PLC: co to je, jak funguje a k čemu se používá v průmyslové automatizaci

Přední » technologie » PLC: co to je, jak funguje a k čemu se používá v průmyslové automatizaci

Ve světě průmyslové automatizace a moderních řídicích systémů PLC Staly se základními kusy, které způsobily revoluci ve výrobním a logistickém sektoru. Jeho začlenění umožnilo spolehlivou, flexibilní a bezpečnou automatizaci úloh, což společnostem umožňuje optimalizovat zdroje a dosáhnout efektivity, kterou lze jen obtížně sladit s jinými systémy. Ale opravdu víte? Co je PLC?, jak to funguje nebo k čemu se to v praxi používá?

Pokud chcete porozumět této základní technologii jak v průmyslu, tak v rezidenčních a komerčních aplikacích, najdete zde jasné, komplexní a aktuální vysvětlení. Objevte klíčové body, výhody, typy a aplikace PLC do hloubky, integrujte všechny nuance a přístupy, které poskytují nejdůležitější zdroje ve španělštině.

Co je to PLC?

Termín PLC pochází z angličtiny Programovatelný logický regulátor, přeloženo jako Programovatelný logický řadič. Je to robustní elektronické zařízení nebo počítač, speciálně navržený pro automatické řízení průmyslových strojů a procesů. Je to „mozek“ zodpovědný za příjem signálů z různých senzorů, jejich zpracování podle předem nakonfigurovaného programu a aktivaci výstupů pro řízení strojů, systémů a celých procesů.

Tyto digitální automaty Jsou konstruovány pro provoz v náročných prostředích, kde okolní podmínky (prach, teplota, vibrace, vlhkost) mohou být nepříznivé pro jakékoli běžné kancelářské vybavení. Hlavním účelem PLC je automatizace: nahrazení ruční práce nebo starých systémů relé a spínačů flexibilním, programovatelným a mnohem bezpečnějším a účinnějším elektronickým řízením.

Díky tobě všestrannost a snadné přeprogramování, PLC nahradily rigidnější a komplikovanější řešení. Umožňují úpravy procesů, rychlé přizpůsobení změnám ve výrobě, rozšířenou funkčnost a mnohem agilnější údržbu.

Historie a vývoj PLC

Počátek PLC se datuje koncem 1960. let XNUMX. století. Automobilový průmysl, zejména ve Spojených státech, potřeboval vyměnit panely plné relé a složité kabeláže, což vyžadovalo spoustu času a peněz na úpravy. V reakci na to se objevila první programovatelná zařízení, která se brzy vyvinula tak, aby zahrnovala mikroprocesory, rozšiřující možnosti a umožňující komunikaci s jinými zařízeními.

Během následujících desetiletí, Technologický vývoj s sebou přinesl výkonnější, kompaktnější a ekonomičtější PLC. V 80. letech XNUMX. století standardizace protokolů a vylepšené programovací jazyky učinily PLC dominantním řešením v průmyslové automatizaci. Dnes integrace se systémy SCADA, komunikace přes průmyslové sítě a přijetí grafických rozhraní (HMI) dokončují kvalitativní skok vpřed v této technologii.

Jak funguje PLC?

Provoz a PLC lze rozdělit do několika klíčových fází, které se cyklicky opakují v milisekundách:

• Příjem vstupních signálů: PLC přijímá informace (stavy ON/OFF nebo analogové hodnoty) ze senzorů, spínačů, tlačítek, koncových spínačů nebo polních zařízení.
• Zpracování dat: Jakmile jsou položky uloženy do paměti, zobrazí se CPU spustí uživatelský program interpretovat tyto signály a určit, jaké kroky byste měli podniknout.
• Aktivace výstupů: Podle programové logiky PLC generuje výstupní signály které aktivují akční členy, relé, stykače, motory, ventily, lampy, alarmy a další prvky.
• Komunikace a dohledPLC si mohou vyměňovat data s jinými PLC, systémy SCADA nebo rozhraními HMI, což umožňuje jak dálkové ovládání, tak přímý dohled a interakci operátorů.

Kompletní cyklus (známý jako „skenování“) zahrnuje vlastní diagnostiku, čtení vstupu, provádění programu, aktualizaci výstupů a komunikační úlohy. Tento provoz v reálném čase zajišťuje okamžitou a spolehlivou reakci na jakoukoli událost zjištěnou v zařízení.

Hlavní součásti PLC

Vše PLC Skládá se z několika modulů, které jsou zodpovědné za konkrétní funkce:

• CPU (Centrální procesorová jednotka): Je jádrem PLC, kde se provádí řídicí logika a zpracovávají se všechny instrukce.
• Paměťové moduly: Ukládají uživatelský program, zpracovávají data, parametry a historické záznamy.
• Vstupní moduly: Umožňují příjem elektrických signálů ze senzorů nebo externích zařízení a transformují tyto signály tak, aby je procesor mohl interpretovat.
• Výstupní moduly: Generují signály pro aktivaci relé, stykačů, ventilů, motorů nebo jakéhokoli připojeného zařízení.
• Zdroj napájení: Dodává potřebný výkon pro všechny vnitřní komponenty.
• Programovací jednotka: Umožňuje uživateli načíst, upravit nebo sledovat ovládací program pomocí notebooku, PC nebo ručního terminálu.

