2.1.1 Интеллектуальные реле

Особое место среди ПЛК занимает класс называемый интеллектуальные (программируемые) реле. У зарубежных производителей также присутствует название: Microcontroller.

Эти контроллеры предназначены для быстрой и легкой замены небольших релейных схем управления (поэтому в их названии присутствует слово реле).

С помощью данного класса контроллеров можно реализовать различные логические функции. Реализация может осуществляется на месте при монтаже, поэтому в программируемых реле встроен жидкокристаллический экран и кнопки управления, с помощью которых их можно запрограммировать.

Основное отличие от “старших братьев” заключается в меньшем объеме ОЗУ, ПЗУ и меньшей скорости процессора. У некоторых производителей сведены до минимума операции с аналоговыми величинами (оставлены операции сравнения и масштабирования).

Областью применения данного класса контроллеров являются небольшие объекты, с преобладанием дискретных сигналов и не требующие высокой скорости обработки информации.

Контроллеры данного класса имеют дополнительные возможности: передачу сигналов по беспроводным сетям GSMв видеSMSсообщения. Это удобно, когда объект удален на значительное расстояние от операторной и нужно передать сигнал об аварии на объекте.

Как было сказано выше, программирование контроллера осуществляется с помощью встроенного дисплея и клавиш. Этот дисплей можно использовать при работе контроллера в качестве человеко-машинного интерфейса: организовать меню или выводить текущие значения параметров. Также предусмотрена возможность программировать контроллер с персонального компьютера.

Наиболее распространены в России следующие программируемые реле:

Таблица 2.1

Производитель	Модель
MITSUBISHI	ALPHA XL
SIEMENS	LOGO!
OMRON	ZEN
Schneider-Electric	Zelio Logic
Allen-Bradley	PICO

1 – SIEMENS LOGO!; 2 – MITSUBISHI ALPHA XL; 3 – OMRON ZEN;

4 – Shneider-Electric Zelio Logic; 5 – Allen-Bradley PICO

Рисунок 2.2

Как уже было сказано выше, контроллеры различных производителей имеют много общего. В таблице 2.2 приведены характеристики перечисленных контроллеров.

Таблица 2.2

Параметр	ALPHAXL	LOGO!	ZEN	Zelio Logic	PICO
Дискретные входы (в том числе аналоговых*)	8(8)/15(15)	8(2)	6(2)/12(2)	6(4)/ 8(4)/ 12(2) /12(6) /16(6)	8(2**)/ 12(4**)
Дискретные выходы	6/9	4	4/8	4/4/8/8/10	4/6
Диапазон аналогового входа	0-10В	0-10В	0-10В	0-10В/0-24В	0-10В
Р азрешение аналогового входа	0.02В		0.1В	0.039В	0.1В
Возможность подключать модули расширения	Да	Да	Да	Да**	Да
Модели без встроенного экрана и клавиатуры	Нет	Да	Да	Да	Нет
Язык программирования	FBD	FBD/LD	LD	LD/FBD**	LD
Количество инструкций	38	33		23
Емкость памяти	200 ФБ	130 ФБ	96 строк (3 контакта и 1 катушка)	120 строк (5 контактов и 1 катушка)	41 строка/ 131 строк (3 контакта и 1 катушка)
Максимальное количество каналов ввода/вывода (с модулями расширения)	18/28	48	34/44	24/40	32/38

* Гибридные входы (дискретный и аналоговый вход на одном физическом канале) присутствуют только у моделей с напряжением питания 24В.

** В зависимости от модели.

Следует отметить, что предшествующие модели ALPHA,LOGOимели большее количество вариантов. Сокращение числа вариантов было связано с введением возможности подключения к контроллерам модулей расширения. КонтроллерыShnider-Electricвыпускаются в нескольких исполнениях: модульное и компактное. В модульном исполнении возможно к базовому блоку подключить модули расширения.

Среди модулей расширения в основном представлены модули дискретного ввода/вывода. Существуют также модули ввода аналоговых сигналов и сигналов от термометров сопротивления Pt100.

