Deze show is als 'schoon' gemarkeerd door de gastheer.
Inleiding
01
Dit is de eerste aflevering van een 8-delige serie.
02
Deze serie gaat over programmeerbare logische besturingen, of PLC's zoals ze algemeen bekend zijn.
Wat is een PLC, vraag je je af?
Kort gezegd is het een veelzijdig programmeerbaar industrieel besturingsapparaat.
Ze worden overal in de industrie gebruikt in fabrieken, nutsbedrijven en ergens waar industriële machines moeten worden gecontroleerd.
03
Ze zijn een volledig geïntegreerd systeem van hardware, software en ontwikkelomgeving, speciaal ontworpen voor automatisch industriële apparatuur.
Het is waarschijnlijk het eenvoudigst om ze te beschrijven door eerst een beetje historische achtergrond te geven over wat er voor hen gebeurde.
04 De vroege dagen van automatisering
Je hebt waarschijnlijk gehoord van de Jacquard-weefgetouwen uit de vroege 19e eeuw en zijn gebruik van perforatiekaarten met betrekking tot het zijn van een van de technologieën die uiteindelijk leidden tot rekenen.
Echter, voor onze doeleinden hier, zijn betekenis is dat het een vroege vorm van industriële automatiseringsturingssysteem was, aangezien het uiteindelijk een machine in een fabriek controleerde.
05
Voor andere soorten machines was een veelvoorkomende puur mechanische manier om de verschillende delen van een complexe machine op een gecoördineerde manier te laten bewegen door het gebruik van as en kammen.
Een reeks kammen die op een as of set asjes zaten, verbonden door tandwielen, konden delen van een machine laten bewegen, kleppen aan of uit schakelen en over het algemeen de delen van een machine coördineren.
Met de verspreiding van het gebruik van elektriciteit in fabrieken in de vroege 20e eeuw, was het nu mogelijk om het nieuwe elektrische technologie te gebruiken om controle- en automatiseringstaken uit te voeren.
06 De achtergrond van relaislogica
Ik moet hier enkele elektromechanische termen uitleggen, aangezien het begrijpen van deze termen en de concepten achter hen essentieel is om PLC's te begrijpen, aangezien de laatste een evolutie is van zijn voorgangers en dezelfde termen gebruikt.
Wat voor PLC's kwam, was wat algemeen bekend stond als "relaielogica".
Wat is een Relai?
Een relai is een elektromechanisch apparaat dat reageert op en de stroom van elektriciteit regelt.
Een relai heeft een "spoel", wat zoals de naam al suggereert een spoel van geleider draad is.
Wanneer je de spoel activeert, dat wil zeggen er een elektrische stroom op aanbrengt, vormt het een elektromagnet.
08
Deze elektromagnet trekt een armatuur aan.
De armatuur is een bewegend metaalstuk dat aangetrokken wordt tot de spoel wanneer deze laatste geactiveerd is.
De geactiveerde overdracht wordt 'sluiten' genoemd.
Het deactiveren wordt 'openen' genoemd.
Alternatieve namen voor deze toestanden zijn "aankomen" en "wegvallen" respectievelijk.
09
De armatuur is aan één of meer contacten bevestigd.
Je kunt een contact zien als een schakelaar.
Wanneer de schakelaar in één richting wordt gedraaid, wordt de elektrische geleiding gesloten en kan stroom stromen.
Wanneer het in de andere richting wordt gedraaid, wordt de elektrische geleiding onderbroken en is de stroomstroom onderbroken.
10
Contacten kunnen normaal open zijn, in welk geval de geleiding gesloten is en stroom kan stromen wanneer de relais wordt ingeschakeld.
Alternatief kunnen ze normaal gesloten zijn, waarna de weg gesloten is en stroom kan stromen wanneer de relais uit is.
Een relais kan, en dat doet het typisch, meerdere contacten hebben, inclusief zowel normaal open als normaal gesloten.
