Это шоу помечено как "Чистое" хостом.
Введение
01
Это первый эпизод из восьмичастного сериала.
02
Эта серия посвящена программируемым логическим контроллерам, или ПЛК, как их обычно называют.
Что такое ПЛК, вы спрашиваете?
Короче говоря, это универсальное программируемое промышленное устройство управления.
Они используются во всех отраслях промышленности на фабриках, коммунальных предприятиях и в любом месте, где требуется управление промышленными машинами.
03
Они представляют собой полностью интегрированную систему аппаратного обеспечения, программного обеспечения и среды разработки, специально разработанную для автоматического промышленного оборудования.
Возможно, самый простой способ описать их — сначала дать немного исторического контекста того, что предшествовало их появлению.
04 Ранние дни автоматизации
Вы, вероятно, слышали о ткацком станке Жакара начала XIX века и его использовании карточек для пробивки, что является одной из технологий, в конечном итоге приведших к развитию вычислительной техники.
Однако для наших целей здесь его значение заключается в том, что это была ранняя форма системы управления промышленной автоматизацией, поскольку он, в конце концов, контролировал машину на заводе.
05
Для других типов машин распространенным чисто механическим способом обеспечения координированного движения различных частей сложного механизма был использование валов и кам.
Серия камов, расположенных на вале или наборе валов, соединенных зубчатыми колесами, могла двигать части машины, открывать или закрывать клапаны и в целом координировать части машины.
С распространением использования электричества на фабриках в начале XX века теперь стало возможным использовать новую электрическую технологию для выполнения функций управления и автоматизации.
06 История логики реле
Мне придётся объяснить некоторые термины электромеханики, так как для понимания этих терминов и лежащих в их основе концепций необходимо понять ПЛК, так как последние являются эволюцией своих предшественников и используют те же термины.
То, что предшествовало ПЛК, было то, что обычно называлось "логикой реле".
Что такое реле?
Реле — это электромеханическое устройство, реагирующее на электрический ток и управляющее его потоком.
У реле есть "спираль", которая, как следует из названия, представляет собой спираль из проводящей проволоки.
Когда вы подаете энергию на спираль, то есть применяете к ней электрический ток, она образует электромагнит.
08
Этот электромагнит притягивает ротор.
Ротор — это движущаяся металлическая деталь, которая притягивается к спирали, когда последняя подается энергией.
Активация реле называется закрытием.
Деактивация реле называется открытием.
Альтернативные названия этих состояний — "втягивание" и "выдвигание" соответственно.
09
Арматура, в свою очередь, прикреплена к одному или нескольким контактам.
Вы можете представить контакт как переключатель.
Когда переключатель повёрнут в одном направлении, электрический путь закрыт, и ток может течь.
Когда он повёрнут в другом направлении, электрический путь разрван, и токовое течение прерывается.
10
Контакты могут быть обычно открытыми, в таком случае путь закрыт, и ток может течь, когда реле включается.
Альтернативно они могут быть обычно закрыты, в этом случае путь закрывается, и ток может течь, когда реле выключается.
Реле может иметь и обычно имеет несколько контактов, включая как обычно открытые, так и обычно закрытые.
Запомните эти термины: катушка, контакт, обычно открытый и обычно закрытый.
11 Что такое реле-блокировщик
Существует особый вид реле, известный как реле-блокировщик.
Это использовалось только время от времени в схемах управления реле, но концепции, лежащие в его основе, станут более важными, когда мы будем говорить о реальных ПЛК.
Реле-блокировщик имеет две катушки.
Одна катушка используется для включения или "установки" реле.
Другой катушек используется для отключения или "сброса" реле.
12
У реле либо механический механизм удержания или магнит, который удерживает реле в положении (или, иными словами, в закрытом) состоянии даже если катушка реле деактивирована.
Для сброса или "отключения" реле необходимо активировать катушку сброса.
Лачинговое реле обеспечивает эквивалент одного "бит" памяти, которая сохраняет свое последнее состояние даже если питание от машины выключено.
