Ten programowany jako czysty przez gospodarza.
Wstęp
01
To pierwszy odcinek ośmioczęściowej serii.
02
Ta seria dotyczy sterowników logiki programowalnej, zwanych potocznie PLC.
Co to jest PLC?
Krótko mówiąc, jest to urządzenie sterujące przemysłowe o ogólnym zastosowaniu, programowalne.
Są one używane w całej branży w fabrykach, przedsiębiorstwach usługowych i wszędzie tam, gdzie potrzebne jest sterowanie maszynami przemysłowymi.
03
Stanowią one w pełni zintegrowany system sprzętu, oprogramowania i środowiska programistycznego, dostosowanego specjalnie do automatycznego sprzętu przemysłowego.
Najłatwiej opisać je, dając najpierw tło historyczne tego, co je poprzedziło.
04 Wczesne dni automatyzacji
Prawdopodobnie słyszałeś o tkacku Jacquarda z początków XIX wieku i jego użyciu kart perforowanych, co stanowiło jedną z technologii, które ostatecznie doprowadziły do obliczeń.
Jednak dla celów naszych tutaj znaczenie ma to, że było to wczesna forma systemu kontroli automatyzacji przemysłowej, ponieważ w końcu kontrolowało maszynę w fabryce.
05
Dla innych typów maszyn powszechnym, czysto mechanicznym sposobem na to, aby różne części złożonej maszyny poruszały się w skoordynowany sposób, było użycie wałów i kół zębatych.
Seria kół zębatych umieszczonych na wale lub zestawie wałów połączonych zębatkami, mogła poruszać częściami maszyny, otwierać lub zamykać zawory i ogólnie koordynować części maszyny.
Wraz z rozprzestrzenianiem się użycia elektryczności w fabrykach na początku XX wieku, teraz było możliwe wykorzystanie nowej technologii elektrycznej do wykonywania funkcji kontroli i automatyzacji.
06 Tło logiki przekaźnikowej
Będę musiał wyjaśnić pewne terminologia elektromechaniczna, ponieważ zrozumienie tych terminów i pojęć, na których się opierają, jest niezbędne do zrozumienia PLC, ponieważ PLC jest ewolucją swoich poprzedników i używa tych samych terminów.
Przed PLC istniała to, co powszechnie nazywano "logiką przekaźnikową".
Co to jest przekaźnik?
Przekaźnik to urządzenie elektromechaniczne, które reaguje i kontroluje przepływ prądu elektrycznego.
Przekaźnik ma "węzeł", który, jak sugeruje nazwa, jest cewką przewodzącego drutu.
Kiedy zasilasz węzeł, czyli stosujesz do niego prąd elektryczny, tworzy się elektromagnes.
08
Ten elektromagnes przyciąga wirnik.
Wirnik to ruchoma część metalowa, która jest przyciągana do węzła, gdy ten jest zasilany.
Aktywacja przełącznika jest nazywana zamykaniem.
Dezaktywacja jest nazywana otwieraniem.
Alternatywne nazwy tych stanów to "przyciąganie" i "opuszczanie" odpowiednio.
09
Armatura jest z kolei przymocowana do jednego lub więcej kontaktów.
Możesz myśleć o kontakcie jak o przełączniku.
Gdy przełącznik jest przekręcony w jedną stronę, ścieżka elektryczna jest zamknięta i prąd może płynąć.
Gdy jest przekręcony w drugą stronę, ścieżka elektryczna jest przerwana i przepływ prądu jest przerwany.
10
Kontakty mogą być normalnie otwarte, w takim przypadku ścieżka jest zamknięta i prąd może płynąć, gdy przełącznik się włączy.
Alternatywnie mogą być normalnie zamknięte, w takim przypadku ścieżka jest zamknięta, a prąd może płynąć, gdy przekaźnik się wyłączy.
Przekaźnik może mieć, a zazwyczaj ma, wiele kontaktów, w tym zarówno normalnie otwarte, jak i normalnie zamknięte.
Pamiętaj o tych terminach: cewka, kontakt, normalnie otwarty i normalnie zamknięty.
