Contrôleur logique programmable

Structure de base L'essence d'un contrôleur logique programmable Il s'agit d'un ordinateur dédié au contrôle industriel. Sa structure matérielle est fondamentalement identique à celle d'un micro-ordinateur. La structure de base est la suivante : 1. Alimentation électrique L'alimentation électrique du contrôleur logique programmable (PLC) joue un rôle essentiel dans l'ensemble du système. Sans un système d'alimentation performant et fiable, il ne peut fonctionner correctement. C'est pourquoi le fabricant du PLC attache une grande importance à la conception et à la fabrication de l'alimentation. Généralement, la fluctuation de la tension alternative est de l'ordre de +10 % (+15 %), et le PLC peut être directement connecté au réseau électrique alternatif sans autre mesure. 2. Unité centrale de traitement (CPU) L'unité centrale (CPU) est le centre de contrôle de l'automate programmable industriel. Elle reçoit et stocke le programme utilisateur et les données saisies par le programmeur, conformément aux fonctions assignées par le programme système de l'automate programmable industriel. Elle vérifie l'état de l'alimentation, de la mémoire, des E/S et du temporisateur d'avertissement, et peut diagnostiquer les erreurs de syntaxe dans le programme utilisateur. Lors de sa mise en service, l'automate programmable industriel reçoit d'abord l'état et les données de chaque périphérique d'entrée sur site par balayage, puis les stocke dans la zone d'image des E/S. Il lit ensuite le programme utilisateur un par un dans la mémoire du programme utilisateur. Après interprétation de la commande, les résultats de l'opération logique ou arithmétique sont envoyés à la zone d'image des E/S ou au registre de données conformément aux instructions. Une fois tous les programmes utilisateur exécutés, l'état de sortie de la zone d'image des E/S ou les données du registre de sortie sont transmises au périphérique de sortie correspondant, et le cycle se poursuit jusqu'à son arrêt. Afin d'améliorer encore la fiabilité de l'API, les grands API sont également équipés de deux processeurs pour former un système redondant, ou un système de vote à trois processeurs, de sorte que même si un processeur tombe en panne, l'ensemble du système peut toujours fonctionner normalement. 3. Mémoire La mémoire qui stocke le logiciel système est appelée mémoire de programme système. La mémoire qui stocke les logiciels d’application est appelée mémoire de programme utilisateur. 4. Circuit d'interface d'entrée et de sortie 4.1. Le circuit d'interface d'entrée de terrain se compose d'un circuit de couplage optique et d'un circuit d'interface d'entrée de micro-ordinateur, et sert de canal d'entrée de l'interface entre le contrôleur logique programmable et le contrôle de terrain. 4.2. Le circuit d'interface de sortie de champ est intégré au registre de données de sortie, au circuit de sélection et au circuit de demande d'interruption, et le contrôleur logique programmable envoie le signal de commande correspondant au composant d'exécution de champ via le circuit d'interface de sortie de champ. 5. Modules fonctionnels Tels que le comptage, le positionnement et d'autres modules fonctionnels. 6. Module de communication  Sélection et analyse de cas PLC Lors du choix d'un automate programmable industriel (API), il est important d'analyser en détail les caractéristiques du processus et les exigences de contrôle, de clarifier les tâches et le périmètre de contrôle, de déterminer les opérations et actions requises, puis d'estimer le nombre de points d'entrée et de sortie, la capacité mémoire requise, et de déterminer les fonctions de l'API et les caractéristiques des périphériques externes en fonction des exigences de contrôle. Enfin, il est important de choisir un API offrant un rapport performances/prix optimal et de concevoir un système de contrôle adapté. Ci-dessous, nous détaillerons les points auxquels il faut prêter attention lors du choix d'un PLC : 1. Estimation des points d'entrée et de sortie (E/S)Une marge appropriée doit être prise en compte lors de l'estimation du nombre de points d'entrée/sortie. En général, en fonction du nombre statistique de points d'entrée et de sortie, une marge extensible de 10 à 20 % est ajoutée comme donnée estimée pour le nombre de points d'entrée et de sortie. 