Что такое контроллер?

Что такое контроллер

Так называется электронное устройство, используемое для подключения к магистралям компьютера различных периферийных устройств, отличающихся интерфейсом, принципом действия и конструкцией.

По смысловому значению слово «адаптер» подходит к контроллеру. Говоря о них, можно сказать, что назначение у них одинаковое. Но контроллером все же называют более сложные устройства. Под ними понимаются устройства, способные выполнять самостоятельные действия после получения команд от программы, занимающейся их обслуживанием.

Так, в составе сложного контроллера это может быть отдельный процессор. Однако, если смотреть с точки зрения обычного пользователя, эти понятия неразличимы и могут считаться синонимами. Вот что такое контроллер.

История создания

В 1960-х сложные схемы с реле использовались для управления телефонными станциями и промышленным оборудованием. Повышенной надежностью или ремонтопригодностью они не отличались. Перед инженерами одной из компаний, американской General Motors, была поставлена ​​задача создать новую технику. Задачи, для которых он был разработан, выглядели так:

1. Упрощение поиска неисправностей, замены.
2. Относительно дешево.
3. Гибкость, простое обновление.
4. Снизить риск ошибок.

Изобретение, создание микросхем и устройств управления на их основе позволило решить поставленные вопросы.

Терминология, объясняющая, что такое ПЛК (ПЛК), включена в международные и европейские стандарты качества IEC, EN.

Что в него входит

Теперь это очень сложное техническое устройство, которое с момента его разработки было значительно усовершенствовано. Современный средний контроллер имеет собственный микропроцессор, регистры внешних устройств, благодаря которым устройство взаимодействует с ЦП, ОЗУ, ПЗУ, согласующими (буферными) цепями.

Вот что такое контроллер. Чтобы представить себе, что это за сложное устройство, представьте себе упрощенный специализированный электронный компьютер, который выполняет только определенный набор действий — например, он взаимодействует с клавиатурой, подключенной к компьютеру.

Как только клавиша нажата, эта информация передается на центральный процессор, где она обрабатывается соответствующим образом.

Особенности ПЛК

Чтобы понять, что такое контроллер, нужно разобраться в устройстве и его назначении. Программируемый элемент имеет несколько входов — с их помощью проверяется состояние переключателей и датчиков. И есть выходные терминалы, которые посылают сигналы на разных уровнях на электромагнитные клапаны, контакторы, электроприводы, реле и другие исполнительные механизмы.

Программирование ПЛК очень просто, потому что язык, на котором это делается, очень похож на логику электромагнитных реле. Если инженер-электрик или обычный слесарь умеет читать схемы релейных систем, он сможет без особого труда запрограммировать контроллеры. Это займет некоторое время, все зависит от количества логических элементов и функций.

Следует отметить, что в зависимости от модели ПЛК подключение к ним источников сигналов и функции программирования будут немного отличаться. Но суть процедуры настройки остается неизменной.

Подключение элементов к ПЛК

Все модели контроллеров имеют клеммы для подключения питания — некоторым требуется переменное напряжение до 120 В, другим — постоянное до 24 В. Напряжение питания зависит от модели устройства. Входные клеммы помечены буквой X — на каждую поступает отдельный сигнал. Общий провод обычно подключается к нейтрали источника переменного тока или к минусу постоянного тока.

На корпусе контроллера имеется оптический изолятор — простой светодиод. С его помощью входная клемма соединяется с общей. При подаче напряжения на ПЛК загорается светодиод — именно по нему можно судить о том, что устройство работает. На выходе с помощью цепей данных формируется сигнал — срабатывает блок коммутации.

В качестве коммутационного устройства могут быть использованы электромагнитные реле, транзисторы, автоматические выключатели, тиристоры. Выходы обозначены буквой Y. На каждом выходе установлен светодиод, который сигнализирует о работе устройства.

Как происходит программирование

Контроллеры — это устройства, которые позволяют обрабатывать электрический сигнал и преобразовывать его. Сегодня логика вводится в ПЛК с помощью компьютерной программы. Именно она решает, на каких выходных клеммах напряжение будет присутствовать при определенных условиях на входных клеммах.

