A PLC-kiválasztás művészetének elsajátítása: Gyakorlati útmutató automatizálási mérnököknek

Megvitatjuk, hogyan válasszuk ki a gyártókat, hogyan számítsuk ki az I/O pontokat, és hogyan hozzunk optimális döntéseket a kommunikációs követelmények és a memóriakapacitás alapján.

I. Gyártóválasztás: A márka mögött rejlő logika

A meghatározása PLC A gyártó az első lépés. Ez nem csak a márkaismertségről szól; inkább a felhasználói szokások, a tervezőcsapat szakértelmének és az értékesítés utáni technikai támogatás figyelembevételéről.

A megbízhatóságot tekintve a hardver minősége általában nem jelent problémát egyetlen nagyobb nemzetközi márkánál sem. A tervezési filozófiában azonban jelentős különbségek vannak a régiók között.

Véleményem szerint, ha egy önálló gépet vagy egy viszonylag egyszerű rendszert vezérelsz, a japán PLC márkák (mint például a Mitsubishi vagy Omron) jelentős előnyt kínálnak a költség-teljesítmény arány tekintetében. Utasításkészleteik jellemzően intuitívak és könnyen elsajátíthatók.

Ezzel szemben, ha a projekt egy nagyméretű elosztott vezérlőrendszer (DCS), amely rendkívül magas követelményeket támaszt a hálózati kommunikációval szemben, akkor az európai és amerikai PLC-k (mint például a Siemens vagy a Rockwell automatizálás) jobbak. Logikai struktúráik jobban alkalmasak komplex folyamatvezérlés és tömeges adatcsere kezelésére.

A jobb áttekintés érdekében elkészítettem a következő táblázatot, amely összehasonlítja ezt a két fő kategóriát:

Továbbá bizonyos iparágakban (például kohászat vagy dohányipar) elsőbbséget kell élvezniük azoknak a PLC-rendszereknek, amelyek már rendelkeznek kiforrott alkalmazási esetekkel az adott szektorban. Ez jelentősen csökkenti a környezeti összeférhetetlenség miatti meghibásodás kockázatát.

II. Bemeneti/Kimeneti (I/O) pontok pontos becslése

Az I/O szám a PLC legfontosabb paramétere. Sok kezdő hibázik itt, vagy túl keveset vásárolnak, és elfogynak, vagy túl sokat vásárolnak, és elpazarolják a költségvetésüket.

A meghatározás alapját a berendezés vezérléséhez szükséges összes bemeneti és kimeneti pont összegének kell képeznie. A szakmai gyakorlatban azonban soha nem számolunk “éppen eleget”. Hagyni kell egy bizonyos tartalékot.

Tapasztalataim alapján a bevett gyakorlat a következő:

1. Számolja össze az összes bekötött I/O pontot.
2. Hozzáadás 10%-től 20%-ig tágulási mozgástér ezen az alapon.

III. A memóriakapacitás tudományos becslése

A memóriakapacitás a PLC hardver által biztosított tárhelyméretre utal. Biztosítanunk kell, hogy a PLC memóriakapacitása nagyobb legyen, mint amennyire jelenleg szükségünk van, hogy lehetővé tegyük a terv jövőbeni módosításait vagy kiegészítéseit.

Megosztok egy, a mérnöki területen általánosan használt becslési képletet. Bár a szakirodalom változó, ez a módszer praktikus és biztonságos:

1. Szorozd meg a digitális I/O pontok számát 10-zel, majd add meg a 15-öt.
2. Szorozd meg az analóg I/O pontok számát 100-zal.
3. Add össze ezt a két eredményt, hogy megkapd a szükséges szavak teljes számát (16 bites szavakat feltételezve).
4. Végül adjunk hozzá egy 25% árrést ehhez az összeghez.

Például a Siemens S7-300 sorozat bizonyos modelljei 64 KB vagy 128 KB munkamemóriát kínálhatnak, a fenti becslés alapján kell a megfelelő CPU-t választani.

IV. Kommunikációs funkciók: Az ipari internet alapjai

A modern PLC-k már nem elszigetelt szigetek. A kommunikációs funkciók egyre erősebbek és összetettebbek. A kiválasztás során meg kell határozni a PLC helyét a teljes hálózati architektúrán belül.

A gyakori PLC rendszer hálózati topológiái a következők:

• PC Master mód: Egy számítógép SCADA/megfigyelő állomásként működik, több PLC-t kezelve.
• Több PLC-ből álló hálózat: Az egyik PLC masterként, a többi pedig slave-ként működik.
• DCS integráció: A PLC egy alacsonyabb szintű alhálózatként működik, amely egy nagyméretű DCS-hez csatlakozik.
• Saját hálózatok: Gyártókra jellemző zárt protokollú hálózatok.

A CPU túlterhelésének elkerülése érdekében erősen ajánlom a tényleges igényeknek megfelelő független kommunikációs processzorok (CP) használatát. Például, ha jelentős Ethernet adatátvitelre van szükség, ne engedje, hogy a CPU közvetlenül kezelje az összes adatcsomagot; egy dedikált kommunikációs modul telepítése jelentősen javíthatja a rendszer stabilitását.