2. Estimation de la capacité mémoire : la capacité mémoire correspond à la taille de l'unité de stockage matérielle que l'automate programmable peut fournir, et la capacité programme correspond à la taille de l'unité de stockage utilisée par l'application utilisateur. La capacité programme est donc inférieure à la capacité mémoire. Afin d'obtenir une estimation précise de la capacité programme lors de la conception et de la sélection, l'estimation de la capacité mémoire est généralement utilisée comme substitut. En général, elle représente 10 à 15 fois le nombre d'E/S numériques, plus 100 fois le nombre d'E/S analogiques. Ce nombre correspond au nombre total de mots en mémoire (16 bits pour un mot), 25 % de ce nombre étant considérés comme une marge.3. Sélection des fonctions de contrôle ; cette sélection comprend la sélection de caractéristiques telles que la fonction de calcul, la fonction de contrôle, la fonction de communication, la fonction de programmation, la fonction de diagnostic et la vitesse de traitement. (1) Fonctions opérationnelles ; les fonctions opérationnelles d'un API simple incluent les opérations logiques, la temporisation et le comptage ; celles d'un API ordinaire incluent également le décalage et la comparaison de données, ainsi que d'autres fonctions opérationnelles ; les fonctions opérationnelles plus complexes incluent les opérations algébriques, la transmission de données, etc. Les API de grande taille intègrent également des opérations PID analogiques et d'autres fonctions opérationnelles avancées. Avec l'émergence des systèmes ouverts, les API intègrent désormais des fonctions de communication. Certains produits communiquent avec des ordinateurs de niveau inférieur, d'autres avec le même ordinateur ou un ordinateur de niveau supérieur, et d'autres encore avec le réseau de l'usine ou de l'entreprise. Lors de la conception et de la sélection, il convient de partir des exigences de l'application réelle et de sélectionner judicieusement les fonctions opérationnelles requises. Dans la plupart des applications, seules les opérations logiques, la temporisation et le comptage sont nécessaires. Certaines applications nécessitent la transmission et la comparaison de données. Pour la détection et le contrôle analogiques, des opérations algébriques, la conversion numérique et des opérations PID sont utilisées. Des opérations de décodage et d'encodage sont nécessaires pour l'affichage des données. (2) Fonctions de contrôle : Les fonctions de contrôle comprennent les opérations de contrôle PID, de compensation anticipée, de rapport, etc., qui doivent être déterminées en fonction des exigences de contrôle. Les automates programmables industriels (API) sont principalement utilisés pour le contrôle logique séquentiel. Par conséquent, des contrôleurs à boucle unique ou multi-boucles sont souvent utilisés pour résoudre les problèmes de contrôle analogique. Parfois, des unités d'entrée et de sortie intelligentes dédiées sont également utilisées pour compléter les fonctions de contrôle requises, accélérer le traitement de l'API et économiser de la mémoire. Par exemple, des unités de contrôle PID, des compteurs rapides, des unités analogiques avec compensation de vitesse, des unités de conversion de code ASC, etc. sont utilisés. (3) Fonction de communication : Les systèmes PLC de grande et moyenne taille doivent prendre en charge divers bus de terrain et protocoles de communication standard (tels que TCP/IP) et doivent pouvoir se connecter au réseau de gestion d'usine (TCP/IP) si nécessaire. Le protocole de communication doit être conforme aux normes de communication ISO/IEEE et doit être un réseau de communication ouvert. L'interface de communication du système PLC doit inclure des interfaces de communication série et parallèle (RS 232C/422A/485), un port de communication RIO, Ethernet industriel, une interface DCS commune, etc. Les principales formes du réseau de communication du système PLC sont les suivantes : 1) Le PC est la station maître et