PLC: ce este, cum funcționează și pentru ce este folosit în automatizarea industrială

Informatec Digital » tehnologie » PLC: ce este, cum funcționează și pentru ce este folosit în automatizarea industrială

În lumea automatizării industriale și a sistemelor moderne de control, PLC Au devenit piese fundamentale care au revoluționat sectorul de producție și logistică. Încorporarea sa a permis automatizarea sarcinilor fiabile, flexibile și sigure, permițând companiilor să optimizeze resursele și să obțină o eficiență care este dificil de egalat cu alte sisteme. Dar știi cu adevărat? Ce este un PLC?, cum funcționează sau la ce se folosește în practică?

Dacă doriți să înțelegeți această tehnologie esențială atât în ​​industrie, cât și în aplicațiile rezidențiale și comerciale, veți găsi aici o explicație clară, cuprinzătoare și actualizată. Descoperiți punctele cheie, avantajele, tipurile și aplicațiile PLC-urilor în profunzime, integrând toate nuanțele și abordările oferite de cele mai relevante surse în limba spaniolă.

Ce este un PLC?

Termenul PLC provine din engleză Controler logic programabil, tradus ca Controler logic programabil. Este un dispozitiv electronic sau computer robust, special conceput pentru controlul automat al mașinilor și proceselor industriale. Este „creierul” responsabil de recepția semnalelor de la diferiți senzori, procesarea acestora conform unui program preconfigurat și activarea ieșirilor pentru a controla mașini, sisteme și procese întregi.

Aceste automate digitale Sunt construite pentru a funcționa în medii solicitante, în care condițiile de mediu (praf, temperatură, vibrații, umiditate) pot fi adverse pentru orice echipament de birou convențional. Scopul principal al unui PLC este automatizarea: înlocuirea muncii manuale sau a sistemelor vechi de relee și întrerupătoare cu control electronic flexibil, programabil și mult mai sigur și mai eficient.

Mulțumită versatilitate și ușurință de reprogramare, PLC-urile au înlocuit soluții mai rigide și mai complicate. Acestea permit modificări ale procesului, adaptarea rapidă la schimbările de producție, funcționalitate extinsă și întreținere mult mai agilă.

Istoria și evoluția PLC-urilor

Începutul PLC-urilor datează de la sfârșitul anilor 1960. Industria auto, în special în Statele Unite, a avut nevoie să înlocuiască panourile pline cu relee și cablaje complexe, ceea ce a necesitat mult timp și bani pentru modificare. Ca răspuns, au apărut primele dispozitive programabile, care au evoluat în curând pentru a încorpora microprocesoare, extinzând capabilitățile și permițând comunicațiile cu alte dispozitive.

În următoarele decenii, Evoluția tehnologică a adus cu ea PLC-uri mai puternice, compacte și mai economice. În anii 80, standardizarea protocolului și limbajele de programare îmbunătățite au făcut PLC-urile soluția dominantă în automatizarea industrială. Astăzi, integrarea cu sistemele SCADA, comunicarea prin rețele industriale și adoptarea interfețelor grafice (HMI) completează saltul calitativ înainte în această tehnologie.

Cum funcționează un PLC?

Funcționarea unui PLC poate fi împărțit în mai multe etape cheie, care se repetă ciclic în milisecunde:

• Primirea semnalelor de intrare: PLC-ul primește informații (stări ON/OFF sau valori analogice) de la senzori, întrerupătoare, butoane, întrerupătoare de limită sau dispozitive de câmp.
• Procesamiento de date: Odată ce intrările sunt stocate în memorie, CPU execută programul utilizatorului interpretarea acestor semnale și determinarea acțiunilor pe care ar trebui să le întreprindeți.
• Activarea ieșirilor: Conform logicii programului, PLC-ul generează semnale de ieșire care activează actuatoare, relee, contactoare, motoare, supape, lămpi, alarme și alte elemente.
• Comunicare și supravegherePLC-urile pot face schimb de date cu alte PLC-uri, sisteme SCADA sau interfețe HMI, permițând atât controlul de la distanță, cât și supravegherea directă și interacțiunea operatorilor.

Ciclul complet (cunoscut sub numele de „scanare”) include autodiagnosticare, citirea intrărilor, execuția programului, actualizarea ieșirilor și sarcini de comunicare. Această operațiune în timp real asigură un răspuns imediat și fiabil la orice eveniment detectat în instalație.

Componentele principale ale unui PLC

Toate PLC Este compus din mai multe module care sunt responsabile pentru funcții specifice:

• CPU (unitate centrală de procesare): Este nucleul PLC-ului, unde logica de control este executată și toate instrucțiunile sunt procesate.
• Module de memorie: Acestea stochează programul utilizatorului, procesează datele, parametrii și înregistrările istorice.
• Module de intrare: Ele permit primirea semnalelor electrice de la senzori sau dispozitive externe, transformând aceste semnale astfel încât CPU să le poată interpreta.
• Module de ieșire: Acestea generează semnale pentru a activa relee, contactoare, supape, motoare sau orice dispozitiv conectat.
• Alimentare: Furnizează puterea necesară pentru toate componentele interne.
• Unitate de programare: Permite utilizatorului să încarce, să modifice sau să monitorizeze programul de control folosind un laptop, PC sau terminal portabil.

