Функциональное проектирование программируемого логического контроллера

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7/2015 ISSN 2410-6070

17. Сазыкина О. В., Кудряков А. Г., Сазыкин В. Г. Организация нейросетевого прогнозирования хозяйственной деятельности предприятия // Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции. - М.: ООО «АР-Консалт», 2014. С. 95-97.

18. Сазыкин В.Г., Кудряков А.Г. Упорядочение данных, используемых для управления электрохозяйством // Международный академический вестник, 2014. № 6. С. 43-48.

19. Сазыкин В.Г., Кудряков А.Г. Методы представления и использования знаний в информационной технологии поддержки функционирования электрооборудования // Международный академический вестник, 2015. № 1. С. 139-142.

20. Монич А.И., Кудряков А.Г., Сазыкин В.Г. Некоторые задачи оперативного контроллинга в условиях эксплуатации изношенного оборудования // Перспективы развития науки и образования: Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции (30 декабря 2014 г.): в 8 частях. Часть IV. М.: «АР-Консалт», 2015. С. 63-65.

21. Сазыкин В.Г., Кудряков А.Г. Этапы развития стратегий и информационных систем управления производственными активами // Путь науки, 2015. № 5. С. 18-21.

22. Сазыкин В.Г., Кудряков А.Г., Пронь В.В. Состав и структура уровней АСУэнерго, оснащенных системами поддержки принятия решений // Материалы II Международной научно-практической конференции (24-25 ноября 2014). Уфа: РИО ИЦИПТ Омега Сайнс, 2014. С. 127-132.

23. Сазыкин В.Г., Кудряков А.Г., Пронь В.В. Информационная модель поддержки обслуживания силовых трансформаторов районных подстанций // Актуальные проблемы энергетики АПК: Материалы V Международной научно-практической конференции (апрель 2014). Саратов: Буква, 2014. С. 291-294.

24. Сазыкин В.Г., Кудряков А.Г., Пронь В.В. Экспертная система для мониторинга и диагностики силовых трансформаторов // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения, 2014. № 12. С. 21-24.

© А.В. Виноградов, С.Г. Кашеваров, Н.Ю. Павелко, 2015

УДК 608.4

И.П. Гусев

Бакалавр

Направление «Информатика и вычислительная техника»

НИУ «МИЭТ» г. Зеленоград, Российская Федерация

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОГРАММИРУЕМОГО ЛОГИЧЕСКОГО

КОНТРОЛЛЕРА.

Аннотация

В работе исследованы основные принципы работы программируемых логических контроллеров и проведено функциональное проектирование такого устройства.

Abstract

This article contains basic principles of programmable logic controllers operation and functional design of such a device.

Ключевые слова

программируемый логический контроллер, функциональная схема, автоматизированная система

управления

Keywords

programmable logic controller, functional diagram, automatic control system

20

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7/2015 ISSN 2410-6070

1. Понятие о программируемом логическом контроллере

Любое устройство, способное работать автоматически, имеет в своем составе управляющий контроллер - модуль, определяющий логику работы устройства.

Программируемый логический контроллер (сокращенно ПЛК) - электронная составляющая промышленного контроллера, специализированного (компьютеризированного) устройства, используемого для автоматизации технологических процессов.

Физически, типичный ПЛК представляет собой блок, имеющий определенный набор выходов и входов, для подключения датчиков и исполнительных механизмов. Логика управления описывается программно на основе микрокомпьютерного ядра. Абсолютно одинаковые ПЛК могут выполнять совершенно разные функции. Причем для изменения алгоритма работы не требуется каких-либо переделок аппаратной части. Аппаратная реализация входов и выходов ПЛК ориентирована на сопряжение с унифицированными приборами и мало подвержена изменениям [1, с. 12].

2. Роль и место ПЛК в системе управления предприятием.

Контроллеры традиционно работают в нижнем звене автоматизированных систем управления предприятием (АСУ) — систем, непосредственно связанных с технологией производства. ПЛК обычно являются первым шагом при построении систем АСУ. Это объясняется тем, что необходимость автоматизации отдельного механизма или установки всегда наиболее очевидна. Она дает быстрый экономический эффект, улучшает качество производства, позволяет избежать физически тяжелой и рутинной работы. Контроллеры по определению созданы именно для такой работы [1, c. 17].

