ΓΕΝΙΚΑ ΓΙΑ ΤΑ PLC

Ένας Programmable Logic Controller (PLC) είναι ένα ψηφιακό υπολογιστικό σύστημα το οποίο χρησιμοποιείται ως πλατφόρμα για την ανάπτυξη αυτοματοποιημένων εφαρμογών.
Τα PLC έχουν ένα ιδιαίτερα ευρύ πεδίο εφαρμογών από την αυτοματοποίηση της βαριάς βιομηχανίας έως απλές χρήσεις όπως ο έλεγχος φωτισμού.

Τα PLC αποτελούν την εξέλιξη των μεθόδων κλασικού αυτοματισμού (relay logic) που κυριαρχούσαν στην βιομηχανία έως και την δεκαετία του 80.
Η ανάπτυξη της τεχνολογίας οδήγησε στην ανάγκη για πιο ευφυή και αξιόπιστα συστήματα αυτοματοποίησης
Έτσι, την δεκαετία του 70 αρχίζουν να εμφανίζονται τα πρώιμα PLC και να χρησιμοποιούνται σε αυτοκινητοβιομηχανίες, όπως η General Motors, για την αυτοματοποίηση της γραμμής παραγωγής της.
Αργότερα, οι ραγδαίες εξελίξεις στον τομέα της ηλεκτρονικής έδωσαν τεράστια ώθηση στην ανάπτυξη τωv μονάδων αυτοματισμού έως και σήμερα όπου τα PLC κυριαρχούν στην βιομηχανία παρέχοντας πολύ μεγαλύτερες δυνατότητες στους χρήστες τους.

Η ειδοποιός διαφορά μεταξύ άλλων υπολογιστικών συστημάτων και του PLC, προκύπτει από το γεγονός ότι τα τελευταία είναι εξοπλισμένα έτσι ώστε να μπορούν να αντιμετωπίσουν ακραίες καταστάσεις όπως σκόνη, υγρασία, ζέστη, κρύο.

Η Betford υπήρξε η πρώτη εταιρία που κατάφερε με επιτυχία να επιλύσει τα προβλήματα του κλασσικού αυτοματισμού, με μια νέα συσκευή που ονομάστηκε Modular Digital Controller (MODICON), η οποία και διατέθηκε στο εμπόριο με το όνομα MODICON 084. Το 1973 παρουσιάζεται ένα νέο πρωτόκολλο επικοινωνίας της MODICON, το Modbus το οποίο δίνει την δυνατότητα στα PLCs να επικοινωνούν με άλλες συσκευές όπως αισθητήρες, αλλά και μεταξύ τους, με σκοπό την ανταλλαγή δεδομένων. Συγκεκριμένα είναι ένα απλό, ευέλικτο και ευρέως χρησιμοποιούμενο πρωτόκολλο αρχιτεκτονικής master/slave, το οποίο επιτρέπει την ανταλλαγή διακριτών αναλογικών σημάτων μεταξύ συσκευών. Το Modbus αναπτύχθηκε από την Schneider Electric (πρώην Gould Modicon) για συστήματα ελέγχου διαδικασίας (process control).

Που χρησιμοποιούνται τα PLC.

Τα PLC πρωτοχρησιμοποιήθηκαν στην βιομηχανία με επιτυχία. Κατά την εξέλιξη τόσο της τεχνολογίας όσο και των αναγκών, σήμερα η χρήση του πραγματοποιείται σε πολλά αυτοματοποιημένα συστήματα όπως: υδροηλεκτρικά φράγματα, συστήματα γεννητριών, ανεμογεννήτριες, ειδικευμένες εφαρμογές σε σπίτια,(στην γραμμή παραγωγής, εκεί που αυτοματοποείται μια διαδικασία) αυτόματες μηχανές συσκευασίας εμφιάλωσης, ανελκυστήρες, διυλιστήρια, πλοία, βιολογικοί καθαρισμοί, όλων των ειδών οι θύρες (γκαράζ, κεντρικές, μπαλκονιού κλπ).

Καθώς λοιπόν η χρήση του PLC είναι ευρύτερα γνωστή, τείνει να αντικαταστήσει πλήρως τον κλασικό αυτοματισμό. Αξίζει να σημειωθεί βέβαια ότι οι τεχνικοί οφείλουν να γνωρίζουν στοιχειώδη πράγματα από τα ηλεκτρονικά και τις βασικές αρχές των υπολογιστών για να μπορεί να διαβάσει και να κατανοήσει το πιο απλό εγχειρίδιο ενός PLC.

Τι είναι το PLC (Programmable Logic Controller)

Η προγραμματιζόμενη μονάδα λογικού ελέγχου ή προγραμματιζόμενος λογικός ελεγκτής (PLC), είναι ένας ψηφιακός υπολογιστής που χρησιμοποιείται για την αυτοματοποίηση των ηλεκτρομηχανολογικών διαδικασιών. Τα PLC δηλαδή είναι μικρουπολογιστικά συστήματα, που με το κατάλληλο προγραμματισμό λογικών εξισώσεων, επιλύουν προβλήματα αυτοματοποίησης. Με άλλα λόγια είναι μια κατηγορία συσκευών που η λειτουργία του βασίζεται στην χρήση μικροεπεξεργαστών ανάλογων με αυτούς που χρησιμοποιούνται στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές. Τα PLC βρίσκουν εφαρμογή στην υλοποίηση και τον έλεγχο σύνθετων κυκλωμάτων αυτοματισμού.

