Pengontrol Logika yang Dapat Diprogram

Struktur dasar Inti dari sebuah pengontrol logika yang dapat diprogram adalah komputer yang didedikasikan untuk kontrol industri. Struktur perangkat kerasnya pada dasarnya sama dengan komputer mikro. Struktur dasarnya adalah: 1. Catu daya Catu daya pengontrol logika terprogram memegang peranan yang sangat penting dalam keseluruhan sistem. Tanpa sistem catu daya yang baik dan andal, sistem ini tidak dapat bekerja dengan baik. Oleh karena itu, produsen pengontrol logika terprogram juga sangat mementingkan desain dan pembuatan catu daya. Umumnya, fluktuasi tegangan AC berada dalam kisaran +10% (+15%), dan PLC dapat langsung dihubungkan ke jaringan listrik AC tanpa melakukan tindakan lain. 2. Unit Pemrosesan Pusat (CPU) Unit pemrosesan pusat (CPU) adalah pusat kendali pengontrol logika terprogram. CPU menerima dan menyimpan program pengguna dan data yang diketik dari pemrogram sesuai dengan fungsi yang ditetapkan oleh program sistem pengontrol logika terprogram; memeriksa status catu daya, memori, I/O, dan pengatur waktu peringatan, serta dapat mendiagnosis kesalahan sintaksis dalam program pengguna. Saat pengontrol logika terprogram dioperasikan, CPU terlebih dahulu menerima status dan data setiap perangkat input di lokasi dengan cara pemindaian, lalu menyimpannya masing-masing di area gambar I/O, lalu membaca program pengguna dari memori program pengguna satu per satu, dan setelah perintah ditafsirkan, hasil operasi logika atau aritmatika dikirim ke area gambar I/O atau register data sesuai dengan instruksi. Setelah semua program pengguna dijalankan, status output area gambar I/O atau data dalam register output akhirnya ditransmisikan ke perangkat output terkait, dan siklus berjalan hingga berhenti. Untuk lebih meningkatkan keandalan PLC, PLC besar juga dilengkapi dengan CPU ganda untuk membentuk sistem redundan, atau sistem pemungutan suara tiga CPU, sehingga meskipun ada CPU yang rusak, keseluruhan sistem masih dapat beroperasi secara normal. 3. Memori Memori yang menyimpan perangkat lunak sistem disebut memori program sistem. Memori yang menyimpan perangkat lunak aplikasi disebut memori program pengguna. 4. Rangkaian antarmuka input dan output 4.1. Rangkaian antarmuka masukan medan terdiri dari rangkaian kopling optik dan rangkaian antarmuka masukan mikrokomputer, dan berfungsi sebagai saluran masukan antarmuka antara pengendali logika terprogram dan pengendali medan. 4.2. Rangkaian antarmuka keluaran medan diintegrasikan dengan register data keluaran, rangkaian pemilihan, dan rangkaian permintaan interupsi, dan pengontrol logika terprogram mengeluarkan sinyal kontrol yang sesuai ke komponen eksekusi medan melalui rangkaian antarmuka keluaran medan. 5. Modul fungsional Seperti penghitungan, pemosisian, dan modul fungsional lainnya. 6. Modul komunikasi  Pemilihan PLC dan analisis kasus Saat memilih PLC, Anda harus menganalisis karakteristik proses dan persyaratan kontrol secara terperinci, mengklarifikasi tugas dan cakupan kontrol, menentukan operasi dan tindakan yang diperlukan, lalu memperkirakan jumlah titik input dan output, kapasitas memori yang diperlukan, dan menentukan fungsi PLC serta karakteristik perangkat eksternal berdasarkan persyaratan kontrol. Terakhir, pilih PLC dengan rasio kinerja-harga yang lebih tinggi dan rancang sistem kontrol yang sesuai. Di bawah ini, kami akan merinci poin-poin yang harus diperhatikan saat memilih PLC: 1. Estimasi Titik Input dan Output (I/O)Margin yang sesuai harus dipertimbangkan saat memperkirakan jumlah titik I/O. Biasanya, berdasarkan jumlah statistik titik input dan output, margin yang dapat diperluas sebesar 10% hingga 20% ditambahkan sebagai data perkiraan untuk jumlah titik input dan output. 