Контроллеры могут иметь гибридные входы (только для моделей с входными цепями на 24В постоянного тока) – они могут работать как аналоговые входы или как дискретные. Среди представленных контроллеров выделяется ALPHAXL: в отличие от остальных, каждый его вход является гибридным. Так же в отличие от остальных контроллеров, он имеет кроме логических функций еще и арифметические (сложение, вычитание, умножение и деление).

К контроллерам ZelioLogicможет подключаться модуль для связи с сетьюModbus. К контроллерамPICOимеют модули для подключения к нескольким видам сетей (Profibus,DeviceNetи другие).

У всех представленных моделей имеются часы реального времени - это дает возможность управлять оборудованием в зависимости от времени суток или дня. Еще одно применение связанное с временем – учет времени наработки. Данная возможность очень полезна при использовании основных машин с резервными: например ротация работы насосов, в зависимости от времени наработки.

Рассматриваемые контролеры имеют встроенный функциональный блок ПИД регулятора. Это позволяет им заменить широко распространенные в нашей стране цифровые регуляторы, так как кроме регулирования они позволяют выполнять блокировки и контроль параметров. Сигнал управления может быть либо дискретным (с широтно-импульсной модуляцией) либо с помощью модуля расширения – аналоговым, так как во всех базовых блоках выходы только дискретные.

На рисунке 2.3 приведена диаграмма количества каналов ввода/вывода для различных контроллеров. Ввиду того, что базовые блоки могут содержать различное количество каналов, диаграмма построена для минимального и максимального числа возможных каналов. Стоит отметить, что количество входных каналов всегда больше выходных, так как в общем случае для управления объектом входными являются сигналы задания и обратной связи, а выходным – воздействие. Как видно из рисунка, количество каналов у базового блока лежит от 10 до 26.

Рисунок 2.3

Рассмотрим конструкцию контроллера MITSUBISHIALPHAXL(рисунок 2.4). Контроллер размещен в компактном корпусе и предназначен для размещения в шкафу. Крепление в шкафе осуществляется на стандартныйDINрельс (ширина 35ммDINEN50022). Также имеется возможность установки на стене (с помощью монтажных отверстий).

1 – Монтажное отверстие; 2 – Клеммы питания; 3 – Клеммы входных сигналов; 4 - Канавка для установки рельса стандарта DIN(35 мм); 5 – Клеммы выходных сигналов; 6 – Клавиатура; 7 – Дисплей; 8 – Отсек порта связи с ПК.

Рисунок 2.4 – Конструкция контроллера MITSUBISHIALPHA

Подключение электрических цепей производится к встроенным клеммам. Вверху располагаются клеммы входных цепей и питания, внизу – клеммы выходных цепей. Дисплей представляет собой текстовый ЖК индикатор (4 строки на 12 символов). С помощью клавиатуры и дисплея можно запрограммировать контроллер. Во время работы контроллера возможно использовать клавиатуру и дисплей как человеко-машинный интерфейс (например, для индикации текущих параметров и для изменения задания). Соединение с ПК осуществляется с помощью встроенного порта RS-232 размещенного в специальном отсеке, который изначально закрыт.

Как было сказано выше, запрограммировать контроллер можно не только с встроенной клавиатуры, но и с персонального компьютера. Для этого используется специальное программное обеспечение, которое подходит только к данному классу контроллеров.

Рисунок 2.5

На рисунке 2.5 показано программное обеспечение SIEMENSLOGOComfort. В левой части окна располагается библиотека функций и каналов ввода/вывода. Для использования компонента нужно перетащить его в рабочее поле. Компоненты соединяются линиями связи.

Для проверки написанной программы имеется возможность симуляции контроллера. В режиме симуляции можно изменять состояние входов и внутреннего состояния блоков. На рисунке 2.6 показана программа AL-PCS/WIN-EU, предназначенная для программирования контроллеров MITSUBISHIALPHA. В показанный на рисунке момент программа находится в режиме симуляции: симулируется работа программы и встроенного дисплея с клавиатурой – исполняется программа управления вытяжной установки здания, во время работы ПЛК можно изменять задание температуры.

