PLCの正式名称はプログラマブルロジックコントローラ（プログラマブルロジックコントローラ）で、自動制御用のマイクロプロセッサを備えたデジタル演算コントローラで、制御命令をいつでもメモリにロードして保存および実行できます。PLCは、 CPU、命令およびデータメモリ、入出力インターフェース、電源、デジタル/アナログ変換などの機能ユニットで構成されます。
シングルチップマイクロコンピュータと比較してみましょう。シングルチップマイクロコンピュータ（シングルチップマイクロコンピュータ、正式名称：シングルチップマイクロコンピュータ）は、データ処理機能、ランダムアクセスメモリRAM、読み取り機能を備えた中央処理装置CPUの一種です。メモリなどのROM、さまざまな I/O ポートおよび割り込みシステム、タイマ/カウンタおよびその他の機能 (アナログ マルチプレクサ、A/D コンバータおよびその他の回路も含まれる場合がある) のみをシリコン チップに統合して、小型で完全なデバイスを形成します。マイコンシステム。
上記の説明から、PLC とマイクロコントローラーは非常に似ています。これらはすべてコンピュータシステムを備えたプログラマブルコントローラです。しかし、それらの応用分野と使用法はまったく異なります。PLCは生産ライン、産業用ロボット、CNC工作機械などの産業オートメーション分野に偏り、シングルチップマイコンは家電など生活分野に偏っています。
シングルチップマイコンは、見かけ上はチップであり、シングルチップマイコンの最小システムは水晶発振回路やリセット回路などのモジュールで構成されます。PLCは外から見ると大きな箱に見えますが、内部の部品はすべてパッケージ内に収められており、外からは抵抗やコンデンサなどの電子部品は見えず、多数の配線端子と表示灯のみが見えます。これにより、PLC は過酷な環境でもより安定して動作し、より強力な抗干渉能力を得ることができます。もちろん、PLCの価格もシングルチップマイコンに比べてはるかに高く、PLCの価格は1,000元であるため、PLCは一般の家庭用電化製品には使用されていません。
次に、動作電圧も異なり、シングルチップマイコンの動作電圧は一般的にDC 5Vですが、PLCの動作電圧はDC 24VまたはAC 220Vです。したがって、マイクロコントローラーは電子製品に似ており、PLC は電気機器に似ています。シングルチップマイコンと同様に、PLC の出力ポートは一般に負荷を直接駆動せず、リレーやコンタクタを制御することで間接的に主回路を制御するのが一般的です。
実際には、PLC の内部はシングルチップマイコンとみなすことができますが、PLC はシングルチップマイコンをベースに二次開発を行い、その使用方法を大きく変更し、独立したより便利なプログラミングセットを導き出しました。同時に、サポート機器もより標準化されます。
現在主流の PLC ブランドには、シーメンス (ドイツ)、三菱 (日本)、オムロン (日本)、シュナイダー (フランス) などが含まれます。Inovance、Xinjie、Hechuan などの国内ブランドも台頭しており、これらも高い市場シェアを持っています。現在もシーメンスが最高の市場シェアを誇っています。
ブランドが異なれば、使用するプログラミング ソフトウェアも異なります。また、同じブランドの PLC のモデルが異なれば、使用するソフトウェアも異なります。たとえば、シーメンス PLC には 4 つのプログラミング ソフトウェアがあります。STEP7 Microwin ( S7-200 )、STEP 7- Micro/WIN SMART (S7-200 SMART 用に特別に開発されたプログラミング ソフトウェア)、STEP7 V5.5 ( S7-300、S7- 400、ET200)、STEP 7 V11 (S7-300、S7-400、S7-1500、S7-1200)。
PLC プログラミング言語: PLC には、ラダー図言語 (LD)、命令リスト言語 (IL)、ファンクション ブロック言語 (FBD)、シーケンシャル ファンクション フローチャート言語 (SFC)、および構造化テキスト言語 (ST) の 5 つの標準プログラミング言語があります。ラダー図はグラフィカルにプログラムされるため、基本的な回路の背景がある人にとって最も簡単に学習できます。ラダー図は電気動作回路図に対応しており、直感的で対応しており、元のリレー制御と一致しており、電気設計者にとって理解しやすいものです。下の図は単純な PLC コイルのセルフロッキング ラダー図 (Siemens) です。論理関係と回路原理が非常に似ていることがわかります。
次に、Siemens S7-1200を例にPLCの仕組みとプログラミング環境を紹介します。
S7-1200 は、シーメンスの新世代モジュール式小型 PLC です。まずこの PLC の構造を見てください。
PLCの本体となるのは中央のCPUで、CPUではありますが、実際にはプロセッサ、入出力ポート、メモリが一体化されており、単体でも動作します。S7-1200 には 3 つの CPU モデルがあり、各モデルには 3 つのバージョンがあり、各バージョンは異なる電源/入出力方式に対応しているため、非常に柔軟に使用できます。そのパラメータの一部は次のとおりです (詳細なパラメータは、Siemens 公式 Web サイトの製品マニュアルからダウンロードできます)。
一部の単純な制御シナリオでは、単一の CPU で十分であり、一定数の I/O ポートを備えています。たとえば、上の表の CPU 1214C には 14 個の入力ポートと 10 個の出力ポートがあります。ただし、CPU の入出力ポートが不十分な場合や、アナログ入出力を使用する必要がある場合など、拡張モジュールが必要になる場合があります。
1つ目はシグナルボード（SB）です。正面構造図を参照してください。これはCPUの前面に取り付けられています。シグナルボードを取り付けるにはCPUのフロントカバーを開けるだけで済みますが、信号ボードは1つだけです信号ボード取り付けスロットがあるため、S7- 1200 は最大 1 つの信号ボードしか拡張できません。さらに、この取り付けスロットには RS-458 インターフェースやバッテリーボードも取り付けることができます。
信号ボードの入出力ポートが取り付けられている場合は、CPU の右側に取り付けられ、銅ピンを介して CPU に接続される信号モジュール (SM) が必要です。信号ボードに比べて、複数の信号モジュールを同時に増設できます 上の表を見ると、CPU 1214C は最大 8 つの信号モジュールを増設できますので、8 つの信号モジュールを接続するシーンがイメージできると思います。信号モジュールを使用すると、入出力ポートの不足を心配する必要はもうありません (ただし、信号モジュールは設置スペースを占有する必要があり、拡張が増えるほど占有スペースも増加します)。
信号ボードや信号モジュールには多くの種類があり、モデルによって入出力点数、アナログ値、デジタル値も異なります。特定のモデルについては、S7-1200 ユーザー マニュアルを参照してください。ここでは詳しく説明しません。
CPU の左側に通信モジュール (CM) が搭載されており、S7-1200 は最大 3 つの通信モジュールを拡張できます。CPUとネットワーク間のブリッジです。
PROFINET インターフェイス: このインターフェイスは、プログラミング、HMI 通信、および PLC 間の通信に使用されます。さらに、オープン イーサネット プロトコルを介したサードパーティ デバイスとの通信もサポートします。プログラムをダウンロードすると、パソコンのEthernetインターフェースとネットワークケーブルで接続され、簡易シリーズ盤との接続や、他のPLCとEthernet通信を行うこともできます。
もう一度PLCの配線図を見てみましょう。上記で CPU のモデルとバージョンについて説明しましたが、S7-1200 CPU には DC/DC/DC、AC/DC/RLY、DC/DC/RLY の 3 つのバージョンがあります。バージョン番号には電源電圧/入力電圧/出力電圧に対応する 3 つのパラメータがあり、AC は AC 220V、DC は DC 24V、RLY はリレー出力 (リレー出力は AC 220V で制御されます) を意味します。ここで PLC がシングルチップマイコンとは異なることが分かります シングルチップマイコンの入出力電圧は電源電圧と一致しますが、PLC の電源電圧、入力電圧、出力電圧は一致しません。は同じではないため、PLC は 2 つの電源を同時に使用する可能性があります。以下は、CPU 1214C の 3 つのバージョンの配線図です。
他の 2 つの CPU は 1214C と同じですが、ポート数が異なるため、ここでは詳しく説明しません。
次に、S7-1200のプログラミングソフトウェアを紹介します。
使用する必要があるソフトウェアは TIA Portal (Botu) ソフトウェアで、「ソフトウェア マネージャー」でダウンロードしてインストールできます (このソフトウェアのインストールは面倒ですが、インストールの失敗を避けるために段階的にインストール手順に従うことができます)。TIA ポータルはプログラミング、シミュレーション、HMI インターフェイス設計を統合しており、非常に使いやすいです。ここでは V15 バージョンを使用しています。Portal の異なるバージョンには互換性がないことに注意してください。これは本当に腹立たしいことです。
まずソフトウェア インターフェイスを見てみましょう。下の図は PLC 構成を示しています。追加されたデバイスとその接続はここで確認できます。
PLC のラダー図は回路に非常に似ており、直並列構造、セルフロック、インターロックなどを備えていますが、相違点もあります。ラダー図の左端には、エネルギーの流れと呼ばれる垂直線があります (川の源にたとえることができます)。ラダー図の特定のコンポーネントが機能しているかどうか、つまり、そのコンポーネントに流れに似たエネルギーの流れがあるかどうか (比喩的に言えば、川の源の水がそのコンポーネントに流れ込むかどうか) を確認します。 (電流の流れが閉ループである必要があることを除いて、台形図は必要ありません)、開いたスイッチはエネルギーの流れの流入を分離できます。
ラダー図の基本的な命令は次のとおりです(タイマー、カウンタ、シフトなどの命令は後で紹介します):
-| |- 常開接点
-|/|- 常閉接点
XOR ビット排他的論理和
-|NOT|- 信号フローリバース
- ( ) 出力コイル
- (S) コイルセット
-(R) コイル リセット
RS リセット セット フリップフロップ
RS セット リセット フリップフロップ
-(N)- 立ち下がりエッジ検出
-(P)- 立ち上がりエッジ検出
ラダー図はコイルから始めることはできず、2 つのコイルを直列に接続することもできないことに注意してください。
すべての PLC 変数は、データ タイプ、対応するアドレス、名前を含めて、PLC 変数テーブルで見つけることができます。
以下はHMIマンマシンインターフェース開発インターフェースで、想像力を働かせて様々な絵やアニメーションを作成することができ、マンマシンインターフェースのシミュレーションもできるのでとても便利です。
上図のように、通し番号1のボタンはダウンロードボタンで、ラダー図作成後、このボタンをクリックするとプログラムをPLCにダウンロードできます、通し番号2はダウンロードの逆で、プログラムをダウンロードできます。 PLC からコンピュータへ; このボタンは PLCSIM コンポーネントを使用してラダー図シミュレーションを実行することができますが、その具体的な使用方法は、次回特別な例を使用して紹介します。
PLCを学ぶ上で最も重要なことはプログラミングであり、プログラミングで最も重要なことはプログラム思考です。ラダー図はC言語やアセンブリ言語とはプログラムロジックが大きく異なるため、最初は少し戸惑いますが、C言語の論理的思考を飛び出し、回路の論理的思考で理解する必要があります。ラダー図は実際には非常に単純であることがわかります。
まずラダー図を理解し、いくつかの例を見つけ、最初に全体構造を明らかにし、次に各コンポーネントの機能を分析し、次にさまざまな制御要件の下で既存のプログラムを修正してみて、最後にプログラムを作成してみることをお勧めします。あなた自身のアイデア。自分でプログラムをいくつか書くことができ、アイデアが明確に理解できれば、ラダー図の意味は理解できたことになります。
もちろん、PLC はプログラムできるだけでなく、インバータ、サーバー、PID 制御などにおける PLC の応用を学ぶ必要があります。
この記事は完全に個人的な理解ですので、間違いがあればご指摘ください。