PLC: co to jest, jak działa i do czego służy w automatyce przemysłowej

Informatec Digital » technologia » PLC: co to jest, jak działa i do czego służy w automatyce przemysłowej

W świecie automatyki przemysłowej i nowoczesnych systemów sterowania, PLC Stały się podstawowymi elementami, które zrewolucjonizowały sektor produkcji i logistyki. Jego wdrożenie umożliwiło niezawodną, ​​elastyczną i bezpieczną automatyzację zadań, dzięki czemu firmy mogą optymalizować zasoby i osiągać wydajność trudną do osiągnięcia w przypadku innych systemów. Ale czy naprawdę wiesz? Czym jest PLC?, jak to działa i do czego to służy w praktyce?

Jeśli chcesz zrozumieć tę istotną technologię zarówno w zastosowaniach przemysłowych, jak i mieszkaniowych i komercyjnych, tutaj znajdziesz jasne, kompleksowe i aktualne wyjaśnienie. Poznaj szczegółowo kluczowe kwestie, zalety, typy i zastosowania sterowników PLC, integrując wszystkie niuanse i podejścia dostarczane przez najbardziej istotne źródła w języku hiszpańskim.

Co to jest PLC?

Termin PLC pochodzi z angielskiego Programowalny sterownik logiczny, przetłumaczone jako Programowalny sterownik logiczny. Jest to wytrzymałe urządzenie elektroniczne lub komputer, zaprojektowane specjalnie do automatycznego sterowania maszynami i procesami przemysłowymi. Jest to „mózg” odpowiadający za odbieranie sygnałów z różnych czujników, przetwarzanie ich zgodnie z wcześniej skonfigurowanym programem oraz aktywowanie wyjść w celu sterowania maszynami, systemami i całymi procesami.

Te cyfrowe automaty Są one przeznaczone do pracy w wymagających warunkach, w których warunki środowiskowe (kurz, temperatura, wibracje, wilgotność) mogą być niekorzystne dla konwencjonalnego sprzętu biurowego. Głównym celem PLC jest automatyzacja: zastąpienie pracy ręcznej lub starych systemów przekaźników i przełączników elastycznym, programowalnym, a także znacznie bezpieczniejszym i wydajniejszym sterowaniem elektronicznym.

Dzięki wszechstronność i łatwość przeprogramowaniaSterowniki PLC wyparły bardziej sztywne i skomplikowane rozwiązania. Umożliwiają modyfikacje procesów, szybką adaptację do zmian produkcyjnych, rozszerzoną funkcjonalność i o wiele sprawniejszą konserwację.

Historia i ewolucja PLC

Początki PLC sięgają końca lat 1960. XX wieku. Przemysł motoryzacyjny, zwłaszcza w Stanach Zjednoczonych, musiał wymienić panele pełne przekaźników i skomplikowanego okablowania, a modyfikacja tego wymagała dużo czasu i pieniędzy. W odpowiedzi na te wyzwania pojawiły się pierwsze programowalne urządzenia, które wkrótce zostały wyposażone w mikroprocesory, co rozszerzyło ich możliwości i umożliwiło komunikację z innymi urządzeniami.

W ciągu kolejnych dekad Rozwój technologiczny przyniósł ze sobą wydajniejsze, bardziej kompaktowe i ekonomiczne sterowniki PLC. W latach 80. XX wieku standaryzacja protokołów i udoskonalone języki programowania sprawiły, że sterowniki PLC stały się dominującym rozwiązaniem w automatyce przemysłowej. Obecnie integracja z systemami SCADA, komunikacja za pośrednictwem sieci przemysłowych i przyjęcie interfejsów graficznych (HMI) stanowią dopełnienie jakościowego skoku naprzód w tej technologii.

Jak działa PLC?

Działanie PLC można podzielić na kilka kluczowych etapów, które powtarzają się cyklicznie w milisekundach:

• Odbieranie sygnałów wejściowych:Sterownik PLC odbiera informacje (stany WŁ./WYŁ. lub wartości analogowe) z czujników, przełączników, przycisków, wyłączników krańcowych lub urządzeń polowych.
• Przetwarzanie danych:Po zapisaniu wpisów w pamięci, Procesor wykonuje program użytkownika interpretując te sygnały i ustalając, jakie działania należy podjąć.
• Aktywacja wyjść:Zgodnie z logiką programu PLC generuje sygnały wyjściowe które aktywują siłowniki, przekaźniki, styczniki, silniki, zawory, lampy, alarmy i inne elementy.
• Komunikacja i nadzórSterowniki PLC mogą wymieniać dane z innymi sterownikami PLC, systemami SCADA lub interfejsami HMI, co umożliwia zarówno zdalne sterowanie, jak i bezpośredni nadzór i interakcję operatorów.

