Приликом пројектовања система програмабилног логичког контролера (ПЛЦ), први корак је дефинисање стратегије управљања; следећи корак укључује инжењерски избор специфичног ПЛЦ хардвера. Карактеристике тока процеса и специфични захтеви апликације служе као примарна основа за овај процес селекције. ПЛЦ и припадајућа опрема треба да буду интегрисани и стандардизовани, одабрани у складу са принципима беспрекорне интеграције у целокупни индустријски контролни систем и лакоће функционалног проширења. Изабрани ПЛЦ систем треба да буде зрело и поуздано решење са доказаним искуством успешног рада у релевантном индустријском сектору. Штавише, хардверска конфигурација система, могућности софтвера и функционалне карактеристике морају бити на одговарајући начин усклађени са размером објекта и специфичним захтевима контроле. Познавање ПЛЦ-ова, функционалних дијаграма и релевантних програмских језика помаже да се значајно смањи време програмирања. Због тога, током фаза инжењерског одабира и процене, неопходно је извршити детаљну анализу карактеристика процеса и захтева контроле; ово подразумева јасно дефинисање контролних задатака и обима, и идентификацију неопходних операција и радњи. Након тога-на основу ових контролних захтева-може се проценити потребан број улазно/излазних (И/О) тачака и меморијски капацитет, и одредити неопходне функције ПЛЦ-а и спецификације спољног уређаја. Коначно, циљ је да се изабере ПЛЦ који нуди супериоран однос цене{10}} и перформанси и да се дизајнира одговарајући контролни систем.
Процена И/О тачке
Приликом процене броја И/О тачака, кључно је уградити одговарајућу маргину. Обично се процењени И/О број добија узимањем статистички израчунатог броја потребних тачака и додавањем маргине проширења од 10% до 20%. Приликом постављања стварне поруџбине, можда ће бити потребно заокружити процењени И/О број да би се ускладио са специфичним спецификацијама производа и конфигурацијама модула које нуди произвођач ПЛЦ-а.
Капацитет меморије
„Капацитет меморије“ се односи на укупну величину хардверских јединица за складиштење које обезбеђује сам ПЛЦ, док се „капацитет програма“ односи на специфичан део те меморије који користи кориснички апликативни програм. Сходно томе, капацитет програма је увек мањи или једнак укупном капацитету меморије. Током фазе пројектовања, пошто кориснички апликативни програм још није написан, тачан капацитет програма остаје непознат и може се одредити тек након што је програм у потпуности отклоњен. Да би се олакшао процес одабира пружањем разумне процене потребне меморије, укупан капацитет меморије се обично користи као прокси за капацитет програма током фазе пројектовања. Не постоји фиксна формула за процену потребног меморијског капацитета; док се различите формуле појављују у литератури, оне углавном прате заједнички приступ: израчунајте 10 до 15 пута број дигиталних И/О тачака, додајте 100 пута број аналогних И/О тачака и користите овај збир као укупан број речи (где је једна реч једнака 16 бита) за меморију. Поред тога, треба узети у обзир сигурносну маргину која је еквивалентна 25% ове израчунате вредности.
Избор контролних функција
Овај процес селекције укључује избор специфичних карактеристика као што су аритметичке функције, контролне функције, комуникационе могућности, функције програмирања, дијагностички алати и брзина обраде.
1. Аритметичке функције
Аритметичке функције једноставних програмабилних логичких контролера (ПЛЦ) обично укључују основне логичке операције, мерење времена и функције бројања. Стандардни ПЛЦ-ови проширују ово и укључују операције као што су померање података и поређење. Сложеније аритметичке могућности обухватају алгебарске операције и функције преноса података. ПЛЦ-ови-великих размера додатно укључују аналогне ПИД алгоритме управљања и друге напредне математичке функције. Са појавом отворених система, савремени ПЛЦ-ови су универзално опремљени комуникационим могућностима; одређени производи могу да понуде комуникацију са уређајима нижег-нивоа, равноправну-ко-комуникацију са другим ПЛЦ-овима, комуникацију са хост системима вишег-нивоа или могућности размене података са-мрежама широм фабрике или предузећа. Приликом одабира модела током фазе пројектовања, избор треба базирати на специфичним захтевима стварне апликације, бирајући само оне аритметичке функције које су заиста неопходне. У већини сценарија апликација, основне логичке операције, функције времена и бројања су довољне; неке апликације могу захтевати могућност преноса података и поређења; док су алгебарске операције, нумеричке конверзије и ПИД контролни алгоритми типично резервисани за апликације које укључују детекцију и контролу аналогног сигнала. Операције као што су декодирање и кодирање су потребне када су потребне могућности приказа података.
