Sterowniki swobodnie programowalne PLC – czym są i jak działają?

Ciągły rozwój automatyki, w tym telematyki i telemetrii sprawia, że wraz z nim wzrastają nie tylko możliwości sprzętu w zakresie zdalnych pomiarów i transmisji danych, ale przede wszystkim gwałtownie rośnie liczba przesyłanych danych, ich różnorodność i wymagania związane z ich pełnym wykorzystaniem w systemach telemetrycznych, czy automatyki budynkowej. Istotną rolę w tych systemach odgrywają sterowniki swobodnie programowalne PLC.

Wstęp do sterowników swobodnie programowalnych PLC – definicja i podstawowe zasady działania

Sterownik swobodnie programowalny PLC (ang. Programmable Logic Controller) to wyspecjalizowany do zastosowań w automatyce mikrokomputer wyposażony w procesor, pamięć operacyjną, pamięć danych, układy wejść i wyjść oraz porty komunikacyjne. Jego immanentną cechą jest możliwość swobodnego zaprogramowania jego działania. Program wykonawczy jest zapisany w pamięci operacyjnej i może być dowolnie modyfikowany bezpośrednio z wykorzystaniem portu RS232, USB lub zdalnie. Program jest wykonywany cyklicznie, a pełny cykl obejmuje odczyt i zapis stanów wejściowych i na ich podstawie, zgodnie z instrukcjami zawartymi w programie, odpowiednie ustawienie i zapisanie stanów wyjściowych. Dane wejściowe to najczęściej dane pochodzące od urządzeń zapewniających zdalny odczyt pomiarów lub dane pochodzące z innych sterowników PLC lub modułów stanowiących elementy systemu automatyki. Dane wyjściowe to dane przeznaczone do transmisji i dalszego przetwarzania przez inne moduły lub kierowane do centrali systemu. Część wyjść sterownika PLC mogą stanowić wyjścia sterujące modułami mocy odpowiadającymi za sterowanie lokalnymi urządzeniami wykonawczymi, jak silniki, pompy zawory, itp.

Kluczowe cechy i zalety sterowników PLC

Dwie najważniejsze cechy sterowników to elastyczność zastosowania i łatwość ich zaprogramowania. Elastyczność i uniwersalność zastosowania wynikają stąd, że sterownik PLC oferuje wiele wejść i wyjść dzięki czemu może przetwarzać wiele danych jednocześnie, w tym zarówno dane cyfrowe, jak i analogowe. Sterowniki PLC współpracują z większością urządzeń pomiarowych umożliwiających zdalny odczyt danych i zapewniają kilka rodzajów transmisji danych. Ich zaletą jest również wysoka niezawodność i pewność działania. Łatwość ich programowania sprawia, że rozszerzenie efektywności, możliwości lub udoskonalenie systemu najczęściej nie wymaga zmian w architekturze systemu, a wiąże się jedynie z modyfikacją programu.

Systemy automatyki, w tym systemy telemetryczne tworzone w oparciu o sterowniki PLC są na tyle uniwersalne, że system opracowany dla jednej branży może zostać łatwo zaadaptowany dla innej branży, a zmiany najczęściej ograniczają się do wymiany urządzeń zdalnego odczytu danych i przeprogramowaniu sterownika.

Jak programuje się sterowniki PLC i jakie mają zastosowania?

Zmiana programu zapisanego w pamięci wewnętrznej, konfiguracja wejść i wyjść, czy aktualizacja firmware sterownika PLC jest prosta i może być wykonywana lokalnie przez port USB lub RS-232. Zmian można dokonać zdalnie z wykorzystaniem transmisji Ethernet lub GPRS/LTE-M dzięki czemu zmiana adresata SMS alarmowego, progu alarmowego na wejściu analogowym, czy oprogramowania nie wymaga fizycznej obecności. Dla najnowszych sterowników PLC pracujących pod nadzorem systemu Linux można łatwo i szybko tworzyć aplikacje w popularnych językach C, Python, Perl, PHP, Java, Node JS, Lua, Basic, Shell.

Zastosowanie sterowników PLC w przemyśle zapewnia pełny i niezawodny nadzór i monitorowanie procesów produkcyjnych i technologicznych. Zakres możliwości systemu zależy od nasycenia procesu urządzeniami zapewniającymi zdalny odczyt pomiarów produkowanych przedmiotów lub przebieg realizacji procesu technologicznego, stanu poszczególnych urządzeń i narzędzi, itp.

Coraz większe znaczenie zaczynają odgrywać systemy automatyki budynkowej, w których sterowniki PLC odgrywają niebagatelną rolę. Istotnym czynnikiem decydującym o ich szerokim zastosowaniu w tej dziedzinie jest, poza łatwością programowania, ich przystosowanie do jednoczesnego przetwarzania wielu różnych danych pomiarowych oraz sterowania kilkoma urządzeniami wykonawczymi, co jest szczególnie pożądane w monitorowaniu i sterowaniu bezpieczeństwem, oświetleniem, ogrzewaniem, wentylacją i klimatyzacją w całym budynku i indywidualnie w każdym z pomieszczeń.

Wyzwania i przyszłe kierunki rozwoju sterowników PLC

Rozwój i coraz szersze wykorzystanie w przemyśle i życiu codziennym Internetu Rzeczy (IoT) oraz Sztucznej Inteligencji (AI) wymusza zmiany także w dziedzinie automatyki przemysłowej, budynkowej i telemetrii. W założeniach leżących u podstaw IoT i AI jest ciągła wymiana danych w całym łańcuchu wartości oraz możliwość uczenia się i udoskonalania procesów. W przypadku sterowników PLC wykorzystanie AI do automatycznej modyfikacji programu sterującego i zmian konfiguracji modułów we/wy w zasadzie już jest możliwe. Rozwój sterowników PLC powinien raczej zmierzać w kierunku zwiększenia możliwości związanych z przesyłaniem danych opartym na transmisji bezprzewodowej, wykorzystaniem aplikacji mobilnych oraz diagnostyką urządzeń bezpośrednio współpracujących ze sterownikiem.