Pełny cykl (znany jako „skanowanie”) obejmuje autodiagnostykę, odczyt danych wejściowych, wykonanie programu, aktualizację danych wyjściowych i zadania komunikacyjne. Działanie w czasie rzeczywistym zapewnia natychmiastową i niezawodną reakcję na każde zdarzenie wykryte w obiekcie.

Główne komponenty PLC

wszystko PLC Składa się z kilku modułów, które odpowiadają za konkretne funkcje:

• CPU (jednostka centralna): Stanowi rdzeń sterownika PLC, w którym wykonywana jest logika sterowania i przetwarzane są wszystkie instrukcje.
• Moduły pamięci: Przechowują program użytkownika, dane procesowe, parametry i zapisy historyczne.
• Moduły wejściowe: Umożliwiają one odbieranie sygnałów elektrycznych z czujników lub urządzeń zewnętrznych i przekształcanie tych sygnałów w sposób umożliwiający ich interpretację przez procesor.
• Moduły wyjściowe: Generują sygnały aktywujące przekaźniki, styczniki, zawory, silniki lub dowolne podłączone urządzenie.
• Zasilacz: Zapewnia niezbędne zasilanie dla wszystkich podzespołów wewnętrznych.
• Jednostka programująca: Umożliwia użytkownikowi załadowanie, modyfikację lub monitorowanie programu sterującego za pomocą laptopa, komputera stacjonarnego lub terminala przenośnego.

Ponadto wiele sterowników PLC zawiera moduły komunikacyjne do integracji z sieciami przemysłowymi i Interfejsy HMI aby ułatwić bezpośrednią interakcję z operatorem.

Programowanie PLC i języki

Jak zaprogramować PLC To jedna z jego największych zalet. Umożliwia dostosowywanie i rekonfigurację procesów produkcyjnych lub automatyzacji w miarę zmieniających się potrzeb firmy. Międzynarodowa norma IEC 61131 ustanawia kilka języków programowania sterowników PLC, z których najpopularniejsze to:

• Schemat drabinkowy (LD): Oparty na schematach elektrycznych „drabiny”, jest najbardziej tradycyjny i najprostszy dla techników z doświadczeniem w elektryce.
• Schemat bloków funkcyjnych (FBD): Przedstawia logikę za pomocą graficznie połączonych bloków, co umożliwia lepszą wizualizację.
• Tekst strukturalny (ST): Wykorzystuje składnię podobną do składni konwencjonalnych języków programowania i jest odpowiednia dla złożonych procesów.
• Lista instrukcji (IL) i diagram sekwencji (SFC): Inne języki zorientowane na konkretne zastosowania.

Program tworzony jest na komputerach przy użyciu specjalistycznego oprogramowania dostarczanego przez poszczególnych producentów. i przesyłany jest do PLC za pomocą kabla lub połączenia sieciowego.

Cechy charakterystyczne sterowników PLC

Urządzenia te mają kilka cech, które wyraźnie odróżniają je od innych systemów sterowania, takich jak mikrokontrolery, komputery przemysłowe lub przekaźniki przewodowe:

• Solidność:Są one zaprojektowane tak, aby wytrzymać trudne warunki typowe dla fabryk lub linii produkcyjnych.
• Niezawodność:Zapewniają ciągłą i bezpieczną pracę, minimalizując ryzyko awarii lub nieplanowanych przestojów.
• Elastyczność i łatwość rekonfiguracji:Modyfikacje sterowania procesem można łatwo wprowadzić poprzez zmiany w programie, bez konieczności fizycznej modyfikacji okablowania.
• ModułowośćWiele modeli pozwala na rozbudowę liczby wejść/wyjść lub dodawanie funkcji w miarę wzrostu potrzeb systemu.
• komunikacja:Integracja z systemami wyższego rzędu (SCADA, MES, ERP) i sieciami przemysłowymi (Ethernet/IP, Profibus, Modbus, itp.).
• Zgodność z różnymi językami programowania: Nadaje się zarówno dla elektryków, jak i inżynierów komputerowych.
• Przyjazny interfejs użytkownika:Za pośrednictwem HMI lub paneli graficznych z ekranami dotykowymi, ułatwiającymi obsługę i diagnostykę instalacji.