Onthoud deze termen: spoel, contact, normaal open en normaal gesloten.
Wat is een Latching Relay?
Er bestaat een speciale soort relais genaamd een latching relais.
Dit werd slechts af en toe gebruikt in relaisbeheerscircuits, maar de concepten hierachter worden belangrijker wanneer we praten over echte PLC's.
Een latching relais heeft twee spoelen.
Eén spoel wordt gebruikt om het relais aan te zetten of "te zetten".
De andere spoel wordt gebruikt om de relais uit te schakelen of "reset" te geven.
12
De relais heeft ofwel een mechanisch vergrendelingmechanisme of een magneet die wordt gebruikt om de relais in de vastgestelde (of met andere woorden, gesloten) positie te houden, zelfs als de spoel van de set geen stroom meer heeft.
Je moet de resetspoel energiseren om de relais te resetten of "te openen".
Een vergrendelende relais biedt de equivalent van één "bit" geheugen die zijn laatste staat behoudt, zelfs als de stroom naar de machine wordt uitgeschakeld.
13
Vergrendelende relais werden gebruikt in toepassingen waar het belangrijk was dat de logische circuit van de relais zijn laatste staat onthoudt.
Hoewel ze niet vaak worden gebruikt in relaisbesturingscircuits vanwege hun hogere kosten en complexiteit, was het concept bedoeld om veel vaker te worden gebruikt in PLC-programma's wanneer set- en resetinstructies werden verstrekt die de equivalente functie in software uitvoerden, zonder dat er soortgelijke kostenoverwegingen een rol speelden.
14
Zo zouden set- en resetfuncties veel vaker in PLC-programma's worden gebruikt dan wanneer ze daadwerkelijke relais waren.
Voeg deze termen toe aan je lijst met dingen om te onthouden - vergrendelen, ontgrendelen, setten en resetten.
Wat is een contactor?
Ik zal nu een ander begrip noemen, in het geval dat het later ter sprake komt.
Dit is een "contactor".
Een contactor is in wezen gewoon een grote schakelaar.
Het wordt typisch gebruikt om grote elektrische lasten te besturen, zoals motoren en verwarmers.
16
Kleinere schakelaars worden gewoonlijk "schakelaars" genoemd, of soms "besturingsrelais".
Deze worden gebruikt om logische circuits te creëren of om kleinere elektrische lasten te besturen, zoals verlichting of pneumatische of hydraulische kleppen.
Dit kan veel jargon lijken, maar blijf bij me, ik zal analogieën met computers maken wanneer dat passend is.
17 Invoer- en uitvoerapparaten
Als je iets nuttigs wilt doen, heb je enige invoer- en uitvoerapparaten nodig.
Typische invoerapparaten omvatten onder andere.
18
Drukknoppen.
Dit zijn knoppen die door de operator worden ingedrukt om de machine te bevelen iets te doen.
19
Selectorschakelaars.
Dit zijn schakelaars die meestal worden gedraaid om aan of uit te schakelen en in positie te blijven.
Deze kunnen meerdere posities hebben, elk van welke een aparte invoer kan activeren.
20
Brandlichten. Deze lichten worden gebruikt om feedback te geven aan de bediener.
21
Beperkingsschakelaars.
Dit zijn mechanische schakelaars waarvan de onderdelen van de machine worden geactiveerd, in plaats van dat de bediener ze activeert.
Dit kan worden gebruikt om te bepalen in welke positie de verschillende onderdelen van de machine zich op een bepaald moment bevinden.
22
Nabijheidssensoren.
Deze zijn in wezen vaste staat beperkingsschakelaars die betrouwbaarder zijn dan mechanische schakelaars omdat ze minder onderhevig zijn aan slijtage.
Deze worden vaak informeel "proxies" genoemd.
23
Solenoïdekleppen.
Deze werken als relaisen, waarbij een elektromagnetische spoel wordt geactiveerd.