Kromě toho obsahuje mnoho PLC komunikační moduly integrovat do průmyslových sítí a HMI rozhraní pro usnadnění přímé interakce s operátorem.

Programování PLC a jazyky

Jak naprogramovat PLC je jednou z jeho velkých výhod. Umožňuje vám přizpůsobit a překonfigurovat výrobní nebo automatizační procesy podle toho, jak se mění potřeby společnosti. Mezinárodní norma IEC 61131 zavádí několik jazyků pro programování PLC, nejčastěji používané jsou:

• Ladder Diagram (LD): Na základě „žebříkových“ elektrických schémat je to nejtradičnější a nejjednodušší pro techniky s elektrotechnickými zkušenostmi.
• Diagram funkčních bloků (FBD): Představuje logiku prostřednictvím graficky propojených bloků pro lepší vizualizaci.
• Strukturovaný text (ST): Používá syntaxi podobnou konvenčním programovacím jazykům, vhodnou pro složité procesy.
• Seznam instrukcí (IL) a sekvenční diagram (SFC): Jiné jazyky orientované na konkrétní aplikace.

Program je vyvíjen na počítačích pomocí specifického softwaru poskytovaného každým výrobcem. a je přenášen do PLC pomocí kabelu nebo síťového připojení.

Charakteristické vlastnosti PLC

Tato zařízení mají několik vlastností, které je jasně odlišují od jiných řídicích systémů, jako jsou mikrokontroléry, průmyslové počítače nebo drátová relé:

• Robustnost: Jsou navrženy tak, aby vydržely nepříznivé podmínky typické pro továrny nebo výrobní linky.
• Spolehlivost: Nabízejí nepřetržitý a bezpečný provoz, minimalizují riziko poruch nebo neplánovaných zastavení.
• Flexibilita a snadná rekonfigurace: Úpravy řízení procesu lze snadno provést pomocí programových úprav, bez nutnosti fyzických úprav zapojení.
• ModularitaMnoho modelů umožňuje rozšiřování počtu vstupů/výstupů nebo přidávání funkcí podle rostoucích potřeb systému.
• Komunikace: Integrace se systémy vyšší úrovně (SCADA, MES, ERP) a průmyslovými sítěmi (Ethernet/IP, Profibus, Modbus atd.).
• Kompatibilita s různými programovacími jazyky: Vhodné pro elektrotechniky i počítačové inženýry.
• Přátelské uživatelské rozhraní: Prostřednictvím HMI nebo grafických panelů s dotykovými obrazovkami pro usnadnění obsluhy a diagnostiky instalace.

Typy PLC

V závislosti na složitosti řízeného procesu a aplikačním prostředí existují různé typy PLC:

• Kompaktní PLC: Integrují všechny moduly (CPU, vstupy/výstupy a napájecí zdroj) do jediného krytu. Jsou ideální pro malé nebo středně velké systémy, kde je omezený prostor a rozšíření nebude nutné.
• Modulární PLC: Skládá se z nezávislých modulů (CPU, I/O, komunikace atd.), které lze kombinovat podle potřeby. Nabízejí větší expanzi a flexibilitu a jsou preferovanou volbou pro střední nebo velké průmyslové systémy.
• PLC pro montáž do racku: Široce používané ve velkých instalacích umožňují namontovat a kombinovat různé moduly do jednoho rámu, což usnadňuje výměnu informací mezi nimi a nabízí velkou kapacitu pro zpracování a rozšíření.
• PLC s vestavěným HMI: Obsahují integrované grafické uživatelské rozhraní, které zjednodušuje interakci s operátorem a snižuje zapojování prvků.
• PLC pomocí softwaru: Nemají vlastní fyzický CPU, ale ke spuštění řídicího programu používají procesor PC nebo serveru. Jsou ideální pro simulaci, vývoj a testování, ačkoli pro kritické aplikace se vždy doporučuje tradiční hardwarové PLC.
• Slot PLC: Připojují se jako PCI karty uvnitř počítače a kombinují výhody modularity s PC zpracováním.

