Een succesvolle PLC-besturingssysteem het ontwerp begint met duidelijk gedefinieerde automatiseringsdoelen die afgestemd zijn op productiedoelstellingen. Uit analyse blijkt dat 62% van de mislukte automatiseringen voortkomt uit slecht gedocumenteerde doelstellingen. Om dit te voorkomen, moeten teams het volgende doen:
Deze meetbare doelstellingen zorgen ervoor dat het besturingssysteem operationele efficiëntie en langetermijn schaalbaarheid ondersteunt.
Effectieve I/O-toewijzing vereist onderscheid tussen digitale (aan/uit) en analoge (variabele) signalen. Veelvoorkomende veldapparaten zijn onder andere:
Het selecteren van het juiste I/O-type zorgt voor nauwkeurige signaalinterpretatie en betrouwbare actuatorrespons onder dynamische bedrijfsomstandigheden.
PLC-systemen zijn over het algemeen afhankelijk van drie belangrijke onderdelen die samenwerken. In het hart van het systeem bevindt zich de Central Processing Unit, ofwel CPU. Deze component voert de besturingsprogramma's uit en verzorgt alle netwerktaken binnen het systeem. Vervolgens zijn er de Input/Output-modules. Deze kleine krachtpatsers nemen signalen op van temperatuursensoren, druksensoren en andere veldapparaten, en zetten ze om in iets wat de computer kan begrijpen. Ze voeren ook de omgekeerde taak uit, door elektrische pulsen te sturen om motoren te starten, ventielen te openen of alarmen af te laten gaan, afhankelijk van wat de CPU hun opdraagt. Ten slotte, maar zeker niet het minst belangrijk, is er de voedingseenheid. De meeste industriële installaties hebben een stabiele gelijkspanning van 24 volt nodig om alles soepel draaiende te houden. Kwalitatief goede voedingsunits zijn voorzien van back-upcircuitjes, zodat ze niet uitvallen wanneer er onverwachte spanningsdalingen optreden in fabrieken waar grote machines continu in de buurt worden aangezet en uitgezet.
| Configuratie | Bestemd Voor | Belangrijkste Voordeel |
|---|---|---|
| Vaste PLC's | Eenvoudige, statische processen | Voorgeconfigureerd, kosteneffectief |
| Modulaire PLC's | Scalable Operations (Schaalbare operaties) | Aanpasbare I/O via uitbreidingskaarten |
| Rackgemonteerde PLC's | Grootschalige automatisering | Gecentraliseerde besturingsarchitectuur |
Het kiezen van de juiste configuratie is afhankelijk van de procescomplexiteit, uitbreidingsplannen en fysieke beperkingen.
Wat betreft modulaire PLC's kunnen deze toppers in de hoogwaardige configuraties tot wel 64 I/O-uitbreidingen aan, waardoor ze vrijwel perfect zijn voor systemen die in de loop van tijd groeien. Aan de andere kant besparen vaste PLC's ongeveer 30 tot zelfs 45 procent aan initiële kosten bij kleinere installaties, maar zodra ze eenmaal geïnstalleerd zijn, is uitbreiding praktisch onmogelijk. Ook ruimte speelt een rol. Volgens de meeste installateurs die we gesproken hebben, nemen rackgemonteerde systemen ongeveer twee keer zoveel ruimte in beslag als compacte opties in bedieningspanelen. Maar hier ligt het addertje onder het gras: hoewel ze meer ruimte innemen, vereenvoudigen rackgemonteerde units het onderhoud aanzienlijk, omdat alles dicht bij elkaar zit en technici gemakkelijk bij componenten kunnen komen zonder muren of kasten uit elkaar te hoeven halen om één klein dingetje te repareren.
Een grote fabrikant van auto-onderdelen is vorig jaar overgestapt op modulaire PLC-systemen voor hun productielijnen van accu's voor elektrische voertuigen. Deze opzet stelde hen in staat om gedurende ongeveer drie jaar geleidelijk lasrobots en slimme kwaliteitscontrolesensoren in te voeren, terwijl de fabriek gewoon bleef draaien. In plaats van oude systemen volledig te vervangen, heeft deze aanpak de kosten voor herinrichting volgens interne rapporten bijna gehalveerd. Alleen al deze besparingen onderbouwen waarom flexibele hardwaresystemen steeds belangrijker worden in de huidige high-tech productieomgevingen.
Programmable Logic Controller (PLC) programmeren zet in wezen wat machines moeten doen om naar daadwerkelijke instructies die ze kunnen volgen. Het systeem verwerkt informatie van sensoren in real time, zoals hoe heet iets wordt of of een bepaalde schakelaar is overgehaald, en neemt vervolgens beslissingen over welke acties vervolgens moeten worden ondernomen. Denk aan motoren die aangaan wanneer nodig of ventielen die op precies het juiste moment sluiten. Ingenieurs gebruiken speciale softwarepakketten om deze besturingssystemen te bouwen volgens de behoeften van de fabriek. Sommige opstellingen richten zich op het zo snel mogelijk laten doorstromen van producten via verpakkingslijnen, terwijl andere extreme nauwkeurigheid vereisen voor taken zoals het assembleren van auto-onderdelen, waar zelfs kleine fouten veel uitmaken.
De keuze van programmeertaal beïnvloedt de ontwikkelingssnelheid, flexibiliteit en onderhoudsgemak:
De keuze van de taal moet aansluiten bij de expertise van het team en de complexiteit van de toepassing.
Alle PLC's werken via een continu scanlus:
Het optimaliseren van de scantijd—vaak gereduceerd tot milliseconden in hoogwaardige systemen—zorgt voor responsieve en deterministische regeling, waardoor vertragingen in snel productieomgevingen worden geminimaliseerd.
Goede I/O-integratie realiseren hangt sterk af van hoe de bedrading vanaf het begin is aangelegd. De analoge modules verzorgen de variabele signalen die binnenkomen van bijvoorbeeld thermokoppels, terwijl digitale modules worden gekoppeld aan diverse aan/uit-sensoren, inclusief de overal aanwezige eindschakelaars. Bij het bestrijden van elektromagnetische interferentie werken afgeschermde draadparen het beste in combinatie met een vorm van galvanische isolatie. Volgens dit sectoranalyserapport uit vorig jaar zijn ongeveer 17 procent van alle signaalproblemen in fabrieken te wijten aan EMI-problemen. Vergeet ook overspanningsbeveiliging niet; deze is essentieel om de kostbare PLC-componenten te beschermen tegen onverwachte spanningspieken en vervelende kortsluitingen die de operaties tot stilstand kunnen brengen.
Diverse veldapparatuur zoals foto-elektrische sensoren, magneetventielen en die VFD-dingen worden via I/O-modules op de PLC aangesloten. Recente onderzoeken wijzen erop dat ongeveer 74 procent van de problemen in automatiseringssystemen te wijten is aan slechte koppelingen tussen sensoren en actuatoren, wat betekent dat het controleren van de samenwerking van componenten erg belangrijk is. Neem bijvoorbeeld drukomzetters; deze moeten meestal worden aangesloten op een analoge ingangsmodule die is ingesteld op stroomlussen bij signalen van 4 tot 20 mA. Inductieve naderingssensoren kunnen daarentegen gewoon op standaard 24V DC digitale ingangen worden aangesloten. Het juist maken van deze aansluitingen maakt een groot verschil voor de betrouwbaarheid van het systeem.
Wanneer signalen gaan knoeien, staat slechte aarding vaak bovenaan de lijst van mogelijke oorzaken. De sterpuntaarding werkt hierbij wonderen, omdat alle afgeschermde kabels op één enkel punt aan het chassis worden verbonden, in plaats van via meerdere punten zoals bij daisy-chaining-opstellingen. Volgens het Industrial Automation Journal van vorig jaar reduceert deze aanpak aardlusproblemen met ongeveer twee derde! Op locaties waar veel elektrische ruis aanwezig is, helpt het overschakelen naar glasvezelverbindingen tussen verre input/output-units en de centrale verwerkingseenheid om de communicatie schoon te houden. Vergeet ook niet om ferrietkernen, die kleine magnetische ringen, op Ethernet-kabels te plaatsen. Daarnaast maakt het scheiden van stroomkabels en besturingsbedrading in aparte kabelgoten een groot verschil bij het behoud van betrouwbare communicatie in complexe systemen.
Volgens Automation World van vorig jaar vermindert grondig testen de problemen tijdens implementatie in industriële omgevingen met ongeveer twee derde. Wat betreft de daadwerkelijke implementatie, zijn hardware-loop simulaties zeer geschikt om te controleren hoe besturingssystemen presteren onder invloed van reële omstandigheden. Ondertussen kunnen diverse diagnosemethoden, zoals het forceren van invoer/uitvoerstatussen of het instellen van breakpoints, vervelende tijdsproblemen opsporen die vaak over het hoofd worden gezien. Neem bijvoorbeeld automobielproductielijnen: veel autofabrikanten testen honderden verschillende foutscenario's voordat ze zelfs maar overwegen hun robotlasstations in volledige productiemodus te plaatsen. Deze aanpak helpt om bijna elke mogelijke fout vooraf te detecteren.
Installaties die in risicovolle gebieden opereren, zoals chemische fabrieken, moeten voldoen aan de SIL 3-normen voor veiligheidsintegriteit. Dit houdt doorgaans in dat systemen worden opgezet met reserveprocessors en dubbele ingangs-/uitgangskanalen. Neem een staalfabriek waar een ernstig probleem ontstond doordat een transportsysteem vastliep. Het noodstop-systeem greep bijna onmiddellijk in, waardoor alle bewegende onderdelen binnen slechts 12 milliseconden tot stilstand kwamen. Die snelle reactie bespaarde hen ongeveer 2,1 miljoen dollar aan apparatuurschade. Wat betreft veiligheidsprotocollen is het essentieel om zowel de ISO 13849- als IEC 62061-richtlijnen te volgen. Allerbelangrijkst is dat kritieke afsluitprocedures snel genoeg moeten werken om binnen maximaal 100 milliseconden op gevaarlijke situaties te kunnen reageren.
| Protocol | Snelheid | Topologie | Industriële toepassingen |
|---|---|---|---|
| Modbus RTU | 19,2 kbps | Master-Slave | HVAC, verouderde sensornetwerken |
| PROFIBUS DP | 12 Mbps | Lineair | Motorregeling, procesafsluiters |
| EtherNet/IP | 100 Mbps | Ster | Vision-systemen, MES-integratie |
Elk protocol biedt afwegingen op het gebied van snelheid, topologie en compatibiliteit, wat de geschiktheid voor specifieke toepassingen beïnvloedt.
Wanneer operationele technologie wordt gekoppeld aan IT-systemen, ontstaan er nieuwe mogelijkheden voor voorspellend onderhoud via de continue stroom van PLC-gegevens naar cloudanalyseplatforms. Een recente blik op fabrieksprocessen toonde iets indrukwekkends - installaties met gecombineerde netwerken detecteerden fouten 89 procent sneller wanneer zij kunstmatige intelligentie toepasten op hun real-time diagnostische processen, volgens onderzoek uit vorig jaar. Deze opzet correct realiseren is echter niet eenvoudig. Beveiliging blijft een groot punt van zorg, dus de meeste implementaties vereisen versleutelde virtuele particuliere netwerktunnels, toegangsbeheer op basis van gebruikersrollen, en die OPC UA-gateways die engineers wel toestaan op afstand dingen te monitoren zonder de stabiliteit van het gehele netwerk in gevaar te brengen. Deze beveiligingsmaatregelen lijken misschien extra werk, maar ze zijn essentieel om gevoelige industriële gegevens beschermd te houden.
De kerncomponenten van een PLC-besturingssysteem zijn de centrale verwerkingseenheid (CPU), input/output (I/O)-modules en een voedingseenheid.
Er zijn drie hoofdtypen PLC's: vaste PLC's, modulaire PLC's en rackmontage-PLC's, elk geschikt voor verschillende schalen en complexiteiten van operaties.
Ladder Logic wordt veel gebruikt omdat het op traditionele relaischakelingen lijkt, waardoor het intuïtief is voor elektriciens en onderhoudstechnici.
De PLC-scan cyclus omvat drie fasen: Input Scan, Logic Execution en Output Update, die gezamenlijk zorgen voor efficiënte verwerking en regeling.
EMI-bescherming is cruciaal bij I/O-integratie omdat het elektromagnetische interferentie voorkomt, die significante signaalproblemen kan veroorzaken in automatiseringssystemen.
Copyright © 2024 by Shenzhen QIDA electronic CO.,ltd
EN