Hardware του PLC (αρχιτεκτονική)

Με την έννοια Hardware εννοούμε τα ηλεκτρονικά μέρη, διαμέσου των οποίων όλες οι λειτουργίες της εγκατάστασης ή του μηχανήματος που πρόκειται να ελεγθεί διευθύνονται και ενεργοποιούνται σε μια λογική σειρά.

Ένα PLC αποτελείται από

1. τον &ίαυλο Επικοινωνίας (Bus)

2. την Μονάδα Τροφοδοσίας

3. τον Επεξεργαστή (Central Processing Unit, CPU)

4. την Μνήμη

5. την Μονάδα Επικοινωνίας

6. τις Μονάδες Εισόδων και Εξόδων

Συγκεκριμένα,

1. Ο δίαυλος επικοινωνίας εξασφαλίζει την επικοινωνία μεταξύ όλων των μερών του PLC.

Ο δίαυλος επικοινωνίας Bus, είναι ένα σύστημα μεταφορά και επεξεργασίας δεδομένων (κατά το πρότυπο λειτουργίας των Η/Υ), που διατρέχει όλη την εγκατάσταση και πάνω στον οποίο συνδέονται όλα τα ενεργά στοιχεία του συστήματος, όπως μπουτόν, διακόπτες, αισθητήρια, καθώς και στοιχεία

εξόδου που δίνουν εντολές για την ενεργοποίηση ρελέ, ηλεκτρικών βαλβίδων, ηλεκτροκινητήρων.

2. Η μονάδα τροφοδοσίας ενός PLC έχει σκοπό να δημιουργήσει από την τάση του δικτύου τροφοδοσίας τις απαραίτητες εσωτερικές τάσεις, που απαιτούνται για την τροφοδοσία των ηλεκτρονικών στοιχείων (τρανζίστορ, ολοκληρωμένα κυκλώματα κ.α.) του PLC.

3. Ο επεξεργαστής αποτελεί τον εγκέφαλο του PLC. Λαμβάνει τιμές αποθηκευμένες στην μνήμη, εκτελεί πράξεις σύμφωνα με τον κώδικα και αποθηκεύει τα αποτελέσματα ξανά στην μνήμη, οπότε και διαμορφώνεται η κατάσταση των εξόδων.

4. Στην μνήμη αποθηκεύεται το πρόγραμμα που συνθέτει ο μηχανισμός και περιέχει τα δεδομένα που χρησιμοποιούνται από το πρόγραμμα.δηλαδή ουσιαστικά χρησιμοποιείται για την αποθήκευση δεδομένων.

Η μνήμη της κεντρικής μονάδας διακρίνεται στην RAM, ROM και EEPROM. Κάποιες από αυτές ανήκουν στην κατηγορία των πτητικών, οι οποίες χάνουν τα δεδομένα τους που έχουν αποθηκευμένα όταν διακόπτεται η τάση και άλλες στην κατηγορία των πτητικών, δηλαδή σε εκείνες που έχουν την

δυνατότητα να διατηρούν το περιεχόμενό τους ακόμα κι όταν η τάση τροφοδοσίας δεν είναι η απαραίτητη. Οι μνήμες RAM (Random Access Memory, μνήμη τυχαίας προσπέλασης) υπάρχουν στην κεντρική μονάδα επεξεργασίας (CPU) ενός PLC και αναφέρονται και ως μνήμες γραφής- ανάγνωσης. Στην μνήμη RAM μπορούμε να γράφουμε και να σβήνουμε αλλά επειδή ανήκει στην κατηγορία των πτητικών, πάντα την τροφοδοτούμε με μια μπαταρία, συνήθως λιθίου, ώστε να μένει αναλλοίωτο στην μνήμη το πρόγραμμα του αυτοματισμού. Ουσιαστικά η μεταφορά προγράμματος από το PC στο PLC και αντίστροφα, σημαίνει την μεταφορά από την μνήμη RAM ενός συστήματος στην μνήμη RAM του άλλου συστήματος. Ο χρόνος που χρειάζεται για να διαβαστεί ή να γραφεί μια πληροφορία είναι πάντα ο ίδιος.

Στην μνήμη ROM αποθηκεύεται το λειτουργικό σύστημα του PLC, δηλαδή όλες τις απαραίτητες λειτουργίες για να δουλέψει το PLC.

