Programmable logic controller

Sebelum kedatangan sirkuit logika solid-state, sistem kontrol logis didesain dan dibangun secara eksklusif di sekitar relay elektromekanik. Relay jauh dari usang dalam desain modern, tetapi telah digantikan dalam banyak mantan peran mereka sebagai alat kontrol logika-tingkat, yang paling sering diturunkan kepada orang-aplikasi yang diinginkan saat ini tinggi dan / atau switching tegangan tinggi.
Sistem dan proses yang membutuhkan "on / off" kontrol berlimpah-limpah di perdagangan modern dan industri, tetapi sistem kontrol tersebut jarang dibangun dari relay elektromekanik baik atau gerbang logika diskrit. Sebaliknya, komputer digital memenuhi kebutuhan, yang dapat diprogram untuk melakukan berbagai fungsi logis.
Pada akhir 1960-an perusahaan Amerika bernama Bedford Associates merilis sebuah perangkat komputer yang mereka sebut MODICON tersebut. Sebagai akronim, itu berarti Modular Digital Controller, dan kemudian menjadi nama sebuah divisi perusahaan yang dikhususkan untuk desain, manufaktur, dan penjualan komputer ini kontrol-tujuan khusus. engineering perusahaan lain mengembangkan versi mereka sendiri perangkat ini, dan akhirnya kemudian dikenal dalam istilah non-proprietary sebagai PLC, atau Programmable Logic Controller. Tujuan dari sebuah PLC adalah untuk langsung mengganti relay elektromekanik sebagai elemen logika, bukan menggantikan negara-solid komputer digital dengan program yang tersimpan, dapat meniru banyak interkoneksi relay untuk melakukan tugas-tugas logis tertentu.
Sebuah PLC memiliki banyak "masukan" terminal, melalui yang menafsirkan "tinggi" dan "rendah" negara logis dari sensor dan switch. Ia juga memiliki banyak output terminal, melalui output yang "tinggi" dan "rendah" sinyal ke lampu listrik, solenoida, kontaktor, motor kecil, dan perangkat pinjaman diri untuk on / off kontrol. Dalam upaya untuk membuat program PLC mudah, bahasa pemrograman mereka dirancang untuk menyerupai diagram tangga logika. Jadi, seorang tukang listrik industri atau insinyur listrik terbiasa untuk membaca tangga skema logika akan merasa nyaman pemrograman PLC untuk melakukan fungsi kontrol yang sama.
PLC adalah komputer industri, dan sebagai input mereka seperti sinyal output dan biasanya 120 volt AC, seperti kontrol relay elektromekanik mereka dirancang untuk menggantikan. Meskipun beberapa PLC memiliki kemampuan untuk input dan output sinyal tegangan rendah tingkat DC besarnya digunakan dalam rangkaian gerbang logika, ini adalah pengecualian dan bukan aturan.
Sinyal koneksi dan pemrograman standar agak berbeda antara model yang berbeda dari PLC, tetapi mereka cukup serupa untuk memungkinkan "generik" pengantar pemrograman PLC di sini. Ilustrasi berikut menunjukkan PLC sederhana, karena akan muncul dari pandangan depan. Dua terminal sekrup menyediakan koneksi hingga 120 volts AC untuk menjalankan sirkuit internal PLC's, label L1 dan L2. terminal sekrup Enam di sisi kiri menyediakan koneksi ke perangkat input, masing-masing mewakili sebuah terminal input yang berbeda "channel" dengan label sendiri "" X. Terminal sekrup bawah-kiri adalah "Common" koneksi, yang umumnya terhubung ke L2 (netral) dari sumber listrik 120 VAC.
Di dalam perumahan PLC, dihubungkan antara setiap terminal masukan dan terminal umum, adalah perangkat opto-isolator (Light-Emitting diode) yang menyediakan "elektrik terisolasi tinggi" sinyal logika dengan sirkuit komputer (foto-transistor menafsirkan lampu LED ) bila ada 120 VAC daya yang digunakan antara masing-masing terminal masukan dan terminal umum. Sebuah menunjukkan LED pada panel depan PLC memberikan indikasi visual masukan "energi":

sinyal output yang dihasilkan oleh sirkuit komputer PLC mengaktifkan perangkat switching (transistor, TRIAC, atau bahkan sebuah relay elektromekanik), menghubungkan Source "" terminal ke salah satu dari "-Y" terminal output berlabel. Source "" terminal, dengan demikian, biasanya dihubungkan ke sisi L1 sumber daya 120 VAC. Seperti halnya dengan setiap input, sebuah menunjukkan LED pada panel depan PLC memberikan indikasi visual dengan keluaran "energi":

