프로그래밍 가능한 로직 컨트롤러(PLC)

솔리드 스테이트 논리 회로가 출현하기 전에 논리 제어 시스템은 전적으로 전기 기계 계전기를 중심으로 설계 및 구축되었습니다. 계전기는 현대적인 디자인에서 결코 쓸모가 없지만 고전류 및/또는 고전압 스위칭을 요구하는 애플리케이션으로 가장 자주 강등되는 로직 레벨 제어 장치로서의 이전 역할의 많은 부분에서 대체되었습니다.

"켜기/끄기" 제어가 필요한 시스템 및 프로세스는 현대 상업 및 산업에 많이 있지만 이러한 제어 시스템은 전기 기계 릴레이 또는 개별 논리 게이트로 거의 구축되지 않습니다. 대신 디지털 컴퓨터가 프로그래밍될 수 있는 필요를 채웁니다. 다양한 논리적 기능을 수행합니다.

프로그래머블 로직 컨트롤러의 역사

1960년대 후반에 Bedford Associates라는 미국 회사는 MODICON이라는 컴퓨팅 장치를 출시했습니다. . 약어로 Mod를 의미했습니다. ular 디 gital 콘 troller가 되었고 나중에는 이러한 특수 목적 제어 컴퓨터의 설계, 제조 및 판매에 전념하는 회사 부서의 이름이 되었습니다.

다른 엔지니어링 회사에서 이 장치의 자체 버전을 개발했으며 결국 비독점 용어로 PLC로 알려지게 되었습니다. , 또는 P 프로그래밍 가능 L ogic C 관제사. PLC의 목적은 전자 기계 릴레이를 논리 요소로 직접 교체하고 대신 솔리드 스테이트 디지털 컴퓨터를 저장된 프로그램으로 대체하여 특정 논리 작업을 수행하기 위해 여러 릴레이의 상호 연결을 에뮬레이션할 수 있도록 하는 것이었습니다.

래더 논리 및 프로그래밍 PLC

PLC에는 센서와 스위치의 "높음" 및 "낮음" 논리 상태를 해석하는 많은 "입력" 터미널이 있습니다. 또한 많은 출력 단자를 통해 "높음" 및 "낮음" 신호를 전원 조명, 솔레노이드, 접촉기, 소형 모터 및 켜기/끄기 제어에 적합한 기타 장치에 출력합니다.

PLC를 쉽게 프로그래밍할 수 있도록 프로그래밍 언어가 래더 논리 다이어그램과 유사하도록 설계되었습니다. 따라서 래더 로직 회로도를 읽는 데 익숙한 산업 전기 기술자 또는 전기 엔지니어는 동일한 제어 기능을 수행하도록 PLC를 프로그래밍하는 것이 편안할 것입니다.

PLC는 산업용 컴퓨터이므로 입력 및 출력 신호는 일반적으로 120볼트 AC입니다. 일부 PLC에는 논리 게이트 회로에 사용되는 크기의 저레벨 DC 전압 신호를 입력 및 출력하는 기능이 있지만 이는 예외일 뿐 규칙은 아닙니다. 신호 연결 및 프로그래밍 표준은 PLC 모델에 따라 다소 다르지만 여기에서 PLC 프로그래밍에 대한 "일반적인" 소개를 허용할 만큼 충분히 유사합니다.

다음 그림은 전면에서 보일 수 있는 간단한 PLC를 보여줍니다. 2개의 나사 터미널은 L1 및 L2로 표시된 PLC의 내부 회로에 전원을 공급하기 위해 120볼트 AC에 대한 연결을 제공합니다. 왼쪽에 있는 6개의 나사 터미널은 입력 장치에 대한 연결을 제공하며, 각 터미널은 고유한 "X" 레이블이 있는 다른 입력 "채널"을 나타냅니다.

왼쪽 하단 나사 터미널은 "공통" 연결로, 일반적으로 120VAC 전원의 L2(중성선)에 연결됩니다.

각 입력 단자와 공통 단자 사이에 연결된 PLC 하우징 내부에는 컴퓨터 회로에 전기적으로 절연된 "하이" 논리 신호를 제공하는 광절연 장치(Light-Emitting Diode)가 있습니다(포토 트랜지스터는 LED의 빛을 해석합니다 ) 각 입력 단자와 공통 단자 사이에 120VAC 전원이 인가된 경우. PLC 전면 패널의 표시 LED는 "활성화된" 입력의 시각적 표시를 제공합니다.

