Onnistunut PLC-ohjausjärjestelmä suunnittelu alkaa selkeästi määritellyillä automaatiotavoitteilla, jotka ovat linjassa tuotantotavoitteiden kanssa. Teollisuusanalyysit osoittavat, että 62 % automaatiovirheistä johtuu huonosti dokumentoiduista tavoitteista. Näiden estämiseksi tiimit tulisi:
Nämä mitattavat tavoitteet varmistavat, että ohjausjärjestelmä tukee toiminnallista tehokkuutta ja pitkän aikavälin skaalautuvuutta.
Tehokas I/O-kartoitus edellyttää digitaalisten (päällä/pois) ja analogisten (muuttuvien) signaalien erottelua. Yleisiä kenttälaitteita ovat:
Oikean I/O-tyypin valitseminen varmistaa tarkan signaalin tulkinnan ja luotettavan toimilaitteen reaktion dynaamisissa käyttöolosuhteissa.
PLC-järjestelmät yleensä perustuvat kolmen pääosan yhteistyöhön. Näiden keskellä on keskussuoritin eli CPU. Tämä komponentti suorittaa ohjauksessa käytettävät ohjelmat ja hoitaa kaikki järjestelmän sisäiset verkkotehtävät. Sitten on tulon- ja lähtömoduulit. Nämä pienet työkoneet ottavat signaaleja lämpötila-antureilta, painemittareilta ja muilta kenttälaitteilta ja muuntavat ne tietokoneen ymmärtämään muotoon. Ne tekevät myös käänteisen toiminnon, lähettäen sähköisiä signaaleja moottoreiden käynnistämiseksi, venttiilien avaamiseksi tai hälytysten laukaisemiseksi sen mukaan, mitä CPU niille kertoo. Viimeisenä mutta ei vähäisimpänä on virtalähde. Useimmissa teollisuussovelluksissa tarvitaan vakioista 24 voltin tasajännitettä kaiken saumattoman toiminnan varmistamiseksi. Laadukkaissa malleissa on varavoimapiirejä, jotta ne eivät pettäisi silloin, kun odottamattomia jännitehäviöitä esiintyy tehtaissa, joissa suuria koneita kytketään jatkuvasti päälle ja pois.
| Kokoonpano | Paras valinta | Avainetuly |
|---|---|---|
| Kiinteät PLC:t | Yksinkertaiset, staattiset prosessit | Esikoonfiguroitu, kustannustehokas |
| Modulaariset PLC:t | Skaalautuvat toiminnot | Mukautettava I/O lisäkorttien avulla |
| Hyllyasenteiset PLC:t | Laajamittainen automaatio | Keskitetty ohjausarkkitehtuuri |
Oikean konfiguraation valinta riippuu prosessin monimutkaisuudesta, laajennussuunnitelmista ja fyysisistä rajoitteista.
Modulaarisia ohjelmoitavia logiikkakontrollereita käytettäessä näillä kaveruksilla voi olla jopa 64 I/O-laajennusta huippumallien konfiguraatioissa, mikä tekee niistä lähes täydelliset järjestelmille, jotka kasvavat ajan myötä. Toisaalta kiinteillä PLC:illä voidaan vähentää alkuperäisiä kustannuksia noin 30–45 prosenttia pienemmissä asennuksissa, mutta kerran asennettuna ei ole enää mahdollista laajentaa järjestelmää tarpeen tullen. Myös tila on tärkeä tekijä. Useimpien asentajien mukaan rakkijärjestelmät vievät noin kaksinkertaisen tilan verrattuna kompakteihin vaihtoehtoihin ohjauspaneelissa. Mutta siinä missä ne vievät enemmän tilaa, rakkiasennetut yksiköt helpottavat huoltotöitä huomattavasti, koska kaikki on helposti saatavilla samassa paikassa, eikä teknikoiden tarvitse purkaa seinämiä tai kaappeja korjatakseen yhtä pientä osaa.
Yksi suuri autonosavalmistaja alkoi käyttää modulaarisia ohjelmallisia logiikkakontrollereita (PLC) sähköautojen akkujen tuotantolinjoilla viime vuonna. Tämä järjestely mahdollisti laserhitsausrobottien ja älykkaiden laadunvalvontasensorien vaiheittaisen ottamisen käyttöön noin kolmen vuoden aikana samalla kun tehdastoiminta jatkui normaalisti. Vanhojen järjestelmien täydellisen purkamisen sijaan tämä lähestymistapa vähensi uudelleenvarustelukustannuksia lähes puoleen sisäisten raporttien mukaan. Pelkät säästöt riittävät perustelemaan, miksi joustavat laiteratkaisut ovat nykyään niin tärkeitä korkean teknologian valmistusympäristöissä.