13
Лачинговые реле использовались в приложениях, где было важно, чтобы логика реле-сети запоминала свое последнее состояние.
Хотя лачинговые реле не часто используются в схемах управления реле из-за их более высокой стоимости и сложности, концепция должна была быть более широко применена в программах PLC, когда инструкции "установить" и "сбросить" предоставлялись, выполняя эквивалентную функцию в программном обеспечении, где не было подобных соображений по стоимости.
14
Таким образом, "установить" и "сбросить" должны были использоваться гораздо чаще в программах PLC, чем когда они были реальными реле.
Добавьте эти термины в свой список вещей, которые нужно запомнить: лачинг, отключение, установка и сброс.
Что такое контактор
Сейчас я упомяну ещё один термин, на случай если он возникнет позже.
Это "контактор".
Контактор по сути всего лишь большой реле.
Он обычно используется для управления большими электрическими нагрузками, такими как двигатели и нагреватели.
16
Меньшие реле обычно называют просто "реле" или иногда "контрольными реле".
Они используются для создания логических схем или управления меньшими электрическими нагрузками, такими как свет или пневматические или гидравлические клапаны.
Это может показаться большим количеством жаргона, но терпите, я сделаю аналогии с компьютерами, когда это уместно.
17 устройств ввода-вывода
Если вы хотите сделать что-то полезное, вам понадобятся некоторые устройства ввода-вывода.
Типичные устройства ввода включают следующее.
18
Кнопки.
Это кнопки, которые нажимает оператор, чтобы дать машине команду что-то сделать.
19
Переключатели выбора.
Это переключатели, которые обычно вращаются для включения или выключения и поддержания своего положения.
Они могут иметь несколько позиций, каждая из которых может активировать отдельный вход.
20
Световые сигналы. Эти сигналы используются для предоставления обратной связи оператору.
21
Переключатели ограничений.
Это механические переключатели, которые активируют части машины, а не оператор.
Это может использоваться для определения положения различных частей машины в любой данный момент.
22
Ближестенные датчики.
Это по сути твердотельные переключатели ограничений, которые более надежны, чем механические переключатели, так как они менее подвержены износу.
Они часто неофициально сокращаются до "прокси".
23
Электромагнитные клапаны.
Это похоже на реле, так как активируется электромагнитная катушка.
Однако вместо активации другого электрического контакта оно активирует пневматический или гидравлический клапан.
Этот клапан, в свою очередь, обычно позволяет воздуху или гидравлическому жидкостному двигать поршень внутри цилиндра, который затем перемещает какую-то механическую часть машины.
Типичная машина имеет множество датчиков близости и соленоидных клапанов.
24 Логика реле
Все эти входы и выходы требуют какого-то рода логики для их координации.
Вот где появились реле управления.
25
Если иметь выход одного электрического устройства, способный управлять другим электрическим устройством, звучит как-то похоже на транзистор, то да, реле аналогичны электронным транзисторам.
Однако, хотя транзисторы являются изобретением середины 20-го века, реле датируются серединой 19-го века.
26
Как и с транзисторами, возможно кодировать логику в сеть проводов, соединяющих реле вместе, вместе с входами от переключателей и других устройств ввода.
Подключая датчики и реле в правильном порядке, возможно создать достаточно сложные последовательности работы для управления машиной в автоматическом режиме.
27 Реле Логика Боолева
Подключение контактов реле в ряд создает условия "и".
Подключение их параллельно создает условия "или".
Использование контактов реле, обычно закрытых, создает условия "не".
Подключая контакты реле обратно в цепь, ведущую к его катушке, возможно, чтобы реле запоминало свое собственное состояние.
Каждая реле может рассматриваться как один бит логики в логическом цепи Бинарной логики.
28 Таймеров и счетчиков
Специальные таймерные реле могут использоваться для создания временного интервала между включением или выключением реле и закрытием или открытием контактов.
Таймерное реле, которое вводит задержку после включения, — это "таймер включения".
Таймерное реле, которое вводит задержку после выключения, — это "таймер выключения".