V. Formfaktor kiválasztása: Kompakt vagy moduláris?

Ez a leglátványosabb fizikai választás a kiválasztás során.

• Kompakt (monolitikus) PLC:
  • Fix I/O pontok, kis helyigény, alacsony költség. Tipikusan kis vezérlőrendszerekhez használják.
  • Tipikus ismétlések: Siemens S7-200 SMART, Mitsubishi FX sorozat, Omron CP sorozat.
• Moduláris PLC:
  • Az építőelemekhez hasonlóan a tápegység, a CPU és az I/O modulok is külön-külön választhatók ki, és csatlakoztathatók egy hátlaphoz/rackhez. Rendkívül rugalmas konfiguráció, közepes és nagy rendszerekhez alkalmas.
  • Tipikus ismétlések: Siemens S7-300/400/1500, Mitsubishi Q sorozat.

VI. Tippek I/O modulok kiválasztásához

Miután kiválasztottuk a CPU-t és a racket, a következő lépés a konkrét I/O modulok kiválasztása. Itt jelentős technikai részletekre kell figyelni.

1. Digitális kimeneti modulok

Kimeneti modulok esetében jellemzően három lehetőség közül választhat, mindegyiknek megvannak a maga előnyei és hátrányai:

• Relé kimenet:
  • Előnyök: Olcsó, széles feszültségtartomány (AC/DC kompatibilis).
  • Hátrányok: Rövid élettartam, lassú válaszidő, alkalmatlan a gyakori kapcsolgatásra.
• Tranzisztor kimenet:
  • Előnyök: Rendkívül gyors válaszidő, hosszú élettartam, alkalmas szervo- pulzusszabályozás.
  • Hátrányok: Gyenge túlterhelési kapacitás, jellemzően csak egyenáramot támogat.
• Triak (tirisztor) kimenet:
  • Előnyök: Gyors válaszidő, alkalmas induktív terhelések gyakori kapcsolására.
  • Hátrányok: Drága.

Tanácsom: Ritkán kapcsoló terhelések, például mágnesszelepek meghajtása esetén a relé kimenet a leggazdaságosabb. Léptetőmotorok vezérlése vagy nagyfrekvenciás kapcsolás esetén a tranzisztor kimenetet kell választani.

2. Analóg bemeneti/kimeneti modulok

Analóg jel esetén a jel típusára kell összpontosítani.

• Beviteli típusok: Az általános jelek közé tartozik az áram (4-20 mA) és a feszültség (0-10 V). Léteznek speciális hőmérsékletmodulok is, amelyek közvetlenül csatlakoztathatók hőelemekhez vagy ellenállás-hőmérőkhöz.
• Kimeneti típusok: Feszültségre és áramra is felosztva, vezérlésre használják VFD frekvencia vagy a szabályozószelep helyzetét.

Kiválasztáskor ügyeljen a csatornaillesztésre. Gyakori konfigurációk a 2, 4 vagy 8 csatornás modulok.

VII. Ne feledkezzünk meg a függvénymodulokról

A standard logikai vezérlés elegendő lehet az alapvető feladatokhoz, de ha a berendezés precíz pozicionálást vagy hőmérséklet-szabályozást igényel, a speciális funkciómodulok elengedhetetlenek.

• Pozicionáló modulok: Szervo/léptetőmotoros vezérléshez.
• Nagysebességű számláló modulok: Jeladók csatlakoztatásához.
• PID szabályozó modulok: Zárt hurkú folyamatszabályozáshoz.

Ezek kiválasztásakor ne csak a hardverkompatibilitást, hanem a szoftveres programozás kényelmét is vegye figyelembe. Például a Mitsubishi FX sorozat lehetővé teszi speciális moduladatok olvasását/írását egyszerű TÓL és CÍMZETT utasítások, ami a szoftver kényelmét bizonyítja.

VIII. A kiválasztás három általános elve

Végül, miután a konkrét modelleket és specifikációkat előzetesen meghatározták, tekintse át az anyagjegyzékét (BOM) a következő három alapelv alapján:

1. Kényelem Egyszerűsítse az áramköri tervezést. Például priorizálja azokat a kimeneti modulokat, amelyek közvetlenül képesek meghajtani a terheléseket. Ez kiküszöböli a sok közbeiktató relét, pénzt takarít meg és csökkenti a potenciális meghibásodási pontokat.
2. Univerzalitás (szabványosítás) Egy gyáron vagy egyetlen projekten belül minimalizálni kell a modultípusok sokféleségét. Például, ha lehetséges, kizárólag DC 24V bemeneti modulokat használjon a AC 220V bemenetek keverése helyett. Ez segíti az alkatrészbeszerzést, és megkönnyíti a karbantartó személyzet számára a rendszer megjegyzését.
3. Kompatibilitás A megmagyarázhatatlan kommunikációs hibák elkerülése érdekében a PLC rendszer fő komponenseihez a legjobb, ha azonos gyártó termékeit választjuk. Bár a modern protokollok nyitottak, az azonos márkájú eszközök közötti kompatibilitás mindig a legmegbízhatóbb.