Instalace a připojení programovatelných logických automatů (PLC) v automatizačních skříních a panelech

Programovatelný logický automat (PLC) je speciální typ počítače sloužící k automatizaci technologických procesů a objektů.

Termín PLC (anglická zkratka — (PLC) programmable logic controller) zavedl Odo Joseph Struger, inženýr z Allen-Bradley USA v roce 1971. Sehrál také klíčovou roli při sjednocení programovacích jazyků PLC.

Při aplikaci algoritmu na řídicí systém jsou obvykle vyžadovány logické operace a speciální organizace komunikace se senzory, akčními členy a rozhraním člověk-stroj.

Důležitou vlastností PLC je jeho provoz v reálném čase. To je zajištěno použitím speciálních mikroprocesorů, které zaručují odezvu systému na požadavek v určitém časovém intervalu.

PLC obvykle pracují za nepříznivých vnějších podmínek — teplota, vlhkost, prach, elektromagnetické záření, záření. Běžné domácí počítače se proto jako ovládací prvky nepoužívaly.

V Rusku od roku 2007.speciální programovatelný regulátor GOST R IEC 61131-1-2016 je v platnosti.

PLC jsou založeny na mikrokontroléry — specializované mikroprocesory s jednočipovou architekturou. Mikrokontroléry mohou pracovat bez čipové sady a základní desky, bez operačního systému. Tento režim se však používá hlavně v jednoduchých místních automatizačních systémech. Ve složitých systémech se používají dostatečně výkonné procesory pod kontrolou speciálních operačních systémů.

Další informace o účelu, zařízení a typech PLC naleznete zde: Co jsou programovatelné logické automaty

Paleta PLC je velmi široká. V oblasti automatizace a elektroniky neexistuje jediná firma, která by nevyráběla vlastní PLC. Přesto všechna PLC spojuje společná architektura a standardizace rozhraní pro připojení externích zařízení.

Největšími světovými výrobci PLC jsou dnes Siemens AG, Allen-Bradley, Rockwell Automation, Schneider Electric, Omron, Micubichi, Lovato. PLC vyrábí mnoho dalších výrobců, včetně ruských společností Kontar LLC, Oven, Kontel LLC, Segnetiks, Fastwel Group, Tecon a dalších.

OWEN Programmable Logic Controllers

Programovatelné automaty Siemens z řady SIMATIC S7

Příklad vzhledu PLC ve standardním monobloku je na obrázku. Jedná se o PLC od OWEN (Rusko) a PLC od 9 Siemens (Německo). Konektory pro připojení napájení, čidel a aktorů jsou umístěny na obou stranách krabice.

Programovatelný automat PLC 63 od OWEN (Rusko) a PLC od Siemens (Německo)

Existují následující typy vstupů-výstupů: diskrétní, analogové, univerzální, vyhrazené a rozhraní.

Typicky se diskrétní vstupy používají k připojení senzorů, které mohou být ve dvou stavech: "aktivní - pasivní" nebo "zapnuto - vypnuto". Pomocí diskrétních vstupů můžete připojit tlačítka, spínače, koncové spínače, termostaty a další zařízení.

Diskrétní vstupy regulátorů TAns jsou obvykle vypočítány tak, aby akceptovaly standardní signály s úrovní +24 V DC. Typická hodnota proudu pro jeden digitální vstup (při vstupním napětí +24 V) je asi 10 mA.

Diskrétní výstupy PLC se používají pro generování výstupních signálů s elektrickými parametry jako diskrétní vstup. Obecně se používají k ovládání zapínání nebo vypínání pohonů.

Podle GOST IEC 61131-2-2012 (Datum uvedení 2014-07-01) je analogový vstup zařízení, které převádí spojitý signál na diskrétní binární číslo pro provoz v programovatelném řídicím systému.

Pro analogové vstupy jsou nejběžnější standardní rozsahy stejnosměrného napětí –10… + 10 V a 0… + 10 V. Pro proudové vstupy jsou rozsahy 0–20 mA a 4–20 mA.

Analogové vstupy umožňují připojení analogových snímačů k PLC.

V souladu s GOST 61131-2-2012 (datum zavedení 2014-07-01) je analogový výstup zařízení, které převádí binární číslo na analogový signál.

PLC mohou být vybaveny specializovanými I/O, které umožňují měření doby trvání, fixaci hran, počítání pulzů a řízení motoru.

Počet těchto nebo těchto vstupů-výstupů je hlavním faktorem, který určuje možnosti PLC při vytváření automatizačního systému na jeho základě.