출력 신호는 스위칭 장치(트랜지스터, TRIAC 또는 전기 기계 릴레이)를 활성화하는 PLC의 컴퓨터 회로에 의해 생성되어 "소스" 단자를 "Y-"로 표시된 출력 단자에 연결합니다. 이에 따라 "소스" 단자는 일반적으로 120VAC 전원의 L1 쪽에 연결됩니다. 각 입력과 마찬가지로 PLC 전면 패널의 표시 LED는 "활성화된" 출력의 시각적 표시를 제공합니다.

이러한 방식으로 PLC는 스위치 및 솔레노이드와 같은 실제 장치와 인터페이스할 수 있습니다. 실제 논리 제어 시스템의 제어 시스템은 컴퓨터 프로그램을 통해 PLC 내부에 설정됩니다. 이 프로그램은 어떤 입력 조건에서 어떤 출력이 활성화되는지 지시합니다.

프로그램 자체가 스위치 및 릴레이 기호가 있는 래더 논리 다이어그램으로 보이지만 입력과 출력 사이의 논리적 관계를 생성하기 위해 PLC 내부에서 작동하는 실제 스위치 접점이나 릴레이 코일이 없습니다. 가상입니다. 원하는 경우 접점 및 코일. PLC의 프로그래밍 포트에 연결된 개인용 컴퓨터를 통해 프로그램을 입력하고 볼 수 있습니다. 다음 회로와 PLC 프로그램을 고려하십시오.

푸시버튼 스위치가 작동하지 않을 때(눌러지지 않은 경우) PLC의 X1 입력에 전원이 공급되지 않습니다. Y1 코일과 직렬로 연결된 상시 개방 X1 접점을 보여주는 프로그램에 따라 Y1 코일에 "전원"이 전송되지 않습니다. 따라서 PLC의 Y1 출력은 비활성화된 상태로 유지되고 연결된 표시등은 어두운 상태를 유지합니다.

그러나 푸시 버튼 스위치를 누르면 전원이 PLC의 X1 입력으로 전송됩니다. 프로그램에 나타나는 모든 X1 접점은 "X1"이라는 이름의 릴레이 코일에 전원이 공급되어 작동되는 릴레이 접점인 것처럼 작동(비정상) 상태를 가정합니다.

이 경우 X1 입력에 전원을 공급하면 정상적으로 열린 X1 접점이 "닫히고" Y1 코일에 "전력"이 전송됩니다. 프로그램의 Y1 코일이 "활성화"되면 실제 Y1 출력이 활성화되어 연결된 램프가 켜집니다.

X1 접점, Y1 코일, 연결 전선 및 개인용 컴퓨터의 디스플레이에 나타나는 "전원"은 모두 가상이라는 점을 이해해야 합니다. . 그들은 실제 전기 부품으로 존재하지 않습니다. 그것들은 컴퓨터 프로그램의 명령으로 존재합니다(소프트웨어의 일부일 뿐). 우연히 실제 릴레이 회로도와 비슷합니다.

이해하는 것만큼 중요한 것은 PLC의 프로그램을 표시하고 편집하는 데 사용되는 개인용 컴퓨터가 PLC의 지속적인 작동에 필요하지 않다는 것입니다. 개인용 컴퓨터에서 PLC로 프로그램이 로드되면 개인용 컴퓨터는 PLC에서 분리될 수 있으며 PLC는 프로그래밍된 명령을 계속 따릅니다.

실제 조건(스위치 닫힘 및 램프 상태)과 프로그램 상태(가상 접점 및 가상 코일을 통한 "전원") 간의 관계를 이해하는 데 도움을 주기 위해 이 그림에 개인용 컴퓨터 디스플레이를 포함시켰습니다.

시스템 동작 제어

PLC의 진정한 힘과 다양성은 제어 시스템의 동작을 변경하고자 할 때 드러납니다. PLC는 프로그래밍 가능한 장치이기 때문에 연결된 전기 부품을 재구성할 필요 없이 명령을 변경하여 동작을 변경할 수 있습니다.

예를 들어, 이 스위치 및 램프 회로 기능을 반전된 방식으로 만들고 싶다고 가정해 보겠습니다. 버튼을 눌러 램프를 꺼집니다. , 손을 떼면 켜기됩니다. . "하드웨어" 솔루션은 현재 제자리에 있는 평상시 열림 스위치를 평상시 닫힘 푸시버튼 스위치로 대체해야 합니다. "소프트웨어" 솔루션은 훨씬 쉽습니다. 프로그램을 변경하여 접점 X1이 평상시 열리지 않고 평상시 닫혀 있도록 하기만 하면 됩니다.

