Un succes Sistem de control plc proiectarea începe cu obiective de automatizare clar definite, aliniate la obiectivele de producție. Analiza din industrie arată că 62% dintre eșecurile de automatizare provin din obiective prost documentate. Pentru a preveni acest lucru, echipele ar trebui să:
Aceste obiective măsurabile asigură faptul că sistemul de control susține eficiența operațională și scalabilitatea pe termen lung.
Maparea eficientă I/O necesită diferențierea între semnale digitale (pornit/oprit) și analogice (variabile). Dispozitivele de câmp frecvente includ:
Selectarea tipului corect de I/O asigură o interpretare precisă a semnalelor și o răspuns fiabil al actuatorilor în condiții dinamice de funcționare.
Sistemele PLC depind în general de trei componente principale care lucrează împreună. În inima întregului sistem se află Unitatea Centrală de Prelucrare, sau CPU, cum este cunoscută mai pe scurt. Această componentă rulează programele de control și gestionează toate sarcinile de rețea din cadrul sistemului. Apoi există modulele de intrare/ieșire. Aceste mici motoare ale sistemului preiau semnale de la senzori de temperatură, manometre și alte dispozitive de câmp și le transformă în informații pe care calculatorul le poate înțelege. Ele efectuează și operațiunea inversă, trimițând impulsuri electrice pentru pornirea motoarelor, deschiderea supapelor sau declanșarea alarmelor, în funcție de indicațiile primite de la CPU. Ultimul, dar cu siguranță nu cel din urmă ca importanță, este blocul de alimentare. Majoritatea instalațiilor industriale au nevoie de o tensiune stabilă de 24 volți curent continuu pentru a menține funcționarea fără probleme a tuturor componentelor. Unitățile de calitate ridicată sunt echipate cu circuite de rezervă, astfel încât să nu cedeze în cazul unor scăderi neașteptate de tensiune, frecvente în fabrici unde mașinării mari sunt pornite și oprite constant în apropiere.
| Configurare | Cel Mai Bine Pentru | Avantaj Cheie |
|---|---|---|
| PLC-uri Fixe | Procese simple, statice | Pre-configurat, eficient din punct de vedere al costurilor |
| PLC-uri modulare | Operațiuni scalabile | I/O personalizabil prin carduri adiționale |
| PLC-uri montate pe rack | Automatizare la scară largă | Arhitectură de control centralizat |
Alegerea configurației potrivite depinde de complexitatea procesului, planurile de extindere și limitările fizice.
Când vine vorba de PLC-uri modulare, acestea pot gestiona până la 64 de extensii I/O în configurațiile de vârf, ceea ce le face aproape perfecte pentru sistemele care cresc în timp. Pe de altă parte, PLC-urile fixe reduc cheltuielile inițiale cu aproximativ 30 până la 45 la sută pentru instalațiile mai mici, dar odată instalate, nu mai există posibilitatea de extindere atunci când aceasta devine necesară. Spațiul contează și el. Sistemele montate pe rack ocupă cam de două ori mai mult spațiu decât variantele compacte în panourile de comandă, conform majorității instalatorilor cu care am vorbit. Dar iată problema: deși ocupă mai mult spațiu, unitățile montate pe rack facilitează întreținerea, deoarece totul este grupat împreună, iar tehnicienii pot accesa componentele fără a fi nevoiți să demonteze pereți sau dulapuri doar pentru a repara un singur lucru mic.
Un important producător de piese auto a început anul trecut să utilizeze sisteme modulare PLC pe liniile lor de producție a bateriilor pentru vehicule electrice. Configurația le-a permis să introducă treptat roboți de sudură cu laser și senzori inteligenți de verificare a calității în decurs de aproximativ trei ani, menținând în același timp funcționarea normală a fabricii. În loc să demonteze întregi sisteme vechi, această abordare a redus cheltuielile de reutilaj cu aproape jumătate, conform rapoartelor interne. Doar economiile justifică pe deplin importanța soluțiilor hardware flexibile în mediile actuale de producție high-tech.
Programarea controlerului logic programabil (PLC) transformă esențial ceea ce trebuie să facă mașinile în instrucțiuni reale pe care acestea le pot urma. Sistemul preia informații de la senzori în timp real, lucruri precum cât de fierbinte devine un anumit obiect sau dacă un anumit întrerupător a fost acționat, apoi ia decizii privind acțiunile care trebuie întreprinse în continuare. Gândiți-vă la motoare care se porneșc atunci când este nevoie sau la supape care se închid exact în momentul potrivit. Inginerii folosesc pachete speciale de software pentru a construi aceste sisteme de control în funcție de nevoile fabricii. Unele configurații se concentrează pe asigurarea unei deplasări cât mai rapide a produselor prin liniile de ambalare, în timp ce altele necesită o precizie extremă pentru sarcini precum asamblarea pieselor auto, unde chiar și mici erori contează foarte mult.
Alegerea limbajului de programare influențează viteza de dezvoltare, flexibilitatea și ușurința în întreținere:
Selectarea limbajului trebuie să corespundă expertizei echipei și complexității aplicației.
Toate PLC-urile funcționează printr-un ciclu continuu de scanare:
Optimizarea timpului de scanare—adesea redus la milisecunde în sistemele rapide—asigură un control rapid și determinist, minimizând întârzierile în mediile de producție intense.
Obținerea unei bune integrări I/O depinde în mare măsură de modul în care este realizată cablarea de la început. Modulele analogice gestionează semnalele variabile provenite de la elemente precum termocuplurile, în timp ce cele digitale se conectează la diverse senzori on/off, inclusiv la acele întrerupătoare de limită pe care le vedem peste tot. În ceea ce privește combaterea interferențelor electromagnetice, cablurile ecranate împletite funcționează cel mai bine atunci când sunt asociate cu un tip de izolare galvanică. Conform acestui raport de analiză industrială din anul trecut, aproximativ 17 la sută din toate problemele de semnal din fabrici se datorează de fapt problemelor de interferență electromagnetică (EMI). Nu uitați nici de protecțiile contra supratensiunilor — sunt esențiale pentru a menține componentele prețioase ale PLC-urilor în siguranță față de creșterile neașteptate ale tensiunii și de scurtcircuitele periculoase care pot opri complet operațiunile.
Diverse echipamente de teren, cum ar fi senzorii fotoelectrici, supapele electromagnetice și acei VFD, se conectează la automatul programabil (PLC) prin module I/O. Cercetările recente arată că aproximativ 74 la sută dintre problemele din sistemele de automatizare sunt cauzate de incompatibilități între senzori și actuatoare, ceea ce înseamnă că verificarea compatibilității componentelor este foarte importantă. De exemplu, transductoarele de presiune necesită de obicei o intrare analogică configurată pentru bucle de curent atunci când se lucrează cu semnale de 4 până la 20 mA. Între timp, majoritatea senzorilor de proximitate inductivi se conectează pur și simplu la intrări digitale standard de 24 V CC. Realizarea corectă a acestor conexiuni face toată diferența în ceea ce privește fiabilitatea sistemului.
Când semnalele încep să funcționeze necorespunzător, o legătură la pământ deficitară este adesea pe primul loc în lista cauzelor posibile. Metoda punctului stea dă rezultate excelente aici, deoarece toate aceste cabluri ecranate se conectează într-un singur punct pe carcasă, în loc să treacă prin mai multe puncte, așa cum se întâmplă în configurațiile tip lanț. Conform revistei Industrial Automation Journal din anul trecut, această abordare reduce problemele legate de buclele de masă cu aproximativ două treimi! În locurile unde există mult zgomot electric ambiental, trecerea la conexiuni cu fibră optică între unitățile îndepărtate de intrare/ieșire și unitatea centrală de procesare ajută foarte mult la menținerea unui semnal curat. Și nu uitați să adăugați acele mici inele magnetice numite nuclee ferite pe cablurile Ethernet. De asemenea, separarea liniilor de alimentare de cablajul de comandă în conducte diferite face o mare diferență atunci când încercați să mențineți o comunicație fiabilă în cadrul sistemelor complexe.