Στην μνήμη EEPROM (Electicaly Eresable Programamble Read Only Memory ή ηλεκτρικά διαγραφόμενες και προγραμματιζόμενες μνήμες μόνο ανάγνωσης) μπορούμε να γράψουμε, να σβήσουμε, να ξαναγράψουμε μέσω ειδικού εξοπλισμού, καθώς η συγκεκριμένη μνήμη προγραμματίζεται και σβήνει ηλεκτρικά. Έχει το πλεονέκτημα να παραμένει η μνήμη ακόμα κι αν βγάλουμε την τροφοδοσία. Για αυτό και χρησιμοποιείται για την μόνιμη αποθήκευση προγραμμάτων.

5. Η μονάδα επικοινωνίας είναι το μέσο για την επικοινωνία του ελεγκτή προκειμένου να μεταφερθεί σε αυτόν το πρόγραμμα που πρόκειται να εκτελεστεί. Η επικοινωνία αυτή μπορεί να πραγματοποιηθεί με interfaces (διεπαφές) όπως: ο ενιαίος σειριακός δίαυλος usb, το πρωτόκολλο επικοινωνίας CANopen, το πρωτόκολλο ενσύρματης τοπικής δικτύωσης υπολογιστών Ethernet, το σειριακό πρωτόκολλο επικοινωνίας Modbus κλπ. Κάθε PLC διαθέτει σίγουρα μία διεπαφή αλλά παράλληλα έχει και επιπλέον θύρες επικοινωνίας για περιφερειακά.

6. Οι μονάδες εισόδων μεταφέρουν τις τιμές των εισόδων και οι μονάδες εξόδων μεταφέρουν την κατάσταση των εξόδων. Οι είσοδοι και οι έξοδοι αποτελούν βασικό στοιχείο επιλογής στο PLC.

Οι μονάδες των εισόδων και των εξόδων αποτελούν τις μονάδες επικοινωνίας της κεντρικής μονάδας με τους αισθητήρες, διακόπτες, μπουτόν, που δίνουν τις εντολές, καθώς και με τους ηλεκτρονόμους ισχύος των κινητήρων, τις ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες, τις ενδεικτικές λυχνίες και γενικά τους αποδέκτες που εκτελούν τις εντολές του αυτοματισμού.

Οι είσοδοι μετατρέπουν το ηλεκτρικό σήμα σε μια λογική ψηφιακή κατάσταση “0” ή “1” και οι έξοδοι μετατρέπουν μια λογική ψηφιακή κατάσταση σε ηλεκτρικό σήμα. Τα ψηφιακά σήματα εισόδου και εξόδου που μπορεί να δεχτεί η κεντρική μονάδα είναι χαμηλής τάσης και ρεύματος. Οι μονάδες

εισόδων και εξόδων αναλαμβάνουν να προσαρμόσουν τα σήματα εισόδου και εξόδου, που έχουμε στον αυτοματισμό, σε σήματα που μπορεί να δεχτεί η κεντρική μονάδα, σε τάση και ρεύμα. Η προσαρμογή αυτή γίνεται είτε με την χρήση ηλεκτρονικών στοιχείων ισχύος είτε με την χρήση κατάλληλων ρελέ. Οι είσοδοι και οι έξοδοι είναι ουσιαστικά οι ακροδέκτες (κλέμες, ελάσματα κ.α.)

που καταλήγει το σύστημα του PLC.

Στους διάφορους τύπους των PLC οι μονάδες εισόδων και εξόδων αντιμετωπίζονται με διαφορετικό τρόπο. Γενικά ισχύει ότι μια μονάδα εισόδων ή εξόδων μπορεί να λειτουργεί με συνεχή τάση ή με εναλλασσόμενη τάση.

Τυπικές τάσεις που συναντάμε στα PLC είναι: DC 24V, 48V, 60V και AC 24V, 48V, 115V, 230V, με συνηθέστερες τις DC 24V και AC 115V και 230V. Η τάση αυτή δεν παρέχεται συνήθως από τη μονάδα τροφοδοσίας του PLC. Πρέπει να την δημιουργήσουμε εμείς με άλλη τροφοδοτική μονάδα.

Βέβαια αν η τάση των εισόδων είναι ίδιας τάξης με αυτή των εξόδων, τότε είναι δυνατό να χρησιμοποιηθεί η ίδια τροφοδοσία για DC τάσεις, και μετασχηματιστές χειρισμού για AC τάσεις.

Βεβαίως εκτός από τα βασικά χαρακτηριστικά του, απαραίτητα είναι

• το/τα πλαίσιο/α για την τοποθέτηση των μονάδων και των επεκτάσεών τους

• ο ηλεκτρονικός υπολογιστής (Η/Υ) για τον προγραμματισμό του PLC

Επίσης υπάρχουν εκδόσεις PLC τα οποία είναι σχεδιασμένα να λειτουργούν σε περιβάλλον με μεγάλες μεταβολές θερμοκρασίας και υγρασίας και να μην επηρεάζονται από βιομηχανικά παράσιτα βλ. ηλεκτρονικός θόρυβος.