Dengan cara ini, maka PLC dapat antarmuka dengan perangkat nyata-dunia seperti switch dan solenoida.
Logika sebenarnya dari sistem kontrol dibentuk di dalam PLC melalui program komputer. Program ini menentukan energi yang mendapatkan output dimana kondisi input. Meskipun program itu sendiri tampaknya logika diagram tangga, dengan saklar dan relay simbol, tidak ada kontak-kontak saklar aktual atau kumparan relay yang beroperasi di dalam PLC untuk menciptakan hubungan logis antara input dan output. Ini adalah kontak khayalan dan koil, jika Anda mau. Program ini masuk dan dilihat melalui komputer yang terhubung ke port program PLC's.
Perhatikan rangkaian berikut dan program PLC:

Ketika saklar tombol tekan adalah unactuated (unpressed), daya tidak akan dikirim ke input X1 dari PLC. Setelah program, yang menunjukkan kontak-X1 biasanya terbuka di seri dengan sebuah koil Y1, tidak ada kekuasaan "" akan dikirim ke koil Y1. Jadi, output Y1 PLC tetap de-energi, dan lampu indikator tetap terhubung ke gelap.
Jika tombol tekan tombol ditekan, bagaimanapun, kekuasaan akan dikirim ke input X1 PLC's. Setiap dan semua kontak X1 muncul dalam program ini akan menganggap negara (non-normal) ditekan, seolah-olah mereka kontak relay ditekan oleh energi dari kumparan relay bernama "X1". Dalam hal ini, energi input X1 akan menyebabkan kontak X1 terbuka biasanya akan "dekat," mengirimkan "kuasa" untuk kumparan Y1. Ketika kumparan Y1 dari program "energi," Y1 output riil akan menjadi energi, pencahayaan sampai lampu terhubung:
Perlu dipahami bahwa kontak X1, Y1 coil, kabel yang menghubungkan, dan "kekuatan" muncul di layar komputer pribadi adalah semua virtual. Mereka tidak ada sebagai komponen listrik nyata. Mereka ada sebagai perintah dalam program komputer - sebuah software saja - yang kebetulan mirip relay diagram skematik nyata.
Sama pentingnya untuk dipahami adalah bahwa komputer pribadi yang digunakan untuk menampilkan dan mengedit program PLC adalah tidak diperlukan untuk melanjutkan operasi PLC. Setelah program telah dimuat ke PLC dari komputer pribadi, komputer pribadi dapat dicabut dari PLC, dan PLC akan terus mengikuti perintah diprogram. Aku termasuk layar komputer pribadi dalam ilustrasi untuk kepentingan Anda saja, dalam membantu untuk memahami hubungan antara kondisi kehidupan nyata (penutupan saklar dan lampu status) dan status program ("kekuasaan" melalui kontak virtual dan koil virtual).
Kekuatan benar dan fleksibilitas dari sebuah PLC terungkap ketika kita ingin mengubah perilaku dari suatu sistem kontrol. Karena PLC adalah perangkat yang dapat diprogram, kita dapat mengubah perilaku dengan mengubah perintah yang kita berikan, tanpa harus mengkonfigurasi ulang komponen listrik terhubung. Sebagai contoh, misalkan kita ingin membuat sirkuit fungsi ini beralih-dan-lampu dalam mode terbalik: menekan tombol untuk mematikan lampu, dan lepaskan untuk membuatnya menyala. The "perangkat keras" solusi akan meminta tombol tekan saklar tertutup biasanya diganti untuk switch biasanya terbuka saat ini di tempat. Perangkat lunak "" solusi jauh lebih mudah: hanya mengubah program sehingga kontak X1 biasanya tertutup daripada biasanya terbuka.
Pada ilustrasi berikut, kita memiliki sistem diubah ditampilkan di negara di mana tombol tekan adalah unactuated (tidak ditekan):