In plaats van echter een andere elektrische contact te activeren, activeert het een pneumatisch of hydraulisch klep.
Deze klep laat in de loop van de tijd typisch lucht of hydraulisch vloeistof een cilinder binnen bewegen, wat vervolgens een mechanisch deel van de machine beweegt.
Een typische machine heeft talloze nabijheidssensoren en solenoïde kleppen.
24 Relay Logica
Alle deze invoer en uitvoer vereisen enige vorm van logica om ze te coördineren.
Dit is waar controle-relais binnenkwamen.
25
Als het hebben van de uitvoer van één elektrisch apparaat die een ander elektrisch apparaat kan controleren een beetje lijkt op een transistor, dan zijn relais inderdaad analoog aan elektronische transistors.
Echter, terwijl transistoren een uitvinding uit het midden van de 20e eeuw zijn, dateren relais uit het midden van de 19e eeuw.
26
Net als bij transistoren, is het mogelijk om logica te coderen in een netwerk van draden die relais met elkaar verbinden, samen met invoer van schakelaars en andere invoerapparaten.
Door sensoren en relais op de juiste manier met elkaar te verbinden, is het mogelijk om redelijk complexe sequenties van werking te creëren om een machine op een automatische manier te besturen.
27 Relay Boolean Logica
Het verbinden van relaiscontacten in serie creëert "en"-voorwaarden.
Het verbinden ervan in parallel creëert "of"-voorwaarden.
Het gebruik van normaal gesloten relaiscontacten creëert "niet"-voorwaarden.
Door de eigen contacten van een relais terug te voeden naar de circuittrajecten die leiden naar zijn spoel, is het mogelijk om een relais zijn eigen toestand te laten onthouden.
Elke overdracht kan worden beschouwd als één stukje logica in een booleaanse logische circuit.
28 Timers en tellers
Speciale timing-overdrachten kunnen worden gebruikt om een tijdvertraging tussen het inschakelen of uitschakelen van de overdracht en het sluiten of openen van de contacten te creëren.
Een timing-overdracht die een vertraging oplegt na inschakelen is een "on-vertragingstimer".
Een timing-overdracht die een vertraging oplegt na uitschakelen is een "off-vertragingstimer".
29
Timing-overdrachten waren vaak pneumatisch.
Ze hadden een kleine rubberen balg die langzaam lucht lekte door een aanpasbaar orifice.
De balg zou de overdracht voorkomen om te openen of te sluiten, afhankelijk van het type, totdat genoeg lucht was gelekt voor het te sluiten of te openen.
Voor meer nauwkeurigheid of voor langere vertragingen, kunnen motorgestuurde kloktimer worden gebruikt.
30
Speciale tellerrelais kunnen worden gebruikt om een invoer te vereisen om aan of uit te schakelen een bepaald aantal keren voordat de relaisuitgangen worden geactiveerd.
Tellers gebruikden typisch een ratelsmechanisme om te tellen tot een vooraf ingestelde waarde voordat ze werden geactiveerd.
31
Later tijd- en tellerrelais gebruikten elektronische timers en tellers, maar deze verschenen relatief laat, op een moment dat relaislogica aan het verdwijnen was.
32 Elektrische Panelen
Een groot aantal relais zou op panelen in grote elektrische behuizingen zijn gemonteerd, met kabels ertussen, en ook naar de limitschakelaars, kleppen en andere apparaten die op de machine zijn gemonteerd.
33 Ontwerpen van de Logische Circuitt
De logica of het programma zou worden gecodeerd in de keuze van de apparaten en in de kabels ertussen.
Om dit logisch ontwerp en documenteren, zou de ontwerper elektrische tekeningen maken.
Deze tekeningen zouden volgens één van twee verschillende stijlen worden uitgevoerd.
34
In één stijl werden de twee stroomkabel, ofwel warm en neutraal bij AC-stroom, of positief en negatief bij DC-stroom, als verticale lijnen langs beide zijden van de tekeningspagina getekend.