Rodzaje PLC

W zależności od złożoności kontrolowanego procesu i środowiska aplikacji, wyróżnia się różne typy sterowników PLC:

• Kompaktowy PLC:Integrują wszystkie moduły (procesor, wejścia/wyjścia i zasilanie) w jednej obudowie. Idealnie nadają się do małych i średnich systemów, w których przestrzeń jest ograniczona i rozbudowa nie będzie konieczna.
• Modułowy PLC:Składa się z niezależnych modułów (CPU, I/O, komunikacja, itd.), które można łączyć w zależności od potrzeb. Oferują większą rozbudowę i elastyczność, dlatego są preferowanym wyborem dla średnich i dużych systemów przemysłowych.
• Sterownik PLC montowany w szafie:Są szeroko stosowane w dużych instalacjach. Umożliwiają montaż różnych modułów i łączenie ich w jednej ramie, ułatwiając wymianę informacji między nimi i oferując dużą wydajność przetwarzania i rozbudowy.
• PLC z wbudowanym HMI:Zawierają zintegrowany graficzny interfejs użytkownika, który upraszcza interakcję z operatorem i redukuje okablowanie elementów.
• PLC przez oprogramowanie:Nie posiadają własnego fizycznego procesora, lecz wykorzystują procesor komputera PC lub serwera do uruchomienia programu sterującego. Idealnie nadają się do symulacji, rozwoju i testowania, choć w przypadku zastosowań o znaczeniu krytycznym zawsze zaleca się stosowanie tradycyjnego sprzętowego sterownika PLC.
• Gniazdo PLCŁączą się one jak karty PCI wewnątrz komputera, łącząc zalety modułowości z przetwarzaniem PC.

Zastosowania i wykorzystanie PLC w przemyśle

Możliwość adaptacji PLC umożliwia jego wykorzystanie we wszystkich rodzajach sektorów przemysłu i handlu, takich jak:

• Systemy produkcyjne i produkcyjne: Sterowanie liniami montażowymi, obrabiarkami, maszynami do obróbki tworzyw sztucznych i metalu, robotami przemysłowymi i automatycznymi procesami montażowymi.
• Instalacje klimatyzacyjne, bezpieczeństwa i energetyczne:Regulacja ogrzewania, klimatyzacji, sterowania oświetleniem, drzwiami automatycznymi i systemami alarmowymi w obiektach przemysłowych lub dużych budynkach.
• Procesy chemiczne i spożywcze:Monitorowanie i kontrola ważenia, dozowania, mieszania, napełniania, pakowania i przechowywania w celu zapewnienia jakości produktu końcowego i bezpieczeństwa żywności.
• Automatyzacja logistyki:Zarządzanie zautomatyzowanymi magazynami, systemami transportu wewnętrznego, przenośnikami taśmowymi, układnicami i robotami kompletującymi, prowadzenie rejestru lokalizacji i statusu towarów w czasie rzeczywistym.
• Branża motoryzacyjna:Zastosowania w liniach montażowych, spawarkach, kabinach lakierniczych, frezarkach, wiertarkach i produkcji komponentów.
• Zakłady przetwórstwa i produkcji energii: Sterowanie zakładami uzdatniania wody, oczyszczalniami, rurociągami naftowymi, procesami ważenia, kontrolą temperatury, obróbką cieplną i dystrybucją energii elektrycznej.

Obecny trend wskazuje na Większa integracja sterowników PLC z technologiami Przemysłu 4.0, umożliwiając łączność w chmurze, zaawansowaną analizę danych i integrację z systemami sztucznej inteligencji. Sterowniki logiczne programowalne pozostaną zatem podstawą automatyki przemysłowej i digitalizacji.

