Moderní průmysl využívá mnoho extrémně složitých technologických procesů, což zase vyžaduje použití velmi vyspělých a spolehlivých řídicích systémů. Zvyšování efektivity a konkurenceschopnosti nelze dosáhnout bez automatizace mnoha činností. PLC programovatelné automaty se v posledních letech staly jedním ze základních řídicích systémů.
Programovatelný logický automat PLC (Programmable Logic Controller) je výsledkem rychlého rozvoje mikroprocesorové techniky ve 20. století a dnes je jedním ze základních řídicích prvků moderních technologických procesů. První PLC řadič na světě vznikl v roce 1969 ve Spojených státech amerických a byl to Modicon 084. Toto zařízení vážilo celých 46 kg a velikost paměti programu byla 4 kB. Dnes je to směšné číslo, ale tehdy to bylo působivé. Programovatelné řídicí jednotky byly nejprve použity v automobilovém průmyslu, ale rychle si získaly uznání v jiných průmyslových odvětvích, kde nahradily reléové řídicí systémy a sekvenční řídicí zařízení. V 90. letech prakticky neexistovala žádná moderní továrna, která by nepoužívala programovatelné ovladače PLC.
Programovatelné automaty – rozdělení
Na trhu toho najdete spoustu PLC regulátory různých výrobců (např. Eaton ES4P-221-DRXD1 easySafety), kteří nabízejí různé funkce. Taková zařízení lze klasifikovat pomocí různých kritérií. Jedním z nich je počet podporovaných vstupů/výstupů (I/O - Input/Output): velké s podporou až 4096 I/O (např. Eaton XC-CPU101-C256K-8DI-6DO), střední s podporou pro až 512 I/O a malé s podporou až 128 I/O. Další rozdělení je provedeno podle konstrukčních prvků. Zde rozlišujeme regulátory bez krytu, které se instalují uvnitř strojů a zařízení, kompaktní regulátory s malými rozměry a jednoduchým krytem (např. Eaton EC4P-222-MTAD1), modulární regulátory ve formě středních a velkých přístrojů, ve kterých si uživatel vybere potřebné moduly a instaluje je do speciálních panelů (např. Schneider TSX3705028DR1) a ovladačů integrovaných s ovládacím panelem.
Viz programovatelné ovladače u velkoobchodu Onninen
Konstrukce programovatelného automatu
Již jsme zmínili, že ovladače se mohou lišit funkčností, parametry a pouzdrem, ale jejich základní struktura se skládá ze stejných prvků:
- Nabíječka – nejčastěji je impulsní a vyznačuje se vysokou účinností AC/DC měniče a vysokým výkonem při malých rozměrech, může pracovat v náročných průmyslových podmínkách, má ochranu proti přepětí a přetížení. PLC regulátory nejčastěji pracují na 24 V napájecím zdroji, i když některé modely lze také připojit přímo k elektrické síti. U kompaktních ovladačů je napájecí zdroj namontován uvnitř krytu (např. Eaton EC4P-221-MTAX1) nebo může být samostatným prvkem v modulárních ovladačích.
- Centrální procesorová jednotka (CPU) – to je hlavní součást ovladače. Jeho úkolem je řídit chod PLC, spouštět řídicí program, obsluhovat jednotlivé moduly a komunikovat s ostatními prvky systému. Srdcem CPU je mikroprocesor. Jeho parametry určují provozní rychlost řadiče, komunikační možnosti, velikost paměti, počet podporovaných I/O proměnných atd. Typ paměti, ve které je uložen řídicí program, závisí také na mikroprocesoru: RAM s náhodným přístupem (např. Schneider TSX3721101), EEPROM - permanentní paměť pouze pro čtení, programování a mazání elektricky, a FLASH EPROM - u novějších regulátorů permanentní paměť, programování a mazání elektricky.
- Digitální vstupní moduly – vstupní obvody základního ovladače převádějí proudové signály z externích zařízení na digitální signály. Mohou být napájeny střídavým nebo stejnosměrným proudem.
- Digitální výstupní moduly – výstupní signály z regulátoru do obvodů ovládaného objektu. Obvykle se zde připojují cívky stykačů a relé, které řídí chod strojů.