Отчасти эта логика аналогична той, что используется в релейных схемах. Но в нем нет реле, переключателей, контактов. Написание и отображение программы происходит с помощью компьютера, подключенного к порту программирования.

Логика простой программы

 

Допустим, у нас есть контроллер, лампа и выключатель. Контроллер подключается к источнику питания, к входу подключается выключатель, а к выходу ставится лампа. При нажатии кнопки лампа должна загореться. Вариант простейшей программы для ПЛК:

1. Когда ключ разомкнут, на вход не подается напряжение, поэтому на выходе лампа не загорится.
2. Нажатие кнопки посылает входной сигнал. В программе будут активированы контакты, соответствующие порту. Все воображаемые реле начнут работать внутри контроллера. Это образное обозначение, на самом деле никаких электромагнитных реле в нем нет. В результате на выходе контроллера появляется напряжение и загорается лампа.

Все действия, выполняемые с контроллерами, наиболее практично рассматривать на примере электромагнитных реле. Так нагляднее видна работа устройства.

Зачем нужен компьютер

С помощью компьютера устанавливается логическая связь между входными и выходными клеммами. Программное обеспечение, с помощью которого составляется логика, позволяет отправить виртуальный сигнал на контроллер и посмотреть, как он поведет себя при определенных условиях.

После ввода логики в ПЛК компьютер выключается, и контроллер работает независимо. Все команды, данные ему на этапе программирования, он сможет выполнять без посторонней помощи.

Универсальность ПЛК

Чтобы понять мощь и универсальность программируемых компонентов, необходимо рассмотреть несколько типов программ. Контроллер является программируемым элементом, поэтому все заданные команды могут быть изменены без вторичной настройки подключенных к нему элементов.

Допустим, вам нужно изменить рассмотренную выше программу — при закрытии кнопки лампочка должна гаснуть, а при открытии — загораться.

Для выполнения такой команды нужно только заменить те типы команд, которые были ранее. При нажатии кнопки на вход ПЛК должно подаваться напряжение, а воображаемое реле, которое в нем находится, имеет нормально замкнутые контакты. Поэтому при подаче напряжения контакты размыкаются и лампа гаснет. Но когда в цепи контроллера пропадает сигнал, мнимое реле замыкает свои контакты и лампа загорается.

Преимущества контроллеров

Одним из преимуществ контроллеров является возможность программно реализовать логическое управление. Также, в отличие от релейного оборудования, выходной сигнал можно использовать столько раз, сколько необходимо для автоматизации.

С помощью контроллера для систем автоматики можно спроектировать систему пуска и останова электродвигателя. Чтобы построить подобную систему на электромеханических элементах, нужно использовать три реле.

При использовании контроллера кнопки подключаются к двум входным клеммам. На выходе установлен электродвигатель. Логика выглядит так:

1. При нажатии кнопки, подключенной к клемме X1, двигатель запускается. При этом контакты мнимого реле размыкаются и на выходе появляется напряжение питания.
2. При нажатии кнопки, подключенной к X2, двигатель останавливается. При этом игнорируется тот факт, что первая кнопка была нажата ранее.

Также все процессы, происходящие в контроллере, можно дублировать для удаленного мониторинга. Именно с помощью этой возможности реализовано удаленное управление системами. Теперь вы знаете, что такое элементы управления и каковы их ключевые функции. Программированием устройств может овладеть любой, кто разбирается в компьютерах и релейных технологиях.

Дополнительные

Почему необходимо использовать контроллеры, отличные от уже упомянутого посредничества? Наличие таких устройств позволяет снизить нагрузку, которая ложится на центральный процессор. Это значительно повышает производительность системы.

Механизм такой помощи заключается в том, что контроллеры освобождают центральные процессоры компьютера от самых медленных операций ввода или вывода. Впервые идея использования специальных интеллектуальных схем, разгружающих центральный процессор, была реализована в ЭВМ третьего поколения коллективного пользования IBM-360.

В Советском Союзе существовал специфический аналог ЭВМ ЕС. С приходом четвертого поколения появилась технологическая возможность собрать систему управления в едином кристалле. Так появились первые микроконтроллеры.