11 Co to jest przekaźnik samowzmacniający
Istnieje specjalny rodzaj przekaźnika zwany przekaźnikiem samowzmacniającym.
Używany był tylko okazjonalnie w obwodach sterowania przekaźnikami, ale koncepcje za nim stojące staną się ważniejsze, gdy poruszymy temat rzeczywistych PLC.
Przekaźnik samowzmacniający ma dwie cewki.
Jedna cewka służy do włączenia lub "ustawienia" przekaźnika.
Inny koil jest używany do wyłączenia lub "resetowania" przekaźnika.
12
Przekaźnik posiada mechanizm zatrzasku lub magnes, który utrzymuje przekaźnik w pozycji ustawionej (lub inaczej, zamkniętej) nawet jeśli koil ustawienia jest odłączony od zasilania.
Aby zresetować lub "otworzyć" przekaźnik, musisz zasilić koil resetu.
Przekaźnik zatrzaskowy zapewnia równoważnik jednego "bitu" pamięci, która zachowuje swój ostatni stan nawet jeśli zasilanie maszyny zostanie wyłączone.
13
Przekaźniki zatrzaskowe były używane w zastosowaniach, w których ważne było, aby układ logiki przekaźnika pamiętał swój ostatni stan.
Chociaż nie są często używane w obwodach sterowania przekaźnikami ze względu na wyższy koszt i złożoność, koncepcja ta miała być bardziej szeroko stosowana w programach PLC, gdy instrukcje ustawienia i resetowania były dostarczane, wykonujące równoważną funkcję w oprogramowaniu, gdzie nie ma podobnych rozważań kosztowych.
14
Dlatego ustawienie i resetowanie miały być znacznie częściej używane w programach PLC niż w przypadku rzeczywistych przekaźników.
Dodaj te terminy do swojej listy rzeczy do zapamiętania - zatrzask, odzatrzaskowanie, ustawienie i resetowanie.
Co to jest kontaktor?
Teraz wspomnę o innym terminie, w przypadku gdy pojawi się później.
Jest to "kontaktor".
Kontaktor jest zasadniczo tylko dużym przekaźnikiem.
Zazwyczaj jest używany do sterowania dużymi obciążeniami elektrycznymi, takimi jak silniki i grzejniki.
16
Mniejsze przekaźniki są zazwyczaj nazywane po prostu "przekaźnikami" lub czasami "przekaźnikami sterującymi".
Te są używane do tworzenia albo obwodów logicznych albo do sterowania mniejszymi obciążeniami elektrycznymi, takimi jak światła lub zawory pneumatyczne lub hydrauliczne.
To może wydawać się mnóstwo żargonu, ale wytrwajcie, porównam to do komputerów, gdy będzie to odpowiednie.
17 Urządzeń wejścia i wyjścia
Jeśli chcesz wykonać jakąś użyteczną pracę, będziesz potrzebował wejścia/wyjścia.
Typowe urządzenia wejścia obejmują następujące.
18
Przyciski.
Są to przyciski, które operator naciska, aby polecić maszynie wykonanie czegoś.
19
Przełączniki wyboru.
Są to przełączniki, które zazwyczaj są obracane, aby włączyć lub wyłączyć i utrzymać pozycję.
Mogą mieć wiele pozycji, z których każda może aktywować oddzielne wejście.
20
Światła pilotowe. Są to światła używane do przekazywania informacji zwrotnych operatorowi.
21
Przełączniki ograniczeniowe.
Są to mechaniczne przełączniki, których aktywują się części maszyny, a nie operator.
Może to służyć do określenia pozycji różnych części maszyny w danym momencie.
22
Czujniki zbliżeniowe.
Są to zasadniczo czujniki stanu stałego, które są bardziej niezawodne niż przełączniki mechaniczne, ponieważ są mniej podatne na zużycie.
Często są potocznie nazywane "proksami".
23
Zawory solenoidowe.
To są podobne do przekaźników, ponieważ aktywuje się w nich elektromagnetyczny zwrotnik.
Jednak zamiast aktywowania innego kontaktu elektrycznego, aktywuje zawór pneumatyczny lub hydrauliczny.
