PLC (בקר לוגי לתכנות) הוא מכשיר בקרה בשימוש נרחב באוטומציה תעשייתית. הוא מעבד ומעריך אותות קלט שונים בהתבסס על לוגיקה של בקרה מתוכנתת על ידי המשתמש, ולאחר מכן מוציא אותות בקרה מתאימים כדי להשיג בקרה אוטומטית של תהליך הייצור. מאמר זה מספק מבוא מפורט לעקרונות העבודה הבסיסיים ומצב פעולת הסריקה של PLCs.
I. עקרונות עבודה בסיסיים של PLC
עקרון העבודה של PLC כולל בעיקר את השלבים הבאים:
1. רכישת אותות קלט:ה-PLC קולט אותות שונים מהשטח באמצעות מודולי כניסה, כגון אותות דיגיטליים ואותות אנלוגיים. האותות הללו עוברים עיבוד כמו-בידוד וסינון אופטי לפני שהם מומרים לאותות דיגיטליים הניתנים לזיהוי על ידי המערכת הפנימית של ה-PLC.
2. עיבוד תוכנית:ה-PLC מעבד ומעריך אותות קלט בהתבסס על לוגיקת הבקרה המתוכנתת-של המשתמש. עיבוד התוכנית כולל בעיקר פונקציות כמו פעולות לוגיות, חישובים אריתמטיים והמרת נתונים. במהלך עיבוד התוכנית, ה-PLC מייצר פקודות בקרה מתאימות המבוססות על תנאים שונים.
3. בקרת אותות פלט:ה-PLC שולח את פקודות הבקרה המעובדות למודול הפלט. מודול הפלט ממיר את האותות הדיגיטליים לתבניות האותות הנדרשות לתחום (כגון אותות דיגיטליים, אותות אנלוגיים וכו') ומוציא אותם למפעילים (כגון ממסרים, מנועי סרוו וכו'), ובכך משיג שליטה על תהליך הייצור.
4. תקשורת וניטור:ל-PLC יש יכולות תקשורת, המאפשרות חילופי נתונים עם מכשירים אחרים (כגון מחשבים מארחים, מסכי מגע וכו') באמצעות ממשקי תקשורת כדי להשיג ניטור ושליטה מרחוק. במקביל, PLCs יכולים להציג-מצב תפעול בזמן אמת ומידע על תקלות דרך הצגים שלהם.
II. מאפיינים של מצב פעולת סריקת PLC
המאפיינים של פעולת סריקת PLC באים לידי ביטוי בעיקר בהיבטים הבאים: ראשית, PLCs מפעילים מצב תפעולי "סריקה רציפה, לולאה מתמשכת". כל מחזור סריקה, המכונה גם תקופת הסריקה או מחזור העבודה, מתחיל בכך שה-CPU מבצע את ההוראה הראשונה. לאחר מכן הוא מבצע את תוכנית המשתמש ברצף שורה אחר שורה עד לסיום, ולאחר מכן הוא חוזר להוראה הראשונה להתחיל מחזור סריקה חדש. שנית, ביצוע תוכנית PLC עוקבת אחר דפוס סריקה תקופתי הנצמד לעיקרון משמאל-ל-מימין, מלמעלה-למטה-.
בנוסף, כל מחזור סריקה כולל שלושה שלבים: דגימת קלט, הפעלת תוכנית ורענון פלט. פעולת ה-PLC מסתובבת באופן רציף באופן זה. לבסוף, עקב דגימה מרוכזת ופלט מרוכז, מתרחש השהיית קלט/פלט, וכתוצאה מכך עיכובים בתגובה. אלה מהווים את המאפיינים העיקריים של פעולת סריקת PLC.
III. מצב פעולת סריקת PLC
מצב פעולת סריקת ה-PLC מחולק בעיקר לשלבים הבאים:
מצב פעולת סריקת ה-PLC מורכב משלושה שלבים עיקריים: שלב דגימת הקלט, שלב ביצוע תוכנית המשתמש ושלב רענון הפלט.
