Apa yang PLC Lakukan: Bidang Aplikasi dan Ciri-ciri PLC

Jika anda menaik taraf barisan pengeluaran, mengubah suai peralatan atau berhijrah daripada penyelesaian berasaskan geganti/MCU kepada kawalan perindustrian piawai, PLC hampir selalu tersenarai pendek. Sejujurnya, ia bukanlah pilihan yang paling murah pada mulanya, tetapi selalunya lebih mudah untuk dijustifikasikan dari segi jumlah kos kitaran hayat.

Mengapakah anda melihat PLC dalam begitu banyak industri?

Oleh kerana PLC membungkus “kekebalan hingar, I/O modular, pengaturcaraan yang boleh diselenggara dan komunikasi perindustrian” ke dalam sistem yang telah difahami oleh jurutera—jadi kos penggunaan semula dan replikasi merentas industri adalah rendah.

Industri-industri biasa termasuk keluli, petroleum, kimia, kuasa, bahan binaan, pembuatan jentera, automotif, industri ringan dan tekstil, pengangkutan, perlindungan alam sekitar, malah budaya/pelancongan dan kawalan pentas. Persamaannya bukanlah proses itu sendiri, tetapi keadaan tapak: habuk, getaran, variasi suhu, hingar elektromagnet, kitaran tugas yang panjang, dan keperluan untuk pembaikan segera.

Apakah tugas kawalan yang digunakan terutamanya oleh PLC?

Kebanyakan projek terbahagi kepada lima kategori tugasan—logik diskret, kawalan proses, kawalan gerakan, pemprosesan data dan komunikasi/rangkaian.

1) Mengapakah PLC biasa digunakan untuk kawalan logik diskret (hidup/mati)?

PLC menggantikan "logik berwayar" dengan "logik tersimpan", menukarkan sejumlah besar kenalan geganti dan abah-abah pendawaian kompleks kepada program serta modul I/O.

Senario tipikal:

• Mesin kendiri: mesin pengacuan suntikan, mesin cetak, mesin stapling, pengisar, mesin pembungkusan
• Kawalan kumpulan dan barisan pengeluaran: barisan pembungkusan, barisan penyaduran elektrik, barisan pemasangan, kawalan takt/masa bersambung berbilang mesin

Anda akan merasakan perubahannya dengan jelas: mengubah jujukan bukan lagi "merobek pendawaian dan menyambung semula pendawaian," tetapi "mengubah suai program + mengesahkan."“

2) Adakah kawalan proses perindustrian berasaskan PLC boleh dipercayai?

Ya—dengan syarat anda membina rantai analog penuh dengan betul (sensor → pemancar → pensampelan → penapisan → algoritma kawalan → penggerak).

Pembolehubah proses biasa termasuk nilai berterusan seperti suhu, tekanan, aliran, aras dan kelajuan. PLC biasanya berfungsi dengan modul (A/D) dan (D/A), dan kemudian melaksanakan kawalan gelung tertutup melalui algoritma kawalan; yang paling biasa dalam kejuruteraan masih PID (butiran pelaksanaan berbeza mengikut vendor).

Aplikasi biasa:

• Metalurgi, pemprosesan kimia, rawatan haba
• Dandang dan sistem pertukaran haba
• Rawatan alam sekitar dan air/kumbahan

Untuk asas PID (berguna untuk onboarding dan menyelaraskan terminologi), lihat: https://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller

3) Bolehkah PLC melakukan kawalan gerakan? Bilakah anda perlu menggunakannya?

Ya. Terutamanya untuk kedudukan paksi tunggal/berbilang paksi, penyegerakan, interpolasi, penyamaran elektronik, dan sebagainya, modul gerakan/sistem servo PLC + adalah salah satu kombinasi arus perdana.

Sasaran biasa:

• Motor stepper, motor servo
• Koordinasi periferal robot, peralatan mesin, sistem pengangkatan dan pengangkutan, lif, dsb.

Dalam praktiknya, saya biasanya menilainya seperti ini:

• “"Koordinasi berkaitan takt + ketepatan kedudukan sederhana + gandingan kuat kepada logik talian" → Kawalan gerakan PLC adalah padanan yang baik
• “"Interpolasi berkelajuan ultra tinggi / ketepatan ekstrem / trajektori kompleks" → anda mungkin memerlukan CNC atau pengawal gerakan yang lebih khusus sebagai tambahan kepada PLC

4) Di manakah keupayaan pemprosesan data PLC membantu?