Ten zawór pozwala zwykle na ruch powietrza lub płynu hydraulicznego tłoka wewnątrz cylindra, który następnie porusza jakąś część mechanizmu maszyny.
Typowa maszyna posiada mnóstwo czujników zbliżeniowych i zaworów solenoidowych.
24 Logika przekaźników
Wszystkie te wejścia i wyjścia wymagają jakiegoś rodzaju logiki do ich koordynowania.
Właśnie tutaj pojawiły się przekaźniki sterujące.
25
Jeśli posiadanie wyjścia jednego urządzenia elektrycznego zdolnego do sterowania innym urządzeniem elektrycznym brzmi trochę jak tranzystor, to tak, przekaźniki są analogiczne do elektronicznych tranzystorów.
Jednakże, chociaż tranzystory są wynalazkiem z połowy XX wieku, przekaźniki pochodzą z połowy XIX wieku.
26
Podobnie jak w przypadku tranzystorów, możliwe jest zakodowanie logiki w sieci przewodów łączących przekaźniki, wraz z wejściami ze przełączników i innych urządzeń wejściowych.
Łącząc czujniki i przekaźniki w odpowiedni sposób, można stworzyć stosunkowo złożone sekwencje działania, aby kontrolować maszynę w sposób automatyczny.
27 Logika Boole'a przekaźników
Łączenie kontaktów przekaźnika w szereg tworzy warunki "i".
Łączenie ich równolegle tworzy warunki "lub".
Używanie kontaktów przekaźnika zamkniętego normalnie tworzy warunki "nie".
Podłączając kontakty własnego przekaźnika z powrotem do obwodu prowadzącego do jego zwijaka, można sprawić, że przekaźnik zapamięta swój własny stan.
Każdy przekaźnik można więc uznać za jeden element logiki w obwodzie logiki boole'owskiej.
28 Timery i liczniki
Specjalne przekaźniki czasowe mogły być używane do tworzenia opóźnienia czasowego między włączeniem lub wyłączeniem przekaźnika a zamknięciem lub otwarciem kontaktów.
Przekaźnik czasowy, który nakłada opóźnienie po włączeniu, to "timer opóźnienia włączenia".
Przekaźnik czasowy, który nakłada opóźnienie po wyłączeniu, to "timer opóźnienia wyłączenia".
29
Przekaźniki czasowe często były pneumatyczne.
Miały mały tłok z gumy, który powoli wyciekał powietrzem przez regulowany otwór.
Tłok zapobiegał otwarciu lub zamknięciu przekaźnika, w zależności od typu, dopóki wystarczająca ilość powietrza nie wyciekła, aby zamknąć lub otworzyć go.
Dla większej dokładności lub dłuższych opóźnień czasowych można użyć mechanizmów zegarowych napędzanych silnikiem.
30
Specjalne przekaźniki licznikowe można wykorzystać, aby wymagały wprowadzenia włączenia lub wyłączenia określoną liczbę razy przed aktywacją wyjść przekaźnika.
Liczniki zazwyczaj wykorzystywały mechanizm korbowy do zliczania do ustalonego poziomu przed aktywacją.
31
Późniejsze przekaźniki czasowe i licznikowe używały elektronicznych timerów i liczników, ale pojawiły się one stosunkowo późno, w czasie gdy logika przekaźników była na wyczerpaniu.
32 Panele elektryczne
Duża liczba przekaźników byłaby zamontowana na panelach w dużych szafkach elektrycznych, z przewodami biegnącymi między nimi, a także do przełączników granicznych, zaworów i innych urządzeń zamontowanych na maszynie.
33 Projektowanie obwodu logicznego
Logika lub program byłby zakodowany w wyborze urządzeń i w przewodach biegnących między nimi.
Aby zaprojektować i udokumentować tę logikę, projektant stworzyłby rysunki elektryczne.
Te rysunki miałyby jeden z dwóch różnych stylów.
34
W jednym stylu dwa przewody zasilające, gorący i neutralny w przypadku prądu przemiennego lub dodatni i ujemny w przypadku prądu stałego, były rysowane jako pionowe linie wzdłuż każdej strony rysunku.
