Egy sikeres PLC Vezérlő Rendszer a tervezés az egyértelműen meghatározott automatizálási célokkal kezdődik, amelyek összhangban állnak a termelési célokkal. A szektoranalízisek szerint az automatizálási hibák 62%-a a rosszul dokumentált célokból származik. Ennek elkerülésére a csapatoknak a következőket kell tenniük:
Ezek a mérhető célok biztosítják, hogy a vezérlőrendszer támogassa az üzemeltetési hatékonyságot és a hosszú távú skálázhatóságot.
Hatékony I/O leképezéshez el kell különíteni a digitális (be/ki) és az analóg (változó) jeleket. Gyakori mezőkészülékek:
A megfelelő I/O típus kiválasztása pontos jelértelmezést és megbízható végrehajtó-választ biztosít dinamikus üzemviteli körülmények között.
A PLC-rendszerek általában három fő egység együttműködésétől függenek. Ezek közül a legfontosabb a Központi Feldolgozó Egység, rövidítve CPU. Ez az alkatrész futtatja a vezérlőprogramokat, és kezeli az összes hálózati feladatot a rendszeren belül. Azután ott vannak az Input/Output (bemeneti/kimeneti) modulok. Ezek a kis munkások jeleket fogadnak hőmérsékletérzékelőktől, nyomásmérőktől és más terepi eszközöktől, majd ezeket olyan formává alakítják, amit a számítógép megérthet. Ugyancsak ellátják a fordított feladatot is: elektromos impulzusokat küldenek motorok indításához, szelepek nyitásához vagy riasztások aktiválásához, attól függően, hogy mit utasít a CPU. Végül, de nem utolsósorban, ott van a tápegység. A legtöbb ipari környezetben stabil 24 V-os egyenfeszültség szükséges ahhoz, hogy minden zavartalanul működjön. A minőségi egységek tartalékáramkörrel rendelkeznek, így nem hibásodnak meg váratlan feszültségesések esetén, amelyek gyakoriak olyan gyárakban, ahol nagy teljesítményű gépek folyamatosan kapcsolódnak be és ki.
| Konfiguráció | Legjobban alkalmas | Fontos előny |
|---|---|---|
| Fix PLC-k | Egyszerű, statikus folyamatok | Előre konfigurált, költséghatékony |
| Moduláris PLC-k | Skálázható műveletek | Testreszabható I/O bővítőkártyákkal |
| Rack-be épített PLC-k | Nagy léptékű automatizálás | Központosított vezérlési architektúra |
A megfelelő konfiguráció kiválasztása a folyamat bonyolultságától, bővítési tervektől és fizikai korlátozásoktól függ.
Moduláris PLC-k esetén ezek a berendezések akár 64 I/O bővítést is kezelhetnek a legkorszerűbb konfigurációkban, ami gyakorlatilag ideálissá teszi őket az idővel növekvő rendszerekhez. Másrészről, a fix PLC-k akár 30-45 százalékkal csökkenthetik a kezdeti költségeket kisebb telepítések esetén, de egyszer telepítve már nincs lehetőség kibővítésre, ha az később szükségessé válik. A helyigény is fontos szempont. A rack-re szerelhető rendszerek a beszámolók szerint átlagosan kb. kétszer annyi helyet foglalnak el a vezérlőpanelekben, mint a kompakt megoldások. Ám itt van a bökkenő: bár több helyet foglalnak el, a rack-re szerelt egységek karbantartása lényegesen egyszerűbb, mivel minden elem együtt található, és a technikusok könnyen hozzáférhetnek az alkatrészekhez anélkül, hogy falakat vagy szekrényeket kellene szétszedniük egy apró javításért.
Egy nagy autóalkatrész-gyártó tavaly kezdte el moduláris PLC-rendszereket használni elektromos járművek akkumulátorainak gyártósorain. A beállítás lehetővé tette, hogy fokozatosan, körülbelül három év alatt vezessék be a lézeres hegesztőrobotokat és az intelligens minőségellenőrző szenzorokat, miközben a gyár továbbra is normál üzemmódban működött. Az egész régi rendszer lebontása helyett ez a megközelítés majdnem felére csökkentette az átalakítási költségeket a belső jelentések szerint. Az egyedülálló megtakarítás is jól szemlélteti, miért válnak egyre fontosabbá a rugalmas hardvermegoldások a mai, magas technológiájú gyártási környezetekben.
A programozható logikai vezérlő (PLC) programozása lényegében azt jelenti, hogy a gépek által elvégzendő feladatokat ténylegesen követhető utasításokká alakítjuk. A rendszer valós időben információkat gyűjt szenzoroktól, például arról, hogy mennyire melegszik fel egy alkatrész, vagy hogy egy adott kapcsoló be lett-e kapcsolva, majd ennek alapján dönti el, milyen lépéseket kell következőként tenni. Gondoljon arra, amikor egy motor pontosan akkor indul be, amikor szükséges, vagy egy szelep éppen a megfelelő pillanatban záródik le. A mérnökök speciális szoftvercsomagokat használnak ezeknek a vezérlőrendszereknek a kialakításához, figyelembe véve az adott gyár igényeit. Egyes beállítások elsősorban arra koncentrálnak, hogy a termékek a lehető leggyorsabban haladjanak végig a csomagolóvonalon, míg mások extrém pontosságot igényelnek olyan feladatoknál, mint az autóalkatrészek összeszerelése, ahol még a kisebb hibák is komoly következményekkel járhatnak.
A programozási nyelv kiválasztása befolyásolja a fejlesztési sebességet, a rugalmasságot és a karbantartás egyszerűségét:
A nyelv kiválasztásánál figyelembe kell venni a csapat szakértelmét és az alkalmazás bonyolultságát.
Minden PLC folyamatos szkennelési ciklussal működik:
A szkennelési idő optimalizálása – amely gyakran ezredmásodpercekre csökken a nagysebességű rendszerekben – gyors és determinisztikus vezérlést biztosít, csökkentve a késleltetéseket az intenzív termelési környezetekben.
A megfelelő I/O integráció kialakítása nagyban függ attól, hogyan kerül kialakításra a bekötés már a kezdet kezdetén. Az analóg modulok gondoskodnak a termoelemekhez hasonló eszközöktől érkező változó jelek kezeléséről, míg a digitális modulok különféle be- és kikapcsoló szenzorokkal, többek között az mindenhol jelen lévő végálláskapcsolókkal kapcsolódnak össze. Az elektromágneses zavarok elleni védekezés során a csavart, árnyékolt kábelek a legjobbak, különösen akkor, ha galvanikus elválasztással egészülnek ki. A tavalyi iparági elemzés szerint az üzemekben fellépő jelzések kb. 17 százaléka valójában elektromágneses zavarokból (EMI) adódik. Ne feledkezzünk meg a túlfeszültség-védelemről sem – elengedhetetlenek ahhoz, hogy megóvják a drága PLC alkatrészeket a váratlan feszültségingadozásoktól és a működést leállító rövidzárlatoktól.
Különféle terepi berendezések, mint például fotoelektromos szenzorok, mágnesszelepek és a VFD-k az I/O modulokon keresztül csatlakoznak a PLC-hez. A legújabb kutatások szerint az automatizálási rendszerekben fellépő hibák körülbelül 74 százaléka a szenzorok és meghajtók közötti rossz illesztésből adódik, ami azt jelenti, hogy az alkatrészek kompatibilitásának ellenőrzése különösen fontos. Vegyük például a nyomástranszducereket, amelyek általában analóg bemeneti modulhoz csatlakoznak, amely áramhurkokra van beállítva, ha 4-20 mA jelekről van szó. Eközben a legtöbb induktív közelítési szenzor egyszerűen csatlakoztatható szabványos 24 V-os DC digitális bemenethez. Ezeknek a kapcsolatoknak a helyes kialakítása döntő fontosságú a rendszer megbízhatósága szempontjából.
Amikor a jelek zavarokat mutatnak, gyakran az alapozás hiányosságai állnak a probléma hátterében. Ezen a területen kiválóan működik a csillagpont-szerű földelési módszer, amelynél az összes árnyékolt kábel csak egyetlen ponton csatlakozik a vázasztalhoz, ellentétben a soros (daisy chaining) bekötéssel, ahol több ponton történik a csatlakozás. Az Industrial Automation Journal tavalyi kiadása szerint ez a megoldás körülbelül kétharmaddal csökkenti a földhurkokból eredő zavarokat! Olyan helyeken, ahol jelentős az elektromos zaj, nagy segítség lehet a távoli bemeneti/kimeneti egységek és a központi feldolgozó egység közötti üvegkapcsolatok alkalmazása, mivel ezek hatékonyan csökkentik a zavart. Ne feledkezzünk meg a ferritgyűrűk használatáról sem az Ethernet-kábeleken – ezek a kis mágneses gyűrűk további védelmet nyújtanak. Emellett a vezérlővezetékek és az energiaellátó kábelek külön csatornákba való elválasztása is jelentős javulást eredményez a bonyolult rendszerekben a megbízható kommunikáció fenntartásában.
Az Automation World tavalyi adatai szerint alapos teszteléssel az ipari környezetekben felmerülő üzembehelyezési problémák körülbelül kétharmadával csökkenthetők. A tényleges bevezetésnél a hardveres hurokszimuláció kiválóan alkalmas arra, hogy ellenőrizze a vezérlőrendszerek teljesítményét valós körülmények között. Eközben különféle diagnosztikai módszerek, például bemeneti/kimeneti állapotok kényszerítése vagy töréspontok beállítása képesek felderíteni az olyan bosszantó időzítési hibákat, amelyek gyakran figyelmen kívül maradnak. Vegyük példának az autógyártó sorokat: sok autógyártó vállalat valójában több száz különböző hibás helyzetet tesztel, mielőtt még csak fontolóra venné a robotoltó állomások teljes körű termelésbe állítását. Ez a megközelítés lehetővé teszi, hogy szinte minden lehetséges hibát időben észrevegyenek.
A veszélyes területeken működő létesítményeknek, például vegyipari üzemekben, meg kell felelniük a SIL 3 szintű biztonsági integritási szabványoknak. Ez általában tartalék processzorokkal és kétcsatornás bemeneti/kimeneti konfigurációkkal rendelkező rendszerek kialakítását jelenti. Vegyünk egy acélgyártó üzemet, ahol komoly probléma adódott egy szállítószerkezet elakadásával. A vészleállító rendszer majdnem azonnal aktiválódott, és minden mozgó alkatrészt mindössze 12 millisekundum alatt leállított. Ez a gyors reakció körülbelül 2,1 millió dollárnyi berendezés-kártól óvta meg őket. Amikor a biztonsági protokollokról van szó, az ISO 13849 és az IEC 62061 irányelvek betartása elengedhetetlen. Legfontosabb, hogy a kritikus leállítási eljárások elég gyorsan működjenek ahhoz, hogy maximálisan 100 millisekundumon belül reagálhassanak a veszélyes helyzetekre.
| Jegyzőkönyv | Sebesség | Topológia | Ipari Használati Példák |
|---|---|---|---|
| Modbus RTU | 19,2 kbps | Mester-Szolga | Épületgépészet (HVAC), régi típusú érzékhálózatok |
| PROFIBUS DP | 12 Mbps | Lineáris | Motorvezérlés, folyamat-szelepek |
| EtherNet/IP | 100 Mbps | Csillag | Látórendszerek, MES-integráció |
Az egyes protokollok sebesség, topológia és kompatibilitás tekintetében különböző kompromisszumokat kínálnak, amelyek befolyásolják az alkalmazhatóságukat konkrét felhasználási területeken.
Amikor az operatív technológia IT-rendszerekhez csatlakozik, új lehetőségek nyílnak meg a prediktív karbantartás számára a PLC-adatok folyamatos áramlása révén a felhőalapú elemzési platformokba. Egy friss vizsgálat a gyári működésről valami lenyűgözőt mutatott – azok a gyárak, amelyek kombinált hálózatokkal rendelkeztek, mesterséges intelligencia alkalmazásával 89 százalékkal gyorsabban észlelték a hibákat valós idejű diagnosztikai folyamataik során, az elmúlt év kutatásai szerint. Ennek a beállításnak a helyes kialakítása azonban nem egyszerű. A biztonság továbbra is nagy aggodalomra ad okot, ezért a legtöbb megvalósítás titkosított virtuális magánhálózati alagutakat, felhasználói szerepkörökön alapuló hozzáférés-vezérléseket, valamint olyan OPC UA-átjárókat igényel, amelyek lehetővé teszik a mérnökök számára a távoli figyelemmel kísérést anélkül, hogy veszélyeztetnék az egész hálózat stabilitását. Ezek a biztonsági intézkedések talán pluszmunkának tűnhetnek, de elengedhetetlenek a bizalmas ipari adatok védelmében.
A PLC-vezérlőrendszer alapvető elemei a Központi Feldolgozóegység (CPU), a Bemeneti/Kimeneti (I/O) modulok, valamint a Tápegység.
Három fő típusa létezik a PLC-knek: Fix PLC-k, Moduláris PLC-k és Rack-be építhető PLC-k, amelyek mindegyike különböző méretű és összetettségű műveletekhez alkalmas.
A Ladder Logic elterjedt, mert hagyományos relészekrény-áramkörökre hasonlít, így villanyszerelők és karbantartó technikusok számára intuitív.
A PLC szkennelési ciklusa három fázisból áll: Bemenetek olvasása, Logika végrehajtása és Kimenetek frissítése, amelyek együttesen biztosítják az hatékony feldolgozást és vezérlést.
Az EMI-védelem rendkívül fontos az I/O integrációban, mivel megakadályozza az elektromágneses zavarokat, amelyek komoly jelzási problémákat okozhatnak az automatizálási rendszerekben.
Copyright © 2024 by Shenzhen QIDA electronic CO.,ltd
EN