Успешен Система за управление с PLC дизайн започва с ясно дефинирани цели за автоматизация, съобразени с производствените цели. Анализът на индустрията показва, че 62% от провалите при автоматизацията се дължат на слабо документирани цели. За да се предотврати това, екипите трябва да:
Тези измерими цели гарантират, че системата за управление ще подпомага оперативната ефективност и дългосрочната мащабируемост.
Ефективното мапване на входове и изходи изисква разграничаване между цифрови (вкл./изкл.) и аналогови (променливи) сигнали. Често срещани полеви устройства включват:
Изборът на правилния тип входно/изходно устройство осигурява точна интерпретация на сигнала и надежден отговор на изпълнителните механизми при динамични работни условия.
Системите PLC обикновено разчитат на три основни компонента, които работят заедно. В центъра на всичко стои Централният процесорен блок (CPU). Този компонент изпълнява програмите за управление и се справя с всички мрежови задачи в системата. Следват модулите за вход и изход. Тези малки работни коне приемат сигнали от сензори за температура, манометри и други полеви устройства и ги преобразуват в нещо, което компютърът може да разбере. Те извършват и обратната операция – изпращат електрически импулси за стартиране на двигатели, отваряне на клапани или задействане на аларми, според командите от CPU. Накрая, но със сигурност не по-маловажно, идва блокът за захранване. Повечето индустриални системи се нуждаят от стабилно 24 V постоянен ток, за да работят безпроблемно. Качествените модели разполагат с резервни вериги, така че да не излизат от строй при непредвидени спадове на напрежението в заводи, където големи машини постоянно се включват и изключват наблизо.
| Конфигурация | Най-добър за | Ключово предимство |
|---|---|---|
| Фиксирани PLC | Прости, статични процеси | Предварително конфигуриран, икономически ефективен |
| Модулни ПЛК | Мащабируеми операции | Персонализирани входове/изходи чрез допълнителни карти |
| ПЛК за монтаж в стойка | Автоматизация в голям мащаб | Централизирана архитектура за управление |
Изборът на правилната конфигурация зависи от сложността на процеса, плановете за разширяване и физическите ограничения.
Когато става въпрос за модулни ПЛК, тези машини могат да поддържат до 64 разширения на входове/изходи в най-висококласните конфигурации, което ги прави почти перфектни за системи, които се разширяват с времето. От друга страна, фиксираните ПЛК намаляват първоначалните разходи с около 30 до дори 45 процента за по-малки инсталации, но след монтажа няма какво повече да се направи, когато се наложи разширяване. Важно е и пространството. Системите, монтирани на рафт, заемат приблизително два пъти повече място от компактните варианти в контролните табла, според повечето монтажни фирми, с които сме говорили. Но ето къде е уловката: въпреки че заемат повече място, единиците на рафт улесняват поддръжката значително, тъй като всичко е на едно място и техниците могат да достигнат до компонентите, без да трябва да разглобяват стени или шкафове само за да поправят нещо дребно.
Един от големите производители на части за автомобили започна да използва модулни системи с програмируеми логически контролери (PLC) на производствените си линии за батерии за електрически превозни средства миналата година. Тази настройка им позволи постепенно да въведат роботи за лазерно заваряване и умни сензори за качествен контрол в рамките на около три години, като през цялото време фабриката продължи нормално да функционира. Вместо да демонтират напълно старите системи, този подход намали разходите за преоборудване почти наполовина, според вътрешни доклади. Само тези спестявания правят убедителен аргумент защо гъвкавите хардуерни решения стават толкова важни в днешните високотехнологични производствени среди.
Програмирането на програмируеми логически контролери (PLC) по същество превръща това, което машините трябва да правят, в реални инструкции, които те могат да следват. Системата получава информация в реално време от сензори — например колко горещо става нещо или дали определен ключ е превключен — и след това взема решения за действията, които трябва да бъдат предприети. Например включване на мотори, когато е необходимо, или затваряне на клапани точно в подходящия момент. Инженерите използват специализирани софтуерни пакети, за да създават тези системи за управление според нуждите на фабриката. Някои конфигурации са насочени към максимална скорост на движение на продуктите през опаковъчните линии, докато други изискват изключителна точност при задачи като сглобяване на автомобилни части, където дори малки грешки имат голямо значение.
Изборът на език за програмиране влияе върху скоростта на разработка, гъвкавостта и лесното поддържане:
Изборът на език трябва да отговаря на експертизата на екипа и сложността на приложението.
Всички ПЛК работят чрез непрекъснат цикъл на сканиране:
Оптимизирането на времето за сканиране — често сведено до милисекунди в системи с висока скорост — осигурява бърза и детерминирана регулация, като минимизира закъсненията в динамични производствени среди.
Добрата интеграция на входове и изходове всъщност зависи от това как е направена окабеляването още от самото начало. Аналоговите модули се грижат за променливите сигнали, идващи от елементи като термодвойки, докато цифровите се свързват с различни видове включвател-изключвателни сензори, включително онези крайни превключватели, които се срещат навсякъде. Когато става въпрос за борба с електромагнитните смущения, най-добре се представят екранирани усукани двойки кабели, комбинирани с някакъв вид галванична изолация. Според проучване на индустрията от миналата година, около 17 процента от всички проблеми със сигнали в заводите всъщност се дължат на ЕМС. Не забравяйте и за предпазните устройства от пренапрежение – те са задължителни за защита на ценените компоненти на ПЛК от неочаквани скокове на напрежението и лоши къси съединения, които могат да спрат напълно производството.
