Программируемые контроллеры и интеллектуальные реле

Программируемые контроллеры. В современных условиях на смену устройствам с релейно-контактными схемами приходят миниатюрные устройства большой степени интеграции, которые получили название программируемых логических контроллеров (ПЛК, или по-английски Programmable Logic Controller, PLC). Эти миниатюрные устройства имеют тот же принцип работы, что и реальные релейные схемы, но реле и контакты в них (кроме входных и выходных) заменены на виртуальные, т. е. они существуют только в виде программы, выполняемой ПЛК. С их помощью реализуются программы, записанные на языке алгебры логики. Программируемые контроллеры, как правило, работают автономно в неблагоприятных условиях окружающей среды без серьезного обслуживания и практически без вмешательства человека.

Рассмотрим основные свойства ПЛК на примере промышленного логического контроллера OMRON SYSMAC CP1L-M30DT-D семейства СР японской фирмы OMRON. Контроллер включает в себя процессор CP1L-M, память, таймеры, счетчики, часы реального времени, различные функциональные блоки и встроенные входы/выходы (18 входов и 12 выходов).

На рис. 4.25 приведена схема подключения входных сигналов, а на рис. 4.26 — выходных сигналов. В данном контроллере имеется несколько областей памяти ввода/вывода СЮ (от англ, control input/ output — ввод/вывод управляющей информации). Входное напряжение постоянное, 24 В (24 VDC — от англ. Volts of direct current — напряжение постоянного тока). У всех входов имеется одна общая точка СОМ, к которой подключают один полюс источника питания (любой полярности). Выводы L1 и L2/N служат для подключения электросети переменного напряжения соответственно первой фазы L1 и второй L2/N (или нейтрального вывода сети). У отдельных групп выводов также есть свои общие точки СОМ (рис. 4.26). Для формирования выходных сигналов могут использоваться как источники постоянного, так и источники переменного напряжения. Приемники выходных сигналов на рис. 4.26 обозначены L.

Программируемый контроллер имеет транзисторные выходы, к которым может быть подключена нагрузка последовательно с источником питания этой нагрузки с напряжением 4,5—30 В при потребляемом токе не выше 0,3 A/выход. В данном логическом контроллере применяют следующие основные стандартизированные языки программирования:

• 1. Язык релейно-контактных схем — РКС (диаграмма логической лестницы — Ladder Logic Diagram, сокращенно LD) — самый распространенный графический язык для инженеров по автоматизации.
• 2. Текстовый язык инструкций или команд (ST), чаще используемый п рограм м и стам и.

Рис. 4.25. Схема подключения входных сигналов

Рис. 4.26. Схема подключения выходных сигналов.

Программирование контроллера, т. е. создание, редактирование, отладка и компиляция программ, может производиться при помощи ручного программатора или с помощью персонального компьютера с использованием пакета программирования CX-Programmer в операционной системе Windows. Программирование с помощью CX-Programmer производится через USB-порт. В табл. 4.5 приведен внешний вид элементов программы: виртуальных контактов реле и соединительных проводов, используемых при составлении программы на языке релейно-контактных схем.

Для перехода на следующую строку программы необходимо перейти на нее с помощью курсора. В конце любой программы должна обязательно присутствовать инструкция END (01), которую не нужно вводить, так как она вводится автоматически. Перед записью программы в контроллер ее необходимо откомпилировать и проверить правильность работы программы на симуляторе, который находится в том же пакете CX-Programmer. Если в программе будут обнаружены ошибки, то появится сообщение с их перечислением. После записи программы в контроллер правильность ее работы можно проверить при работе контроллера.

Таблица 4.5

Внешний вид элементов для составления программы на языке релейно-контактных схем.

На рис. 4.27 приведены фрагменты начала проектирования программы на языке РКС для логической релейной защиты, представленной на рис. 4.8. На рис. 4.28 приведен полный проект программы логической релейной защиты на языке РКС при разных режимах работы.

В программе использован таймер ТМ с установленной выдержкой времени 10−100 мс = 1000 мс = 1 с. При подаче сигнала на вход таймера он начинает отсчитывать время, вычитая его из заданного значения (10). Когда результат станет равным нулю, таймер выдает сигнал замыканием своих контактов.

На рис. 4.28, а показано состояние схемы логической защиты при трехфазном КЗ в трансформаторе Т1, когда сработали реле КА1, КА2 и К АЗ и не сработали реле КА4 и КА5. Замкнутые контакты на рис. 4.28, а затемйены. Промежуточное реле KL сработало без выдержки времени (таймер не начал отсчитывать время) и отключило выключатель Q1.

