ПЛК: раскрытие эффективности автоматизации в вашей отрасли

Программируемые логические контроллеры (ПЛК) — основа промышленной автоматизации

Программируемые логические контроллеры, или ПЛК — это цифровые компьютеры, используемые для автоматизации конкретных задач или процессов для множества приложений. Они могут управлять машинами на сборочных линиях, американскими горками в парках развлечений или световыми приборами. В настоящее время промышленная автоматизация растет в спросе на производственных предприятиях во всем мире. Автоматизация становится центральным аспектом производства, так как предприятия сталкиваются с тонкими маржами прибыли и все еще работают в условиях just-in-time производства. Компании понимают, что для обеспечения этих процессов они должны удовлетворять спрос клиентов, работая при более низких затратах, массовом производстве, настраиваемости и гибкости. Главная цель этой статьи — помочь предприятиям понять выгоду перехода от грубых ручных производственных линий к автоматизации конкретных задач с ПЛК.

ПЛК: универсальные контроллеры промышленной автоматизации

ПЛК стали вершиной промышленной автоматизации, часто служа связующим звеном между машинами и людьми. Как универсальные контроллеры, ПЛК можно запрограммировать для выполнения множества задач — от пневматических операций до математических вычислений. С вычислительной мощностью, хранением данных и коммуникационными возможностями современных компьютеров, ПЛК предоставляют совершенно другой уровень прикладного управления. ПЛК спроектированы для обеспечения надежной работы в некоторых из самых сложных ситуаций: высокие температуры, электрические шумы, удары и вибрационные нагрузки.

ПЛК взаимодействуют через прямое подключение с входным и выходным оборудованием. Сигналы от датчиков, выключателей и других управляющих устройств предоставляют внешние физические данные об окружающих операциях ПЛК. ПЛК были спроектированы через релейно-контактную логику (ladder logic), но современные ПЛК не ограничены только ею, а выходы ПЛК обеспечивают обратную связь для определения наилучшего возможного решения для изменения процесса или среды.

Преимущества ПЛК

• Гибкость
  • Один ПЛК может легко управлять множеством типов машин.
• Исправление ошибок
  • До ПЛК релейные панели требовали физического изменения для достижения новой схемы цепи. С ПЛК изменение схемы цепи легко модифицируется простой перепрограммировкой контроллера. Исправление ошибок в контроллерах крайне кратковременно и стоимоэффективно.
• Пространственная эффективность
  • С развитием памяти ПЛК возможность использования контактов, катушек, таймеров, секвенсоров и счетчиков на одном контроллере значительно выросла. Тысячи приборов могут быть подключены к одному контроллеру. Это снижает потребность в нескольких разных панелях для множественных систем.
• Низкая стоимость
  • Стоимость ПЛК варьируется от нескольких сотен до нескольких тысяч. Сокращение количества внешних компонентов для управления одной системой за счет покупки одного ПЛК экономит деньги на прямых и монтажных затратах.
• Тестирование
  • ПЛК можно тестировать и оценивать в безопасной лаборатории. Программу можно протестировать, валидировать и исправить, экономя драгоценное время.

Внедрение ПЛК предлагает многочисленные преимущества в производительности: снижение аппаратных требований, повышение эффективности и уменьшение производственных отходов. Современные ПЛК высоко настраиваемы и могут быть спроектированы для индивидуальных управляющих приложений, значительно сокращая использование производственных площадей.

Встроенные контроллеры делают установку ПЛК легче, так как требуется меньше места. Также дисплеи ПЛК улучшают взаимодействие оператора, что ведет к повышению производственной эффективности.

Обслуживание и устранение неисправностей, ремонт сокращаются благодаря подключаемым компонентам и заменяемым модулям. Вероятность неисправностей ПЛК и время, необходимое для исправления ошибок, значительно снижены, что ведет к полному устранению перепроводки релейных панелей и аксессуарных компонентов. Дополнительно, цепи обнаружения неисправностей и интеграция диагностических индикаторов в основные компоненты могут мониторить, функционируют ли компоненты правильно.

Как работают ПЛК

Программируемый логический контроллер — это специальный компьютер, управляющий машинами и процессами. Поэтому он имеет общую базу с ПК: центральный процессор, память, программное обеспечение и коммуникации. В отличие от ПК, ПЛК спроектирован для выживания в более суровых промышленных средах и очень гибок в своем интерфейсировании с входами и выходами.

ПЛК обычно имеют следующие компоненты:

• Блок питания и стойка (rack)
• Центральный процессор (CPU)
• Система ввода/вывода (I/O)

ПЛК бывают во множестве форм и размеров. Некоторые помещаются в карман, в то время как более крупные системы управления требуют больших стоек ПЛК.