Te pionowe linie są znane jako "tory".
Następnie rysowano przewody poziomo przez stronę od lewej do prawej, pokazując połączenia między przyciskami, przełącznikami i kontaktami przekaźników z cewkami przekaźników lub światłami pilotowymi po prawej stronie.
35
Fizyczne połączenia między cewkami przekaźników a kontaktami przekaźników zazwyczaj nie były pokazywane na rysunkach, chociaż mogły być w przypadku przycisków lub przełączników wielokontaktowych.
Zamiast tego opierało się się na etykietach lub nazwach, aby zobaczyć, które kontakty były związane z jakimi cewkami przekaźników, przełącznikami graniczącymi lub przyciskami.
36
Istnieją standardowe konwencje nazewnictwa urządzeń, których nie omówię tutaj.
Jednak oznacza to, że zwory przekaźnika mogą znajdować się na jednej stronie zestawu rysunków, a kontakty mogą być gdziekolwiek indziej w zestawie rysunków.
Tradycyjnie pisano odniesienie krzyżowe obok zworów przekaźnika, aby wskazać, gdzie jego kontakty są używane w rysunku.
37 stopni drabiny
W praktyce oznaczało to, że rysunek logiczny tendował do przyjmowania formy wielu niezależnych, poziomych zestawów przewodów i kontaktów, wyglądających dość jak stopnie drabiny.
Dlatego te rysunki stały się znane jako "drabinowe diagramy" lub "drabinowe rysunki".
Poziome elementy były znane jako "stopnie".
38 standardowych symboli
Każdy typ urządzenia miał standardowy symbol, dzięki czemu można było od razu zobaczyć, czym jest.
Na przykład zwrotnik był kręgiem.
Zazwyczaj otwarty kontakt zwrotnika to dwie krótkie pionowe linie oddzielające przerwę w obwodzie kablowym.
Zazwyczaj zamknięty kontakt zwrotnika to po prostu zazwyczaj otwarty kontakt z diagonalną linią narysowaną na nim.
39 Przepływ logiki
Zgodnie z konwencją rysunki czytano od góry do dołu, od lewej do prawej.
W praktyce operacje mogły odbywać się równolegle, a trzeba było zachować ostrożność, aby uniknąć wprowadzenia tego, co nazywano "biegiem na zwrotnikach", gdzie wynik operacji zależał od tego, która z dwóch równoległych operacji została ukończona pierwsza.
Bieg na zwrotnikach mógł dać nieprzewidywalne wyniki w zależności od tego, która z operacji została ukończona pierwsza, dlatego należy go unikać.
40
Inżynierowie, technicy i elektrycy oczekiwano, że staną się biegli w czytaniu i rozumieniu tych diagramów schodowych, aby projektować i diagnozować sprzęt.
Dla kogoś, kto miał doświadczenie w tej dziedzinie, czytanie i rozumienie tych diagramów stało się drugą naturą.
41 rysunków DIN
Wspomniałem, że istnieją dwa style rysunków.
Inny styl znany jest jako DIN, co oznacza Deutsches Institut fur Normung, czyli Niemiecki Instytut Normalizacji w języku angielskim.
W zasadzie jest to po prostu diagram drabinowy obrócony o 90 stopni, z prętami biegnącymi poziomo od lewej do prawej i stopniami biegnącymi pionowo od góry do dołu.
Wspomniałem o rysunkach DIN tutaj dla kompletności, ale nawet kraje, które nadal używają rysunków DIN do dokumentowania instalacji elektrycznych, stosują pionowe drabiny, gdy logika drabinowa przeszła na elektronikę.
42 Porównanie z logicznymi bramami elektronicznymi
Jeśli jesteś zaznajomiony z logicznymi bramami elektronicznymi, takimi jak AND, NAND i NOR, niektóre z powyższych pojęć powinny cię zapoznać.
Niektóre z tych pojęć jest rzeczywiście analogiczne.
Jednak te konwencje elektromechaniczne są wcześniejsze od istnienia stanu stałego.
43
Rysunki również opierają się na zupełnie różnych zasadach.
