Başarılı bir PLC kontrol sistemi tasarım, üretim hedeflerine uyumlu olarak net bir şekilde tanımlanmış otomasyon amaçlarıyla başlar. Sektör analizi, otomasyon başarısızlıklarının %62'sinin yetersiz belgelenmiş hedeflerden kaynaklandığını göstermektedir. Bunu önlemek için ekipler şunları yapmalıdır:
Bu ölçülebilir hedefler, kontrol sisteminin operasyonel verimliliği ve uzun vadeli ölçeklenebilirliği desteklemesini sağlar.
Etkili G/Ç eşleme, dijital (açık/kapalı) ve analog (değişken) sinyaller arasında ayrım yapmayı gerektirir. Yaygın saha cihazlarına şunlar örnek verilebilir:
Doğru I/O tipinin seçilmesi, dinamik çalışma koşullarında doğru sinyal yorumlamayı ve güvenilir aktüatör tepkisini sağlar.
PLC sistemleri genellikle birlikte çalışan üç ana bileşene dayanır. Bunların merkezinde Kısa adıyla CPU olan Merkezi İşlem Birimi yer alır. Bu bileşen, kontrol programlarını çalıştırır ve sistem içindeki tüm ağ görevlerini yürütür. Ardından giriş/çıkış modülleri bulunur. Bu küçük ama güçlü bileşenler, sıcaklık sensörlerinden, basınç ölçerlerden ve diğer saha cihazlarından gelen sinyalleri bilgisayarın anlayabileceği forma dönüştürür. Ayrıca CPU'nun verdiği komutlara göre motorları çalıştırmak, vanaları açmak ya da alarm vermeleri tetiklemek için elektriksel sinyaller gönderme işini de yapar. Son olarak, kesinlikle en az önemli olmayan, güç kaynağı ünitesi gelir. Çoğu endüstriyel sistem, her şeyin sorunsuz çalışmasını sağlamak için sabit 24 volt DC'ye ihtiyaç duyar. Yüksek kaliteli üniteler, büyük makinelerin yakında sürekli olarak açılması ve kapanmasından kaynaklanan beklenmedik voltaj düşmeleri sırasında arızalanmamaları için yedek devrelere sahiptir.
| Konfigürasyon | En iyisi | Ana Avantaj |
|---|---|---|
| Sabit PLC'ler | Basit, sabit süreçler | Önceden yapılandırılmış, maliyet açısından verimli |
| Modüler PLC'ler | Ölçeklenebilir işlemler | Eklenti kartlarla özelleştirilebilir G/Ç |
| Raf tipi PLC'ler | Büyük ölçekli otomasyon | Merkezileştirilmiş kontrol mimarisi |
Doğru konfigürasyonun seçilmesi, süreç karmaşıklığına, genişleme planlarına ve fiziksel kısıtlara bağlıdır.
Modüler PLC'ler söz konusu olduğunda, bu cihazlar en üst düzey yapılandırmalarda 64'e kadar I/O genişlemesini kolayca yönetebilir ve bu da onları zamanla büyüyen sistemler için neredeyse ideal hale getirir. Diğer yandan, sabit PLC'ler küçük ölçekli tesisatlar için başlangıç maliyetlerini yaklaşık %30 ila %45 oranında düşürür; ancak bir kez kurulduktan sonra, genişleme gerekliliği ortaya çıktığında ilerleyebilecek pek bir yer kalmaz. Yer kaplama da önemli bir faktördür. Çoğu montajcının ifade ettiği gibi, raf tipi sistemler kontrol panolarında kompakt alternatiflerin ihtiyaç duyduğu alanın yaklaşık iki katını kaplar. Ancak şunu unutmayın: raf tipi sistemler daha fazla yer kaplasa da, tüm bileşenler bir arada olduğu için bakım işlemlerini çok daha kolaylaştırır ve teknisyenler, sadece küçük bir şeyi onarmak için duvarları ya da dolapları sökmek zorunda kalmaz.
Geçen yıl, büyük bir otomobil parça üreticisi elektrikli araç batarya üretim hatlarında modüler PLC sistemlerini kullanmaya başladı. Bu yapı, fabrikanın normal şekilde çalışmaya devam etmesiyle birlikte yaklaşık üç yıllık süreçte lazer kaynak robotları ve akıllı kalite kontrol sensörlerinin kademeli olarak entegre edilmesine olanak sağladı. Eski sistemlerin tamamen sökülmesi yerine bu yaklaşım, iç raporlara göre yeniden donatım maliyetlerini neredeyse yarıya indirdi. Sadece bu tasarruf, günümüzün yüksek teknoloji üretim ortamlarında esnek donanım çözümlerinin neden giderek daha önemli hâle geldiğine dair güçlü bir argüman oluşturuyor.
