1. Introducere 

Orice computer cu interfețe de intrare și ieșire poate fi utilizat pentru a controla dispozitivele externe. Dar, majoritatea computerelor nu sunt încercate industrial. Dispozitivele de intrare/ieșire ale microcomputerelor de uz general nu sunt create pentru a gestiona tensiuni de linie și curenți peste nivelele logicii tranzistor-tranzistor (TTL). De asemenea, nu sunt create pentru a rezista la umiditate, temperatură și vibrații pe pardoseala atelierului. Aceste dezavantaje ale unui computer de uz general au fost remediate prin dezvoltarea unui Controller Logic Programabil (PLC) cu izolare încorporată în intrările și ieșirile lui.

"Controller-ul logic programabil este definit ca un dispozitiv electronic digital care utilizează o memorie programabilă pentru a stoca instrucțiuni și pentru a implementa funcții precum logică, secvențiere, cronometrare, numărare și cuvinte aritmetice pentru controlul mașinilor și proceselor ." 

PLC-urile sunt utilizate în general pentru încorporarea automatizării în sisteme cu buclă deschisă, unde procesele trebuie să fie efectuate în mod secvențial. PLC-urile sunt utilizate pentru automatizarea liniilor de asamblare în industrii. Acestea sunt, în general, proiectate pentru sisteme cu multiple intrări și multiple ieșiri (MIMO). În PLC-uri, instrucțiunile sunt salvate în memoria nevolatilă.  Unele dintre avantajele PLC-urilor sunt: 

• Rentabile

• Flexibilitate și capacitatea de a utiliza un sistem similar pentru alte procese

• Interfața de programare este mai ușoară în comparație cu alte procesoare

• Rezistente la impact și vibrații 

• Rezistente la zgomotul electric și mecanic 

• Capacitatea de a lucra la temperaturi ridicate

Acum să studiem structura și funcționarea unui PLC. 

2. Controller logic programabil: structură și funcționare 

Figura 3.3.1 prezintă elementele de bază ale unui PLC. Este practic un sistem de control bazat pe microprocesor. Microprocesorul comunică cu lumea exterioară cu dispozitive de intrare/ieșire printr-un circuit. Acest circuit protejează microprocesorul și alte elemente ale PLC de tensiunile înalte și curenții care vin la PLC. Microprocesorul își îndeplinește funcțiile de bază în luarea deciziilor în conformitate cu instrucțiunile scrise în programele care sunt stocate în memorie. PLC scanează rapid și repetat un set de intrări ale senzorului. Apoi, evaluează relațiile lor logice cu ieșirile definite în conformitate cu un program logic. În cele din urmă, stabilește ieșirile în funcție de logica programată. Figura 3.3.2 prezintă un PLC industrial cu porturi de intrare și ieșire. 

3. Programarea unui PLC: 

PLC-urile sunt programate prin conceptul logicii de scară. În general, există o interfață grafică cu utilizator (GUI) pentru a programa un PLC care îl face diferit de alte procesoare. Logica de scară este formată din două coloane. Coloana din stânga arată dispozitivele de intrare precum întrerupătoare, senzori în timp ce în coloana de ieșire se află în partea dreaptă, care arată actuatoare precum cilindri, motoare.  

Semnificațiile simbolurilor utilizate în programul PLC:

] [     Această instrucțiune este denumită „examine on” sau „normal deschis” ca funcții de intrare sau biți de stocare. Dacă bitul de memorie corespunzător este „1”, atunci „rung”-ul (treapta) respectiv va fi executat continuu și ieșirile corespunzătoare vor fi alimentate. Rung este una dintre mai multe linii de programare orizontale într-o schemă logică a scării. 

NOTĂ: Alți factori pot, de asemenea, afecta rung simultan.

Dacă bitul corespunzător este „0” atunci rung nu va fi executat continuu și ieșirile vor fi nealimentate. Dacă această instrucțiune este folosită ca bit de intrare, starea ei ar trebui să fie în acord cu starea dispozitivelor de intrare din lumea reală conectate la tabelul de intrare prin adrese identice. 

Eșantion de adresare: I: 3/1 Aceasta indică adresa unui eșantion. I indică tabelul imaginii de intrare, 3 indică slotul nr. 3 al  portului de intrare și 1 indică bitul trei al celui de al 3-lea slot  al portului de intrare.

]/[      Această instrucțiune se numește „examine off” sau „normal închisă” ca funcții de intrare sau biți de stocare. Dacă bitul de memorie corespunzător este „1”, atunci „rung”-ul respectiv va fi executat continuu și ieșirile corespunzătoare vor fi alimentate. 

NOTĂ: Alți factori pot afecta, de asemenea, simultan această treaptă.