Рис. 4.27. Фрагменты начала проектирования программы логической защиты на языке РКС:

а — первый шаг — подключение замыкающих контактов КА1;

6 — второй шаг — параллельное подключение замыкающих контактов КА2.

Рис. 4.28. Полная программа логической релейной защиты.

на языке РКС На рис. 4.28, б показано состояние схемы логической защиты при двухфазном КЗ в точке К2, когда сработали реле КА1, КЛ2 и КА4 и не сработала основная защита выключателя Q2. Таймер начинает отсчитывать время. На рис. 4.28, б он отсчитал 5 • 100 = 500 мс. Оставшееся время равно 1000 — 500 = 500 мс = 0,5 с. На рис. 4.28, в таймер отсчитал все заданное время (на экране 1000 — 1000 = 0) и подал сигнал на включение реле KL, которое отключает выключатель Q1.

В табл. 4.6 представлена та же самая рассмотренная программа на языке инструкций (команд): LD (НАЧАЛО СТРОКИ), OR (ИЛИ), AND (И), ANDNOT (И-НЕ), ТМ (ТАЙМЕР), OUT (ВЫХОД).

Таблица 4.6

Программа логической релейной защиты силового трансформатора на языке инструкций (окно CX-Programmer).

В программе таймер обозначен ТМ, а его контакты — Т0000. Поэтому в столбце комментариев Comment указано название этого элемента и его контактов, как они обозначены на рис. 4.28, г. с. КТ.

Программа, приведенная на рис. 4.28, работает так же, как и схема защиты, изображенная на рис. 4.8. Однако в ней нет указательных реле КН1 и КН2, которые включаются последовательно с катушкой промежуточного реле KL, и запоминают, от какого повреждения сработала защита. В программах, приведенных на рис. 4.29 и 4.30, для этого введены указательные или сигнальные реле РС1 и РС2. На рис. 4.29 происходит отключение без выдержки времени выключателем Q1 двухфазного КЗ в трансформаторе Т1. Срабатывание защиты при КЗ в трансформаторе запоминается указательным реле РС1. Для съема сигнала защиты служит кнопка С1.

Рис. 4.29. Программа логической релейной защиты с указательными реле. Отключение без выдержки времени двухфазного КЗ в трансформаторе Т1.

На рис. 4.30 показано отключение с выдержкой времени выключателем Q1 двухфазного КЗ в точке К2, если выключатель Q2 не сработал. Таймер отсчитывает время, реле KL не сработало, оставшаяся выдержка времени, как следует из рис. 4.30, составляет 0,4 с. После этого произойдет отключение выключателя Q1 и срабатывание сигнального реле РС2. Съем сигнала защиты производится кнопкой С2.

Рис. 4.30. Программа логической релейной защиты с указательными реле.

Отключение с выдержкой времени выключателем Q1 двухфазного КЗ в точке К2.

Интеллектуальные реле представляют собой малогабаритный программируемый контроллер. Рассмотрим основные свойства интеллектуального реле на примере программируемого интеллектуального реле ZEN-10C1DR-D японской фирмы OMRON. Это реле имеет 10 программируемых входов/выходов (шесть входов и четыре выхода), что бывает достаточно для задач автоматизации малого масштаба. Реле имеет жидкокристаллический индикатор для отображения рабочей информации, четыре клавиши для управления и четыре клавиши для программирования интеллектуального реле. Программа записывается в памяти реле.

Напряжение питания постоянное, 20,4—26,4 В. Входное напряжение постоянное, 24 В. Потребляемый входной ток — 5 мА. Все выходы интеллектуального реле релейные. Программирование осуществляется с помощью четырех клавиш, расположенных на лицевой панели, или с помощью персонального компьютера, в который загружено программное обеспечение Zensoft. В качестве примера рассмотрим программирование релейной системы автоматического регулирования уровня воды в резервуаре, представленной на рис. 4.6. Создание программы на языке РКС с использованием программного обеспечения Zensoft приведено па рис. 4.31, где В и Н — это контакты датчиков верхнего и нижнего уровней. В схеме введены кнопки ПУСК и СТОН.

Заметим, что программное обеспечение Zensoft позволяет создавать не только программы на языке РКС, но и программы в виде привычных электрических схем с принятыми условными обозначениями (рис. 4.32). На рис. 4.31 и 4.32 датчик нижнего Н уровня при опускании замыкает свои контакты.

Рис. 431. Создание программы на языке РКС с использованием программного обеспечения Zensoft.

Рис. 432. Создание программы в виде электрической схемы с использованием программного обеспечения Zensoft.

Проверку правильности работы программы можно провести с помощью самого интеллектуального реле или с помощью симулятора, который входит в программное обеспечение Zensoft (рис. 4.33).

Рис. 433. Проверка правильности работы программы с помощью симулятора.