Программируемые логические контроллеры, их функции и виды

ПЛК — что это такое?

Плк-контроллер представляет собой микрокомпьютер с упрощенным алгоритмом, выполняющий типовые функции в заданном режиме. Применяют его и в бытовой технике, не только в сложных роботизированных устройствах. Унификация элементов, их взаимозаменяемость повышает надежность системы. Упрощает  ремонт и отладку.

История создания

В 60 годах 20 века для управления телефонными станциями, промышленным оборудованием использовались сложные схемы с реле. Они не отличались повышенной надежностью или ремонтопригодностью. Инженерам одной из компаний, американской General Motors, была поставлена цель по созданию нового оборудования. Задачи, на которые оно было рассчитано, выглядели так:

  1. Упрощение отладки, замены.
  2. Относительная дешевизна.
  3. Гибкость, удобство модернизации.
  4. Снижение риска отказов.

Изобретение, создание микросхем и блоков управления на их основе позволило решить заданные вопросы.

Терминология, объясняющая, что такое ПЛК (PLC), внесена в международные и европейские стандарты качества МЭК, EN.

Принцип действия

Для различных типов ветровых генераторов используют различные виды и конструкции контроллеров, но основные принципы работы подобных устройств, можно разделить на два типа, это:

  1. Для ветровых установок относительно не большой мощности: при достижении напряжения на клеммах аккумуляторных батарей выше 15,0 В, контроллер перемыкает обмотки генератора, что приводит к остановке вращения лопастей ветровой установки. При снижении напряжения до 13,5 В, контроллер дает команду на разблокировку обмоток, и установка начинает работать в нормальном режиме.
  2. Для мощных ветровых установок – в комплекте с электронным блоком контроллера монтируется балластный резистор с большим сопротивлением. При достижении напряжения на клеммах аккумуляторов в 14,0 – 15,0 В, контроллер не отключает ветровую установку, а «лишнюю» энергию сжигает на балластном сопротивлении. В качестве балласта могут быть использованы нагревательные элементы (ТЭНы), служащие для нагрева воды в системах горячего водоснабжения или отопления зданий и сооружений.

Входы и выходы

В любом контроллере реализованы входы трех типов – дискретные, аналоговые, специальные.

Дискретный вход

Один вход может принять только один сигнал и он будет бинарным. Вход может быть либо включенным, либо выключенным. Один вход — это 1 бит. К этому входу подключают соответствующее оборудование.

Если состояние приборов не удается описать в 1 бит, тогда для работы такого оборудования применяют несколько дискретных входов.

Системное ПО обязательно оснащено драйвером. Он считает физические значения каждого входа в ОЗУ. За счет этого программистам нет нужды понимать, как устроен контролер внутри. Дискретный вход – биты, которые можно читать и изменять из оперативной памяти устройства.

Аналоговый вход

Электрический аналоговый сигнал — это уровень напряжения или тока, соответствующий определенным физическим величинам. Это может быть значение температуры, давления, веса, положения, скорости перемещения, частоты оборотов. Так как ПЛК – это прежде всего вычислительный прибор, то аналоговый сигнал переводится в цифровой. Получается дискретная переменная.

Специальный вход

Обыкновенные входы способны удовлетворить практически все нужды. Необходимость в в спец. входах появляется при трудностях в обработке сигналов.

ПЛК оснащены специализированными входами, позволяющие измерять длительность, фиксировать фронты, подсчитывать импульсы. К примеру, для определения положения валов, используют датчики, способные выдавать импульсы на один оборот. Частота может быть очень высокой. Даже на мощных процессорах процесс занимает много времени. В таких ситуациях и нужны спец. входы, способные первично обрабатывать информацию.

Второй тип таких входов – это входы, которые могут мгновенно запускать команды пользователей с прерываниями на выполнения основного ПО.

Дискретный выход

С одним выходом можно коммутировать только один сигнал. В качестве нагрузки на выходы могут использоваться различные исполнительные устройства.

