Instal·lació i connexió de controladors lògics programables (PLC) en armaris i quadres d'automatització

Un controlador lògic programable (PLC) és un tipus especial d'ordinador utilitzat per automatitzar processos i objectes tecnològics.

El terme PLC (abreviatura en anglès — (PLC) programable logic controller) va ser introduït per Odo Joseph Struger, enginyer d'Allen-Bradley USA el 1971. També va tenir un paper clau en la unificació dels llenguatges de programació PLC.

Quan s'aplica un algorisme a un sistema de control, normalment es requereixen operacions lògiques i una organització especial de la comunicació amb sensors, actuadors i interfície home-màquina.

Una característica important d'un PLC és el seu funcionament en temps real. Això es garanteix mitjançant l'ús de microprocessadors especials que garanteixen la resposta del sistema a una sol·licitud en un interval de temps determinat.

Els PLC solen funcionar en condicions externes adverses: temperatura, humitat, pols, radiació electromagnètica, radiació. Per tant, els ordinadors domèstics habituals no es van utilitzar com a controls.

A Rússia des del 2007.El controlador programable especial GOST R IEC 61131-1-2016 està en vigor.

Es basen els PLC microcontroladors — microprocessadors especialitzats amb arquitectura d'un sol xip. Els microcontroladors poden funcionar sense un chipset i una placa base, sense un sistema operatiu. Però aquest mode s'utilitza principalment en sistemes d'automatització local senzills. En sistemes complexos, s'utilitzen processadors prou potents sota el control de sistemes operatius especials.

Per obtenir més informació sobre el propòsit, el dispositiu i els tipus de PLC, consulteu aquí: Què són els controladors lògics programables

La varietat de PLC és molt gran. No hi ha cap empresa del sector de l'automatització i l'electrònica que no fabriqui els seus propis PLC. No obstant això, tots els PLC estan units per la seva arquitectura comuna i l'estandardització d'interfícies per connectar dispositius externs.

Els fabricants de PLC més grans del món actuals són Siemens AG, Allen-Bradley, Rockwell Automation, Schneider Electric, Omron, Micubichi, Lovato. Els PLC són produïts per molts altres fabricants, incloses les empreses russes Kontar LLC, Oven, Kontel LLC, Segnetiks, Fastwel Group, Tecon i altres.

Controladors lògics programables OWEN

Controladors programables Siemens de la sèrie SIMATIC S7

A la figura es mostra un exemple de l'aparició d'un PLC en un monobloc estàndard. Es tracta de PLC d'OWEN (Rússia) i PLC de 9 Siemens (Alemanya). Els connectors per connectar l'alimentació, els sensors i els actuadors es troben als dos costats de la caixa.

Controlador lògic programable PLC 63 d'OWEN (Rússia) i PLC de Siemens (Alemanya)

Hi ha els següents tipus d'entrades-sortides: discretes, analògiques, universals, dedicades i d'interfície.

Normalment, les entrades discretes s'utilitzen per connectar sensors que poden estar en dos estats: "actiu - passiu" o "activat - apagat". Mitjançant entrades discretes, podeu connectar botons, interruptors, interruptors de límit, termòstats i altres equips.

Les entrades discretes dels controladors TAn es calculen normalment per acceptar senyals estàndard amb un nivell de +24 V DC. Un valor de corrent típic per a una única entrada digital (a +24 V de tensió d'entrada) és d'uns 10 mA.

Les sortides discretes del PLC s'utilitzen per generar senyals de sortida amb paràmetres elèctrics com a entrada discreta. Generalment s'utilitzen per controlar l'encesa o apagada de les unitats.

Segons GOST IEC 61131-2-2012 (Data d'introducció 2014-07-01), una entrada analògica és un dispositiu que converteix un senyal continu en un nombre binari discret per al seu funcionament en un sistema de controlador programable.

Per a les entrades analògiques, els rangs de tensió de CC estàndard més comuns són –10… + 10 V i 0… + 10 V. Per a les entrades de corrent, els rangs són 0–20 mA i 4–20 mA.

Les entrades analògiques permeten la connexió de sensors analògics al PLC.

D'acord amb GOST 61131-2-2012 (data d'introducció 2014-07-01), una sortida analògica és un dispositiu que converteix un nombre binari en un senyal analògic.

Els PLC es poden equipar amb E/S especialitzades que permeten la mesura de la durada, la fixació de vores, el recompte de polsos i el control del motor.

El nombre d'aquestes o aquestes entrades-sortides és el principal factor que determina les capacitats del PLC, a l'hora de crear un sistema d'automatització basat en ell.

Sortides PLC i connexió de dispositius externs

Per disseny i mètode de muntatge, hi ha quatre versions de la carcassa del PLC:

• carcassa per muntar en un carril DIN;
• carcassa per al muntatge a la paret;
• versió panell;
• disseny de marc obert per a sistemes modulars encastats.