1. שלב דגימת קלט
במהלך שלב דגימת הקלט, ה-PLC סורק וקורא ברצף את כל מצבי הקלט והנתונים, מאחסן אותם ביחידות מתאימות בתוך אזור תמונת ה-I/O. עם השלמת דגימת הקלט, המערכת עוברת לשלב הפעלת תוכנית המשתמש ורענון הפלט. במהלך שני השלבים הללו, גם אם מצבי קלט או נתונים משתנים, היחידות המתאימות באזור תמונת ה-I/O נשארות ללא שינוי. לכן, אם הקלט הוא אות דופק, רוחב הפולס חייב לחרוג ממחזור סריקה אחד כדי להבטיח שהקלט נקלט בכל התנאים.
2. שלב ביצוע תוכנית משתמש
במהלך שלב הפעלת תוכנית המשתמש, ה-PLC תמיד סורק את תוכנית המשתמש (דיאגרמת סולם) ברצף מלמעלה למטה. כאשר סורקים כל דיאגרמת סולם, היא סורקת תחילה את מעגל הבקרה שנוצר על ידי המגעים בצד שמאל של דיאגרמת הסולם. לאחר מכן הוא מבצע פעולות לוגיות במעגל הבקרה שנוצר על ידי המגעים בסדר של שמאל לימין ומלמעלה למטה. בהתבסס על התוצאות של פעולות לוגיות אלו, הוא מעדכן את מצב הסיביות המקבילות באזור אחסון RAM של המערכת עבור הסליל הלוגי, או מעדכן את מצב הסיביות המקבילות באזור תמונת ה-I/O עבור סליל הפלט, או קובע אם לבצע את הוראת הפונקציה המיוחדת שצוינה בדיאגרמת הסולם. כלומר, במהלך הפעלת תוכנית המשתמש, רק המצב והנתונים של נקודות הקלט בתוך אזור תמונת ה-I/O נשארים ללא שינוי. המצב והנתונים של נקודות פלט אחרות והתקנים רכים בתוך אזור תמונת הקלט/פלט או זיכרון RAM של המערכת עשויים להשתנות. יתרה מכך, תוצאות הביצוע של דיאגרמות סולם הממוקמות גבוה יותר בערימה משפיעות על דיאגרמות סולם עוקבות המשתמשות בסלילים או בנתונים אלה. לעומת זאת, סטטוס סליל הלוגיקה המרענן או נתונים מתרשימים של-סולמות ברמה נמוכה משפיעים רק על דיאגרמות סולם-עליון במהלך מחזור הסריקה הבא.
3. שלב רענון פלט
עם השלמת סריקת תוכנית המשתמש, ה-PLC נכנס לשלב רענון הפלט. במהלך תקופה זו, ה-CPU מרענן את כל תפסי הפלט בהתבסס על המצב והנתונים המתאימים באזור תמונת ה-I/O, ולאחר מכן מניע את הציוד ההיקפי המתאים דרך מעגלי הפלט. זה מהווה את התפוקה בפועל של ה-PLC.
לסיכום, עקרון הפעולה הבסיסי של PLC כולל איסוף אותות שדה דרך מודולי קלט, עיבוד והערכתם בהתאם להגיון הבקרה המתוכנת-של המשתמש, ולאחר מכן שליטה במפעילים באמצעות מודולי פלט כדי להשיג בקרה אוטומטית של תהליך הייצור. פעולת הסריקה של ה-PLC כוללת שלבים הכוללים בדיקה-עצמית של המערכת, סריקת קלט, עיבוד תוכניות, סריקת פלט, תקשורת וניטור. שלבים אלה יוצרים מחזור סריקה, עליו חוזר ה-PLC ברציפות כדי לממש בקרת תהליך ייצור אוטומטית.