Aplikace a využití PLC v průmyslu

Adaptabilita PLC umožňuje jeho použití ve všech typech průmyslových a komerčních odvětví, jako jsou:

• Výrobní a výrobní systémy: Řízení montážních linek, obráběcích strojů, strojů na zpracování plastů a kovů, průmyslových robotů a automatických montážních procesů.
• Instalace vzduchotechniky, zabezpečení a energií: Regulace vytápění, klimatizace, ovládání osvětlení, automatických dveří a poplašných systémů v průmyslových objektech nebo velkých objektech.
• Chemické a potravinářské procesy: Sledování a kontrola vážení, dávkování, míchání, plnění, balení a skladování, zajištění kvality finálního produktu a bezpečnosti potravin.
• Automatizace logistiky: Řízení automatizovaných skladů, interních dopravních systémů, dopravníkových pásů, zakladačových jeřábů a vychystávacích robotů, vedení záznamů o poloze a stavu zboží v reálném čase.
• Automobilový průmysl: Aplikace v montážních linkách, svářecích strojích, lakovacích kabinách, frézkách, vrtačkách a výrobě komponentů.
• Úpravny a energetické závody: Řízení vodáren, čištění, ropovodů, vážení, regulace teploty, tepelné úpravy a elektrické rozvody.

Současný trend ukazuje na a Větší integrace PLC s technologiemi Průmyslu 4.0, umožňující cloudové připojení, pokročilou analýzu dat a integraci se systémy umělé inteligence. Jádrem průmyslové automatizace a digitalizace tak zůstanou programovatelné automaty.

Hlavní výhody PLC oproti jiným systémům

Přijetí PLC Jako řídicí řešení poskytuje řadu výhod:

• Mantenimiento rápido y sencillo: Snadná diagnostika závad, možnost testování bez úpravy fyzického zapojení.
• Škálovatelnost a modularita: Snadné rozšíření systému přidáním modulů bez nutnosti drastických úprav.
• Snížení nákladů a prostoru: Menší potřeba reléových panelů, fyzického prostoru a doby vývoje a implementace.
• zabezpečení: Možnost začlenění blokování, ochran a funkcí nouzového zastavení pro zamezení rizik.
• Pokročilé monitorování: Monitorování v reálném čase, generování alarmů, záznam a analýza dat, což usnadňuje prediktivní údržbu.
• Propojení a centralizované řízení: Snadná integrace do průmyslových sítí a se systémy řízení vyšší úrovně (SCADA, WMS, WMS, ERP systémy atd.).

Kde se používají PLC a praktické příklady?

Některé typické případy, kdy PLC mezi podstatné prvky patří:

• Automatické myčky aut: Řízení sekvencí senzorů (zjišťování přítomnosti vozidel, aktivace semaforů, ventilátorů a čerpadel podle naprogramovaných parametrů).
• Automobilky: Řízení lakovacích, svařovacích a montážních linek, jakož i systémů kontroly kvality a dávkování materiálu.
• Dopravní a logistické systémy: Automatizace pohybu a třídění balíků, kontejnerů nebo palet ve velkých skladech a logistických centrech.
• Potravinářský průmysl: Řízení kritických procesů, jako je plnění do lahví, pasterizace, plnění, označování nebo balení, kde je zásadní homogenita a bezpečnost.
• Chytré budovy: Regulace klimatizace, osvětlení, výtahů a přístupových systémů.

V současné době i v domácích aplikacích existují modely Rezidenční PLC určené pro energetický management, řízení zavlažování nebo systémy domácí automatizace.

Nejpoužívanější značky a modely PLC

Na mezinárodním trhu vynikají výrobci jako Siemens a Allen Bradley, kteří vedou průmysl s řešeními na míru pro všechna odvětví. Siemens je měřítkem v Evropě a Asii díky svým rodinám S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200 a S7-1500. Allen Bradley ze své strany dominuje severoamerickému trhu se systémy jako ControlLogix, MicroLogix a CompactLogix, které pokrývají vše od malých až po velká průmyslová zařízení.

Existují také Specializované PLC ve specifických úlohách, jako je slotové úložiště pro produkční data nebo softwarové úložiště pro simulace a testování před skutečnou implementací.

Náklady a návratnost investic při implementaci PLC

El počáteční náklady na PLC Záleží na značce, typu a množství modulů požadovaných pro každou instalaci. Nicméně, návratnost investice je okamžitá díky úspoře údržby, snížení chyb, zvýšení produktivity a pružnosti přizpůsobit se novým požadavkům trhu.

Každým dnem se objevují hospodárnější a kompaktnější modely, které jsou přístupné malým a středním podnikům, aniž by byla ohrožena kvalita nebo bezpečnost. Investice do spolehlivého PLC znamená investici do budoucnosti a konkurenceschopnosti společnosti.

V posledních desetiletích se technologie o PLC se vyvinul natolik, že je to nyní možné centralizovat vše od řízení těžkých strojů až po logistické procesy nebo energetický monitoring budov, se škálovatelnými, bezpečnými a snadno udržovatelnými řešeními. Pokud jste nadšení pro průmysl, strojírenství nebo prostě chcete porozumět tomu, jak jsou moderní výrobní systémy automatizovány a optimalizovány, důkladné porozumění světu programovatelných logických automatů je nutností.