Типы связи контроллеров

Контроллер позволяет построить оборудование для домашней автоматизации работы электроприборов. Для этого устройство принимает сигналы и транслирует импульсы на выбранные модули. Осуществить связь можно разными способами:

  • Удаленно;
  • Локально.

Также различие заключается в том, какой метод передачи используется – беспроводной или проводной. В первом случае локальная связь обеспечивается посредством:

  • Радиопередатчика;
  • Wi-Fi;

Настраивать текущее положение системы можно из любого помещения, а также находясь за пределами здания. В помещениях, где используются экранирующие элементы, дополнительно устанавливают радиоточки.

Удаленно поддерживать связь в беспроводном режиме удается при помощи подключения к интернету, а также посредством использования устройств расширения связи. Это позволяет гарантировать стабильный доступ к контроллеру. С этой целью применяются:

  • GSM/GPRS;
  • Мобильный интернет;

Даже в случае отсутствия подключения к глобальной сити, у пользователя сохраняется возможность отправить или получить сообщения на смартфон. Кроме последнего, для осуществления связи используют планшеты и ноутбуки.

Локальная связь проводного типа считается устаревшим способом, поэтому встречается редко. Такой вариант обладает превосходной надежностью. Для связи потребуется установленный кабель или проложенная ранее проводка. Такое подключение подходит для центральных и региональных элементов управления. Расширить функции удается путём включения коммутатора, создающего дополнительные ответвления.

Удаленная связь проводного типа сегодня остается дорогим методом, так как для установки потребуется проложить большой объем кабеля. Стоимость связи будет расти в зависимости от удаления блока управления от его контроллера. Метод используют государственные структуры, которые нуждаются в надежном управлении близлежащими территориями. В домашних условиях связь этого типа не используют.

Варианты конфигураций

Повышение производительности работы электроприборов и их автоматизации ведет к тому, что человек разрабатывает более совершенные механизмы, отвечающие за подобную функцию. Стремление связано с желанием уменьшить массу и размеры каждого устройства. Но функциональность контроллеров не должна от этого страдать. К устройствам управления современного типа устанавливают ряд требований:

  • Высокая автоматизация;
  • Самоконтроль за выполнением текущих задач;
  • Простота управления и четкое следование сценарию.

Читайте также:  Что такое ONVIF протокол?

Внедрение инновационного оборудования значительно упрощает многие процессы бытового уровня. Контроллеры принимают в этом непосредственное влияние. К ним можно подключить широкий диапазон модулей, среди которых:

  • Климатическое оборудование;
  • Регулировка освещения;
  • Сигнализация и безопасность;
  • Медиасистемы;
  • Водоснабжение и отопление.

Для обеспечения управления домом потребуется распределенная или центральная система. Первую еще называют шинной. Такое оборудование отличается широким применением. Изначально устройство изготавливалось для использования в умном доме. Известные производители:

  • BTicino;
  • Jung;

Среди преимуществ распределенного комплекта стоит отметить:

  • Расширяемость. Пользователю достаточно приобрести различные модули, которые включаются в шину и настраиваются без лишних усилий, чтобы повысить функциональность умного дома;
  • Рынок переполнен производителями и качественной продукцией, которая хорошо соотносится между собой;
  • Оборудование обладает высоким качеством, поэтому и система будет надежной. В случае отключения одного из элементов, остальное оборудование продолжит свою эксплуатацию.

Альтернативой выступает центральная система. Она отвечает за управление с помощью центрального контроллера. Поэтому все модули должны быть подключены к единому центру управления. Каждый сенсор подключается к контроллеру, поэтому от них должны исходить соответствующие провода.

Достоинства такой конфигурации в следующем:

  • Можно воспользоваться любыми выключателями и датчиками, что снижает стоимость умного дома;
  • Наличие минимальных навыков программирования позволит владельцу системы лично настроить ее работу. Поэтому нет необходимости приобретать новое ПО;
  • Для интеграции можно пользоваться различной техникой.

