Обзор PLC

Ввод-вывод. PLC для начинающих. Часть 3 из 4

Ввод-вывод ПЛК это 3 часть цикла статей. Прежде чем начать, рекомендуем ознакомиться с двумя первыми: Часть 1 и Часть 2. В этой статье мы рассмотрим ввод-вывод информации в ПЛК. Иногда его кратко обзначают I/O. Но сначала небольшой обзор.

В части 1 мы предоставили общую информацию о PLC. Мы говорили о том, что такое ПЛК, историю появления и как они работают. В части 2 Мы глубже изучили, что делает процессор ПЛК, сходство между процессором ПЛК и человеческим мозгом. Теперь пришло время, чтобы рассмотреть немного более конкретно что PLC CPU контролирует: PLC ввода/вывод! В этой статье мы обсудим дискретный ввод-вывод, аналоговый ввод-вывод и кратко представим промышленные протоколы связи.

Ввод-вывод. Общие сведения.


I/O PLC — это часть PLC, которая соединяет мозг PLC (CPU) с внешним миром (технологическим оборудованием). В системе PLC обычно есть отдельные модули для входных сигналов и отдельные модули для выходов. Модуль входного сигнала обнаруживает состояние входных сигналов — кнопки, переключатели, датчики температуры, и др. Модуль вывода контролирует приборы — реле, стартеры двигателей, индикаторы, и др.

Дискретный ввод-вывод

Наиболее распространенным типом ввода-вывода ПЛК является дискретный. Иногда дискретный ввод-вывод называют цифровым. Концепция проста: дискретный сигнал либо включен, либо выключен. Некоторые примеры дискретных устройств ввода это переключатели света, кнопки и концевики.

Ввод-вывод ПЛК. Переключатель
Ввод-вывод. Переключатель

Некоторые конкретные примеры дискретных входов ПЛК — это выключатели с разомкнутым или замкнутым контуром, работающие или остановленные генераторы, датчик положения конвейерной ленты или датчик уровня резервуара для воды. Примерами дискретных выходов могут быть замыкающие или размыкающие автоматы защиты цепи, запуск или остановка генератора, открытие или закрытие клапаны воды, или включение/отключение светового сигнала тревоги.

Опять же, эта концепция очень проста, поэтому мы не будем останавливаться подробнее. Просто подумайте о дискретном вводе-выводе, как о состоянии включено либо выключено. И ничего более. Благодаря этому дискретные сигналы просты в обработке для компьютера или ПЛК. Другие способы описать дискретный сигнал — это сказать, что он либо истинен, либо ложен, 1 или 0, открыт или закрыт.

Аналоговый ввод-вывод

Другой распространенной формой ввода/вывода ПЛК является аналоговый ввод/вывод. Аналоговый ввод/вывод относится к сигналам, которые имеют диапазон значений намного больше, чем просто 1 или 0. Например, аналоговый сигнал может производить напряжение в диапазоне 0-10 В постоянного тока. Сигнал может быть 2 В, 3 В, 8.5 В, и т.д. В мире ПЛК, модули ввода аналога обычно измеряют сигнал в одной из следующих форм: -10 до 10 В, 0 до 10 В, 1 до 5 В, 0 до 1 мА, или 4 до 20 мА. В основном модуль аналогового ввода измеряет напряжение или ток от входного устройства. Существуют и другие типы аналоговых сигналов, но эти, безусловно, наиболее распространены. Аналогично, модуль аналогового выхода может подавать сигналы напряжения или тока в одном из упомянутых выше диапазонов.

Аналоговый ввод-вывод
Аналоговый ввод-вывод

Аналоговый сигнал, с которым большинство из нас знакомы, — это диммер света. При регулировке ручки или ползунка диммера свет станет более тусклым или ярким в зависимости от направления регулировки. Аналогично аналоговый вход в ПЛК может увеличиваться или уменьшаться с очень небольшими приращениями. И ПЛК может производить аналоговый выход, который действует таким же образом.