- Analogové vstupní moduly – převést analogové vstupní signály do digitální podoby, kterou čte procesor. Nejdůležitějším prvkem těchto modulů je analogově-digitální převodník.
- Analogové výstupní moduly – převádějí číselnou hodnotu z paměti regulátoru na spojité signály spojující vykonávaný program s řízeným strojem.
- Komunikační moduly – rozhraní pro výměnu dat mezi ovladačem a dalšími zařízeními (např. jinými ovladači, akčními členy, zařízeními HMI atd.), které společně tvoří řídicí systém. Komunikační moduly novější generace jsou často vybaveny vlastním procesorem, který zajišťuje správný přenos dat.
- Speciální moduly – lze je využít k rozšíření funkcí PLC regulátorů, např. modulů pro měření teploty, vysokorychlostních čítačů, PWM generátorů pulsů atd.
Programovatelné regulátory ve velkoobchodní nabídce!
Jak funguje PLC?
Programovatelný regulátor samozřejmě pracuje způsobem určeným uživatelským programem uloženým v paměti regulátoru. Je to sekvence instrukcí ve formě algoritmu, který řídí činnost stroje. Řídicí program je připraven pomocí počítače nebo programátoru a následně uložen do paměti regulátoru. Na základě tohoto programu provádí mikroprocesor příslušné akce.
Každý PLC regulátor pracuje podle následujícího cyklu opakujícího se ve smyčce: inicializace regulátoru (testování správnosti obvodů a konfigurace komponent), čtení vstupních signálů (čtení fyzických vstupů regulátoru a jejich uložení do paměti), provádění programu (zpracování řídícího programu instrukce, generování stavu výstupu a jeho uložení do paměti), ukládání výstupních signálů (přebírání hodnot stavu výstupu a jejich zápis na fyzické výstupní porty regulátoru), podpora komunikace (při použití síťové komunikace) a autodiagnostika ( kontrolér kontroluje činnost součástí).
Jak vybrat programovatelné regulátory?
Protože na trhu je k dispozici mnoho různých programovatelné ovladače , měli byste vybrat vhodný model pro potřeby daného řídicího systému. Zde je třeba zvážit různé aspekty. V první řadě je potřeba vzít v úvahu specifičnost dané aplikace a zvážit, zda nebude přínosnější lokální nebo distribuovaný řídicí systém. Při výběru PLC regulátoru se musíte rozhodnout pro počet a typ vstupních/výstupních bodů a určit, zda regulátor bude kromě řízení vykonávat i další úkoly. Za pozornost stojí také komunikační rozhraní zabudovaná v PLC a jejich typy (např. USB, Ethernet atd.). Důležitá je také snadnost použití programovacího prostředí regulátoru (je lepší zvolit PLC, které podporuje jazyky používané inženýry společnosti) a zda bude daný regulátor kompatibilní s již používanými modely PLC. Důležitá je také technická podpora výrobce.
Nebo snad programovatelné relé?
V některých případech to může být lepší volba programovatelné relé místo řidiče. Ihned je třeba zdůraznit, že relé má menší počet dostupných funkcí než PLC a má omezené možnosti rozšíření I/O a možnosti komunikace. Přesto má programovatelné relé své výhody. Za prvé, je snadnější integrace se systémem, který již používáte. Takové relé lze obvykle rychle naprogramovat pomocí vestavěné klávesnice a obrazovky a jeho cena je nižší než u ovladače. Relé je například ideální pro školení a výuku nových zaměstnanců. Programovatelné relé lze s úspěchem použít v jednoduchých systémech, které mají jen pár desítek vstupů/výstupů, kdy chceme naprogramovat nepříliš složitý řídicí program. Pak budou náklady na takové řízení nižší než při použití PLC regulátoru.
Programovatelný ovladač je v současnosti nenahraditelným prvkem v komplexních řídicích systémech, které fungují v menších i větších průmyslových závodech po celém světě. Díky PLC můžete flexibilně programovat technologické procesy a automatizovat je s optimalizací výrobních nákladů.