Программируемые логические контроллеры

ПРОГРАММИРУЕМЫЕ 
ЛОГИЧЕСКИЕ 
КОНТРОЛЛЕРЫ

О.В. ШИШОВ

Москва
ИНФРА-М
2024

УЧЕБНИК

УДК 004.42(075.8)
ББК 32.97я73
 
Ш65

Р е ц е н з е н т ы:
кафедра системотехники и управления в технических системах Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.;
Петров Д.Ю., кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории системных проблем управления и автоматизации в машиностроении Института проблем точной механики 
и управления Российской академии наук

ISBN 978-5-16-018581-1 (print)
ISBN 978-5-16-111554-1 (online)
© Шишов О.В., 2024

Шишов О.В.
Ш65  
Программируемые логические конт роллеры : учебник / О.В. Шишов. — Москва : ИНФРА-М, 2024. — 461 с. — (Высшее образование). — 
DOI 10.12737/2030899.
ISBN 978-5-16-018581-1 (print)
ISBN 978-5-16-111554-1 (online)
Рассматриваются технические средства, ставшие в настоящее время 
базовыми для построения современных систем управления технологическими процессами, — программируемые логические конт роллеры. В разделе I последовательно излагаются структурные и архитектурные принципы построения и функционирования конт роллеров, проводится обзор 
устройств, представленных на зарубежном и отечественном рынке. Раздел II полностью посвящен практике программирования конт роллеров: 
рассматриваются существующие для этого в рамках стандарта Международной электротехнической комиссии 613131–3 языки и созданные 
компьютерные пакеты.
Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования последнего поколения.
Для студентов, обучающихся по направлениям, посвященным построению автоматизированных систем управления технологическим процессом современных промышленных производств.

УДК 004.42(075.8)
ББК 32.97я73

Данная книга доступна в цветном  исполнении 
в электронно-библиотечной системе Znanium

Введение

Автоматизация технологических процессов — это процесс развития машинного производства, при котором функции управления 
и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам 
и автоматическим устройствам. Введение автоматизации на производстве позволяет значительно повысить производительность 
труда, обеспечить стабильное качество выпускаемой продукции, сократить число рабочих, занятых в различных сферах производства, 
или долю их ручного труда.
Фундаментальные сдвиги в области автоматизации начались 
с появлением микропроцессорной элементной базы. Применение 
компонентов программируемой вычислительной техники для организации измерений и обработки данных в различных технических 
системах позволило добиться таких качественных показателей, которых нельзя было достичь при применении аналоговой техники: 
многозадачности, долговременной метрологической стабильности, 
возможности взаимодействия большого количества разнопланового оборудования. Без применения этой техники мы не смогли бы 
обеспечить необходимый сегодня уровень функцио нальности современных контрольно-управляющих систем, в том числе развитого человеко-машинного интерфейса.
При широком использовании цифровой программируемой техники динамика в мире автоматизации сегодня определена однозначно: это возрастающая потребность в комплексных решениях. 
Доминирующей тенденцией развития современных систем управления является разработка проектов автоматизации для различных 
областей применения с использованием одинаковых базовых решений и стандартных компонентов, иными словами — уход при построении систем управления от уровня схемотехники к уровню системотехники. Такие проекты автоматизации должны отличаться 
минимальными затратами и сроками, отводимыми на проектирование, низкой стоимостью, простотой обслуживания.
Практическую реализацию эта тенденция нашла в выпуске 
типовых устройств автоматизации в рамках программно-технических комплексов, элемен ты которых уже при создании ориентируются на возможность совместного использования. В состав 
этих комплексов, кроме базовых компонентов — промышленных 
конт роллеров и компьютеров, входят компоненты по организации 
человеко-машинного интерфейса, работы в промышленной сети, 
устройства связи с объектами технологических процессов.

Создавать современные системы управления без учета этих тенденций и знания соответствующей элементной базы невозможно. 
Данная книга ставит своей целью ознакомить читателя с базовым 
компонентом, используемым при создании современных систем 
управления, — программируемым логическим конт роллером 
(ПЛК).
Книга состоит из двух разделов, задача которых — последовательно провести читателя от теории к практике работы с ПЛК. 
Раздел I посвящен рассмотрению общих архитектурных принципов 
построения ПЛК, современным подходам их построения и особенностям конструктивных реализаций, содержит обзор конт роллеров 
наиболее известных производителей и дает рекомендации по их 
выбору для конкретного проекта. Детально рассматривается ряд вопросов, без четкого знания и понимания которых будет невозможно 
приступить к серьезной практике создания программ для ПЛК. 
Дело в том, что работа по созданию проектов сводится не только 
к формальному нажатию нужных клавиш при работе в пакетах. 
Она требует осмысленного принятия тех или иных решений, обдуманного выбора нужных приемов для создания конкретных проектов. Мы исходили из того, что далее при рассмотрении вопросов 
программирования обобщающие момен ты читателю уже известны 
и можно уделять внимание только практике.
Раздел II посвящен практике программирования ПЛК. Рассматриваются используемые для этого языки, а также компьютерные пакеты, с помощью которых создаются программные проекты для этих конт роллеров. Поскольку трудоемкость разработки 
проекта системы управления на базе ПЛК в основном сводится 
к созданию программы его работы, данный раздел мы постарались 
сделать максимально практичным. Он содержит массу примеров 
программной реализации различных задач с одновременным сравнительным анализом их реализации на разных языках. Решение 
примеров рассматривается в рамках их выполнения в одном 
из самых популярных пакетов CODESYS на базе широко применяемых контроллеров российской компании ОВЕН. Выбор 
для представления практических примеров именно этого пакета 
и этих продуктов должен позволить читателю в дальнейшем максимально легко обратиться к программированию других контроллеров в других пакетах. Данный раздел представлен в форме 
практических занятий, в рамках которых преподаватель может последовательно излагать теоретический материал и определять необходимый порядок действий при выполнении заданий. Это должно 
позволить читателям максимально просто организовать самостоятельную работу по освоению нужных навыков.