Работа с компьютером

Как контроллер работает с персональным компьютером? Это требует наличия соответствующей программы и данных в оперативной памяти. Они приходят сюда с разных устройств, таких как клавиатуры, диски, мыши. Обычно для их обозначения используется термин «внешний».

Хотя, справедливости ради, следует отметить, что некоторые из них (например, дисковод) находятся внутри системного блока компьютера. Результат обработки ЭВМ также отображается на внешних устройствах, таких как принтер, диски, флешки и монитор.

Резюмируя, можно сказать, что для полноценной работы персонального компьютера должен быть обмен данными. Это называется ввод/вывод. Чтобы Обмен данными выполнял возложенные на него функции, должны работать два звена:

1. Каждое внешнее устройство, подключенное к персональному компьютеру, имеет электронную схему, используемую для управления. А управляет им драйвер контроллера.
2. Каждый из них взаимодействует с оперативной памятью благодаря системной магистрали данных — шине. Все компоненты ПК, которые должны работать, подключаются к нему с помощью разъемов расширения системы, называемых слотами.

Для чего еще их можно использовать? Вот контроллер Simple Communications, используемый для контроля температуры составных частей системного блока. Ведь перегрев может привести к тому, что что-то расплавится и выйдет из строя.

Поэтому было предусмотрено такое устройство, которое в качестве реакции может включить/усилить систему охлаждения или ослабить мощность компонента. Для правильной работы любого устройства требуются драйверы контроллера. Windows 10 или другая операционная система имеют свои системные файлы, которые организуют работу устройства с персональным компьютером.

Схематические изображения и их зависимость от специализации

Теперь немного об аранжировках. Дело в том, что универсального и признанного нет. Это связано с тем, что элементы управления существуют для разных целей и должны выполнять разные функции. Именно из-за этого об их универсальности говорить не приходится. Просто подумайте, как контроллер дисплея может заставить принтер работать, если у него нет необходимого оборудования.

Поэтому в статье все же размещено несколько образцов, но здесь они показаны больше в ознакомительных целях, чтобы получить представление о том, как устроены эти устройства. А вот схему контроллера для каждого случая следует подбирать отдельно.

Что такое контроллер управления?

Само слово «контроль» буквально означает контроль. Устройство, называемое контроллером, буквально означает устройство, предназначенное для управления чем-либо.

Самый простой и понятный пример — компьютерный контроллер, управляющий внешними устройствами, такими как компьютерная клавиатура и мышь.

Чтобы понять диапазон охватываемых инструментов и устройств, именуемых контроллерами, я приведу более сложный пример — контроллеры ControlLogix. Эта система на базе единого автономного контроллера и модулей ввода/вывода позволяет осуществлять дискретное управление постоянными процессами, управление приводами, сервоприводами в самых разных сочетаниях.

Программируемые контроллеры используются для автоматического управления работой машин, процессов упаковки, автоматизации зданий и конвейеров, управления освещением зданий и систем безопасности.

Другой пример — контроллер умного дома. Это основной блок для работы этой системы. Ни одна система умного дома не обходится без контроллеров управления.

К входам контроллера умного дома подключаются различные датчики (протечки воды, газа, задымления, датчики движения и так далее). К выходам устройства подключены сервоприводы и реле управления, которые в автоматическом режиме могут отключать газ, воду, регулировать и управлять освещением дома.

Читайте также: Цифровая маркировка конденсаторов онлайн калькулятор

Обще устройство контроллеров управления

Рассмотрим общее расположение контроллеров управления. Это поможет на базовом уровне понять суть их применения и использования в различных системах.

Каждый контроллер имеет входные и выходные клеммы. Блоки управления также имеют клеммы для подключения внешних интерфейсов. Интерфейсы позволяют контроллеру получать и передавать сигналы на различные устройства. Это сетевой и коммуникационный интерфейс.

Например, интерфейс USB позволяет менять прошивку контроллера. Сеть Ethernet позволяет подключить устройство к Интернету и мобильному приложению. Интерфейсы промышленных контроллеров (например, Allen-Bradley) поддерживают промышленные сети (DeviceNet, ProfiBus, Ethernet, ControlNet, DH485 и т д.).