Ο προγραμματισμός τους πραγματοποιείται με γλώσσες προγραμματισμού κατάλληλες για τον σχεδιασμό του προγράμματος και η εκτέλεση του προγράμματος γίνεται με τρόπο τακτικό και σειριακό. Η επιλογή της γλώσσας προγραμματισμού εξαρτάται από την εμπειρία και την γνώση του χρήστη σε ψηφιακά ηλεκτρονικά, σε υπολογιστές, σε συστήματα αυτοματισμού που λειτουργούν με κλασικό τρόπο και φυσικά εξαρτάται από την φύση του προβλήματος που έχουμε να αντιμετωπίσουμε.

Software του PLC και πως λειτουργεί

Στην μονάδα επεξεργασίας του PLC εκτελούνται οι πράξεις που περιέχονται στις εντολές του προγράμματος. Η μνήμη του PLC, αποτελείται από bits, bytes και words, τα οποία αντιπροσωπεύουν τα εσωτερικά και εξωτερικά στοιχεία του. Για παράδειγμα όταν αναφερόμαστε στην πρώτη είσοδο, ουσιαστικά εννοούμε το συγκεκριμένο bit που σχετίζεται με την πρώτη είσοδο.

Η έννοια «διεύθυνση του PLC χρησιμοποιείται για να ξεχωρίζουμε χιλιάδες bits με τα οποία είναι δομημένο ένα PLC. Κάθε εσωτερικό ή εξωτερικό στοιχείο του PLC έχει την δική του διεύθυνση ώστε να είναι μοναδικό και εύκολα προσβάσιμο. Οι μονάδες εισόδου παίρνουν εντολές από διακόπτες, αισθητήρες ενώ οι μονάδες εξόδου δίνουν εντολές σε μοτέρ, ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες κλπ. Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό ενός PLC είναι ότι οι κανόνες που καθορίζουν την συμπεριφορά των εξόδων δεν είναι σταθεροί όπως σε έναν κλασικό πίνακα αυτοματισμού, αλλά μπορούν να μεταβάλλονται με την επέμβαση στο πρόγραμμα του PLC χωρίς όμως να επεμβαίνουμε στο hardware του συνολικού έργου, δηλαδή όλης της εγκατάστασης

Ας υποθέσουμε ότι ένα PLC βρίσκεται σε κατάσταση λειτουργίας του αυτοματισμού, η διαδικασία που ακολουθείται κατά την λειτουργία είναι η εξής:

• Η CPU διαβάζει τις εισόδους, δηλαδή «παρακολουθεί» την κάθε είσοδο και αν σε αυτή εμφανιστεί υψηλή τάση, καταχωρεί ένα λογικό ”1” σε μια περιοχή της μνήμης του που έχει δεσμευτεί για αυτό τον σκοπό, ενώ για χαμηλή τάση καταχωρεί ένα λογικό “0”. Οι τιμές “0” ή “1” για κάθε είσοδο, αποθηκεύονται σε μια περιοχή μνήμης.

• Ο μικροεπεξεργαστής παίρνοντας σαν δεδομένα τις τιμές των εισόδων που διάβασε, εκτελεί τις εντολές του προγράμματος, το οποίο λειτουργεί τον αυτοματισμό. Η εκτέλεση του προγράμματος θα δώσει αποτελέσματα για τις εξόδους. Τα αποτελέσματα αυτά αποθηκεύονται σε μια περιοχή μνήμης. Όπως και η εικόνα των εισόδων, αντίστοιχα και η εικόνα των εξόδων περιέχει την τιμή “0” ή “1” για κάθε έξοδο. Οι τιμές αυτές προκύπτουν από την εκτέλεση του προγράμματος.

• Ο μικροεπεξεργαστής αποδίδει τις τιμές της εικόνας των εξόδων στις εξόδους. Αυτό σημαίνει ότι σε όποια έξοδο έχει λογικό “0” θα δοθεί χαμηλή τάση και αντίστοιχα σε όποια έξοδο έχει λογικό “1” θα δοθεί υψηλή τάση.

Στο τέλος αυτής διαδικασίας έχει ολοκληρωθεί ένας πλήρης κύκλος λειτουργίας και η διαδικασία ξαναρχίζει από την αρχή. Ο κύκλος λειτουργίας εκτελείται συνεχώς όσο το PLC βρίσκεται σε κατάσταση RUN, ουσιαστικά δηλαδή ένα PLC εκτελεί συνεχώς τα βήματα του κύκλου λειτουργίας.

Ο χρόνος που χρειάζεται ένα PLC για να εκτελέσει έναν πλήρη κύκλο λειτουργίας, ονομάζεται χρόνος κύκλου και εξαρτάται από την ταχύτητα του μικροεπεξεργαστή αλλά και από τον αριθμό και το είδος των εντολών του προγράμματος.