Pemerolehan data, pengiraan, penukaran, pengisihan, pencarian jadual, operasi bit, pengurusan resipi dan pra-pemprosesan untuk laporan—PLC boleh melakukan semua ini, dan selalunya ia sudah mencukupi.

Sistem biasa:

• Sistem kawalan besar dalam kertas, makanan, metalurgi, dll.
• Situasi yang memerlukan keputusan setempat yang pantas dan perlindungan saling kunci (tidak bergantung pada tingkah laku masa nyata komputer peringkat atasan)

5) Adakah komunikasi dan rangkaian PLC kini merupakan “peralatan standard”?

Pada asasnya ya. Sekurang-kurangnya, PLC menyediakan beberapa antara muka perindustrian dan keupayaan rangkaian untuk menyokong komunikasi antara PLC, dan antara PLC dan HMI/VFD/instrumen/SCADA atau sistem peringkat atasan.

Apakah ciri-ciri PLC yang "sangat senang digunakan"?

Kebolehpercayaan, modulariti, kebolehpelan dan mesra pemasangan semula—empat faktor ini sering menentukan sama ada sesebuah sistem benar-benar boleh bertahan dalam jangka masa panjang di tapak.

1) Mengapakah PLC boleh dipercayai dan kebal terhadap hingar?

Reka bentuk perkakasan gred perindustrian + spesifikasi pembuatan dan ujian + strategi EMC + diagnostik kendiri.

Berbanding dengan sistem geganti-kontaktor yang berskala serupa, PLC biasanya mengurangkan pendawaian luaran dan bilangan kenalan fizikal dengan ketara. Kenalan yang lebih sedikit bermakna kurang peluang kenalan yang lemah dan haus mekanikal. Banyak PLC juga menyediakan mekanisme ujian kendiri perkakasan dan penggera; pada peringkat perisian anda juga boleh melaksanakan logik semak kendiri peranti, menjadikan keseluruhan sistem lebih terkawal.

2) Mengapakah kita mengatakan PLC mempunyai “ekosistem yang lengkap dan kebolehgunaan yang kukuh”?

PLC bukan sekadar satu kotak—ia merupakan keseluruhan keluarga produk: CPU, DI/DO, AI/AO, kawalan suhu, penimbangan, gerakan, komunikasi, I/O jauh, dan sebagainya. Anda boleh "membina dengan blok" berdasarkan skala projek.

Ini penting dalam penyampaian kejuruteraan sebenar: apabila keperluan berubah, anda tidak semestinya perlu mereka bentuk semula dari awal; selalunya ia menjadi "tambah modul + ubah suai program + ujian semula."“

3) Mengapakah jurutera boleh bermula dengan cepat dengan PLC?

Bahasa seperti Ladder Diagram (LD) sepadan rapat dengan pemikiran litar geganti, jadi halangan pembelajaran adalah rendah—sambil masih menyokong keperluan pengaturcaraan berstruktur dan pengurusan kejuruteraan.

Malah ahli pasukan yang tidak mahir dalam pengkomputeran peringkat rendah masih boleh menyatakan kawalan jujukan, saling kunci dan penggera dengan jelas menggunakan logik yang biasa.

4) Mengapakah PLC memudahkan reka bentuk dan penyelenggaraan?

Mereka menukar "wayar" menjadi "program" dan menukar "pengubahsuaian keras" menjadi "perubahan lembut".“

Faedah tipikal:

• Kitaran reka bentuk yang lebih pendek (kurang pendawaian luaran)
• Penyelesaian masalah yang lebih pantas (pemantauan dalam talian I/O dan keadaan)
• Lebih sesuai untuk pengeluaran campuran tinggi/volum rendah (perubahan resipi dan proses yang lebih fleksibel)

Di manakah aplikasi medan PLC paling kerap gagal?

Persekitaran di luar spesifikasi, pendawaian tidak berlapis, pembumian yang tidak kemas dan gangguan VFD/kuasa tinggi yang tidak terkawal—keempat-empat ini adalah yang paling biasa.

Di bawah saya akan menulis ini sebagai "cek yang boleh anda gunakan secara langsung di tapak."“

Apakah keperluan alam sekitar untuk PLC?

Suhu, kelembapan, getaran, kehakisan udara dan kualiti kuasa—mana-mana satu daripada ini yang melebihi had boleh menyebabkan kerosakan sekejap-sekejap, yang merupakan yang paling sukar untuk diselesaikan.

