تقریباً در هر کارخانه قدیمی قدم بزنید، یک پارادوکس خواهید دید. یک خط هنوز منطق نردبانی را اجرا میکند که پانزده یا بیست سال پیش نوشته شده بود روی کنترلکنندهای که برای یک دهه متوقف شده است، در حالی که سلول دقیقاً در کنار آن دادهها را برای نگهداری پیشبینیکننده به یک پلتفرم IIoT ارسال میکند. هر دو کار خود را انجام می دهند. این شکاف، کنار هم در یک طبقه نشسته است، در واقع داستان چگونگی رشد کنترلرهای منطقی قابل برنامه ریزی است. درک تکامل PLC ها فقط یک چیز بی اهمیت صنعتی نیست. این به شما میگوید که چرا پایه نصبشده شما به شکلی است که دارد، و دو تصمیم را شکل میدهد که در نهایت هر کارخانه با آن روبرو میشود: کنترلکننده بعدی که باید بخرد و وقتی کنترلکنندهای که به آن متکی هستید به پایان عمر خود رسید، چه کاری انجام دهید.
قبل از PLC ها: چرا Relay Logic صنعت را بازگرداند؟
قبل از PLC، ماشین ها توسط بانک های رله های الکترومکانیکی کنترل می شدند. منطق یک فرآیند، یعنی زمانی که این شیر باز می شود و آن موتور روشن می شود، در سیم کشی فیزیکی بین صدها یا حتی هزاران رله که در کابینت های بزرگ قرار دارند، زندگی می کند.
این رویکرد کارساز بود، اما از راه های گران قیمت شکننده بود. تغییر توالی کنترل به معنای سیم کشی مجدد پانل با دست بود، کاری که ممکن است روزها یا هفته ها طول بکشد در حالی که خط بیکار است. یک رله از کار افتاده یا یک سیم شل می تواند تولید را متوقف کند، و یافتن عیب در پیچ و خم سیم کشی کار کندی بود. خود کابینتها فضای کف را مصرف میکردند و پس از سالها تغییرات کوچک، اسناد و مدارک به ندرت مطابق با آنچه واقعاً ساخته شده بود مطابقت داشت.
این فشار در صنعت خودروسازی ایالات متحده به اوج خود رسید. خودروسازانی مانند جنرال موتورز خطوط خود را در هر سال مدل سازی می کردند و هر ابزار مجدد به معنای پاره کردن و بازسازی پانل های رله با هزینه هنگفت بود. در اواخر دهه 1960، این اختلال سالانه جستجو برای جایگزین قابل برنامه ریزی مجدد را ضروری کرد. آرزوی اصلی ساده بود: مهندسان قابلیت اطمینان را مورد اعتماد نگه دارید، اما به جای مس، در نرم افزار تغییراتی ایجاد کنید. این فشار مستقیماً منجر به مشخصاتی شد که اولین PLC را ایجاد کرد.
The Birth of the PLC (1968): Modicon 084 and Ladder Logic
در سال 1968، بخش Hydramatic جنرال موتورز اکنون-مشخصات معروفی برای جایگزینی حالت جامد برای کنترل رله نوشت. این دستگاه خواستار دستگاهی مستحکم شد که بتواند بدون سیم کشی مجدد برنامه ریزی شود، از کف کارخانه جان سالم به در ببرد و توسط برق کاران موجود کارخانه به جای متخصصان کامپیوتر نگهداری شود.
یک شرکت مهندسی کوچک به نام Bedford Associates این چالش را پذیرفت. پاسخ آنها به رهبری مهندس ریچارد "دیک" مورلی و همکارانش به Modicon 084 تبدیل شد که به طور گسترده به عنوان اولین کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی شناخته می شود. نام "Modicon" از کنترلر دیجیتال مدولار گرفته شده است، و "084" به سادگی شماره پروژه این شرکت بود. مورلی اغلب برای این کار پدر PLC نامیده می شود.