3. Актуальность новой разработки

Каждое предприятие имеет свою специфику и, несмотря на большое количество готовых решений, не всегда можно найти устройство, удовлетворяющее всем требованиям.

На основе предъявленных требований к устройству, были отобраны существующие на рынке решения. В Таблице 1 представлены результаты этой выборки.

Таблица 1

Производитель Модель Недостатки Стоимость, тыс. руб.

Owen ПЛК160-24.И-Ъ Стоимость, функциональная избыточность 26,2

ABB AC500-ECO, PM554-T-ETH + AX561 Малая память программ, недостаточная функциональность 40,9

Omron CP1E-N30DR-D + CP1W-MAD42 Функциональная избыточность, специфическое ПО для программирования 48,3

Schneider Electric TWDLMDA20DRT + TM2AMM6HT Специфическое ПО, только 2 языка программирования 29,4

[2],[3],[4],[5].

В результате анализа, можно сделать вывод, что готовые решения имеют высокую цену и обладают при этом некоторыми недостатками.

4. Требования к устройству

К разрабатываемому программируемому логическому контроллеру были предъявлены технические требования, они изображены на рисунке 1.

21

международный научный журнал «инновационная наука»

№7/2015

ISSN 2410-6070

Рисунок 1 - Технические требования к ПЛК

Устройство должно иметь:

• 8 дискретных входов. Они реализуются в виде сухих контактов. Эти контакты позволят принимать сигналы с таких устройств как кнопки, датчики закрытия дверей, реле и др.

• 8 дискретных выходов. Реализуются также в виде сухих контактов, на которые генерируется сигнал.

Позволяют передавать дискретные сигналы типа лог. 0 или 1. Можно использовать для передачи сигнала запуска или остановки некоторого процесса/устройства: включить/выключить свет, активировать

сигнализацию и т.п..

• 4 аналоговых входа 4-20 мА. Возможность принимать с таких контактов уровень сигнала предоставляет достаточно широкие технологические возможности. В частности, можно сопоставить некоторые уровни сигнала различным командам или информационным сообщениям. Например: сигнал 4мА означает, что нужно подать сигнал на 1-ый дискретный выход, 6 мА - на 2-ой, 8мА- на 3-ий и так далее. Также зачастую сигналы такого типа применяются для передачи информации о значении некоторой переменной. Например, по таким линиям можно передавать информацию о температуре с термостата, или положение заслонки в трубе и многое другое

• 2 аналоговых выхода 4-20 мА. Позволяет передавать различные уровни сигнала. Аналогично приему, эти контакты можно использовать для передачи логических уровней, или управлять значением какой-либо переменной в заданных пределах.

• COM-порт, то есть интерфейс стандарта RS-232. Позволит ПЛК связывать с ПК, или другими устройствами. Через этот порт будет осуществляться программирование ПЛК, а так же доступ с ПК к памяти контроллера. Возможна организация связи с другими устройствами, например SCADA системами, другими контроллерами.

5. Алгоритм работы устройства

При проектировании системы необходимо отчетливо представлять алгоритм её работы. Алгоритм работы разрабатываемого контроллера представлен на рисунке 2.

22

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7/2015 ISSN 2410-6070

Рисунок 2 - Алгоритм работы устройства

6. Структурная схема контроллера

Проектирование любой системы начинается с разработки структурной схемы. Она включает в себя набор элементарных звеньев объекта и связей между ними. Структурная схема разрабатываемого ПЛК представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Структурная схема ПЛК 23

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7/2015 ISSN 2410-6070

Разрабатываемое устройство состоит из 7 блоков.

МК:

Основной блок. Содержит в себе микропроцессор, ПЗУ в виде флеш-памяти и ОЗУ, АЦП и ЦАП. Исполняет заданную пользователем программу и осуществляет управление интерфейсом RS-232, принимает сигналы с портов ввода, формирует воздействия для передачи сигналов через порты вывода. АЦП преобразует входные аналоговые сигналы в цифровые для передачи на процессор. ЦАП преобразует цифровые сигналы процессора в аналоговые для передачи на контакты аналоговых выходов.