plusieurs PLC du même modèle sont des stations esclaves, formant un réseau PLC simple ; 2) Un PLC est la station maître et les autres PLC du même modèle sont des stations esclaves, formant un réseau PLC maître-esclave ; 3) Le réseau PLC est connecté à un grand DCS en tant que sous-réseau du DCS via une interface réseau spécifique ; 4) Réseau PLC dédié (réseau de communication PLC dédié de chaque fabricant). Afin de réduire la tâche de communication du processeur, en fonction des besoins réels de la composition du réseau, des processeurs de communication avec différentes fonctions de communication (telles que point à point, bus de terrain, Ethernet industriel) doivent être sélectionnés. (4) Fonction de programmation ; Mode de programmation hors ligne : l'automate programmable et le programmateur partagent un processeur. Lorsque le programmateur est en mode programmation, le processeur fournit uniquement des services au programmateur et ne contrôle pas l'équipement de terrain. Une fois la programmation terminée, le programmateur passe en mode exécution, et le processeur contrôle l'équipement de terrain et ne peut plus être programmé. La programmation hors ligne peut réduire les coûts du système, mais son utilisation et son débogage sont peu pratiques. Mode de programmation en ligne : le processeur et le programmateur disposent de leurs propres processeurs. Le processeur hôte est responsable du contrôle de terrain et échange des données avec le programmateur au cours d'un cycle de balayage. Le programmateur envoie le programme ou les données compilés en ligne à l'hôte. Lors du cycle de balayage suivant, l'hôte s'exécute selon le nouveau programme reçu. Cette méthode est plus coûteuse, mais le débogage et l'exploitation du système sont pratiques et elle est souvent utilisée sur les automates programmables de grande et moyenne taille. (5) Fonction de diagnosticLa fonction de diagnostic d'un automate programmable industriel (API) comprend le diagnostic matériel et logiciel. Le diagnostic matériel localise les défauts matériels grâce à un jugement logique, tandis que le diagnostic logiciel se divise en diagnostic interne et diagnostic externe. Le diagnostic logiciel des performances et du fonctionnement internes de l'API est appelé diagnostic interne, tandis que le diagnostic logiciel des échanges d'informations entre l'unité centrale de l'API et les composants d'entrée et de sortie externes est appelé diagnostic externe.La puissance de la fonction de diagnostic de l'automate affecte directement les capacités techniques requises des opérateurs et du personnel de maintenance, et affecte le temps de réparation moyen. (6) Vitesse de traitementL'automate fonctionne en mode balayage. Pour des exigences temps réel, la vitesse de traitement doit être la plus rapide possible. Si la durée du signal est inférieure au temps de balayage, l'automate ne pourra pas balayer le signal, ce qui entraînera une perte de données. La vitesse de traitement dépend de la longueur du programme utilisateur, de la vitesse de traitement du processeur, de la qualité du logiciel, etc. Actuellement, les contacts de l'automate offrent une réponse rapide et une vitesse élevée. Le temps d'exécution de chaque instruction binaire est d'environ 0,2 à 0,4 ls, ce qui permet de s'adapter aux besoins des applications exigeant un contrôle rigoureux et une réactivité élevée. Le cycle de balayage (cycle de balayage du processeur) doit respecter les exigences suivantes : le temps de balayage des petits automates ne doit pas dépasser 0,5 ms/K ; celui des grands et moyens automates ne doit pas dépasser 0,2 ms/K. 4. Sélection du modèle （1） Types d'APILes API se divisent en deux catégories selon leur structure : les API intégrales et les API modulaires. Ils se divisent également en deux catégories selon l'environnement d'application : l'installation sur site et l'installation en salle de contrôle. Ils sont divisés en 1 bit, 4 bits, 8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits, etc., selon la longueur des mots du processeur. Du point de vue applicatif, ils peuvent généralement être sélectionnés en fonction de la fonction de contrôle ou des points d'entrée et de