• Suhu: biasanya diperlukan (0\sim55^\circ\text{C}); jangan dipasang terus di atas komponen penjana haba; biarkan ruang yang mencukupi untuk pengudaraan
• Kelembapan: kelembapan relatif biasanya < (85\%) (bukan pemeluwapan)
• Getaran: jauhkan daripada sumber getaran yang kuat; getaran yang kerap/berterusan dalam julat (10\sim55\text{ Hz}) memerlukan pengasingan getaran
• Udara: elakkan gas yang menghakis/mudah terbakar seperti hidrogen klorida dan hidrogen sulfida; untuk habuk tebal, gunakan kabinet kawalan yang tertutup rapat
• Kuasa: jika hingar kuasa teruk, gunakan transformer pengasingan berpelindung; untuk luaran (24\text{ VDC}), gunakan bekalan terkawal—penerus mudah + bekalan penapis mungkin mempunyai riak yang boleh mencetuskan isyarat palsu

Dari manakah datangnya gangguan PLC? Apakah maksud "mod-sepunya" dan "mod-pembezaan"?

Gangguan kebanyakannya berlaku apabila arus/voltan berubah secara mendadak, dan memasuki sistem PLC melalui sinaran, gandingan atau pengaliran. Dalam kejuruteraan, kita sering menggunakan "mod-sepunya/mod-pembezaan" untuk menggambarkan bagaimana isyarat diganggu.

• Gangguan mod sepunya: gangguan arah yang sama yang diperkenalkan oleh perbezaan keupayaan isyarat-ke-tanah, mungkin daripada gandingan utama, perbezaan keupayaan tanah, atau induksi sinaran
• Gangguan mod pembezaan: voltan gangguan yang dikenakan antara dua hujung isyarat, selalunya daripada gandingan ruang atau penukaran mod sepunya

Anda tidak perlu menghafal definisi—ingat satu peraturan: banyak "lompatan misteri" di tapak akhirnya kembali kepada amalan pembumian dan pendawaian.

Apakah laluan gangguan yang paling biasa dalam sistem PLC?

Pengaliran utama, gandingan kabinet, induksi talian isyarat, gelung pembumian, sinaran dalaman dan harmonik/sinaran VFD—ini adalah suspek biasa.

• Gangguan kuasa tinggi: lonjakan suis pisau, mula/henti peralatan besar, harmonik, hentaman sementara litar pintas yang dibawa melalui sesalur kuasa ke dalam input kuasa
• Gangguan kabinet: bahagian voltan tinggi, beban induktif dan penghalaan huru-hara yang menyebabkan gandingan
• Pengambilan talian isyarat: bekalan silang-cakap dan induksi radiasi (sering diabaikan tetapi boleh membawa maut)
• Pembumian yang lemah: perbezaan keupayaan pembumian dan arus gelung pembumian menyebabkan ralat logik dan hanyutan pengukuran analog
• Gangguan VFD: pengaliran harmonik sisi input + sinaran elektromagnet sisi output

Bagaimanakah kita melakukan anti-gangguan dengan betul? Apakah amalan kejuruteraan yang boleh diambil tindakan?

Pengasingan dan penapisan kuasa, pendawaian dan pemisahan berlapis, pendawaian I/O yang betul, strategi pembumian titik tunggal dan mitigasi sisi input/output VFD.

1) Apakah pengendalian yang "boleh dipercayai" dari segi kuasa?

• Jika hingar bekalan kuat: gunakan transformer pengasingan berpelindung (1:1) untuk mengurangkan gandingan antara peralatan dan pembumian
• Pada input kuasa: tambah penapisan (LC) untuk menyekat hingar yang dialirkan
• Untuk beban kritikal: pertimbangkan suapan kuasa bebas dan UPS (bergantung pada kos masa henti proses)

2) Apakah "peraturan tetap" untuk pemasangan dan pendawaian?