Programlanabilir Mantık Denetleyicisi (PLC) programlama, makinelerin yapması gereken işlemleri, takip edebilecekleri gerçek talimatlara dönüştürür. Sistem, bir şeyin ne kadar ısındığı ya da belirli bir anahtarın açılıp kapatıldığı gibi sensörlerden gerçek zamanlı bilgiler alır ve ardından hangi eylemlerin sıradaki olarak yapılacağına karar verir. Gerektiğinde motorların çalıştırılması ya da doğru anda vanaların kapanması gibi durumlar buna örnek verilebilir. Mühendisler, bu kontrol sistemlerini fabrikanın ihtiyaçlarına göre özel yazılım paketleri kullanarak oluştururlar. Bazı sistemler, ürünlerin ambalaj hatlarından olabildiğince hızlı geçmesini sağlamaya odaklanırken, diğerleri küçük hataların dahi büyük etkisi olan otomobil parçalarının montajı gibi görevlerde aşırı doğruluk gerektirir.
Programlama dilinin seçimi, geliştirme hızını, esnekliği ve bakım kolaylığını etkiler:
Dil seçimi, ekip uzmanlığına ve uygulama karmaşıklığına uygun olmalıdır.
Tüm PLC'ler sürekli bir tarama döngüsü aracılığıyla çalışır:
Tarama süresinin optimize edilmesi — genellikle yüksek hızlı sistemlerde milisaniyelere kadar düşürülür — hızlı üretim ortamlarında gecikmeleri en aza indirerek duyarlı ve belirleyici kontrol sağlar.
İyi bir I/O entegrasyonu sağlamak, başlangıçta kablolamanın nasıl yapılandırıldığına büyük ölçüde bağlıdır. Analog modüller, termokuplörler gibi cihazlardan gelen değişken sinyalleri işlerken, dijital modüller heryerde gördüğümüz limit anahtarları da dahil olmak üzere çeşitli açma/kapama sensörlerine bağlanır. Elektromanyetik girişimle mücadelede ise korumalı bükümlü kablolar, galvanik izolasyon ile birlikte kullanıldığında en iyi sonucu verir. Geçen yıl yayımlanan bu sektör analiz raporuna göre, fabrikalardaki tüm sinyal sorunlarının yaklaşık %17'si EMI kaynaklıdır. Ayrıca ani gerilim yükselmelerinden ve operasyonların tamamen durmasına neden olabilecek kötü niyetli kısa devrelerden değerli PLC bileşenlerini korumak için aşırı gerilim koruma cihazlarını da unutmayın.
Fotoselektif sensörler, bobin valfler ve VFD'ler gibi çeşitli saha ekipmanları, I/O modülleri aracılığıyla PLC'ye bağlanır. Son yapılan araştırmalar, otomasyon sistemlerindeki sorunların yaklaşık %74'ünün sensörler ile aktüatörler arasındaki uyumsuzluktan kaynaklandığını göstermektedir; bu da bileşenlerin birlikte çalışabilirliğinin kontrol edilmesinin oldukça önemli olduğu anlamına gelir. Örneğin, basınç transdüserleri genellikle 4 ila 20 mA sinyalleriyle çalışırken akım döngüsü için analog giriş modülüne bağlanması gerekir. Buna karşın çoğu indüktif yakınlık sensörü doğrudan standart 24V DC dijital girişlere bağlanabilir. Bu bağlantıların doğru yapılması, sistemin güvenilirliği açısından büyük fark yaratır.
Sinyaller karışmaya başladığında, sorunların başında genellikle zayıf topraklamanın gelmesiyle karşılaşılır. Yıldız-nokta yöntemi burada harika sonuçlar verir çünkü tüm ekranlı kablolar zincirleme kurulumlardaki gibi birden fazla noktaya değil, şasinin üzerindeki tek bir noktaya bağlanır. Geçen yıl Industrial Automation Journal'a göre bu yaklaşım, toprak döngüsü sorunlarını yaklaşık olarak üçte ikiye kadar azaltmaktadır! Elektriksel gürültünün yoğun olduğu ortamlarda, uzak giriş/çıkış üniteleri ile ana işlem birimi arasındaki bağlantının fiber optik kablolara geçilmesi, sistemin temiz kalmasını büyük ölçüde destekler. Ayrıca Ethernet kablolarına ferrit çekirdek adı verilen küçük manyetik halkaların eklenmesini de unutmayın. Ayrıca güç hatlarının kontrol kablolarından ayrı oluklara yerleştirilmesi, karmaşık sistemlerde güvenilir iletişimi sürdürmeye çalışırken büyük fark yaratır.
