Zaujímavosti o programovateľných automatoch (PLC)

Zaujímavosti o programovateľných automatoch (PLC)
Elektrolab Pridal  Elektrolab
  1291 zobrazení
6
 0
IoT Technológie, priemysel a automatizácia

Skratka PLC vychádza z anglického Programmable Logic Controller - programovateľný logický kontrolér alebo aj ako priemyselný počítač. S týmito programovateľnými automatmi je možné ovládať a regulovať výkon u rôznych výrobných strojov. PLC môže byť digitálne naprogramovaný a môže tak byť veľmi ľahko prispôsobený požiadavkám pre konkrétnu aplikáciu. Vzhľadom k rastúcim nárokom na moderné stroje a výrobné procesy sa riešenia s použitím PLC v oblasti automatizácie stalo neoddeliteľnou súčasťou každodenného priemyselného života.

Vznik prvého programovateľného kontroléru "084"

Pred viac ako štyridsiatimi rokmi začal výrobca automobilov General Motors riešiť zvýšenie spoľahlivosti riadenia výroby. Cieľom malo byť zariadenie, ktoré bude nielen spoľahlivý ako ručne Prepájanie reléová riadenia, ale ktorého vlastnosti bude možné meniť podľa požiadaviek plynúcich z výroby. V zadaní ďalej stálo:

  • modularita a možnosť jednoduchého rozšírenia;
  • vyššia mechanická odolnosť proti vlhkosti, prachu a vibráciám;
  • využitie štandardu reléových / kontaktných schém.

Jedným z oslovených subjektov bola skupina inžinierov z Bedfordu v štáte Massachusetts. Dômyselne kombinovali vtedy inovatívne technológie (napr. Integrované obvody s pevnou logikou) s kontaktným schémou (čiže schémou zapojenia elektrických obvodov ovládajúcich technologické zariadenia). Výsledkom ich úsilia sa stal vynález programovateľného kontroléru (označovaného skratkou "PC"), ktorý bolo možné oproti reléovým jednotkám ľahko a rýchlo inštalovať. Ešte väčšie výhoda však spočívala v jeho jednoduchom grafickom programovania, ktoré v zlomku pôvodného času dokonale nahradilo manuálne prepájanie reléových systémov.

Nový systém bol neskôr označený ako Programmable Logic Controller, v skratke PLC, potom slovensky programovateľný automat. Vynálezcovia, ktoré viedol Richard Morley, hovorili prvému programovateľnému automatu na svete jednoducho "084". To preto, že bol 84. projektom, ktorým sa ich skupina zaoberala. Aby sa mohli svojmu "dieťaťu" plne venovať, založili v roku 1969 spoločnosť na vývoj, výrobu a predaj programovateľných automatov. Pomenovali ju Modicon - ako skratku slov MODULAR Digital control. V marci roku 1969 bol Modicon 084 prvýkrát úspešne nasadený do prevádzky.

Prvé tieto systémy sú pripisované dvom technikom - Richardovi E. Morleymu a Odo J. Strugerovi. Kým Morley predstavil svoj systém "Modicon 084" ako "polovodičový, sekvenčné logický počítač" v roku 1969, Odo J. Struger sa podieľal na vývoji PLC pre spoločnosť Allen-Bradley so sídlom vo Wisconsine. Obaja inžinieri sú považovaní za priekopníkov programovateľného logického automatu (PLC). Postupom času sa všade na svete zvyšovali požiadavky v priemyselnom a výrobnom prostredí. PLC sa tak vyvíjal a bol uvedený do prevádzky v mnohých verziách.

Modicon 084 - prvé PLC na svete, 256 I/O, 32 kB pamäte.

Prvý Modicon 084 bol vybavený ferritovou pamäťou o kapacite 32 kB, kde mal uložený operačný systém a aj aplikačný program. Takouto pamäťou bol vybavený aj vtedy rozšírený sálový počítač IBM 360 model 30. Rozsah riadenie "084" bol 256 I/O. Samostatný programovací panel (P101) o veľkosti kufríka umožňoval nastaviť základné funkcie automatu. Modicon 084 sa stal takou legendou, že slávne americké múzeum Smithsonian Institute zaradilo Modicon 084 s výrobným číslom 0001 do svojej expozície ako "prvý programovateľný automat na svete".

