PLC бағдарламалауындағы логикалық алгебра: FBD логикалық қақпаларын түсіну

Әрбір PLC бағдарламасы қарапайым ұғымға сүйенеді: ақиқат немесе жалған шарттарға негізделіп шешім қабылдау. Конвейердің іске қосылуы, қозғалтқыштың тоқтауы немесе дабылдың іске қосылуы болсын, контроллер әрекет жасамас бұрын логикалық ережелер жиынтығын бағалайды. Бұл ережелер цифрлық электроника мен компьютерлік жүйелерде қолданылатын сол қағидаларға — бульдік логикаға негізделген.

Функциялық блок-схема (FBD) арқылы бағдарламалау PLC ішінде бульдік логиканы іске асырудың көрнекі тәсілін ұсынады. Электрлік таңбаларға сүйенудің орнына, FBD логикалық операцияларды білдіретін өзара байланысқан блоктарды пайдаланады. Бұл тәсіл сигнал ағынын көзбен шолуды және кірістердің шығыстарға қалай әсер ететінін түсінуді жеңілдетеді.

Функциялық блок-схемаларды түсіну

Инженерлер функциялық блок-схемаларды электрондық схемалармен жиі салыстырады. Әр блок белгілі бір операцияны орындайды, ал жалғаушы сызықтар функциялар арасында сигналдар тасымалдайды. Кірістер блоктың бір жағына түседі, логика бағаланады, ал алынған шығыс келесі функцияға жіберіледі.

1-сурет. Функциялық блоктармен бағдарламалауды үйренуге арналған ықшам PLC оқу қондырғысы.

1-суретте PLC-ді оқытуға арналған қарапайым қондырғы көрсетілген. Жабдық шағын болғанымен, бағдарламалаудың сол тұжырымдамалары өндірісте, процестерді басқаруда және материалдарды тасымалдау қолданбаларында пайдаланылатын ірі өнеркәсіптік автоматтандыру жүйелеріне де қолданылады.

Логикалық элементтерді қарастырмас бұрын, ең қарапайым FBD бағдарламасын түсіну пайдалы: кірісті шығысқа тікелей қосу.

2-сурет. PLC кірістерін шығыстарға тікелей қосатын негізгі функциялық блок-схема.

Бұл мысалда PLC кіріс құрылғысының күйін шығысқа тікелей жібереді. Бағдарламаның бұл түрі іске қосу және ақауларды жою кезінде далалық сымдардың және I/O модульдерінің дұрыс жұмыс істеп тұрғанын тексеру үшін жиі қолданылады.

AND логикасы: бірнеше шартты талап ету

AND элементі өнеркәсіптік автоматтандыруда ең жиі қолданылатын логикалық функциялардың бірі болып табылады. AND функциясында шығыс белсенуі үшін барлық кірістер белсенді болуы керек. Кез келген кіріс белсенді болмай қалса, шығыс бірден өшеді.

3-сурет. AND логикасының баспалдақты логикада, құрылымдалған мәтінде және функциялық блок-схемаларда көрсетілуі.

AND логикасы машинааралық блокировкаларда кеңінен қолданылады. Конвейер қозғалтқышын іске қосу үшін іске қосу пәрмені, қауіпсіздік тізбегінің жарамды күйі және төменгі ағын жабдығының қолжетімді екенін растайтын сигнал қажет болуы мүмкін. PLC қозғалтқышты іске қосуға рұқсат бермес бұрын, осы үш шарттың барлығы ақиқат болуы керек.

Бұл логика жабдықтың зақымдануын болдырмауға көмектесіп, машиналардың тек қауіпсіз жағдайлар болған кезде жұмыс істеуін қамтамасыз етеді.

OR логикасы: балама кірістерді қабылдау

AND қақпасынан айырмашылығы, OR қақпасына шығысты іске қосу үшін бір ғана белсенді кіріс қажет. Қосымша белсенді кірістер нәтижені өзгертпейді, өйткені шығыс онсыз да ақиқат күйінде болады.

4-сурет. Баспалдақ логикасы және функциялық блок диаграммалары арқылы көрсетілген OR логикасы.

OR логикасы дабыл жүйелерінде жиі кездеседі. Қауіпсіздік ақауы орын алғанда, қозғалтқыштың артық жүктемеден қорғанысы іске қосылғанда немесе байланыс қатесі анықталғанда машина дабылы қосылуы мүмкін. Осы оқиғалардың кез келгені оператордың назарын қажет ететіндіктен, OR логикасы бірнеше ақау жағдайын біріктірудің тиімді тәсілін ұсынады.

Тағы бір кең таралған қолданылу саласы — машинаны іске қосу. Операторлар жабдықты жергілікті батырма немесе HMI экраны арқылы іске қоса алады. Екі пәрменнің кез келгені жарамды болғандықтан, OR логикасы — ең қолайлы таңдау.

