Úspěšný Systém plc řízení návrh začíná jasně definovanými cíli automatizace sladěnými s výrobními cíli. Analýzy odvětví ukazují, že 62 % selhání automatizace vyplývá z špatně zdokumentovaných cílů. Aby se tomu zabránilo, týmy by měly:
Tyto měřitelné cíle zajišťují, že řídicí systém podporuje provozní efektivitu a dlouhodobou škálovatelnost.
Účinné mapování vstupů a výstupů vyžaduje rozlišení mezi digitálními (zapnuto/vypnuto) a analogovými (proměnnými) signály. Mezi běžná polevá zařízení patří:
Výběr správného typu vstupů a výstupů zajišťuje přesnou interpretaci signálů a spolehlivou odezvu akčních členů za různých provozních podmínek.
Systémy PLC obecně závisí na třech hlavních částech, které spolu pracují. V samém středu celého systému sedí centrální procesorová jednotka, neboli CPU. Tato součástka provozuje řídicí programy a zpracovává veškeré síťové úkoly uvnitř systému. Dále zde jsou vstupně-výstupní (I/O) moduly. Tyto malé pracovité jednotky přijímají signály od teplotních čidel, tlakoměrů a dalších polních zařízení a převádějí je na data srozumitelná pro počítač. Zároveň také plní opačnou funkci – odesílají elektrické impulzy ke spuštění motorů, otevření ventilů nebo aktivaci poplachů podle pokynů z CPU. Poslední, ale rozhodně nejméně důležitou součástí je napájecí zdroj. Většina průmyslových zařízení potřebuje stabilní napětí 24 V stejnosměrného proudu, aby vše bezproblémově fungovalo. Kvalitní zdroje jsou vybaveny záložními obvody, které zabraňují jejich výpadku při neočekávaném poklesu napětí v továrnách, kde se velká zařízení v blízkosti neustále zapínají a vypínají.
| Konfigurace | Nejlepší pro | Hlavní výhoda |
|---|---|---|
| Pevné PLC | Jednoduché, statické procesy | Předkonfigurované, nákladově efektivní |
| Modulární PLC | Škálovatelné operace | Přizpůsobitelné vstupy/výstupy pomocí rozšiřujících karet |
| Stojanové PLC | Automatizace na velkou škálu | Centralizovaná řídicí architektura |
Výběr správné konfigurace závisí na složitosti procesu, plánech rozšíření a fyzických omezeních.
Pokud jde o modulární PLC, tyto stroje dokážou zvládnout až 64 I/O rozšíření v těch nejlepších konfiguracích, což je činí téměř ideálními pro systémy, které se v průběhu času rozšiřují. Na druhou stranu pevná PLC snižují počáteční náklady přibližně o 30 až dokonce 45 procent u menších instalací, ale jakmile jsou jednou nainstalována, není možné dále rozšiřovat. Důležitý je také prostor. Podle většiny montérů, které jsme osloveni, systémy montované do racku zabírají přibližně dvojnásobek místa ve štítcích oproti kompaktním řešením. Ale existuje háček: i když zabírají více místa, rackové jednotky usnadňují údržbu, protože vše je pohromadě a technici mají snadný přístup ke komponentům, aniž by museli rozebírat stěny nebo skříně kvůli opravě jedné malé věci.
Jeden z významných výrobců automobilových dílů loni začal používat modulární systémy PLC na výrobních linkách baterií pro elektrická vozidla. Tato konfigurace jim umožnila postupně, během asi tří let, zavádět roboty pro laserové svařování a chytré senzory kontroly kvality, a to při plném provozu továrny. Na rozdíl od kompletní výměny starých systémů tento přístup snížil náklady na přestavbu téměř o polovinu, jak uvádějí interní zprávy. Samotné úspory představují přesvědčivý argument proč jsou flexibilní hardwarová řešení stále důležitější v současných vysoce technologických výrobních prostředích.