Deze verticale lijnen worden de "rails" genoemd.
Vervolgens werden de kabels horizontaal over de pagina getekend, van links naar rechts, om de verbindingen tussen drukknoppen, schakelaars en relaiscontacten aan de rechterkant te tonen, naar de relaisspulen of pilotlampen.
35
De fysieke verbindingen tussen relaisspulen en relaiscontacten werden normaal niet op de tekeningen weergegeven, hoewel ze dat wel kunnen zijn in het geval van drukknoppen of selectorschakelaars met meerdere contacten.
In plaats daarvan zou je vertrouwen op labels of namen om te zien welke contacten geassocieerd waren met welke relaisspulen, limietschakelaars of drukknoppen.
36
Er bestaan standaard naamconventies voor apparaten, waar ik hier niet op zal ingaan.
Echter, dit betekent dat de relaisspulen op één pagina van het tekenpakket kunnen staan en de contacten ergens anders in het tekenpakket.
Het was gebruikelijk om een kruisverwijzing naast de relaisspul te schrijven om op te lijsten waar zijn contacten in het teken worden gebruikt.
37 Trappen
In praktische zin betekende dit dat de logische tekening neigde naar de vorm van vele onafhankelijke horizontale sets van bedrading en contacten die eruit zagen als de treden van een trap.
Zo kwamen deze tekeningen bekend te staan als "trapdiagrammen" of "traptekeningen".
De horizontale elementen werden "treden" genoemd.
38 Standaard Symbolen
Elke soort apparaat had een standaard symbool, zodat je op een blik kon zien wat het was.
Voorbeeld: een relaisspoel was een cirkel.
Een normaal open relaiscontact was twee korte verticale lijnen die een onderbreking in de draadcircuit scheiden.
Een normaal gesloten relaiscontact was gewoon een normaal open contact met een diagonaal lijn eroverheen getekend.
39 Logische stroom
Volgens de conventie werden tekeningen van boven naar beneden en van links naar rechts gelezen.
In de praktijk konden operaties parallel gebeuren en moest je voorzichtig zijn om te voorkomen dat je een "relayrace" introduceerde, waarbij het resultaat van een operatie afhangen van welke van de twee parallelle operaties als eerste voltooid was.
Een relayrace kon onvoorspelbare resultaten opleveren afhankelijk van welke operatie als eerste voltooid was en moest daarom vermeden worden.
40
Ingenieurs, technici en elektriciens werden verwacht om bekwaam te worden in het lezen en begrijpen van deze ladderdiagrammen om zo apparatuur te ontwerpen en te debuggen.
Voor iemand die ervaring had in dit vakgebied, werd het lezen en begrijpen van deze diagrammen een tweede natuur.
41 DIN Tekeningen
Ik heb eerder vermeld dat er twee stijlen van tekeningen bestaan.
De andere stijl wordt DIN genoemd, wat staat voor Deutsches Institut für Normung, of het Duitse Normeninstituut in het Engels.
Dit is in wezen slechts een ladderdiagram dat op zijn zijkant is gekeerd, met de rails horizontaal van links naar rechts en de treden verticaal van boven naar beneden.
Ik heb hier over DIN-tekeningen gesproken voor volledigheid, maar zelfs landen die nog steeds DIN-stijltekeningen gebruiken voor de documentatie van bedrading, gebruiken verticale ladders sinds de overgang naar elektronische ladderlogica.
42 Vergelijking met Elektronische Logica Poorten
Als je bekend bent met elektronische en, of, nand, en nor poorten, zouden sommige van de bovenstaande concepten je bekend voor moeten zijn.
Sommige concepten zijn inderdaad analoog.
Deze elektromechanische conventies dateren echter uit de tijd vóór het bestaan van vaste staat.
43
De tekeningen volgen ook volledig verschillende principes.