sortie. Les points d'E/S des API intégrales sont fixes, ce qui limite le choix des utilisateurs et les rend plus adaptés aux petits systèmes de contrôle. Les API modulaires offrent une variété de cartes d'E/S ou de cartes enfichables, permettant aux utilisateurs de sélectionner et de configurer facilement les points d'E/S du système de contrôle. L'extension des fonctions est pratique et flexible, et ils sont généralement utilisés dans les systèmes de contrôle de grande et moyenne taille. (2) Sélection des modules d'entrée et de sortie ; leur sélection doit être cohérente avec les exigences de l'application. Par exemple, pour les modules d'entrée, les exigences de l'application telles que le niveau du signal, la distance de transmission, l'isolation du signal et le mode d'alimentation doivent être pris en compte. Pour les modules de sortie, le type de module de sortie à sélectionner doit également être pris en compte. En général, les modules de sortie relais se caractérisent par un faible coût, une large plage de tension, une durée de vie courte et un temps de réponse long ; les modules de sortie à thyristors sont adaptés aux commutations fréquentes et aux charges inductives à faible facteur de puissance, mais ils sont plus coûteux et présentent une faible capacité de surcharge. Les modules de sortie disposent également de sorties CC, CA et analogique, qui doivent être compatibles avec les exigences de l'application. Selon les exigences de l'application, des modules d'entrée et de sortie intelligents peuvent être sélectionnés de manière judicieuse pour améliorer le niveau de contrôle et réduire les coûts de l'application. Évaluer si un rack d'extension ou un rack d'E/S déporté est nécessaire. (3) Sélection de l'alimentation électriqueL'alimentation électrique d'un automate programmable industriel (API) doit être conçue et sélectionnée conformément aux exigences du manuel du produit lors de la mise en service de l'équipement. En général, l'alimentation d'un API doit être conçue et sélectionnée avec une tension de 220 VCA compatible avec la tension du réseau électrique domestique. Pour les applications importantes, il est conseillé d'utiliser un onduleur ou une alimentation stabilisée en tension. Si l'API dispose d'une alimentation électrique utilisable, il convient de vérifier que le courant fourni répond aux exigences de l'application ; dans le cas contraire, une alimentation externe doit être conçue. Afin d'éviter toute interférence avec une alimentation haute tension externe dans l'API en cas de dysfonctionnement, il est nécessaire d'isoler les signaux d'entrée et de sortie, parfois à l'aide d'une simple diode ou d'un tube fusible. (4) Sélection de la mémoire : Grâce au développement de la technologie des puces intégrées aux ordinateurs, le prix de la mémoire a baissé. Par conséquent, pour garantir le bon fonctionnement d'un projet d'application, la capacité mémoire de l'automate programmable doit généralement être d'au moins 8 Ko, pour 256 points d'E/S. Pour des fonctions de contrôle complexes, il est conseillé de choisir une capacité et une qualité de mémoire supérieures. (5) Considérations économiquesLors du choix d'un automate programmable, il est important de prendre en compte le rapport performances/prix. Pour l'efficacité économique, il est également important de prendre en compte des facteurs tels que l'évolutivité, l'opérabilité et le rapport entrées-sorties de l'application. Il est important de comparer et d'en tenir compte, avant de choisir le produit le plus adapté.Le nombre de points d'entrée et de sortie a un impact direct sur le prix. Chaque carte d'entrée et de sortie supplémentaire augmente le coût. Lorsque le nombre de points atteint une certaine valeur, la capacité mémoire, le rack, la carte mère, etc. correspondants augmentent également en conséquence. Par conséquent, l'augmentation du nombre de points a un impact sur le choix du processeur, de la capacité mémoire, de la gamme de fonctions de contrôle, etc. Il est important d'en tenir pleinement compte lors de l'estimation et de la sélection afin d'obtenir un rapport performances/prix plus raisonnable pour l'ensemble du système de contrôle. 

