PLC – P Sterowniki programowalne PLC (ang. Programmable Logic

PLC – PROGRAMOWALNE STEROWNIKI LOGICZNE
1. DEFINICJA
PLC (ang. Programmable Logic Controller) to wyspecjalizowane urządzenie mikroprocesorowe
wyposażone w programowalną pamięć, realizujące zadanie sterowania poprzez cykliczne wykonanie
programu umieszczonego w jego pamięci.
Norma IEC 61131 poświęcona sterownikom PLC, opracowana w latach dziewięćdziesiątych XXw. przez
Międzynarodową Komisję Elektrotechniki (IEC, ang. International Electrotechnical Commision),
definiuje sterownik programowalny jako:
„cyfrowy system elektroniczny do stosowania w środowisku przemysłowym, który posługuje się pamięcią
programowalną do przechowywania zorientowanych na użytkownika instrukcji w celu sterowania przez
cyfrowe lub analogowe wejścia i wyjścia szeroką gamą maszyn i procesów”.
2. ARCHITEKTURA STEROWNIKA
Programator lub komputer
wykorzystywany do programowania i testowania
sterownika.
programator,
komputer
mikroprocesor, czyli procesor zminiaturyzowany
do pojedynczego układu
scalonego
pamięć
program użytkownika
dane
moduł wyjść
mikroprocesor
obiekt
moduł wejść
sterownik PLC
obiekt
magistrala sterownika
Rys.1. Schemat blokowy sterownika PLC
Zasada działania sterownika
 sygnały z czujników, urządzeń pomiarowych kontrolowanego obiektu (procesu) zamieniane są w
modułach wejściowych na sygnały cyfrowe akceptowane przez sterownik i zapamiętywane w
obszarze pamięci nazywanej pamięcią danych wejściowych,
 mikroprocesor przetwarza program użytkownika obliczając na podstawie danych wejściowych
wartości sygnałów wyjściowych, wartości te zapamiętywane są w pamięci danych wyjściowych,
 moduły wyjściowe korzystając z danych wyjściowych generują sygnały dla urządzeń wykonawczych.
Sterowniki PLC budowane są jako:
 sterowniki kompaktowe – mają tzw. „sztywną architekturę”: w jednej obudowie umieszczone są
zasilacz, jednostka centralna CPU (w sterownikach przyjmuje się, że CPU to mikroprocesor +
pamięć), moduły wejść i wyjść (zwykle cyfrowych),
 sterowniki modułowe – mają „architekturę elastyczną”: składają się z modułów, moduły montowane
są na płytach (nazywanych kasetami) lub szynach montażowych,
 sterowniki kompaktowo–modułowe – sterowniki kompaktowe, które mogą być rozbudowywane.

