Tεχνική περιγραφή PLC

Όπως όλοι γνωρίζουμε, σχεδόν σε όλους τους τομείς της ζωή μας έχουν διεισδύσει οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές. Αυτό είναι ευδιάκριτο παντού, από τον υπολογιστή που έχουμε στο σπίτι μας, έως τους υπολογιστές που χρησιμοποιούμε στη δουλεία μας κ.λ.π. Εξειδικευμένοι υπολογιστές βρίσκουν εφαρμογή σε πολλούς τομείς της επιστήμης όπως και της καθημερινής μας ζωής. Μια πολύ διαδεδομένη μορφή τέτοιου εξειδικευμένου υπολογιστή, είναι και οι Προγραμματιζόμενοι Λογικοί Ελεγκτές ή PLC (Programmable Logic Controllers).

Ας εξετάσουμε από τι είναι δομημένος ένας τέτοιος προγραμματιζόμενος λογικός ελεγκτής. Ένα PLC αποτελείται από:

Το τμήμα εισόδων-εξόδων (Ι/Ο)

Ψηφιακές μονάδες εισόδου –εξόδου
Αναλογικές μονάδες εισόδου –εξόδου
Κεντρική μονάδα επεξεργασίας (cpu)
Μνήμη
Συσκευές προγραμματισμού
Φορτωτές προγράμματος
Προσομοιωτές (simulators)

Το τμήμα εισόδων-εξόδων (Ι/Ο)

Αποτελείται από μια βάση (rack) Ι/Ο και μεμονωμένες μονάδες Ι/Ο. Οι ενδιάμεσες μονάδες εισόδου δέχονται σήματα από το μηχάνημα ή τις συσκευές επεξεργασίας (120Vac) και τα μετατρέπουν σε σήματα (5Vdc) που μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τον ελεγκτή. Οι ενδιάμεσες μονάδες εξόδου μετατρέπουν σήματα του ελεγκτή (5Vdc) σε εξωτερικά σήματα (120Vdc) που χρησιμοποιούνται για να ελέγξουν την συσκευή ή την διαδικασία επεξεργασίας.
Ψηφιακές μονάδες εισόδου –εξόδου
Ο πλέον κοινός τύπος ενδιάμεσης μονάδας είναι ο διακριτός (discrete). Αυτός είναι τύπος συσκευής εισόδου φύσης ON/OFF όπως επιλογικοί διακόπτες, επαφικοί διακόπτες και διακόπτες ορίων. Παρόμοια ο έλεγχος εξόδου περιορίζεται σε συσκευές όπως φώτα, μικροί κινητήρες, σωληνοειδή και εκκινητές που απαιτούν ON/OFF μεταγωγή. Κάθε τέτοια διακριτή μονάδα τροφοδοτείται από την πλησιέστερη πηγή τροφοδοσίας με τάσεις ac και dc.

Αναλογικές μονάδες εισόδου –εξόδου

Οι αναλογικές μονάδες διασύνδεσης εισόδου περιέχουν τα κατάλληλα κυκλώματα να δεχθούν αναλογικές τάσεις ή ρεύματα από αναλογικές συσκευές. Αυτές οι είσοδοι μετατρέπονται από αναλογική σε ψηφιακή τιμή με ένα κύκλωμα «analog to digital». Η τιμή μετατροπής (η οποία είναι ανάλογη του αναλογικού σήματος) εκφράζεται σαν ένας δωδεκαψήφιος δυαδικός αριθμός (12-bit binary). Οι συσκευές ανίχνευσης αναλογικών εισόδων περιλαμβάνουν μετατροπείς θερμοκρασίας, φωτός, πίεσης και θέσης.
Η αναλογική μονάδα διασύνδεσης εξόδου παίρνει από τον επεξεργαστή ψηφιακά δεδομένα τα οποία μετατρέπονται σε αναλογική τάση ή ρεύμα για να ελέγξουν μια αναλογική συσκευή. Τα ψηφιακά δεδομένα μεταφέρονται μέσω ενός κυκλώματος μετατροπής ψηφιακού σε αναλογικό (digital to analog) για να πάρουν την απαραίτητη αναλογική μορφή. Οι αναλογικές συσκευές εξόδου περιλαμβάνουν μικρούς κινητήρες, βαλβίδες και αναλογικά όργανα.

Κεντρική μονάδα επεξεργασίας (cpu)

Η CPU περιέχει τις μονάδες μνήμης του επεξεργαστή, κυκλώματα επικοινωνίας και μονάδα τροφοδοσίας. Ο όρος CPU συχνά εναλλάσσεται με τον όρο επεξεργαστής. Πάντως εξ’ ορισμού ο όρος CPU εμπεριέχει όλα τα απαραίτητα στοιχεία που αποτελούν την νοημοσύνη του συστήματος. Υπάρχουν συγκεκριμένες σχέσεις μεταξύ των τμημάτων που αποτελούν την CPU και συνεχής ανταπόκριση μεταξύ τους. Ο επεξεργαστής συνεχώς επικοινωνεί με την μνήμη του συστήματος για να μεταφράσει και να εκτελέσει το πρόγραμμα που ελέγχει τον μηχανισμό ή την διαδικασία. Η μονάδα τροφοδοσίας παρέχει όλες τις απαραίτητες στάθμες τάσης που απαιτούνται για την σωστή λειτουργία όλων των τμημάτων του επεξεργαστή και της μνήμης. Η μονάδα επεξεργαστή-μνήμης η οποία αποτελεί το κύριο μέρος του συγκροτήματος της CPU περιέχει τον μικροεπεξεργαστή, ολοκληρωμένα μνήμης, κυκλώματα που αποθηκεύουν ή καλούν πληροφορίες από την μνήμη και τα απαραίτητα κυκλώματα επικοινωνίας για την σύνδεση επεξεργαστή με την συσκευή προγραμματισμού.

Μνήμη

Είναι το τμήμα του ελεγκτή στο οποίο αποθηκεύεται το πρόγραμμα ελέγχου. Οι πληροφορίες που αποθηκεύονται στη μνήμη έχουν σχέση με το τρόπο επεξεργασίας των δεδομένων εισόδου-εξόδου.
Οι μνήμες κατατάσσονται σε δύο κατηγορίες:
Πτητικές οι οποίες αλλάζουν εύκολα και είναι κατάλληλες για εφαρμογές που υποστηρίζονται από εφεδρική μονάδα τροφοδοσίας. :
Μη πτητικές οι οποίες κρατούν αποθηκευμένες τις πληροφορίες ακόμα και όταν η παροχή ισχύος διακοπεί τυχαία ή εσκεμμένα.
Τα είδη μνημών που υπάρχουν σήμερα είναι τα εξής:
Μόνο ανάγνωσης (ROM)
Τυχαίας προσπέλασης (RAM ή R/N)
Προγραμματιζόμενες μνήμες μόνο ανάγνωσης (PROM)
Προγραμματιζόμενες μνήμες μόνο ανάγνωσης με δυνατότητα διαγραφής (EPROM)
Ηλεκτρικά διαγραφόμενες μνήμες μόνο ανάγνωσης (EAROM)
Ηλεκτρικά διαγραφόμενες και προγραμματιζόμενες μνήμες μόνο ανάγνωσης (EEPROM)
Μνήμη μαγνητικών πυρήνων