Рисунок 2.6

Примером применения рассматриваемого класса контроллеров является бетоносмесительная установка с ручной подачей/выдачей продукта. Включение установки осуществляется нажатием кнопки SB1, ручной останов –SB2. После включения барабан для смешивания совершает цикл смешивания, вращаясь 20 секунд в одном направлении (катушка пускателяKM1), затем ожидает 5 секунд и 10 секунд вращается в обратном (катушка пускателяKM2). Количество циклов смешивания определяется температурой окружающей среды: при температурах менее 20- 6 раз, при больше 21и меньших 30- 4 раза, при температурах больших 31- 2 раза. После окончания цикла смешивания загорается лампаHL1, что свидетельствует о готовности смеси. При срабатывании автоматического выключателяQS1 или других аварийных ситуациях включается лампаHL2.

Список каналов ввода/вывода представлен в таблице 2.3. Число входов составляет 4 штуки, выходов 4. Теоретически, количество каналов ввода должно быть больше каналов вывода. В рассматриваемом примере это не так – не учтены сигналы от контактов пускателя.

Таблица 2.3

Сигнал	Тип	Источник	Приемник	Описание
SB1	Di	Кнопка SB1	ПЛК	Запуск установки
SB2	Di	Кнопка SB2	ПЛК	Останов установки
Q Продолжение таблицы S1	Di	Магнитный пускатель HS1	ПЛК	Авария двигателя
TT1	Ai	Термометр TT1	ПЛК	Температура окружающего воздуха
KM1	Do	ПЛК	Магнитный пускатель HS1	Вращение в прямом направлении
KM2	Do	ПЛК	Магнитный пускатель HS1	Вращение в обратном направлении
HL1	Do	ПЛК	Лампа HL1	Извещение: машина выполнила цикл смешивания
HL2	Do	ПЛК	Лампа HL2	Извещение: авария на установки

Для решения данной задачи не имеет разницы контроллер какой фирмы используется, так как имеется 8 каналов ввода/вывода и отсутствуют особые требования к контроллеру. Выберем контроллер MITSUBISHIALPHAXL. Структурная схема показана на рисунке 2.6.

Рисунок 2.7

Технологическая программа показана на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8

Условно, программу можно разбить на несколько частей: часть запуска/останова, часть выполнения цикла, часть подсчета числа циклов. Часть запуска/останова выполнена на RSтриггере - кнопка пуск соединена с входомS, кнопка стоп с входомR. Часть выполнения цикла выполнена на трех счетчиках и одном генераторе. Эта часть выдает сигналы на вращение в прямом направлении и обратном, а также выполнении паузы между реверсированием. Часть подсчета выполнения на трех счетчиках, сигналы подаются только на один счетчик (в зависимости от температуры). По истечении числа циклов производится выдача соответствующего сигнала.

Как видно, написанная программа занимает не много место и является очень простой. Если бы она делалась на дискретных элементах, то потребовалось очень много времени.

Программирование контроллера максимально упрощено, поэтому возможности контроллера уменьшились. Это сделано намерено, чтобы контроллером могли пользоваться сотрудники служб КиП.

Отметим преимущества рассматриваемого класса контроллеров:

• Программное обеспечение не требуется. Для программирования и изменения данных используется встроенный LCD дисплей и мини-клавиатура;

• Небольшой размер – меньший, чем у многих видов реле, экономит пространство при монтаже и понижает стоимость системы;

• Простота - исполняет основные функции PLC типа логики, счета и согласования по времени, даже неподготовленный оператор может написать простую программу или внести изменения в данные;

• Часы реального времени, аналоговые входы и сильноточные релейные выходы исключают необходимость в промежуточных реле Возможность расширения ввода/вывода увеличивает область применения этого контроллера.