2. Estimasi kapasitas memori; kapasitas memori adalah ukuran unit penyimpanan perangkat keras yang dapat disediakan oleh pengontrol yang dapat diprogram itu sendiri, dan kapasitas program adalah ukuran unit penyimpanan yang digunakan oleh proyek aplikasi pengguna dalam memori, sehingga kapasitas program lebih kecil dari kapasitas memori. Untuk mendapatkan estimasi tertentu dari kapasitas program selama desain dan pemilihan, estimasi kapasitas memori biasanya digunakan sebagai pengganti. Secara umum, itu adalah 10 hingga 15 kali jumlah titik I/O digital, ditambah 100 kali jumlah titik I/O analog, dan angka ini adalah jumlah total kata dalam memori (16 bit adalah satu kata), dan 25% lainnya dari angka ini dianggap sebagai margin.3. Pemilihan fungsi kontrol; pemilihan ini mencakup pemilihan karakteristik seperti fungsi perhitungan, fungsi kontrol, fungsi komunikasi, fungsi pemrograman, fungsi diagnostik, dan kecepatan pemrosesan. (1) Fungsi operasi; fungsi operasi PLC sederhana meliputi operasi logika, fungsi pengaturan waktu dan penghitungan; fungsi operasi PLC biasa juga meliputi pergeseran data, perbandingan dan fungsi operasi lainnya; fungsi operasi yang lebih kompleks meliputi operasi aljabar, transmisi data, dll.; PLC besar juga memiliki operasi PID analog dan fungsi operasi canggih lainnya. Dengan munculnya sistem terbuka, PLC sekarang memiliki fungsi komunikasi. Beberapa produk memiliki komunikasi dengan komputer yang lebih rendah, beberapa produk memiliki komunikasi dengan komputer yang sama atau komputer atas, dan beberapa produk juga memiliki fungsi komunikasi data dengan pabrik atau jaringan perusahaan. Saat mendesain dan memilih, kita harus mulai dari persyaratan aplikasi aktual dan secara wajar memilih fungsi operasi yang diperlukan. Di sebagian besar aplikasi, hanya operasi logis dan fungsi pengaturan waktu dan penghitungan yang diperlukan. Beberapa aplikasi memerlukan transmisi dan perbandingan data. Ketika digunakan untuk deteksi dan kontrol analog, operasi aljabar, konversi numerik dan operasi PID digunakan. Operasi decoding dan encoding diperlukan untuk menampilkan data. (2) Fungsi kontrol: Fungsi kontrol meliputi operasi kontrol PID, operasi kontrol kompensasi umpan maju, operasi kontrol rasio, dll., yang harus ditentukan sesuai dengan persyaratan kontrol. PLC terutama digunakan untuk kontrol logika sekuensial. Oleh karena itu, pengontrol loop tunggal atau multi-loop sering digunakan dalam banyak kasus untuk menyelesaikan kontrol analog. Terkadang, unit input dan output cerdas khusus juga digunakan untuk melengkapi fungsi kontrol yang diperlukan, meningkatkan kecepatan pemrosesan PLC, dan menghemat kapasitas memori. Misalnya, unit kontrol PID, penghitung kecepatan tinggi, unit analog dengan kompensasi kecepatan, unit konversi kode ASC, dll. digunakan. (3) Fungsi komunikasi: Sistem PLC berukuran besar dan sedang harus mendukung berbagai fieldbus dan protokol komunikasi standar (seperti TCP/IP), dan harus dapat terhubung ke jaringan manajemen pabrik (TCP/IP) bila diperlukan. Protokol komunikasi harus mematuhi standar komunikasi ISO/IEEE dan harus menjadi jaringan komunikasi terbuka. Antarmuka komunikasi sistem PLC harus mencakup antarmuka komunikasi serial dan paralel (RS 232C/422A/485), port komunikasi RIO, Ethernet industri, antarmuka DCS umum, dll.; bentuk utama jaringan komunikasi sistem