Если нет возможности купить…

Конечно, зачастую прибор, собранный своими руками, будет хуже, чем аналогичное устройство, произведенное на заводе. Но сегодня мало кому можно доверять. И дешевые контроллеры для солнечной батареи, поставляемые из Китая, также могли быть собраны в какой-нибудь подсобке. Так зачем покупать устройство, в качестве которого Вы не уверены, если есть возможность соорудить его дома.

На рисунке 1 приведена простейшая схема, воспользовавшись которой Вы сможете своими руками собрать контроллер, пригодный для зарядки свинцово-кислотного аккумулятора 12 В с помощью маломощной СБ с током в несколько ампер. Изменив номиналы используемых элементов, Вы сможете адаптировать собранный прибор под АКБ с другими техническими характеристиками. Следует отметить, что данная схема предполагает использование вместо защитного диода полевого транзистора, управляемого компаратором.

Видео Вам в помощь:


Принцип работы достаточно прост: когда напряжение на АКБ достигнет заданного значения, контроллер остановит зарядку, в случае его снижения ниже порогового значения, зарядка будет вновь включена. При напряжении меньше 11 В нагрузка будет отключаться, а при напряжении больше 12,5 В, наоборот, подключаться к аккумулятору. Этот небольшой прибор спасет Ваш аккумулятор от самопроизвольного разряда в отсутствие солнца. На рисунке 2 представлен уже собранный комплект, состоящий из двух аккумуляторов, DC/DC-конверторов и индикации.

Контроллеры заряда солнечной батареи, собранные своими руками по более сложным схемам, смогут гарантировать Вам надежную и стабильную работу. Поэтому, если Вы чувствуете в себе силы, то ниже представлена еще одна схема. Она состоит из большего числа компонентов, зато и функционирует без «глюков» (рисунок 3).

Рисунок 3. Наиболее надежная схема
Самодельный контроллер, собранный по данной схеме, подойдет для системы энергообеспечения, работающей, как от СБ, так и от ветрогенератора. Сигнал, который приходит от используемого источника альтернативной энергии, коммутируется реле, которое в свою очередь управляется полевым транзисторным ключом. Для регулировки порогов переключения режимов используются подстроечные резисторы.

Не бойтесь экспериментировать, ведь у самых лучших умов человечества тоже случались ошибки и падения, поэтому, если с первого раза Вам не удалось собрать своими руками надежный контроллер, не отчаивайтесь. Попробуйте еще раз, и, возможно, со второго раза у Вас все получится. Зато Вас будет «греть» само осознание того, что Вы сделали его сами.

Статью подготовила Абдуллина Регина

Как доработать устройство для контроля заряда:

Создаем контроллер умного дома самостоятельно

Создание сети домашних электроприборов не требует особых умений и познаний. Поэтому пользуясь простой инструкцией можно будет подготовить рабочий контроллер, отвечающий за выполнение выбранного сценария. Рассмотрим создание на примере контроллера Z-5R.

Для работы потребуется использовать:

  • Замок;
  • Блок питания;
  • Считыватели;
  • Кнопка выхода.

Ток блока питания определяется от модели замка, которую планируется использовать. Так в случае с электромагнитными устройствами достаточно 1А, а для электромеханики не обойтись без блока на 3-4А. Уточнить уровень расхода энергии позволяет уточнить паспорт изделия, который должен идти в комплекте с любым качественным замком.

Для работы контроллера можно использовать нормальнооткрытые или нормальнозакрытые замки. Для соответствующего устройства потребуется и джампер, который крепится на плату контроллера.

В процессе работы применяются диоды 1N5400, 1N5408 или схожие представленным. Расположить диоды можно на контактах, но чем ближе к замку они находятся, тем более высоким будет уровень защиты.

Читайте также:  Технология «Умный дом» и ее польза для человека

Контроллер должен иметь и кнопку выхода. Умный дом vera предполагает использование любой кнопки с Normally Open контактом. Продолжительность открывания замка не ограничивается. При использовании устройств SOKOL-ZS и LC у пользователя также будет возможность ограничивать сроки открывания с помощью программирования.