Sterowniki programowalne
PLC – PROGRAMOWALNE STEROWNIKI LOGICZNE
b)
CPU
wejścia
zasilanie
zasilacz
a)
CPU
moduł
specjalizowany
wyjścia
moduły wejść i wyjść
cyfrowych
moduły wejść i wyjść
analogowych
Rys.2. Sterownik a) kompaktowy i b) modułowy.
3. CYKL PROGRAMOWY
Sterownik wykonuje działania w sposób cykliczny – działania te tworzą tzw. cykl programowy
sterownika. Na cykl pracy składają się fazy:
1. inicjalizacji cyklu (wykonywane są operacje niezbędne do rozpoczęcia cyklu, obliczany jest czas
cyklu, uaktualniane są tablice błędów, zerowany zegar resetujący),
2. odczytu danych wejściowych (dane wejściowe z modułów wejściowych wprowadzane są do pamięci
sterownika),
3. wykonania programu użytkownika (realizowany jest przebieg programu),
4. zapisu danych wyjściowych (dane wyjściowe wysyłane są do modułów wyjściowych),
5. komunikacji z urządzeniami zewnętrznymi (przetwarzane są żądania nadesłane przez programator i
wyspecjalizowane moduły),
6. diagnostyki (sprawdzana jest konfiguracja sterownika i weryfikowany jest program użytkownika).
Wykonanie części faz cyklu uzależnione jest od trybu pracy sterownika. Podstawowe tryby pracy to:
 tryb RUN – tryb w którym wykonywane są wszystkie fazy cyklu programowego,
 tryb STOP – tryb zatrzymania sterownika (zwykle pomijane są fazy 2. i 4., zawsze pomijana jest
faza 3.), tryb ten przeznaczony jest do programowania i konfigurowania sterownika.
Cykl programowy zwykle trwa od ułamków do kilkudziesięciu ms. W przypadku przekroczenia
dopuszczalnego czasu trwania cyklu (zwykle od 100 do 500 ms) cykl jest przerywany i rejestrowany jest
błąd przekroczenia czasu cyklu.
3. METODY PROGRAMOWANIA
Część 3 normy IEC 61131 omawia metody programowania sterowników PLC. Norma definiuje dwie
grupy języków programowania:
języki tekstowe
 język listy instrukcji IL (ang. Instruction List) – jest odpowiednikiem języka niskiego poziomu
jakim jest asembler, którego instrukcje bazują na liście rozkazów procesora, w skład zbioru instrukcji
IL wchodzą operacje logiczne, arytmetyczne, operacje relacji (porównań), oraz funkcje
przerzutników, timerów, itp.
 język tekstu strukturalnego ST (ang. Structured Text) – jest odpowiednikiem języka wysokiego
poziomu, zawiera podobny zestaw instrukcji jak Pascal czy C.
języki graficzne
 język schematów drabinkowych LD (ang. Ladder Diagram) – jest odpowiednikiem schematów
(obwodowych, drabinkowych) układów cyfrowych realizowanych w technologii stykowo –

Sterowniki programowalne
PLC – PROGRAMOWALNE STEROWNIKI LOGICZNE


przekaźnikowej, dodatkowo język pozwala na wykorzystywanie funkcji realizujących operacje
arytmetyczne, logiczne, porównania oraz bloków funkcjonalnych realizujących zadania
przerzutników, timerów, liczników.
język funkcjonalnych schematów blokowych FBD (ang. Function Block Diagram) – jest
odpowiednikiem schematów stosowanych do opisu układów logicznych wykorzystujących bramki
logiczne, przerzutniki, timery, liczniki.
język sekwencyjnego schematu funkcjonalnego SFC (ang. Sequential Function Chart) – jest to
graficzna metoda projektowania zadań sterowania sekwencyjnego w oparciu o tzw. graf sekwencji.
Każde zadanie sterowania stanowi tzw. projekt. Program użytkowy rozwiązujący określone zadanie
projektowe może składać się z oddzielnych modułów oprogramowania. Moduły te nazywane jednostkami
organizacyjnymi oprogramowania (POU, ang. Program Organization Units). Rozbicie programu
użytkownika na jednostki organizacyjne poprawia czytelność programu, umożliwia przenoszenie
jednostek organizacyjnych pomiędzy różnymi projektami.
Jednostkami organizacyjnymi oprogramowania zgodnie z normą są:
 funkcje – na podstawie argumentów wejściowych wyznaczana jest wartość argumentu wyjściowego
(argumenty wejściowe jednoznacznie wyznaczają wartość argumentu wyjściowego),
 bloki funkcjonalne – posiadają „pamięć”, wartość argumentu wyjściowego nie wynika wyłącznie z
wartości argumentów wejściowych, zależy również od stanu „pamięci”,
 programy – podstawowe jednostki organizacyjne programu użytkowego, odpowiadają „programowi
głównemu” w klasycznych językach programowania, programy mają dostęp do danych z modułów
wejściowych i wyjściowych sterownika.
Norma zakłada, że pojedyncza jednostka organizacyjna musi być zaprogramowana tylko w jednym
języku programowania.
Jednostki organizacyjne wykorzystują do przechowywania informacji (danych) zmienne. Zmienne
przechowują wartości danych wejściowych i wyjściowych oraz wartości danych pomocniczych.
Przechowywane wartości mogą być wartościami różnych typów. Norma definiuje typy elementarne,
przedstawia także sposoby definiowania nowych typów danych tzw. typów pochodnych.

Sterowniki programowalne