2. Контролне функције
Контролне функције обухватају алгоритме као што су ПИД контрола, -компензација унапред и контрола односа; одабране специфичне функције треба одредити на основу прецизних контролних захтева апликације. Пошто су ПЛЦ-ови првенствено дизајнирани за секвенцијалну логичку контролу, задаци аналогне контроле у већини сценарија се обично решавају коришћењем наменских контролера са једном - или више{3}} петљом. Алтернативно, специјализовани интелигентни И/О модули се понекад користе за извршавање специфичних контролних функција-стратегије која служи за повећање укупне брзине обраде ПЛЦ-а и очување капацитета интерне меморије. Примери таквих специјализованих модула укључују ПИД контролне јединице, -бројаче велике брзине, аналогне улазне модуле са компензацијом брзине и АСЦИИ јединице за конверзију.
3. Комуникационе функције
ПЛЦ системи средњег{0}}до-великог-размера треба да подржавају различите сабирнице поља и стандардне комуникационе протоколе (као што је ТЦП/ИП). Штавише, када захтева апликација, ови системи би требало да буду способни да успоставе везе са мрежом управљања постројења (преко ТЦП/ИП). Комуникациони протоколи морају бити у складу са ИСО/ИЕЕЕ комуникационим стандардима и чиниће отворену комуникациону мрежу.
Комуникациони интерфејси система програмабилног логичког контролера (ПЛЦ) обухватају серијске и паралелне комуникационе интерфејсе, РИО комуникационе портове, заједничке ДЦС интерфејсе и слично. За средње{1}}до-велике-системе ПЛЦ-а, комуникационе магистрале (укључујући интерфејс уређаје и каблове) ће бити конфигурисане са редундансом 1:1; ове комуникационе магистрале морају бити у складу са међународним стандардима, а њихов домет комуникације треба да испуњава стварне захтеве конкретног објекта.
Унутар комуникационе мреже ПЛЦ система, брзина комуникације мреже вишег-нивоа треба да пређе 1 Мбпс, а комуникационо оптерећење не сме да пређе 60%. Примарни облици комуникационих мрежа за ПЛЦ системе су следећи:
1) ПЦ се понаша као главна станица, док више ПЛЦ-ова истог модела делује као славе станице, формирајући једноставну ПЛЦ мрежу;
2) Један ПЛЦ делује као главна станица, док други ПЛЦ истог модела делују као славе станице, формирајући мастер-славе ПЛЦ мрежу;
3) ПЛЦ мрежа се повезује са великим-ДЦС-ом преко специфичног мрежног интерфејса, који функционише као подмрежа ДЦС-а;
4) Власничка ПЛЦ мрежа (комуникациона мрежа специфична за ПЛЦ производе одређеног произвођача).
Да бисте ублажили оптерећење комуникације на ЦПУ-у-и на основу стварних захтева конфигурације мреже-требало би да изаберете комуникационе процесоре опремљене различитим комуникационим могућностима (нпр. тачка{4}}до-тачка, сабирница поља).
4. Функције програмирања
Режим програмирања ван мреже: У овом режиму, ПЛЦ и уређај за програмирање деле један ЦПУ. Када је уређај за програмирање у „режиму програмирања“, ЦПУ посвећује своје услуге искључиво уређају за програмирање и не контролише теренске уређаје. Када се програмирање заврши, уређај за програмирање се пребацује у „режим рада“, у ком тренутку ЦПУ наставља контролу над уређајима на терену, а операције програмирања не могу да се изврше. Режим програмирања ван мреже може смањити трошкове система, иако може бити мање згодан за употребу и отклањање грешака. Режим програмирања на мрежи: У овом режиму, ЦПУ и уређај за програмирање поседују сваки сопствени наменски ЦПУ. Главни ЦПУ је одговоран за операције контроле на терену и размењује податке са уређајем за програмирање у оквиру једног циклуса скенирања; уређај за програмирање преноси новостворене или модификоване програмске податке до централне процесорске јединице, а у наредном циклусу скенирања, централна процесорска јединица домаћина извршава системску логику на основу новопримљеног програма. Иако овај режим подразумева веће трошкове, он нуди већу погодност за отклањање грешака и рад система и често се примењује у средњим-до-великим-системима ПЛЦ-а. Постоји пет стандардизованих програмских језика: три графичка језика-Секвенцијални функционални дијаграми (СФЦ), лествичасти дијаграми (ЛД) и функционални блок дијаграми (ФБД)-и два текстуална-језика заснована-Листе инструкција (ИЛ) и структурирани текст (СТ). Изабрани програмски језик треба да буде у складу са релевантним стандардом (ИЕЦ 61131-3); штавише, требало би да подржава различите алтернативне форме програмирања – као што су Ц, Басиц, итд. – како би се испунили специфични контролни захтеви специјализованих апликација.
