Sterownik PLC — co to jest, jak działa i do czego służy, odpowiedzi na te pytania znajdziesz w poniższym artykule. Urządzenie to jest niezbędne w automatyzacji procesów technologicznych i powszechnie stosowane w wielu branżach do małych, jak i dużych systemów automatyki. Zostało wynalezione przez amerykańskich inżynierów samochodowych pod koniec lat 60-tych ubiegłego wielu i służyło do eliminowania i uproszczenia skomplikowanego okablowania pomiędzy używanymi wtedy do sterowania stycznikami i przełącznikami. Jego powstanie miało związek z szybkim poziomem wzrostu automatyzacji procesów produkcyjnych.

Sterownik PLC — co to jest?

Warto zacząć od rozszyfrowania skrótu PLC. Co to znaczy? Po angielsku Programmable Logic Controller to Programowalny Sterownik Logiczny. Jest to uniwersalne urządzenie mikroprocesorowe, przy pomocy którego możliwe jest sterowanie pracą maszyn lub procesami technologicznymi.

Sterowniki PLC są wyposażone w odpowiednią do ich przeznaczenia liczbę układów wejściowych, zbierających informacje o stanie obiektu oraz żądaniach obsługi, a także wyjściowych połączonych z elementami sygnalizacyjnymi, wykonawczymi lub transmisji danych. Dzięki ich użyciu poszczególne zadania są realizowane za pomocą odpowiednio dobranego programu, ułatwiając w ten sposób regulację maszyn i urządzeń, a także wprowadzanie zmian w procesie sterowania.

Budowa sterownika PLC

Wiadomo już, co to jest sterownik PLC, poświęcimy więc teraz uwagę jego budowie. Poszczególne wersje różnią się między sobą w zależności od przeznaczenia, ale można wyodrębnić pewne stałe elementy składowe, które gwarantują poprawne działanie urządzenia. Są to:

procesor (inaczej CPU, czyli Central Processing Unit) – jednostka przetwarzająca, podejmująca decyzje zgodne z danym programem i obsługująca urządzenia wejścia/wyjścia,
zasilacz — układ zasilający zarówno procesor, jak i wszystkie przyłączone moduły rozszerzające,
moduły wejścia i wyjścia (ang. Input/Output) – punkty łączenia sterownika z obiektami zewnętrznymi,
interfejs komunikacyjny — układ z portem służący do połączenia PLC z jednostką programującą, np.komputerem czy programatorem,
wskaźniki stanu — układy diodowe informujące o trybie pracy procesora i stanie wejść i wyjść.

Elementy sterowników PLC

CPU, czyli procesor lub jednostka centralna jest elementem, do którego program sterujący jest ładowany i dzięki któremu jest wykonywany. Charakteryzuje go kilkanaście parametrów technicznych, takich jak pamięć, szybkość działania czy napięcie zasilania.

Zasilacz może występować jako integralna część urządzenia lub osobny podzespół. Spotkać można dwa rodzaje rozwiązań stosowanych do sterownika PLC: z zasilaniem z sieci 230 VAC lub z zasilaniem 24 VDC. Zasilacze najczęściej mają moce wystarczające jedynie do zasilania procesora i modułów sterownika. Nie są przez to wykorzystywane do dostarczania energii elektrycznej do innych zespołów sterowania, np. przetworników czy czujników.

Moduł wyjść pozwala na wyprowadzenie ze sterownika PLC sygnałów wyjściowych — cyfrowych lub analogowych. Wyjścia analogowe są konieczne do sterowania pracą układów analogowych. Obecnie częściej stosowane są cyfrowe, dzięki którym łatwo można włączać lub wyłączać elementy wykonawcze jak lampki sygnalizacyjne, elektrozawory czy cewki przekaźnikowe. Budowa sterownika PLC umożliwia wykonanie wyjść cyfrowych na przekaźnikach lub tranzystorach.

Wyjścia przekaźnikowe mają separację układów sterownika od obwodów wyjściowych, niewielką częstość łączeń i ograniczoną trwałość. Z tego względu nie stosuje się ich raczej do systemów sterowania opartych na pracy ciągłej. Wyjścia tranzystorowe mogą być stosowane tylko przy zasilaniu obwodów prądem stałym. Ich obciążalność jest zdecydowanie mniejsza niż przekaźnikowych, za to wyróżniają się dużą częstością łączeń. Z tego względu można zasilać przy ich pomocy elementy o małej mocy, takie jak lampki kontrolne czy cewki przekaźników.

Moduł wejść służy do wprowadzania do CPU sygnałów wejściowych, które mogą być cyfrowe lub analogowe. Jednak w praktyce wszystkie sygnały, które trafiają do procesora, muszą mieć postać cyfrową. Z tego względu wejścia analogowe, na które podawany jest sygnał ciągły, są sprzężone z przetwornikami przetwarzającymi go na sygnał cyfrowy docierający do jednostki centralnej.

Wejścia sterownika mogą być zasilane z zewnętrznego lub własnego źródła zasilania. Wejścia cyfrowe muszą mieć zagwarantowany odpowiedni poziom sygnałów, by można było rozpoznawać je jako 0 lub 1.

Interfejs komunikacyjny służy do połączenia sterownika z innymi urządzeniami jak programator lub elementy sieci lokalnej w określonym standardzie, np. Modbus czy Ethernet przy użyciu złącza o właściwym standardzie.

Zasada działania sterownika PLC

Sterowniki PLC działają na zasadzie zero-jedynkowej, czyli włączają lub wyłączają kolejne elementy wykonawcze urządzeń przy użyciu impulsów elektrycznych. Do tego celu muszą być wyposażone we właściwą liczbę układów wejściowych, które zbierają informacje o stanie obiektu oraz wyjściowych, połączonych z elementami wykonawczymi, sygnalizacyjnymi lub transmisji danych.

Zasada prawidłowego działania sterownika PLC wymaga dostosowania go do danego obiektu sterowania, więc do jego pamięci należy wprowadzić żądany algorytm działania. Zaprogramowany we właściwie dobranym języku mikroprocesor dokonuje analizy i zapisuje uzyskane z układów wejściowych informacje cyklicznie. Sterownik weryfikuje polecenia w kolejności, w jakiej zostały zapisane w programie, tworząc następnie obraz dla układów wyjściowych, a system operacyjny wyjścia steruje elementami wykonawczymi maszyn.

Podsumowując, budowa i zasada działania sterownika PLC sprawia, że w swoim działaniu opiera się on na:

zbieraniu poleceń o sterowanym obiekcie,
zbieraniu poleceń od operatora sterownika,
analizie zebranych informacji za pomocą właściwego programu,
generowaniu i przetwarzaniu sygnałów, przy pomocy interfejsu wyjściowego.

Sterowniki PLC — zastosowanie

Wiadomo już, co to jest PLC, jaką ma budowę i jak działa, pora przyjrzeć się jego możliwym zastosowaniom. Urządzenia te wystarczy właściwie dobrać i skonfigurować, a ich wykorzystanie może być bardzo szerokie, np. w zakładach produkcyjnych, przemysłowych czy w przemyśle maszynowym. Są również w powszechnym użyciu w automatyce budynkowej, przy systemach inteligentnych domów lub do osobnego sterowania klimatyzacją, światłem czy wentylacją.

Zastosowanie sterowników PLC jest bardzo przydatne, bo daje wiele praktycznych funkcji, takich jak podążanie za wartością zadaną czy utrzymanie wartości wyjściowej na określonym poziomie. Oprócz przemysłu i automatyki domowej wykorzystywane są między innymi:

na dworcach,
na stacjach kolejowych,
w parkach rozrywki,
w galeriach handlowych,
w hotelach,
w szpitalach.

Sterowniki PLC pod wieloma względami są lepsze od tradycyjnych układów elektrycznych. Wystarczy tylko podłączyć je do komputera i przeprogramować dotychczasowy układ, by zmienić zadany algorytm, a wszystkie aktualizacje można wykonywać na bieżąco.

Sterowniki PLC — rodzaje

Rodzaje sterowników PLC można podzielić ze względu na budowę oraz dobrane przez ich producentów środowisko programistyczne. Biorąc pod uwagę budowę, można wyróżnić sterowniki:

kompaktowe (blokowe) — składają się z jednego modułu, zwykle są to nanosterowniki lub mikrosterowniki (pod względem ilości wejść/wyjść) o sztywnej architekturze. Zajmują niewiele miejsca i są dopasowane do konkretnego zastosowania,
modułowe małe — składają się z kilku modułów i obsługują do 200 wejść/wyjść,
modułowe średnie — zawierają mocniejsze mikroprocesory i mają do 400 wejść/wyjść,
modułowe duże — mają największe jednostki arytmetyczno-logiczne i możliwość obsłużenia ponad 400 wejść/wyjść,
rozproszone — odmiana modułowych, urządzenia, które mają sterownik centralny, komunikujący się za pomocą sieci z pozostałymi modułami rozproszonymi.

