Veiksmīgs PLC vadības sistēma projektējums sākas ar skaidri definētiem automatizācijas mērķiem, kas saskaņoti ar ražošanas rādītājiem. Nozares analīze liecina, ka 62% automatizācijas neveiksmju rodas no slikti dokumentētiem mērķiem. Lai to novērstu, komandām vajadzētu:
Šie mērāmie mērķi nodrošina, ka vadības sistēma atbalsta operatīvo efektivitāti un ilgtermiņa mērogojamību.
Efektīva I/O kartēšana prasa atšķirt digitālos (ieslēgts/izslēgts) un analogos (mainīgos) signālus. Bieži sastopami lauka ierīces ietver:
Pareiza I/O tipa izvēle nodrošina precīzu signālu interpretāciju un uzticamu izpildierīču reakciju mainīgos ekspluatācijas apstākļos.
PLC sistēmas parasti balstās uz trim galvenajiem komponentiem, kas darbojas kopā. Visas sistēmas centrā atrodas Centrālais apstrādes vienība, saīsināti CPU. Šis komponents pārvalda vadības programmas un veic visus tīkla uzdevumus sistēmā. Tad pastāv Ieejas/izejas moduļi. Šie mazie darbarūķi uztver signālus no temperatūras sensoriem, spiediena mērītājiem un citiem lauka ierīcēm un pārveido tos par datiem, kurus dators var saprast. Tie veic arī pretējo funkciju — sūta elektriskos impulsus, lai ieslēgtu motorus, atvērtu vārstus vai aktivizētu trauksmes signālus atkarībā no tā, ko tiem norāda CPU. Beidzot, bet noteikti ne mazāk svarīgs ir barošanas bloks. Lielākajai daļai rūpniecisko iekārtu nepieciešams stabils 24 volti līdzstrāvā, lai viss darbotos bez problēmām. Augstas kvalitātes vienībām ir rezerves shēmas, lai tās neizceltos neparedzētu sprieguma kritumu gadījumos rūpnīcās, kur lielas mašīnas pastāvīgi ieslēdzas un izslēdzas tuvumā.
| Konfigurācija | Pareizākais risinājums | Galvenie priekšrocības |
|---|---|---|
| Fiksētas PLC | Vienkārši, statiski procesi | Priekškonfigurēts, izmaksu efektīvs |
| Modulārie PLC | Mērogojamas darbības | Pielāgojami I/O ar papildkortēm |
| Rack-montēti PLC | Lielmēroga automatizācija | Centralizēta vadības arhitektūra |
Pareizas konfigurācijas izvēle ir atkarīga no procesa sarežģītības, paplašināšanās plāniem un fiziskajiem ierobežojumiem.
Ja runā par modulāriem PLC, šie rīki augšējās klases konfigurācijās var apstrādāt līdz pat 64 I/O paplašinājumiem, kas tos padara gandrīz vai ideālus sistēmām, kuras laika gaitā attīstās. Savukārt fiksēti PLC samazina sākotnējās izmaksas aptuveni par 30 līdz pat 45 procentiem mazākām instalācijām, taču pēc uzstādīšanas nav iespējas turpināt paplašināšanos, kad tā kļūst nepieciešama. Arī telpa ir svarīga. Rīļu montāžas sistēmas aizņem aptuveni divreiz vairāk vietas kontroles paneļos salīdzinājumā ar kompaktajām opcijām, kā norāda lielākā daļa uzstādītāju, ar kuriem esam runājuši. Bet šeit ir ķēpiņš: lai gan tās aizņem vairāk vietas, rīļu montāžas iekārtas padara apkopi daudz vieglāku, jo viss atrodas kopā, un tehnici var piekļūt komponentiem, neizjaucot sienas vai skapjus, lai salabotu vienu mazu lietu.
Viens no lielākajiem automašīnu sastāvdaļu ražotājiem pagājušogad sāka izmantot modulāras PLC sistēmas savās elektrisko transportlīdzekļu bateriju ražošanas līnijās. Šāda veida uzstādījums ļāva pakāpeniski ieviest aptuveni trīs gadu laikā lāzera metināšanas robotus un gudros kvalitātes pārbaudes sensorus, turpinot normālu rūpnīcas darbību. Tā vietā, lai nojauktu visus vecos sistēmu komplektus, šis pieeja, saskaņā ar iekšējiem ziņojumiem, samazināja pārbūves izmaksas gandrīz par pusi. Vienu pati taupījumi padara spēcīgu argumentu par to, kāpēc elastīgas aparatūras risinājumi kļūst tik svarīgi mūsdienu augsto tehnoloģiju ražošanas vidē.
Programmējamas loģikas kontrolieru (PLC) programmēšana būtībā pārvērš to, ko mašīnām jādara, par faktiskām instrukcijām, kuras tās var izpildīt. Sistēma reālā laikā iegūst informāciju no sensoriem, piemēram, cik karsts kļūst objekts vai vai noteikts slēdzis ir ieslēgts, un tad pieņem lēmumus par turpmākajiem darbības soļiem. Piemēram, motori tiek ieslēgti tad, kad nepieciešams, vai vārsti aizveras tieši pareizajā brīdī. Inženieri izmanto speciālas programmatūras kopas, lai izveidotu šādas vadības sistēmas atbilstoši rūpnīcas vajadzībām. Daži risinājumi koncentrējas uz produktu pārvietošanas ātrumu iepakojuma līnijās, kamēr citi prasa ļoti precīzu izpildi uzdevumiem, piemēram, automašīnu sastāvdaļu montāžā, kur pat nelielas kļūdas ir būtiskas.
Programmēšanas valodas izvēle ietekmē izstrādes ātrumu, elastību un uzturēšanas vieglumu:
Valodas izvēlei jāatbilst komandas zināšanām un lietojumprogrammas sarežģītībai.
Visi PLC darbojas caur nepārtrauktu skenēšanas ciklu:
Skenēšanas laika optimizēšana—bieži samazināta līdz milisekundēm augstsātuma sistēmās—nodrošina reaģētspējīgu un determinētu vadību, minimizējot kavēšanos strauji mainīgās ražošanas vidēs.
Laba I/O integrācija īstenībā ir atkarīga no tā, kā sākotnēji ir izvietota vadiem. Analogie moduļi nodrošina mainīgo signālu uztveršanu no elementiem, piemēram, termopārām, savukārt digitālie moduļi savienojas ar dažādiem ieslēgšanas/izslēgšanas sensoriem, tostarp ar visur izplatītajām galapozīciju slēdžiem. Cīņā pret elektromagnētisko traucējumu labākais risinājums ir ekrānēti divpāru kabeļi, ko kombinē ar kāda veida galvanisko izolāciju. Saskaņā ar pērnā gada nozares analīzes ziņojumu aptuveni 17 procenti no visām rūpnīcās reģistrētajām signāla problēmām faktiski saistītas ar EMI problēmām. Neaizmirstiet arī par pārsprieguma aizsargierīcēm — tās ir būtiskas, lai aizsargātu dārgos PLC komponentus no negaidītiem sprieguma uzplūdiem un kaitīgiem īssavienojumiem, kas var pilnībā apturēt darbības.
Dažādi lauka iekārtu veidi, piemēram, fotoelektriskie sensori, solenoīda vārsti un tie VFD risinājumi, savienojas ar PLC caur I/O moduļiem. Jaunākie pētījumi liecina, ka aptuveni 74 procenti problēmu automatizācijas sistēmās ir saistītas ar nepareizu sensoru un aktuatoru saderību, kas nozīmē, ka komponentu savietojamības pārbaude ir ļoti svarīga. Piemēram, spiediena transduseriem parasti nepieciešams pievienoties analogajam ieejas modulim, kas konfigurēts strāvas kontūrām, strādājot ar 4 līdz 20 mA signāliem. Savukārt lielākā daļa induktīvo tuvuma sensoru vienkārši pieslēdzas standarta 24 V DC digitālajām ieejām. Pareizi izvēloties šos savienojumus, tieši tas nosaka sistēmas uzticamību.
Kad signāli sāk uzvesties nepareizi, parasti pirmā aizdoma ir par nepietiekamu zemējumu. Šeit lieliski darbojas zvaigznepunkta metode, jo visi ekrāniētie kabeļi tiek pievienoti vienā vietā uz korpusa, nevis vairākās vietās, kā tas notiek ķēdes veida savienojumos. Saskaņā ar pagājušā gada Industrial Automation Journal, šī pieeja samazina zemes cilpas problēmas aptuveni par divām trešdaļām! Vietām, kur pastāv daudz elektriskā trokšņa, pārslēgšanās uz optisko šķiedru savienojumiem starp attālajām ieejas/izejas vienībām un galveno apstrādes vienību palīdz uzturēt tīru signalizāciju. Un neaizmirstiet arī par mazajiem magnētiskajiem gredzeniem — ferīta kodoliem —, ko pievieno Ethernet kabeliem. Turklāt atsevišķu kabeļu kanālu izmantošana strāvas vadu un vadības vadiem dod lielu atšķirību, cenšoties nodrošināt uzticamu sakaru sarežģītos sistēmās.
Saskaņā ar Automation World datiem no pagājušā gada, rūpīga testēšana samazina problēmas rūpnieciskajās vides ieviešanas laikā aptuveni par divām trešdaļām. Attiecībā uz faktisko ieviešanu aparatūras cilpas simulācijas ir ļoti efektīvas, pārbaudot vadības sistēmu veiktspēju reālos ekspluatācijas apstākļos. Savukārt dažādas diagnostikas metodes, piemēram, ieejas/izejas stāvokļu piespiešana vai pārtraukuma punktu iestatīšana, spēj noteikt nepatīkamās sinhronizācijas problēmas, kuras bieži paliek nepamanītas. Piemēram, automašīnu ražošanas līnijās daudzas automobiļu kompānijas faktiski testē simtiem dažādu kļūmes situāciju, pirms vispār sāk domāt par to, ka robotizētās metināšanas stacijas jāievieš pilnā ražošanas režīmā. Šāds pieeja palīdz iepriekš noteikt gandrīz visas iespējamās nepilnības.
Ieguldījumiem, kas darbojas augstas riska zonās, piemēram, ķīmisko vielu pārstrādes rūpnīcās, ir jāatbilst SIL 3 drošības integritātes standartiem. Tas parasti ietver sistēmu uzstādīšanu ar rezerves procesoriem kopā ar duālkanāla ievades/izvades konfigurācijām. Piemēram, tērauda ražošanas rūpnīcā, kur bija nopietna problēma, jo transportlīdzeklī tika ieslēgtas. Brīvo laiku pārtraukšanas sistēma gandrīz tūlīt sāka darboties, tikai 12 milisekunžu laikā apturot visas kustamas daļas. Tā ātri reaģēja un pasargāja no 2,1 miljonu dolāru zaudējumiem. Ja runa ir par drošības protokoliem, ir ļoti svarīgi ievērot gan ISO 13849, gan IEC 62061 pamatnostādnes. Visvarīgākais ir tas, ka šīs kritiskās slēgšanas procedūras ir jānodara pietiekami ātri, lai tās varētu reaģēt uz bīstamām situācijām ne vairāk kā 100 milisekunžu laikā.
| Protokols | Ātrums | Topoloģija | Rūpnieciski pielietojumi |
|---|---|---|---|
| Modbus RTU | 19,2 kbps | Valdnieks un vergs | HVAC, senie sensoru tīkli |
| Profibus DP | 12 Mbps | Lineārs | Motora vadības, procesa vārsti |
| EtherNet/IP | 100 Mbps | Zvaigzne | Redzes sistēmas, MES integrācija |
Katra protokola priekšrocības un trūkumi ir ātrumā, topoloģijā un savietojamībā, kas ietekmē tā piemērotību konkrētām lietojumprogrammām.
Kad operatīvās tehnoloģijas tiek savienotas ar IT sistēmām, atveras jaunas iespējas prediktīvai apkopei, nepārtraukti plūstot PLC datiem uz mākoņanalīzes platformām. Pēdējā gada pētījums par rūpnīcu darbībām parādīja diezgan ievērojamu rezultātu — rūpnīcām ar apvienotajām tīklu sistēmām izdevās defektus noteikt par 89 procentiem ātrāk, kad tās pielietoja mākslīgo intelektu reāllaika diagnostikas procesos. Tomēr šādas sistēmas ieviešana nav vienkārša. Drošība joprojām ir liels jautājums, tāpēc lielākajai daļai ieviešanas gadījumu ir vajadzīgi šifrēti privātie tīkla tuneļi, piekļuves kontrole, balstīta uz lietotāju lomām, kā arī OPC UA vārtejas, kas ļauj inženieriem attālināti uzraudzīt sistēmas, neapdraudot visa tīkla stabilitāti. Šie drošības pasākumi var šķist kā papildu sloga, taču tie ir būtiski, lai aizsargātu jutīgus rūpnieciskos datus.
PLC vadības sistēmas pamatkomponenti ir centrālā apstrādes vienība (CPU), ieejas/izejas (I/O) moduļi un barošanas avota bloks.
Ir trīs galvenie PLC veidi: fiksētie PLC, modulārie PLC un rātī montējamie PLC, no kuriem katrs piemērots dažāda mēroga un sarežģītības operācijām.
Ķēdes loģika tiek bieži izmantota, jo tā atgādina tradicionālās releju shēmas, kas padara to intuīti saprotamu elektriķiem un uzturēšanas tehniciem.
PLC skenēšanas cikls ietver trīs fāzes: ieejas skenēšana, loģikas izpilde un izejas atjaunošana, kas nodrošina efektīvu apstrādi un vadību.
EMI aizsardzība ir ļoti svarīga I/O integrācijā, jo tā novērš elektromagnētisko traucējumu rašanos, kas var izraisīt būtiskas signāla problēmas automatizācijas sistēmās.
Autortiesības © 2024 Shenzhen QIDA electronic CO.,ltd
EN