Στις εισόδους συνδέονται όλα τα αισθητήρια όργανα τα οποία απαιτούνται για ένα κύκλωμα αυτοματισμού (τερματικοί, μπουτόν, διακόπτες). Ο ελεγκτής αντιλαμβάνεται αν ότι ένα αισθητήριο είναι ανοιχτό ή κλειστό από το αν εμφανίζεται συγκεκριμένη τάση στην αντίστοιχη κλέμα εισόδου. Οι τάσεις αυτές δεν παρέχονται από την μονάδα τροφοδοσίας του ελεγκτή αλλά πρέπει να δημιουργηθούν από εμάς με το κατάλληλο τροφοδοτικό (για DC) ή με μετασχηματιστή τάσης χειρισμού (για AC). Αντίστοιχα τα καλώδια που πηγαίνουν προς τα ρελέ ισχύος, βαλβίδες, λυχνίες, συνδέονται στις κλέμες εξόδου. Κατά μέσο όρο, ανάλογα τον τύπο του PLC, οι τιμές των ηλεκτρικών

ψηφιακών ή αναλογικών σημάτων, τάσεων/ρευμάτων, που προέρχονται από αυτά τα αισθητήρια, εισάγονται στο PLC και γίνεται η επεξεργασία τους με βάση συγκεκριμένες διαδικασίες και εντολές που έχει καταχωρήσει ο χρήστης (βλ. πίνακα 1). Με βάση αυτήν την επεξεργασία παράγονται κατάλληλα σήματα εξόδου με την βοήθεια των οποίων ενεργοποιούνται τα κυκλώματα ισχύος.

Πίνακας 1

Τιμές τάσεων και ρευμάτων, αναλογικών και ψηφιακών εισόδων/εξόδων

                                                                         ΤΑΣΕΙΣ – ΡΕΥΜΑΤΑ

                                                               Είσοδος                               Έξοδος

                                                    Τάση            Ρεύμα               Τάση             Ρεύμα

Αναλογική                                 0 - 10V        4 - 20mA           0 - 10v          4 - 20mV

Ψηφιακή                                       24V             220V                Ρελέ            5mA-0.5A

Ποιοι τύποι PLC υπάρχουν

Στην αγορά υπάρχουν πολλές εταιρίες από τις οποίες μπορούμε να επιλέξουμε το κατάλληλο για εμάς PLC. Καθεμιά από αυτές διαθέτει μεγάλη γκάμα διαφορετικών PLC. Ευρέως γνωστές είναι οι παρακάτω:

Siemens, Horner, Schneider Electric, Yokogawa, Mitsubishi Electric, Beckhoff, Rockwell Automation, CMZ, Crouzet, Omega, Panasonic, Pliz, Lenze, Vipa art of automation, Sigmatek, Esitron, Sanyodenki, Leuze Electronic, Weaner Electric, Magtrol , Jetter,  Simex,  Selec,  Auma, Chino, Systec, Elliott Group, Micatron, LS Industrial Systems, Elutions, Hitachi, Hiquel

Η σωστή επιλογή ενός PLC εξαρτάται από τον τύπο, το είδος, τα χαρακτηριστικά του κλπ. 
Όσον αφορά στους τύπους, υπάρχουν δύο τύποι: PLC, οι μη επεκτάσιμοι (τύπου block) και οι επεκτάσιμοι. 

Τα μη επεκτάσιμα PLC διαθέτουν όλες τις μονάδες τους ενσωματωμένες στο PLC, δηλαδή της τροφοδοσίας, των εισόδων και εξόδων, του Ethernet, μερικών αναλογικών εισόδων/εξόδων, του RTC (Real Time Clock). 
Ο αριθμός των εισόδων και εξόδων ποικίλουν ανάλογα τις απαιτήσεις του αυτοματισμού που θέλουμε να υλοποιήσουμε. Σε κάθε ακροδέκτη του PLC αναγράφεται το όνομα της εισόδου ή της εξόδου καθώς η κάθε είσοδος και έξοδος του PLC έχει προκαθορισμένο όνομα το οποίο αναφέρεται και στο πρόγραμμα.

Αντιθέτως, στα επεκτάσιμα PLC οι διάφορες λειτουργικές μονάδες, όπως ο επεξεργαστής, το τροφοδοτικό και οι είσοδοι/έξοδοι, είναι τοποθετημένες σε

ανεξάρτητες υπομονάδες. Οι υπομονάδες αυτές έχουν την δυνατότητα βυσμάτωσης πάνω σε ένα πλαίσιο στήριξης. Η αύξηση των επιμέρους μονάδων έχει σαν αποτέλεσμα να πολλαπλασιάζονται οι δυνατότητές τους και να καθίστανται ικανοί να καλύψουν πιο απαιτητικές εφαρμογές. Πλεονεκτούν

όταν χρειάζεται μεγάλος αριθμός εισόδων και εξόδων. Επίσης σε ενδεχόμενο βλάβης σε μία από τις υπομονάδες, η αντικατάσταση γίνεται χωρίς να πειραχτούν οι υπόλοιπες.