PLC adalah sebagai berikut: 1) PC adalah stasiun master, dan beberapa PLC dengan model yang sama adalah stasiun slave, membentuk jaringan PLC sederhana; 2) 1 PLC adalah stasiun master, dan PLC lain dengan model yang sama adalah stasiun slave, membentuk jaringan PLC master-slave; 3) Jaringan PLC terhubung ke DCS besar sebagai subnet DCS melalui antarmuka jaringan tertentu; 4) Jaringan PLC khusus (jaringan komunikasi PLC khusus dari setiap produsen). Untuk mengurangi tugas komunikasi CPU, sesuai dengan kebutuhan aktual komposisi jaringan, prosesor komunikasi dengan fungsi komunikasi yang berbeda (seperti point-to-point, fieldbus, Ethernet industri) harus dipilih. (4) Fungsi pemrograman; Mode pemrograman offline: PLC dan programmer berbagi CPU. Saat programmer dalam mode pemrograman, CPU hanya menyediakan layanan untuk programmer dan tidak mengontrol peralatan lapangan. Setelah pemrograman selesai, programmer beralih ke mode berjalan, dan CPU mengontrol peralatan lapangan dan tidak dapat diprogram. Pemrograman offline dapat mengurangi biaya sistem, tetapi tidak nyaman untuk digunakan dan di-debug. Mode pemrograman online: CPU dan programmer memiliki CPU mereka sendiri. CPU host bertanggung jawab untuk kontrol lapangan dan bertukar data dengan programmer dalam siklus pemindaian. Programmer mengirimkan program atau data terkompilasi online ke host. Pada siklus pemindaian berikutnya, host berjalan sesuai dengan program yang baru diterima. Metode ini lebih mahal, tetapi debugging dan operasi sistem nyaman, dan sering digunakan dalam PLC berukuran besar dan sedang. (5) Fungsi diagnostikFungsi diagnostik PLC meliputi diagnosis perangkat keras dan perangkat lunak. Diagnosis perangkat keras menentukan lokasi kesalahan perangkat keras melalui penilaian logika perangkat keras, dan diagnosis perangkat lunak dibagi menjadi diagnosis internal dan diagnosis eksternal. Diagnosis kinerja dan fungsi internal PLC melalui perangkat lunak adalah diagnosis internal, dan diagnosis fungsi pertukaran informasi antara CPU PLC dan komponen input dan output eksternal melalui perangkat lunak adalah diagnosis eksternal.Kekuatan fungsi diagnostik PLC secara langsung memengaruhi kemampuan teknis yang dibutuhkan operator dan personel pemeliharaan, dan memengaruhi waktu perbaikan rata-rata. (6) Kecepatan pemrosesanPLC bekerja dalam mode pemindaian. Dari perspektif persyaratan waktu nyata, kecepatan pemrosesan harus secepat mungkin. Jika durasi sinyal kurang dari waktu pemindaian, PLC tidak akan dapat memindai sinyal, yang mengakibatkan hilangnya data sinyal. Kecepatan pemrosesan terkait dengan panjang program pengguna, kecepatan pemrosesan CPU, kualitas perangkat lunak, dll. Saat ini, kontak PLC memiliki respons cepat dan kecepatan tinggi. Waktu eksekusi setiap instruksi biner sekitar 0,2 hingga 0,4Ls, sehingga dapat beradaptasi dengan kebutuhan aplikasi dengan persyaratan kontrol tinggi dan persyaratan respons cepat. Siklus pemindaian (siklus pemindaian prosesor) harus memenuhi persyaratan berikut: waktu pemindaian PLC kecil tidak lebih dari 0,5 ms/K; waktu pemindaian PLC berukuran besar dan sedang tidak lebih dari 0,2 ms/K. 4. Pemilihan model （1） Jenis-jenis PLCPLC dibagi menjadi dua kategori menurut strukturnya: tipe integral dan tipe modular. PLC dibagi menjadi dua kategori menurut lingkungan aplikasinya: instalasi lapangan dan instalasi ruang kontrol. PLC dibagi menjadi 1 bit, 4 bit, 8 bit, 16 bit, 32 bit, 64 bit, dll. menurut panjang kata CPU. Dari sudut pandang aplikasi, biasanya dapat dipilih menurut fungsi kontrol atau titik