Сухие контакты:

Это контакты, не имеющие гальванической связи с цепями электропитания и «землёй», то есть контакт гальванически развязан от управляющего сигнала. Требует питания 24В, 2А.

Контакты аналогового сигнала:

Контакт передаёт уровень сигнала с помощью тока 4-20 мА. Отсутствие тока (0 мА) означает отсутствие подключения к контакту. Для передачи сигнала на процессор требуется АЦП. Для передачи сигнала с процессора на контакты требуется ЦАП.

Блок питания:

Подключается к внешнему питанию 24В. Осуществляет фильтрацию и преобразование входного напряжения до уровней, необходимых элементам схемы.

Интерфейс RS-232:

Порт RS-232 необходим для связи с ПК. С его помощью осуществляется программирование ПЛК и снятие данных с его памяти.

7. Функциональная схема контроллера

Функциональная схема разъясняет процессы, протекающие в отдельных функциональных цепях изделия или установки в целом.

Входы ые дискретные сигналы

Компаратор

Аналоговые

входы

4-20мА

Рисунок 4 - Функциональная схема ПЛК

Функциональная схема на Рисунке 4 дополняет структурную схему, раскрывая принципы построения контактов ввода/вывода.

Дискретные сигналы - контакты типа «сухой контакт». Для приема сигнала с таких контактов требуется компаратор и выработка опорного напряжения для него. При наличии на входной линии

24

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7/2015 ISSN 2410-6070

напряжения больше опорного, компаратор подает сигнал на микроконтроллер. Сухой контакт требует питания, которое реализуется линией от блока питания с напряжением 24 В.

Для передачи сигнала на сухой контакт используется твердотельное реле. МК формирует управляющее воздействие и при его подаче, реле передает сигнал с напряжением 24В и током 2А с источника питания на контакт. Использование именно твердотельного реле обуславливается их небольшими размерами, которые позволяют свободно монтировать их на платы. Также они имеют много других преимуществ: высокое быстродействие, отсутствие акустического шума, дребезжания и искрения, энергопотребление.

Аналоговые входы - пара контактов, по которым течет ток 4-20 мА. Уровень сигнала передается силой тока. Для регистрации этого уровня, контакты подключаются к прецизионным резисторам 250 Ом и значение снимается уже по напряжению 1-5 В. Оно передается на АЦП для оцифровки и передачи в МК.

Аналоговые выходы - на МК с помощью ЦАП генерируется сигнал 1-5 В. Он подается на прецизионный резистор 250 Ом для генерации на контактах сигнала 4-20 мА.

Список использованной литературы:

1. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования. И. В. Петров. Под редакцией проф. В. П. Дьяконова. Москва СОЛОН-Пресс, 2004.

2. http://www.owen.ru/

3. http://new.abb.com/

4. http://www.ia.omron.com/

5. http://www.schneider-electric.com/

© И.П. Гусев, 2015

УДК 608.2

И.П. Гусев

Бакалавр

Направление «Информатика и вычислительная техника»

НИУ «МИЭТ»

г. Зеленоград, Российская Федерация

ВЫБОР СПОСОБА ОРГАНИЗАЦИИ ИНТЕГРИРОВАННОЙ СРЕДЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ПРОГРАММИРУЕМОГО ЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЛЕРА.

Аннотация

В работе исследованы способы организации интегрированной среды управления для программируемого логического контроллера и выбран оптимальный способ.

Ключевые слова

Среда управления, программируемый логический контроллер, автоматизированная среда управления

1. Анализ существующих на рынке решений.

Разрабатывать собственную среду управления для программируемого логического контроллера(далее ПЛК) слишком долго и сложно, а значит дорого. На рынке существует много готовых программных продуктов нацеленных на работу с ПЛК. Описать все невозможно, поэтому назовем основные.

Существующие среды управления можно разделить на специализированные (для одного производителя или даже ПЛК) и унифицированные.

Специализированные рассмотрим на примере системы CX-One компании Omron. Она имеет следующие особенности.

• Поддержка всех моделей ПЛК Omron серий CS, CJ, CP; всех терминалов серии NS; всех моделей контроллера управления движением Trajexia

• Поддержка языка программирования SFC и полная поддержка языка ST для ПЛК серий CS/CJ

25