În plus, multe PLC-uri încorporează module de comunicare să se integreze în reţelele industriale şi interfețe HMI pentru a facilita interacțiunea directă cu operatorul.

Programare PLC și limbaje

Cum se programează un PLC este unul dintre marile sale avantaje. Vă permite să adaptați și să reconfigurați procesele de producție sau de automatizare pe măsură ce nevoile companiei se schimbă. Standardul internațional IEC 61131 stabilește mai multe limbaje pentru programarea PLC, cele mai frecvent utilizate fiind:

• Diagrama cu scară (LD): Pe baza schemelor electrice „scara”, este cea mai tradițională și mai simplă pentru tehnicienii cu experiență în electricitate.
• Diagrama blocului funcțional (FBD): Reprezintă logica prin blocuri conectate grafic pentru o vizualizare mai bună.
• Text structurat (ST): Folosește o sintaxă similară limbajelor de programare convenționale, potrivită pentru procese complexe.
• Lista de instrucțiuni (IL) și Diagrama de secvență (SFC): Alte limbi orientate către aplicații specifice.

Programul este dezvoltat pe computere folosind software-ul specific furnizat de fiecare producător. și este transferat la PLC prin cablu sau conexiune la rețea.

Caracteristici distinctive ale PLC-urilor

Aceste dispozitive au mai multe calități care le diferențiază clar de alte sisteme de control, cum ar fi microcontrolere, PC-uri industriale sau relee cu fir:

• putere: Sunt concepute pentru a rezista la condiții nefavorabile tipice fabricilor sau liniilor de producție.
• încredere: Oferă funcționare continuă și sigură, minimizând riscul defecțiunilor sau opririlor neplanificate.
• Flexibilitate și ușurință în reconfigurare: Modificările de control al procesului pot fi făcute cu ușurință prin ajustări de program, fără a fi nevoie de modificări fizice la cablare.
• ModularitateMulte modele permit extinderea numărului de intrări/ieșiri sau adăugarea de caracteristici pe măsură ce nevoile sistemului cresc.
• Comunicare: Integrare cu sisteme de nivel superior (SCADA, MES, ERP-uri) și rețele industriale (Ethernet/IP, Profibus, Modbus, etc.).
• Compatibilitate cu diferite limbaje de programare: Potrivit atât pentru personalul electric, cât și pentru inginerii informatici.
• Interfață de utilizator prietenoasă: Prin HMI sau panouri grafice cu ecrane tactile, pentru a facilita operarea si diagnosticarea instalatiei.

Tipuri de PLC

În funcție de complexitatea procesului care trebuie controlat și de mediul aplicației, există diferite tipuri de PLC:

• PLC compact: Acestea integrează toate modulele (CPU, intrări/ieșiri și alimentare) într-o singură carcasă. Sunt ideale pentru sistemele mici sau medii unde spațiul este limitat și nu vor fi necesare extinderi.
• PLC modular: Alcatuit din module independente (CPU, I/O, comunicatie etc.) care pot fi combinate in functie de necesitati. Ele oferă o expansiune și flexibilitate mai mari și sunt alegerea preferată pentru sistemele industriale medii sau mari.
• PLC montat în rack: Folosite pe scară largă în instalațiile mari, permit montarea și combinarea diferitelor module într-un singur cadru, facilitând schimbul de informații între ele și oferind o mare capacitate de procesare și extindere.
• PLC cu HMI încorporat: Acestea includ o interfață grafică integrată cu utilizatorul, care simplifică interacțiunea cu operatorul și reduce cablarea elementelor.
• PLC prin software: Nu au propriul procesor fizic, dar folosesc procesorul unui PC sau server pentru a rula programul de control. Sunt ideale pentru simulare, dezvoltare și testare, deși pentru aplicații critice este întotdeauna recomandat un PLC hardware tradițional.
• Slot PLC: Se conectează ca plăcile PCI în interiorul unui computer, combinând avantajele modularității cu procesarea PC.

