ПЛК — программируемый логический контроллер¶

ПЛК (программируемый логический контроллер, ПЛК; англ. PLC — Programmable Logic Controller) — промышленный компьютер, предназначенный для автоматизации технологических процессов: управления производственным оборудованием, сбора данных с датчиков, управления исполнительными механизмами. ПЛК работает в реальном времени, устойчив к промышленной среде (вибрация, электромагнитные помехи, широкий диапазон температур) и программируется с использованием языков, стандартизированных международным стандартом МЭК 61131-3.

¶История

Первый программируемый логический контроллер был создан в 1968 году по заказу компании General Motors. Задача заключалась в замене релейных систем управления на конвейерах автомобильных заводов, которые были громоздкими, ненадёжными и трудоёмкими в перенастройке. Проект возглавил инженер Дик Морли, разработавший контроллер Modicon 084. Программное обеспечение для него написала Дэвис Бедли — считается, что она создала первый в мире язык программирования для ПЛК (предшественник ladder logic).

В 1970-е годах ПЛК получили широкое распространение в промышленности США, а затем и в Европе. В СССР аналогичные разработки велись с начала 1970-х годов: в частности, были созданы программируемые контроллеры семейства «Электроника» и серии «Торнадо» для управления технологическими процессами на предприятиях нефтепереработки, металлургии и энергетики.

¶Устройство

Типовой ПЛК состоит из следующих модулей:

• Процессорный модуль (CPU) — выполняет программу управления, обрабатывает логические операции, управляет связью с внешними устройствами.
• Модули ввода/вывода (I/O) — обеспечивают подключение цифровых и аналоговых датчиков, исполнительных механизмов (электродвигателей, клапанов, реле).
• Источник питания — преобразует питающее напряжение (обычно 24 В постоянного тока или 220 В переменного) для внутренних цепей контроллера.
• Программатор (программное обеспечение) — среда разработки, в которой создаётся и загружается управляющая программа.
• Средства связи — интерфейсы Ethernet, RS-232/RS-485, полевые шины (Profibus, Modbus, CANopen, EtherNet/IP).

Архитектура ПЛК построена по циклическому принципу: считывание состояния входов → выполнение программы → запись состояния выходов. Полный цикл, как правило, занимает от долей миллисекунды до нескольких миллисекунд.

¶Классификация

По конструктивному исполнению ПЛК делятся на:

По быстродействию выделяют ПЛК с временем цикла менее 1 мс (для высокоточных приложений) и стандартные контроллеры с циклом 1–100 мс.

¶Языки программирования

Стандарт МЭК 61131-3 (в России — ГОСТ Р МЭК 61131-3) определяет пять основных языков:

• LD (Ladder Diagram) — релейно-лестничная схема, графический язык, наследующий схемотехнику релейных систем.
• FBD (Function Block Diagram) — функциональные блоки, соединённые линиями данных.
• IL (Instruction List) — текстовый язык, близкий к ассемблеру.
• ST (Structured Text) — структурированный текст, схожий с Pascal.
• SFC (Sequential Function Chart) — графическое описание последовательных операций.

В России и странах СНГ наибольшее распространение получил язык LD, а также ST для сложных алгоритмов.

¶Производители

Крупнейшими мировыми производителями ПЛК являются:

• Siemens (Германия) — линейки SIMATIC S7-200/300/400, S7-1200/1500;
• Rockwell Automation (США) — семейство ControlLogix и CompactLogix;
• Schneider Electric (Франция) — линейки Modicon M340/M580;
• Mitsubishi Electric (Япония) — серия MELSEC;
• Omron (Япония) — серия CJ/CS.

В России разработкой и производством ПЛК занимаются компании «Трикон», «Модульные Системы» (бренд АСКОН), «Инфотранс», «Элвис-Плюс» и другие. Отечественные контроллеры применяются в транспортной автоматике, ЖКХ, энергетике и на промышленных предприятиях; часть из них сертифицирована для систем, обеспечивающих функционирование критически важных объектов.

¶Применение

ПЛК используются повсеместно в промышленной автоматизации:

• Машиностроение — управление станками с ЧПУ, робототехническими ячейками, линиями сборки.
• Нефтегазовая отрасль — автоматизация насосных станций, регулирование процессов переработки.
• Энергетика — управление котельными, подстанциями, системами распределения электроэнергии.
• Пищевая промышленность — контроль линий розлива, упаковки, термообработки.
• Транспорт — управление светофорами, эскалаторами, системами вентиляции тоннелей.
• Здания — системы вентиляции, кондиционирования, пожарной безопасности (BMS).

¶Отличие ПЛК от промышленного компьютера

ПЛК отличается от промышленного ПК детерминированным временем выполнения цикла, встроенными средствами диагностики, модульностью и устойчивостью к сбоям. Промышленный компьютер, напротив, обладает большей вычислительной мощностью и подходит для задач визуализации, работы с базами данных и аналитики, но не гарантирует строгой детерминированности реального времени.

Источники:

• ГОСТ Р МЭК 61131-3 — Программируемые контроллеры. Часть 3: Языки программирования.
• МЭК 61131-3:2013 — Programmable controllers — Part 3: Programming languages.
• Морли Д. «Программируемые контроллеры: технологии и применение».
• Кузнецов В. И. «Программируемые контроллеры: основы проектирования и применения».