مهمترین تصمیم پشت 084 عملکرد خام نبود. این انتخاب روش برنامه نویسی بود. به جای اختراع یک زبان کامپیوتری جدید، این تیم به مهندسان اجازه داد تا کنترلر را با استفاده از منطق نردبان برنامه ریزی کنند، نموداری که تقریباً شبیه نقشه های شماتیک نردبان رله ای بود که برقکارها قبلاً هر روز می خواندند. این خیلی اهمیت داشت. افرادی که از این ماشینها نگهداری میکردند، برقکار بودند، نه برنامهنویس، و میتوانستند کنترلکننده جدید را بدون آموزش مجدد بپذیرند. همین انتخاب طراحی واحد، ملاقات با کاربران در جایی که قبلاً بودند، دلیل بزرگی است که PLC ها به سرعت گسترش می یابند و چرا منطق نردبانی بیش از پنجاه سال بعد به عنوان زبان برنامه نویسی غالب باقی می ماند. همچنین به همین دلیل است که برخی از کارخانهها هنوز برنامههای نردبانی را اجرا میکنند که دههها پیش نوشته شدهاند، نکتهای که وقتی درباره جایگزینی سختافزار قدیمی بحث میکنیم به آن بازمیگردیم.
از همان دستور اول مفهوم به سرعت گسترش یافت. تولیدکنندگان دیگر به دنبال آن بودند و ظرف چند سال PLC از یک آزمایش خودروسازی به یک ابزار استاندارد در صنایع تبدیل شد.
چگونه PLC ها، دهه به دهه تکامل یافتند
هنگامی که این مفهوم خود را ثابت کرد، PLC ها به طور پیوسته تکامل یافتند و هر دهه قابلیتی را که صنعت آن زمان می طلبید به آن اضافه کرد.
|
دوران |
قابلیت جدید هسته ای |
فناوری نماینده |
|
دهه 1970 تا 80 |
ریزپردازنده و اولین شبکه |
PLCهای مبتنی بر CPU{0}}، فیلدباس اولیه |
|
1990s |
رابط اپراتور و زبان های استاندارد |
HMI، IEC 61131-3 |
|
2000s |
حرکت یکپارچه و شبکه های باز |
کنترل حرکت، اترنت صنعتی |
|
دهه 2010 تاکنون |
اتصال سازمانی و IIoT |
محاسبات لبه، پیوندهای MES/ERP |
در دهه 1970 و اوایل دهه 1980، ورود ریزپردازنده نقطه عطف بود. PLCها کوچکتر و سریعتر شدند، حافظه بیشتری به دست آوردند و اولین پورتهای ارتباطی خود را انتخاب کردند، که به کنترلرها اجازه می داد به جای اجرا در انزوا با یکدیگر صحبت کنند.
دهه 1990 در مورد اتصال به سمت بالا، به افراد و گیاهان بالای دستگاه بود. واسطهای ماشینی (HMI) بهجای چراغهای نشانگر به اپراتورها صفحههای گرافیکی میدادند و PLCها شروع به تبادل دادهها با سیستمهای{3}سطح بالاتر کارخانه کردند. این دوره همچنین استاندارد IEC 61131-3 را که در سال 1993 منتشر شد، به ارمغان آورد که مجموعهای از زبانهای برنامهنویسی مشترک را تعریف میکرد و قفل کردن را به سبک هر فروشندهای کاهش میداد.
در دهه 2000 عملکردهایی وجود داشت که زمانی به سخت افزار جداگانه نیاز داشتند. کنترل حرکت، و در برخی موارد بینایی ماشین، به ویژگیهایی تبدیل شدند که یک کنترلکننده میتوانست آن را هماهنگ کند، در حالی که پروتکلهای{2}} مبتنی بر اترنت اتصال سیستمهای چند فروشنده را بسیار آسانتر میکردند.
از دهه 2010 تا امروز، PLC به یک گره در یک شبکه بسیار بزرگتر تبدیل شد. کنترلکنندهها اکنون به نرمافزارهای ERP و MES پیوند میدهند، پلتفرمهای IIoT را تغذیه میکنند و از محاسبات لبه نزدیک به دستگاه پشتیبانی میکنند. به همان اندازه مهم، آنها اکنون باید با در نظر گرفتن امنیت سایبری طراحی شوند، زیرا یک کنترل کننده در شبکه نیز کنترل کننده ای است که در معرض آن قرار دارد.
