2

Realizace logického řízení pomocí konstrukčního propojování elektronických integrovaných obvodů není pro praxi příliš výhodná, protože funkce takového řízení jsou jednou pro vždy dané. Nalezneme je pouze v jednodušších jednoúčelových aplikacích. Mnohem více se uplatňují univerzální logické řídicí systémy, jejichž funkce je možné programovat podle potřeby. Jsou to tzv. programovatelné logické automaty, zkratkou PLC (Programmable Logic Controler). Jak již bylo řečeno v úvodu této kapitoly, je jimi řešena naprostá většina průmyslových řídicích aplikací. Jejich technické možnosti jsou různé. Jednoduché přístroje mohou pracovat pouze s dvouhodnotovými signály a provádět pouze logické operace, složitější mohou zpracovávat i analogové informace a provádět numerické operace a obvykle mívají už zabudované i číslicové regulační algoritmy, takže mohou být zapojeny přímo do regulačních smyček. To už se o nich hovoří jako o tzv. procesních počítačích. I jednoduché automaty jsou běžně vybaveny komunikačními jednotkami, které umožňují jejich propojení mezi sebou navzájem nebo s nadřazenými řídicími úrovněmi.

Pro programování automatů se používají buď jednoúčelové programovací aparáty, pomocí kterých se programuje obvykle v základním kódu automatu, nebo běžné osobní počítače se speciálním programovým vybavením, které bývá už uživatelsky příjemné.

Bloková struktura programovatelného automatu je znázorněna na obr. 5.3. Základem PLC jsou v principu tři funkční bloky: zpracování informace, vstupy/výstupy a paměť. Ostatní bloky jsou podpůrné a doplňkové.

· I/O (jednotka řízení vstupů a výstupů) snímá hodnoty vstupních veličin z procesu, konvertuje je do číslicové formy a ukládá do operační paměti,

· CPU (centrální jednotka) zpracovává informace, tj. podle programu čte z operační paměti hodnoty vstupních a pomocných proměnných, provádí s nimi logické (případně i numerické) operace a výsledky ukládá do operační paměti,

· RAM (operační paměť s možností čtení i zápisu) slouží k ukládání řídicího programu a hodnot vstupních, výstupních a pomocných proměnných,

· ROM (paměť pouze pro čtení) obsahuje systémové programy pro činnost automatu, které uživatel nemůže modifikovat,

· SPEC (speciální funkce) obsahuje modul hodin, časovače, čítače, sekvenční registry a případně algoritmy pro regulace, matematické funkce apod., je-li jimi automat vybaven,

· COM (komunikace) zajišťuje komunikaci automatu s okolím po sériové lince nebo po speciální komunikační sběrnici,

Vstupy a výstupy bývají od čidel a ovládacích prvků v technologickém procesu galvanicky odděleny, aby se při průrazu síťového napětí při poškození čidla, pohonu nebo kabelu nezničil i automat. Vstupy jsou navíc osazeny tvarovacím filtrem, který odstraňuje nežádoucí efekty při nedokonalém spínání elektrických kontaktů snímačů.

· časovače ... slouží k řízení doby trvání operací, jednak v řízeném procesu, jednak v řídicím programu (např. čekání na signál z procesu); časovače mají nastavitelný čas běhu, jsou spouštěny a zastavovány binárním signálem a po proběhnutí nastaveného času dávají na výstupu též binární signál, takže se velice dobře dají zařazovat do kombinační i sekvenční logiky,

· čítače ... slouží k počítání vstupních pulsů nebo k vysílání určeného počtu pulsů na výstup; počet pulsů je předvolitelný, čítače jsou ovládány binárními signály a jejich výstupy jsou rovněž binární signály, takže mohou být také snadno zařazovány do struktur logického řízení,

· sekvenční registry (nebo se jim také říká posuvné registry) ... jsou to posloupnosti bitů, ve kterých je každý bit samostatně adresovatelný, tj. můžeme se na něj v programu odkazovat. Vložení nové informace (logické 0 nebo 1) na vstup sekvenčního registru způsobí, že se tato informace umístí do 1.bitu a obsah všech ostatních bitů se posune o jednu směrem ke konci registru (poslední údaj se ztrácí); tím je možno určitou informaci posunovat a po určeném počtu kroků ji zase vyjmout a zpracovat.

Činnost PLC je založena na cyklickém provádění řídicího programu, tzv. skenování. Blíže si ji můžeme ozřejmit pomocí obr. 5.4.

Obr. 5.4 Funkční schéma PLC

V centrální jednotce (CPU) se všechny operace provádějí mezi registry. Je jich tam několik, ale z hlediska základní činnosti PLC jsou důležité první dva, které jsou v obrázku nakresleny. Programový čítač slouží k uložení adresy té instrukce v paměti, která se bude provádět v příštím kroku, zajišťuje tedy čtení programu z paměti a jeho provádění instrukci za instrukcí. Pro provádění logických operací je důležitý registr zvaný bitakumulátor. Na začátku logické operace se do něj uloží první operand, druhý operand je v pracovním registru a výsledek operace je uložen zase do bitakumulátoru. Logická hodnota obsahu bitakumulátoru pak rozhoduje o tom, zda se provedou (je-li bitakumulátor = 1) či neprovedou (je-li bitakumulátor = 0) následující instrukce, které modifikují obsah datové paměti a tím i výstupů z automatu do procesu. V programové části paměti jsou uloženy jednotlivé příkazy a jak již bylo řečeno, provádějí se cyklicky. Datová paměť je rozdělena na dvě části: jedna je přímo svázána s jednotlivými vstupy a výstupy (tj. každý vstup a výstup má svůj obraz v datové paměti), druhá slouží k ukládání konstant, mezivýsledků výpočtů apod. Před zahájením cyklu se sejmou hodnoty všech vstupů a zapíší do příslušné části datové paměti. Obsah celé datové paměti je v průběhu cyklu modifikován a po ukončení cyklu se hodnoty výstupních proměnných přenesou z datové paměti na výstupy z automatu. Instrukce prováděné v programu se týkají logických proměnných, ale rovněž tak práce s číselnými proměnnými, pokud je automat vybaven možnostmi aritmetických operací. Jednou z instrukcí je i podmíněný skok, který umožňuje určitou část programu při jeho provádění vynechat. Jeden programový cyklus („sken“) trvá řádově milisekundy, což zajišťuje dostatečně rychlou reakci řídicího systému na situaci v řízeném procesu.

Program pro PLC sestává z jednotlivých příkazů a ty zase z programových instrukcí. Struktura programového příkazu je u všech PLC v podstatě stejná a odpovídá tomuto schématu:

podmínka	(logický výraz)
instrukce	(např. nastavení hodnot výstupů nebo obsahu paměti)
	provedou se pouze tehdy, je-li podmínka splněna (logický výraz má hodnotu logická 1)

Automaty různých výrobců používají formálně poněkud odlišných programových příkazů a způsobů programování, ale význam základních příkazů je všude stejný. Určitá nepříjemnost je v tom, že každý výrobce PLC používá svůj programovací software pro PC. I když rozdíly nejsou příliš velké, přece jen jsou podstatné a programátor se musí při přechodu mezi automaty různých výrobců vždy znovu seznamovat s jejich instrukční sadou a s formálními pravidly jejich programování. Jako ukázka jsou přehled základních příkazů pro automat OP-45 firmy Alfa Laval SattControl a úsek programu pro tento automat zajišťující řízení míchadla podle příkladu LR - 2 uvedeny zde.

Kromě programování pomocí instrukcí (tzv. programování v textovém módu) mnozí výrobci dodávají software pro grafické programování, které se provádí pomocí symbolů logických operací popřípadě složitějších funkčních bloků propojovaných spojnicemi představujícími signály. V poslední době dochází k unifikaci těchto programovacích systémů na základě normy IEC 1131-3 (ČSN EN 61131-3).