Некоторыми реальными примерами аналоговых входов в промышленных условиях будут датчики температуры
двигателя (термометры сопротивления, термопары и т. д.), датчики давления масла и весы. Датчик температуры может передать диапазон температур от -50 до 150 градусов C, соответствующий 4-20 мА. Весовая шкала может сообщать диапазон от 0 до 1000 кг, соответствующий 0 до 10V. И так далее и тому подобное. Аналоговые выходы могут использоваться для управления выходной мощностью генератора, положением иглы на аналоговом измерителе давления и многое другое. Аналоговый выход 0-3 В может быть использован для того чтобы управлять генератором от 0 до 2000 kW. Или аналоговый выход 4-20 mA может быть использован для того чтобы управлять датчиком температуры от -20 до 200 градусов C. Как вы можете увидеть, существует много возможностей для применений аналоговых входов и выходов!

Промышленные протоколы обмена

Ввод-вывод в/из ПЛК не ограничивается дискретными и аналоговыми параметрами. Для передачи данных между ПЛК, ПК и др. устройствами используются специальные промышленные протоколы связи. Это очень широкая тема и в наших ознакомительных статьях мы затронем её кратко.

Существует множество промышленных протоколов связи: Modbus, DNP, BACnet, ControlNet, EtherNet/IP и многие другие. Один из старейших промышленных протоколов связи-Modbus. Modbus по-прежнему широко используется во многих устройствах и ПЛК из-за его простоты и широкого принятия. Именно с этого протокола стоит начать изучение промышленных коммуникаций.

Ввод-Вывод. Протокол Modbus.
Ввод-Вывод. Протокол Modbus.

Modbus — это протокол типа master-slave, где одно устройство является ведущим, а все другие устройства в cети Modbus — подчиненными. Мастер Modbus может прочитать от прибора или написать к прибору в зависимости от возможностей slave прибора.

Итак, как это выглядит применительно к PLC I/O? Многие устройства, такие как PLC, цифровые измерители, SCADA-системы, инверторы и контроллеры генераторов, были разработаны с внутренней картой данных входных и выходных точек. Разработчик устройств решает, как распределяются данные. Например, мы считываем данные Modbus в систему PLC / PAC со счетчиков мощности, чтобы знать киловатты, напряжение, силу тока и т. д. на цепи или генераторе. В этом случае PLC действует как Modbus master, а счетчик является Modbus slave. Каждый производитель устройств в своём порядке располагает Modbus-данные своего устройства, но протокол связи остается одинаковым.

Master устройства также могут записывать данные на подчиненные устройства. Например, ПЛК может быть настроен как мастер Modbus, который записывает данные для запуска, остановки или изменения скорости частотного преобразователя (VFD).

Хотя все коммуникационные протоколы работают по-разному, все они предназначены для того, чтобы делать в основном то же самое. Промышленные коммуникационные устройства считывают и записывают аналоговые или дискретные значения от/в других ПЛК/устройств без необходимости подключения каждой точки входа и выхода между ПЛК/устройствами.

Как вы можете видеть, вы не только можете подключить жесткие проводные входы и выходы к ПЛК, но также можете считывать входные данные и записывать выходные данные на устройства через Modbus и другие промышленные протоколы связи. Эта многосторонность позволяет большинству PLC/PAC взаимодействовать с почти любым прибором в промышленной среде.

Заключение

В этом посте мы рассмотрели дискретные I/O, аналоговые I/O и промышленные протоколы связи. Эти три элемента отвечают за выполнение всех команд процессора ПЛК. ЦП смотрит на данные от дискретных модулей входного сигнала, модулей аналогового ввода, и Modbus slave устройств (или других промышленных приборов связи). Затем процессор выполняет логику на этих входных данных и активирует/деактивирует дискретные выходные модули, аналоговые выходные модули или ведомые модули Modbus. Если вы можете поместить PLC I/O в эти три категории в своей голове (дискретные, аналоговые, коммуникации), то у вас будет отличная основа для знания того, как получать данные в PLC и из него.

Мы рассмотрели основы работы ПЛК, функцию процессора ПЛК и теперь функцию ввода-вывода ПЛК. в следующий раз мы рассмотрим, как обычно программируются ПЛК: лестничная логика. И увидите общую картину.