Επιπλέον για να επιλέξουμε ένα PLC λαμβάνουμε υπόψιν μας την τάση τροφοδοσίας (12Vdc, 24Vdc ή 230Vac), τον αριθμό και το είδος σημάτων των εισόδων και εξόδων, την τάση σημάτων εισόδου (ψηφιακά 24Vdc, 230Vac, αναλογικά σήματα ή τάσης ρεύματος), είδος μονάδας εξόδου (ρελέ,

τρανζίστορ, TRIAC), δυνατότητες επικοινωνίας και δικτύωσης, ευκολία στην χρήση και την εκμάθηση, τις συνθήκες που λειτουργεί πιο σωστά και σε τι αντίξοες συνθήκες μπορεί να ανταποκριθεί (θερμοκρασία, υγρασία, βροχή).

Αναλυτικότερα,

Ο αριθμός των εισόδων και εξόδων. Είναι σημαντικό να γνωρίζουμε τον ακριβή αριθμό εισόδων και εξόδων που πρόκειται να χρησιμοποιηθούν για την βέλτιστη αλλά και οικονομικότερη χρήση.

Ο τύπος των εισόδων και εξόδων. Απαραίτητο επίσης να γνωρίζουμε είναι ο τύπος των εισόδων και εξόδων, δηλαδή αν χρειαζόμαστε ψηφιακή είσοδο, όπως push buttons, ή αναλογική είσοδο, όπως ένα θερμοστοιχείο. Αντίστοιχα και για τις εξόδους, δηλαδή αν πρόκειται για ψηφιακή έξοδο, όπως ρελέ,

λάμπα ή για αναλογική έξοδο, όπως τον έλεγχο κίνησης βαλβίδων.

Το μέγεθος μνήμης. Η επιλογή της μνήμης με βάση το μέγεθός της κρίνεται σημαντική, καθώς θα πρέπει να είναι αρκετή για την δημιουργία του προγράμματος του PLC.

Τον τύπο του PLC. Όπως αναφέραμε και παραπάνω, οφείλουμε να επιλέξουμε ένα πτητικού ή μη πτητικού τύπο PLC, αναλόγως με το αν μας εξυπηρετεί στο πρόβλημα που θέλουμε να υλοποιήσουμε, να χρησιμοποιήσουμε PLC με ενσωματωμένες όλες τις μονάδες του ή όχι.

Την τάση τροφοδοσίας. Τα AC PLC λειτουργούν σε τάση τροφοδοσίας 220V, αντίθετα ένα DC PLC απαιτεί μόνο 24V για να λειτουργήσει. Συνεπώς θα πρέπει να διαλέξουμε το PLC με βάση την διαθέσιμη τάση τροφοδοσίας του πίνακα ελέγχου.

Την δυνατότητα επικοινωνίας με πολλά interfaces. Αναλόγως το είδος της διεπαφής, οφείλουμε να επιλέξουμε και το κατάλληλο PLC. &ηλαδή αν θέλουμε το PLC να επικοινωνεί με πρωτόκολλο επικοινωνίας ModBus, θα χρειαστούμε και την αντίστοιχη θύρα.

Για να επιλέξουμε το κατάλληλο PLC οφείλουμε να λάβουμε υπόψιν όλες τις παραπάνω παραμέτρους και να κατανοήσουμε πλήρως το πρόγραμμα που θέλουμε να υλοποιήσουμε.

Γλώσσες Προγραμματισμού

Όταν αναφερόμαστε σε ένα PLC, ο προγραμματισμός είναι μια από τις βασικές έννοιες που μας έρχονται στο μυαλό. Τι είναι όμως ουσιαστικά ο προγραμματισμός και πως υλοποιείται από την εκάστοτε γλώσσα προγραμματισμού;

Προγραμματισμός είναι το σύνολο των διαδικασιών σύνταξης ενός υπολογιστικού προγράμματος για την πραγματοποίηση εργασιών ή για την επίλυση ενός δεδομένου προβλήματος. Ο προγραμματισμός περιλαμβάνει επίσης τον έλεγχο του προγράμματος για την επαλήθευση της ακρίβειάς του, και την προπαρασκευή των οδηγιών με τις οποίες ένας υπολογιστής θα εκτελέσει τις εργασίες που καθορίζονται στις προδιαγραφές του προγράμματος. Θεμελιώδη ρόλο στον υπολογιστικό προγραμματισμό διαδραματίζουν οι χιλιάδες γλώσσες προγραμματισμού, δηλαδή οι κώδικες επικοινωνίας οι οποίοι απαραίτητοι για την δημιουργία ενός προγράμματος.

Με πιο απλά λόγια, προγραμματισμός ενός PLC σημαίνει να δημιουργήσουμε μια σειρά από εντολές οι οποίες λύνουν έναν συγκεκριμένο αλγόριθμο που αντιστοιχεί σε μια λειτουργία ενός συστήματος αυτοματισμού. Η διαδικασία που ακολουθείται για να γράψουμε αυτές τις εντολές αποτελεί το πρόγραμμα.