29
Таймерные реле часто были пневматическими.
У них был маленький резиновый ямка, которая медленно пропускала воздух через регулируемый проем.
Ямка предотвращала открытие или закрытие реле, в зависимости от типа, до тех пор, пока достаточно воздуха не утекло для его закрытия или открытия.
Для большей точности или более длительных задержек можно использовать механические часы с моторным приводом.
30
Специальные счетчики-реле можно использовать для того, чтобы требовать ввода для включения или выключения заданного числа раз перед активацией выходов реле.
Счетчики обычно использовали механизм рычага для подсчета до заранее установленного значения перед активацией.
31
Позже таймеры и счетчики использовали электронные таймеры и счетчики, но они появились относительно поздно, в то время как логика реле была на грани исчезновения.
32 Электрических панелей
Большое количество реле будет установлено на панелях в больших электрических шкафах, с проводами, проходящими между ними, а также к ограничивающим переключателям, клапанам и другим устройствам, установленным на машине.
33 Проектирование логического схемы
Логика или программа будет закодирована в выборе устройств и в проводах, проходящих между ними.
Для разработки и документирования этой логики дизайнер создаст электрические схемы.
Эти схемы будут следовать одному из двух различных стилей.
34
В одном стиле две проводки питания, либо горячая и нейтральная в случае переменного тока, либо положительная и отрицательная в случае постоянного тока, изображаются как вертикальные линии по бокам страницы схемы.
Эти вертикальные линии известны как "раили".
Затем по горизонтали через страницу, слева направо, рисуются провода, показывающие соединения между кнопками, переключателями и контактами реле с реле-спиралями или индикаторными огнями справа.
35
Физические соединения между реле-спиралями и контактами реле обычно не показываются на схемах, хотя они могут быть указаны в случае кнопок или переключателей с несколькими контактами.
Вместо этого вы полагаетесь на метки или названия, чтобы понять, какие контакты связаны с какими реле-спиралями, предохранительными переключателями или кнопками.
36
Существуют стандартные правила наименования устройств, на которые я не буду здесь вдаваться.
Однако это означает, что катушки реле могут находиться на одной странице набора чертежей, а контакты могут быть где-либо еще в наборе чертежей.
Было принято писать перекрестную ссылку рядом с катушкой реле, чтобы указать, где ее контакты используются на чертеже.
37 ступеней лестницы
С практической точки зрения, это означало, что логический чертеж склонен принимать форму множества независимых горизонтальных наборов проводки и контактов, выглядящих довольно как ступени лестницы.
Таким образом, эти чертежи стали известны как "лестничные диаграммы" или "лестничные чертежи".
Горизонтальные элементы были известны как "ступени".
38 стандартных символов
У каждого типа устройства был стандартный символ, чтобы вы могли сразу понять, что это такое.
Например, реле-коил был кругом.
Нормально открытый контакт реле был двумя короткими вертикальными линиями, разделяющими прерывание в проводном цепи.
Нормально закрытый контакт реле был просто нормально открытым контактом с диагональной линией, нарисованной через него.
39 Логический поток
По соглашению, рисунки читались сверху вниз, слева направо.
На практике операции могли происходить параллельно, и вам нужно было быть осторожным, чтобы избежать введения того, что называлось "релейной гонкой", когда результат операции зависел от того, какая из двух параллельных операций была завершена первой.
Релейная гонка могла давать непредсказуемые результаты в зависимости от того, какая из операций была завершена первой, и поэтому ее нужно избегать.
40
Инженеры, техники и электрики ожидали стать опытными в чтении и понимании этих диаграмм в виде лестницы, чтобы проектировать и устранять неисправности в оборудовании.
Чтение и понимание этих диаграмм стало для человека с опытом в этой области второй природой.
41 ДИН рисунков
Я упомянул, что существует два стиля рисунков.
Другой стиль известен как ДИН, что означает Deutsches Institut fur Normung, или Институт немецких стандартов на английском.