다음 그림에는 푸시버튼이 작동하지 않는 상태(아님)에서 변경된 시스템이 있습니다. 누르는 중):

다음 그림에서 스위치는 작동(눌림)된 것으로 표시됩니다.

하드웨어가 아닌 소프트웨어에서 논리적 제어를 구현하는 장점 중 하나는 입력 신호를 프로그램에서 필요한 만큼 재사용할 수 있다는 것입니다. 예를 들어, 3개의 푸시 버튼 스위치 중 2개 이상이 동시에 작동되는 경우 램프에 전원을 공급하도록 설계된 다음 회로 및 프로그램을 사용하십시오.

전기 기계 릴레이를 사용하여 등가 회로를 구축하려면 입력 스위치당 2개의 접점을 제공하기 위해 각각 2개의 정상 개방 접점이 있는 3개의 릴레이를 사용해야 합니다. 그러나 PLC를 사용하면 추가 하드웨어를 추가하지 않고도 각 "X" 입력에 대해 원하는 만큼 많은 접점을 프로그래밍할 수 있습니다. 각 입력 및 각 출력은 PLC 디지털 메모리(0 또는 1)의 단일 비트에 불과하기 때문입니다. , 그리고 필요한 만큼 여러 번 불러올 수 있습니다.

또한 PLC의 각 출력은 메모리의 비트에 불과하기 때문에 출력(Y) 상태에 의해 "작동된" PLC 프로그램의 접점을 할당할 수 있습니다. 다음 시스템인 모터 시작-정지 제어 회로를 예로 들어 보겠습니다.

입력 X1에 연결된 푸시 버튼 스위치는 "시작" 스위치 역할을 하고 입력 X2에 연결된 스위치는 "중지" 역할을 합니다. Y1이라는 프로그램의 또 다른 접점은 출력 코일 상태를 봉인 접점으로 직접 사용하므로 "시작" 푸시버튼 스위치가 해제된 후에도 모터 접점에 계속 전원이 공급됩니다. 일반적으로 닫힌 접점 X2가 색상 블록으로 표시되어 닫힌("전기 전도성") 상태에 있음을 알 수 있습니다.

"시작" 버튼을 누르면 입력 X1에 전원이 공급되어 프로그램에서 X1 접점을 "닫고" Y1 "코일"에 "전원"을 보내고 Y1 출력에 전원을 공급하고 120볼트 AC 전원을 인가합니다. 실제 모터 접촉기 코일. 병렬 Y1 접점도 "닫히며" 통전 상태에서 "회로"를 래칭합니다.

이제 "시작" 푸시 버튼을 놓으면 정상적으로 열린 X1 "접점"이 "열림" 상태로 돌아가지만 Y1 밀봉 "접점"이 계속해서 "연속성"을 제공하기 때문에 모터는 계속 작동합니다. 코일 Y1에 "전원을 공급"하여 Y1 출력을 활성화 상태로 유지:

모터를 중지하려면 "중지" 푸시버튼을 잠시 눌러야 합니다. 그러면 X2 입력에 전원이 공급되고 정상적으로 닫혀 있는 "접점"이 "개방"되어 Y1 "코일"에 대한 연속성이 차단됩니다.

"중지" 푸시버튼을 놓으면 입력 X2의 전원이 꺼지고 "접점" X2가 정상인 "닫힘" 상태로 돌아갑니다. 그러나 Y1의 "봉인"이 손실되었기 때문에 "시작" 푸시 버튼이 작동될 때까지 모터가 다시 시작되지 않습니다.

PLC 제어 시스템의 안전 장치 설계

여기서 중요한 점은 안전한 설계는 PLC 제어 시스템에서 전기 기계 릴레이 제어 시스템만큼 중요합니다. 제어되는 장치 또는 장치에 대한 실패한(개방) 배선의 영향을 항상 고려해야 합니다. 이 모터 제어 회로 예에서는 문제가 있습니다. X2의 입력 배선("Stop" 스위치)이 페일오픈되면 모터를 멈출 방법이 없습니다!

