1.Принцип работы и характеристики ПЛК

1.1 Принцип работы ПЛК

ПЛК — это аббревиатура от Programmable Logic Controller (программируемый логический контроллер), а его китайское название — программируемый логический контроллер. Он состоит из шести основных частей: источника питания, центрального процессора, памяти только для чтения, интерфейсного модуля, функционального модуля и модуля связи.

Принцип работы ПЛК заключается в том, что операторы заранее сохраняют в памяти для чтения программу, написанную на языке C и других языках высокого уровня. Когда ПЛК включается, центральный процессор вызывает программу в памяти для чтения, чтобы функциональные модули выполнили заданные программой функции, и через интерфейсную схему преобразует цифровой сигнал программы ПЛК в аналоговый сигнал тока для управления двигателями и т.д., тем самым осуществляя точное управление двигателями или другими компонентами.

1.2 Характеристики ПЛК

Основные характеристики микросхем ПЛК — экономичность и практичность, простота установки и эксплуатации. Микросхемы ПЛК могут реализовывать множество функций. Если требуется функциональное преобразование какого-либо электромеханического оборудования, микросхемы ПЛК могут быть установлены в цепи управления электромеханическим оборудованием. Хотя они не такие мощные, как компьютеры, в случаях, не требующих большой вычислительной нагрузки, этот метод преобразования является наиболее экономичным и практичным. Между тем, поскольку микросхемы ПЛК имеют небольшой размер и все они выполнены в стандартных корпусах ИС, при преобразовании существующих схем управления оборудованием необходимо лишь установить соответствующее гнездо для микросхемы ПЛК на печатную плату; во время использования непосредственно вставьте микросхему ПЛК в гнездо. Если микросхема повреждена или нуждается в обновлении, непосредственно извлеките ее. С углублением развития микросхем ПЛК увеличивается количество различных языков программирования ПЛК и программного обеспечения, что очень удобно для программирования операторами. Эти программы могут осуществлять симуляцию работы при реализации дизайна программы, что не только облегчает программирование, но и повышает эффективность написания программы.

2 Области применения ПЛК в промышленных системах управления

В промышленных системах управления ПЛК применяются в основном для реализации автоматического управления, особенно в высокоточном управлении, таком как коммутационное (дискретное) управление, управление движением, централизованное управление и дистанционное управление.

Ниже, на примере применения ПЛК в линии по производству пивного брожения, объясняется роль системы управления ПЛК. Технологический процесс линии по производству пивного брожения выглядит примерно так: дробление солода и других зерновых → желатинизация солода → фильтрация → кипячение → отстаивание в вихревом аппарате → охлаждение → ферментация → созревание → фильтрация и розлив. Среди них ферментация — ключевой этап в производстве пива. Во время брожения образуются новые вещества и выделяется большое количество тепла. Существует два метода брожения пива: верховое брожение и низовое брожение. Эти два метода брожения в основном одинаковы; разница заключается в контроле температуры брожения. Температура верхнего брожения составляет 15°C-25°C, а температура нижнего брожения — 5°C-10°C. Уровень и изменение температуры брожения определяют вкус и качество пива. Поэтому необходимо с высокой точностью контролировать температуру во время брожения, что является основной частью автоматизированной системы управления в производстве пива.

2.1 Переключающее (дискретное) управление

Контроль температуры в процессе брожения пива — это разновидность коммутационного контроля. Это также наиболее распространенный метод в системах управления ПЛК. В системе управления сначала датчик температуры в ферментере собирает переменную температуру контролируемого объекта. Собранный аналоговый сигнал преобразуется через интерфейсную схему (т.е. интерфейс ввода/вывода) в микросхеме ПЛК в цифровой сигнал, который микросхема ПЛК может распознать. Эти сигнальные данные сравниваются со значениями, заданными в предустановленной программе. Центральный процессор в микросхеме ПЛК выполняет сравнительный расчет и запускает программу принятия решения, затем передает это решение в виде цифрового сигнала на интерфейс ввода/вывода, который преобразуется в аналоговый сигнал для управления электрическим регулирующим клапаном. В этом процессе дистанционное управление также может быть реализовано через коммуникационный модуль микросхемы ПЛК. Принципиальная схема его работы показана на Рис. 1.

Таблица 1 Таблица распределения системных входов/выходов

2.2 Управление движением

При производстве пива методом брожения основным способом контроля температуры является теплообмен между охлаждающей средой и стенками ферментера. В этом процессе все зависит от электрического регулирующего клапана, а переключение электрического регулирующего клапана и степень открытия клапана должны соответствовать начальным параметрам триггера, установленным в системе управления ПЛК для контроля изменения температуры. В системе управления ПЛК каждый интерфейс ввода/вывода напрямую связан с датчиками температуры, уровня жидкости, давления и расхода, сравнивая каждые данные с исходными параметрами в памяти и производя соответствующие действия. Конкретная таблица распределения входов/выходов показана в Таблице 1.

2.3 Дистанционное управление

В процессе брожения пива система управления ПЛК подключается к компьютеру в центральной комнате управления через его шину, а функции удаленной связи осуществляются через интеллектуальный коммуникационный модуль EM241 в ПЛК. Таким образом, главное управляющее оборудование в центральной диспетчерской может соединяться с системой управления ПЛК ферментера через LAN или Ethernet и отображать на экране управления температуру в реальном времени, передаваемую от датчика температуры и получаемую ПЛК, а также отображать рабочее состояние каждого электрорегулирующего клапана в интерфейсе ввода/вывода, передаваемом системой ПЛК. В то же время хост в центральной диспетчерской управляет памятью системы управления ПЛК и каждым интерфейсом ввода/вывода через встроенное программное обеспечение управления процессом OPC (OLE FOR Process Contrrol). Хост сохраняет разработанную программу управления температурой в памяти ПЛК, устанавливает начальные параметры и соответствующие действия для управления температурой или напрямую посылает управляющие команды в ПЛК через хост.

Заключение

В плане развития «Сделано в Китае 2025», предложенном Китаем, чтобы реализовать цель стать производственной державой, применение технологии ПЛК в промышленных системах управления станет более широким в этом процессе. В то же время, следует активно поддерживать инновационное развитие в области применения ПЛК, а также продолжать решать проблемы, связанные с применением ПЛК, значительно расширяя области применения ПЛК и повышая уровень модернизации промышленного производства.

Ссылки

Ю, X. (2018). Применение систем управления ПЛК в промышленном производстве. Китай Новые технологии и новые продукты