• Блок питания и стойка
  • Стойка удерживает всё вместе. Может быть спроектирована для удержания множества модулей. Она держит карты для связи с CPU. Блок питания регулирует постоянный ток к каждому из модулей на стойке.
• CPU
  • Это «мозг» ПЛК. CPU обычно находится за блоком питания. CPU состоит из микропроцессора, чипа памяти и других логических схем для мониторинга и коммуникации. Здесь реализуется логическая программа, выполняется программа и управляется процессом.
• Система ввода/вывода
  • Здесь физические соединения между оборудованием и ПЛК встречаются. Клеммная колодка используется для карт I/O для соединений устройств.

Система ввода/вывода работает в тандеме с CPU. Входные устройства записывают и измеряют данные, полученные от компонентов мониторинга, и предоставляют информацию для CPU для определения того, что машина или процесс должны с этим делать. Выходная система передает выполнение программы от CPU в рабочие машины и процессы. Обычно ПЛК выполняет один тип выполнения для конкретной задачи или процесса. Это позволяет системе автоматизировать задачу на основе датчиков обратной связи ПЛК.

Какие отрасли используют ПЛК

С развитием проектирования и разработки ПЛК, достигающим новых высот каждый год, потенциальные промышленные применения продолжают расти. Вот несколько отраслей, использующих ПЛК, и их применения:

Пищевая промышленность (snack food)

• Системы управления печами
• Дозирующие системы
• Системы варки
• Экструзионные и резающие системы
• Смешивание и распределение слари

Транспортировка материалов

• Обработка материалов
• Системы переменных скоростей и приводов
• Системы центров управления двигателями
• Системы последовательного управления клапанами
• Системы контроля забитых линий

Строительные материалы

• Системы управления печами (кильн)
• Системы управления резанием
• Формовочные системы
• Смешивание и распределение гипса

Фармацевтика

• Системы управления автоклавами
• Машины для закапывания флаконов
• Валидационные отчеты
• R&D операции
• Мойка флаконов
• Маркировка флаконов

Стальная промышленность

• Управление машинами
• Системы управления печами

Упаковка и маркировка

• Позиционирование материалов
• Системы управления запасами
• Системы транспортировки продукции

Подходят ли ПЛК для вашей отрасли?

1. Нужны ли ПЛК для вашего производства?

Это базовый вопрос, но понимание требований приложения поможет определить, являются ли ПЛК лучшим выбором для вашей системы автоматизации. Типичные приложения фабричной автоматизации, для которых ПЛК были спроектированы, включают производство/сборку конкретных изделий. Эти приложения включают одну или более машин и большое количество перемещения материалов. Обычно такие процессы контролируются оператором, наблюдающим прогресс через производственную линию. Эти процессы сильно логически управляются и требуют высокоскоростных требований. Это часто контролируется комбинацией ПЛК и интерфейса человек-машина (HMI).

2. Стоимость продукта против стоимости простоя

Если стоимость продукта относительно низка, и/или простой приводит к потере производства, но с малыми дополнительными затратами или ущербом для процесса, ПЛК — хороший выбор. Для производства по требованию, где производство ненепрерывное, и компания может допустить правильные остановки для обслуживания, устранения неисправностей или обновлений с малым влиянием на производство — это кричит о применении ПЛК.

3. Чего нужно успешному оператору?

Обычно в среде ПЛК оператор в основном обрабатывает исключения. Статусная информация и сигнализация помогают оператору оставаться в курсе того, что делает процесс. Это по сути определение «бесчеловечного производства» (Lights Out Manufacturing). Если оператор нужен только для надзора, то система ПЛК может быть для вас.

4. Какая желаемая производственная производительность?

ПЛК спроектированы для высокоскоростных приложений, требующих высоких частот сканирования, включающих управление движением, высокоскоростное блокирование или управление двигателями и приводами. Высокие частоты сканирования необходимы для полной эффективности в управлении этими устройствами. Что делает их отличными для рынка продукции по требованию.

5. Есть ли потребность в настройке?

ПЛК были спроектированы как короли настройки. Разработка настроенных рутин и функций требуется для удовлетворения уникальных потребностей приложения. Системный интегратор может переключиться от одного типа производственной машины сегодня и переключиться на использование в совершенно другой системе завтра. Это сила программируемого логического управления и их способность переключаться от одного приложения к другому путем переписывания кода.

6. Инженерные ожидания?

Инженеры фабричной промышленной автоматизации хотят настраиваемых платформ, где отдельные компоненты могут быть перепрограммированы для выполнения желаемой задачи. Интеграторы и инженеры разбирают ПЛК и начинают программировать на основе того, что им нужно. Инструменты, предоставляемые ПЛК, обычно поддерживают «снизу-вверх» подход к инженерии, который работает чудесно для небольших приложений.

Итоги

ПЛК заработали свое право в индустриях автоматизации своими высокоскоростными темпами производства и гибкостью системы. Они существуют уже давно, но продолжают развиваться в мощные инструменты для любого промышленного приложения. В следующей статье мы рассмотрим, как правильно выбрать ПЛК для вашего приложения и понимание документации ПЛК.

Помог бы ПЛК вашему предприятию? Дайте нам знать, что вы хотите автоматизировать в комментариях ниже.