АРХИТЕКТУРА ПРОГРАММИРУЕМОГО ЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЙЛЕРА

ARCHITECTURE OF THE PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER

Artem Postnikov

student, Department of Geology and Oil and Gas business, Sakhalin state University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

Vitalii Kalinin

student, Department of Geology and Oil and Gas business, Sakhalin state University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

Tatyana Ivanova

student, Department of Geology and Oil and Gas business, Sakhalin state University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

АННОТАЦИЯ

Поиск эффективных решений для автоматизации промышленных процессов имеет ключевое значение для повышения производительности и устойчивого развития. В статье исследуется архитектура программируемого логического контроллера (ПЛК) — устройства, предназначенного для управления технологическими процессами в реальном времени. Исследование направлено на анализ архитектуры и принципов работы компонентов ПЛК в различных отраслях промышленности. Полученные результаты важны для автоматизации производства, повышения эффективности управления и обеспечения надежности технологических систем.

ABSTRACT

The search for effective solutions for industrial process automation is crucial for increasing productivity and achieving sustainable development. The article examines the architecture of the programmable logic controller (PLC), a device designed for real-time control of technological processes. The research focuses on analyzing the architecture and operating principles of PLC components across various industries. The findings are significant for production automation, improving management efficiency, and ensuring the reliability of technological systems.

Ключевые слова: программируемый логический контроллер, система управления, автоматизация, процессор.

Keywords: programmable logic controller, control system, automation, processor.

ПЛК – самостоятельное устройство, предназначенная для применения в производственной среде в качестве системы управления промышленным оборудованием в режиме реального времени.

Архитектурой контроллера называют набор его основных компонентов и связей между ними (рис 1). Типовой состав ПЛК включает центральный процессор, память, сетевые интерфейсы и устройства ввода-вывода. Иногда эта конфигурация дополняется устройством для программирования и пультом оператора, устройствами индикации, реже - принтером, клавиатурой, мышью или трекболом.

Рисунок 1. Компоненты ПЛК

Процессорный модуль включает в себя микропроцессор (центральное процессорное устройство - ЦПУ), запоминающие устройства, часы реального времени и сторожевой таймер.

Микропроцессор – блок управления, способный выполнять операции ALU и взаимодействовать с подключенными устройствами. Именно эта деталь обрабатывает основной массив данных. Основными характеристиками микропроцессора являются разрядность (в ПЛК используются 8-ми, 16-ти и 32-разрядные микропроцессоры), тактовая частота, архитектура, порты ввода-вывода, температурный диапазон работоспособности и потребляемая мощность 10-15.

Основными типами памяти является постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и набор регистров. Регистры являются самыми быстродействующими элементами памяти, поскольку они используются арифметико-логическим устройством (АЛУ) для исполнения элементарных команд процессора. ПЗУ используют для хранения редко изменяемой информации, такой, как операционная система, драйверы устройств, загрузчик, исполняемый модуль программы пользователя. ОЗУ используется для хранения данных, которые многократно изменяются в процессе работы контроллера, например, значения тегов, результаты промежуточных вычислений, диагностическая информация, массивы, выводимые на графики, данные для отображения на дисплее.

Особенностью флэш-памяти является ее энергонезависимость, т.е. сохраняемость данных при выключенном питании. Стирание и перезапись во флэш-памяти выполняется не отдельными ячейками, а большими блоками, поэтому она получила название, происходящее от английского "flash" - "вспышка" . Недостатком всех ПЗУ является низкое быстродействие.

Сторожевой таймер (Watchdog Timer - WDT) это система контроля зависания устройства с последующим его перезапуском. Представляет собой счетчик, который считает импульсы тактового генератора и в нормальном режиме периодически сбрасывается (перезапускается) работающим процессором. Если процессор "зависает", то сигналы сброса не поступают в счетчик, он продолжает считать и при достижении некоторого порога вырабатывает сигнал "Сброс" для перезапуска "зависшего" процессора.

Часы реального времени (РВ) представляют собой кварцевые часы, которые питаются от батарейки и поэтому продолжают идти при выключенном ПЛК. Часы РВ используются, например, для управления уличным освещением в зависимости от времени суток, в системах охраны объектов и других случаях, когда необходима привязка данных или событий к астрономическому времени.

Процессорный модуль ПЛК выполняет следующие задачи:

• собирает данные из модулей ввода в память и отсылает данные из памяти в модули вывода;

• выполняет обмен данными с устройством для программирования контроллера;

• осуществляет обмен данными с промышленной сетью;

• реализует стек протоколов промышленной сети (для этой цели могут использоваться вспомогательные коммуникационные процессоры);

• выполняет начальную загрузку и исполнение операционной системы;

• исполняет загрузочный модуль пользовательской программы системы автоматизации;

• управляет актами обмена с памятью.

Средство программирования— это инструмент или среда, используемая для разработки, отладки и загрузки программ в PLC. PLC — это специализированный компьютер, который используется для автоматизации различных производственных процессов, контроля оборудования и управления системами.

Модули ввода и вывода (I/O модули) в программно-логическом контроллере (PLC) играют ключевую роль в его функционировании, обеспечивая связь между PLC и внешними устройствами, и процессами.

Пульт оператора (также известный как интерфейс человек-машина или HMI — Human-Machine Interface) в программно-логическом контроллере (PLC) выполняет важные функции, обеспечивая взаимодействие между операторами и автоматизированной системой.

Интерфейс RS232 в программно-логическом контроллере (PLC) — это стандарт последовательной передачи данных, используемый для связи между PLC и другими устройствами.

Список литературы:

1. Frank, D. Petruzella Programmable Logic Controllers / D. Petruzella Frank. – America : McGraw Hill, 2016. – 432 с.
2. Gary, Dunning Introduction to Programmable Logic Controllers / Dunning Gary. – America : Thomson/Delmar Learning, 2005. – 516 с.
3. Nathan, Clark PLC Programming Using RSLogix 500: A Practical Guide to Ladder Logic and the RSLogix 500 Environment / Clark Nathan. – America : Amazon Digital Services LLC, 2018. – 149 с.