¿Qué hace exactamente un PLC (controlador lógico programable)?

Introducción a los conocimientos básicos del PLC

Controlador Lógico Programable (PLC)

En el campo del control de automatización, el PLC es un importante dispositivo de control. Actualmente, hay más de 200 fabricantes en el mundo que producen más de 300 variedades de productos PLC, que se utilizan en automóviles (23), procesamiento de alimentos (16,4), productos químicos/farmacéuticos (14,6), metales/minería (11,5), pulpa. /papel (11.3) y otras industrias. Para facilitar la comprensión del PLC a los principiantes, este artículo brinda una introducción al desarrollo, la estructura básica, la configuración, la aplicación y otros conocimientos básicos del PLC, con la esperanza de ser útil para todos los internautas.

1. La historia del desarrollo del PLC

En el proceso de producción industrial, una gran cantidad de cantidades de conmutación se controlan secuencialmente. Realiza acciones secuenciales de acuerdo con condiciones lógicas y realiza acciones de protección en cadena. de acuerdo con relaciones lógicas y la recopilación de grandes cantidades de datos discretos. Tradicionalmente, estas funciones se logran mediante sistemas de control neumáticos o eléctricos. En 1968, la compañía estadounidense GM (General Motors) propuso reemplazar los dispositivos de control eléctrico de relés. El año siguiente, American Digital Corporation desarrolló un dispositivo de control basado en circuitos integrados y tecnología electrónica, y utilizó medios programados para el control eléctrico. Es la primera generación de controlador programable, llamado Controlador Programable (PC).

Después del desarrollo de la computadora personal (PC para abreviar), por conveniencia y para reflejar las características funcionales del controlador programable, el controlador lógico programable recibió el nombre de Controlador Lógico Programable (PLC). Todavía a menudo se lo conoce como controlador lógico programable (PLC) y se lo conoce como PC.

Existen muchas definiciones de PLC. La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) define PLC como: Un controlador programable es un sistema electrónico que opera con operaciones digitales y está diseñado para su uso en entornos industriales. Utiliza memoria programable para almacenar instrucciones para ejecutar operaciones lógicas, control de secuencia, temporización, conteo y operaciones aritméticas en su interior, y controla varios tipos de operaciones a través de entradas y salidas digitales y analógicas o procesos de producción. Los controladores programables y los equipos relacionados deben diseñarse de acuerdo con el principio de fácil integración con el sistema de control industrial y fácil expansión de sus funciones.

Desde la década de 1980 hasta mediados de la de 1990, PLC se desarrolló más rápidamente, con una tasa de crecimiento anual del 30 al 40%. Durante este período, las capacidades de procesamiento analógico, las capacidades de computación digital, las capacidades de interfaz hombre-máquina y las capacidades de red del PLC han mejorado enormemente. El PLC ingresó gradualmente al campo del control de procesos y reemplazó al DCS dominante en el campo del control de procesos en algunas aplicaciones.

El PLC tiene las características de gran versatilidad, fácil uso, amplia adaptabilidad, alta confiabilidad, gran capacidad antiinterferente y programación simple. La posición del PLC en el control de la automatización industrial, especialmente en el control de secuencia, no podrá ser reemplazada en un futuro previsible.

2. La composición del PLC

Desde un punto de vista estructural, el PLC se divide en dos tipos: tipo fijo y tipo combinado (tipo modular). El PLC fijo incluye placa de CPU, placa de E/S, panel de visualización, bloque de memoria, fuente de alimentación, etc. Estos elementos se combinan en un todo no desmontable. El PLC modular incluye módulos de CPU, módulos de E/S, memoria, módulos de alimentación, placas posteriores o bastidores. Estos módulos se pueden combinar y configurar de acuerdo con ciertas reglas.

3. La composición de la CPU

La CPU es el núcleo del PLC y funciona como centro neurálgico. Cada conjunto de PLC tiene al menos una CPU, que recibe y procesa. datos de acuerdo con las funciones asignadas por el programa del sistema PLC, almacene los programas y datos del usuario, utilice el escaneo para recopilar el estado o los datos enviados desde los dispositivos de entrada en el sitio y guárdelos en registros específicos. Al mismo tiempo, diagnostique el estado de funcionamiento de. la fuente de alimentación y los circuitos internos del PLC y errores de sintaxis en el proceso de programación, etc.

Después de ingresar a la operación, las instrucciones se leen una por una desde la memoria del programa de usuario y, después del análisis, se generan las señales de control correspondientes de acuerdo con las tareas especificadas por las instrucciones para comandar los circuitos de control relevantes.

La CPU se compone principalmente de unidades aritméticas, controladores, registros y buses de datos, control y estado que realizan la conexión entre ellos. La unidad CPU también incluye chips periféricos, interfaces de bus y circuitos relacionados. La memoria se utiliza principalmente para almacenar programas y datos y es un componente indispensable del PLC.

Desde el punto de vista del usuario, no es necesario analizar en detalle el circuito interno de la CPU, pero sí debe tener un conocimiento suficiente del mecanismo de funcionamiento de cada parte. El controlador de la CPU controla el trabajo de la CPU, que lee instrucciones, las interpreta y las ejecuta. Pero el ritmo de trabajo está controlado por señales oscilantes. La unidad aritmética se utiliza para realizar operaciones numéricas o lógicas y funciona bajo el mando del controlador. Los registros participan en las operaciones y almacenan los resultados intermedios de las operaciones. También funcionan bajo el mando del controlador.