Aplicații și utilizări ale PLC în industrie

Adaptabilitatea PLC permite utilizarea acestuia în toate tipurile de sectoare industriale și comerciale, cum ar fi:

• Producție și sisteme de producție: Controlul liniilor de asamblare, mașinilor-unelte, mașinilor din plastic și metal, roboților industriali și proceselor automate de asamblare.
• Instalatii de aer conditionat, securitate si energie: Reglementarea incalzirii, aerului conditionat, controlului iluminatului, usilor automate si sistemelor de alarma in instalatii industriale sau cladiri mari.
• Procese chimice și alimentare: Monitorizarea și controlul cântăririi, dozării, amestecării, umplerii, ambalării și depozitării, asigurând calitatea produsului final și siguranța alimentară.
• Automatizare logistică: Managementul depozitelor automate, sistemelor de transport intern, benzilor transportoare, stivuitoarelor și roboților de picking, păstrând o evidență în timp real a locației și stării mărfurilor.
• Industria auto: Aplicații în linii de asamblare, mașini de sudură, cabine de vopsire, mașini de frezat, mașini de găurit și fabricarea componentelor.
• Instalatii de tratare si energie: Controlul centralelor de apă, epurare, conducte petroliere, procese de cântărire, control al temperaturii, tratamente termice și distribuție electrică.

Tendința actuală indică a Integrare mai mare a PLC-urilor cu tehnologiile Industry 4.0, permițând conectivitatea în cloud, analiza avansată a datelor și integrarea cu sisteme de inteligență artificială. Controlerele logice programabile vor rămâne astfel nucleul automatizării industriale și al digitalizării.

Principalele avantaje ale PLC-urilor față de alte sisteme

Adoptarea de PLC-uri Ca soluție de control oferă numeroase beneficii:

• Întreținere rapid și simplu: Diagnosticare usoara a defectelor, posibilitate de testare fara modificarea cablajului fizic.
• Scalabilitate și modularitate: Extindere ușoară a sistemului prin adăugarea de module fără a fi nevoie de reproiectări drastice.
• Reducerea costurilor și a spațiului: Mai puțin nevoie de panouri relee, spațiu fizic și timpi de dezvoltare și implementare.
• Securitate: Posibilitatea de a încorpora interblocări, protecții și funcții de oprire de urgență pentru evitarea riscurilor.
• Monitorizare avansată: Monitorizare în timp real, generare de alarme, înregistrare și analiză a datelor, facilitând întreținerea predictivă.
• Interconectare și control centralizat: Integrare ușoară în rețele industriale și cu sisteme de management de nivel superior (SCADA, WMS, WMS, sisteme ERP etc.).

Unde sunt utilizate PLC-urile și exemple practice?

Unele cazuri tipice în care PLC-uri elementele esențiale includ:

• Spalatorii automate auto: Controlul secvențelor senzorilor (determinarea prezenței vehiculelor, activarea semafoarelor, ventilatoarelor și pompelor conform parametrilor programați).
• Fabrici de mașini: Gestionarea liniilor de vopsire, sudare și asamblare, precum și a sistemelor de control al calității și de dozare a materialelor.
• Sisteme de transport și logistică: Automatizarea mișcării și sortării pachetelor, containerelor sau paleților în depozite mari și centre logistice.
• Industria alimentară: Controlul proceselor critice precum îmbutelierea, pasteurizarea, umplerea, etichetarea sau ambalarea, în care omogenitatea și siguranța sunt esențiale.
• Clădiri inteligente: Reglementarea aerului condiționat, iluminatului, ascensoarelor și sistemelor de acces.

În prezent, chiar și în aplicațiile casnice, există modele de PLC-uri rezidențiale destinate managementului energiei, controlului irigațiilor sau sistemelor de automatizare a locuinței.

Cele mai utilizate mărci și modele de PLC

Pe piața internațională se remarcă producători precum Siemens și Allen Bradley, conducând industria cu soluții adaptate tuturor sectoarelor. Siemens este un reper în Europa și Asia datorită familiilor S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200 și S7-1500. Allen Bradley, la rândul său, domină piața nord-americană cu sisteme precum ControlLogix, MicroLogix și CompactLogix, care acoperă orice, de la instalații industriale mici până la mari.

Există, de asemenea PLC-uri specializate în sarcini specifice, cum ar fi stocarea bazată pe slot pentru date de producție sau stocarea bazată pe software pentru simulări și testare înainte de implementarea efectivă.

Costul și rentabilitatea investiției la implementarea unui PLC

El costul inițial al unui PLC Depinde de marca, tipul și cantitatea de module necesare pentru fiecare instalație. Cu toate acestea, cel rentabilitatea investiției este imediată datorită economiilor la întreținere, reducerii erorilor, productivității crescute și flexibilității de adaptare la noile cerințe ale pieței.

În fiecare zi apar modele mai economice și compacte, accesibile întreprinderilor mici și mijlocii, fără a compromite calitatea sau siguranța. A investi într-un PLC de încredere înseamnă a investi în viitorul și competitivitatea companiei.

În ultimele decenii, tehnologia de PLC-uri a evoluat atât de mult încât acum este posibil centralizați totul, de la controlul mașinilor grele până la procesele logistice sau monitorizarea energetică a clădirilor, cu soluții scalabile, sigure și ușor de întreținut. Dacă sunteți pasionat de industrie, inginerie sau pur și simplu doriți să înțelegeți modul în care sistemele moderne de producție sunt automatizate și optimizate, este necesară o înțelegere aprofundată a lumii controlerelor logice programabile.