Что такое и какие задачи решает контроллер (регулятор) для промышленности? Каким может быть контроллер и что такое система с микропроцессорным управлением? Подробные ответы на эти вопросы вы найдёте в статье ниже.
Для начала нужно четко понять, что целью любого промышленного контроллера, в том числе программно-логического (с программируемой логикой) является управление оборудованием и/или процессом, а решаемые контроллером задачи в каждом конкретном случае могут быть разными — контролировать последовательность событий, поддерживать постоянство некоторой переменной, следовать какому-то заданному изменению и т. д.
Так, например, система управления автоматическим сверлильным станком может включить опускание сверла, когда заготовка находится в нужном положении, начать собственно сверление, когда сверло достигает заготовки, остановить процесс сверления, когда выполнено отверстие требуемой глубины, поднять сверло, выключить его до момента замены заготовок и повторения операции.
В то же время система управления конвейером может использоваться для контроля количества предметов, движущихся по конвейерной ленте, и направления их в упаковочный ящик, причем о наличии предмета на ленте может поступать сигнал от фотодатчика, датчика температуры, веса, а контроллер будет управлять электродвигателем, перемещающим конвейерную ленту, клапанами проходов/переходов и т. д.
Каким может быть контроллер
Для автоматического сверлильного станка можно использовать электрические цепи, в которых замыкание или размыкание выключателей приводило бы к включению двигателей или срабатыванию клапанов. Так замыкание одного переключателя может активировать реле, которое, в свою очередь, включает ток на двигатель и заставляет сверло вращаться, а другой переключатель — использоваться для активации реле и подачи тока на пневматический или гидравлический клапан, что приводит к переключению давления привода поршня в цилиндре и, соответственно, к перемещению заготовки в требуемое положение.
В свою очередь для контроля количества предметов, направленных конвейером в упаковочный ящик, тоже можно использовать электрические цепи, включающие датчики и двигатели, однако действия контроллера для конвейера и сверлильного станка будут разными и зависят от логики оптимального управления процессом.
Здесь под логикой следует понимать правильную последовательность действия контроллера по завершению события (сигналу от датчика). По сути, контроллер действует в полной аналогии с логикой или мыслительным процессом квалифицированного профильного рабочего, который при ручном сверлении сначала размещает заготовку, потом включает двигатель, опускает сверло, выполняет сверление на заданную глубину, поднимает сверло, выключает двигатель, меняет заготовку. А значит в контроллер необходимо изначально «вложить» эту логику, что может быть сделано с помощью жесткой зависимости переключателя/реле от датчика или путем программирования «умного» контроллера с микропроцессором.
Что такое система с микропроцессорным управлением
По сути, вместо того, чтобы жестко использовать каждую цепь переключений для каждой ситуации, более целесообразно создать одну и ту же базовую систему с набором переключателей, реле, датчиков и микропроцессором, а затем для определенного процесса подготовить программу, которая будет «инструктировать» микропроцессор, как реагировать на каждый входной сигнал и куда подавать управляющие команды. Т. е., упрощенно, это может быть программа вида: «если переключатель "A" замыкается подать сигнал на цепь двигателя, если переключатель "B" замыкается — сигнал на цепь клапана» и т. д.
Изменяя инструкции в программе, можно использовать одну и ту же микропроцессорную систему для управления самыми разными ситуациями, как, например, современная бытовая стиральная машина — входные сигналы в нее поступают от циферблатов, используемых для выбора требуемого цикла стирки, переключателя, сигнализирующего, что дверца машины закрыта, датчиков температуры и уровня воды. На основе этих входных данных микропроцессор запрограммирован на выдачу выходных сигналов, которые включают двигатель барабана и регулируют его скорость, открывают или закрывают клапаны холодной и горячей воды, включают сливной насос, управляют водонагревателем и дверным замком, чтобы машину нельзя открывать, пока цикл стирки не завершится.
Программируемый логический контроллер (ПЛК) — это особая форма микропроцессорного контроллера, который использует программируемую память для хранения инструкций и реализации таких функций, как логика, последовательность, синхронизация, вычисления для управления машинами и процессами. ПЛК изначально разрабатываются инженерами, возможно, с ограниченным знанием компьютеров и языков программирования, но с квалификацией, обеспечивающей создание устройства, которое можно программировать узкопрофильным IT-специалистам по заданному техническому заданию в зависимости от конкретного технологического процесса.
Или проще, контроллеры с пакетом входов и выходов создаются инженерами, а программируются по изначально заданной логике, которая определена конкретным технологическим процессом, программистами, например, если происходит A или B, включается C, если происходит A и B, включается D и т. д. Причем изначально тандемом инженер-программист в контроллер закладывается возможность изменения параметров регулирования, телекоммуникация с системами автоматики, диспетчерским пунктом, пользовательскими терминалами и пр.
Большое преимущество ПЛК заключается в том, что один и тот же базовый контроллер можно использовать с широким спектром систем управления, а, чтобы изменить систему и правила действий нужно всего-то ввести другой набор инструкций. В целом ПЛК похожи на компьютеры, но в то время как компьютеры оптимизированы для задач расчета и отображения, контроллеры с программируемой логикой — для задач управления в промышленной среде, а потому они:
- прочные, надежные, инертные (в допустимых пределах) к вибрациям, шуму, изменениям температуры, влажности;
- имеют интерфейс для входов и выходов уже внутри контроллера;
- легко программируются;
- как правило, имеют понятный язык программирования, который в первую очередь связан с логикой и операциями переключения.
Об основных комплектующих, входах, выходах, интерфейсе контроллеров в следующих материалах.