Κάθε PLC ακολουθεί συγκεκριμένες γλώσσες προγραμματισμού σύμφωνα με την αρχιτεκτονική του hardware. Θεωρητικά θα μπορούσαμε να προγραμματίσουμε ένα PLC γράφοντας εντολές σε μια γλώσσα μηχανής, κάτι που καθιστούσε όμως το PLC δύσκολο στον προγραμματισμό του και μόνο

από ανθρώπους με βαθιά γνώση στην δομή και την λειτουργία των διαφόρων επεξεργαστών θα μπορούσε να επιτευχθεί. (ς εκ τούτου λοιπόν, οι κατασκευαστές του, πρότειναν γλώσσες προγραμματισμού οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν από ανθρώπους που σχετίζονται με τον έλεγχο συστημάτων.

Οι γλώσσες προγραμματισμού διακρίνονται σε γραφικές και μη γραφικές, ανάλογα με το είδος των στοιχείων που χρησιμοποιούν. 
Οι γραφικές χρησιμοποιούν γραφικά στοιχεία που μοιάζουν αρκετά με τα σύμβολα που χρησιμοποιούνται στον κλασικό αυτοματισμό και με τα σύμβολα λογικών πυλών (AND, NOT, OR, XOR, κλπ). Οι μη γραφικές χρησιμοποιούν εντολές που η κάθε μία αντιστοιχεί σε μια εντολή της γλώσσας μηχανής. Οι γραφικές είναι πιο προσιτές σε ανθρώπους που έχουν εμπειρία στον κλασικό αυτοματισμό.

Συνεπώς η επιλογή της κατάλληλης γλώσσας εξαρτάται από την γνώση και την εμπειρία του εκάστοτε χρήστη στην αντίστοιχη γλώσσα ή σε γλώσσα με παρόμοια λογική. Παράλληλα ο χρήστης οφείλει να είναι γνώστης ψηφιακών ηλεκτρονικών, συστημάτων αυτοματισμού και ηλεκτρονικών υπολογιστών.

Οι βασικές γλώσσες προγραμματισμού ενός PLC είναι οι παρακάτω.

• LAD: Ladder Diagram ή &ιάγραμμα Επαφών

• STL: Statement List ή Λίστα Εντολών

• FBD: Function Block Diagram ή Γλώσσα Λογικών Γραφικών

Ladder: Η γλώσσα Ladder είναι η πρώτη γλώσσα που αναπτύχθηκε και επιτρέπει την μεταφορά του ηλεκτρολογικού σχεδίου μέσω του H/Y στο PLC. Χρησιμοποιεί τα αμερικάνικα σύμβολα των επαφών και ανήκει στην κατηγορία των γραφικών γλωσσών μηχανής.

STL: Ανήκοντας στις μη γραφικές γλώσσες, η STL είναι μια γλώσσα προγραμματισμού σε μορφή κειμένου. Έχει την ικανότητα βέλτιστης χρήσης της μνήμης και εκτέλεσης του προγράμματος. &ημιουργεί μια λίστα προγράμματος με εντολές οι οποίες αντιστοιχούν στις λογικές πύλες (AND,

OR NOT κλπ) τοποθετημένες σε γραμμές η μία κάτω από την άλλη οι οποίες καταχωρούνται με συντομογραφικό τρόπο. Σε κάθε γραμμή περιέχονται δύο στοιχεία, η εντολή και η μεταβλητή. Η εντολή, αναγράφεται με λατινικούς χαρακτήρες και μπορεί να είναι είτε εντολή φόρτωσης (Load, LD), είτε εντολή από τις εκφράσεις της άλγεβρας Boole, είτε έτοιμη ρουτίνα του ελεγκτή (πχ, χρονιστής). Η μεταβλητή συνήθως περιέχει την διεύθυνση κάποιας εισόδου ή εξόδου. Παρόλο που στην αρχή η λίστα εντολών ήταν αρκετά φτωχή και περιοριζόταν μόνο στις βασικές λογικές εντολές , σήμερα έχει εξελιχθεί πάρα πολύ και συναντά κανείς σε αυτές στοιχεία από τις γλώσσες των υπολογιστών και κυρίως των γλωσσών Assembly.

FBD: Και αυτή η γλώσσα είναι γραφική, αλλά αντί του ηλεκτρολογικού σχεδίου του αυτοματισμού, χρησιμοποιεί το αντίστοιχο λογικό κύκλωμα. Ο τρόπος αυτός χρησιμοποιεί τα λογικά σύμβολα των λογικών πυλών της άλγεβρας Βοοle με τα οποία σχεδιάζουμε λογικά κυκλώματα, CSF. SFC: είναι μια γραφική γλώσσα προγραμματισμού. Είναι μια παράλληλη γλώσσα στην οποία πολλαπλές ροές ελέγχου μπορούν να είναι ενεργές ταυτόχρονα.

Πλεονεκτήματα και Μειονεκτήματα του PLC

Πολλά τα πλεονεκτήματα, που καθιστούν ξεχωριστό στην χρήση του το PLC.

Ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά του είναι η δυνατότητα επέκτασης του αριθμού των εισόδων και εξόδων του, με αποτέλεσμα την προσαρμογή κάθε φορά της τελικής διάταξης, ειδικά στις ανάγκες μια συγκεκριμένης εφαρμογής.