5. Дијагностичке функције
Дијагностичке могућности програмабилног логичког контролера (ПЛЦ) обухватају и хардверску и софтверску дијагностику. Дијагностика хардвера користи логику засновану на хардверу{1}}да би одредила локацију хардверских грешака, док је софтверска дијагностика категорисана на интерну и екстерну дијагностику. Интерна дијагностика укључује коришћење софтвера за процену интерних перформанси и функционалности ПЛЦ-а; екстерна дијагностика подразумева коришћење софтвера за процену могућности размене података између ЦПУ-а ПЛЦ-а и спољних компоненти, као што су улазно/излазни (И/О) модули.
Робусност дијагностичких функција ПЛЦ-а директно утиче на техничку стручност која се захтева од особља за рад и одржавање, као и на средње време до поправке (МТТР).
6. Брзина обраде
Програмабилни логички контролери раде помоћу механизма заснованог на скенирању{0}}. Из перспективе захтева за перформансама у реалном-времену, брзина обраде треба да буде што је могуће већа; ако је трајање улазног сигнала краће од времена скенирања ПЛЦ-а, контролер можда неће успети да открије сигнал, што резултира губитком података.
На брзину обраде утичу фактори као што су дужина корисничког програма, процесорска снага ЦПУ-а и квалитет софтвера. ПЛЦ-ови карактеришу брзо време одзива на контакт и велике оперативне брзине, са временом извршења за сваку бинарну инструкцију обично у распону од 0,2 до 0,4 микросекунде (µс); сходно томе, добро су-прикладни за апликације које захтевају строгу контролу и могућности брзог реаговања. Циклус скенирања (време скенирања процесора) треба да испуни следеће критеријуме: за мале-ПЛЦ-ове, време скенирања не би требало да прелази 0,5 мс на 1000 инструкција (0,5 мс/К); за средње{10}}до-велике- ПЛЦ-ове, време скенирања не би требало да прелази 0,2 мс на 1000 инструкција (0,2 мс/К).
Типови контролера
На основу њихове физичке структуре, ПЛЦ-ови су широко класификовани у две категорије: интегрални (моноблок) типови и модуларни типови. На основу њиховог радног окружења, они су класификовани у две категорије: јединице монтиране на терену-и контролне{2}}собне{3}}јединице. Штавише, на основу дужине ЦПУ речи, они су категорисани у 1-битне, 4-битне, 8-битне, 16-битне, 32-битне и 64-битне системе. Из перспективе{21}}оријентисане на апликацију, ПЛЦ-ови се обично бирају на основу њихових специфичних контролних функција или потребног броја улазних/излазних тачака. Програмабилни логички контролери (ПЛЦ) интегрисаног-типа имају фиксни број И/О тачака; сходно томе, корисници имају ограничену флексибилност у свом избору, што их чини погодним за мале контролне системе. Обрнуто, ПЛЦ модуларни тип нуди широк избор улазно/излазних картица или плуг-ин модула, омогућавајући корисницима да рационално изаберу и конфигуришу специфичан број улазно/излазних тачака потребних за њихове системе управљања. Ова модуларност олакшава практично и флексибилно функционално проширење, чинећи их генерално погодним за средње и велике управљачке системе.