Główne zalety sterowników PLC w porównaniu z innymi systemami

Przyjęcie Sterowniki PLC Jako rozwiązanie kontrolne zapewnia liczne korzyści:

• Mantenimiento rápido y sencillo:Łatwa diagnostyka usterek, możliwość testowania bez konieczności modyfikowania fizycznego okablowania.
• Skalowalność i modułowość:Łatwa rozbudowa systemu poprzez dodawanie modułów, bez konieczności przeprowadzania drastycznych zmian w projekcie.
• Redukcja kosztów i przestrzeni:Mniejsze zapotrzebowanie na panele przekaźnikowe, mniejszą przestrzeń fizyczną oraz krótszy czas opracowywania i wdrażania.
• Bezpieczeństwo:Możliwość włączenia blokad, zabezpieczeń i funkcji zatrzymania awaryjnego w celu uniknięcia ryzyka.
• Zaawansowany monitoring:Monitorowanie w czasie rzeczywistym, generowanie alarmów, rejestrowanie i analiza danych, ułatwiające konserwację predykcyjną.
• Połączenie i scentralizowane sterowanie:Łatwa integracja z sieciami przemysłowymi oraz systemami zarządzania wyższego poziomu (SCADA, WMS, WMS, systemy ERP itp.).

Gdzie są stosowane sterowniki PLC i jakie są praktyczne przykłady?

Oto kilka typowych przypadków, w których Sterowniki PLC Podstawowe elementy obejmują:

• Myjnie samochodowe automatyczne: Sterowanie sekwencjami czujników (określanie obecności pojazdów, uruchamianie sygnalizacji świetlnej, wentylatorów i pomp zgodnie z zaprogramowanymi parametrami).
• Fabryki samochodów:Zarządzanie liniami lakierniczymi, spawalniczymi i montażowymi, a także systemami kontroli jakości i dozowania materiałów.
• Systemy transportowe i logistyczne:Automatyzacja przemieszczania i sortowania paczek, kontenerów lub palet w dużych magazynach i centrach logistycznych.
• Przemysł spożywczy:Kontrola krytycznych procesów, takich jak butelkowanie, pasteryzacja, napełnianie, etykietowanie czy pakowanie, gdzie jednorodność i bezpieczeństwo mają zasadnicze znaczenie.
• Inteligentne budynki:Regulacja klimatyzacji, oświetlenia, wind i systemów dostępu.

Obecnie nawet w zastosowaniach domowych dostępne są modele PLC mieszkaniowe przeznaczone do zarządzania energią, sterowania nawadnianiem lub systemów automatyki domowej.

Najczęściej używane marki i modele PLC

Na rynku międzynarodowym wyróżniają się producenci tacy jak Siemens i Allen Bradley, którzy są liderami branży dzięki rozwiązaniom dostosowanym do potrzeb wszystkich sektorów. Siemens jest punktem odniesienia w Europie i Azji dzięki rodzinom produktów S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200 i S7-1500. Allen Bradley z kolei dominuje na rynku północnoamerykańskim dzięki systemom takim jak ControlLogix, MicroLogix i CompactLogix, obejmującym swoim zakresem zarówno małe, jak i duże obiekty przemysłowe.

Są też Specjalistyczne PLC w określonych zadaniach, takich jak przechowywanie danych produkcyjnych w oparciu o sloty lub przechowywanie danych programowych na potrzeby symulacji i testów przed faktycznym wdrożeniem.

Koszt i zwrot z inwestycji przy wdrażaniu PLC

El koszt początkowy PLC Zależy to od marki, rodzaju i ilości modułów wymaganych dla danej instalacji. Jednakże, zwrot z inwestycji jest natychmiastowy dzięki oszczędnościom w zakresie konserwacji, redukcji błędów, zwiększonej produktywności i elastyczności pozwalającej na dostosowanie się do nowych wymagań rynku.

Codziennie pojawiają się bardziej ekonomiczne i kompaktowe modele, dostępne dla małych i średnich przedsiębiorstw, bez uszczerbku dla jakości i bezpieczeństwa. Inwestycja w niezawodną spółkę PLC oznacza inwestycję w przyszłość i konkurencyjność firmy.

W ostatnich dekadach technologia Sterowniki PLC rozwinęło się tak bardzo, że teraz jest to możliwe centralizacja wszystkiego, od kontroli ciężkiego sprzętu po procesy logistyczne lub monitorowanie zużycia energii w budynkach, z rozwiązaniami skalowalnymi, bezpiecznymi i łatwymi w utrzymaniu. Jeśli pasjonujesz się przemysłem, inżynierią, lub po prostu chcesz zrozumieć, w jaki sposób automatyzuje się i optymalizuje nowoczesne systemy produkcyjne, gruntowna znajomość programowania sterowników logicznych jest koniecznością.