Nowoczesny przemysł korzysta z wielu niezwykle skomplikowanych procesów technologicznych, co z kolei wymusza stosowanie bardzo zaawansowanych i niezawodnych systemów sterowania. Coraz większa wydajność i konkurencyjność nie może się obejść bez automatyzacji wielu działań. W ostatnich latach jednym z podstawowych systemów sterowania stały się sterowniki programowalne PLC.
Programowalny sterownik logiczny PLC (Programmable Logic Controller) jest wynikiem gwałtownego rozwoju techniki mikroprocesorowej w XX wieku i dziś należy do jednego z podstawowych elementów sterujących nowoczesnych procesów technologicznych. Pierwszy na świecie sterownik PLC powstał w 1969 roku w Stanach Zjednoczonych i był to Modicon 084. To urządzenie ważyło aż 46 kg, a wielkość pamięci programu wynosiła 4 kB. Dziś to śmieszna liczba, ale wówczas była imponująca. Sterowniki programowalne trafiły najpierw do przemysłu samochodowego, ale szybko zyskały uznanie również innych branż przemysłowych, zastępując przekaźnikowe układy sterowania i urządzenia sterowania sekwencyjnego. W latach 90. nie było już właściwie nowoczesnej fabryki, w której nie używałoby się sterowników programowalnych PLC.
Sterowniki programowalne – podział
Na rynku można znaleźć bardzo wiele sterowników PLC różnych producentów (np. Eaton ES4P-221-DRXD1 easySafety), które oferują zróżnicowane funkcjonalności. Można podzielić takie urządzenia, stosując różne kryteria. Jednym z nich jest ilość obsługiwanych wejść/wyjść (I/O – Input/Output): duże z obsługą do 4096 I/O (np. Eaton XC-CPU101-C256K-8DI-6DO), średnie z obsługą do 512 I/O oraz małe z obsługą do 128 I/O. Inny podział dokonywany jest ze względu na cechy konstrukcyjne. Tutaj wyróżniamy sterowniki bez obudowy, które instaluje się wewnątrz maszyn i urządzeń, sterowniki kompaktowe o małych wymiarach i prostej obudowie (np. Eaton EC4P-222-MTAD1), sterowniki modułowe w postaci średnich i dużych urządzeń, w których użytkownik sam dobiera potrzebne moduły i instaluje je w specjalnych panelach (np. Schneider TSX3705028DR1) oraz sterowniki zintegrowane z panelem operatora.
Zobacz sterowniki programowalne w hurtowni Onninen
Budowa sterownika programowalnego
Wspomnieliśmy już, że sterowniki mogą różnić się między sobą funkcjonalnościami, parametrami i obudową, ale ich podstawowa konstrukcja składa się z tych samych elementów:
- Zasilacz – najczęściej jest impulsowy i charakteryzuje się wysoką sprawnością przetwornicy AC/DC oraz dużą mocą przy małych rozmiarach, może pracować w trudnych warunkach przemysłowych, posiada zabezpieczenie przeciwprzepięciowe i przeciwprzeciążeniowe. Sterowniki PLC najczęściej pracują przy zasilaniu 24 V, chociaż niektóre modele można również podłączyć bezpośrednio do sieci energetycznej. W sterownikach kompaktowych zasilacz jest montowany wewnątrz obudowy (np. Eaton EC4P-221-MTAX1) lub może być oddzielnym elementem w sterownikach modułowych.
- Jednostka centralna (CPU) – to główny podzespół sterownika. Jej zadaniem jest zarządzanie pracą PLC, wykonywanie programu sterującego, obsługiwanie poszczególnych modułów i komunikacja z innymi elementami systemu. Sercem CPU jest mikroprocesor. Od jego parametrów zależy szybkość działania sterownika, możliwości komunikacyjne, rozmiar pamięci, liczba obsługiwanych zmiennych I/O itp. Od mikroprocesora zależy także rodzaj pamięci, która przechowuje program sterujący: RAM o swobodnym dostępie (np. Schneider TSX3721101), EEPROM – stała pamięć tylko do odczytu, programowana i kasowana elektrycznie oraz FLASH EPROM – w nowszych sterownikach, stała pamięć programowana i kasowana elektrycznie.
- Moduły wejść cyfrowych – podstawowe obwody wejściowe sterownika, zamieniają sygnały prądowe od zewnętrznych urządzeń na sygnały cyfrowe. Mogą być zasilane prądem przemiennym lub stałym.
- Moduły wyjść cyfrowych – wyprowadzają sygnały ze sterownika do obwodów sterowanego obiektu. Przeważnie podłącza się tu cewki styczników i przekaźników, sterujących pracą maszyn.