В результате изучения материалов учебника студент будет:
 
• знать принципы построения, функционирования и характеристики современных промышленных конт роллеров;
 
• уметь программировать конт роллеры на специальных текстовых и графических языках;
 
• владеть навыками работы в компьютерных пакетах по созданию проектов для этих конт роллеров.
Учебник тщательно структурирован, чтобы при многократном 
обращении к нему максимально быстро и четко находить нужные 
материалы.
Представлен библиографический список: книги, статьи, сайты, 
посвященные соответствующей тематике. Обращение к ним позволит получить дополнительную информацию и разобраться в деталях, которые не нашли отражения в этом издании.
Учебник основан на материалах, которые используются автором 
при преподавании соответствующих дисциплин в вузе, а также 
в учебном регио нальном центре одной из известных российских 
компаний, занимающейся выпуском средств промышленной автоматизации.

Раздел I. 
ПЛК — УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИПЫ 
ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

Глава 1. 

СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ 
И УНИВЕРСАЛЬНЫЕ КОНТ РОЛЛЕРЫ

Слово «конт роллер» произошло от английского слова control 
(управление), а не от русского «контроль» (учет, проверка). Контроллерами в системах автоматизации называют устройства, выполняющие управление физическими процессами. Они получают информацию от датчиков, обрабатывают ее по заданному алгоритму 
и вырабатывают управляющие сигналы, передаваемые на исполнительные устройства. Конт роллеры, выполненные на элементах 
жесткой непрограммируемой логики, в настоящее время практически не выпускаются. Говоря сегодня о конт роллерах, мы почти 
всегда имеем в виду цифровые микропроцессорные устройства, работающие по записанной в них программе.
Термином «промышленный конт роллер» обозначают микропроцессорное устройство со встроенным аппаратным и программным 
обеспечением, которое используется для выполнения функций 
управления технологическим оборудованием. Их развитие идет 
по двум направлениям: создание конт роллеров специализированных и универсальных.
Конт роллеры начали активно внедряться в производственные 
системы управления с момента появления процессоров в интегральном исполнении, т.е. компактных и надежных микропроцессоров. Первоначально системы управления разрабатывались специально для каждого конкретного случая, так как на тот момент 
каких-либо технологий применения типовых готовых решений 
для построения управляющих устройств в различных проектах 
или их адаптации под конкретные проекты не существовало. По

этому первые устройства, которые мы считаем микропроцессорными конт роллерами, объективно являлись специализированными. 
Сейчас они образуют отдельное семейство устройств управления.
Специализированным конт роллером считается устройство, которое разрабатывалось для конкретного применения и не может 
применяться в других сферах. Такой конт роллер может быть 
встроен только в конкретную систему или класс систем и обладает 
логикой, алгоритмом работы, которые закладываются при его изготовлении, а пользователь не может их изменять. Проектирование 
таких конт роллеров окупается только для изделий, выпускаемых 
значительным тиражом.
В настоящее время разработка любого специализированного 
конт роллера базируется на идее минимизации аппаратных и программных средств для того, чтобы в конечном счете добиться оптимизации таких качественных показателей системы, как быстродействие, точность, стоимость, а также необходимых массогабаритных 
параметров.
Простейшие специализированные конт роллеры выпускаются 
для выполнения отдельных типовых функций. Примерами таких 
функций могут являться подсчет изделий, измерение, отображение 
и (или) регулирование какого-либо параметра (температуры, влажности и т.п.) по тому или иному закону и программе регулирования.
Существуют специализированные конт роллеры, работа которых 
не ограничивается выполнением отдельных задач. Они предназначены для использования на относительно сложных, но типовых 
технологических объектах, например, на теплопунктах системы жилищно-коммунального хозяйства, в системах кондиционирования 
помещений и т.д. Такие конт роллеры выполняют весь комплекс 
функций на подобных объектах.
Абсолютное большинство современных специализированных 
конт роллеров строится на базе микропроцессорной техники и работает в соответствии с записанной (прошитой) в них программой. 
Еще раз подчеркнем: эта программа записывается производителем 
на этапе создания конт роллеров и не может изменяться пользователем. Если предусмотрено программирование специализированного конт роллера, то оно сводится лишь к подстройке под параметры конкретного объекта (установка коэффициентов закона регулирования, задание уставок, выбор типов используемых входных 
и выходных сигналов и т.п.). Иногда для того чтобы такое «программирование» устройств не отождествлялось с созданием (модификацией) программы работы встроенного в них микропроцес

