Промышленные ПЛК управляют приводами переменной скорости

Приводы переменной скорости принесли точный и интеллектуальный контроль движения в ряд промышленных применений. Только обрабатывающий сектор зависит от машин, вращающих и конвейеризующих материалы, качающих жидкости, охлаждающих или нагревающих воздух вентиляторами, упаковывающих и стопящих готовую продукцию — и делающих это как часть разветвленной сети взаимосвязанных операций, протекающей в основном автоматически.

Для функционирования в этой среде приводы полностью зависят от контролирующей, координирующей мощности ПЛК (программируемого логического контроллера). Учитывая, что это не новая технология — первые модели появились почти ровно 50 лет назад — неизбежно возникает вопрос: что в ПЛК делает его таким подходящим для этой работы?

ПЛК были разработаны для замены мощности компьютера на жестко подключенные банки силовых реле, ранее использовавшиеся для управления заводскими станками. Сложности обслуживания и устранения неисправностей этих старых электромеханических нервных центров были легион: гигантские шкафы предъявляли технику стены реле, таймеров, счетчиков, предохранителей и клемм среди пролетов перекрещенной точечной проводки. Замена вышедшего из строя катушки или изношенного контакта была достаточно сложной; изменение назначения самой системы могло требовать полной пересборки.

Приход микросхемы неминуемо унес эти шкафы любопытства в анналы истории инженерии. И Одо Стругер (1931-1998), инженер-исследователь в Allen-Bradley в 1960-х, и Дик Морли (1932-2017), ответивший на запрос идеи General Motors в 1968 году, называются Отцами ПЛК. Оба увидели, что последовательность событий, выполняемая релейными системами для управления станками, может быть переведена — и миниатюризирована — в форму компьютерной программы.

Компьютер это компьютер. Но ПЛК — очень специфический тип компьютера; он был зачат таковым и остается таковым до сих пор. Но в чем именно?

Почему ПЛК, а не, скажем, ПК?

Самый очевидный ответ — глядя на него — ПЛК физически надежен; вещь устойчива. Это значит, что все аспекты его дизайна (от выбора материалов компонентов до таких особенностей, как термоконтроль и стиль корпуса) призваны защитить устройство от сложных уровней пыли, влаги, вибрации, температуры и так далее.

Особенная конструкция ПЛК также должна обеспечивать значительные схемы ввода/вывода — гораздо больше, чем случайная флешка или принтер. Список входящих сигналов ПЛК (от выключателей, датчиков, автоматов и т.д.) в сочетании с исходящими командами (к двигателям, лампам, клапанам и подобным) столь же долог, насколько сложны операции, которыми он управляет.

Но фундаментальное различие между ПЛК и персональными компьютерами — их язык программирования. Лестничная логика (или Лестничная диаграмма) кодирует операционные инструкции последовательно, образом, прямо моделирующим поток работы через схему электрических реле. Это делает её невероятно дружественной к инженерам. И наряду с небольшим числом других простых языков, в частности Диаграммой функциональных блоков, она остается стандартным методом программирования.

ПЛК общаются с приводами переменной скорости либо через прямые управляющие сигналы, либо через цифровой протокол связи (Modbus долгое время был самым популярным) или через оба в комбинации. Таким образом, может быть выполнен полный диапазон команд устройства: от простой инструкции приводу запустить двигатель и в каком направлении вращения, до важнейшей реальной регулировки параметров ускорения и замедления.

Потенциал приводов для работы двигателей на оптимальной скорости может быть полностью реализован только когда они находятся в реальном времени, двустороннем общении с ПЛК. ПЛК мониторит производительность привода, постоянно проверяя статус и коды неисправностей, полученные, например, из сравнения целевого с реальным выходным током. То, как этот мониторинг выходов влияет на природу команд привода, критично для интеллекта системы.

Влияние ПЛК на промышленную автоматизацию

ПЛК оказали революционное воздействие на автоматизацию, давая понимание и контроль над сложными механическими системами — далеко от времен, когда единственная неидентифицированная «неисправность» могла заставить лучшую часть завода встать. И их долгая успешность во многом благодаря их существенной простоте — несмотря на всю их вычислительную мощь.

Никакая технология, однако, не остается нетронутой прогрессом навсегда. И ПЛК в конце концов так же связаны с отражением ключевых разработок в том, как строятся машины и устройства.

Непрерывное развитие

Миниатюризация в частности — та самая сила, перепереславшая раннюю электронную активность со стены реле на печатную плату — продолжает делать процессоры, компоненты и сами платы всё более компактными. ПЛК становятся более мощными (быстрее и с драматически улучшенной емкостью памяти) даже при уменьшении размера. Один ПЛК теперь легко делает работу нескольких своих предшественников. Такой прогресс виден в способности одновременно поддерживать множество протоколов связи или факте, что их разработчики ПО могут микшировать и подбирать разные языки программирования.

Ирония в том, что этот порядок возможностей не фактически необходим для управления многими устройствами, включая приводы. Там, где приоритет — простая эффективность, сложная способность может быть в лучшем случае неактуальностью, а в худшем — ответственностью (например, в кибербезопасности). По этой причине новое поколение машинных контроллеров — компактные ПЛК-подобные устройства — эволюционировало для взятия на себя части работы, которую высококлассные ПЛК переросли.

Более ограниченные по памяти и емкости I/O, контроллер такого типа для привода переменной скорости, поставляемый встроенным, специально запрограммированным и с интуитивным графическим интерфейсом, относительно недорог, экономит время и прост в использовании (а также в интеграции с большей сетью или системой).

ПЛК и приводы — идеальная пара?

Традиционные отношения между приводами и ПЛК проходят через время изменений. Это потрясение, которое, возможно, выживет только старая системная архитектура. Фундаментальный принцип — приводы, ставшие умными через программную мощь — заряжен так же полностью, как всегда.