이 문제에 대한 해결책은 PLC 프로그램 내부의 X2 "접점"과 실제 "중지" 푸시버튼 스위치 간의 논리 반전입니다.

일반적으로 닫힌 "정지" 푸시 버튼 스위치가 작동되지 않으면(눌러지지 않음) PLC의 X2 입력에 전원이 공급되어 프로그램 내에서 X2 "접점"이 "닫힙니다". 이렇게 하면 입력 X1에 전원이 공급될 때 모터가 시작되고 "시작" 푸시 버튼을 더 이상 누르지 않을 때 모터가 계속 작동할 수 있습니다. "중지" 푸시버튼이 작동되면 입력 X2의 전원이 차단되어 PLC 프로그램 내부에서 X2 "접점"이 "열리고" 모터가 차단됩니다.

따라서 이 새로운 디자인과 이전 디자인 간에 작동상의 차이가 없음을 알 수 있습니다. 그러나 입력 X2의 입력 배선이 페일오픈되면 X2 입력은 "중지" 푸시버튼을 누를 때와 동일한 방식으로 전원을 차단합니다. 그러면 X2 입력의 배선 오류에 대한 결과는 모터가 즉시 차단된다는 것입니다.

이것은 "Stop" 스위치 배선 오류로 인해 불가능이 발생하는 이전에 표시된 것보다 더 안전한 설계입니다. 모터를 끕니다. 입력(X) 및 출력(Y) 프로그램 요소 외에도 PLC는 외부 세계와 본질적으로 연결되지 않은 "내부" 코일 및 접점을 제공합니다. 이들은 "제어 릴레이"(CR1, CR2 등)가 표준 릴레이 회로에 사용되는 것과 거의 동일하게 사용됩니다:필요할 때 논리 신호 반전을 제공하기 위해.

이러한 "내부" 릴레이 중 하나를 사용하는 방법을 보여주기 위해 3입력 NAND 게이트의 기능을 에뮬레이트하도록 설계된 다음 예제 회로 및 프로그램을 고려하십시오. PLC 프로그램 요소는 일반적으로 단일 문자로 설계되므로 릴레이 제어 회로에서 일반적으로 사용되는 것처럼 내부 제어 릴레이를 "CR1"이 아닌 "C1"이라고 부를 것입니다.

이 회로에서 램프는 any 푸시 버튼 중 작동되지 않은 상태(눌리지 않은 상태)가 유지됩니다. 램프를 끄려면 모두를 작동(누름)해야 합니다. 다음과 같은 세 개의 스위치:

고급 PLC 기능

프로그래머블 로직 컨트롤러에 대한 이 섹션에서는 해당 기능의 작은 샘플을 보여줍니다. 컴퓨터로서 PLC는 타이밍 기능(시간 지연 릴레이와 동일), 드럼 시퀀싱 및 기타 고급 기능을 전기 기계 논리 장치를 사용하여 가능한 것보다 훨씬 더 높은 정확도와 신뢰성으로 수행할 수 있습니다. 대부분의 PLC는 6개 이상의 입력과 6개의 출력을 수용할 수 있습니다. 다음 사진은 단일 Allen-Bradley PLC의 여러 입력 및 출력 모듈을 보여줍니다.

각 모듈에는 입력 또는 출력에 대해 16개의 "포인트"가 있으므로 이 PLC는 수십 개의 장치를 모니터링하고 제어할 수 있습니다. 제어 캐비닛에 맞는 PLC는 특히 동일한 기능을 수행하기 위해 전기 기계 릴레이가 필요로 하는 동일한 공간을 고려할 때 공간을 거의 차지하지 않습니다.

디지털 컴퓨터 네트워크를 통한 PLC의 원격 모니터링 및 제어

단순히 할 수 없는 PLC의 한 가지 장점 전자 기계 릴레이에 의해 복제되는 것은 디지털 컴퓨터 네트워크를 통한 원격 모니터링 및 제어입니다. PLC는 특수 목적의 디지털 컴퓨터에 불과하기 때문에 다른 컴퓨터와 비교적 쉽게 통신할 수 있습니다. 다음 사진은 PLC에 의해 제어되는 실제 수위 프로세스(도시 폐수 처리 시스템의 경우 펌핑 또는 "리프트" 스테이션)의 그래픽 이미지를 표시하는 개인용 컴퓨터를 보여줍니다.

실제 펌핑 스테이션은 개인용 컴퓨터 디스플레이에서 몇 마일 떨어진 곳에 있습니다.