Instructions de réglage et de réinitialisation (SET/RST) (1) SET (instruction de réglage) Sa fonction est de définir et de maintenir l'élément cible en cours d'exploitation. (2) RST (instruction de réinitialisation) réinitialise l'élément cible en cours d'utilisation et le maintient dans l'état effacé. Lorsque les instructions SET et RST sont utilisées, lorsque X0 est normalement ouvert et connecté, Y0 devient ON et reste dans cet état. Même si X0 est déconnecté, l'état ON de Y0 reste inchangé. Ce n'est que lorsque X1 est normalement ouvert et fermé que Y0 devient OFF et reste dans cet état. Même si X1 est normalement ouvert et déconnecté, Y0 reste OFF. Instructions d'utilisation des instructions SET et RST : 1) Les éléments cibles de l'instruction SET sont Y, M, S et les éléments cibles de l'instruction RST sont Y, M, S, T, C, D, V et Z. L'instruction RST est souvent utilisée pour effacer le contenu de D, Z et V, et est également utilisé pour réinitialiser la minuterie et le compteur cumulés. 2) Pour le même élément cible, SET et RST peuvent être utilisés plusieurs fois dans n'importe quel ordre, mais le dernier exécuté est valide. Instructions de contrôle maître (MC/MCR) 1) MC (Master Control Instruction) est utilisé pour la connexion de contacts en série communs. Après l'exécution de MC, le jeu de barres gauche se déplace derrière le contact MC. 2) MCR (Master Control Reset Instruction) Il s'agit de l'instruction de réinitialisation de l'instruction MC, c'est-à-dire que l'instruction MCR est utilisée pour restaurer la position d'origine du bus gauche. En programmation, il arrive souvent que plusieurs bobines soient contrôlées par un ou plusieurs contacts en même temps. Si les mêmes contacts sont connectés en série dans le circuit de commande de chaque bobine, un grand nombre d'unités de stockage seront occupées. L'utilisation de la commande de contrôle principale peut résoudre ce problème. Les instructions MC et MCR utilisent MC N0 M100 pour déplacer le bus gauche vers la droite, de sorte que Y0 et Y1 soient sous le contrôle de X0, où N0 représente le niveau d'imbrication. Dans une structure non imbriquée, N0 peut être utilisé un nombre illimité de fois ; MCR N0 est utilisé pour restaurer l'état d'origine du bus gauche. Si X0 est déconnecté, les instructions entre MC et MCR seront ignorées et exécutées vers le bas. Instructions d'utilisation des instructions MC et MCR : 1) Les éléments cibles des instructions MC et MCR sont Y et M, mais des relais auxiliaires spéciaux ne peuvent pas être utilisés. MC occupe 3 étapes de programme et MCR occupe 2 étapes de programme ; 2) Le contact de commande principal est perpendiculaire au contact général dans le schéma à contacts. Le contact de commande principal est un contact normalement ouvert connecté au jeu de barres gauche et constitue l'interrupteur principal qui contrôle un groupe de circuits. Les contacts connectés au contact principal de commande doivent utiliser l'instruction LD ou LDI. 3) Lorsque le contact d'entrée de l'instruction MC est déconnecté, les minuteries, compteurs et composants cumulés pilotés par les instructions de réinitialisation/mise à l'état initial dans MC et MCR conservent leurs états précédents. Les minuteries et compteurs non cumulatifs, les composants pilotés par l'instruction OUT seront réinitialisés. Lorsque X0 est déconnecté en 22, Y0 et Y1 deviendront OFF. 4) L'utilisation à nouveau d'instructions MC dans une zone d'instructions MC est appelée imbrication. Le nombre maximum de niveaux d'imbrication est de 8, et les nombres augmentent de l'ordre de N0→N1→N2→N3→N4→N5→N6→N7. Le retour de chaque niveau utilise l'instruction MCR correspondante, et se réinitialise à partir du niveau d'imbrication avec le plus grand nombre. Instructions différentielles (PLS/PLF) (1) PLS (instruction différentielle de front montant) génère une sortie d'impulsion d'un cycle de balayage sur le front montant du signal d'entrée ; (2) PLF (instruction différentielle sur front descendant) génère une sortie d'impulsion d'un cycle de balayage sur le front descendant du signal d'entrée. Le front du signal est détecté par l'instruction différentielle et l'état de Y0 est contrôlé par les commandes set et reset. Instructions d'utilisation des instructions PLS et PLF : 1) Les éléments cibles des instructions PLS et PLF sont Y et M ; 2) Lors de l'utilisation de PLS, l'élément cible est activé uniquement dans un cycle de scrutation après que l'entrée du variateur est activée, et M0 est activé uniquement dans un cycle de scrutation lorsque le contact normalement ouvert de X0 passe de off à on ; lors de l'utilisation de l'instruction PLF, seul le front descendant du signal d'entrée est utilisé pour le pilotage, et le reste est identique à PLS.