Dalam ilustrasi berikutnya, switch ditampilkan ditekan (ditekan):
Salah satu keuntungan menerapkan kontrol logis dalam perangkat lunak daripada perangkat keras adalah bahwa sinyal input dapat digunakan kembali sebanyak dalam program ini seperti yang diperlukan. Sebagai contoh, ambil rangkaian berikut dan program, dirancang untuk memberi energi lampu jika setidaknya dua dari tiga tombol tombol tekan secara bersamaan ditekan:
Untuk membangun sebuah sirkuit yang setara menggunakan relay elektromekanik, tiga relay dengan dua kontak normal terbuka masing-masing harus digunakan, untuk menyediakan dua kontak per menonaktifkan input. Program Menggunakan PLC, bagaimanapun, kami dapat sebagai kontak banyak seperti yang kita inginkan untuk setiap masukan "" X tanpa menambahkan hardware tambahan, karena input masing-masing dan output masing-masing tidak lebih dari satu bit dalam memori digital pada PLC (baik 0 atau 1) , dan dapat mengingat sebanyak yang diperlukan.
Selain itu, karena masing-masing output PLC tidak lebih dari sedikit di memori juga, kita dapat menetapkan kontak dalam program PLC "ditekan" oleh output (Y) status. Ambil contoh untuk sistem berikutnya, motor start-stop sirkuit kontrol:
tombol tekan Switch terhubung ke input X1 berfungsi sebagai tombol "Start", sedangkan switch terhubung ke X2 masukan berfungsi sebagai "Berhenti." Kontak lain dalam program ini, bernama Y1, menggunakan status kumparan output sebagai meterai-di kontak, langsung, sehingga kontaktor motor akan terus diberi energi setelah saklar "Start" tombol tekan dilepaskan. Anda dapat melihat kontak X2 tertutup biasanya muncul dalam blok berwarna, menunjukkan bahwa dalam suatu (tertutup "listrik dari") negara.
Jika kita tekan tombol "Start", input X1 akan energi, sehingga "menutup" kontak X1 dalam program ini, mengirimkan "kekuatan" ke koil "Y1," energi output Y1 dan menerapkan 120 volt listrik AC ke koil kontaktor motor nyata. Kontak Y1 paralel juga akan "dekat," demikian menempel rangkaian "" dalam keadaan energi:

Sekarang, jika kita melepaskan "Start" tombol tekan, yang normal-X1 terbuka "kontak" akan kembali ke "membuka negaranya", tetapi motor akan terus berjalan karena segel-Y1 dalam "kontak" terus memberikan "kontinuitas" untuk "power" koil Y1, dengan demikian menjaga output Y1 energi:
Untuk menghentikan motor, sejenak kita harus menekan tombol "Stop" tombol tekan, yang akan memberikan energi masukan X2 dan "terbuka" kontak "biasanya tertutup," melanggar kontinuitas ke koil "Y1:"
Ketika "Stop" tombol tekan dilepaskan, X2 masukan akan de-energi, kembali "kontak" X2 untuk normal, "tertutup" negara. Motor, bagaimanapun, tidak akan mulai lagi sampai tombol tekan "Mulai" adalah ditekan, karena "segel-dalam" dari Y1 telah hilang:
Poin penting untuk membuat desain di sini adalah bahwa gagal-aman sama pentingnya dalam sistem PLC yang dikontrol seperti di sistem-relay elektromekanis dikendalikan. Salah satu harus selalu mempertimbangkan dampak dari gagal (terbuka) kabel pada perangkat atau perangkat yang dikendalikan. Dalam contoh ini kontrol motor sirkuit, kita punya masalah: jika kabel input untuk X2 (the "Stop" switch) yang gagal membuka, tidak akan ada cara untuk menghentikan motor!