La velocidad de la CPU y la capacidad de la memoria son parámetros importantes del PLC. Determinan la velocidad de trabajo del PLC, el número de IO y la capacidad del software, etc., limitando así la escala de control.

4. Módulo de E/S

La interfaz entre el PLC y el circuito eléctrico se completa a través de la parte de entrada y salida (E/S). El módulo de E/S integra el circuito de E/S del PLC. Su registro de entrada refleja el estado de la señal de entrada y el punto de salida refleja el estado del pestillo de salida. El módulo de entrada convierte señales eléctricas en señales digitales e ingresa al sistema PLC, y el módulo de salida hace lo contrario. La E/S se divide en entrada de conmutación (DI), salida de conmutación (DO), entrada analógica (AI), salida analógica (AO) y otros módulos.

La cantidad de conmutación se refiere a una señal con solo dos estados: encendido y apagado (o 1 y 0). La cantidad analógica se refiere a una cantidad que cambia continuamente. Las categorías de E/S utilizadas comúnmente son las siguientes:

Cantidad de conmutación: según el nivel de voltaje, hay 220 VCA, 110 VCA y 24 VCC. Según el método de aislamiento, hay aislamiento de relé y aislamiento de transistor.

Cantidad analógica: dividida por tipo de señal, incluido el tipo de corriente (4-20 mA, 0-20 mA), tipo de voltaje (0-10 V, 0-5 V, -10-10 V), etc., dividido por precisión, hay 12 bits, 14 bits, 16 bits, etc.

Además de las IO generales anteriores, también hay módulos IO especiales, como resistencia térmica, termopar, pulso y otros módulos.

Determine las especificaciones y la cantidad del módulo según la cantidad de puntos de E/S. Puede haber más o menos módulos de E/S, pero el número máximo está sujeto a la capacidad de configuración básica que la CPU puede administrar. , es decir, el límite de ranura más grande del chasis o bastidor.

5. Módulo de fuente de alimentación

La fuente de alimentación del PLC se utiliza para proporcionar energía operativa a los circuitos integrados de cada módulo PLC. Al mismo tiempo, algunos también proporcionan energía de funcionamiento de 24 V para el circuito de entrada. Los tipos de entrada de energía incluyen: fuente de alimentación de CA (220 VCA o 110 VCA), fuente de alimentación de CC (el uso común es 24 VCA).

6. Placa base o rack

La mayoría de los PLC modulares utilizan una placa base o rack. Su función es conectar eléctricamente los módulos para que la CPU pueda acceder a la placa base. de la máquina están conectados mecánicamente entre sí de manera que cada módulo forme un todo.

7. Otros equipos del sistema PLC

1. Equipo de programación: el programador es un dispositivo indispensable para el desarrollo y aplicación del PLC, monitoreo de operación, inspección y mantenimiento. programar y operar el sistema. Algunos configuran y monitorean el estado de funcionamiento del PLC y el sistema controlado por el PLC, pero no participan directamente en las operaciones de control en el sitio. El PLC pequeño programador generalmente tiene un programador portátil y actualmente generalmente se usa una computadora (que ejecuta software de programación) como programador.

2. Interfaz hombre-máquina: La interfaz hombre-máquina más sencilla son las luces indicadoras y los botones. Actualmente, los terminales de operador integrados con pantalla LCD (o pantalla táctil) se utilizan cada vez más y están compuestos por ordenadores. (grupos de operación) que sirven como interfaz persona-computadora son muy populares.

3. Dispositivos de entrada y salida: se utilizan para almacenar permanentemente datos del usuario, como EPROM, escritores de EEPROM, lectores de códigos de barras, potenciómetros para entrada analógica, impresoras, etc.

8. Red de comunicación PLC

Con base en tecnología avanzada de redes industriales, los datos de producción y gestión se pueden recopilar y transmitir de manera rápida y efectiva. Por lo tanto, la importancia de la red en la ingeniería de integración de sistemas de automatización es cada vez más significativa, y algunas personas incluso defienden la opinión de que "la red es el controlador".

El PLC tiene la función de red de comunicación, que permite el intercambio de información entre PLC, PLC y computadoras host y otros dispositivos inteligentes para formar un todo unificado y lograr un control descentralizado y centralizado. La mayoría de los PLC tienen interfaces RS-232 y algunos tienen interfaces integradas que admiten sus respectivos protocolos de comunicación.

La comunicación PLC aún no ha logrado la interoperabilidad. IEC ha estipulado una variedad de estándares de bus de campo, que son adoptados por todos los fabricantes de PLC.

Para un proyecto de automatización (especialmente un sistema de control de mediana a gran escala), elegir una red es muy importante. En primer lugar, la red debe estar abierta para facilitar la integración de diferentes dispositivos y la expansión de la futura escala del sistema; en segundo lugar, la elección de la forma de la red en función de los requisitos de rendimiento de transmisión de los diferentes niveles de la red debe basarse en una comprensión más profunda de la red; los protocolos y mecanismos estándar de red se llevan a cabo en la premisa; en tercer lugar, se consideran de manera integral cuestiones específicas como el costo del sistema, la compatibilidad del equipo y la aplicabilidad del entorno en el sitio para determinar los estándares de red utilizados en diferentes niveles.