Типови улаза/излаза
Дискретни сигнали (преклопне количине): Они се првенствено односе на дискретне улазе и дискретне излазе-посебно на помоћне контакте повезане са различитим уређајима. Примери укључују помоћне контакте релеја унутар регулатора температуре трансформатора (који мењају стање када се трансформатор прегреје), помоћне контакте брегастог прекидача вентила (који мењају стање када се вентил отвори или затвори), помоћне контакте контактора (који мењају стање када се контактор активира када се контактор поново активира) и релејни контакт који мења стање додатног термичког контакта путовања). Ови сигнали се обично преносе на ПЛЦ или свеобухватни заштитни уређај. Напајање за ове контакте углавном обезбеђује ПЛЦ или сам заштитни уређај; пошто контакти немају сопствени унутрашњи извор напајања, они се називају "пасивни контакти" (или "суви контакти"), и класификовани су као дискретни улази у контексту ПЛЦ-а или заштитног уређаја.
1. Дигиталне величине
Физичке величине које су дискретне-и у смислу времена и величине-се називају дигиталним величинама. Сигнали који представљају ове дигиталне величине називају се дигитални сигнали. Електронска кола дизајнирана да раде помоћу дигиталних сигнала позната су као дигитална кола.
На пример: Када се електронско коло користи за бројање делова излазних из аутоматизоване производне линије, сигнал се шаље колу за сваки испоручени део, што доводи до тога да региструје број „1“. Супротно томе, када се не испоручују делови, сигнал примењен на коло је „0“. Дакле, сигнал који представља број делова је дисконтинуиран-и временски и квантитативно-што га чини дигиталним сигналом. Најмања јединица количине у овом контексту је једна јединица (1).
2. Аналогне величине
Физичке величине које су непрекидне-било у смислу времена или величине-се називају аналогним величинама. Сигнали који представљају ове аналогне величине називају се аналогни сигнали. Електронска кола дизајнирана да раде помоћу аналогних сигнала позната су као аналогна кола.
На пример: Напонски сигнал који термоелемент излази током рада је аналогни сигнал. Пошто температура која се мери не може да доживи тренутне, нагле скокове ни под којим околностима, резултујући сигнал напона је непрекидан-и временски и квантитативно. Штавише, свака специфична вредност коју овај сигнал напона узима током његовог континуираног процеса варијације има конкретан физички значај-наиме, одговара одређеном очитању температуре. Принципи конверзије
1. Дигитал-у-аналогни претварач (ДАЦ) је систем који претвара дигиталне сигнале у аналогне сигнале; ово се обично постиже кроз-филтрирање ниских пролаза. Дигитални сигнал се прво подвргава декодирању-то јест, дигитални кодови се конвертују у одговарајуће нивое напона да би се формирао степенаст-сигнал налик-након чега се подвргава нископролазном-филтрирању.
Према теорији сигнала и система, дигитални сигнал{0}}попут дигиталног степеништа може се посматрати као конволуција идеалног импулсног-узоркованог сигнала и правоугаоног импулсног сигнала. Према томе, према теореми конволуције, спектар дигиталног сигнала је производ спектра импулсно- узоркованог сигнала и спектра правоугаоног импулса (познатог као Са функција). Дакле, коришћењем реципрочне вредности Са функције за спектралну компензацију, оригинални узорковани сигнал се може опоравити од дигиталног сигнала. Штавише, према Теореми узорковања, применом идеалног нископропусног-филтрирања на спектар узоркованог сигнала добија се спектар оригиналног аналогног сигнала.
У практичним имплементацијама, ови теоријски принципи се не примењују директно, јер је генерисање оштрих, идеалних узоркованих сигнала технички изазов. Због тога се ове две фазе филтрирања (компензација Са-функције и идеално ниско{2}}филтрирање пролаза) обично комбинују (каскадно). Штавише, пошто су идеалне карактеристике филтрирања које захтева овај систем физички неоствариве, стварни системи могу да пруже само апроксимацију овог процеса.
2. Аналогно-у-дигитални претварач (АДЦ) је систем који претвара аналогне сигнале у дигиталне сигнале; овај процес укључује филтрирање, узорковање и задржавање, и кодирање.
Аналогни сигнал прво пролази кроз-ограничавајуће филтрирање опсега и пролази кроз коло узорка{1}}и-задржавања, претварајући се на тај начин у сигнал попут степеништа-. Након тога, овај сигнал пролази кроз енкодер, који конвертује сваки појединачни ниво напона унутар сигнала степеништа у одговарајући бинарни код.