Понимание Релейной Логики

ПЛК взорвались на рынке контроля и используются во всем мире. Со временем они стали совершеннее, чтобы стать удобней, эффективней, компактней, и дешевле. Для ПЛК были разработаны различные типы языков программирования, но наиболее часто используемые – это, пока еще, язык контактно релейной логики.

Как всё начиналось

Представьте себе на секунду тот 1980 год. Ты глиссируете в своём новеньком «Форд Пинто» по дороге на работу на местном заводе Кубик Рубика. У вас впереди напряженный день, поскольку завод в настоящее время переработан для новой модели Рубика – «Месть», которая должна выйти в следующем году. Панель реле на Вашей работе должна быть перемонтирована так, чтобы позволить изменить размер продукции, с оригинальной модели «3х3х3» на новую – «4х4х4». Эта релейная панель состоит из множества электромеханических реле, которые соединены вместе для выполнения определенной функции в производстве. Простое открытие и закрытие контактов реле на панели дает возможность системно управлять вкл/выкл процессов производства. Например, пока прессформа Куба подаётся на позицию, контактник будет закрыт. Дойдя, прессформа нажимает на этот переключатель, а тот подает напряжение на катушку реле, которая в свою очередь замыкает нормально разомкнутый контакт эжектора насоса. Насос заполняет форму расплавленным пластиком и форма начинает складываться. Использование такой комбинации переключателей, реле, катушки и контактов называется релейной логикой. Релейная логика - надежный метод управления. И сегодня этот метод по-прежнему кое-где используется. Но, связанные с ним затраты из-за низкой скорости логических срабатываний, периодических отказов из-за механического переключения, большой длинны проводов и необходимого пространства, заставили многих производителей, искать варианты необходимого управления в другом месте. То, что они нашли, и был ПЛК.

Структура

Структура контактно релейной логики основана на электрических диаграммах лесенкой, которые использовались релейной логикой. Такие электрические схемы, документирующие подключённые устройства были наглядно закреплены на релейной панели. Они называются “лестница” схемы, потому что они построены таким образом, что напоминает лестницу из двух вертикальных реек и перекладин между ними. Положительная шина питания (слева) «впадает» в отрицательную шину питания (справа), путем физического устройства, подключенного в цепь. В этом примере «PB» расшифровывается как «кнопка» и «CR» расшифровывается как «реле управления». «L1» - это свет и «М» - двигатель.

Входы и выходы

Контактно релейная логика была разработана с таким же внешним видом, как лестница, но физические контакты и катушки схемы контактно релейной логики заменены битами памяти. Давайте взглянем.

Для той же схемы мы взяли логику релейно-контактных схем и дублировали её по контактно релейной логике. Нет больше места жесткой логике проводов, а взамен ячейки памяти. Некоторые из этих ячеек памяти используются внутренне, а другие используются с внешними входами и выходами. Для мониторинга и контроля в реальном мире приборов, они должны быть соединены с модулями ввода/вывода. Для этого конкретного ПЛК, эти входы и выходы имеют X и Y адреса памяти, как X001, например, присвоен РВ1. Это нормально открытый контакт считывается со входа на модуль ввода/вывода, когда кнопка подключена физически. С другой стороны, каждый Y бит будет иметь выход беспроводного устройства, как видно по подсветке, контролируемой ячейкой Y001. Во всех других местах назначаются внутренние биты, которые мы могут использованы по мере необходимости. Вот тут, обратите внимание, сегодня в ЦП ПЛК предлагается много видов функций, а не просто контакты и катушки. Математика, регистры сдвига, барабан Секвенсера и т. д. доступны, чтобы помочь в программировании, но в этой статье мы будем говорить о простом.

Выполнение

Процессор интерпретирует логику в последовательном порядке. Начиная с верхней левой части программы, процессор отрабатывает свой путь вниз по лесенке, выполняя каждую ступеньку или суб цепь слева направо. Так что, если РВ1 нажата, то процессор включит CR1. Поскольку в CR1 изменила состояние, в цепь 3 процессор активирует CR3. CR3 в нормально-закрытом состоянии используется в цепью 4, таким образом, центральный процессор выключает L1. Хотя мы по-прежнему работаем с катушками и контактами релейной логики, помните, что они находятся в памяти виртуально, а не реальных устройствах. Когда процессор достигает последней ступени он будет возвращаться к началу программы и опять прокручивать её на всем протяжении. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, как процессор работает в режиме выполнения. Время, необходимое процессору вернуться к началу, известно, как время сканирования. Время сканирования может быть важно для приложений, где время имеет решающее значение. Подпрограммы и специально назначенные модули ввода-вывода, если это необходимо, могут быть использованы для сокращения времени проверки.

Лестница Логики

Так что релейная логика на самом деле выполняет? С ростом спроса на функциональность и простоту использования, многие современные ПЛК включают функциональные блоки релейной логики. Структура программы - это все-таки лестница с более сложной инструкцией, чем функциональные блоки. Поэтому, чтобы ответить на вопрос, давайте рассмотрим несколько примеров:

• 1. Булева логика: вкл/выкл, истина/ложь, алгебра бинарных систем. Основой здесь являются «и», «или», а не операторы. Проще говоря, цепь 5 в нашем коде равна CR1(С1) «и» CR2(С2) для включения электродвигателя М1 (Y002).
• 2. Таймеры: Таймер инструкции позволяют включить задержку или выключить задержку событий. Запуск Таймера связана с выходом «вкл.» (задержка включена) и «выкл» (задержка выключена) после происшествия заданного времени.
• 3. Счетчик: прямой и обратный отсчет функции увеличения или уменьшения значения счетчика при каждой трансакции (поступлении) входного сигнала.
• 4. Сравнение: сравнение инструкций применяют, чтобы определить, полученные значения «меньше чем», «равны», или «больше чем» друг относительно друга.
• 5. Математика: Данные инструкции, не только, простое сложение и вычитание, но включают и более сложные операции, такие как касательные, квадратные корни и т. д.
• 6. Специальные функции: PID-контуры, инструкции связи, регистры сдвига, барабан Секвенсора (электромеханическая последовательность), генератора «пилы», и т. д.

Пробуйте Сами

Для желающих попробовать самостоятельно выполнить упражнения по контактно-релейной логике в настоящее время существуют тренажёры, которые большинство фирм, специализирующихся на продвижении систем промышленной автоматизации, предлагают бесплатно загрузить со своих сайтов. Как правило, такие программы не требуют «живого» оборудования.

Перевёл по материалам "AutomationDirect" Пётр Сапожков