Το PLC (Programmable Logic Controller) είναι μια συσκευή ελέγχου που χρησιμοποιείται ευρέως στον βιομηχανικό αυτοματισμό. Επεξεργάζεται και αξιολογεί διάφορα σήματα εισόδου με βάση τη λογική ελέγχου που έχει προγραμματιστεί από τον χρήστη και, στη συνέχεια, εξάγει τα αντίστοιχα σήματα ελέγχου για να επιτύχει αυτοματοποιημένο έλεγχο της διαδικασίας παραγωγής. Αυτό το άρθρο παρέχει μια λεπτομερή εισαγωγή στις βασικές αρχές λειτουργίας και τον τρόπο λειτουργίας σάρωσης των PLC.
I. Βασικές Αρχές Εργασίας PLC
Η αρχή λειτουργίας του PLC περιλαμβάνει κυρίως τα ακόλουθα βήματα:
1. Λήψη σήματος εισόδου:Το PLC λαμβάνει διάφορα σήματα από το πεδίο μέσω μονάδων εισόδου, όπως ψηφιακά σήματα και αναλογικά σήματα. Αυτά τα σήματα υπόκεινται σε επεξεργασία όπως η οπτο-απομόνωση και το φιλτράρισμα πριν μετατραπούν σε ψηφιακά σήματα αναγνωρίσιμα από το εσωτερικό σύστημα του PLC.
2. Επεξεργασία προγράμματος:Το PLC επεξεργάζεται και αξιολογεί τα σήματα εισόδου βάσει της προγραμματισμένης λογικής ελέγχου από τον χρήστη. Η επεξεργασία προγράμματος περιλαμβάνει κυρίως λειτουργίες όπως λογικές πράξεις, αριθμητικούς υπολογισμούς και μετατροπή δεδομένων. Κατά την επεξεργασία του προγράμματος, το PLC παράγει αντίστοιχες εντολές ελέγχου με βάση διαφορετικές συνθήκες.
3. Έλεγχος σήματος εξόδου:Το PLC στέλνει τις επεξεργασμένες εντολές ελέγχου στη μονάδα εξόδου. Η μονάδα εξόδου μετατρέπει τα ψηφιακά σήματα στις απαιτούμενες μορφές σήματος για το πεδίο (όπως ψηφιακά σήματα, αναλογικά σήματα κ.λπ.) και τα εξάγει στους ενεργοποιητές (όπως ρελέ, σερβοκινητήρες κ.λπ.), επιτυγχάνοντας έτσι τον έλεγχο της διαδικασίας παραγωγής.
4. Επικοινωνία και παρακολούθηση:Τα PLC διαθέτουν δυνατότητες επικοινωνίας, επιτρέποντας την ανταλλαγή δεδομένων με άλλες συσκευές (όπως κεντρικούς υπολογιστές, οθόνες αφής κ.λπ.) μέσω διεπαφών επικοινωνίας για την επίτευξη απομακρυσμένης παρακολούθησης και ελέγχου. Ταυτόχρονα, τα PLC μπορούν να εμφανίζουν-την κατάσταση λειτουργίας και πληροφορίες σφαλμάτων σε πραγματικό χρόνο μέσω των δικών τους οθονών.
II. Χαρακτηριστικά του τρόπου λειτουργίας σάρωσης PLC
Τα χαρακτηριστικά της λειτουργίας σάρωσης PLC αντικατοπτρίζονται κυρίως στις ακόλουθες πτυχές: Πρώτον, τα PLC χρησιμοποιούν έναν τρόπο λειτουργίας "διαδοχικής σάρωσης, συνεχούς βρόχου". Κάθε κύκλος σάρωσης, γνωστός και ως περίοδος σάρωσης ή κύκλος εργασίας, ξεκινά με την CPU να εκτελεί την πρώτη εντολή. Στη συνέχεια εκτελεί διαδοχικά το πρόγραμμα χρήστη γραμμή προς γραμμή μέχρι την ολοκλήρωση, μετά την οποία επιστρέφει στην πρώτη εντολή για να ξεκινήσει ένας νέος κύκλος σάρωσης. Δεύτερον, η εκτέλεση του προγράμματος PLC ακολουθεί ένα μοτίβο περιοδικής σάρωσης που τηρεί μια αρχή από τα αριστερά-προς-από πάνω-να-κάτω.
Επιπλέον, κάθε κύκλος σάρωσης περιλαμβάνει τρία βήματα: δειγματοληψία εισόδου, εκτέλεση προγράμματος και ανανέωση εξόδου. Έτσι, η λειτουργία PLC κυκλώνει συνεχώς με αυτόν τον τρόπο. Τέλος, λόγω της κεντρικής δειγματοληψίας και της κεντρικής εξόδου, εμφανίζεται καθυστέρηση εισόδου/εξόδου, με αποτέλεσμα καθυστερήσεις απόκρισης. Αυτά αποτελούν τα κύρια χαρακτηριστικά της λειτουργίας σάρωσης PLC.
III. Λειτουργία σάρωσης PLC
Ο τρόπος λειτουργίας σάρωσης PLC χωρίζεται κυρίως στα ακόλουθα στάδια:
Ο τρόπος λειτουργίας σάρωσης PLC αποτελείται από τρία κύρια στάδια: το στάδιο δειγματοληψίας εισόδου, το στάδιο εκτέλεσης του προγράμματος χρήστη και το στάδιο ανανέωσης εξόδου.