Modicon a Schneider Electric - spojenie v najlepších rokoch

Roku 1995 sa Modicon začlenil do skupiny Schneider Electric. Spolu s riadiacimi systémami TSX Telemecanique otvoril novú kapitolu dejín automatizácie. Synergia oboch prestížnych značiek sa stala zárukou ako trvalého vývoja nových, tak inovácie existujúcich riadiacich systémov.

Zrodili sa rady moderných PAC systémov - Modicon Premium a Modicon Quantum - zamerané na procesné riadenie. Mali všetky potrebné vlastnosti pre procesné riadenie, a to vrátane možnosti redundancie s vysokou dostupnosťou. Vznikol tak riadený systém životného cyklu a možnosť migrácie starších systémov na nové.

Modicon Premium

Modicon Quantum

Modbus - prvý komunikačný protokol programovateľných automatov

Neoddeliteľnou súčasťou histórie riadiacich systémov bol rozvoj komunikácií. V aplikáciách PLC systémov chýbala možnosť priameho prepojenia automatov a riadiacich počítačov. Komunikácia medzi uzlami (PLC, PC a ďalšími inteligentnými jednotkami) bola založená na výmene správ. Každý Modicon bol odvtedy vybavovaný prípojkou Modbus (skratka Modicon Bus), cez ktorú sa rovno programoval.

Modbus sa stal otvoreným štandardom popisujúcim štruktúru správ. Jeho protokol nebol viazaný na žiadnu fyzickú vrstvu a nevyžadoval žiadnu platenú licenciu. Pôvodne bol prevádzkovaný na rozhraní RS232, neskôr prešiel na RS485 a pripísal si ďalšie výhody: vyššiu rýchlosť a väčší dosah. Stal sa štandardom priemyselných komunikácií. Ďalším významným míľnikom bola implementácia Modbus do rýchlo sa rozvíjajúceho štandardu Ethernet TCP / IP s oficiálnym označením Modbus TCP. Dňa 12. apríla 2004 previedol Schneider Electric svoje autorské práva na neziskovú organizáciu Modbus-IDA (www. Modbus.org). Tá sa stará o rozvoj tohto protokolu a zabezpečuje certifikáciu jeho aplikácií v automatizačných produktoch.

Koncepcia Transparent Ready ™: unikátne webové služby pre PAC Modicon

S nástupom internetu a webových služieb v komerčnej sfére začínajú užívatelia v priemysle premýšľať o ich využitie pre vlastné aplikácie. V roku 2003 tak vzniká unikátny koncept Transparent Ready ™.

Stručne povedané, ide o aplikovanie internetových technológií do oblasti automatizácie a rozvodu elektrickej energie. Všetky informácie, ako napr. Diagnostika či ovládania procesov, prebiehajú prostredníctvom siete Internet. Hlavné prvky koncepcie Transparent Ready ™ predstavujú webové servery integrované priamo v jednotlivých komunikačných moduloch priemyselných zariadení. Tieto servery majú odstupňované služby do troch kategórií. Umožňujú oprávnenému užívateľovi sledovať a ovládať technologický proces z prostredia bežného internetového prehliadača. Sprístupňujú informácie o prevádzkových hodnotách stave zariadenia, o jeho diagnostike a údržbe, umožňujú správu alarmov. Pomocou nich možno tiež pristupovať do vnútornej dátovej pamäti riadiaceho systému, popr. ho diaľkovo programovať. Všetci používatelia podnikovej siete s definovaným prístupom majú možnosť napojiť sa na ľubovoľné zariadenie a sledovať tak prevádzkové, diagnostické a iné potrebné dáta.

Prvý PAC Modicon M340 búra hranice predaja

V roku 2007 uviedol Schneider Electric na trh ďalší prelomový PAC systém - Modicon M340. Kontrolér je podporený výkonným softwarom Unity Pro s možnosťou integrácie a diagnostiky inteligentných prístrojov prostredníctvom štandardu FDT / DTM.

Modicon M340 využíva moderných technológií, napríklad Ethernetu s integrovanou optikou, WiFi alebo záznamu časové značky s presnosťou 1 ms vrátane SOE (Sequens of events). Už na začiatku roka 2011 prekonáva v predaji hranicu 100 000 kusov s medziročným nárastom o 26%.

PlantStruxure a MachineStruxure: otestované architektúry

Dynamický, diverzifikovaný vývoj na poli automatizácie ukazuje, že nie je možné jednoducho používať jeden systém pre všetky úlohy naprieč celým priemyslom. Preto pod vlajkou Schneider Electric vzniká roku 2010 ucelený koncept PlantStruxure, ktorý prináša kompletné architektúru pre procesné riadenie s väzbou na inteligentné akčné členy alebo prístroja poľné inštrumentácie. PAC systém Modicon tvoria jeho robustné hardwarový základ.

V rámci konceptu PlantStruxure je súčasne ďalej rozvíjaná koncepcie MachineStruxure, ktorá reflektuje špecifické požiadavky výrobcov strojov - typicky možnosť integrácie servopohonov a rýchleho diskrétneho riadenia.

Treťou, do určitej miery atypickou kategóriou predstavuje koncept pre telemetriu reprezentovanú rPAC systémy SCADA Pack. Jedná sa o špecializované stanice RTU zameranej na záznam (logovanie) kľúčových dát s časovou značkou a na optimalizovaný bezdrôtový prenos zabezpečenými telemetrickými protokolmi na nadradený dispečing.

Súčasnosť PLC

V priebehu času bol PLC naďalej vyvíjaný a prispôsobovaný konkrétnym potrebám v priemyselnom prostredí. Funkcie PLC ponúkajú celý rad výhod: vďaka svojej flexibilite môžu byť aplikované v celej škále priemyselného odvetvia. Modifikácia nastavenie je možné vykonať kedykoľvek, aby bolo nutné akokoľvek zasahovať do samotného hardware strojov. Iba individuálne programovateľné zariadenia pre riadenie a reguláciu výkonu výrobných strojov môžu naplniť vysoké požiadavky v modernom priemysle. PLC je spravidla možné inštalovať priamo do niektorého výrobného stroja. Tým dôjde k potrebnej úspore priestoru. Okrem možnosti vzdialenej správy PLC je komunikačná schopnosť jednou z jeho najväčších výhod. V závislosti od oblasti aplikácie je však nevyhnutné, aby obsluha PLC disponovala odbornými znalosťami a mohla tak využívať všetky ich možností.

Vstavané funkcie

Programovanie znamená poskladať preddefinované funkcie do ľubovoľnej architektúry. Funkcie sú dvojakého druhu. Základné funkcie (GF) a špeciálne funkcie (SF). Medzi základné funkcie patrí logické funkcie súčin (AND), súčet (OR), ďalej XOR, NAND, NOR a negácie. Špeciálne funkcie potom ponúkajú široké spektrum možností od oneskoreného zapnutia / vypnutia, cez počítadlá, generátory pulzov, či pravidelné spínacie hodiny, až po analógové bloky spínača, či komparátora. Tiež je možné priamo na displej nechať zobraziť textovú správu.

Manuálne programovanie

Každá PLC jednotka má priamo na sebe displej a tlačidlá pre užívateľský vstup. Všetko možno nastaviť a naprogramovať priamo na displeji, alebo po pripojení k počítaču. Pre jednoduché aplikácie, kedy program obsahuje len niekoľko blokov, je to podľa mňa aj rýchlejšie. Program sa na displeji zobrazí ako rozľahlá mapa vzájomne pospájaných funkčných blokov. Programovanie prebieha od výstupu cez funkcie až po vstupy. Každý funkčný blok sa automaticky pomenuje a podľa názvu ho možno pripojiť na vstup ďalších blokov.

Typický PLC sa skladá z nasledujúcich častí:

  • Prostredníctvom vstupov je riadiaca jednotka spojená napríklad s tlačidlami, svetelnými závorami alebo teplotnými senzormi. Vďaka týmto komponentom systém PLC dokáže monitorovať aktuálny stav stroja.
  • Výstupy sú pripojené k spotrebiču - napríklad k elektromotorom, hydraulickým ventilom, ktoré PLC používa na ovládanie konkrétneho stroja.
  • Užívateľský program - softvér pre PLC, zaisťuje prepínanie výstupov v závislosti na aktivácii vstupov.
  • Komunikačné rozhranie slúži pre pripojenie PLC do iných systémov.
  • PLC zároveň zahŕňa vlastný zdroj napájania, CPU a interný zbernicový systém.

Zjednodušená schéma zapojenia PLC.