- Moduły wejść analogowych – przetwarzają analogowe sygnały wejściowe na postać cyfrową, którą odczytuje procesor. Najważniejszym elementem tych modułów jest przetwornik analogowo-cyfrowy.
- Moduły wyjść analogowych – zamieniają wartość liczbową z pamięci sterownika na ciągłe sygnały łączące wykonywany program ze sterowaną maszyną.
- Moduły komunikacyjne – interfejs wymiany danych pomiędzy sterownikiem a innymi urządzeniami (np. pozostałe sterowniki, urządzenia wykonawcze, urządzenia HMI itp.), które razem tworzą system sterowania. Nowszej generacji moduły komunikacyjne wyposażone są często we własny procesor, który czuwa nad prawidłową transmisją danych.
- Moduły specjalne – za ich pomocą można rozszerzyć funkcje sterowników PLC, np. moduły do pomiaru temperatury, szybkie liczniki, generatory impulsów PWM itp.
Sterowniki programowalne w ofercie hurtowni!
Jak działa sterownik PLC?
Sterownik programowalny działa oczywiście w sposób, jaki został określony programem użytkownika zapisanym w pamięci sterownika. To ciąg rozkazów w formie algorytmu, który steruje pracą maszyny. Program sterujący przygotowywany jest za pomocą komputera lub programatora, a następnie zapisuje się go w pamięci sterownika. Na podstawie tego programu mikroprocesor wykonuje odpowiednie działania.
Każdy sterownik PLC pracuje według następującego cyklu powtarzanego w pętli: inicjalizacja sterownika (testowanie poprawności obwodów i konfiguracji podzespołów), odczytywanie sygnałów wejściowych (odczytanie fizycznych wejść sterownika i zapisanie ich w pamięci), wykonanie programu (przetwarzanie instrukcji programu sterującego, wygenerowanie stanu wyjścia i zapisanie go w pamięci), zapisanie sygnałów wyjściowych (pobranie wartości stanu wyjścia i zapisanie ich do fizycznych portów wyjściowych sterownika), obsługa komunikacji (gdy wykorzystywana jest komunikacja sieciowa) i autodiagnostyka (sterownik sprawdza działanie podzespołów).
Jak wybierać sterowniki programowalne?
Skoro na rynku dostępne są bardzo różne sterowniki programowalne , należy dobrać odpowiedni model do potrzeb danego systemu sterowania. Tutaj trzeba wziąć pod uwagę różne aspekty. Przede wszystkim trzeba uwzględnić specyfikę danej aplikacji i zastanowić się, czy korzystniejszy będzie system sterowania lokalny, czy rozproszony. Wybierając sterownik PLC, trzeba podjąć decyzję co do liczby i rodzaju punktów wejścia/wyjścia, określić, czy sterownika będzie wykonywał również inne zadania poza sterowaniem. Warto także zwrócić uwagę na wbudowane w PLC interfejsy komunikacyjne i ich rodzaje (np. USB, Ethernet itd.). Nie bez znaczenia jest także łatwość obsługi środowiska do programowania sterowników (lepiej wybrać PLC obsługujący języki, którymi posługują się zatrudnieni w przedsiębiorstwie inżynierowie) oraz to, czy dany sterownik będzie kompatybilny z już używanymi modelami PLC. Istotne jest także wsparcie techniczne producenta.
A może jednak przekaźnik programowalny?
W niektórych przypadkach korzystniejszym wyborem może okazać się przekaźnik programowalny zamiast sterownika. Od razu trzeba podkreślić, że przekaźnik ma mniejszą liczbę dostępnych funkcji niż PLC, ma ograniczone możliwości rozszerzeń I/O i komunikacji. Mimo to przekaźnik programowalny ma swoje zalety. Przede wszystkim łatwiej go zintegrować z już używanym systemem. Taki przekaźnik można najczęściej szybko zaprogramować za pomocą wbudowanej klawiatury i ekranu, a jego cena jest niższa niż sterownika. Przekaźnik nadaje się na przykład idealnie do szkolenia i nauki nowych pracowników. Przekaźnik programowalny można z powodzeniem wykorzystać w nieskomplikowanych układach, które mają tylko kilkadziesiąt wejść/wyjść, gdy chcemy zaprogramować niezbyt złożony program sterujący. Wtedy koszt takiego sterowania będzie niższy niż w przypadku użycia sterownika PLC.
Sterownik programowalny to obecnie niezastąpiony element w złożonych układach sterowania, które działają w mniejszych i większych zakładach przemysłowych na świecie. Dzięki PLC można elastycznie programować procesy technologicznie i automatyzować je, optymalizując koszty produkcji.