• Halakan kabel kuasa, kabel kawalan, kabel kuasa PLC dan kabel I/O secara berasingan; jika anda boleh menggunakan saluran wayar berasingan, jangan kongsi saluran
• Jauhkan PLC daripada pengimpal, penerus kuasa tinggi dan peralatan kuasa besar; jarak yang disyorkan daripada kabel kuasa ialah > (200\text{ mm})
• Untuk beban induktif (gegelung kontaktor/relay), tambahkan penggantung selari (RC)
• Gunakan kabel berpelindung untuk isyarat analog; pilih pembumian perisai hujung tunggal atau hujung berganda berdasarkan penilaian tapak; pastikan rintangan pembumian serendah mungkin (teks mencadangkan ia harus kurang daripada (1/10) daripada rintangan perisai)
• Asingkan output AC dan DC ke dalam kabel yang berbeza sebanyak mungkin; elakkan daripada beroperasi selari dengan talian voltan tinggi

3) Apakah yang perlu anda perhatikan dalam pendawaian terminal I/O?

Bahagian input:

• Pastikan kabel berjalan pendek (jika gangguan rendah dan penurunan voltan boleh dikawal, anda boleh melonggarkannya)
• Laluan I/O secara berasingan
• Lebih suka kenalan yang terbuka secara normal; logiknya lebih intuitif dan penyelesaian masalah lebih pantas

Bahagian keluaran:

• Output dalam kumpulan yang sama biasanya memerlukan jenis beban yang sama dan bekalan kelas voltan yang sama
• Elakkan litar pintas (ia boleh membakar kad output secara langsung)
• Untuk output geganti, perhatikan kesan beban induktif pada hayat sentuhan; tambah geganti interposisi apabila diperlukan
• Untuk beban DC, tambahkan diod flyback; untuk beban AC, tambahkan snubber RC; untuk output transistor/thyristor, tambahkan pintasan/perlindungan mengikut cadangan vendor.

4) Bagaimana untuk membumikan sistem tanpa terpijak periuk api?

Asingkan dengan jelas "pembumian pelindung, pembumian sistem dan pembumian isyarat/perisai", berpegang pada rujukan titik tunggal dan elakkan gelung pembumian.

• Bumi pelindung: terminal bumi kuasa dan pembumian kabinet, untuk mengelakkan kejutan elektrik
• Pembumian sistem: pastikan sistem kawalan saksama keupayaan; teks mencadangkan rintangan pembumian ≤ (4\Omega)
• Pembumian isyarat/perisai: elakkan pembumian kedua-dua hujung perisai secara rawak dan mewujudkan perbezaan potensi pembumian; pastikan kesinambungan perisai pada sambungan dan tebat dengan betul; rancang perisai berbilang jatuhan dengan skema pembumian titik tunggal yang disatukan

5) Bagaimanakah anda menyekat gangguan VFD?

• Transformer pengasingan: terutamanya menyekat gangguan yang dialirkan dari sisi input
• Penapis talian kuasa: menyekat hingar yang dialirkan dan mengurangkan lonjakan
• Reaktor output: mengurangkan penyebaran radiasi dan gangguan antara VFD dan motor

PLC vs Kawalan Relay vs PC Industri: bagaimana saya harus memilih?

Jika anda memerlukan "stabil, mudah diselenggara dan mesra lapangan," pilih PLC. Jika anda memerlukan "kos rendah + logik mudah," geganti masih ada tempatnya. Jika anda memerlukan "kuasa pengiraan + ekosistem perisian terbuka," pertimbangkan PC Perindustrian (IPC), tetapi sistem kebolehpercayaan dan penyelenggaraan lapangan anda mesti sentiasa ada.

Perkara penting

• PLC sesuai dengan senario automasi perindustrian yang menyepadukan logik, proses, gerakan, pengendalian data dan komunikasi, dengan kebolehgunaan semula kejuruteraan yang kukuh.
• Apabila tapak tidak stabil, kebanyakan masa ia bukanlah "PLC rosak", tetapi kuasa, pendawaian, pembumian dan pengurangan gangguan VFD tidak dilakukan dengan cukup baik.
• Nilai rujukan persekitaran: suhu (0\sim55^\circ\text{C}), kelembapan < (85\%) (bukan pemeluwapan), frekuensi getaran (10\sim55\text{ Hz}) memerlukan pengasingan.
• Anti-gangguan: fokus pada lima item—pengasingan/penapisan, pendawaian berlapis, perlindungan I/O, pembumian titik tunggal dan mitigasi sisi input/output VFD.
• Logik pemilihan: pilih PLC untuk kestabilan dan kecekapan penyelenggaraan; pilih IPC untuk kuasa pengkomputeran dan ekosistem terbuka; pilih geganti penyelesaian untuk perubahan frekuensi rendah yang mudah.