input dan output. Titik I/O PLC integral bersifat tetap, sehingga pengguna memiliki lebih sedikit ruang untuk memilih dan digunakan dalam sistem kontrol kecil; PLC modular menyediakan berbagai kartu I/O atau kartu plug-in, sehingga pengguna dapat memilih dan mengonfigurasi titik I/O sistem kontrol secara wajar. Perluasan fungsi nyaman dan fleksibel, dan umumnya digunakan dalam sistem kontrol berukuran besar dan sedang. (2) Pemilihan modul input dan output; pemilihan modul input dan output harus konsisten dengan persyaratan aplikasi. Misalnya, untuk modul input, persyaratan aplikasi seperti level sinyal, jarak transmisi sinyal, isolasi sinyal, dan metode catu daya sinyal harus dipertimbangkan. Untuk modul output, jenis modul output yang akan dipilih harus dipertimbangkan. Umumnya, modul output relai memiliki karakteristik harga rendah, rentang tegangan lebar, masa pakai pendek, dan waktu respons yang lama; modul output thyristor cocok untuk pengalihan yang sering dan beban faktor daya rendah induktif, tetapi lebih mahal dan memiliki kapasitas kelebihan beban yang buruk. Modul output juga memiliki output DC, output AC, dan output analog, yang harus konsisten dengan persyaratan aplikasi. Menurut persyaratan aplikasi, modul input dan output cerdas dapat dipilih secara wajar untuk meningkatkan level kontrol dan mengurangi biaya aplikasi. Pertimbangkan apakah rak ekspansi atau rak I/O jarak jauh diperlukan. (3) Pemilihan catu dayaCatu daya PLC, selain desain dan pemilihan PLC sesuai dengan persyaratan manual produk saat memperkenalkan peralatan, catu daya PLC harus dirancang dan dipilih sesuai dengan persyaratan manual produk. Secara umum, catu daya PLC harus dirancang dan dipilih dengan catu daya 220VAC, yang konsisten dengan tegangan jaringan listrik rumah tangga. Untuk aplikasi penting, catu daya tak terputus atau catu daya yang distabilkan tegangan harus digunakan. Jika PLC itu sendiri memiliki catu daya yang dapat digunakan, harus diperiksa apakah arus yang disediakan memenuhi persyaratan aplikasi, jika tidak, catu daya eksternal harus dirancang. Untuk mencegah catu daya tegangan tinggi eksternal dimasukkan ke dalam PLC karena kesalahan pengoperasian, perlu untuk mengisolasi sinyal input dan output, dan terkadang dioda sederhana atau tabung sekering dapat digunakan untuk isolasi. (4) Pemilihan memori: Karena perkembangan teknologi chip terintegrasi komputer, harga memori telah turun. Oleh karena itu, untuk memastikan operasi normal proyek aplikasi, kapasitas memori PLC umumnya diperlukan setidaknya memori 8K menurut 256 titik I/O. Ketika fungsi kontrol yang kompleks diperlukan, kapasitas yang lebih besar dan memori tingkat tinggi harus dipilih. (5) Pertimbangan EkonomiSaat memilih PLC, Anda harus mempertimbangkan rasio kinerja-harga. Saat mempertimbangkan efisiensi ekonomi, Anda juga harus mempertimbangkan faktor-faktor seperti skalabilitas, pengoperasian, dan rasio input-output aplikasi, membuat perbandingan dan mempertimbangkannya, dan akhirnya memilih produk yang lebih memuaskan.Jumlah titik input dan output berdampak langsung pada harga. Setiap kartu input dan output tambahan akan meningkatkan biaya. Ketika jumlah titik meningkat ke nilai tertentu, kapasitas memori, rak, motherboard, dll. yang sesuai juga akan meningkat. Oleh karena itu, peningkatan jumlah titik berdampak pada pemilihan CPU, kapasitas memori, rentang fungsi kontrol, dll. Hal ini harus dipertimbangkan sepenuhnya selama estimasi dan pemilihan untuk membuat seluruh sistem kontrol memiliki rasio kinerja-harga yang lebih wajar. 