اگر میخواهید ببینید که چگونه یک تولیدکننده در همین مراحل حرکت کرده است، به بررسی عمیق ما میپردازیمتکامل سخت افزار Omron PLC بیش از 50 سالاین قوس را از طریق خط تولید یک برند ردیابی می کند.
میراث در مقابل PLC های مدرن: آنچه در واقع تغییر کرد
داستان{0}}دهه به-دهه توضیح میدهد که چگونه به اینجا رسیدیم. در کنار هم، تفاوت بین یک PLC قدیمی و یک PLC مدرن در پنج بعد نمایان می شود و هر کدام یک پیامد عملی برای صاحبان سیستم دارند.
|
بعد |
Legacy PLC |
PLC مدرن |
چرا برای شما مهم است |
|
سخت افزار |
حافظه ثابت، حجیم و محدود |
فشرده، ماژولار، حافظه بالا |
گسترش آسان تر، پانل های کوچکتر |
|
برنامه نویسی |
فروشنده-مخصوص، فقط نردبان |
IEC 61131-3، چندین زبان |
مجموعه مهارتهای گستردهتر، قفل کمتر- |
|
ارتباط |
اتوبوس های سریالی یا اختصاصی |
اترنت صنعتی، پروتکل های باز |
ادغام ساده تر با سیستم های دیگر |
|
قابلیت نگهداری |
قطعات یدکی کمیاب، سخت به منبع |
کاتالوگ فعلی، به راحتی ذخیره می شود |
تعمیرات سریع تر، خطر خرابی کمتر |
|
امنیت |
قبل از شبکه سازی طراحی شده است |
ساخته شده با ویژگی های امنیت سایبری |
نوردهی کمتر در شبکه های متصل |
خط امنیتی سزاوار توجه است. بسیاری از PLC های قدیمی در دوره ای طراحی شدند که هرگز انتظار نمی رفت یک کنترلر شبکه گسترده تری را لمس کند. یکی را به یک شبکه کارخانه مدرن وصل کنید و میتواند به یک نقطه نرم برای مهاجمان تبدیل شود، که یکی از دلایل عملی است که کارخانهها جایگزین سختافزار قدیمیتر را به جای وصله کردن در اطراف آن انتخاب میکنند.
PLC در مقابل PAC در مقابل DCS در مقابل میکروکنترلر: رفع سردرگمی
این چهار اصطلاح به راحتی مورد استفاده قرار می گیرند و سردرگمی می تواند منجر به خرید کلاس اشتباه سخت افزار شود. در اینجا نسخه کوتاه است.
A PLCکنترل گسسته و منطقی{0}}ماشینها و خطوط را کنترل میکند که زمین اصلی آن است. الفPAC(کنترل کننده اتوماسیون قابل برنامه ریزی) یک پسر عموی قدرتمندتر است که برای ریاضیات پیچیده، مدیریت داده ها و برنامه نویسی پیشرفته در سیستم های بزرگتر ساخته شده است. الفDCS(سیستم کنترل توزیع شده) برای فرآیندهای بزرگ و پیوسته مانند مواد شیمیایی، نفت و گاز یا برق طراحی شده است که در آن هزاران حلقه به صورت شبانه روزی کار می کنند. الفمیکروکنترلریک تراشه واحد است که در یک دستگاه یا محصول تعبیه شده است و یک وظیفه اختصاصی را انجام می دهد.
یک راهنمای یک خطی-: یک PLC برای منطق ماشین گسسته، یک PAC زمانی که به محاسبات سنگین و برنامهنویسی پیشرفته نیاز دارید، یک DCS برای کارخانههای بزرگ فرآیند پیوسته، و یک میکروکنترلر برای کنترل ساده یک دستگاه-. با مشخص بودن مرزها، سؤال بعدی عملی است: کدام برندها واقعاً این کنترلرها را میسازند و چه تفاوتی با هم دارند؟
برندهای اصلی PLC امروز
شش برند بر اکثر لیست های خرید غالب هستند. هرکدام به جای اینکه صرفاً «قابل اعتماد و پیشرفته» باشند، یک مرکز ثقل واقعی دارند و دانستن اینکه کجا قویتر است، باعث صرفهجویی در زمان میشود.
|
نام تجاری |
جایی که قوی ترین است |
صنایع معمولی |
نرم افزار برنامه نویسی |
|
زیمنس |
عمیق ترین اکوسیستم یکپارچه، کوچک تا بزرگ |
خودرو، تولید گسسته |
پورتال TIA |
|
آلن-برادلی |
پیش فرض در گیاهان آمریکای شمالی |
خودرو، F&B، بسته بندی |
استودیو 5000 |
|
میتسوبیشی |
ماشین آلات حساس-سرعت بالا و هزینه{1}} |
ماشین سازی OEM |
GX کار می کند |
|
امرون |
کنترل مرتبط با حس، بینایی، روباتیک |
الکترونیک، بازرسی-خطوط سنگین |
Sysmac Studio |
|
اشنایدر |
اصل و نسب PLC اصلی، زیرساخت |
آب، ساختمان، تاسیسات |
کارشناس کنترل EcoStruxure |
|
ABB |
جایی که کنترل با فرآیند و قدرت ملاقات می کند |
فرآیند، انرژی |
سازنده اتوماسیون |
جدول را بخوانید که چه چیزی هر برند را متفاوت می کند.زیمنسزمانی قوی است که شما یک پلتفرم از کوچکترین کنترلر تا بزرگ ترین را می خواهید، که در سراسر اروپا و تولید گسسته رایج است.آلن-برادلی، بخشی از راکول، استاندارد در آمریکای شمالی با پایه یکپارچه ساز محلی عمیق است.میتسوبیشیمورد علاقه ماشین سازانی است که به سرعت با قیمت رقابتی نیاز دارند.امرونجایی که یک خط به همان اندازه که در مورد حرکت است، در مورد بازرسی است.اشنایدر، که دودمان اصلی Modicon را دارد، در زیرساخت و فرآیند{0} کارهای مجاور قوی است. ABB در جایی برنده می شود که سایت ها قبلاً در درایوهای ABB و ابزار دقیق استاندارد شده اند.
نشان هر چه که باشد، سه عامل بیشتر از هر دیتاشیت مناسب است:
- قفل اکوسیستم-در.نرم افزارهای برنامه نویسی، مجوزها و آموزش همگی شما را به یک پلتفرم متصل می کنند. تغییر نام تجاری بعداً به ندرت فقط یک تعویض سخت افزاری است.
- در دسترس بودن قطعات یدکی-.یک نام تجاری فقط به اندازه توانایی شما برای دریافت سریع ماژول ها، به خصوص برای محدوده های قدیمی تر است. زمانهای طولانی در یک کارت میتواند خط را بیکار کند.
- سازگاری ادغامبررسی کنید که کنترلر پروتکل هایی را که درایوهای موجود، HMI ها و سیستم های بالادستی شما قبلاً از آن استفاده می کردند، صحبت کند.
برای فهرست گستردهتر و جزئیات-به-به راهنمای ما مراجعه کنیدبرترین تولید کنندگان PLC. وقتی برند مورد نیاز خود را از قبل بشناسید، می توانیدماژول های PLC را بر اساس سازنده مرور کنیدمستقیما
چگونه PLC مناسب را برای برنامه خود انتخاب کنید
پس از تعیین فهرست کوتاه برند، آن را با شغلی که در پیش دارید مطابقت دهید. پنج عامل بیشتر تصمیم گیری را انجام می دهند.
تعداد ورودی/خروجی و قابلیت گسترشورودی ها و خروجی های خود را بشمارید، سپس تقریباً 20 تا 30 درصد فضای سر را اضافه کنید. اندازه گیری به تعداد دقیق امروزی این است که چگونه گیاهان در نهایت یک کنترلر کامل را جایگزین می کنند تا دو سال بعد چند حسگر اضافه کنند.
قابلیت پردازشمنطق روشن/خاموش ساده نیاز کمی دارد. حلقههای PID، حرکت یا پردازش دادههای سنگین به CPU قویتر و زمان اسکن سریعتر نیاز دارند. پردازنده را با سخت ترین کار روی خط مطابقت دهید، نه معمولی.
پروتکل های ارتباطیپروتکلهایی را که تجهیزات موجود شما استفاده میکنند، مانند PROFINET، EtherNet/IP، Modbus یا EtherCAT فهرست کنید و کنترلکنندهای را انتخاب کنید که آنها را به صورت بومی صحبت کند. مقاوم سازی دروازه ها بعداً هزینه و نقاط خرابی را اضافه می کند.
رتبه بندی زیست محیطیدما، لرزش، گرد و غبار و رطوبت تعیین می کند که آیا شما به سخت افزار استاندارد یا سخت شده نیاز دارید. کنترلکنندهای که برای یک کابینت تمیز رتبهبندی شده است، در محل شستشو-یا در فضای باز دوام نخواهد آورد.
بودجه و زمان انجامارزانترین ماژول در صورتی که دوازده-هفتهای زمان ارائه داشته باشد و خط شما قطع باشد، مقرون به صرفه نیست. قیمت واحد را با در دسترس بودن واقعی و هزینه تاخیر وزن کنید.
چک لیست سریعی که می توانید دوباره استفاده کنید:
- آیا تعداد I/O شما شامل 2 تا 3 سال توسعه است؟
- آیا اندازه CPU برای سخت ترین کار شما است، نه متوسط؟
- آیا کنترلر به صورت بومی از پروتکل های موجود شما پشتیبانی می کند؟
- آیا رتبه بندی محیطی برای محل نصب واقعی مناسب است؟
- آیا سهام واقعی و زمان عرضه را تأیید کرده اید، نه فقط قیمت فهرست؟
- آیا با اکوسیستم برندی که تیم شما قبلاً می شناسد مطابقت دارد؟
اگر کنترلر موجود شما خوب است و به سادگی در حال گسترش هستید، همین منطق اعمال می شود. مورد سختتر مورد بعدی است: وقتی PLC که به آن وابسته هستید متوقف شد، چه باید کرد.
جایگزینی PLC های قدیمی یا متوقف شده
جایگزین کردن کنترلر به ندرت یک انتخاب آزاد است. معمولاً توسط یکی از چند سیگنال مجبور می شود. وقتی موارد زیر را مشاهده کردید، جایگزین را جدی بگیرید:
- خطاهای مکرر و از کار افتادن برنامه ریزی نشده در کنترل کننده قدیمی.
- اخطار رسمی پایان-عمر-یا توقف تولید از طرف سازنده.
- هیچ ماژول یدکی اصلی در دسترس نیست، یا فقط سهام خاکستری مشکوک-در بازار است.
- هزینه های تعمیر و نگهداری و خرابی که بی سر و صدا بیشتر از هزینه ارتقاء یافته است.
اگر هر یک از این موارد اعمال شود، اولین گام عملی منبع یابی است. تأیید کنید که آیا شماره دقیق قطعه شما هنوز تولید شده است یا خیر، و در غیر این صورت، جایگزینی سازگار یا معادل آن را شناسایی کنید-. اینجاست که یک توزیع کننده با موجودی واقعی اهمیت دارد، زیرا شماره قطعه متوقف شده اغلب پس از مدت ها پس از حرکت سازنده هنوز از طریق کانال های مناسب قابل یافتن است.
از آنجا با یک تصمیم واقعی روبرو می شوید: مانند-برای-مثل جایگزینی یا ارتقاء کامل.
A جایگزینی سازگاربرنامه موجود، سیم کشی و طرح ورودی/خروجی شما را حفظ می کند. ریسک کمتر، هزینه کمتر و سریع است، به همین دلیل است که معمولا زمانی که یک خط نیاز به ادامه کار دارد، تماس مناسبی است. زمانی که خرابی دشمن اصلی شماست و سیستم اطراف سالم است، این مسیر را انتخاب کنید.