Ohjelmoitavan logiikkakontrollerin (PLC) ohjelmointi muuntaa käytännössä koneiden tehtävät niiden seurattaviksi ohjeiksi. Järjestelmä kerää reaaliaikaista tietoa antureilta, kuten kuinka kuumaksi jokin kappale on lämmennyt tai onko tietty kytkin käännetty, ja tekee sen perusteella päätöksiä siitä, mitä toimia seuraavaksi. Ajattele esimerkiksi moottorien käynnistymistä tarpeen mukaan tai venttiilien sulkemista juuri oikealla hetkellä. Insinöörit käyttävät erityisiä ohjelmistoja rakentaakseen näitä ohjausjärjestelmiä tehtaan tarpeiden mukaan. Jotkin järjestelmät keskittyvät siihen, että tuotteet liikkuvat pakkauslinjoilla mahdollisimman nopeasti, kun taas toiset vaativat erittäin tarkan tarkkuuden tehtävissä, kuten autonosien kokoonpanossa, joissa jopa pienet virheet ovat merkittäviä.
Ohjelmointikielen valinta vaikuttaa kehitysnopeuteen, joustavuuteen ja ylläpidon helppouteen:
Kielemmän valinnan tulisi vastata tiimin osaamistasoa ja sovelluksen monimutkaisuutta.
Kaikki PLC:t toimivat jatkuvan skannausjakson kautta:
Skanniajan optimointi—usein vähennetään millisekunneiksi nopeissa järjestelmissä—varmistaa nopean ja deterministisen ohjauksen, minimoimalla viiveet nopeakulkuisten tuotantoympäristöjen aikana.
Hyvän I/O-integraation saavuttaminen riippuu paljolti siitä, miten kaapelointi on järjestetty alusta alkaen. Analogiamodulit hoitavat muuttuvat signaalit, jotka tulevat esimerkiksi termopareista, kun taas digitaaliset kytkentämodulit liittyvät erilaisiin päälle/pois -antureihin, mukaan lukien kaikkialla nähtävät rajakytkimet. Sähkömagneettisen häiriön torjunnassa parhaita ovat suojatut kierretty parikaapelit, joita käytetään yhdessä jonkinlaisen galvaanisen eristyksen kanssa. Viime vuoden teollisuusanalyysiraportin mukaan noin 17 prosenttia kaikista tehtaissa esiintyvistä signaaliongelmista johtuu EMI-häiriöistä. Älä myöskään unohda virtasuojia – ne ovat välttämättömiä arvokkaiden PLC-komponenttien suojaamiseksi odottamattomilta jännitepiikeiltä ja haitallisilta oikosuluilta, jotka voivat pysäyttää toiminnan täysin.
Erilaiset kenttälaitteet, kuten valoelektroniset anturit, sähkömagneettiventtiilit ja taajuusmuuttajat, liitetään ohjainlaitteeseen I/O-modulien kautta. Viimeaikainen tutkimus osoittaa, että noin 74 prosenttia automaatiojärjestelmien ongelmista johtuu huonosta yhteensopivuudesta anturien ja toimilaitteiden välillä, mikä tarkoittaa sitä, että komponenttien yhteensopivuuden tarkistaminen on erittäin tärkeää. Ota esimerkiksi paineanturit, jotka yleensä on liitettävä analogiseen syöttömoduliin, joka on asetettu käsittelemään virtasilmukoita, kun käsitellään 4–20 mA -signaaleja. Samanaikaisesti useimmat induktiiviset läheisyysanturit liitetään suoraan vakiostandardin mukaisiin 24 V DC:n digitaalisiin syöttöihin. Näiden kytkentöjen oikea toteutus tekee kaiken eron järjestelmän luotettavuudessa.
Kun signaalit alkavat käyttäytyä epämuodikkaasti, huono maadoitus on usein ylempänä listalla vian syytä. Tässä tähtipistemenetelmä toimii erinomaisesti, koska kaikki suojatut kaapelit liitetään runkoon vain yhteen pisteeseen, eikä niitä vedetä useiden pisteiden kautta kuten sarjaankytkennässä. Viime vuoden Industrial Automation Journal -julkaisun mukaan tämä menetelmä vähentää maasilmukkaongelmia noin kaksi kolmasosaa! Paikoissa, joissa leijuu paljon sähköistä kohinaa, etäisten syöttö/lähtöyksiköiden ja keskusprosessoriyksikön välisten valokuitiyhteyksien käyttö pitää asioita todella siistinä. Älä myöskään unohda lisätä pieniä magneettirenkaita, joita kutsutaan ferriittisydämiksi, Ethernet-johtoihin. Lisäksi tehokaapeleiden ja ohjausjohdotuksen erottaminen eri putkistoihin tekee suuren eron, kun pyritään ylläpitämään luotettavaa viestintää monimutkaisissa järjestelmissä.
Automation Worldin mukaan viime vuodelta perustavanlaatuinen testaus vähentää käyttöönotto-ongelmia teollisissa olosuhteissa noin kaksi kolmasosaa. Itse toteutuksessa laitteistosilmukkasiemuloinnit ovat erittäin tehokkaita tarkistettaessa säätöjärjestelmien toimintaa todellisten olosuhteiden edessä. Samalla erilaiset diagnostiikkamenetelmät, kuten syöttö/lähtötilojen pakottaminen tai katkaisukohtien asettaminen, voivat havaita ne ikävät ajoitusongelmat, jotka usein jäävät huomaamatta. Otetaan esimerkiksi autoteollisuuden tuotantolinjat: monet automerkit testaavat itse asiassa satoja erilaisia vikatilanteita ennen kuin harkitsevat robottihitsausasemien siirtämistä täyteen tuotantotilaan. Tämä menetelmä auttaa löytämään lähes kaikki mahdolliset viat etukäteen.
Laitokset, jotka toimivat korkean riskin alueilla kuten kemikaaliteollisuuslaitoksissa, täytyy täyttää SIL 3 -standardit turvallisuuden eheyden osalta. Tämä tarkoittaa yleensä järjestelmien asentamista varaprosessorein ja kaksikanavaisilla tuloliitäntöillä/lähtöliitäntöillä. Otetaan esimerkiksi teräksenvalmistuslaitos, jossa oli vakava ongelma kuljettimen tukkeutumisesta. Hätäpysäytysjärjestelmä aktivoitui lähes välittömästi, pysäyttäen kaikki liikkuvat osat vain 12 millisekunnissa. Tämä nopea reaktio säästi noin 2,1 miljoonan dollarin edestä laitevahinkoa. Turvallisuusprotokollien osalta on olennaista noudattaa sekä ISO 13849- että IEC 62061 -ohjeita. Tärkeintä on, että nämä kriittiset sammutusmenettelyt toimivat tarpeeksi nopeasti, jotta ne pystyvät reagoimaan vaarallisiin tilanteisiin enintään 100 millisekunnissa.
| Sopimus | Nopeus | Topologia | Teolliset käyttötapat |
|---|---|---|---|
| Modbus RTU | 19,2 kbps | Mestarivalitsin | ILMA-koneet, vanhat anturiverkot |
| PROFIBUS DP | 12 Mbps | Lineaarinen | Moottorien ohjaus, prosessiventtiilit |
| EtherNet/IP | 100 Mbps | Tähti | Näkösysteemit, MES-integraatio |
Jokainen protokolla tarjoaa kompromisseja nopeudessa, topologiassa ja yhteensopivuudessa, mikä vaikuttaa soveltuvuuteen tiettyihin sovelluksiin.
Kun toiminnallinen teknologia yhdistetään IT-järjestelmiin, se avaa uusia mahdollisuuksia ennakoivaan kunnossapitoon reaaliaikaisen PLC-datavirran kautta pilvipohjaisiin analytiikkalautasiin. Viime vuosien tutkimukset ovat osoittaneet melko vaikuttavan tuloksen – tehtaat, joissa on yhdistetyt verkot, havaitsevat vioita 89 prosenttia nopeammin, kun ne hyödyntävät tekoälyä reaaliaikaisessa diagnostiikassa. Tämän kaltaisen järjestelmän toteuttaminen ei kuitenkaan ole yksinkertaista. Tietoturva on edelleen suuri huolenaihe, joten useimmissa toteutuksissa tarvitaan salattuja virtuaaliverkko (VPN) -yhteyksiä, käyttäjärooleihin perustuvia pääsyvalvontaratkaisuja sekä OPC UA -yhdyskäytäviä, jotka mahdollistavat etävalvonnan ilman, että koko verkon vakaus vaarantuu. Nämä tietoturvaratkaisut saattavat tuntua ylimääräiseltä työltä, mutta ne ovat välttämättömiä arkaluonteisen teollisuusdatan suojaamiseksi.
PLC-ohjausjärjestelmän keskeiset komponentit ovat keskussuoritin (CPU), syöttö/lähtö (I/O) -moduulit ja virtalähde.
On olemassa kolme pääasiallista PLC-tyyppiä: kiinteät PLC:t, modulaariset PLC:t ja kehikkoon asennettavat PLC:t, joista kukin soveltuu eri laajuisten ja monimutkaisten toimintojen tarpeisiin.
Kisko-ohjelmaa käytetään yleisesti, koska se muistuttaa perinteisiä relepiirejä, mikä tekee siitä intuitiivisen sähköasentajille ja huoltoteknikoille.
PLC:n skannausjakso sisältää kolme vaihetta: syötteen skannaus, logiikan suoritus ja lähdön päivitys, mikä takaa tehokkaan käsittelyn ja ohjauksen.
EMI-suojaus on ratkaisevan tärkeää I/O-integroinnissa, koska se estää sähkömagneettisen häiriön, joka voi aiheuttaa merkittäviä signaaliongelmia automaatiojärjestelmissä.
Tekijänoikeudet © 2024 Shenzhen QIDA electronic CO.,ltd
EN