Środowisko programistyczne dostosowywane jest do konkretnego sterownika. Może być w postaci: LD (ladder diagram), FBD (function block diagram), SFC (sequential function chart), IL (instruction list) czy ST (structured text).

Funkcje sterowników PLC — wykorzystanie

Funkcje PLC są wykorzystywane głównie do zadań wymagających wysokiej wydajności. Wykonują polecenia systemu operacyjnego i w czasie rzeczywistym zbierają pomiary przy pomocy modułów wejść z nadajników, czujników i urządzeń pomiarowych. Następnie wykorzystując te dane, realizują programy użytkownika oraz wytwarzają sygnały sterujące odpowiednie do wyników obliczeń danych programów i poprzez moduły wyjściowe przekazują je do urządzeń lub elementów wykonawczych.

Sterowniki PLC mają także możliwość realizacji funkcji diagnostyki sprzętowej i programowej oraz transmitowania danych poprzez swoje moduły i łącza komunikacyjne.

Sterowniki PLC — zalety

Można powiedzieć o dużej przewadze technologicznej, jaką nad układami przekażnikowo-stycznikowymi mają sterowniki PLC. Co to oznacza? Ich zalety to:

brak konieczności zmiany okablowania przy modyfikacji sterowania. Nie tylko skraca to czas związany z wykonaniem zmian w danej instalacji, ale i powoduje zmniejszenie kosztów. Wszystkie działania wykonywane są wewnątrz sterownika, więc nie trzeba instalować nowych przekaźników czasowych ani styczników pomocniczych,
program obsługujący sterownik można kopiować i używać wielokrotnie. To bardzo ekonomiczne rozwiązanie, które w dodatku, pozwala na umieszczanie w nim komentarzy, co ułatwia zrozumienie, co zostało wykonane w danym fragmencie programu,
zdalna diagnostyka i konserwacja — sterowanie programem można wykonywać bez żadnych problemów z dowolnej lokalizacji,
niskie zużycie energii oraz dużo wyższa niezawodność w porównaniu do tradycyjnych układów przekaźnikowo – stycznikowych.

Sterowniki PLC — wady

W porównaniu do układów przekaźnikowo-stycznikowych sterowniki PLC praktycznie są pozbawione wad. Jednak można powiedzieć, że ich koszt przy zastosowaniu w małych instalacjach jest dość wysoki. Natomiast w przypadku dużych nie stanowi już znaczącego udziału.

Do wdrożenia sterowników PLC potrzebna jest pomoc wykwalifikowanego personelu, co w pewnym stopniu rownież może być ich wadą. Jednak korzyści z ich zastosowania całkowicie niwelują te trudności.

Podsumowanie

Sterowniki PLC są niezbędnym elementem automatyki przemysłowej, pełniąc funkcję mózgu maszyn i urządzeń. Coraz częściej znajdują też zastosowanie w automatyce budynkowej, gdzie są wykorzystywane do sterowania inteligentymi domami, klimatyzacją, wentylacją, ogrzewaniem czy oświetleniem. Pomimo wejscia na rynek komputerów przemysłowych, pozycja sterowników programowalnych PLC jest wciąż niezagrożona, o czym decydują ich znacznie niższe koszty, możliwość tworzenia prostych, jak i zaawansowanych układów sterowania oraz długa żywotność.

Nasz sklep z automatyką przemysłową oferuje sterowniki programowalne PLC marki Wayy, które współpracują ze wszystkimi systemami i urządzeniami wyposażonymi w interfejs RS-485 i Ethernet 10/100 Mbit/s oraz obsługującymi protokół Modbus RTU i TCP/IP. Dajemy na nie aż 6 lat gwarancji. Są doskonałym narzędziem kontrolno-sterującym w różnorodnych aplikacjach.

PLC co to jest – budowa sterownika, zastosowanie, rodzaje