Основными элементами любого контроллера являются входы и выходы устройства. На входы поступают информационные сигналы для дальнейшей обработки. Контроллер сам подает на выходы сигнал, который чем-то управляет.

Например, на вход контроллера поступает сигнал от датчика температуры воздуха. К выходу подключаем управление кондиционером, включение которого зависит от датчика температуры воздуха.

Или другой пример, к входу подключаем датчик движения, а к выходу управление освещением, которое включает/выключает освещение по сигналу с датчика.

Языки программирования ПЛК

Создатели микроконтроллеров обеспечили взаимодействие разрабатываемых устройств с несколькими универсальными языками программирования. Условно их делят на графические и текстовые. Это дает возможность собрать готовый программный продукт из блоков, выполненных на разных языках.

За обманчивой простотой программирования скрываются трудности, с которыми обязательно столкнется самоуверенный инженер. Составить простейшие команды под силу неопытному пользователю. Для выполнения комплекса необходимо приобрести специальные навыки.

Удаленное управление и мониторинг

Различные интерфейсы управления встраиваются в контроллеры уже на стадии проектирования. Предусмотрена синхронизация с АСУ (SCADA и подобные). Оператор связывается с ПЛК через встроенную панель, блок ввода-вывода или извне. Для этого HMI, специализированный интерфейс взаимодействия человека и машины, подключается к устройству по помехозащищенному каналу, кабельной сети.

Какой из доступных способов реализовать, используя простейший клавиатурный модуль или сенсорную панель, решать заказчику. В последнее время активно используются «облачные» хранилища и виртуальные серверы. Не остаются в стороне и стандартные, интранет (локальные) и интернет (внешние) соединения.

Также допускается реализация веб-интерфейса без проводов, в сети Wi-Fi. Описанные методы невероятно расширяют возможности оператора. Упростите управление работающим комплексом ПЛК.

Типы связи систем

Умное внешнее освещение в доме

Связь для управления этой довольно сложной системой является важным компонентом. Существует несколько основных видов общения:

• Беспроводная локальная. Этот вид связи имеет ограниченный радиус действия и осуществляется с помощью радиосигнала, Wi-Fi или, в крайнем случае, Bluetooth. Управление осуществляется из любой точки помещения или даже придомовой территории.

Но если дом многоэтажный и к тому же сделан из материала, выполняющего экранирующую функцию (покрытый железом или даже состоит из бетонных плит с армированием), устанавливаются специальные устройства, усиливающие беспроводной сигнал, или дополнительные радиоточки;

• Удаленная беспроводная связь. Это возможно, если контроллер умного дома подключен к глобальным сетям или системам расширения связи, обеспечивающим постоянный доступ к ним. Это сети типа GSM/GPRS, любой мобильный интернет.

То есть, даже если нет интернета, вы можете отправить или получить СМС на телефон о состоянии той или иной системы, управляемой контроллером. Наиболее важными средствами связи являются телефон (смартфон), планшет или ноутбук.

• Проведено локально. Это один из устаревших и морально устаревших методов, но все же с хорошей надежностью. Связь осуществляется по кабелю, витой паре или электрическим проводам. Такое подключение есть у любого центрального или регионального контроллера умного дома.

Расширение связи и функций происходит с помощью переключателя, который создает несколько ответвлений. Управление осуществляется нажатием кнопок на панели управления, она может быть сенсорной или механической. Но иногда можно подключить и через комп, но это не очень удобно, теряется мобильность в управлении.

• Проводной метод дистанционного управления. Это достаточно дорогой способ, так как предполагает прокладку большого количества кабельной продукции. И чем дальше расположен блок управления, тем проблематичнее связь с контроллером.

Чаще всего этот способ связи используется не частными, а государственными организациями и структурами для управления несложными процессами для зданий и прилегающей территории. В домашних условиях используется редко.

То есть в комплекте чаще всего идут устройства, за счет которых происходит непосредственное управление. Это графические панели управления с кнопочным или сенсорным управлением, они также могут быть пультами дистанционного управления, настроенными на радиочастоту передатчика.

