Co to sterownik PLC?
Sterownik PLC (programowalny sterownik logiczny) to specjalny rodzaj komputera przemysłowego, który służy do kontroli procesów i nadzoru urządzeń automatyki przemysłowej. Jest zaprojektowany do pracy w surowych warunkach przemysłowych i umożliwia programowanie i kontrolę różnych funkcji i operacji. Sterowniki PLC wyróżniają się łatwością zapisu oraz modyfikacji algorytmu sterowania (stąd pojawia się w ich nazwie przymiotnik programowalne).
PLC składa się z jednostki centralnej (CPU), modułów wejść/wyjść (I/O), pamięci programu oraz interfejsów komunikacyjnych. Za pomocą programowalnych instrukcji i algorytmów sterownik PLC przetwarza sygnały wejściowe z czujników i urządzeń zewnętrznych, podejmuje decyzje i generuje odpowiednie sygnały wyjściowe, kontrolując w ten sposób działanie maszyn, linii produkcyjnych i innych systemów przemysłowych.
Programowalne sterowniki logiczne umożliwiają użytkownikowi wykonanie różnorodnych procesów technologicznych, takich jak sterowanie silnikami, nadzorowanie procesów przemysłowych oraz gromadzenie i przetwarzanie danych. Co więcej, oferują one bogaty wachlarz zaawansowanych funkcji, takich jak komunikacja z innymi urządzeniami, obsługa sieci oraz programowalne funkcje matematyczne.
Sterowniki PLC są powszechnie stosowane w takich branżach jak automatyka przemysłowa, produkcja, transport, energetyka, budownictwo, gdzie zapewnienie precyzyjnego sterowania i nadzoru procesów jest kluczowe dla ich efektywnego funkcjonowania.
Budowa sterownika PLC
Sterownik PLC składa się z kilku głównych elementów, które współpracują ze sobą, aby umożliwić kontrolę i automatyzację procesów przemysłowych. Są nimi:
- Procesor odpowiedzialny za wykonywanie programu sterującego.
- Moduły wejść/wyjść (I/O) pełniące funkcję interfejsu sterownika, które umożliwiają komunikację między zewnętrznymi urządzeniami a procesorem. Moduły wejść służą do odczytu stanu i sygnałów z czujników, natomiast moduły wyjść sterują urządzeniami wykonawczymi, takimi jak silniki, zawory czy przekaźniki.
- Pamięć, w której przechowywane są programy sterujące, dane procesowe oraz ustawienia konfiguracyjne.
- Zasilanie PLC wymaga zewnętrznego źródła zasilania, które zapewnia odpowiednie napięcie i prąd do jego pracy.
- Interfejsy komunikacyjne pozwalają na komunikację sterownika z innymi urządzeniami, takimi jak komputery, panele operatorskie czy systemy nadzoru i kontroli.
Budowa jednostki głównej sterownika
Bardziej szczegółowa budowa PLC zależy już konkretnie od danego modelu. Jako przykład przedstawiamy poniżej budowę jednostki głównej modeli FBs sterownika PLC Fatek:
- Szyna DIN o szerokości 35mm
- Mocowanie do szyny DIN
- Otwór na śrubę mocującą (ϕ4.5×2)
- Złącza wyjścia zasilania 24VDC i wejścia cyfrowego (skok 7.62mm)
- Złącza wejścia zasilania głównego i wyjścia cyfrowego (skok 7.62mm)
- Standardowa osłona (bez płytki komunikacyjnej)
- Osłona wbudowanego portu komunikacyjnego (Port 0)
- Wskaźniki stanu nadawania (TX) i odbioru (RX) wbudowanego portu komunikacyjnego (Port0)
- Wskaźnik wejścia cyfrowego (Xn)
- Wskaźnik wyjścia cyfrowego (Yn).