A ارتقاء کاملبه یک پلت فرم مدرن هزینه بیشتری دارد و زمان بیشتری می برد، اما ساعت را بازنشانی می کند: در دسترس بودن قطعات یدکی فعلی، ارتباطات مدرن و امنیت سایبری داخلی. زمانی که کل سیستم در حال پیر شدن است، زمانی که یک مدرن سازی گسترده تر از قبل برنامه ریزی شده است، یا زمانی که معماری قدیمی کاری را که می خواهید انجام دهید متوقف می کند، این مورد را انتخاب کنید.
اگر از طریق مهاجرت خاصی کار می کنید، راهنمای ما ازانتخاب و انتقال کنترلرهای قدیمی Modiconنشان می دهد که چگونه این مبادلات-در یک محدوده محصول واقعی انجام می شود. و اگر قبلاً قطعه مورد نیاز خود را میدانید که منبع یا جایگزین شده است،شماره مدل را برای بررسی سهام و قیمت گذاری برای ما ارسال کنید.
آینده PLC ها: Edge AI، بهینه سازی مستقل، و همگرایی OT/IT
سه شیفت در حال شکل دادن به جایگاه بعدی PLC ها هستند و هر کدام برای خریدی که امروز انجام می دهید، پیشنهادی دارد.
هوش مصنوعی لبهتجزیه و تحلیل را روی یا در کنار کنترلر منتقل می کند، بنابراین کارهایی مانند تشخیص ناهنجاری به صورت محلی و بدون رفت و برگشت به ابر انجام می شود. نکته: ترجیح دادن کنترلکنندههایی که امروزه از محاسبات لبه پشتیبانی میکنند، بعداً برای شما فضایی برای این ویژگیها میخرد.
بهینه سازی مستقلبه سیستمها اجازه میدهد تا پارامترهای خود را از دادههای زنده به جای تنظیمات ثابت تنظیم کنند. نکته: دسترسی به دادههای باز و پروتکلهای استاندارد در اینجا بیشتر از هر ویژگی فروشندهای اهمیت دارند.
همگرایی OT/ITهمچنان مرز بین کف کارخانه و نرم افزار سازمانی را محو می کند. نکته: کنترلکنندهای با شبکهای قوی و ایمن بسیار راحتتر از کنترلکنندهای که بهعنوان جزیره طراحی شده است، ادغام میشود.
هیچ کدام از اینها به معنای تعقیب جدیدترین چیز نیست. این بدان معناست که وقتی چک لیست انتخاب بالا را اعمال میکنید، وزن دادن به اتصال و پروتکلهای باز کمی بالاتر، روشی کمهزینه برای طولانیتر نگه داشتن خرید مرتبط است.
از اینجا به کجا برویم
تکامل PLC ها در واقع داستان ابزاری است که کاربران خود را در جایی که بودند ملاقات می کرد، از منطق نردبانی در سال 1968 تا کنترلرهای ایمن و متصل امروزی. جایی که بعد می روید بستگی به جایی دارد که ایستاده اید:
- هنوز نقشه برداری از چشم انداز؟مقایسه کنیدبرندهای اصلی PLCو اینکه چگونه آنها قبل از لیست کوتاه شما متفاوت هستند.
- کنترلر بعدی خود را انتخاب می کنید؟چک لیست انتخاب بالا را با برنامه واقعی خود اجرا کنید.
- با یک PLC کهنه یا متوقف شده سر و کار دارید؟قطعه را شناسایی کنید، بین جایگزینی سازگار و ارتقا تصمیم بگیرید، سپس یک بررسی سهام دریافت کنید.
در هر مرحله ای که هستید، ماژول هایی را که با آنها کار می کنید به ما بگویید و ما به شما کمک می کنیم ماژول های مناسب را به سرعت تهیه کنید.درخواست مظنه یا چک سهامبرای شروع
سوالات متداول
اولین PLC چه بود و چه کسی آن را اختراع کرد؟
پنج زبان برنامه نویسی IEC 61131-3 کدامند؟
کدام مارک PLC بهترین است؟
چگونه PLC مناسب را انتخاب کنم؟
آیا می توانم یک ماژول PLC متوقف شده را جایگزین کنم؟
آیا PLC های جدید و قدیمی از یک برند سازگار هستند؟