1. Φάση δειγματοληψίας εισόδου
Κατά τη φάση δειγματοληψίας εισόδου, το PLC σαρώνει και διαβάζει διαδοχικά όλες τις καταστάσεις εισόδου και τα δεδομένα, αποθηκεύοντάς τα σε αντίστοιχες μονάδες εντός της περιοχής εικόνας I/O. Με την ολοκλήρωση της δειγματοληψίας εισόδου, το σύστημα μεταβαίνει στη φάση εκτέλεσης του προγράμματος χρήστη και ανανέωσης εξόδου. Κατά τη διάρκεια αυτών των δύο φάσεων, ακόμη και αν αλλάξουν οι καταστάσεις εισόδου ή τα δεδομένα, οι αντίστοιχες μονάδες στην περιοχή εικόνας I/O παραμένουν αμετάβλητες. Επομένως, εάν η είσοδος είναι σήμα παλμού, το πλάτος του παλμού πρέπει να υπερβαίνει τον έναν κύκλο σάρωσης για να διασφαλιστεί ότι η είσοδος καταγράφεται υπό όλες τις συνθήκες.
2. Φάση εκτέλεσης προγράμματος χρήστη
Κατά τη φάση εκτέλεσης του προγράμματος χρήστη, το PLC σαρώνει πάντα το πρόγραμμα χρήστη (διάγραμμα κλίμακας) διαδοχικά από πάνω προς τα κάτω. Κατά τη σάρωση κάθε διαγράμματος σκάλας, πρώτα σαρώνει το κύκλωμα ελέγχου που σχηματίζεται από τις επαφές στην αριστερή πλευρά του διαγράμματος σκάλας. Στη συνέχεια εκτελεί λογικές λειτουργίες στο κύκλωμα ελέγχου που σχηματίζεται από τις επαφές με τη σειρά από αριστερά προς τα δεξιά και από πάνω προς τα κάτω. Με βάση τα αποτελέσματα αυτών των λογικών λειτουργιών, ενημερώνει την κατάσταση του αντίστοιχου bit στην περιοχή αποθήκευσης RAM του συστήματος για το λογικό πηνίο ή ενημερώνει την κατάσταση του αντίστοιχου bit στην περιοχή εικόνας I/O για το πηνίο εξόδου ή καθορίζει εάν θα εκτελεστεί η ειδική εντολή λειτουργίας που καθορίζεται από το διάγραμμα κλίμακας. Δηλαδή, κατά την εκτέλεση του προγράμματος χρήστη, μόνο η κατάσταση και τα δεδομένα των σημείων εισόδου στην περιοχή εικόνας I/O παραμένουν αμετάβλητα. Η κατάσταση και τα δεδομένα άλλων σημείων εξόδου και μαλακών συσκευών είτε στην περιοχή εικόνας I/O είτε στη μνήμη RAM του συστήματος ενδέχεται να αλλάξουν. Επιπλέον, τα αποτελέσματα εκτέλεσης των διαγραμμάτων σκάλας που είναι τοποθετημένα ψηλότερα στη στοίβα επηρεάζουν τα επόμενα διαγράμματα σκάλας που χρησιμοποιούν αυτά τα πηνία ή δεδομένα. Αντίθετα, η ανανεωμένη κατάσταση λογικού πηνίου ή τα δεδομένα από διαγράμματα σκάλας κατώτερου-επιπέδου επηρεάζουν μόνο τα διαγράμματα σκάλας ανώτερου-επιπέδου κατά τη διάρκεια του επόμενου κύκλου σάρωσης.
3. Φάση ανανέωσης εξόδου
Με την ολοκλήρωση της σάρωσης του προγράμματος χρήστη, το PLC εισέρχεται στη φάση ανανέωσης εξόδου. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η CPU ανανεώνει όλα τα μάνδαλα εξόδου με βάση την αντίστοιχη κατάσταση και τα δεδομένα στην περιοχή εικόνας I/O και, στη συνέχεια, οδηγεί τα αντίστοιχα περιφερειακά μέσω του κυκλώματος εξόδου. Αυτό αποτελεί την πραγματική έξοδο του PLC.
Συνοπτικά, η θεμελιώδης αρχή λειτουργίας ενός PLC περιλαμβάνει τη συλλογή σημάτων πεδίου μέσω μονάδων εισόδου, την επεξεργασία και την αξιολόγησή τους σύμφωνα με τη λογική ελέγχου που έχει προγραμματιστεί από τον χρήστη και στη συνέχεια τον έλεγχο ενεργοποιητών μέσω μονάδων εξόδου για την επίτευξη αυτοματοποιημένου ελέγχου της διαδικασίας παραγωγής. Η λειτουργία σάρωσης του PLC περιλαμβάνει φάσεις που περιλαμβάνουν αυτο-δοκιμή συστήματος, σάρωση εισόδου, επεξεργασία προγράμματος, σάρωση εξόδου, επικοινωνία και παρακολούθηση. Αυτές οι φάσεις σχηματίζουν έναν κύκλο σάρωσης, τον οποίο το PLC επαναλαμβάνει συνεχώς για να πραγματοποιήσει αυτοματοποιημένο έλεγχο της διαδικασίας παραγωγής.