Terwijl tekeningen van logische poorten met vaste staat de invoeren en uitvoeren op één apparaat tonen, gegroepeerd in één blok met complexe verbindingen, scheiden elektrische laddertekeningen hen, wat een aantal zeer significante gevolgen heeft.
44
Ten eerste vereenvoudigt het sterk het tekenen van de verbindingen.
Ten tweede maakt het het mogelijk om invoeren en uitvoeren te groeperen op basis van functie in plaats van fysieke verpakking.
Ten derde maakt het het mogelijk om tekeningen te verspreiden over vele kleinere standaardformaat bladen, wat op zijn beurt een functionele verzameling gerelateerde trappen in één blik mogelijk maakt.
Deze drie factoren zouden van groot belang zijn toen fysieke relais werden vervangen door software.
--------------------
45 Historische oorsprongen en ontwikkeling
Oorsprongen
Niemand lijkt te weten wanneer of waar industriële relaislogica voor het eerst werd geïntroduceerd.
De beste gissingen lijken te suggereren dat het enige tijd na de wijdverspreide elektrificatie van fabrieken in de vroege 20e eeuw was.
Automatisering in de stoomkrachttijd leek voornamelijk te vertrouwen op het profiel van mechanische kammen gemonteerd op assen om machineoperaties te tijdigen.
De meeste bronnen lijken vrij zeker dat relaislogica al rond de jaren 1940 of 1950 wijdverspreid was.
46 Solid State
De introductie van transistoren verving relais niet onmiddellijk voor besturingsdoeleinden.
Relais hadden de mogelijkheid om aanzienlijke hoeveelheden stroom direct te verwerken, waardoor ze rechtstreeks konden communiceren met invoer- en uitvoerpunten.
Transistoren zouden toch tussenliggende relais nodig hebben gehad, wat het aantal onderdelen zou hebben verhoogd en het systeem zou hebben gecompliceerd zonder veel voordelen.
47
Er waren vaste staat logische modules ontwikkeld die specifiek bedoeld waren om relais in controlelogica te vervangen, maar deze werden niet wijdverspreid gebruikt.
Deze vaste staat logische modules vereisten nog steeds bedrading tussen hen, waardoor hun voordelen ten opzichte van elektromechanische relais beperkt bleven.
Een aantal families van elektromechanische controle relais werden ontwikkeld door verschillende bedrijven, en deze neigen ertoe zeer robuust en betrouwbaar te zijn, hoewel vrij duur.
48 Conclusie
In deze aflevering heb ik het volgende behandeld.
Wat is een relay?
Algemene invoer- en uitvoerapparaten.
Hoe relais worden gebruikt om booleaanse logische systemen te creëren.
Ontwerpen van relaislogische systemen en de elektrische tekeningen die ze documenteren.
De korte geschiedenis van relaislogische systemen.
49 termen om te onthouden.
Hier zijn enkele termen die je misschien wilt onthouden.
Programmable Logic Controller, ook bekend als "PLC".
Besturingsrelais.
Spulen
Contacten
Normaal open
Normaal gesloten
50
Vergrendeling
Ontgrendelen
Instellen
Resetten
51
Over vertragingstimers
Over schakeltimers
Telers
Drukknoppen
Leidingspunten
Beperkingsschakelaars
Nabijheidsschakelaars, ook bekend als "proxies"
Trage diagrammen
Trappenleuningen
Trappenstappen
52 Volgende Aflevering
In de volgende aflevering zal ik het volgende bespreken
De oorsprong van PLC's
Hoe ze geëvolueerd zijn vanuit relaislogica
Hoe en waarom fysieke relais en bedrading virtuele relais in software zijn geworden
53
Dacht je dat visuele of grafische programmering iets nieuws was?
Luister naar de volgende aflevering en ontdek dat mensen dit al deden in fabrieken een halve eeuw geleden, toen jij nog probeerde je eerste Fortran-programma draaiend te krijgen op een mainframe.
54
Dit is de eerste aflevering van een achttalige serie.
--------------------