Это по сути просто диаграмма лестницы, перевернутая на бок, с рельсами, бегущими горизонтально слева направо, и ступенями, бегущими вертикально сверху вниз.
Я упомянул ДИН-рисунки здесь для полноты, но даже те страны, которые все еще используют ДИН-стиль рисунков для документирования проводки, используют вертикальные лестницы, когда логика лестницы перешла в электронную.
42 Сравнение с электронными логическими воротами
Если вы знакомы с электронными и, или, нанд, и нор воротами, некоторые из вышеупомянутых концепций должны вам быть знакомы.
Некоторые из этих концепций действительно аналогичны.
Однако эти электромеханические конвенции предшествовали существованию твердотельного состояния.
43
Рисунки также основаны на совершенно разных принципах.
В то время как схемы логических ворот твердотельного состояния показывают входы и выходы на одном устройстве, сгруппированные в одном блоке с сложными соединениями, электрические схемы "лестницы" разделяют их, что имеет ряд очень значимых последствий.
44
Во-первых, это значительно упрощает рисование соединений.
Во-вторых, это позволяет группировать входы и выходы по функции, а не по физическому упаковке.
В-третьих, это позволяет размещать рисунки на многих меньших стандартных листах, что в свою очередь позволяет функциональную коллекцию связанных ступеней рассмотреть в одном взгляде.
Эти три фактора должны были иметь большое значение, когда физические реле были заменены программным обеспечением.
--------------------
45 Исторические корни и развитие
Происхождение
Никто, похоже, не знает, когда и где была впервые представлена промышленная логика реле.
Лучшие предположения, кажется, указывают на какое-то время после массового электрификации заводов в начале 20-го века.
Автоматизация в эпоху паровой силы, казалось, зависела в основном от профиля механических камов, установленных на валы, для синхронизации работы машин.
Большинство источников, кажется, довольно уверены, что логика реле стала широко распространенной к 1940-м или 1950-м годам.
46 Твердотельный
Введение транзисторов сразу не заменило реле для целей управления.
Релейные устройства имели возможность напрямую обрабатывать значительные объёмы энергии, что позволяло им напрямую взаимодействовать с входами и выходами.
Транзисторы всё равно потребовали бы вставных реле, что увеличило бы количество компонентов и усложнило систему без значительной выгоды.
47
Разработаны были твердотельные логические модули, специально предназначенные для замены релей в логике управления, но они не получили широкого распространения.
Эти модули логики твердого состояния всё ещё требовали проводных соединений между ними, ограничивая их преимущества по сравнению с электромеханическими реле.
Несколько компаний разработали ряд семей электромеханических реле управления, и эти реле, как правило, очень надежные и прочные, хотя и довольно дорогие.
Заключение 48
В этом эпизоде я охватил следующие темы.
Что такое эстафета?
Общие входные и выходные устройства.
Как реле используются для создания систем логики Бооля.
Проектирование систем логики реле и электрических схем, используемых для их документирования.
Краткая история систем логики реле.
49 терминов, которые нужно запомнить.
Вот некоторые термины, которые вы можете пожелать запомнить.
Программируемый логический контроллер, также известный как "PLC".
Контролирующее реле.
Спирали
Контакты
Обычно открытые
Обычно закрытые
50
Заклекать
Отклекать
Установить
Сбросить
51
О таймерах задержки
О таймерах откладывания
О счетчиках
О кнопках нажатия
О сигнальных огнях
О предельных переключателях
О приближенных переключателях, также известных как "прокси"
О диаграммах лестницы
Лестничные рельсы
Ступни лестницы
Следующее эпизод 52
В следующем эпизоде я обсужу следующее
Происхождение ПЛК
Как они эволюционировали из логики реле
Как и почему физические реле и проводка стали виртуальными реле в программном обеспечении
53
Вы думали, что визуальное или графическое программирование — это что-то новое?
Послушайте следующую серию и узнайте, что люди делали это на фабриках полвека назад, когда вы еще пытались запустить свою первую программу Fortran на главном компьютере.
54
Это была первая серия из восьми.
--------------------