Считыватели подключаются к контроллеру при помощи витой пары. В данном случае выбор следует останавливать на устройствах с Dallas Touch Memory, так как именно этот протокол будет использоваться в процессе работы контроллера.

Вспомогательные элементы

Установить контроллер на avr не сложно, если в распоряжении пользователя есть необходимые конструктивные элементы. Так для создания системы защиты умного дома потребуется дверной сенсор, работающий с различными замками:

  • Электроригельными;
  • Электромеханическими;
  • Электрозащёлками.

С его помощью контроллер получает информацию о том, что дверь была открыта, что и снимает нагрузку с механизма.

Другим вспомогательным элементом выступает светодиод считывателя, который нужно подключить к ВНЕШ.СД и ЗЕМЛЯ. Данный тип контроллера не предусматривает наличие дополнительного резистора. Применение выносного зуммера позволяет дублировать звуковые сигналы контроллера. Использовать его нет необходимости, если хорошо слышен звук самого устройства.

Проходные схемы подключения

Пользоваться несколькими потребителями для одного контроллера выгодно в случае, когда задачей выступает проектирование освещения для лестницы или коридора. В такой ситуации можно будет воспользоваться единственным каналом, не задействуя прочие. Реализовать такое подключение можно при использовании импульсных или бытовых выключателей. Существует также возможность значительно упростить электрическую сеть в квартире. Стоит воспользоваться кнопочными выключателями импульсного типа. Эти элементы устанавливаются в определенном положении, и для монтажа потребуется использовать меньше проводов.

Использование современных промышленных контроллеров от arduino и других компаний позволяет обеспечить создание любой конфигурации. Этот замечательный набор для экспериментов сделает умный дом с контроллером простым в эксплуатации и не требовательным. Для его работы можно воспользоваться любым алгоритмом, что расширяет выбор сценариев работы.

При использовании готового контроллера удается получить универсальный умный дом. Не сложно подобрать подходящие модули, а также заменить датчики в процессе эксплуатации, либо сам контроллер более новой моделью. Даже программа в большинстве случаев переносится на новое устройство без доработки.

Самостоятельное изготовление контроллера позволит снизить расходы на создание умного дома. Такой вариант вызывает интерес у тех людей, которые обладают определенными навыками и знаниями в электротехнике. Полученный опыт позволит в дальнейшем провести ремонт в случае его необходимости.

Основные характеристики

При выборе контроллера, используемого в схемах ветровых генераторов, необходимо изучить технические характеристики данного электронного устройства.

Основными характеристиками, которые указывает производитель, служащими критериями выбора подобных устройств, являются:

  • Номинальное напряжение, измеряемое в Вольтах;
  • Рабочая мощность, измеряемая в Ваттах;
  • Максимальная мощность, измеряемая в Ваттах;
  • Максимальный ток, измеряемый в Амперах;
  • Сброс балластной энергии (что может быть использовано);
  • Условия эксплуатации (рабочая температура, влажность, высота над уровнем моря);
  • Способность к дистанционной передаче данных о работе ветровой установки;
  • Габаритные размеры;
  • Вес устройства.

Параметры ДГУ, которые отслеживает контроллер

Каждая отдельная модель контроллера ДГУ, в зависимости от марки, производителя и конфигурации, отслеживает самые разные параметры работы электростанций. Это может быть буквально несколько показателей (для экономичных моделей) или же десятки различных условий (контроллеры последнего поколения с расширенным функционалом). В общем случае контроллеры отслеживают:

  • наличие и отсутствие тока в электросети,
  • температуру охлаждающей жидкости,
  • значение тока генератора,
  • давление масла,
  • частоту оборотов мотора,
  • напряжение в батарее аккумулятора,
  • ошибки старта,
  • уровень топлива,
  • другие моменты, важные для стабильной работы дизель-генераторной установки.

Получив сведения о неполадках в той или иной системе электростанции, контроллер подаст аварийный сигнал, сообщая о наличии аварийной ситуации, и корректно остановит работу ДГУ. На дисплеях контроллеров обычно можно отслеживать важные моменты работы дизельной генераторной установки: напряжение внешней электросети и напряжение, которое вырабатывает дизельная установка; частота работы генератора; уровень масла, топлива; наработанные моточасы и прочие параметры.