Различни полеви устройства като фотоелектрични сензори, електромагнитни вентили и тези VFD неща се свързват към ПЛК чрез I/O модули. Нови изследвания показват, че около 74 процента от проблемите в системите за автоматизация се дължат на лошо съгласуване между сензори и изпълнителни механизми, което означава, че проверката за съвместимост на компонентите е доста важна. Вземете например преобразувателите на налягане – те обикновено трябва да се включват в аналогов входен модул, настроен за токови контури, когато се работи със сигнали от 4 до 20 mA. Междувременно повечето индуктивни сензори за близост просто се включват в стандартни 24V DC цифрови входове. Правилното свързване прави голяма разлика за надеждността на системата.
Когато сигналите започнат да се държат неправилно, често първата причина е лошото захранване. Методът с централна точка дава отлични резултати, тъй като всички екранирани кабели се свързват към една-единствена точка на шасито, вместо да минават през множество точки, както при верижни конфигурации. Според Industrial Automation Journal от миналата година, този подход намалява проблемите със заземителните контури с около две трети! В среди, където има голямо количество електрически смущения, преминаването към влакнестооптични връзки между отдалечените входни/изходни устройства и основния процесорен блок значително помага за поддържане на чиста връзка. Не забравяйте също да поставяте малки магнитни пръстени, наречени феритни ядра, върху Ethernet кабелите. Освен това разделянето на захранващите линии и командните проводи в отделни кабелни трасета прави голяма разлика при опитите за осигуряване на надеждна комуникация в сложни системи.
Според Automation World от миналата година, задълбоченото тестване намалява проблемите при внедряването в индустриални среди с около две трети. Когато става въпрос за реално прилагане, хардуерните симулации с обратна връзка са много ефективни за проверка на производителността на системите за управление при реални условия. Междувременно различни диагностични методи, като задаване на входни/изходни състояния или поставяне на точки за прекъсване, могат да засекат досадни проблеми с времевите интервали, които често се пропускат. Вземете например производствените линии в автомобилната промишленост – много автомобилни компании всъщност тестват стотици различни аварийни ситуации, преди изобщо да помислят за пускане на своите роботизирани заваръчни станции в пълно производство. Този подход помага да се открият почти всички възможни грешки предварително.
Обекти, работещи в зони с висок риск, като химически заводи, трябва да отговарят на стандарта SIL 3 за безопасност. Това обикновено изисква системи с резервни процесори и двуканални конфигурации за вход/изход. В завода за производство на стомана например имаше сериозен проблем със задръстване на транспортната система. Системата за аварийно спиране реагира почти мигновено и спря всички движещи се части за само 12 милисекунди. Благодарение на тази бърза реакция бяха спасени около 2,1 милиона долара щети за оборудването. Когато става дума за протоколи за безопасност, следването на насоките на ISO 13849 и IEC 62061 е задължително. Най-важното е критичните процедури за спиране да са достатъчно бързи, за да реагират на опасни ситуации за максимум 100 милисекунди.
| Протокол | Скорост | Топология | Индустриални приложения |
|---|---|---|---|
| Modbus RTU | 19,2 kbps | Мастър-слейв | Вентилация, климатизация и старти тип мрежи от сензори |
| PROFIBUS DP | 12 Mbps | Линейна | Контрол на двигатели, процесни клапани |
| EtherNet/IP | 100 Mbps | Звезда | Визуални системи, интеграция с MES |
Всеки протокол предлага компромиси между скоростта, топологията и съвместимостта, което влияе на пригодността му за конкретни приложения.
Когато оперативните технологии се свържат с ИТ системи, се отварят нови възможности за предиктивно поддържане чрез непрекъснатия поток от данни от ПЛК към платформи за анализ в облака. Наскорошно проучване на производствените операции показа нещо доста впечатляващо – заводите с комбинирани мрежи засичат дефекти с 89 процента по-бързо, когато прилагат изкуствен интелект към своите процеси за диагностика в реално време, според проучване от миналата година. Въпреки това, правилната настройка на такава система не е проста задача. Сигурността продължава да бъде голяма загриженост, затова повечето внедрявания изискват криптирани тунели на виртуална частна мрежа, контрол на достъпа, базиран на потребителски роли, както и OPC UA шлюзове, които позволяват на инженерите да следят отдалечено, без да компрометират стабилността на цялата мрежа. Тези мерки за сигурност може да изглеждат като допълнителна работа, но са задължителни за защитата на чувствителни промишлени данни.
Основните компоненти на система за управление с ПЛК са централният процесорен блок (CPU), модулите за вход/изход (I/O) и блокът за захранване.
Има три основни вида ПЛК: фиксирани ПЛК, модулни ПЛК и шасийни ПЛК, като всеки е подходящ за различни мащаби и сложности на операциите.
Логическата диаграма се използва често, защото прилича на традиционните релейни вериги, което я прави интуитивна за електротехниците и техниците по поддръжка.
Сканиращият цикъл на ПЛК включва три фази: сканиране на входовете, изпълнение на логиката и обновяване на изходите, които заедно осигуряват ефективна обработка и управление.
Защитата от ЕМИ е от решаващо значение при интеграцията на входове/изходи, тъй като предотвратява електромагнитни смущения, които могат да причинят сериозни проблеми със сигналите в системите за автоматизация.
Авторско право © 2024 от Shenzhen QIDA electronic CO.,ltd
EN