Conform Automation World din anul trecut, testarea amănunțită reduce problemele de implementare în mediile industriale cu aproximativ două treimi. În ceea ce privește implementarea efectivă, simulările prin buclă hardware sunt foarte eficiente în verificarea performanței sistemelor de control atunci când sunt expuse la condiții reale. Între timp, diverse metode de diagnosticare, cum ar fi forțarea stărilor de intrare/ieșire sau stabilirea punctelor de oprire, pot identifica acele probleme de temporizare insidioase care adesea rămân nedetectate. De exemplu, în liniile de producție auto — multe companii auto testează de fapt sute de situații diferite de defect înainte de a lua în considerare punerea stațiilor robotizate de sudură în regim complet de producție. Această abordare ajută la depistarea aproape tuturor defecțiunilor posibile din timp.
Instalațiile care funcționează în zone cu risc ridicat, cum ar fi uzinele de prelucrare chimică, trebuie să respecte standardele SIL 3 pentru integritatea siguranței. Aceasta implică de obicei configurarea unor sisteme cu procesoare de rezervă, precum și configurații de intrare/ieșire pe dublu canal. Luați, de exemplu, o instalație de producție a oțelului unde a apărut o problemă gravă datorită blocării unui sistem de transport. Sistemul de oprire de urgență a fost declanșat aproape instantaneu, oprind toate componentele mobile în doar 12 milisecunde. Această reacție rapidă le-a evitat daune echipamentelor în valoare de aproximativ 2,1 milioane de dolari. În ceea ce privește protocoalele de siguranță, este esențial să se respecte atât normele ISO 13849, cât și cele IEC 62061. Cel mai important, procedurile critice de oprire trebuie să funcționeze suficient de repede pentru a răspunde la situații periculoase în maxim 100 de milisecunde.
| Protocol | Viteză | Topologie | Cazuri de Utilizare Industriale |
|---|---|---|---|
| Modbus RTU | 19,2 kbps | Maestru-Esal | HVAC, rețele de senzori vechi |
| PROFIBUS DP | 12 Mbps | Liniară | Control motoare, supape de proces |
| EtherNet/IP | 100 Mbps | Stea | Sisteme de vizualizare, integrare MES |
Fiecare protocol oferă compromisuri în ceea ce privește viteza, topologia și compatibilitatea, influențând potrivirea pentru aplicații specifice.
Când tehnologia operațională este conectată la sistemele IT, se deschid noi posibilități pentru întreținerea predictivă prin fluxul continuu de date PLC către platforme analitice în cloud. O analiză recentă a operațiunilor din fabrici a scos la iveală ceva impresionant – uzinele cu rețele combinate au detectat defectele cu 89 la sută mai rapid atunci când au aplicat inteligența artificială proceselor lor de diagnosticare în timp real, conform unui studiu din anul trecut. Totuși, configurarea acestui sistem nu este simplă. Securitatea rămâne o mare preocupare, astfel că majoritatea implementărilor necesită tuneluri criptate de rețea privată virtuală, controale de acces bazate pe roluri ale utilizatorilor, precum și acele gateway-uri OPC UA care permit inginerilor să monitorizeze lucrurile la distanță fără a compromite stabilitatea întregii rețele. Aceste măsuri de securitate pot părea un efort suplimentar, dar sunt esențiale pentru a proteja datele industriale sensibile.
Componentele principale ale unui sistem de control PLC sunt Unitatea Centrală de Prelucrare (CPU), modulele de Intrare/Ieșire (I/O) și o unitate de Alimentare.
Există trei tipuri principale de PLC-uri: PLC-uri Fixe, PLC-uri Modulare și PLC-uri Montate pe Racks, fiecare fiind potrivit pentru diferite dimensiuni și complexități ale operațiunilor.
Logica Ladder este utilizată frecvent deoarece seamănă cu circuitele clasice cu relee, fiind astfel intuitivă pentru electricieni și tehnicienii de întreținere.
Ciclul de scanare al unui PLC include trei faze: Scanarea Intrărilor, Execuția Logicii și Actualizarea Ieșirilor, toate asigurând o procesare eficientă și controlul sistemului.
Protecția împotriva EMI este esențială în integrarea I/O deoarece previne interferențele electromagnetice care pot cauza probleme semnificative de semnal în sistemele de automatizare.
Drepturi de autor © 2024 de către Shenzhen QIDA electronic CO.,ltd
EN