Dôležité kritériá pre výber a nákup PLC

Pri nákupe PLC treba najprv dobre zvážiť, ktorý typ bude vhodný pre zamýšľaný účel. Klasické PLC sú moduly, ktoré je zvyčajne možné programovať prostredníctvom počítača. K samotnej prevádzke PLC potom počítač už nie je potrebný. V základe je potrebné rozlišovať medzi modulárnymi, kompaktnými a slotovými PLC. Kompaktné PLC sú zvyčajne lacnejšie a priestorovo menej náročné. Slúžia potom predovšetkým pre menšie automatizačné procesy. Okrem aplikácií založených na PC platforme existujú aj kompaktné PLC, ktoré môžete prostredníctvom ovládacieho panela programovať bez samotného PC. Modulárne PLC ponúkajú možnosť flexibilne zostaviť riadiacu jednotku z jednotlivých zásuvných modulov tak, aby bolo možné naprogramovať zložitejšie automatizované úlohy. K dispozícii sú moduly, ktoré je možné do systému implementovať ako zásuvné PC karty do voľného slotu na základnej doske. Rovnako je potrebné rozlišovať medzi PLC podľa spôsobu ich vykonávanej práce. Okrem modelov, ktoré kontrolujú vstupy v preddefinovanom cyklu a PLC s výstupným spracovaním v rôznych fázach, sú k dispozícii aj modely PLC riadené udalosťami.

Pred samotným nákupom PLC by ste mali venovať osobitnú pozornosť počtu potrebných vstupov a výstupov. Ako ďalšie je nevyhnutné zohľadniť aj ďalšie parametre, ktoré neboli pri prvotnom plánovaní zvažované. Zvážte dobre, či požadujete PLC s integrovaným displejom a dotykovým panelom. V niektorých prípadoch môže byť dostačujúce odčítanie hodnôt a správa systému prostredníctvom už existujúcej IT infraštruktúry.

Praktický tip: dokumentácia

Iba vďaka podrobnej a dobre prehľadnej dokumentácii PLC v softvérovom kóde zaistíte všetkým ďalším užívateľom rýchle pochopenie významu a účelu PLC, ktoré im zaistí potrebné zoznámenie sa s celým systémom a poskytne možnosť na vykonávanie potrebného nastavenia.

Programovateľné logické automaty sú ideálnym riešením pre individuálne riadenie rôznych aplikácií, strojov, systémov a procesov alebo reguláciu výkonu prostredníctvom digitálnej technológie. Použitie PLC je už dávno zastúpené v každodennom živote a používa sa napríklad pre spínanie semaforov, vo výťahoch alebo pre ovládanie roliet, ako aj pre systémy vykurovania alebo riadenie vjazdu do garáží. PLC sú integrované do baliacich liniek, strojov pre spracovanie ocele alebo do žeriavových systémov.

PLC čip / zabudovaný radič

 Je vhodným riešením pre malé stroje s malým alebo stredným objemom. PLC, ktoré môžu vykonávať PLC jazyky ako Ladder, Flow-Chart / Grafcet, ... Podobné ako tradičné PLC, ale ich malá veľkosť umožňuje vývojárom zapracovať ich do vlastných dosiek plošných spojov ako mikrokontrolér, bez znalosti programovania v počítači, ale s jazykom, ktorý sa ľahko používa, upravuje a udržiava. Nachádza sa medzi klasickými PLC / Micro-PLC a mikrokontrolérmi.

Nano ACE PLC a čipové PLC pre malých výrobcov strojov / malé alebo stredné objemy.

Zdroje :

aceautomation.eu

controlengcesko.com

Richard E. "Dick" Morley - wikipedia

Odo Josef Struger  - wikipedia

programmable logic controller (PLC) - wikipedia

Pokiaľ sa vám článok páčil - nezabudnite ho ohodnotiť hviezdičkami, poprípade podporte autora článku - Ďakujeme.

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok?

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok a chceli by ste sa o to podeliť s viac ako 200.000 čitateľmi? Tak neváhajte a dajte nám vedieť, radi ju uverejníme a to vrátane obrazových a video príloh. Rovnako uvítame aj autorov teoretických článkov, či autorov zaujímavých videí z oblasti elektroniky / elektrotechniky.

Kontaktujte nás!


Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie, alebo podporte jeho autora.
 

       

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár k článku. Pridáte prvý? Berte prosím na vedomie, že za obsah komentára je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.

Vaša reklama na tomto mieste

Vyhľadajte niečo na našom blogu

PCBWay Promo

ourpcb Promo

PCBWay Promo

ourpcb Promo

PCBWay Promo

ourpcb Promo


Webwiki Button