- Wskaźnik stanu systemu (POW, RUN, ERR)
- Osłona modułu we / wy [tylko dla jednostek z maksimum 20 punktami] z możliwością zabezpieczenia przewodu do rozszerzeń
- Płytka komunikacyjna (CB) FBS-CB22
- Osłona FBS-CB22 CB (każda CB posiada swoją własną osłonę)
- Otwory na śruby w płytce komunikacyjnej
- Złącze płytki komunikacyjnej (dla7 typów CB: CB2, CB22, CB5, CB55, CB25, CBE, CBCAN, CBEH, 3 typów AIO: B2DA, B2AD, B4AD oraz 2 typów DAP: BDAP i BPEP)
- Złącze dla lewostronnych modułów rozszerzeń (dostępne tylko w modelu MC/MN dla połączenia z CM22, CM25, CM55, CM25E, CM55E i CMGSM)
- Złącze pamięci FBs-PACK
- Złącze wbudowanego portu komunikacyjnego (Port 0) (opcjonalnie USB lub RS232; na rysunku jest złącze RS232)
- Złącze dla prawostronnego modułu rozszerzeń (tylko dla jednostek z minimum 20 punktami), do połączenia z jednostkami / modułami rozszerzeń
Do czego służą sterowniki PLC i gdzie są stosowane?
Z powodu uniwersalności sterowników PLC są one fundamentem większości współczesnych systemów automatyki przemysłowej. Sterowniki zostały zaprojektowane do sterowania procesami przemysłowymi poprzez odbieranie informacji z różnych czujników i wykonawców, przetwarzania tych informacji zgodnie z zaprogramowanymi instrukcjami, a następnie wysyłania odpowiednich sygnałów do urządzeń wykonawczych w celu kontrolowania procesów.
Przykłady zastosowań sterowników PLC:
- Produkcja: Sterowniki PLC są często stosowane na linii produkcyjnej, gdzie kontrolują procesy typu: montaż, pakowanie, etykietowanie i kontrola jakości. Mogą one sterować prędkością taśmociągów, monitorować warunki pracy maszyn i inicjować działania w przypadku wykrycia problemów.
- Automatyzacja budynków: PLC mogą kontrolować systemy HVAC (ogrzewanie, wentylacja, klimatyzacja), oświetlenie, systemy bezpieczeństwa i inne elementy infrastruktury budynków, co pozwala oszczędzać energię i zwiększyć komfort użytkowników.
- Przemysł chemiczny i farmaceutyczny: Sterowniki PLC są wykorzystywane do kontroli precyzyjnych procesów, takich jak dawkowanie substancji chemicznych, monitorowanie warunków reakcji chemicznej, kontrola procesów fermentacji.
- Energetyka: PLC są stosowane do monitorowania i kontroli elementów sieci energetycznej, takich jak stacje transformatorowe, generatory i turbiny. Mogą one również monitorować i kontrolować procesy związane z produkcją energii odnawialnej. np. elektrownie wiatrowe i słoneczne.
- Automatyzacja wodociągów i oczyszczalni ścieków: PLC są stosowane do monitorowania i kontroli przepływu wody, nacisku w rurociągach, procesów oczyszczania ścieków.
- Transport i logistyka: Sterowniki PLC są stosowane do kontroli systemów sortowania paczek, systemów podziemnego transportu towarów, wind towarowych, a nawet systemów sterowania ruchem na lotniskach.
Jak działa PLC?
Programowalne Sterowniki Logiczne to urządzenia służące do sterowania procesami przemysłowymi. Są one zaprojektowane do wielokrotnego wykonywania zadań kontrolujących np. maszyny w fabrykach. Sposób działania:
- Wejścia: PLC odczytuje dane z różnych sensorów i przekaźników podłączonych do wejść urządzenia. Dane mogą dotyczyć np. temperatury, ciśnienia, położenia czy stanu przekaźnika.
- Programowanie: Sterownik PLC działa na podstawie programu, który jest wczytywany do pamięci urządzenia. Program określa, jak sterownik ma działać na różne sygnały wejściowe.
- Przetwarzanie: PLC analizuje odczytane dane wejściowe na podstawie programu. W trakcie cyklu pracy, sterownik najpierw aktualizuje stan wejść, następnie wykonuje program, a na końcu aktualizuje stan wyjść.
- Wyjścia: Na podstawie analizy danych wejściowych i instrukcji zawartych w programie sterownik PLC steruje różnymi urządzeniami poprzez porty wyjściowe. Może to obejmować np. sterowanie silnikami, przekaźnikami, diodami LED, sygnalizatorami.
- Komunikacja: Sterowniki PLC komunikują się z innymi urządzeniami, takimi jak komputery, inne sterowniki PLC i panele operatorskie (HMI). Komunikacja odbywa się za pomocą standardowych protokołów przemysłowych typu: Modbus, Profibus czy Ethernet/IP.
