اکثر "راهنماهای PLC" آنلاین یکی از این دو کار را انجام می دهند: یا شما را در فصل های کتاب درسی بدون هیچ توصیه ای برای خرید دفن می کنند، یا چیزها را آنقدر ساده نگه می دارند که یک مهندس چیز جدیدی یاد نمی گیرد. این راهنما متفاوت ساخته شده است. به اندازه کافی عمیق است که در کف کارخانه مفید باشد و ابزارهای تصمیم گیری -جدول مقایسه، چارچوب انتخاب، و محدوده هزینه واقعی-که در واقع قبل از تعیین یا خرید یک کنترلر به آن نیاز دارید را در اختیار شما قرار می دهد.
یک کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) چیست؟
یک تعریف ساده-انگلیسی
یک کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) یک کامپیوتر دیجیتال صنعتی است- که برای خودکارسازی ماشین آلات و فرآیندها ساخته شده است. به طور مداوم ورودی ها (حسگرها، سوئیچ ها، فرستنده ها) را می خواند، یک برنامه تعریف شده توسط کاربر را اجرا می کند، و خروجی ها (موتورها، سوپاپ ها، محرک ها، نشانگرها) - را در محیط هایی که می تواند یک کامپیوتر اداری را از بین ببرد، به روز می کند.
چیزی که یک PLC را از یک کامپیوتر معمولی جدا می کند، برق خام نیست. این جبر و ناهمواری است: یک PLC طوری مهندسی شده است که در همان زمان در هر چرخه یک کار را انجام دهد و در عین حال در مقابل گرما، لرزش، گرد و غبار و نویز الکتریکی مقاومت کند.
چرا PLC ها جایگزین منطق رله شدند؟
قبل از PLC ها، سیستم های کنترلی از بانک های رله های الکترومکانیکی سیم کشی شده ساخته می شدند. تغییر منطق به معنای سیم کشی مجدد فیزیکی پانل ها - کند، مستعد خطا- و گران است. PLCها با منطق نرمافزاری{4}}که میتوانید در عرض چند دقیقه ویرایش کنید، جایگزین شدند.
|
جنبه |
منطق رله |
PLC |
|
منطق تغییر می کند |
سیم کشی مجدد سخت افزار |
نرم افزار ویرایش |
|
رد پا |
پانل های بزرگ |
فشرده |
|
تشخیص |
ردیابی دستی |
تشخیص عیب داخلی- |
|
قابلیت اطمینان در طول زمان |
مخاطبین فرسوده می شوند |
حالت جامد-، عمر طولانی |
|
مقیاس بندی |
رله های بیشتری اضافه کنید |
ماژول های ورودی/خروجی را اضافه کنید |
غذای آماده:PLC ها فقط پانل را کوچک نکردند- بلکه اتوماسیون صنعتی را انعطاف پذیر کردند. این انعطافپذیری به همین دلیل است که آنها دههها بعد ستون فقرات کارخانهها باقی میمانند.
PLC چگونه کار می کند؟ (چرخه اسکن)
حلقه ساعت فکر کن
در ساده ترین سطح، الفPLCسه کار را برای همیشه انجام می دهد: آنچه در حال رخ دادن است را تماشا می کند، به این فکر می کند که بر اساس برنامه شما چه کاری انجام دهد، و با تغییر خروجی های آن عمل می کند. زمانی که کنترلر در حال کار است، این حلقه هرگز متوقف نمی شود، به همین دلیل است که یک ماشین در لحظه تغییر حالت حسگر واکنش نشان می دهد.
چرخه اسکن با جزئیات
مهندسان آن حلقه را چرخه اسکن می نامند و دارای چهار مرحله مجزا است:
- اسکن ورودی:CPU وضعیت هر ورودی را می خواند و یک عکس فوری را در حافظه ذخیره می کند. منطق در برابر این عکس فوری اجرا می شود، نه سیم های زنده، که رفتار را در یک اسکن ثابت نگه می دارد.
- اجرای برنامه:CPU منطق شما را از بالا به پایین ارزیابی می کند و هر خروجی را محاسبه می کند.
- اسکن خروجی:CPU نتایج محاسبهشده را در ماژولهای خروجی فیزیکی مینویسد، دستگاههای انرژیزا یا غیرفعالکننده{0}}.
- خانه داری:CPU تشخیص، ارتباطات، بهروزرسانیهای تایمر/ شمارنده و بررسیهای خود- را قبل از حلقه زدن مجدد انجام میدهد.
یک اسکن معمولی در-میلی ثانیه تک رقمی یا سریعتر کامل می شود. ثبات زمان اسکن بیشتر از سرعت اولیه آن مهم است: زمانبندی قابل پیشبینی چیزی است که یک PLC را برای ایمنی-بسیار حیاتی و{3}}ماشینآلات با سرعت بالا قابل اعتماد میکند.
اجزای اصلی یک PLC
PLC سیستمی از ماژول های همکار است، نه یک جعبه.
CPU و حافظه
CPU تصمیم گیرنده-است: برنامه شما را اجرا میکند، ارتباطات را مدیریت میکند و بر سیستم نظارت میکند. حافظه به حافظه برنامه (منطق شما)، حافظه داده (متغیرها، تایمرها، شمارندهها) و حافظه غیرفرار-تقسیم میشود که همه چیز را از طریق افت برق حفظ میکند. PLC ها چندین نوع داده-بولی، اعداد صحیح، شناورها و رشته ها- را مدیریت می کنند و استفاده از نوع صحیح برای کد دقیق و کارآمد ضروری است.
ماژول های ورودی/خروجی
ماژول های ورودی/خروجی پل ارتباطی با دنیای واقعی هستند. ورودی/خروجی دیجیتال سیگنال های روشن/خاموش (یک سوئیچ محدود، یک رله، یک لامپ پیلوت) را کنترل می کند. ورودی/خروجی آنالوگ مقادیر پیوسته را کنترل می کند (فرستنده فشار 4-20 میلی آمپر، ترموکوپل، مرجع درایو سرعت متغیر). ماژول های تخصصی شمارش-سرعت بالا، حرکت و وزن را پوشش می دهند.
منبع تغذیه، ارتباطات و HMI
منبع تغذیه شرایط و ولتاژ پایدار را به رک می رساند. رابطهای ارتباطی به PLC اجازه میدهند تا با سایر کنترلکنندهها، درایوها و سیستمهای نظارتی از طریق پروتکلهای صنعتی صحبت کند. HMI (Human-Machine Interface) صفحههای پنجره - اپراتور برای وضعیت، هشدارها و کنترل دستی است.
|
جزء |
نقش |
در هنگام تعیین به چه چیزی توجه کنیم |
|
CPU / حافظه |
منطق را اجرا می کند، سیستم را مدیریت می کند |
سرعت اسکن، اندازه حافظه، مجموعه دستورالعمل |
|
ماژول های I/O |
رابط به دستگاه های میدانی |
دیجیتال در مقابل آنالوگ، تعداد کانال، ایزوله |
|
منبع تغذیه |
قدرت پایدار به قفسه |
حجم وات، محدوده ولتاژ ورودی |
|
رابط های Comms |
شبکه سازی |
پروتکل های پشتیبانی شده، تعداد پورت |
|
HMI |
تعامل اپراتور |
اندازه صفحه نمایش، ظرفیت برچسب، ادغام |
انواع PLC: فشرده، ماژولار و ایمنی
PLC های فشرده (ثابت)
همه چیز-CPU، برق، و مجموعه ثابت ورودی/خروجی-در یک واحد. ایده آل برای ماشین های کوچک و فرآیندهای ساده که نیازهای I/O مشخص است و رشد زیادی نخواهد داشت. کمترین هزینه، سریعترین برای استقرار، کمترین انعطاف پذیری.
PLC های مدولار
یک backplane/rack که با CPU و ورودی/خروجی دقیق و ماژولهای ارتباطی مورد نیاز شما پر میشود، با فضایی برای گسترش بعدا. انتخاب استاندارد برای سیستمهای متوسط-تا-بزرگ و هر چیزی که احتمال دارد مقیاسپذیر باشد.
PLC های ایمنی
ایمنیPLC هاکنترلکنندههای تایید شده با معماری داخلی اضافی هستند که برای عملکردهای ایمنی-ایستهای اضطراری، پردههای نور، و قفلهای اینترلاک طراحی شدهاند. آنها دارای گواهینامه ایمنی عملکردی (IEC 61508 / IEC 62061) و SIL (سطح یکپارچگی ایمنی) یا سطح عملکرد (PLr) هستند. اگر خرابی کنترل میتواند به کسی آسیب برساند، یک PLC استاندارد کافی نیست-این دقیقا همان شکافی است که بیشتر راهنمایان آنلاین نادیده میگیرند.
|
تایپ کنید |
بهترین برای |
مقیاس I/O |
قابلیت گسترش |
هزینه نسبی |
|
فشرده |
ماشین های کوچک، نیازهای ثابت |
پایین |
محدود |
$ |
|
مدولار |
سیستمهای{0}بزرگ متوسط، رشد |
متوسط-بالا |
بالا |
–$ |
|
ایمنی |
فرآیندهای خطرناک / تنظیم شده |
متفاوت است |
متوسط |
$$$ |
زبان های برنامه نویسی PLC (IEC 61131-3)
استاندارد IEC 61131-3 پنج زبان را تعریف می کند:
- منطق نردبان (LD):شبیه یک شماتیک رله است. پیش فرض برای کنترل گسسته ماشین و ساده ترین برای تکنسین های تعمیر و نگهداری برای خواندن.
- نمودار بلوک تابع (FBD):بلوک های سیمی؛ عالی برای کنترل فرآیند و منطق قابل استفاده مجدد.
- متن ساختاریافته (ST):پاسکال{0}}مثل کد؛ بهترین برای ریاضیات، مدیریت داده ها و الگوریتم های پیچیده.
- نمودار توابع متوالی (SFC):مدل سازی حالت/گام؛ ایده آل برای سکانس های دسته ای و چند مرحله ای-.
- فهرست دستورالعمل (IL):سطح پایین-بر اساس فهرست-. تا حد زیادی میراث امروزی
از کدام زبان باید استفاده کرد؟
|
اگر درخواست شما… |
استفاده کنید |
|
کنترل گسسته ماشین، توسط تکنسین ها نگهداری می شود |
منطق نردبان |
|
کنترل مداوم/فرآیند با بلوک های قابل استفاده مجدد |
FBD |
|
ریاضیات سنگین، دستور العمل ها، تجزیه داده ها |
متن ساختار یافته |
|
توالیهای دستهای یا حالت چند مرحلهای- |
SFC |
اکثر پروژه های واقعی دو یا سه پروژه را با هم ترکیب می کنند. قانون عملی: زبانی را انتخاب کنید که تیم تعمیر و نگهداری شما می تواند در ساعت 3 صبح از آن پشتیبانی کند، نه فقط زبانی که نوشتن به آن زیبا است.
PLC در مقابل PAC در مقابل DCS در مقابل میکروکنترلر
این مقایسه مفیدترین بخش-و اغلب گمشده-در راهنماهای PLC است.
|
|
PLC |
PAC |
DCS |
میکروکنترلر |
|
نقش اصلی |
کنترل گسسته و ماشین |
هیبریدی گسسته + کنترل پیشرفته |
کنترل فرآیند مستمر و گسترده{0}} |
منطق دستگاه تعبیه شده |
|
قدرت |
سرعت، قابلیت اطمینان، سادگی |
انعطاف پذیری، داده ها، توابع پیشرفته |
حلقه های آنالوگ بزرگ، افزونگی |
کم هزینه، جای پای کوچک |
|
مقیاس معمولی |
ماشین به خط |
خط به گیاه کوچک |
گیاه کامل |
تک دستگاه |
|
برنامه نویسی |
IEC 61131-3 |
IEC 61131-3 + C/scripting |
محیط فروشنده |
C/C++ |
زمان استفاده از کدام:یک PLC برای کنترل سریع و گسسته ماشین و خط انتخاب کنید. زمانی که به مدیریت داده های سنگین، حرکت و ادغام فناوری اطلاعات در یک کنترلر نیاز دارید، به یک PAC بروید. یک DCS برای فرآیندهای بزرگ، پیوسته و اضافی (پالایش، مواد شیمیایی، نیرو) انتخاب کنید. از یک میکروکنترلر فقط برای تعبیه منطق در داخل محصول استفاده کنید، نه برای اتوماسیون کارخانه.
نحوه انتخاب PLC مناسب (چارچوب ۷ مرحله ای)
قبل از درخواست مظنه از این به عنوان چک لیست مشخصات استفاده کنید.
- تعداد و نوع ورودی/خروجی را تعریف کنید-در مقایسه با نقاط دیجیتال در مقابل آنالوگ، 15 تا 20 درصد ظرفیت اضافی اضافه کنید، و هر نوع ورودی/خروجی ویژه (- شمارندههای سرعت بالا، حرکت، وزن) را یادداشت کنید.
- سرعت و حافظه را ارزیابی کنید-زمان اسکن مورد نیاز را با سریعترین رویداد فرآیند خود مطابقت دهید. اندازه حافظه برای پیچیدگی برنامه به علاوه رشد آینده.
- نیازهای ارتباطی نقشه-هر پروتکلی را که باید صحبت کنید فهرست کنید: EtherNet/IP، Modbus TCP، PROFINET، و غیره، به علاوه اتصالات به درایوها، HMI و SCADA.
- محیط زیست را ارزیابی کنید-ردهبندی سختافزار و نصب درایو درجه حرارت، لرزش، رطوبت، و محفظه/ردهبندی IP.
- الزامات ایمنی را تعیین کنید-اگر خطری برای افراد وجود دارد، SIL/PLr مورد نیاز را تعریف کنید و بر اساس آن یک PLC ایمنی را مشخص کنید.
- اکوسیستم و چرخه حیات برند را بررسی کنید-مجوز نرمافزار، پشتیبانی محلی، آموزش و مدت زمانی که پلتفرم پشتیبانی و ذخیره میشود.
- بودجه کل هزینه مالکیت-سختافزار تنها شروع است. شامل نرم افزار، مهندسی، راه اندازی، قطعات یدکی و نگهداری می شود.
برای اعمال این در پروژه خود به کمک نیاز دارید؟
چک لیست انتخاب PLC ما را دانلود کنید یا برای بررسی مشخصات رایگان با یک مهندس اتوماسیون صحبت کنید.
مارک های PLC مقایسه شده: زیمنس، راکول، میتسوبیشی، اشنایدر، امرون
|
نام تجاری |
قدرت اکوسیستم |
نرم افزار |
قوی در |
یادداشت ها |
|
زیمنس (SIMATIC) |
بسیار گسترده، یکپارچه |
پورتال TIA |
اروپا، فرآیند و گسسته |
نمونه کارها عمیق، منحنی یادگیری تندتر |
|
راکول (آلن-برادلی) |
پشته یکپارچه تنگ |
استودیو 5000 |
آمریکای شمالی، گسسته |
شبکه پشتیبانی قوی، قیمت گذاری برتر |
|
میتسوبیشی الکتریک |
مقرون به صرفه-سریع |
GX کار می کند |
آسیا: ماشین آلات-سرعت بالا |
قیمت/عملکرد عالی |
|
اشنایدر الکتریک (Modicon) |
باز، انعطاف پذیر |
EcoStruxure / کارشناس کنترل |
فرآیند، زیرساخت |
میراث قوی مدباس |
|
امرون |
تمرکز اتوماسیون ماشین |
Sysmac |
بسته بندی، حرکت-سنگین |
حرکت و دید یکپارچه |
انتخاب بین پلتفرم ها؟
یک مکالمه کوتاه با یک مهندس معمولا هفته ها آزمون و خطا را نجات می دهد
هزینه PLC چقدر است؟
محدوده قیمت
سخت افزار PLC بسته به مقیاس طیف گسترده ای را در بر می گیرد:
PLC های میکرو/نانو:تقریباً $100–$500 - ماشینهای کوچک، ورودی/خروجی محدود.
PLC های فشرده:تقریباً 500 تا 2 دلار،000 - ماشینهای مستقل.
PLC های مدولار:2000 تا 15 دلار،000+ - سیستمهای خط و کارخانه، قبل از I/O و گزینهها.
سیستم های ایمنی/ زائد:بالاترین سطح، که توسط گواهینامه و معماری هدایت می شود.
کل هزینه مالکیت
قیمت برچسب معمولاً تعداد کمتری است. بودجه برای نرم افزارهای برنامه نویسی و مجوزها، نیروی کار مهندسی و راه اندازی، ماژول های یدکی، آموزش و نگهداری مداوم. در طول عمر یک سیستم، هزینه مهندسی و خرابی بسیار بیشتر از کنترلر - است، به همین دلیل است که انتخاب یک پلتفرم خوب-در جلو به طور مکرر جواب می دهد.
برنامههای کاربردی PLC واقعی در جهان و مطالعات موردی کوچک
- خطوط تولید / مونتاژ:یک PLC مدولار یک خط مونتاژ چند ایستگاه، نوار نقاله های هماهنگ کننده، محرک های پنوماتیکی و بینایی را با برنامه ریزی مجدد به جای سیم کشی مجدد، زمان تغییر - را رد می کند.
- کنترل فرآیند:در یک کارخانه اختلاط، حلقههای I/O و PID آنالوگ دما و دوز را در تلورانسهای محدود نگه میدارند و PLC هر دسته را برای ردیابی و ممیزی ثبت میکند.
- انرژی و تاسیسات:یک جفت PLC اضافی تجهیزات توزیع را مانیتور و کنترل میکند و به یک CPU پشتیبان بدون وقفه در فرآیند میرسد.
- اتوماسیون ساختمان:یک PLC فشرده، برنامهریزی HVAC، روشنایی، و قفلهای دسترسی در سراسر یک تأسیسات را مدیریت میکند که در یک HMI مرکزی یکپارچه شده است.
موضوع مشترک: PLC سرفصل نیست - بلکه لایه قابل اعتمادی است که بقیه به آن اعتماد دارند.
آینده PLC ها (2026): IIoT، Edge و امنیت سایبری
PLC های لبه و تجزیه و تحلیل
کنترلکنندههای مدرن به طور فزایندهای تجزیه و تحلیلها را اجرا میکنند و مستقیماً به پلتفرمهای ابری متصل میشوند و با تشخیص انحراف قبل از خرابی به جای پس از خرابی، امکان نگهداری پیشبینیکننده را فراهم میکنند.
ادغام PLC + SCADA
PLCها سیستمهای SCADA را برای تجسم{0}}گسترده و ثبت تاریخچه تغذیه میکنند. ساختارهای تگ تمیز و پروتکل های استاندارد شده در لایه PLC باعث می شود که این یکپارچگی بعداً بسیار کمتر دردسرساز شود.
امنیت سایبری OT (بخش عملی)
PLC های متصل سطوح حمله هستند. مراحل سختسازی عملی: شبکههای OT را از فناوری اطلاعات جدا کنید، پورتها و سرویسهای استفاده نشده را غیرفعال کنید، دسترسی مبتنی بر نقش-و اعتبارنامههای قوی را اعمال کنید، سفتافزار را اصلاحشده نگه دارید، و پشتیبانهای پیکربندی آفلاین را حفظ کنید. کنترلکننده را بهعنوان یک دارایی شبکهای در نظر بگیرید، نه یک کادر مجزا - زیرا دیگر وجود ندارد.
سوالات متداول
01. تفاوت بین PLC و PAC چیست؟
02. PLC همان میکروکنترلر است یا کامپیوتر صنعتی؟
03. چه زبان برنامه نویسی برای مبتدیان بهترین است؟
04. هزینه یک PLC چقدر است؟
05. کدام مارک PLC برای صنعت من بهترین است؟
06. آیا می توان PLC را هک کرد و چگونه آن را ایمن کنم؟
نتیجه گیری
PLC هسته قابل اعتماد اتوماسیون صنعتی است: ناهموار، قطعی و انعطاف پذیر. اما دانستن اینکه یک PLC چیست، بسیار کمتر از انتخاب صحیح آن اهمیت دارد. این تصمیم به پاسخهای صادقانه در مورد ورودی/خروجی، سرعت، ارتباطات، محیط زیست، ایمنی، پشتیبانی برند، و هزینه کل مالکیت - به ترتیب مربوط میشود.
اگر در حال تعیین یا خرید یک کنترلر هستید، از محدوده ها تخمین نزنید. چک لیست انتخاب PLC را دانلود کنید، یا درخواست بررسی رایگان مشخصات و نقل قول با یک مهندس اتوماسیون - کنید و اولین بار پیکربندی را با پروژه خود مطابقت دهید.