PLC výstupy a připojení externích zařízení

Podle konstrukce a způsobu montáže existují čtyři verze pouzdra PLC:

• pouzdro pro montáž na DIN lištu;
• pouzdro pro montáž na stěnu;
• panelová verze;
• otevřený rámový design pro vestavěné modulární systémy.

Montážní pouzdro na lištu DIN je určeno pro montáž PLC na panel rozvaděče a má speciální pružinový zámek pro upevnění na standardní lištu DIN.

Pouzdro pro montáž na stěnu je obvykle vyrobeno podle norem ochrany proti prachu a vlhkosti a má vestavěné utěsněné těsnění pro připojení externích elektrických vodičů, jak napájení, tak signálu.

Panelová verze PLC se používá, když je PLC instalováno ve vstupních dveřích automatizační skříně. Panelové PLC mají obvykle dotykový displej, který zobrazuje mnemotechnické schéma automatizované procesní linky nebo místního automatizačního systému a který se používá k zadávání řídicích parametrů operátorem.

PLC s otevřeným rámem se používá k vytváření vestavěných (palubních) automatizačních systémů. PLC je v tomto případě deska s plošnými spoji se sadou konektorů pro připojení externích zařízení a upevňovacích prvků pro připojení k jiným deskám.

Konektory mohou být vyrobeny s vodiči připojenými k PLC pod šroubovací svorkou nebo odnímatelné. Ty druhé mají jasnou výhodu v údržbě, například při výměně PLC. V tomto případě je nemožné zaměnit připojení vodičů. Použití dvojitých konektorů však prodražuje PLC, proto výrobci častěji používají šroubové spoje vodičů v PLC než odpojitelné.

Monoblokové PLC mají obvykle vestavěné nebo vzdálené displeje nainstalované na předních panelech ovládacích skříní. Mohou být grafické, syntetizující nebo senzorické.

Obrázek níže ukazuje PLC s vestavěným LCD displejem a klávesnicí, která se používá k lokálnímu nastavení parametrů řídicího algoritmu.

Kontakty konektoru PLC umožňují uživateli PLC připojit různé typy senzorů: analogové, diskrétní, ale i akční členy a I/O zařízení.

Kromě toho mají PLC sadu standardních rozhraní pro nástroje pro implementaci distribuovaných automatizačních systémů využívajících různé typy komunikačních kanálů: drát, rádio, internet.

Programovatelné automaty jsou základem pro výrobu automatizačních skříní (nebo panelů) pro různé účely.

Instalace prvků automatizace na panel skříně se provádí podle návrhu elektrického obvodu, který je vypracován podle specifikací zvlášť pro každý systém.

Technologie instalace automatizační skříně zajišťuje oddělené vedení silových a signálových vodičů v rozvodných skříních (například silové vodiče — v pravých skříních a signálové vodiče — v levých skříních, vzhledem k montážnímu panelu), povinné označení vodičů podle k projektu a krimpování konců na vodičích pomocí speciálních svorek.

Automatizační skříně mohou mít vestavěné klimatizační jednotky nebo ohřívače pro zajištění vnitřní regulace teploty.

Automatizační skříň na bázi PLC

Téměř všechny moderní PLC mají vestavěný spínaný zdroj, který zajišťuje napájení z externího zdroje v rozsahu střídavého napětí 110 až 265 voltů (konvertor napětí AD-DC) nebo ze stejnosměrného zdroje (konvertor napětí DC-DC).

Spínané zdroje mají vestavěnou řadu automatických ochran: zkrat, přehřátí a přetížení.

Typické napájení PLC vyžaduje předem filtr pro potlačení přepětí. Výběr pulzních zdrojů se provádí podle hodnoty požadované spotřeby energie a požadovaných výstupních hodnot jmenovitých výkonů.

Pokud dojde k odpojení hlavního zdroje vstupního napětí v důsledku nehody nebo poruchy, pak lze zajistit provoz nebo řádné vypnutí zařízení nebo systému nepřerušitelným napájením.

Stupeň ochrany PLC je šifrován značkou IP (Ingress Protection Rating). IP se doslova překládá jako stupeň ochrany proti vniknutí. V současnosti se jedná o nejrozšířenější systém označení pro ochranu zařízení před vlivy vnějšího prostředí. Slouží k označení ochrany proti pronikání různých fyzikálních částic do zařízení geometrickými rozměry, včetně prachu a vody.

IP stupeň krytí — dekódování, příklady zařízení

Skříně PLC, stejně jako skříně nebo panely, ve kterých jsou instalovány, mohou mít určitý stupeň ochrany.

Instalace a připojení specifických programovatelných logických automatů (PLC) v automatizačních skříních a panelech musí být provedeno v souladu s pokyny výrobců.

Obrázky automatizačních panelů s programovatelnými logickými automaty: