En framgångsrik PLC-styrsystem design börjar med tydligt definierade automatiseringsmål som är justerade till produktionsmål. En branschanalys visar att 62 % av automatiseringsfel beror på dåligt dokumenterade mål. För att förhindra detta bör team:
Dessa mätbara mål säkerställer att styrsystemet stödjer driftseffektivitet och långsiktig skalbarhet.
Effektiv I/O-mappning kräver att man skiljer på digitala (på/av) och analoga (variabla) signaler. Vanliga fältenheter inkluderar:
Att välja rätt I/O-typ säkerställer korrekt signaltolkning och tillförlitlig aktuatorrespons under varierande driftsförhållanden.
PLC-system förlitar sig i allmänhet på tre huvuddelar som arbetar tillsammans. I mitten av allt finns Central Processing Unit, eller CPU för att använda det vanliga förkortningen. Denna komponent kör styrprogrammen och hanterar alla nätverksuppgifter inom systemet. Sedan finns det så kallade ingångs-/utgångsmoduler (I/O-moduler). Dessa små arbetsmaskiner tar emot signaler från temperatursensorer, tryckmätare och andra fältenheter och omvandlar dem till något datorn kan förstå. De utför också den motsatta uppgiften, genom att skicka elektriska impulser för att starta motorer, öppna ventiler eller utlösa larm baserat på vad CPU:n instruerar dem att göra. Slutligen, men absolut inte minst, har vi strömförsörjningsenheten. De flesta industriella installationer kräver en stabil likspänning på 24 volt för att allt ska fungera smidigt. Modeller av hög kvalitet är utrustade med reservkretsar så att de inte går sönder vid plötsliga spänningsfall i fabriker där tunga maskiner hela tiden slås av och på i närheten.
| Konfiguration | Bäst för | Nyckelfördel |
|---|---|---|
| Fixerade PLC | Enkla, statiska processer | Förkonfigurerade, kostnadseffektiva |
| Modulära PLC | Skalbara operationer | Anpassningsbara I/O via tillbehörsmoduler |
| Rackmonterade PLC | Storskalig automatisering | Centraliserad styrarkitektur |
Valet av rätt konfiguration beror på processkomplexitet, expanderingsplaner och fysiska begränsningar.
När det gäller modulära PLC:ar kan dessa enheter hantera upp till 64 I/O-utvidgningar i de mest avancerade konfigurationerna, vilket gör dem nästan perfekta för system som växer över tiden. Å andra sidan minskar fasta PLC:ar de initiala kostnaderna med cirka 30 till kanske till och med 45 procent för mindre installationer, men en gång installerade finns det egentligen inget utrymme för utbyggnad när det väl behövs. Utrymme spelar också roll. Rackmonterade system upptar ungefär dubbelt så mycket plats i kontrollskåp jämfört med kompakta alternativ, enligt de flesta installatörer vi har pratat med. Men här kommer baken på lådan: även om de tar mer plats gör rackmonterade enheter underhåll mycket enklare eftersom allt sitter samlad och tekniker kan komma åt komponenter utan att behöva demontera väggar eller skåp bara för att fixa en liten sak.
En stor tillverkare av bilkomponenter började förra året använda modulära PLC-system på sina produktionslinjer för elfordonsbatterier. Uppställningen gjorde det möjligt att successivt införa laserlagningsrobotar och smarta kvalitetskontrollsensorer under en period av ungefär tre år, samtidigt som fabriken kunde fortsätta driften som vanligt. Istället för att plocka bort hela gamla system minskade denna metod ombygnadskostnaderna med nästan hälften enligt interna rapporter. Enbart besparingarna gör ett starkt argument för varför flexibla hårdvarulösningar blir allt viktigare i dagens högteknologiska tillverkningsmiljöer.
Programmering av programmerbara styrsystem (PLC) innebär i grunden att omvandla vad maskiner behöver göra till faktiska instruktioner som de kan följa. Systemet tar emot information från sensorer i realtid, till exempel hur varmt något blir eller om en viss brytare har aktiverats, och fattar sedan beslut om vilka åtgärder som ska vidtas härnäst. Tänk på motorer som sätts igång när det behövs eller ventiler som stängs i precis rätt ögonblick. Ingenjörer använder särskilda programvarupaket för att bygga dessa styrsystem enligt fabrikens behov. Vissa uppsättningar fokuserar på att produkter ska flytta sig genom förpackningslinjer så snabbt som möjligt, medan andra kräver extrem noggrannhet för uppgifter som montering av bilkomponenter där även små fel spelar stor roll.
Valet av programmeringsspråk påverkar utvecklingshastighet, flexibilitet och underhållsbarhet:
Val av språk bör anpassas efter teamets kompetens och applikationskomplexitet.
Alla PLC:ar fungerar genom en kontinuerlig scan-cykel:
Genom att optimera scantiden—ofta reducerad till millisekunder i höghastighetssystem—säkerställs snabb och deterministisk styrning, vilket minimerar fördröjningar i snabbt arbetande produktionsmiljöer.
Att få till en bra I/O-integration beror i hög grad på hur kablaget är upplagt från början. Analoga moduler hanterar de variabla signaler som kommer in från till exempel termoelement, medan digitala moduler kopplas samman med olika typer av på/av-sensorer, inklusive de gränsbrytare vi ser överallt. När det gäller att bekämpa elektromagnetisk störning fungerar skärmade vridna par-kablar bäst tillsammans med någon form av galvanisk isolering. Enligt denna branschanalysrapport från förra året beror ungefär 17 procent av alla signalsproblem i fabriker på EMI-relaterade frågor. Glöm inte heller bort överspänningskopplare – de är nödvändiga för att skydda de dyrgångna PLC-komponenterna mot plötsliga strömstötar och elaka kortslutningar som kan stoppa produktionen helt.
Olika fältutrustningar som fotoceller, magnetventiler och de där VFD-enheterna ansluts till PLC:n via I/O-moduler. Nyare forskning visar att cirka 74 procent av problemen i automatiseringssystem beror på dåliga matchningar mellan sensorer och aktuatorer, vilket innebär att det är viktigt att kontrollera att komponenterna fungerar tillsammans. Ta till exempel tryckomvandlare – de behöver vanligtvis anslutas till en analog ingångsmodul konfigurerad för strömslingor vid hantering av 4 till 20 mA-signaler. De flesta induktiva närhetsgivare ansluts däremot direkt till standard 24 V DC digitala ingångar. Att få rätt på dessa anslutningar gör stor skillnad för systemets tillförlitlighet.
När signaler börjar bete sig konstigt är dålig jordning ofta det främsta felet. Stjärnpunktsmetoden fungerar utmärkt här eftersom alla skärmade kablar ansluts till bara en punkt på chassit istället för att gå genom flera punkter som i seriekopplade uppställningar. Enligt Industrial Automation Journal från förra året minskar denna metod jordloop-problem med ungefär två tredjedelar! På platser där det finns mycket elektrisk brus hjälper det verkligen att byta till fiberkopplingar mellan de avlägsna ingångs-/utgångsenheterna och huvudprocessorenheten för att hålla signalerna rena. Och glöm inte att sätta på de små magnetiska ringarna, så kallade ferritkärnor, på Ethernet-kablarna också. Att dessutom separera kraftledningar från styrsignalkablar genom att använda olika kanaler gör stor skillnad när man vill upprätthålla tillförlitlig kommunikation i komplexa system.
Enligt Automation World från förra året minskar noggrann testning distributionsproblem i industriella miljöer med ungefär två tredjedelar. När det gäller faktisk implementering är hårdvarusimuleringar mycket effektiva för att kontrollera hur styrsystem presterar under verkliga förhållanden. Samtidigt kan olika diagnostiska metoder, som att tvinga in-/utgångstillstånd eller sätta stoppvid punkter, identifiera de irriterande tidsrelaterade problem som ofta överlookas. Ta till exempel bilproduktionslinjer – många biltillverkare testar faktiskt hundratals olika felscenarier innan de ens överväger att ta sina robotsvetsstationer i full produktion. Den här metoden hjälper till att upptäcka nästan alla potentiella fel i förväg.
Anläggningar som arbetar i högriskområden, till exempel kemiska anläggningar, måste uppfylla SIL 3-standarder för säkerhetsintegritet. Det innebär vanligtvis att sätta upp system med reservprocessorer tillsammans med dubbla ingångs-/utgångskanaler. Ta till exempel en stålframställningsanläggning där det fanns ett allvarligt problem med ett transportband som stocknade. Nödstoppssystemet aktiverades nästan omedelbart och stoppade alla rörliga delar inom endast 12 millisekunder. Den snabba reaktionen sparade dem ungefär två miljoner dollar i utrustningsskador. När det gäller säkerhetsprotokoll är det viktigt att följa riktlinjerna enligt ISO 13849 och IEC 62061. Allra viktigast är att de kritiska avstängningsprocedurerna måste fungera tillräckligt snabbt för att kunna reagera på farliga situationer inom maximalt 100 millisekunder.
| Förteckning | Hastighet | Topologi | Industriella användningsområden |
|---|---|---|---|
| Modbus RTU | 19,2 kbps | Master-Slave | HVAC, äldre sensornätverk |
| PROFIBUS DP | 12 Mbps | Linjär | Motorstyrning, processventiler |
| Ethernet/IP | 100 Mbps | Stjärna | Visionssystem, MES-integration |
Varje protokoll erbjuder kompromisser när det gäller hastighet, topologi och kompatibilitet, vilket påverkar lämpligheten för specifika applikationer.
När operativ teknik kopplas till IT-system öppnas nya möjligheter för prediktiv underhållsverksamhet genom en kontinuerlig flöde av PLC-data till molnbaserade analysplattformar. En aktuell granskning av fabriksdrift visade något imponerande – anläggningar med sammankopplade nätverk upptäckte defekter 89 procent snabbare när de tillämpade artificiell intelligens på sina realtidsdiagnostikprocesser, enligt forskning från förra året. Att få till detta på rätt sätt är dock inte enkelt. Säkerhet är fortfarande en stor bekymran, så de flesta implementationer kräver krypterade virtuella privata nätverkstunnlar, åtkomstkontroller baserade på användarroller samt OPC UA-gateways som gör att ingenjörer kan övervaka system på distans utan att kompromettera hela nätverkets stabilitet. Dessa säkerhetsåtgärder kan tyckas vara extra arbete, men de är nödvändiga för att skydda känslig industriell data.
De viktigaste komponenterna i ett PLC-styrssystem är centralenheten (CPU), ingångs-/utgångsmoduler (I/O) och en strömförsörjningsenhet.
Det finns tre huvudtyper av PLC:ar: fasta PLC:ar, modulära PLC:ar och rackmonterade PLC:ar, där varje typ är lämpad för olika skalor och komplexiteter i drift.
Ladder Logic används ofta eftersom det liknar traditionella reläkretsar, vilket gör det intuitivt för elektriker och underhållstekniker.
PLC-scancykeln inkluderar tre faser: Ingångsskanning, Logikutökning och Uppdatering av utgångar, vilka alla säkerställer effektiv behandling och kontroll.
EMI-skydd är mycket viktigt vid I/O-integration eftersom det förhindrar elektromagnetisk störning som kan orsaka betydande signalproblem i automatiseringssystem.
Upphovsrätt © 2024 av Shenzhen QIDA electronic CO.,ltd
EN