Cały ten proces – odczytywanie wejść, wykonywanie programu, aktualizacja wyjść – powtarza się cyklicznie, zazwyczaj z bardzo dużą częstotliwością, co pozwala na efektywne i dynamiczne sterowanie procesami przemysłowymi.
Czym różnią się sterowniki PLC od kontrolerów ruchu?
Różnica pomiędzy sterownikami PLC a kontrolerami ruchu może wydawać się niewyraźna, ponieważ oba urządzenia zajmują się sterowaniem ruchami urządzeń. Oba urządzenia różnią się jednak w trzech zakresach:
Zastosowanie: Sterownik PLC jest wszechstronny i używany do sterowania różnymi procesami przemysłowymi, podczas gdy kontroler ruchu jest dedykowany do sterowania ruchem mechanicznym.
Programowanie: PLC są łatwiejsze w programowaniu ze względu na wykorzystywanie typowych języków stosowanych w automatyce (drabinkowy diagram funkcyjny – Ladder Diagram, język strukturalny – Structured Text czy język sekwencyjny – Sequential Function Chart), podczas gdy kontrolery ruchu wymagają bardziej zaawansowanego programowania.
Wydajność: Kontrolery ruchu są bardziej wydajne i precyzyjne od sterowników PLC w przypadku aplikacji związanych z ruchem i pozycjonowaniem.
Jaki PLC wybrać?
Wybierając sterownik należy zapoznać się z jego parametrami technicznymi oraz funkcjami dostępnymi w oferowanym przez producenta oprogramowaniu. Warto pamiętać, że sam koszt sterownika to nie wszystko – należy wziąć pod uwagę takie kryteria jak:
- Ilość wejść/wyjść cyfrowych i analogowych – czy będą to głównie sygnały cyfrowe czy może potrzebujemy również sygnałów analogowych do precyzyjnej regulacji?
- Możliwość rozszerzenia – czy sterownik posiada możliwość późniejszego rozszerzenia o dodatkowe moduły, ponieważ nasze potrzeby w przyszłości mogą się zwiększyć. W ten sposób unikniemy konieczności wymiany całego sterownika.
- Liczniki sprzętowe i szybkie wyjścia impulsowe – jeśli nasze zastosowanie wymaga obsługi liczników lub wykorzystania szybkich wyjść impulsowych, należy upewnić się, że sterownik posiada odpowiednią liczbę takich funkcji.
Jednak najważniejszym kryterium wyboru jest zastosowanie sterownika. Musimy sobie zadać pytanie, do czego konkretnie potrzebujemy sterownika. Czy będzie on odpowiedzialny za kontrolę rozproszonego systemu sterowania, który komunikuje się z zdalnymi punktami, czy może będzie służył do lokalnego sterowania pojedynczą maszyną? Odpowiedź na to pytanie pomoże nam dokładnie określić wymagania i dostosować wybór sterownika do naszych potrzeb.
Jak programować sterownik PLC?
Programowanie sterownika PLC odbywa się za pomocą dedykowanego oprogramowania, dostarczanego przez producenta. Proces programowania składa się z kilku podstawowych kroków:
- Projektowanie struktury programu i definiowanie wejść, wyjść i zmiennych.
- Tworzenie bloków funkcyjnych do realizacji różnych funkcji.
- Programowanie logiki sterowania, w tym instrukcje warunkowe i pętle.
- Testowanie i debugowanie programu.
- Wgrywanie programu do sterownika za pomocą kabla programującego lub sieci komunikacyjnej.
- Monitorowanie i utrzymanie programu, wprowadzanie zmian i modyfikacji.
Darmowe oprogramowanie WinProLadder
MultiProjekt udostępnia również darmowe oprogramowanie do sterowników PLC. WinProLadder to program przeznaczony do programowania sterowników PLC Fatek, który można pobrać za darmo z ich strony. Istotny jest fakt, że program ten nie jest wersją demo działającą kilka dni, tylko pełnowartościowym oprogramowaniem. Co więcej, program WinProLadder można użyć do połączenia panelu sterowniczego HMI z sterownikiem PLC.
Jakie są rodzaje PLC Fatek?