сора, для отражения процесса настройки параметров специализированных конт роллеров используют термин «конфигурирование».
Основными классами специализированных конт роллеров являются:
 
• контрольно-измерительные (индицирующие) устройства;
 
• счетчики;
 
• таймеры;
 
• регуляторы.
В дальнейшем мы не будем возвращаться к рассмотрению специализированных конт роллеров, по это му сразу продемонстрируем 
несколько примеров подобных устройств. Они широко выпускаются различными российскими и зарубежными компаниями. Ниже 
приведены отдельные модели специализированных конт роллеров 
компании ОВЕН (г. Москва), отражающие классы устройств приведенной выше классификации.
На рис. 1.1 показан измерительный прибор ИДЦ1.

Рис. 1.1. Измерительный прибор ИДЦ1

Цифровой измеритель служит для измерения температуры 
или других физических величин (давления, влажности, расхода, 
уровня и т.п.) с помощью датчиков с унифицированным выходным 
сигналом, представленным током или напряжением. Полученный 
с датчика сигнал может масштабироваться и благодаря этому представляться на дисплее в физических единицах измеряемого параметра. ИДЦ1 имеет два встроенных выходных устройства для выдачи сигнализации о выходе (или входе) измеряемого параметра 
в заданную пользователем зону. В процессе работы прибор предоставляет пользователю возможность фиксации на дисплее текущего значения измеряемой величины и запоминания ее в энергозависимой памяти прибора (функция «HOLD»). ИДЦ1 имеет 

крупный четырехразрядный цифровой индикатор. Размер цифр — 
40×20 мм. Имеет съемные клеммники, обеспечивающие легкость 
монтажа и демонтажа прибора.
На рис. 1.2 показан счетчик импульсов ОВЕН СИ30-Щ2.

Рис. 1.2. Счетчик импульсов ОВЕН СИ30-Щ2

Микропроцессорный счетчик используется, например, для подсчета количества продукции на транспортере, в системах измерения 
длины наматываемого кабеля или пленки и т.д.
Основные функцио нальные возможности счетчика импульсов 
ОВЕН СИ30:
 
• прямой, обратный или реверсивный счет импульсов, поступающих от подключенных к прибору датчиков;
 
• определение направления вращательного движения узлов и механизмов;
 
• перевод количества импульсов в реальные единицы измерения 
продукции;
 
• выбор позиции десятичной точки;
 
• коэффициент масштабирования;
 
• четыре режима работы выходных устройств;
 
• четыре дискретных входа для организации счета и реализации 
функций «старт/стоп», «блокировка», «сброс»;
 
• универсальные входы, позволяющие работать с датчиками PNP/
NPN-типа, сухим контактом, датчиками высокого и низкого 
уровня, энкодерами;
 
• встроенный источник питания датчиков 24 В с максимальным 
током нагрузки не более 100 мА;
 
• управление нагрузкой с помощью двух выходных устройств;
 
• сохранение результатов счета при отключении питания;
 
• встроенный модуль интерфейса RS-485 и USB-порт для подключения к персо нальному компьютеру (ПК); 
 
• поддержка распространенных протоколов Modbus (ASCII, 
RTU), ОВЕН.

На рис. 1.3 представлен универсальный таймер реального времени двухканальный ОВЕН УТ1-PiC. Прибор предназначен для автоматического включения и выключения исполнительных механизмов в заданный момент времени. Применяется для управления 
освещением в теплицах, инкубаторах, уличным освещением, 
а также в технологических процессах, где время включения и выключения оборудования связано с календарной датой или временем суток.

Рис. 1.3. Универсальный таймер реального времени 
двухканальный ОВЕН УТ1-PiC

Функцио нальные возможности:
 
• автоматическое включение и выключение исполнительных механизмов по календарному времени;
 
• задание периодичности исполнения каждой команды (ежегодно, 
еженедельно или ежедневно);
 
• коррекция программы по восходу и заходу солнца в зависимости 
от географической широты местности (управление освещением, 
наружной рекламой и т.п.);
 
• подключение внешних устройств блокировки команд;
 
• индикация текущих даты и времени;
 
• программирование прибора кнопками на лицевой панели;
 
• энергонезависимая память для сохранения программы управления при отключении питания;
 
• защита параметров от несанкционированного доступа.
На рис. 1.4 показан терморегулятор ОВЕН ТРМ500. Он предназначен для управления процессами поддержания температуры 
в печах, термопластавтоматах, экструдерах, термопрессах, машинах