Καθώς η λογική της λειτουργίας του βασίζεται στον προγραμματισμό, είναι δυνατή η χρήση του ίδιου εξοπλισμού σε εντελώς διαφορετικές εφαρμογές.

Γενικότερα τα πλεονεκτήματα ενός PLC είναι τα εξής:

• Χαμηλό κόστος υλοποίησης του αυτοματισμού

• Μειωμένος χρόνος υλοποίησης του αυτοματισμού

• Ελαχιστοποίηση κόστους συντήρησης

• Μεγάλες δυνατότητες επέκτασης του αυτοματισμού

• Ευκολία δημιουργίας πολύπλοκων διεργασιών

• &υνατότητα σύνδεσης με κεντρικό υπολογιστικό σύστημα ή εταιρικό δίκτυο. &ηλαδή σύνδεση με πολλαπλά interfaces, όπως το Scada.

• Καταλαμβάνει ελάχιστο χώρο

• Έλεγχος σωστής λειτουργίας

• Ταχύτερη εγκατάσταση

• Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας

Επίσης,

- Το κόστος κατασκευής του PLC είναι σημαντικά μικρότερο από το κόστος παραγωγής ενός μεγάλου αριθμού βοηθητικών ηλεκτρονόμων, χρονικών και απαριθμητών.

- Ο χρόνος κατασκευής του αυτοματισμού είναι μηδαμινός σε σχέση με την κατασκευή ενός κλασικού πίνακα αυτοματισμού.

- Ευκολία στον αυτοματισμό, καθώς με την χρήση του PLC καταργείται μεγάλο μέρος πολύπλοκων καλωδιώσεων και οι λογικές πράξεις που οδηγούν στην τελική εντολή προς τις μονάδες ισχύος, εκτελούνται ταχύτατα από τον μικροεπεξεργαστή.

- Ευελιξία στην τροποποίηση της λειτουργίας του αυτοματισμού. &ηλαδή αν θέλουμε να κάνουμε αλλαγή στον αυτοματισμό, αυτή μπορεί να γίνει αρκετά γρήγορα αρκεί να αλλάξουμε μόνο το πρόγραμμα.

- Χρησιμοποιώντας το PLC έχουμε δυνατότητα σύνδεσης με Η/Υ και παράλληλα παρακολούθηση του αυτοματισμού από απόσταση μέσω modem, δικτύου, GSM και άλλων πρωτοκόλλων.

Γενικά τα PLC παρέχουν την δυνατότητα σύνδεσης, προγραμματισμού και παρακολούθησης της ροής του προγράμματος με αποτέλεσμα να γίνεται ευνοικότερος ο έλεγχος, ο συντονισμός και οποιαδήποτε σύνθετη διαδικασία αυτομάτου ελέγχου. Ένα από αυτά τα συστήματα είναι το SCADA

(supervisory control and data acquisition).

Το PLC ποικίλει σε πλεονεκτήματα εν αντιθέσει με τα μειονεκτήματα. Παρ' όλα αυτά σαν μειονέκτημα θα μπορούσε να θεωρηθεί η έλλειψη επαρκούς γνώσης των τεχνικών, ειδικά στην Ελλάδα, πράγμα που καθιστά δύσκολη και με προβλήματα την εφαρμογή των PLC. Αντίστοιχα ο προγραμματισμός μπορεί να γίνει μόνο από άτομα με γνώσεις προγραμματισμού PLC.

 Ένα από τα κυριότερα μειονεκτήματα των PLC είναι η Ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή, γιατί στον χώρο εγκατάστασης είναι πιθανό να υπάρχουν ηλεκτρομαγνητικά πεδία τα οποία είναι ικανά να δημιουργήσουν παρεμβολές και στην λειτουργία του PLC. Το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο είναι ένα φυσικό πεδίο που παράγεται από ηλεκτρικά φορτισμένα αντικείμενα. Επηρεάζει τη συμπεριφορά των φορτισμένων αντικειμένων στην περιοχή του πεδίου. Το ηλεκτρικό πεδίο επεκτείνεται επ’άπειρον στο χώρο και περιγράφει τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις. Είναι μια από τις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις στη φύση, εκ των οποίων οι υπόλοιπες είναι η βαρύτητα, η ασθενής αλληλεπίδραση και η ισχυρή αλληλεπίδραση. Το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο μπορεί να εκφραστεί ως ο συνδυασμός ενός ηλεκτρικού πεδίου, το οποίο παράγεται από στατικά φορτία και ενός μαγνητικού πεδίου, το οποίο παράγεται από κινούμενα φορτία. Γι' αυτό και είναι απαραίτητο να προστατεύουμε τον ελεγκτή μας με περίβλημα από ατσάλι, αν οι αιτίες παρεμβολής που προκαλούνται από μεγάλους αγωγούς και να τον τοποθετούμε μακριά από τις πηγές αυτές. 

Aς δούμε ένα παράδειγμα και στις 3  γλώσσες προγραμματισμού