Подбор подходящего контроллера для ДГУ

Выбирать подходящий для вашей конкретной электростанции (или нескольких ДГУ) контроллер необходимо, ориентируясь на область применения установки, ее технические характеристики и особенности, марку дизель-генератора и другие параметры. Специалисты компании «ДГУ-Сервис» накопили большой опыт в области обслуживания дизельных электростанций, поэтому могут помочь вам в подборе контроллера для ДГУ, ориентируясь на ваши запросы и возможности.

Компания ООО «ДГУ-Сервис» осуществляет поставку контроллеров марки WOODWARD, BERNINI DESIGN, DEEP SEA, DATA COM, SDMO и других марок. Мы также реализуем модули контроля управления (МКУ) и модули контроля изоляции (МКИ) для импортных и отечественных ДГУ. Подробности о наличии товаров, доставке и условиях оплаты вы можете узнать, оставив нам заявку или позвонив по телефону +7 (343) 288-79-95.

Виды

В настоящее время отечественные и зарубежные компании, специализирующиеся на производстве альтернативных источников энергии, а также их комплектующих, выпускают несколько видов контроллеров, успешно работающих в ветровых установках, это:

  • PWM (ШИМ) контроллеры – устройства с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). В аппаратах данного вида осуществляется процесс управления мощностью, путём изменения импульсов, при постоянной частоте.

Достоинствами данного вида являются:

  • Относительно не большие габаритные размеры, в сравнении с аналогами;
  • Способность к быстродействию в процессе работы;
  • Надежность конструкции.
  • МРРТ контроллеры – как правило используются в солнечных установках, но могут применяться и в комплекте с ветровыми генераторами. Основой работы устройств данного вида является способность определять точку максимальной мощности, которая характеризуется напряжением и силой тока в конкретный момент времени.

Достоинствами данного вида являются:

  • Являются наиболее эффективными устройствами, в сравнении с аналогами.

Основной недостаток – более высокая стоимость.

Контроллер для ветрогенератора и солнечных панелей

Для работы с ветровым генератором можно использовать контроллер, изначально предназначенный для работы с солнечной электростанцией, главным условием для этого, является наличие возможности, у конкретной модели, выполнить настройку «выхода» (load).

Ветровой генератор подключается на вход используемого контроллера, единственное, что необходимо сделать, это установить диодный мост, для преобразования переменного напряжения, вырабатываемого генератором в постоянное, на котором осуществляется работа аккумуляторных батарей.

В контроллерах, используемых в солнечных электростанциях, отсутствует диодный мост на входной группе, т.к. солнечные батареи производят постоянный электрический ток.

Аккумуляторные батареи подключаются в соответствие со схемой используемого контроллера, а на «выход» подключается балластное сопротивление, в качестве которого может быть использована любая нагрузка, единственное условие при этом – мощность нагрузки должна соответствовать мощности генератора.

После того, как контроллер включен по выше обозначенной схеме, необходимо выполнить настройки режимов работы, задающие пороги отключения и включения балласта.

Необходимые детали, инструменты

Для изготовления нужно по 3 радиоэлектронных элемента:

  • Полевой n-канальный МОП-транзистор типа IRFZ44. Применяется в регулируемых источниках тока, стабилизированных преобразователях, системах управления, контроля электронных узлов и блоков.
  • Алюминиевый электролитический конденсатор емкостью 2,2 микрофарады с рабочим напряжением не менее 25 вольт. Номинальные параметры указаны на корпусе.
  • Постоянный резистор с мощностью рассеивания тепла не меньше 0,125 ватт и активным сопротивлением 1 мегомов.