Geçen yıl Automation World'a göre, kapsamlı testler endüstriyel ortamlarda dağıtım sorunlarını yaklaşık olarak üçte ikiye kadar düşürür. Gerçek uygulamalarda donanım döngüsü simülasyonları, kontrol sistemlerinin gerçek dünya koşullarıyla karşılaştığında performansını kontrol etmede oldukça etkilidir. Bu arada giriş/çıkış durumlarının zorlanması veya kesme noktalarının ayarlanması gibi çeşitli tanı yöntemleri genellikle gözden kaçan can sıkıcı zamanlama problemlerini tespit edebilir. Örneğin otomotiv üretim hatlarında birçok otomobil şirketi robotik kaynak istasyonlarını seri üretime almadan önce yüzlerce farklı arıza durumunu test eder. Bu yaklaşım, neredeyse tüm olası hataların önceden yakalanmasına yardımcı olur.
Kimya işleme tesisleri gibi yüksek riskli alanlarda çalışan tesislerin, güvenlik bütünlüğü açısından SIL 3 standartlarını karşılamaları gerekir. Bu genellikle yedek işlemciler ve çift kanallı giriş/çıkış yapılandırmalarıyla sistem kurmayı içerir. Bir taşıyıcı sistemin sıkışmasıyla ilgili ciddi bir sorun yaşanan bir çelik üretim tesisi düşünün. Acil durdurma sistemi neredeyse anında devreye girerek hareketli tüm parçaları sadece 12 milisaniye içinde durdurdu. Bu hızlı tepki, yaklaşık iki buçuk milyon dolarlık ekipman hasarından korumayı sağladı. Güvenlik protokolleri söz konusu olduğunda ISO 13849 ve IEC 62061 kurallarına uymak esastır. En önemlisi, kritik kapatma prosedürlerinin tehlikeli durumlara en fazla 100 milisaniyede yanıt verecek kadar hızlı çalışmasını sağlamak gerekir.
| Protokol | Hız | Topoloji | Endüstriyel kullanım durumları |
|---|---|---|---|
| Modbus RTU | 19,2 kbps | Ana-Çalışan | HVAC, eski sensör ağları |
| PROFIBUS DP | 12 Mbps | Doğrusal | Motor kontrolü, süreç vanaları |
| Ethernet/IP | 100 Mbps | Yıldız | Görüntü sistemleri, MES entegrasyonu |
Her protokol, belirli uygulamalar için uygunluğunu etkileyen hız, topoloji ve uyumluluk açısından farklılıklar sunar.
İşletimsel teknoloji BT sistemlerine bağlandığında, PLC verilerinin bulut analiz platformlarına sürekli akışı aracılığıyla tahmine dayalı bakım için yeni olanaklar ortaya çıkar. Geçen yıl yapılan bir araştırma, fabrika operasyonlarına dair son bir değerlendirmede oldukça etkileyici bir şey gösterdi - birleşik ağlara sahip tesisler, yapay zekayı gerçek zamanlı teşhis süreçlerine uyguladıklarında hataları yüzde 89 daha hızlı tespit etti. Ancak bu yapıyı doğru şekilde kurmak kolay değil. Güvenlik hâlâ büyük bir endişe kaynağıdır ve bu nedenle çoğu uygulama, şifrelenmiş özel sanal ağ tüneli, kullanıcı rollerine dayalı erişim kontrolleri ile mühendislerin tüm ağın kararlılığını tehlikeye atmaksızın uzaktan izleme yapmalarına olanak tanıyan OPC UA geçitlerini gerektirir. Bu güvenlik önlemleri ek iş yükü gibi görünse de hassas endüstriyel verilerin korunması açısından hayati öneme sahiptir.
Bir PLC kontrol sisteminin temel bileşenleri, Merkezi İşlem Birimi (CPU), Giriş/Çıkış (I/O) modülleri ve Güç Kaynağı birimidir.
Üç ana PLC türü vardır: Sabit PLC'ler, Modüler PLC'ler ve Rafa Montajlı PLC'ler. Bunların her biri farklı ölçek ve karmaşıklıktaki işlemler için uygundur.
Ladder Mantık, geleneksel röle devrelerine benzemesi nedeniyle yaygın olarak kullanılır ve bu durum elektrikçiler ile bakım teknisyenleri için sezgisel hale getirir.
PLC tarama döngüsü üç aşamayı içerir: Giriş Taraması, Mantık Yürütme ve Çıkış Güncelleme. Bu aşamalar otomasyon sistemlerinde verimli işlemeyi ve kontrolü sağlar.
EMI koruması, otomasyon sistemlerinde önemli sinyal problemlerine neden olabilecek elektromanyetik girişimleri önlemesi açısından Giriş/Çıkış entegrasyonunda hayati öneme sahiptir.
Telif hakkı © 2024 Shenzhen QIDA electronic CO.,ltd tarafından sahiplenilmiştir
EN