La carcassa de muntatge del carril DIN està dissenyada per muntar el PLC al panell de l'armari de control i té un bloqueig de molla especial per fixar-lo en un carril DIN estàndard.

La caixa de muntatge a la paret es fa generalment segons els estàndards de protecció contra la pols i la humitat i té segells segellats integrats per a la connexió de cables elèctrics externs, tant d'alimentació com de senyal.

La versió panell del PLC s'utilitza quan el PLC està instal·lat a la porta d'entrada de l'armari d'automatització. Els PLC de panell solen tenir una pantalla tàctil que mostra un diagrama mnemotècnic d'una línia de procés automatitzada o un sistema d'automatització local i que l'operador utilitza per introduir paràmetres de control.

S'utilitza un PLC de marc obert per crear sistemes d'automatització integrats (a bord). En aquest cas, el PLC és una placa de circuit imprès amb un conjunt de connectors per connectar dispositius externs i elements de fixació per connectar-se a altres plaques.

Els connectors es poden fer amb cables connectats al PLC sota la pinça de cargol o desmuntables. Aquests últims tenen un clar avantatge en el manteniment, per exemple quan es substitueix un PLC. En aquest cas, és impossible confondre la connexió dels cables. No obstant això, l'ús de connectors dobles augmenta el cost del PLC, per això els fabricants utilitzen més sovint connexions de cargol de cables en PLC en lloc de desmuntables.

Els PLC monoblock solen tenir pantalles integrades o remotes instal·lades als panells frontals dels armaris de control. Poden ser gràfiques, sintetitzadores o sensorials.

La figura següent mostra un PLC amb una pantalla LCD incorporada i un teclat que s'utilitza per configurar els paràmetres de l'algorisme de control localment.

Els contactes del connector del PLC proporcionen a l'usuari del PLC la possibilitat de connectar diversos tipus de sensors: analògics, discrets, així com actuadors i dispositius d'E/S.

A més, els PLC disposen d'un conjunt d'interfícies estàndard per a eines per implementar sistemes d'automatització distribuïts mitjançant diferents tipus de canals de comunicació: cable, ràdio, Internet.

Els controladors lògics programables són la base per a la producció d'armaris d'automatització (o panells) per a diversos propòsits.

La instal·lació d'elements d'automatització al panell de l'armari es realitza segons el disseny del circuit elèctric, que es desenvolupa segons les especificacions per separat per a cada sistema.

La tecnologia d'instal·lació de l'armari d'automatització proporciona un encaminament separat de cables d'alimentació i senyal a les caixes de distribució (per exemple, cables d'alimentació, a les caixes de la dreta i cables de senyal, a les caixes de l'esquerra, en relació amb el panell de muntatge), marcatge obligatori dels cables, segons al projecte, i engarxat dels extrems dels cables amb terminals especials.

Els armaris d'automatització poden tenir aparells d'aire condicionat o escalfadors integrats per proporcionar un control intern de la temperatura.

Armari d'automatització basat en PLC

Gairebé tots els PLC moderns tenen una font d'alimentació de commutació integrada que proporciona energia des d'una font externa en el rang de tensió de CA de 110 a 265 volts (convertidor de tensió AD-DC) o des d'una font d'alimentació de CC (convertidor de tensió CC-CC).

Les fonts d'alimentació de commutació tenen una sèrie de proteccions automàtiques incorporades: curtcircuit, sobreescalfament i sobrecàrrega.

Una connexió d'alimentació de PLC típica requereix un filtre de supressió de sobretensions prèviament. La selecció de fonts d'alimentació polsades es fa segons el valor del consum d'energia requerit i els valors de sortida requerits de les potències nominals.

Si la font principal de tensió d'entrada s'apaga a causa d'un accident o un mal funcionament, es pot garantir el funcionament o l'aturada correcta del dispositiu o sistema mitjançant una font d'alimentació ininterrompuda.

El grau de protecció del PLC està xifrat amb una marca IP (Ingress Protection Rating). IP es tradueix literalment com a grau de protecció d'entrada. Actualment, aquest és el sistema de designació més comú per protegir els equips dels efectes del medi extern. S'utilitza per indicar la protecció contra la penetració de diverses partícules físiques a l'equip per dimensions geomètriques, incloent pols i aigua.

Grau de protecció IP: descodificació, exemples d'equips

Els tancaments PLC, així com els armaris o panells en què s'instal·len, poden tenir un grau de protecció.

La instal·lació i connexió dels controladors lògics programables (PLC) específics en armaris i quadres d'automatització s'ha de fer d'acord amb les instruccions dels fabricants.

Imatges de quadres d'automatització amb controladors lògics programables: