CONTROLERELE LOGICE PROGRAMABILE (PLC)
AUTOMATELE PROGRAMABILE
NOŢIUNI INTRODUCTIVE
1.1. Definiţie şi rol funcţional
Echipamentele cu logică programată (ELP) sau automatele programabile (AP) sau
programmable logic controllers (PLC) sunt echipamente destinate conducerii automate a
proceselor industriale.
Structura unui proces automatizat cu ajutorul unui automat programabil poate fi
sintetizată prin schema bloc prezentată mai jos (fig. 1.1):
Fig. 1.1: Structura unu proces automatizat cu ajutorul unui automat programabil
Automatul programabil realizează astfel cele două sarcini principale ale automatizării
unui proces:
- măsura, care în acest caz presupune monitorizarea stării procesului prin achiziţia la intrările
automatului, prin intermediul senzorilor, butoanelor, limitatoarelor de cursă, etc. a variabilelor
de stare din proces;
- controlul, care presupune prelucrarea informaţiilor primite de la intrări şi generarea
comenzilor necesare spre elemente de execuţie din procesul automatizat, conform unui
program specific.
Automatele programabile pot înlocui automatizările discrete ce utilizează o comandă
realizată cu elemente electromecanice, pneumatice sau electronice în logică cablată, aducând
flexibilitate, structură compactă, siguranţă mărită în funcţionare şi programare uşoară şi
rapidă.
Un automat programabil poate fi definit ca un sistem specializat destinat pentru
tratarea problemelor de logică secvenţială şi combinaţională, simulând structurile logice de
comandă printr-o configuraţie elastică, programabilă.
Prin concepţia sa, un automat programabil este adaptabil pentru funcţionarea în mediul
industrial, poate opera într-o plajă largă de temperatură şi umiditate, este uşor adaptabil la
interfaţarea cu orice proces şi nu ridică probleme deosebite privind formarea personalului de
deservire datorită facilităţilor de programare oferite. Toate aceste caracteristici, la care se mai
pot adăuga robusteţea generală a echipamentului şi preţul de cost relativ redus, fac ca
automatele programabile să constituie o pondere importantă în sistemele de conducere a
sistemelor de automatizare industriale.
Aceste echipamente s-au impus într-o gamă tot mai largă de aplicaţii, datorită
simplităţii programării, accesibilităţii şi fiabilităţii ridicate în exploatare.
Utilizarea logicii programate constituie o modalitate calitativ superioară de realizare a
echipamentelor de comandă. În cazul ELP funcţiile care trebuie executate şi succesiunea
acestora sunt stabilite de programul înscris în memoria program. Se asigură o flexibilitate
deosebită dispozitivelor de comandă, permiţând uşoare modificări şi dezvoltări ulterioare.
Dacă în cazul logicii cablate orice modificare în funcţionarea echipamentului de comandă
implică realizarea unui nou cablaj, unor noi legături între elemente, în cazul ELP modificarea
constă în simpla inserare a unor alte expresii algebrice în memoria program, fără a fi necesare
modificări în cablajul iniţial, realizându-se astfel economii însemnate de timp şi de manoperă.
Totodată, această facilitate a ELP permite tipizarea interfeţelor de intrare şi ieşire şi a unităţii
centrale, personalizarea unei scheme de comandă făcându-se prin programul implementat.
Acest aspect conduce şi la regândirea şi optimizarea ciclului de proiectare al unui echipament
de comandă. Ciclul clasic: conceperea schemei, realizarea cablajului (verificarea funcţionării,
refacerea schemei, etc., se modifică în sensul că se implementează programul în memorie cu
echipamentul de programare, se vizualizează pe monitor şi se verifică prin folosirea unor
programe de monitorizare şi auto-testare. Eventualele modificări la punerea în funcţiune a
instalaţiei se fac prin echipamentul de programare fără a afecta cablajul realizat, eficienţa
activităţii de proiectare şi implementare crescând considerabil.
ELP se remarcă şi prin reducerea numărului de componente (cu până la 80% comparativ cu
schemele de automatizare cu relee), creşterea fiabilităţii şi reducerea importantă a consumului
de energie electrică.
Dintre dezavantajele ELP putem aminti costul relativ ridicat şi necesitatea programării
şi operării acestora de către un personal calificat. Trebuie subliniat faptul că în timp, însă,
costul a scăzut constant şi domeniul de aplicaţie al ELP s-a extins şi în cazul comenzilor cu un
număr foarte mic de intrări şi ieşiri (10÷12).
1.2. Scurt istoric
În momentul de faţă se estimează că peste 60% din totalul comenzilor industriale în
ţările avansate sunt realizate cu ELP, iar acest procent este în creştere.
Automatele programabile au fost introduse prima oară în anii ’60. Principalul motiv al
proiectării şi dezvoltării acestor sisteme a fost costul ridicat al realizării, exploatării şi depanării
sistemelor de automatizare cablate, bazate în principal pe relee electromagnetice, care dominau la
acea dată sistemele de automatizare industriale.
Apariţia automatului programabil a fost precedată de elaborarea şi sistematizarea unui
set de cerinţe pentru noul sistem de automatizare destinat înlocuirii sistemelor de automatizare
cu relee intermediare.
Astfel, automatul programabil trebuia să îndeplinească următoarele:
să fie comparabil din punct de vedere al preţului cu sistemele de automatizare cu relee
intermediare;
să fie capabil să opereze în mediul industrial;
să fie conceput şi realizat într-o formă modulară, cu posibilitatea înlocuirii uşoare a
modulelor;
să aibă posibilitatea de a transmite datele colectate din proces unui sistem central
supervizor;
programarea noului sistem trebuia să fie simplă, uşor de înţeles de către personalul
familiarizat cu sistemele de automatizare cu relee.
Primul automat programabil în variantă industrială a apărut în SUA sub numele de
MODICON 084 (Modular Digital Controller).
La mijlocul anilor ’70 automatele programabile erau realizate în principal în
tehnologia microprocesoarelor cu prelucrare pe bit, iar în 1973 au apărut primele protocoale
de comunicaţie între automate.
În anii ’80 au apărut primele automate cu microprocesoare cu prelucrare pe cuvânt, şi
de asemenea au apărut primele tendinţe de standardizare a protocoalelor de comunicaţie. Tot
în această perioadă s-a pus accentul pe reducerea dimensiunii PLC-urilor şi prin introducerea
programării software simbolice, realizarea programelor putându-se realiza din ce în ce mai
mult pe calculatoare personale în locul consolelor de programare dedicate, utilizate exclusiv
pentru programarea PLC-urilor până în acel moment.
În perioada anilor ’90 s-a pus un accent din ce în ce mai mare asupra standardizării
atât a modurilor de programare cât şi a protocoalelor de comunicaţie. Anii ’90 au fost de
asemenea martorii unei tendinţe de înlocuire a sistemelor de automatizare bazate pe automate
programabile cu sisteme de automatizare bazate pe calculatoare personale, tendinţă care nu s-
a generalizat (automatele programabile dominând cu autoritate piaţa echipamentelor cu logică
programată) din următoarele motive:
Automatul programabil este garantat pentru utilizare în condiţii severe de "stres"
industrial (variaţii de tensiune şi temperatură, noxe, vibraţii);
Unitatea centrală este o unitate logică special concepută să interpreteze un set restrâns
de instrucţiuni proprii controlului de proces. Acestea exprimă funcţii de bază ca: evaluarea
expresiilor booleene (logice) cu atribuirea rezultatului unei variabile memorate sau unui canal
de ieşire, secvenţe de numărare sau temporizare, calcule matematice ş.a.;
Programarea structurilor de tip automat programabil este simplă şi constă în scrierea directă
de la un terminal a unui şir de instrucţiuni, conform unor diagrame de semnal, ciclograme,
organigrame sau a unui set de ecuaţii booleene. Intenţia producătorilor de AP este de a se
adapta cunoştinţelor şi preferinţelor utilizatorilor;
Execuţia instrucţiunilor este ciclică, ceea ce face ca derularea rapidă a unui program în
raport cu timpii de răspuns ai procesului să permită sesizarea evenimentelor la puţin timp
după ce apar, fără riscul pierderii de informaţie sau perturbare a procesului. Există de
asemenea posibilitatea lucrului cu întreruperi pentru procese foarte rapide.
1.3. Clasificări
Generaţiile actuale de automate programabile asigură posibilităţi complexe de
comunicaţie serială şi conectare în reţea. Versiunile constructive înglobează componente şi
unităţi de interfaţare structurate modular pentru mărimi analogice şi digitale preluate de la
diverşi traductori, module de achiziţie analogică (temperatură, semnal unificat de
automatizare), comunicaţie (pentru legarea în reţea şi monitorizarea automată), module de
ieşire analogică, module de poziţionare sau control al mişcării, module specializate de reglare
PID, module specializate de reglare fuzzy, module pentru recunoaşterea formelor ş.a.
Din punct de vedere structural se pot distinge:
- automate programabile realizate în structură deschisă, sub forma unei plăci cu circuite
imprimate, fără carcasă (fig. 1.2)
Fig. 1.2: Automat programabil realizat în structură deschisă
Acest tip de automate este foarte ieftin (de obicei preţul de cost este sub 100 Euro), dar
numărul de intrări şi ieşiri este limitat şi nu are posibilitatea adăugării unor module de
extensie.
- automate programabile cu structură monobloc, realizate în carcasă închisă (fig. 1.3)
Fig. 1.3: Automate programabile realizate în carcasă închisă, structură monobloc
În acest caz, toate elementele componente ale automatului programabil sunt grupate într-o
carcasă, dimensiunile acesteia variind în funcţie de numărul de terminale de intrare şi ieşire.
Această variantă constructivă permite conectarea unor modulele de extensie, care au o carcasă
separată şi se conectează prin intermediul unor cabluri de legătură.
- automate programabile realizate în structură modulară (fig. 1.4)
Fig. 1.4: Automat programabil realizat în structură modulară
Această variantă de realizare este specifică automatelor programabile complexe, cu
număr mare de intrări ieşiri, cu o multitudine de posibilităţi de control şi în consecinţă cu un
număr mare de modele de extensie disponibile.
În funcţie de numărul total de terminale de intrare şi ieşire (suma acestora), automatele
programabile se pot clasifica în (fig. 1.5):
Fig. 1.5: Clasificarea automatelor programabile după numărul total de terminale de
intrare şi ieşire
Automate programabile micro, cu un număr maxim de 32 de terminale de intrare şi
ieşire (cea mai întâlnită valoare este 20);
Automate programabile mici, cu un număr maxim de 128 de terminale de intrare şi
ieşire;
Automate programabile medii, cu un număr maxim de 1024 de terminale de intrare şi
ieşire;
Automate programabile mari, cu un număr maxim de 4096 de terminale de intrare şi
ieşire;
Automate programabile foarte mari, cu un număr maxim de 8192 de terminale de
intrare şi ieşire (această valoare nu este o valoare limită, deoarece evoluţia automatelor
programabile este foarte rapidă).
În continuare sunt prezentate sintetic câteva caracteristici ale fiecărui tip de automate
programabile prezentat mai sus.
Automatele programabile micro
- număr maxim de terminale de intrare/ieşire 32
- procesor pe 16 biţi
- destinate strict înlocuirii sistemelor de automatizare cu relee intermediare
- memorie până la 1 K, unde, în funcţie de tipul memoriei, 1K poate însemna 1024 biţi, 1024
bytes sau 1024 cuvinte (words)
- intrări/ieşiri digitale
- realizate fie în structură deschisă, fie în structură monobloc
- programare funcţii de tip releu
- programare funcţii de tip numărător şi temporizator
- introducerea programului atât de la dispozitivul de programare off-line (calculator personal -
PC) cât şi de la de la consola portativă de programare
Automatele programabile mici
- număr maxim de terminale de intrare/ieşire 128
- procesor pe 16 biţi
- destinate strict înlocuirii sistemelor de automatizare cu relee intermediare
- memorie până la 2 K
- intrări/ieşiri digitale
- realizate în structură monobloc
- programare funcţii de tip releu
- programare funcţii de tip numărător şi temporizator
- introducerea programului atât de la dispozitivul de programare off-line (PC) cât şi de la de la
consola portativă de programare
Automatele programabile medii
- număr maxim de terminale de intrare/ieşire 1024
- procesor pe 16 sau 32 biţi
- destinate atât înlocuirii sistemelor de automatizare cu relee intermediare cât şi controlului
sistemelor analogice
- memorie până la 4 KB, expandabilă la 16 K
- intrări/ieşiri digitale
- intrări/ieşiri analogice
- realizate în fie în structură monobloc, fie în structură modulară
- programare funcţii de tip releu
- programare funcţii de tip numărător şi temporizator
- programare instrucţiuni de salt
- programare instrucţiuni de calcul aritmetic (adunări, scăderi înmulţiri, împărţiri)
- posibilităţi limitate de manipulare a datelor (comparaţii, mutare date dNo table of
authorities entries found.giştrii, conversii de date, funcţii matriciale, etc.)
- posibilitatea conectării în reţea şi comunicarea cu alte automate folosind diverse protocoale
de comunicare
- introducerea programului de la dispozitivul de programare off-line (PC)
Automatele programabile mari
- număr maxim de terminale de intrare/ieşire 4096
- procesor pe 16 sau 32 biţi
- destinate atât înlocuirii sistemelor de automatizare cu relee intermediare cât şi controlului
sistemelor analogice
- memorie până la 12 K, expandabilă la 128 K
- intrări/ieşiri digitale
- intrări/ieşiri analogice
- realizate în structură modulară
- programare funcţii de tip releu
- programare funcţii de tip numărător şi temporizator
- programare instrucţiuni de salt
- programare subrutine, întreruperi
- posibilitatea realizării reglajelor automate de tip PID
- programare instrucţiuni de calcul aritmetic (adunări, scăderi, înmulţiri, împărţiri, extragere
rădăcină pătrată, calcule în dublă precizie)
- posibilităţi avansate de manipulare a datelor (comparaţii, mutare date din regiştrii, conversii
de date, funcţii matriciale, tabele binare, tabele ASCII etc.)
- posibilitatea conectării în reţea şi comunicarea cu alte automate folosind diverse protocoale
de comunicare
- introducerea programului de la dispozitivul de programare off-line (PC)
Automatele programabile foarte mari
- număr maxim de terminale de intrare/ieşire 8192
- procesor pe 32 biţi
- destinate atât înlocuirii sistemelor de automatizare cu relee intermediare cât şi controlului
sistemelor analogice
- memorie până la 64 K, expandabilă la 1M
- intrări/ieşiri digitale
- intrări/ieşiri analogice
- module speciale de intrare/ieşire
- realizate în structură modulară
- programare funcţii de tip releu
- programare funcţii de tip numărător şi temporizator
- programare instrucţiuni de salt
- programare subrutine, întreruperi
- posibilitatea realizării reglajelor automate de tip PID
- programare instrucţiuni de calcul aritmetic (adunări, scăderi înmulţiri, împărţiri, extragere
rădăcină pătrată, funcţii trigonometrice, calcule în dublă precizie, calcule în virgulă mobilă)
- posibilităţi avansate de manipulare a datelor (comparaţii, mutare date din regiştrii, conversii
de date, funcţii matriciale, tabele binare, tabele ASCII etc.)
- posibilitatea conectării în reţea şi comunicarea cu alte automate folosind diverse protocoale
de comunicare
- posibilităţi de monitorizare şi diagnoză
- introducerea programului de la dispozitivul de programare off-line (PC)
La ora actuală, tendinţa este de a echipa automatele programabile din clasele inferioare
(micro, mici şi medii) cu facilităţi specifice celor din clasele superioare (mari şi foarte mari)
astfel încât nu se mai poate face o delimitare strictă între aceste clase, mai ales din punct de
vedere calitativ. De asemenea, valorile capacităţii memoriilor automatelor programabile sunt
orientative, deoarece şi aici se constată o tendinţa clară de mărire a acesteia.
1.4. Structura de principiu a automatelor programabile
Automatul programabil funcţionează doar daca are o secvenţa de instrucţiuni salvata
in memorie. Aceasta secvenţa de instrucţiuni constituie programul. PLC-ul executa programul
începând de la prima linie pana la ultima si apoi se reia acest ciclu. Ciclul se numeşte
“scanare”. Ciclul începe prin citirea intrărilor si apoi executa programul; se încheie prin
modificarea ieşirilor.
Programul principal conţine subrutine si întreruperi de program. Spre exemplu, daca
dorim ca instalatia sa realizeze o anumita sarcina la pornire, putem folosi o subrutina.
Întreruperile de program sunt dictate de anumite evenimente ce au loc la anumite momente.
O schemă bloc cu componentele tipice ale structurii unui automat programabil este prezentată
în figura 1.6.
Fig. 1.6: Schema bloc a unui PLC
Intrările din proces sunt realizate sub forma diverselor elemente de comandă şi
măsurare incluse în sistemele operaţionale şi auxiliare ale instalaţiilor automatizate: butoane,
comutatoare, limitatoare de cursă, senzori fotoelectrici, senzori de proximitate, traductoare de
nivel, traductoare de deplasare incrementale sau absolute şi, în ultimul timp, traductoare al
căror semnal de ieşire are o variaţie analogică.
Principalele tipuri de elemente care se conectează la intrările automatelor
programabile sunt sistematizate în figura 1.7.
Ieşirile dirijează acţionarea elementelor de execuţie de tipul releelor, contactoarelor,
lămpilor de control, electro-valvelor, elementelor de afişare etc.
Principalele tipuri de elemente care se conectează la ieşirile automatelor programabile
sunt sistematizate în figura 1.8.
O atenţie deosebită trebuie acordată intrărilor şi ieşirilor , deoarece în aceste zone
mărimile electrice (tensiuni, curenţi) vehiculate ating valori care pot afecta unitatea centrală de
procesare CPU (central processing unit – microprocesorul automatului programabil), făcând
necesară prezenţa unor circuite care să izoleze CPU de influenţa acestora.
Fig. 1.7: Principalele elemente care se conectează la intrările automatului
programabil
Aceste funcţii sunt preluate de circuitele de interfaţă aferente intrărilor şi ieşirilor, care
au rolul de a converti semnalele de intrare de diverse forme în semnale logice adaptate unităţii
centrale şi de a transforma semnalele logice ale unităţii centrale în semnale de ieşire
corespunzătoare acţionării impusă de sistemul de forţă al sistemului automatizat.
În figura 1.9 a este prezentat un circuit de interfaţă aferent intrărilor, plasat între zona
intrărilor şi CPU. Protecţia unităţii centrale de semnale de nivel periculos de la intrare (de
exemplu conversia semnalului de intrare de 24 V în semnal de 5 V) se face prin separare optică,
adică transmiterea semnalului prin intermediul luminii. Dispozitivul cuplat la intrare generează
un semnal care comandă aprinderea unui LED a cărui lumină comandă intrarea în conducţie a
unui fototranzistor, în acest caz CPU recepţionând semnal logic 0. când semnalul de intrare
încetează, LED-ul se stinge, tranzistorul iese din conducţie, tensiunea din colectorul acestuia
creşte şi CPU-ul recepţionează semnal logic 1.
Interfaţa aferentă mărimilor de ieşire (fig. 1.9 b) funcţionează similar. CPU-ul generează un
semnal care comandă aprinderea unui LED. Lumina emisă de LED excită un fototranzistor
care
intră în conducţie, astfel încât tensiunea dintre emitor şi colector scade la 0.7 V, iar un
dispozitiv conectat pe ieşire va “vedea” această tensiune ca un semnal logic 0. Invers, va
însemna că semnalul de ieşire va fi interpretat ca 1 logic.
Fig. 1.8: Principalele elemente care se conectează la ieşirile automatului programabil
Fototranzistorul nu este conectat direct la ieşirea automatului. Între fototranzistor şi
ieşire se află de obicei un releu sau un tranzistor de putere mai mare, capabil să întrerupă
curentul vehiculat prin circuitele de ieşire.
Fig.1.9: Circuite de interfaţă aferente intrărilor (a) şi ieşirilor (b)
Poziţionarea terminalelor de intrare şi ieşire precum şi modul de conectare al elementelor
legate la acestea reprezintă de asemenea aspecte importante în utilizarea automatelor
programabile. În figura 1.10 este prezentat în principiu, modul de conectare al unui element de
intrare şi al unui element de ieşire la un automat programabil Sismens Simatic S7 200. Se observă
că elementele legate la ieşirile automatului, fiind în general sarcini rezistive sau inductive, se
conectează în paralel cu surse de tensiune continuă sau alternativă.
Fig. 1.10: Conectarea intrărilor şi ieşirilor
Poziţionarea terminalelor de intrare şi ieşire poate fi diferită, în funcţie de tipul
automatului. În figura 1.11 sunt prezentate cele două situaţii care pot apărea, cu terminalele de
intrare în partea inferioară şi cele de ieşire în partea superioară, respectiv situaţia inversă, cu
terminalele de intrare în partea superioară.
În figura 1.12 este prezentat modul de conectare al elementelor legate la intrările unui
automat programabil. Indiferent de tipul automatului, elementele legate la intrări se conectează cu
un terminal la potenţialul de +24 de V, iar celălalt se conectează la -24 V, prin intermediul
terminalul comun al intrărilor, notat pe figură cu COM, la care este conectat potenţialul de -24 V
al sursei utilizate pentru energizarea intrărilor.
Fig. 1.11: Poziţionarea terminalelor de intrare şi de ieşire
Fig. 1.12: Modul de conectare al elementelor legate la intrări
O menţiune specială trebuie făcută în cazul conectării la intrări a elementelor de tip senzor
de proximitate, sau similare, care dispun de trei terminale, în locul celor două uzuale. În acest caz,
conectarea se face conform figurii 1.13, luându-se în considerare culorile firelor care pleacă de la
cele trei terminale.
Fig. 1.13: Conectarea elementelor de tip senzor de proximitate
Modul de conectare al elementelor legate la ieşirile automatului programabil este
prezentat în figura 1.14. Se poate remarca faptul că se pot utiliza, atât surse de tensiune continuă
cât şi de tensiune alternativă, în funcţie de tipul elementului conectat la ieşire, legate în serie cu
acesta. În cazul ieşirilor există mai multe terminale comune, notate în figură cu COM, terminalele
de ieşire şi respectiv elementele legate la aceste terminale putând fi grupate câte unul la un
terminal comun, (cazul terminalelor 00 şi 01), câte două la un terminal comun (cazul terminalelor
02 şi 03) sau mai multe la un terminal comun (cazul terminalelor 04 – 07). O atenţie deosebită
trebuie acordată valorii maxime a curentului care circulă prin aceste circuite la activarea ieşirii,
care nu trebuie să depăşească valoarea maximă admisibilă (valoare care reprezintă o caracteristică
constructivă a automatului).
Fig. 1.14: Modul de conectare al elementelor legate la ieşiri
Unitatea centrală de procesare CPU, constituie în fapt “creierul” automatului
programabil. Printre primele CPU utilizate au fost cele pe 1 şi 8 biţi, la ora actuală aceste fiind
înlocuite cu cele pe 16 şi 32 de biţi.
Unitatea de centrală de procesare poate fi de asemenea subîmpărţită în unitate de control
şi unitate logică şi de calcul.
Unitatea de control coordonează toate transformările de date furnizate de proces,
efectuează operaţii logice asupra datelor recepţionate şi asigură alocarea corespunzătoare a
rezultatelor obţinute la ieşirile programate. De asemenea, aceasta execută şi o prelucrare de
informaţie numerică de la proces, rezultatul acestor operaţii condiţionând starea operatorilor logici
ai unităţii de calcul.
Unitatea de programare permite introducerea şi definitivarea programului în raport cu
evoluţia maşinii şi cu modificările impuse în secvenţele funcţionale de bază ale acestuia.
Soluţiile adoptate de către fabricanţi includ mai multe variante:
- o consolă autonomă cu memorie proprie, specifică metodei de programare off-line (soluţie
utilizată de către firma Siemens, console de tip PG, fig. 1.15);
- o consolă portabilă, de mici dimensiuni, ce operează împreună cu automatul, utilizând
memoria acestuia, (numit şi dispozitiv “hand-held”), specifică metodei de programare on-line,
(fig. 1.16);
- calculatorul personal de tip PC, soluţie ce tinde să înlocuiască variantele amintite mai sus
(fig. 1.17);
Fig. 1.15: Programarea cu ajutorul consolei autonome
Fig. 1.16: Programarea cu ajutorul consolei portabile
Fig. 1.17: Programarea cu ajutorul calculatorului personal tip PC
Prima variantă oferă avantajul unei programări comode, într-un birou de proiectare,
deci în variantă off-line, pe când cea de-a doua implică cuplarea directă la automat deci
implicit programarea se realizează on-line, nemijlocit în intimitatea procesului tehnologic
automatizat.
Datorită memoriei de capacitate mare a consolei autonome, varianta de programare
off-line utilizează de obicei un software complex cu posibilităţi multiple de programare, cu o
interfaţă grafică complexă, cu facilităţi de simulare şi testare a programului realizat. Prin
contrast, varianta on-line utilizează un software minimal, cu posibilităţi reduse de programare,
limitate de obicei la introducerea de cuvinte de comandă, fără interfaţă grafică. Se poate deci
concluziona că programele complexe se realizează, testează şi simulează în varianta off-line,
în etapa programării on-line făcându-se doar o “ajustare” finală a acestora.
Utilizarea calculatorului personal tinde să înlocuiască însă ambele variante de mai sus,
deoarece combină avantajele programării off-line cu mobilitatea pe care o oferă la ora actuală
calculatoarele portabile (tip notebook), ceea ce face inutilă utilizarea dispozitivelor “hand-
held” şi elimină practic delimitarea între metodele off-line” şi on-line.
Transmiterea programului de la dispozitivul de programare la automatul programabil
şi invers, în cazul utilizării consolei de programare autonome sau a calculatorului personal se
face utilizând interfaţa serială RS 232 sau USB.
Memoria automatelor programabile stochează programe şi date şi este în general o
memorie de dimensiune mică, între 1K la automatele micro şi 64 K la automatele foarte mari
(actualmente se folosesc şi dimensiuni mai mari ajungând la 1 MB), unde, aşa cum s-a mai
precizat mai sus, 1K poate însemna 1024 biţi, 1024 bytes sau 1024 cuvinte (words).
Memoria este segmentată în zone, una rezervată variabilelor de intrare-ieşire, alta
variabilelor ce definesc starea internă a automatului (variabile intermediare) şi ultima este
destinată programului ce urmează să fie executat. Acest mod se segmentare a memoriei este
orientativ, putând exista diferenţe de la un tip de automat la altul. La un moment dat, în
memoria automatului programabil se poate afla un singur program, indiferent de dimensiunea
acestuia şi de spaţiul de memorie rămas neocupat. În concluzie, memoria automatelor
programabile nu poate fi folosită pentru stocarea programelor, aceasta făcându-se pe
dispozitive de stocare externe, uzual pe calculatorul personal prin intermediul căruia se face
programarea şi transmiterea programelor.
Tipurile mai vechi de memorii utilizate în construcţia automatelor programabile erau
realizate în variantă EPROM (electrically programmable read only memory), variantă ce
presupunea, în cazul modificării programelor, ştergerea conţinutului memoriei cu lumină UV
şi re-programarea pe dispozitive speciale de programare. Actualmente circuitele de memorie
sunt realizate în tehnologie FLASH EEPROM (electrically erasable programmable read only
memory), re-programarea memorie făcându-se cu uşurinţă prin intermediul software-ului de
programare şi a unui cablu serial sau USB. De asemenea, se utilizează pe scară destul de largă
şi memoriile RAM non-volatile, care utilizează baterii pentru menţinerea conţinutului
memoriei.
Construcţia modulară a automatelor programabile permite adăugarea cu relativă
uşurinţă a modulelor de extensie, care măresc numărul total al terminalelor de intrare şi ieşire,
permiţând astfel extinderea numărului de elemente legate la intrări şi ieşiri f ără a fi nevoie de
achiziţia unui automat dintr-o clasă superioară.
O atenţie speciala trebuie acordata intrărilor si ieşirilor, deoarece in aceste blocuri
se gaseste protectia PLC prin izolarea CPU de influenta distrugatoare a mediului industrial.
Unitatea centrala de procesare(CPU) este creierul unui PLC. Este un microcontroler de 8, 16
sau 32 biti. CPU controlează comunicaţiile, conexiunile dintre celelalte parti ale PLC,
executarea programului, operatiile cu memoria si controlul intrarilor si iesirilor. CPU
realizează un mare număr de verificări ale functionării corecte a PLC. Orice eroare este
semnalizata intr-un anumit mod.
Pentru a rula procese mult mai complexe este posibil sa conectam mai multe P.L.C.-
uri la un calculator central. Un sistem real ar putea arata ca in imaginea de mai jos.
Fig. 1.18: Imagine de ansamblu al unui proces complex de automatizare
Programarea unui PLC se poate face in mai multe moduri, dar cel mai folosit mod este
cel ce utilizeaza "diagrama scara", sau "ladder diagram". Diagrama scara este un mod de
programare asemanator cu descrierea electrica clasica a unui sistem complex.
Diagramele ladder (scară) presupun transpunerea imediată, folosind simbolurile
grafice pentru contacte, bobine, noduri a schemelor de automatizare echivalente realizate cu
contacte şi relee clasice. Această modalitate permite introducerea iterativă, rapidă, a
schemelor de comandă în forma clasică. Diagrama scara este o reprezentare simbolica a unor
panouri cu relee; este constituita din linii orizontale plasate intre liniile verticale ce
simbolizează tensiunea de alimentare. Pe fiecare treapta orizontala regăsim trei tipuri de
simboluri:
Contacte normal deschise si normal închise;
Bobine de releu activate de circulaţia curentului;
Casete ce pot reprezenta relee de timp sau relee numărătoare.
Fig. 1.19: Fragment de program realizat cu diagrame ladder
În figura 1.2 este prezentată o captură de ecran dintr-un program sub SYSWIN 3.4 al
firmei OMRON realizat în varianta cu diagrame ladder.