NOT логикасы: сигналды инверсиялау

NOT қақпасы қарапайым, бірақ маңызды функция орындайды. Ол сигналдың күйін кері өзгертеді. Егер кіріс ақиқат болса, шығыс жалған болады. Егер кіріс жалған болса, шығыс ақиқат болады.

5-сурет. Бір шығыс үшін OR логикасын және басқа шығыс үшін NOT логикасын көрсететін мысал.

NOT логикасы қауіпсіздік пен ақауларды бақылау қолданбаларында кеңінен пайдаланылады. Инженерлер қалыпты жұмыс кезінде белсенді күйде қалуы тиіс сигналдарды жиі бақылайды. Сигнал күтпеген жерден жоғалса, контроллер бұл өзгерісті ақау күйі ретінде түсіндіреді.

Мысалы, жарамды қауіпсіздік релесі күй сигналын үздіксіз бере алады. NOT логикасын пайдалану арқылы PLC осы сигналдың жоғалғанын дереу анықтап, қажет болса машинаны тоқтата алады.

NAND логикасы: AND функциясын инверсиялау

NAND логикасы AND қақпасының шығысына инвертор қою арқылы жасалады. Барлық кірістер шығысты қосуы керек дегеннің орнына, NAND логикасында барлық кірістер шығысты өшіруі керек.

6-сурет. Баспалдақ логикасы және функциялық блоктарды бағдарламалау арқылы NAND логикасын іске асыру.

NAND логикасын жаңа бағдарламашыларға елестету қиын болуы мүмкін, себебі инверсия кірістерде емес, шығыста орындалады. Осы айырмашылықты түсіну баспалдақ диаграммалары мен функциялық блок диаграммалары арасында логиканы түрлендіргенде жиі кездесетін жобалау қателерінің алдын алуға көмектеседі.

Іс жүзінде NAND логикасы жабдық белгілі бір шарттар тіркесі орындалғанға дейін белсенді күйде қалуы тиіс кез келген жағдайда пайдалы.

NOR логикасы және қауіпсіздік тізбектері

NOR логикасы OR функциясын инверсияланған шығыспен біріктіреді. Шығыс барлық кірістер белсенді емес күйінде қалған кезде ғана белсенді болады.

7-сурет. Апаттық тоқтату және қауіпсіздік тізбектерінде жиі қолданылатын NOR логикасы.

Апаттық тоқтату жүйелері — соның практикалық мысалы. Қалыпты жағдайда барлық апаттық тоқтату түймелері бастапқы қалпында тұрады, ал қауіпсіздік тізбегі қуатталған күйде болады. Кез келген апаттық тоқтату түймесін басу қауіпсіздік тізбегін дереу үзеді де, қауіпті жабдықтан қуатты ажыратады.

Бұл ақау қауіпсіздігіне негізделген жобалау философиясы заманауи машина қауіпсіздігі жүйелерінің іргетасы болып табылады.

XOR логикасы: кірістер әртүрлі болуы қажет болғанда

Exclusive OR немесе XOR қақпасы стандартты OR логикасынан өзгеше жұмыс істейді. Шығыс бір кіріс белсенді, ал екіншісі белсенді емес болғанда ғана қуаттанады.

8-сурет. PLC қолданбасындағы айрықша кіріс шарттарын көрсететін XOR логикасы.

Екі кіріс те өшірулі болса, шығыс өшірулі күйінде қалады. Екі кіріс те қосулы болса, шығыс та өшірулі күйінде қалады. Шығыс екі кіріс бір-бірінен өзгеше болғанда ғана іске қосылады.

XOR логикасы әдетте селекторлық ауыстырып-қосқыштармен, режим таңдау тізбектерімен және резервтелген датчиктермен бірге қолданылады. Мысалы, машина автоматты режимде немесе қол режимінде жұмыс істеуге жобалануы мүмкін, бірақ екі режимде бір уақытта емес. XOR логикасы тек бір жұмыс режимінің таңдалғанын тексере алады.

PLC бағдарламалауындағы бульдік логиканың маңызы

Заманауи автоматтандыру жүйелері барған сайын күрделене түскенімен, бульдік логика әрбір PLC қолданбасының өзегінде қала береді. Логикалық қақпалар контроллерлерге жұмыс шарттарын бағалауға, қауіпсіздік талаптарын орындауға, датчик кірістерін өңдеуге және шығыстарды болжамды түрде басқаруға мүмкіндік береді.

Function Block Diagram бағдарламалауы осы логикалық байланыстардың анық көрнекі көрінісін ұсынады. AND, OR, NOT, NAND, NOR және XOR функцияларының қалай жұмыс істейтінін түсіну арқылы инженерлер сенімдірек басқару жүйелерін жасап, қолданыстағы бағдарламалардағы ақауларды тиімдірек жоя алады.

Шағын дербес машинада немесе ауқымды өнеркәсіптік автоматтандыру жобасында жұмыс істесеңіз де, бульдік логиканы меңгеру PLC бағдарламалауындағы ең құнды дағдылардың бірі болып табылады.