Podczas gdy rysunki logicznych bram stanu stałego pokazują wejścia i wyjścia na pojedynczym urządzeniu, pogrupowane w pojedynczy blok z złożonymi połączeniami, rysunki schematu łańcucha elektrycznego oddzielają je, co ma szereg bardzo znaczących konsekwencji.
44
Po pierwsze, znacznie upraszcza rysowanie połączeń.
Po drugie, pozwala na pogrupowanie wejść i wyjść według funkcji, a nie według fizycznego opakowania.
Po trzecie, pozwala na rozłożenie rysunków na wiele mniejszych arkuszy standardowego rozmiaru, co z kolei umożliwia przeglądanie funkcjonalnej kolekcji powiązanych stopni w jednym spojrzeniu.
Te trzy czynniki miały być bardzo istotne, gdy fizyczne przekaźniki zostały zastąpione oprogramowaniem.
--------------------
45 Historyczne początki i rozwój
Początki
Nikt nie wydaje się wiedzieć, kiedy ani gdzie po raz pierwszy wprowadzono logikę relacyjną przemysłową.
Najlepsze przypuszczenia wskazują, że było to gdzieś po powszechnej elektryfikacji fabryk na początku XX wieku.
Automatyzacja w erze parowej zdawała się opierać głównie na profilu mechanicznych kamek zamontowanych na wałach, aby zaplanować operacje maszyn.
Większość źródeł wydaje się być dość pewna, że logika relacyjna była szeroko stosowana w latach 1940-50.
46 Stan stały
Wprowadzenie tranzystorów nie wywarło natychmiastowego wpływu na zastąpienie przekaźników w celach sterowania.
Relacje miały zdolność obsługi znacznych ilości mocy bezpośrednio, umożliwiając im bezpośrednie połączenie z wejściami i wyjściami.
Tranzystory nadal wymagałyby umieszczania przekaźników w środku, zwiększając liczbę elementów i komplikując system bez znacznej korzyści.
47
Rozwijano moduły logiki stanowej przeznaczone konkretnie do zastąpienia przekaźników w logice sterowania, ale nie były one szeroko stosowane.
Te moduły logiki stanowej nadal wymagały połączeń przewodowych między nimi, ograniczając ich zalety w porównaniu do elektromechanicznych przekaźników.
Kilka firm opracowało rodziny elektromechanicznych przekaźników sterujących, które tendowały do bycia bardzo wytrzymałe i niezawodne, chociaż dość drogie.
48. Wniosek
W tym odcinku omówiłem następujące kwestie.
Co to jest przekaźnik.
Wspólne urządzenia wejściowe i wyjściowe.
Jak przekaźniki są używane do tworzenia systemów logiki boole'owskiej.
Projektowanie systemów logiki przekaźnikowej i schematów elektrycznych używanych do ich dokumentacji.
Krótka historia systemów logiki przekaźnikowej.
49 terminów, które należy zapamiętać.
Oto niektóre terminy, które warto zapamiętać.
Sterownik logiki programowalnej, znany również jako "PLC".
Przekaźnik sterujący.
Śruby
Kontakt
Zazwyczaj otwarte
Zazwyczaj zamknięte
50
Zamknięcia
Odblokowanie
Ustawienie
Resetowanie
51
O zegary opóźnieniowe
Zegary opóźnieniowe wyłączane
Liczniki
Przyciski impulsowe
Światła pilotażowe
Przełączniki graniczne
Przełączniki bliskości, znane również jako "proks"
Diagramy drabinowe
Schody
Stopnie schodowe
52 Następny odcinek
W następnym odcinku omówię następujące
Początki PLC
Jak ewoluowały z logiki przekaźnikowej
Jak i dlaczego fizyczne przekaźniki i przewody stały się wirtualnymi przekaźnikami w oprogramowaniu
53
Myślałeś, że programowanie wizualne lub graficzne jest czymś nowym?
Słuchaj następnego odcinka i dowiedz się, że ludzie robili to w fabrykach pół wieku temu, kiedy ty jeszcze próbowałeś uruchomić swój pierwszy program Fortran na głównym komputerze.
54
To był pierwszy odcinek z ośmioczęściowej serii.
--------------------