Enjin Teras Automasi Perindustrian: Panduan Komprehensif untuk Prinsip, Pengelasan dan Pemilihan PLC

Penulisan ini menyediakan kajian mendalam peringkat kejuruteraan tentang reka bentuk teras PLC, 3 kategori utama mereka (Bersepadu, Modular dan Boleh Disusun), dan aplikasi meluas mereka dalam kawalan logik dan gerakan diskret. Dengan menilai spesifikasi teknologi dan trend pasaran, gambaran keseluruhan ini berfungsi sebagai rujukan yang boleh dipercayai untuk pilihan peralatan PLC dan asimilasi sistem.

I. Mendefinisikan PLC

PLC (Pengawal Logik Boleh Atur Cara) ialah sistem elektronik pengkomputeran digital yang direka bentuk khusus untuk operasi dalam persekitaran perindustrian. Jika robotik komersial bermaksud "lengan atau kaki" sesuatu sistem, PLC berfungsi sebagai "sistem saraf pusat" yang menguruskan keseluruhan prosedur.

1.1 Senibina Teras

Logik reka bentuk PLC mencerminkan fungsi fisiologi manusia, memastikan pelaksanaan berprestasi tinggi dalam persekitaran yang mencabar:

Mikropemproses (CPU): "Otak" yang bertanggungjawab terhadap prosedur penaakulan, penyahkodan arahan dan pengaturan kerja.
Memori (ROM/RAM): "Sistem memori" yang menyimpan firmware sistem, logik yang ditentukan pengguna (program aplikasi) dan data masa jalan.
Sistem Input/Output (I/O): Antara muka "motor deria dan elektrik". Antara muka unit input dengan medan penderia (cth., unit penderiaan fotoelektrik, pemancar tekanan), manakala unit Output memacu penggerak (cth., penutup solenoid, penyentuh).
Terminal Bekalan Kuasa & Program: Menawarkan kuasa yang disokong kepada satah belakang dan membantu dalam Komunikasi Manusia-Mesin (HMI) untuk pengaturan dan penyelesaian masalah.

1.2 Mengapa PLC Menguasai Kawalan Perindustrian

Berbeza dengan sistem kawalan geganti berwayar keras legasi, PLC memberikan beberapa faedah penting:

Kebolehpercayaan Tinggi: Dibangunkan dengan litar Integrasi Skala Besar (LSI), termasuk keserasian elektromagnet (EMC) yang tahan lama dan kebolehan anti-gangguan.
Fleksibiliti: Konfigurasi semula penaakulan dicapai menggunakan pengubahsuaian aplikasi perisian dan bukannya pendawaian semula peralatan.
Kesederhanaan Penggunaan: Menggunakan bahasa persembahan standard, seperti Ladder Diagram (LD), yang selaras dengan penaakulan reka bentuk.
Ketahanan Alam Sekitar: Direka bentuk untuk berfungsi dengan andal di bawah suhu tinggi, resonans dan bunyi elektro-magnet yang dilesenkan di bawah kriteria IEC 61131.

II. Pengelasan PLC: Penskalaan untuk Keperluan Sistem

Perkakasan PLC dikategorikan kepada tiga jenis utama berdasarkan reka bentuk struktur. Memahami perbezaan ini adalah penting untuk seni bina sistem yang dipertingkatkan.

1. PLC Bersepadu (PLC Padat)

PLC Bersepadu menempatkan CPU, antara muka I/O, memori dan bekalan kuasa dalam satu casis.

Kualiti: Impak padat, kos efektif, tetapi dengan kiraan I/O tetap.
Aplikasi: Jentera OEM berskala kecil dan kendiri seperti mesin pembungkusan dan mesin pengacuan suntikan.

2. PLC Modular

Juga dikenali sebagai PLC yang dipasang di rak, jenis ini membolehkan pemasangan komponen CPU, komponen I/O dan komponen interaksi pada satah belakang atau bas biasa.

Kualiti: Sangat boleh diskala, sangat mudah dipelihara dan direka bentuk untuk sistem yang kompleks.
Aplikasi: Barisan automasi kemudahan pembuatan yang besar, seperti penyediaan kereta dan kawalan prosedur kimia. Siri Siemens SIMATIC S7-1500 adalah contoh utama.

3. PLC Boleh Disusun

Reka bentuk hibrid di mana unit CPU adalah bebas, dan unit pengembangan ditambah melalui kabel reben atau antara muka palam terus.

Kualiti: Menggabungkan faktor bentuk padat dengan tahap fleksibiliti konfigurasi.

Jadual 1: Kontras Teknikal Rangka Kerja PLC .

III. 5 Domain Aplikasi Penting

PLC moden sebenarnya telah berkembang daripada pengawal "hidup/mati" yang mudah kepada sistem berbilang fungsi yang merangkumi pengiraan, interaksi dan kawalan pergerakan berkelajuan tinggi.

Kawalan Penaakulan Diskret: Ini merupakan aplikasi PLC yang paling asas. Ia menggantikan logik geganti tradisional dan digunakan secara meluas dalam mesin cetak, talian pembungkusan, talian penyaduran elektrik, dan sebagainya.
Kawalan Pergerakan: Menggunakan output denyut berkelajuan tinggi atau bas medan perindustrian (contohnya, EtherCAT) untuk kedudukan motor servo dan stepper yang tepat. Penting untuk jentera CNC dan robotik perindustrian.
Kawalan Proses: Memanfaatkan formula PID untuk menangani isyarat analog (tahap suhu, tekanan, peredaran). Penting dalam pasaran metalurgi, kawalan dandang pemanasan pusat dan petrokimia.
Pemprosesan & Analisis Data: PLC moden mempunyai kapasiti matematik yang berkesan, berinteraksi dengan sistem ERP/MES untuk pemerolehan, pengaturan dan perlindungan maklumat.
Komunikasi/Rangkaian Industri: Menyokong protokol seperti PROFINET, Modbus TCP dan EtherNet/IP untuk membantu dalam sambungan antara PLC, HMI dan Awan.

IV. Trend Pasaran: Perubahan Digital PLC

Maklumat pasaran menunjukkan bahawa keperluan PLC di seluruh dunia semakin meningkat pada CAGR kira-kira 5% -7%.

Jadual 2: Ramalan Trend Teknologi Pasaran PLC 2023-2025