Programování programovatelných logických automatu (PLC) v podstatě převádí to, co mají stroje dělat, na skutečné instrukce, které mohou následovat. Systém v reálném čase získává informace ze senzorů, například jak moc se něco zahřívá nebo zda byl přepnut určitý spínač, a poté rozhoduje o dalších krocích. Například spuštění motorů, když je to potřeba, nebo uzavření ventilů ve správném okamžiku. Inženýři používají speciální softwarové balíčky k vytváření těchto řídicích systémů podle potřeb výrobny. Některá nastavení se zaměřují na to, aby se výrobky pohybovaly po linkách balicích linek co nejrychleji, zatímco jiná vyžadují extrémní přesnost pro úkoly jako montáž autodílů, kde i malé chyby velmi záleží.
Volba programovacího jazyka ovlivňuje rychlost vývoje, flexibilitu a jednoduchost údržby:
Výběr jazyka by měl odpovídat odborné úrovni týmu a složitosti aplikace.
Všechna PLC pracují prostřednictvím nepřetržitého skenovacího cyklu:
Optimalizace doby skenování – často snížená na milisekundy u vysoce rychlých systémů – zajišťuje rychlou a deterministickou regulaci a minimalizuje zpoždění v dynamických výrobních prostředích.
Dobrá integrace vstupů/výstupů opravdu závisí na tom, jak je rozvody provedeno od samého začátku. Analogové moduly se starají o proměnné signály přicházející například z termočlánků, zatímco digitální moduly se připojují k různým senzorům zapnutí/vypnutí, včetně těch koncových spínačů, které vidíme všude kolem. Pokud jde o potlačení elektromagnetické interference, stíněné dvojlinky fungují nejlépe ve spojení s galvanickou izolací. Podle průmyslové analytické zprávy z minulého roku zhruba 17 procent všech problémů se signály ve výrobních provozech souvisí právě s EMI. Nezapomeňte ani na přepěťové ochrany – jsou nezbytné pro ochranu cenných komponent PLC před neočekávanými špičkami napětí a nepříjemnými zkraty, které mohou provoz úplně zastavit.
Různá polevá zařízení, jako jsou fotoelektrické senzory, elektromagnetické ventily a ty VFD věci, se připojují k PLC prostřednictvím I/O modulů. Nedávný výzkum ukazuje, že přibližně 74 procent problémů v systémech automatizace vyplývá z nesprávného propojení mezi senzory a akčními členy, což znamená, že ověření kompatibility součástek je velmi důležité. Uvažujme například snímače tlaku – obvykle musí být připojeny k analogovému vstupnímu modulu nastavenému pro proudové smyčky, pokud jde o signály 4 až 20 mA. Naproti tomu většina indukčních přiblížených snímačů se jednoduše připojuje ke standardním digitálním vstupům 24 V DC. Správné zapojení těchto připojení zásadně ovlivňuje spolehlivost systému.
Když se signály začnou zhoršovat, špatné uzemnění je často na vrcholu seznamu věcí, které jdou špatně. Způsob hvězdného bodu dělá zázraky, protože všechny ty štítné kabely se připojují na jedno místo na podvozku, místo toho, aby procházely několika body jako v rozvážných řetězcích. Podle časopisu Industrial Automation Journal z loňského roku tento přístup snižuje problémy s pozemním smyčkem o asi dvě třetiny! Pro místa, kde je hodně elektrického hluku, přepínání na optická vlákna mezi vzdálenými vstupními a výstupními jednotkami a hlavní procesorovou jednotkou opravdu pomáhá udržet věci čisté. A nezapomeňte přidat ty malé magnetické kruhy nazývané feritové jádra na Ethernetové kabely. A oddělení vedení od vedení do různých vedení dělá velký rozdíl, když se snažíme udržet spolehlivou komunikaci v složitých systémech.
Podle Automation World z minulého roku důkladné testování snižuje problémy při nasazování v průmyslových prostředích přibližně o dvě třetiny. Pokud jde o skutečnou implementaci, jsou hardwarové smyčkové simulace velmi vhodné pro ověření chování řídicích systémů za reálných podmínek. Mezitím různé diagnostické metody, jako je vynucování stavů vstupů/výstupů nebo nastavování zarážek, dokážou odhalit obtížně postižitelné časovací problémy, které jsou často přehlíženy. Například v automobilových výrobních linkách mnohé automobilky testují stovky různých poruchových situací, než začnou uvažovat o uvedení svých robotizovaných svařovacích stanic do plné produkční provozní režimu. Tento přístup pomáhá předem zachytit téměř všechny možné závady.
Zařízení provozovaná v oblastech s vysokým rizikem, jako jsou chemické závody, musí splňovat bezpečnostní standardy SIL 3. To obvykle zahrnuje instalaci systémů se záložními procesory a dvojkanálovými vstupně-výstupními konfiguracemi. Například v továrně na výrobu oceli došlo k vážnému problému s uvíznutím dopravníku. Systém nouzového zastavení okamžitě zareagoval a zastavil všechny pohybující se části během pouhých 12 milisekund. Tato rychlá reakce ušetřila přibližně dva miliony sto tisíc dolarů za poškozené zařízení. Pokud jde o bezpečnostní protokoly, je nezbytné dodržovat pokyny podle norem ISO 13849 a IEC 62061. Nejdůležitější je, aby tyto kritické vypínací postupy fungovaly dostatečně rychle, aby mohly reagovat na nebezpečné situace maximálně do 100 milisekund.
| Protokol | Rychlost | Topologie | Případy průmyslového použití |
|---|---|---|---|
| Modbus RTU | 19,2 kbps | Master-Slave | VZT, starší senzorové sítě |
| PROFIBUS DP | 12 Mbps | Lineární | Řízení motorů, regulační ventily |
| EtherNet/IP | 100 Mbps | Hvězda | Vizuální systémy, integrace MES |
Každý protokol nabízí kompromisy mezi rychlostí, topologií a kompatibilitou, což ovlivňuje jeho vhodnost pro konkrétní aplikace.
Když se provozní technologie připojí k IT systémům, otevírají se nové možnosti prediktivní údržby prostřednictvím nepřetržitého toku dat z PLC do analytických cloudových platforem. Nedávný pohled na provoz továren odhalil něco docela působivého – podle minuloročního výzkumu továrny s kombinovanými sítěmi detekovaly závady o 89 procent rychleji, pokud použily umělou inteligenci ve svých procesech reálné diagnostiky. Nastavení takového systému není jednoduché. Bezpečnost stále zůstává velkým problémem, proto většina nasazení vyžaduje šifrované tunely virtuálních privátních sítí, řízení přístupu na základě uživatelských rolí a také brány OPC UA, které umožňují inženýrům dálkově sledovat provoz bez ohrožení stability celé sítě. Tyto bezpečnostní opatření mohou působit jako dodatečná zátěž, ale jsou nezbytné pro ochranu citlivých průmyslových dat.
Základními komponenty systému řízení PLC jsou centrální procesorová jednotka (CPU), moduly vstupů/výstupů (I/O) a napájecí zdroj.
Existují tři hlavní typy PLC: pevná PLC, modulární PLC a racková PLC, z nichž každý je vhodný pro různé rozsahy a složitosti provozu.
Reléová logika se běžně používá, protože připomíná tradiční reléové obvody, což je intuitivní pro elektrikáře a servisní techniky.
Skenovací cyklus PLC zahrnuje tři fáze: skenování vstupů, provádění logiky a aktualizaci výstupů, které zajišťují efektivní zpracování a řízení.
Ochrana proti EMI je při integraci vstupů/výstupů velmi důležitá, protože zabraňuje elektromagnetickému rušení, které může způsobit významné problémy se signály v systémech automatizace.
Copyright © 2024 by Shenzhen QIDA electronic CO.,ltd
EN