumentam na ordem de N0→N1→N2→N3→N4→N5→N6→N7. O retorno de cada nível utiliza a instrução MCR correspondente e reinicia a partir do nível de aninhamento com o maior número. Instruções diferenciais (PLS/PLF) (1) PLS (instrução diferencial de borda ascendente) gera uma saída de pulso de um ciclo de varredura na borda ascendente do sinal de entrada; (2) PLF (instrução diferencial de borda descendente) gera uma saída de pulso de um ciclo de varredura na borda descendente do sinal de entrada. A borda do sinal é detectada pela instrução diferencial e o estado de Y0 é controlado pelos comandos set e reset. Instruções para usar as instruções PLS e PLF: 1) Os elementos alvo das instruções PLS e PLF são Y e M; 2) Ao usar PLS, o elemento alvo está LIGADO somente dentro de um ciclo de varredura após a entrada do inversor estar LIGADA, e M0 está LIGADO somente dentro de um ciclo de varredura quando o contato normalmente aberto de X0 muda de desligado para ligado; ao usar a instrução PLF, apenas a borda descendente do sinal de entrada é usada para acionamento e o resto é igual ao PLS.