Узел подключается к светодиодной трехцветной ленте типа SMD5050 или аналогичной с 12-вольтным питанием. На полосе размещены модули, каждый из которых содержит 3 трехцветных диода. Соответствующие клеммы цвета и питания, соединяясь параллельно, выведены на точки подключения на полотне. Управляющие сигналы каждого свечения поданы на светодиоды через персональный токоограничивающий резистор. Параллельно соединенные модули размещены на ленте длиной до 5 метров.
Для надежного соединения радиодеталей подойдет любой паяльник. Придать выводам удобную для работы форму, выгнуть их и отрезать до нужной длины помогут плоскогубцы, кусачки или нож. Узел работает от постоянного источника тока 12 вольт.

Контроллер своими руками (схема)

Зная основы электротехники и умея работать паяльников, можно изготовить контроллер ветровой установки самостоятельно.

В настоящее время есть возможность найти различные схемы подобных устройств различных видов, мощности и прочих технических характеристик, для этого достаточно зайти в сеть интернет и обраться к поиску по требуемому заданию или найти техническую литературу в специализированных магазинах и издательствах.

Один из вариантов схемы контроллера и включение его в схему работы ветрогенератора, приведен ниже:

схемы контроллера

Данная схема отличается простотой, но способна обеспечить работу ветровой установки в автоматическом режиме.

Усовершенствованный контроллер заряда солнечной батареи

Если вы уверены в своих познаниях электронного оборудования, можно попробовать собрать более сложную схему контроллера заряда. Она более надежна и способна работать как от солнечных батарей, так и от ветрогенератора, который поможет вам получать свет по вечерам.

Схема - Усовершенствованный контроллер заряда АКБ от солнечной батареи
Схема - Усовершенствованный контроллер заряда АКБ от солнечной батареи

Выше представлена усовершенствованная схема котроллера заряда своими руками. Для изменения пороговых значений применяются подстроечные резисторы, с помощью которых вы будете регулировать параметры работы. Ток, поступающий от источника коммутируется реле. Само реле управляется ключом полевых транзисторов.

Все схемы контроллера заряда проходили проверку на практике и отлично зарекомендовали себя на протяжении нескольких лет.

Для дачи и прочих объектов, где не требуется большое потребление ресурсов, нет смысла затрачиваться на дорогостоящие элементы. Если вы имеете необходимые знания, можно доработать предложенные конструкции или добавить необходимый функционал.

Так вы можете сделать своими руками контроллер заряда при использовании устройств альтернативной энергии. Не стоит отчаиваться если первый блин вышел комом. Ведь никто не застрахован от ошибок. Немного терпения, старания и экспериментов доведут дело до конца. Зато работающее электроснабжение будет отличным поводом для гордости.

Совет

Паять будет легче и быстрее, если выводы радиодеталей предварительно залудить. Работая с паяльником, нужно позаботиться о нормальном проветривании помещения, соблюдать осторожность, чтобы не получить тепловой ожог или поражение электричеством.

Смотрите подробное видео

Заключение

Современный ПЛК стал чрезвычайно востребованным универсальным рабочим инструментом в системах автоматизации производственных процессов, а также для управления отдельными устройствами различного назначения. Это особый тип программируемых логических автоматов, отличающийся повышенной надежностью, легко встраиваемый и модернизируемый, способный длительное время работать практически без обслуживания.

Источники

  • https://future2day.ru/programiruemyj-logicheskij-kontroller/
  • https://alter220.ru/veter/kontroller-dlya-vetrogeneratora.html
  • https://ArduinoPlus.ru/programmiruemii-logicheskii-kontroller/
  • https://techsad.com/umnyjdom/kak-sdelat-kontroller-umnogo-doma-svoimi-rukami/
  • https://altenergiya.ru/sun/kontroller-zaryada-dlya-solnechnoj-sistemy-besplatno.html
  • http://detroit-energo.ru/kontrollery-dlya-generatorov
  • https://SdelaySam-SvoimiRukami.ru/4949-samyj-prostoj-kontroller-dlja-rgb-lenty-na-treh-tranzistorah.html
  • https://www.solar-battery.com.ua/kontroller-zaryada-svoimi-rukami/
  • https://www.compel.ru/lib/95591
[свернуть]
Поделиться:
Нет комментариев
×
Рекомендуем посмотреть