Solusi untuk masalah ini adalah pembalikan logika antara kontak "X2" di dalam program PLC dan sebenarnya "Stop" beralih tombol tekan:
Bila biasanya tertutup "Stop" saklar tombol tekan adalah unactuated (tidak ditekan), masukan X2 PLC akan diberi energi, sehingga "menutup" X2 itu "kontak" di dalam program. Hal ini memungkinkan motor akan dimulai ketika input X1 adalah energi, dan memungkinkan untuk terus berjalan ketika "Start" tombol tekan tidak lagi ditekan. Ketika "Stop" adalah tombol tekan ditekan, X2 masukan akan de-energi, sehingga "membuka" X2 itu "kontak" di dalam program PLC dan mematikan motor. Jadi, kita melihat tidak ada perbedaan operasional antara desain baru dan desain sebelumnya.
Namun, jika kabel input pada input X2 adalah untuk gagal terbuka, masukan X2 akan de-energi dengan cara yang sama seperti ketika "Stop" tombol tekan ditekan. Hasilnya, kemudian, untuk kegagalan pengkabelan pada input X2 adalah bahwa motor akan segera dimatikan. Ini adalah desain lebih aman daripada yang sebelumnya ditampilkan, dimana "Stop" beralih kegagalan kabel akan mengakibatkan ketidakmampuan untuk mematikan motor.
Selain input (X) dan output (Y) unsur program, PLC menyediakan "internal" gulungan dan kontak dengan intrinsik tidak ada hubungannya dengan dunia luar. Ini banyak digunakan sama seperti "relay kontrol" (CR1, CR2, dll) yang digunakan dalam rangkaian relay standar: untuk memberikan inversi logika sinyal bila diperlukan.
Untuk menunjukkan bagaimana salah satu dari "internal" relay dapat digunakan, pertimbangkan contoh berikut sirkuit dan program, yang dirancang untuk meniru fungsi dari gerbang NAND tiga-masukan. Sejak PLC elemen program biasanya dirancang oleh huruf tunggal, aku akan memanggil relay internal control "C1" daripada "CR1" sebagai akan adat dalam rangkaian kontrol relay:
Dalam rangkaian ini, lampu akan tetap menyala selama salah satu pushbuttons tetap unactuated (unpressed). Untuk membuat lampu mematikan, kita harus menjalankan (pers) ketiga switch, seperti ini:
Bagian ini pada pengendali programmable logic menggambarkan hanya contoh kecil dari kemampuan mereka. Seperti komputer, PLC dapat melakukan fungsi waktu (untuk setara waktu-delay relay), drum sequencing, dan fungsi-fungsi lanjutan lainnya dengan akurasi dan reliabilitas yang jauh lebih besar daripada apa yang mungkin menggunakan perangkat logika elektromekanis. Kebanyakan PLC memiliki kemampuan untuk jauh lebih dari enam input dan output enam. Foto berikut ini menunjukkan beberapa modul input dan output dari PLC Allen-Bradley tunggal.

Dengan modul masing-masing memiliki enam belas "titik" baik input maupun output, PLC ini memiliki kemampuan untuk memantau dan mengendalikan puluhan perangkat. Fit ke dalam lemari kontrol, sebuah PLC memakan sedikit ruang, terutama mengingat ruang yang setara yang akan diperlukan oleh relai elektromekanis untuk melakukan fungsi yang sama:

Satu keuntungan dari PLC yang tidak bisa ditiru oleh relai elektromekanis adalah pemantauan dan pengendalian melalui jaringan komputer digital. Karena PLC tidak lebih dari sebuah komputer digital tujuan khusus, memiliki kemampuan untuk berkomunikasi dengan komputer lain lebih mudah. Foto berikut ini menunjukkan sebuah komputer pribadi menampilkan gambar grafis dari proses cair tingkat nyata (a memompa, atau "mengangkat," stasiun untuk sistem pengolahan air limbah perkotaan) yang dikendalikan oleh PLC. Stasiun pompa sebenarnya terletak jauh dari layar komputer pribadi: