Automatické ovládání aplikací a zařízení se stává v současném elektronickém světě již samozřejmostí, bez níž by již nebylo možné řídit vytápění či chlazení, vozit se v dopravních prostředcích, zabezpečit naše obydlí, či automatizovat výrobu. Pro tyto účely mohou mimo velkých a složitých počítačů sloužit i malé a levné řídící jednotky v podobě elektronických "krabiček" různých schopností a velikostí obecně označované jako PLC. Co se pod touto zkratkou blíže skrývá je vysvětleno v tomto článku...

Zařízení PLC (Programmable Logic Controler), v češtině často označované jako programovatelné automaty, patří již dlouhodobě k základům automatického měření a regulace různých aplikací a procesů. V současnosti již jde o jednoduché modulární a lehce programovatelné jednotky v podobě několika vzájemně propojených "krabiček" s mnoha vstupy a výstupy pro snadné připojení senzorů, displejů, spínačů a tlačítek, motorů a různých dalších přístrojů a zařízení. Samozřejmostí je dnes již možnost datové drátové i bezdrátové komunikace. Funkce celého PLC i ovládání připojených prvků je řízeno uloženým programem, který lze snadno vytvořit pomocí výrobcem dodávaného grafického "klikacího" vývojového softwaru pro běžná PC a operační systém Windows. Ten umožňuje mimo programování i průběžnou grafickou simulaci a po připojení PLC k PC pomocí USB či RS-232 kabelu i reálné zkoušení a testování.

Zatímco při použití různých typů počítačů (ať obyčejných nebo průmyslových) pro potřeby regulace je vyžadována znalost některého z programovacích jazyků a struktury použitého procesoru, programování současných PLC se ve vývojovém softwaru provádí pomocí vkládání již připravených funkcí reprezentovaných ikonami na obrazovce a jejich propojování tažením myši bez nutné znalosti, co je uvnitř PLC. Mechanická instalace pak spočívá pouze u v jednoduchém nasazení na DIN lištu a připojení vodičů do šroubovacích svorek představujících jednotlivé vstupy a výstupy.

Použití PLC

PLC se svojí konstrukcí hlavně hodí buď pro centrální řízení jednodušších aplikací MaR nebo u velkých regulačních a řídících systémů pro distribuované decentralizované řízení jednotlivých procesů, předzpracování signálů pro nadřazené ovládací a vizualizační systémy převážně tvořené klasickým nebo průmyslovým PC.

Jmenovat lze například:

• Řízení výrobních strojů
• Řízení plnících a balících strojů
• Regulace chlazení a vytápění
• Řízení osvětlení
• Zabezpečovací systémy
• Vzdálené řízení vybavení bytů a domů
• Vizualizace procesů - zobrazení informací, indikace
• HMI (Human Machine Interface) - ovládací rozhraní
• Zpracování signálů přímo na místě měření
• apod.

Struktura typického PLC

Zatímco dříve se z pohledu provedení PLC jednalo o velké systémy s výslednými rozměry i mnoha desítek cm, v současné době se i na tomto poli elektroniky prosazuje miniaturizace. Stále častěji se dnes můžeme setkat s provedením ve formě několika "velkých krabiček od zápalek" připevněných vedle sebe na DIN liště. Tím se výrazně snižuje prostorová náročnost. Pro ty větší PLC vybavené výkonnými procesory dnes někteří výrobci přijali označení PAC (Programmable Automation Controller), na druhou stranu ty nejjednodušší PLC bývají někdy uvedeny jako tzv. programovatelné relé.

Typické PLC je složeno z následujících částí:

• základní řídící/CPU jednotka (basic/CPU modul) - základní blok PLC, který obsahuje:
  • zdrojovou část - napájení jednotky, příp. dalších modulů
  • procesorovou část - tvořená CPU, FPGA nebo speciálními SoC obvody
  • komunikační rozhraní - základní propojení s PC a s dalšími PLC
  • několik binárních/logických vstupů a výstupů
  
  
• rozšiřující moduly (expansion modules) - rozšiřují základní jednotku o libovolné další prvky vyžadované uživatelem:
  • další vstupy - logické a analogové (napěťové/proudové/diferenční)
  • další výstupy - tranzistory spínané, reléové a analogové výstupy, výkonové
  • různé komunikační sběrnice - RS-232/422/485, LPT, Ethernet (TCP/IP), PROFIBUS, MODBUS, GSM apod.
  • speciální moduly - např. regulátory motorů, PWM výstupy, zesilované/kompenzované vstupy pro tenzometry/termočlánky/termistory, sběrnicové opakovače apod.

   

Pro náročnější aplikace je pak možné základní jednotku dovybavit o požadované funkce a rozhraní pomocí rozšiřujících modulů. Ty se připojují pomocí výrobcem definované speciální propojovací sběrnice v podobě konektorů vyvedené buď na boku každého modulu a základní jednotky nebo na jejich zadních stranách. Některé PLC, zvláště ty větší a výkonnější, využívají speciálních nosných soklů (backbones), které realizují zmíněné propojení a kam se jednotlivé moduly a jednotky zasouvají. Dle zaměření a složitosti PLC je k dispozici různě široká nabídka typů modulů. Ty nejjednodušší systémy poskytují jen základní rozšíření počtu vstupů a výstupů, zatímco u výkonnějších a univerzálnějších PLC již jsou k dispozici i speciality, jako například víceosé regulátory pohybu (otáčení motorů) nebo rozhraní průmyslových sběrnic typu PROFIBUS.

Typické programování PLC

Každý výrobce programovatelných automatů k nim poskytuje i softwarovou podporu, dnes již v podobě jednoho vývojového PC, obvykle pro operační systém Windows. Často jsou pro první seznámení v nabídce tzv. start kity, často velmi levné, které v rámci jednoho balíčku obsahují jak základní PLC jednotku, tak propojovací kabel či rozhraní a software na CD-ROMu.

Jak již bylo zmíněno výše, vývojový software vždy umožňuje pro PLC typické programování pomocí propojování funkčních bloků a hlavně tzv. reléovými žebříčkovými schématy (Ladder diagrams). Zde se graficky přiřazují vstupy určitým operacím a výstupům PLC. Jejich hlavní vlastností je paralelismus, kdy se jednotlivé řádky Ladder diagramu vykonávají současně.

Součástí softwaru pak bývá jak simulace vytvořeného programu jen na PC, tak i reálná emulace, krokování a ladění při propojeném PLC. Zatímco dříve se propojení PLC a PC dříve využívala hlavně sériový přenos dat po RS-232, dnes ji pomalu vytlačuje rozhraní USB.

Závěr

Na trhu ve světě i v České republice můžeme nalézt velké množství různých méně či více známých výrobců, nabízející různé PLC s různým cílovým zaměřením. Mimo velké výrobce výkonných, ale dražších systémů (Siemens, Allan Bradly, TECOMAT), lze nalézt i méně známé výrobce s menšími a jednoduššími, ale pro většinu aplikací plně dostačujícími PLC za výrazně nižší ceny. Mezi ně například patří i PLC FATEK, které v ČR distribuuje firma SEA spol. s r.o. a jejich ceny začínají na částkách nižších než 2000 Kč. O nich se pak bližší podrobnosti dozvíte v článcích, které brzy budou následovat.

DOWNLOAD & Odkazy

• Domovská stránka firmy FATEK a jejich PLC - http://fatek.com/index.htm
• Český distributor PLC FATEK, firma SEA spol. s r.o., Praha 10 - www.seapraha.cz