Czym jest sterownik PLC
Sterownik PLC w obudowie modułowej — typowa konfiguracja stosowana w systemach automatyki. Źródło: Wikimedia Commons, CC BY-SA.
PLC to cyfrowy sterownik przemysłowy zaprojektowany do pracy w warunkach przemysłowych — przy zmiennej temperaturze, drganiach i zakłóceniach elektromagnetycznych. W odróżnieniu od komputera ogólnego przeznaczenia PLC wykonuje program cyklicznie w ściśle określonych odstępach czasu (czas cyklu), odczytując wejścia, przetwarzając logikę i zapisując wyjścia.
Budowa typowego sterownika
Sterownik składa się z:
- Jednostki centralnej (CPU) — przetwarza program i zarządza komunikacją
- Modułów wejść cyfrowych (DI) — odczytują sygnały z przycisków, czujników, krańcówek
- Modułów wyjść cyfrowych (DO) — sterują przekaźnikami, sygnalizatorami, napędami
- Modułów analogowych (AI/AO) — odczytują napięcie lub prąd z czujników temperatury, ciśnienia
- Modułów komunikacyjnych — Profibus, Profinet, Modbus, EtherNet/IP
Norma IEC 61131-3 i języki programowania
Norma IEC 61131-3 definiuje pięć języków programowania PLC. Każdy z nich jest przeznaczony do innych zastosowań, a producenci sterowników implementują ich większość w swoich środowiskach programistycznych.
Język drabinkowy (LD — Ladder Diagram)
LD wywodzi się z schematów przekaźnikowych stosowanych przed erą sterowników elektronicznych. Styki (wejścia) i cewki (wyjścia) są przedstawione graficznie jako elementy drabiny. Język ten jest najszerzej stosowany w polskich zakładach przemysłowych — operatorzy maszyn przyzwyczajeni do schematów elektrycznych szybko go przyswajają.
|--[ I0.0 ]--[ I0.1 ]--( Q0.0 )--| | | |--[ I0.2 ]-----------( Q0.1 )--|
Powyższy fragment schematu drabinkowego: wyjście Q0.0 zostaje aktywowane, gdy oba wejścia I0.0 i I0.1 są aktywne. Wyjście Q0.1 jest sterowane niezależnie przez I0.2.
Schemat blokowy funkcji (FBD — Function Block Diagram)
FBD reprezentuje program jako zestaw bloków funkcyjnych połączonych przepływem sygnałów. Bloki realizują standardowe operacje logiczne (AND, OR, NOT), timery, liczniki i bloki komunikacyjne. FBD jest preferowany przy projektowaniu systemów regulacji, gdzie widoczna jest topologia przepływu sygnału.
Tekst strukturalny (ST — Structured Text)
ST to język tekstowy zbliżony składnią do Pascala lub języka C. Pozwala na implementację złożonych algorytmów — obliczeń arytmetycznych, pętli warunkowych — które byłyby trudne do wyrażenia w LD lub FBD.
IF Temperature > 80.0 THEN
CoolingFan := TRUE;
AlarmLight := TRUE;
ELSIF Temperature > 60.0 THEN
CoolingFan := TRUE;
AlarmLight := FALSE;
ELSE
CoolingFan := FALSE;
AlarmLight := FALSE;
END_IF;
Lista instrukcji (IL) i diagram sekwencji (SFC)
IL (Instruction List) jest niskopoziomowym językiem tekstowym analogicznym do asemblera — stosowanym rzadziej w nowych projektach. SFC (Sequential Function Chart) służy do opisywania procesów sekwencyjnych w postaci stanów i przejść — typowy dla sterowników maszyn pakujących i linii montażowych.
Środowiska programistyczne
TIA Portal (Siemens)
Zintegrowane środowisko projektowania Siemens obsługujące sterowniki SIMATIC S7-1200 i S7-1500. Zawiera edytory wszystkich języków IEC 61131-3 oraz narzędzia diagnostyczne. Najczęściej spotykane w polskich zakładach produkcyjnych.
CODESYS
Środowisko niezależne od producenta sprzętu, implementowane przez wielu dostawców sterowników. Popularne w mniejszych zakładach i laboratoriach szkolnych ze względu na dostępność wersji demonstracyjnej.
Kształcenie zawodowe w Polsce
Programowanie sterowników PLC wchodzi w zakres podstawy programowej dla zawodów:
- Technik elektryk (314103) — obsługa instalacji automatyki budynkowej i przemysłowej
- Technik mechatronik (311410) — projektowanie i uruchamianie układów sterowania maszynami
- Technik automatyk (311909) — programowanie PLC jako kwalifikacja wiodąca
Szkoły zawodowe i technika wyposażają laboratoria w zestawy dydaktyczne z rzeczywistymi sterownikami PLC podłączonymi do modeli procesów technologicznych — symulatora przenośnika taśmowego, modelu sortowni lub stanowiska z siłownikami pneumatycznymi.
Certyfikacja i egzaminy zawodowe
Egzaminy potwierdzające kwalifikacje zawodowe (EKZ) w zakresie automatyki są organizowane przez Centralną Komisję Egzaminacyjną. Egzamin praktyczny wymaga uruchomienia układu sterowania na rzeczywistym lub symulowanym stanowisku z użyciem sterownika PLC.
Protokoły komunikacyjne w automatyce
Nowoczesne sterowniki PLC komunikują się z urządzeniami peryferyjnymi i systemami nadrzędnymi przez protokoły przemysłowe:
- Profibus DP — szeregowy protokół polowy dla starszych instalacji
- Profinet — przemysłowy Ethernet opracowany przez Siemens i PROFIBUS International
- Modbus RTU/TCP — otwarty protokół szeregowy i Ethernet, stosowany w urządzeniach pomiarowych
- EtherNet/IP — przemysłowy Ethernet stosowany przez Rockwell Automation
- OPC UA — standard komunikacji maszyna–maszyna stosowany w architekturach Przemysłu 4.0