Instruksi pengaturan dan reset (SET/RST) (1) SET (set instruction) Fungsinya untuk mengatur dan memelihara elemen sasaran yang dioperasikan. (2) RST (instruksi reset) mengatur ulang elemen target yang dioperasikan dan menjaganya dalam keadaan bersih. Ketika instruksi SET dan RST digunakan, ketika X0 biasanya terbuka dan terhubung, Y0 menjadi ON dan tetap dalam keadaan ini. Bahkan jika X0 terputus, status ON Y0 tetap tidak berubah. Hanya ketika X1 biasanya terbuka dan tertutup, Y0 menjadi OFF dan tetap dalam keadaan ini. Sekalipun X1 biasanya terbuka dan terputus, Y0 tetap MATI. Petunjuk penggunaan instruksi SET dan RST: 1) Elemen target dari instruksi SET adalah Y, M, S, dan elemen target dari instruksi RST adalah Y, M, S, T, C, D, V, dan Z. Instruksi RST sering digunakan untuk menghapus isi D, Z, dan V, dan juga digunakan untuk mereset timer dan counter kumulatif. 2) Untuk elemen target yang sama, SET dan RST dapat digunakan beberapa kali dalam urutan apa pun, tetapi yang terakhir dijalankan adalah valid. Instruksi kontrol utama (MC/MCR) 1) MC (Instruksi Kontrol Utama) digunakan untuk koneksi kontak seri umum. Setelah mengeksekusi MC, busbar kiri bergerak ke belakang kontak MC. 2) MCR (Master Control Reset Instruksi) Merupakan instruksi reset dari instruksi MC, yaitu instruksi MCR digunakan untuk mengembalikan posisi semula bus kiri. Dalam pemrograman, sering kali beberapa kumparan dikendalikan oleh satu atau sekelompok kontak pada waktu yang bersamaan. Jika kontak yang sama dihubungkan secara seri pada rangkaian kontrol setiap kumparan, sejumlah besar unit penyimpanan akan ditempati. Menggunakan perintah kontrol utama dapat mengatasi masalah ini. Instruksi MC dan MCR menggunakan MC N0 M100 untuk menggerakkan bus kiri ke kanan, sehingga Y0 dan Y1 berada di bawah kendali X0, dimana N0 mewakili level nesting. Dalam struktur non-bersarang, N0 dapat digunakan dalam jumlah yang tidak terbatas; MCR N0 digunakan untuk mengembalikan ke keadaan bus kiri semula. Jika X0 terputus, instruksi antara MC dan MCR akan dilewati dan dieksekusi ke bawah. Petunjuk penggunaan instruksi MC dan MCR: 1) Elemen target instruksi MC dan MCR adalah Y dan M, tetapi relai bantu khusus tidak dapat digunakan. MC menempati 3 langkah program dan MCR menempati 2 langkah program; 2) Kontak kontrol utama tegak lurus terhadap kontak umum pada diagram tangga. Kontak kontrol utama adalah kontak yang biasanya terbuka yang terhubung ke busbar kiri dan merupakan sakelar utama yang mengontrol sekelompok sirkuit. Kontak yang terhubung dengan kontak kontrol utama harus menggunakan instruksi LD atau LDI. 3) Ketika kontak input instruksi MC diputus, timer kumulatif, counter, dan komponen yang digerakkan oleh instruksi reset/set di MC dan MCR mempertahankan keadaan sebelumnya. Timer dan counter non-kumulatif, komponen yang digerakkan oleh instruksi OUT akan direset. Ketika X0 diputus pada 22, Y0 dan Y1 akan menjadi OFF. 4) Penggunaan kembali instruksi MC dalam area instruksi MC disebut nesting. Jumlah maksimum level bersarang adalah 8, dan jumlahnya bertambah sesuai urutan N0→N1→N2→N3→N4→N5→N6→N7. Pengembalian setiap level menggunakan instruksi MCR yang sesuai, dan direset dari level bersarang dengan angka terbesar. Instruksi diferensial (PLS/PLF) (1) PLS (instruksi diferensial tepi naik) menghasilkan keluaran pulsa dari satu siklus pemindaian pada tepi naik sinyal masukan; (2) PLF (instruksi diferensial tepi jatuh) menghasilkan keluaran pulsa dari satu siklus pemindaian pada tepi jatuh dari sinyal masukan. Tepi sinyal dideteksi oleh instruksi diferensial, dan keadaan Y0 dikendalikan oleh perintah set dan reset. Petunjuk penggunaan PLS dan instruksi PLF: 1) Elemen sasaran instruksi PLS dan PLF adalah Y dan M; 2) Saat menggunakan PLS, elemen target AKTIF hanya dalam satu siklus pemindaian setelah input drive AKTIF, dan M0 AKTIF hanya dalam satu siklus pemindaian ketika kontak X0 yang biasanya terbuka berubah dari mati ke aktif; saat menggunakan instruksi PLF, hanya tepi jatuh dari sinyal input yang digunakan untuk mengemudi, dan sisanya sama dengan PLS.