Блоки управления, такие как мобильные телефоны, компьютеры или планшеты, разумеется, приобретаются отдельно. Связь через них и управление происходит с помощью специально разработанного программного управления, которое обеспечивает удаленный доступ через Интернет.

Применение контроллеров

Современный ПЛК, дешевый и надежный, используется в ПИД-регуляторах, счетчиках Меркурий, промышленных установках серии ДВП. Компактность блоков означает, что их можно встраивать в бытовую технику, монтировать в распределительные щиты и шкафы вместе с другим электрооборудованием.

Энкодер, подключенный к контроллеру, используется в автомобильной промышленности и реагирует на изменение угла поворота рулевого колеса. ПЛК удобно использовать при создании комплексов ЧПУ, автоматизированных систем запуска аварийной откачки сточных вод в канализацию. Видеонаблюдение, встроенное в пост охраны, создаст для оператора полный обзор зоны наблюдения.

Все необходимые данные будут храниться на носителе (передаваться в сеть), а в случае опасности автоматически будет подаваться сигнал тревоги. Цепочка контролеров может управлять работой слесарного цеха, швейного цеха. В домашнем варианте ПЛК без участия человека включает свет, перекачивает воду из скважины в бак до нужного уровня.

Производители ПЛК

На рынке представлены компании из России, США, Германии, Японии. Это Texas Instruments, Carel, Delta Electronics, Schneider Electric, Mitsubishi, Beckhoff, Omron, Segnetics, Unitronics. Отечественная продукция представлена ​​торговыми марками «Овен», «Контар», «Текон».

Выбор конкретного решения зависит от требований заказчика, условий работы. А чтобы узнать чем PLC100, PLC110 отличается от PLC160, PLC323, нужно иметь квалификацию, возможно консультации специалистов.

На что обращать внимание при покупке

Прежде чем купить ПЛК, необходимо прояснить несколько моментов. Это факторы:

Универсальность программной среды. Общие языки для всех аппаратных платформ.

Наличие контроллеров с распределенным интегрированным вводом-выводом.

Реализация связи ПЛК с настольным компьютером.

Специализированное оборудование. Это микросистемы, ориентированные на работу с облачным сервисом (возможность оповещения по мобильной связи, почте).

открытая архитектура для отдельных ПЛК.

Этот список создает направление движения как покупателей, так и производителей. Заказчик сам решает, какому из перечисленных критериев отдать предпочтение. С дружественным программным обеспечением работа станет более удобной. Так говорят опытные сервис-инженеры.

Что же выбрать

ПЛК 110 «Овен» или Simatic s7 производства Siemens, Modicon m340, Segnetics trim5 явно уступают встроенной инструкции. Они работают по алгоритму, разработанному производителем. ПО от разных брендов не всегда совместимо, это учитывается при модернизации (замене) или дополнении технологических цепочек средствами автоматизации.

Термины step7, ms4, opc, pixel никому ничего не значат. Специалисты помогут управлять каталогом, обилием информации. Расшифровка обозначения микроконтроллера, выбор программы ПЛК для несведущего человека станет невыполнимой задачей. Отличие, оценка, сравнение представленных решений также достаточно сложны, чтобы приступить к ним без подготовки.

Обзоры, обзоры, опыт эксплуатации владельцев контроллеров помогут вам выбрать свое устройство. Правильный микроконтроллер не обязательно стоит дорого. Цена определяется выполняемыми функциями, маркой устройства. Описание, настройки параметров приведены в паспорте устройства.

Также есть список портов ввода-вывода, краткое руководство по подключению продукта. Для некоторых типов может потребоваться преобразователь напряжения; производитель должен указать его характеристики в инструкции по применению. Хороший диспетчер тот, кто выполняет свою работу.

Входы и выходы

 

Поскольку контроллеры имеют много возможностей, их можно использовать в самых разных комбинациях и системах. Однако важно, что входы и выходы контроллера могут быть как аналоговыми, так и цифровыми (дискретными).

• Дискретный вход определяет только наличие (единица) или отсутствие (ноль) сигнала.
• Аналоговый вход «видит» параметры сигнала.

Например, к аналоговому входу необходимо подключить датчики температуры, света, влажности. К цифровому входу необходимо подключить датчик движения или простой переключатель.