Dacă bitul corespunzător este „0”, această instrucțiune nu va permite rularea continuă și ieșirile vor fi energizate. Dacă este folosit ca bit de intrare, starea acestuia ar trebui să corespundă stării dispozitivelor de intrare din lumea reală legate la tabelul de intrare de către adrese identice. 

OTE → (  ) →  Aceasta se numește „energizare de ieșire”. Această instrucțiune stabilește bitul specificat atunci când  este realizată continuitatea  treptei. În condiții normale de funcționare, dacă bitul setat corespunde unui dispozitiv de ieșire, dispozitivul de ieșire va fi alimentat atunci când treapta devine true. 

Exemplu de adresare O: 3/1
O - tabelul imaginii de ieșire
3 - slotul trei
1 - bitul unu din slotul trei 

OTL  →  - (L) -      Aceasta se numește „blocare de ieșire”. Această instrucțiune funcționează similar cu activarea ieșirii, cu excepția faptului că, odată ce un bit este setat cu OTL, este blocat ON. Odată ce un bit OTL a fost setat pe ON  (1 pe memorie), acesta va rămâne ON chiar dacă condiția rung devine falsă. Bitul trebuie resetat. 

(U)     Aceasta se numește „deblocare ieșire”. Acesta este folosit pentru a debloca (reseta) un bit blocat. Adresa sa trebuie să fie aceeași cu cea blocată.

Timer - Temporizator

Acesta este, de asemenea, numit "TON". Figura 3.3.3 prezintă schema unui Timer. Este utilizat pentru a comuta o ieșire ON sau OFF după ce timer-ul a fost ON pentru un interval de timp prestabilit. Această instrucțiune de ieșire începe temporizarea când rung este true. Așteaptă cantitatea specificată de timp (așa cum se specifică în Preset), ține evidența intervalelor acumulate care au apărut  (ACCUM) și setează bitul DN (Done) când timpul ACCUM este egal cu timpul prestabilit. 

Cât timp starea rung rămâne true, Timer își ajustează valoarea acumulată la fiecare evaluare până când atinge valoarea presetată.  Valoarea acumulată este resetată atunci când condiția rung este falsă, indiferent dacă temporizatorul a expirat. „TIME BASE” este o perioada de timp după care acumulatorul își crește valoarea cu 1.   

4. Studiu de caz 

În acest segment, vom vedea cum sunt încorporate PLC-urile pentru a controla diverse activități dintr-o industrie. În această ilustrație avem o bandă transportoare rulată cu două motoare la capetele sale, trei stații diferite pentru a efectua diverse activități, cum ar fi vopsirea carcasei vehiculului sau montarea oricărei componente din șasiu etc, împreună cu două comutatoare pentru rularea benzii.  Figura 3.3.4 prezintă fotografia unui sistem de bandă transportoare. PLC-ul este „Bull 1764 Micrologix 1500 LSP Seria C” care poate fi controlat de o interfață grafică cu utilizator „RS Logic 500 Starter”. 

Pentru a rula banda transportoare cu ajutorul comutatoarelor

După cum s-a discutat în secțiunile anterioare, PLC-urile sunt controlate prin Ladder Logic. În secțiunea de intrare a scării, numele dispozitivului de intrare trebuie menționat în partea de sus a simbolului, urmat de portul principal de intrare. Portul de intrare secundar este menționat chiar sub simbol. În mod similar, simbolul de ieșire trebuie menționat cu nume și porturi de ieșire, așa cum se arată în figura 3.3.5.    

Pentru a controla mișcarea dispozitivelor pneumatice într-o industrie cu PLC-uri

Figura 3.3.6 prezintă un cod de program pentru a controla mișcarea cilindrului pneumatic cu un  întrerupător. 

Pentru a controla funcționarea senzorilor 

În aplicațiile indutriale, este necesar să utilizați diverși senzori pentru a controla operațiunile sistemelor și proceselor folosind PLC-uri. În figura 3.3.7 este prezentat un program tipic de acționare a unui motor electric și a unui cilindru pnematic cu ajutorul unor senzori, cum ar fi întrerupător de proximitate pneumatic.  

Pentru a controla un sistem mecatronic trebuie să combinăm diverse dispozitive mecanice și electrice de intrare și ieșire și să le operăm într-o manieră secvențială. Considerați un prototip de linie de asamblare industrială cu 3 stații, cum se arată în figura 3.3.4. 

La prima stație ST1, senzorul identifică un obiect (produs finit) pe banda transportoare și trimite un semnal la controller. Controllerul prelucrează aceste informații și acționează motorul electric pentru a rula banda transportoare. 

A doua stație ST2: este alocată pentru inspecția produsului sau obiectului finit. La ST2, banda transportoare se oprește. În cazul unei defecțiuni diagnosticată de sistemul de inspecție, produsul va fi îndepărtat de către actuatoarele pneumatice amplasate la stația 3, ST3.