Sterowniki PLC firmy FATEK istnieją na polskim rynku od 2004 roku i stały się alternatywą dla istniejących rozwiązań oraz urządzeń. Obecnie są dostępne dwie główne serie sterowników PLC Fatek:
Seria sterowników FBs
Seria FBs to najdłużej istniejąca seria sterowników PLC firmy FATEK na rynku polskim. Sterowniki PLC serii FBs to zaawansowane urządzenia mające wejścia oraz wyjścia różnicowe pracujące z częstotliwością do 920 kHz, dlatego idealnie sprawdzają się do sterowania silnikami krokowymi oraz serwonapędami. Kompaktowe urządzenia zostały podzielone na trzy grupy ze względu na budżet inwestora oraz funkcjonalność:
- sterowniki ekonomiczne MA – przeznaczone do prostych aplikacji
- sterowniki zaawansowane MC – umożliwiające obsługę do 49 przerwań (5 poziomów priorytetów), z wbudowanym RTC i we/ wy o częstotliwości do 200 kHz
- sterowniki zaawansowane MN – dedykowane do pozycjonowania (głównie sterowania serwonapędami), wyposażone w we/wy różnicowe o częstotliwości 920 kHz
Zalety sterowników PLC serii FBs
- możliwość rozszerzenia do 32 modułów
- ponad 300 instrukcji
- obsługa 4 osi sterowania NC
- możliwość połączenia z oprogramowaniem SCADA oraz panelami HMI
- częstotliwość maksymalna wejść / wyjść TTL: do 920 kHz
- obsługa szybkich liczników – 4 liczniki sprzętowe (HHSC) i 4 systemowe (SHSC)
- zasilanie: 100-240 VAC, 24 VDC lub 12 VDC
- interpolacja liniowa między osiami
- RTC (zegar czasu rzeczywistego)
- obsługa przerwań
Seria ekonomiczna
Zaawansowana i
elastyczna seria
Najbardziej zaawansowana seria
Sterowniki tej serii są ekonomiczne, idealne do prostych aplikacji, z cyfrowymi wejściami/wyjściami do 100kHz oraz portem RS232. Dostępne są w wersjach rozszerzalnych i nierozszerzalnych, mają wbudowany zegar czasu rzeczywistego i maksymalnie 3 porty komunikacyjne.
Zaawansowane sterowniki z wbudowanym zegarem czasu rzeczywistego i cyfrowymi wejściami/wyjściami do 200 kHz (8 wejść i 8 wyjść). Dostępne są wersje rozszerzalne i nierozszerzalne, mają maksymalnie 5 portów komunikacyjnych oraz port RS232, a mocowane są na listwie zaciskowej 7,62 mm.
Jednostki główne FBs-MN to najbardziej zaawansowane sterowniki PLC Fatek, dedykowane do pozycjonowania, z różnicowymi wejściami/wyjściami o częstotliwości 920 kHz (8 wejść i 8 wyjść). Wyposażone w wbudowany zegar czasu rzeczywistego, port RS232 i maksymalnie 5 portów komunikacyjnych, mocowane na listwie zaciskowej 7,62 mm.
Seria sterowników PLC B1
Sterowniki PLC B1 to seria micro umożliwiająca pracę z częstotliwością wejść i wyjść do 50 kHz, która jest dedykowana do mniejszych aplikacji. Seria B1 sterowników PLC jest rozszerzalna do 80 we/wy cyfrowych (do 50 kHz), posiada moduły analogowe i komunikacyjne (różne kombinacje w zależności od wersji modułu), a także moduły temperaturowe pod czujniki NTC. Obsługuje ona porty RS232, RS485 oraz Ethernet.
Seria do prostych
aplikacji przemysłowych
Seria kompaktowa
Seria sterowników PLC B1z
Prosta seria idealna do małych i niewymagających aplikacji. Sterowniki PLC wyposażone są w wejścia i wyjścia cyfrowe, jednak nie ma możliwości dodania rozszerzeń sterowników.
Seria ekonomiczna
Seria kompaktowa
Jednostki główne serii B1z to ekonomiczne i wydajne urządzenia z ograniczoną liczbą cyfrowych wejść/wyjść. Do ich programowania używa się darmowego oprogramowania WinProladder. Posiadają także cyfrowe wejścia/wyjścia oraz 2 porty komunikacyjne: RS232 i RS485.