Menguasai Seni Pemilihan PLC: Panduan Praktikal untuk Jurutera Automasi

Kita akan membincangkan cara memilih pengeluar, mengira titik I/O dan membuat keputusan optimum berdasarkan keperluan komunikasi dan kapasiti memori.

I. Pemilihan Pengilang: Logik Di Sebalik Jenama

Menentukan PLC pengilang adalah langkah pertama. Ini bukan sekadar tentang pengiktirafan jenama; ia lebih kepada mempertimbangkan tabiat pengguna, kecekapan pasukan reka bentuk dan sokongan teknikal selepas jualan.

Berkenaan kebolehpercayaan, kualiti perkakasan secara amnya bukan satu isu dengan mana-mana jenama antarabangsa utama. Walau bagaimanapun, terdapat perbezaan yang ketara dalam falsafah reka bentuk antara rantau.

Pada pendapat saya, jika anda mengawal mesin yang berdiri sendiri atau sistem yang agak mudah, jenama PLC Jepun (seperti Mitsubishi atau Omron) menawarkan kelebihan yang ketara dari segi nisbah kos-prestasi. Set arahan mereka biasanya intuitif dan mudah dikuasai.

Sebaliknya, jika projek anda merupakan sistem kawalan teragih (DCS) berskala besar dengan keperluan komunikasi rangkaian yang sangat tinggi, PLC Eropah dan Amerika (seperti Siemens atau Automasi Rockwell) adalah lebih baik. Struktur logiknya lebih sesuai untuk mengendalikan kawalan proses yang kompleks dan pertukaran data yang besar-besaran.

Untuk memberikan anda perspektif yang lebih jelas, saya telah mencipta jadual berikut yang membandingkan dua kategori arus perdana ini:

Tambahan pula, bagi industri tertentu (seperti Metalurgi atau Tembakau), keutamaan harus diberikan kepada sistem PLC yang sudah mempunyai kes aplikasi matang dalam sektor tersebut. Ini dapat mengurangkan risiko kegagalan akibat ketidakserasian alam sekitar dengan ketara.

II. Anggaran Tepat Titik Input/Output (I/O)

Kiraan I/O merupakan parameter paling asas bagi PLC. Ramai pengguna baharu melakukan kesilapan di sini, sama ada membeli terlalu sedikit dan kehabisan, atau membeli terlalu banyak dan membazirkan bajet.

Asas penentuan haruslah jumlah semua titik input dan output yang diperlukan untuk mengawal peralatan. Walau bagaimanapun, dalam amalan profesional, kita tidak pernah mengira "sekadar cukup". Anda mesti meninggalkan margin.

Berdasarkan pengalaman saya, amalan standardnya ialah:

1. Kira semua titik I/O yang terwayar.
2. Tambah satu 10% hingga 20% margin pengembangan di atas asas itu.

III. Anggaran Saintifik Kapasiti Memori

Kapasiti memori merujuk kepada saiz storan yang disediakan oleh perkakasan PLC. Kita perlu memastikan bahawa kapasiti memori PLC adalah lebih besar daripada yang kita perlukan pada masa ini, untuk membolehkan perubahan atau penambahan pada reka bentuk pada masa hadapan.

Saya akan berkongsi formula anggaran yang biasa digunakan dalam bidang kejuruteraan. Walaupun literatur berbeza-beza, kaedah ini praktikal dan selamat:

1. Darabkan bilangan titik I/O Digital dengan 10 hingga 15.
2. Darabkan bilangan titik I/O Analog dengan 100.
3. Tambahkan dua hasil ini bersama-sama untuk mendapatkan jumlah bilangan Perkataan yang diperlukan (dengan mengandaikan perkataan 16-bit).
4. Akhir sekali, tambahkan margin 25% kepada jumlah ini.

Contohnya, model tertentu bagi siri Siemens S7-300 mungkin menawarkan memori kerja sebanyak 64KB atau 128KB, anda perlu memadankan CPU yang sesuai berdasarkan anggaran di atas.

IV. Fungsi Komunikasi: Asas Internet Perindustrian

PLC moden bukan lagi pulau terpencil. Fungsi komunikasi menjadi semakin berkuasa dan kompleks. Semasa pemilihan, anda mesti menentukan kedudukan PLC dalam keseluruhan seni bina rangkaian.

Topologi rangkaian sistem PLC yang biasa termasuk:

• Mod Induk PC: Komputer bertindak sebagai stesen SCADA/Pemantauan, mengurus beberapa PLC.
• Rangkaian Berbilang PLC: Satu PLC bertindak sebagai tuan, dengan yang lain sebagai hamba.
• Integrasi DCS: PLC bertindak sebagai subnet peringkat rendah yang disambungkan ke DCS berskala besar.
• Rangkaian Proprietari: Rangkaian protokol tertutup khusus untuk pengeluar.

Untuk mengelakkan beban CPU yang berlebihan, saya amat mengesyorkan penggunaan Pemproses Komunikasi (CP) bebas berdasarkan keperluan sebenar. Contohnya, jika penghantaran data Ethernet yang ketara diperlukan, jangan biarkan CPU mengendalikan semua paket data secara langsung; memasang modul komunikasi khusus boleh meningkatkan kestabilan sistem dengan ketara.

V. Pemilihan Faktor Bentuk: Kompak vs. Modular?

Ini adalah pilihan fizikal yang paling ketara semasa pemilihan.

• PLC Padat (Monolithic):
  • Titik I/O tetap, jejak kecil, kos rendah. Biasanya digunakan untuk sistem kawalan kecil.
  • Wakil Biasa: Siemens S7-200 SMART, Siri Mitsubishi FX, Siri Omron CP.
• PLC Modular:
  • Seperti blok binaan, Bekalan Kuasa, CPU dan modul I/O boleh dipilih secara berasingan dan dipasang pada satah belakang/rak. Konfigurasi yang sangat fleksibel, sesuai untuk sistem sederhana hingga besar.
  • Wakil Biasa: Siemens S7-300/400/1500, Siri Mitsubishi Q.

VI. Petua untuk Memilih Modul I/O

Setelah CPU dan rak dipilih, langkah seterusnya ialah modul I/O khusus. Terdapat nuansa teknikal yang ketara di sini.

1. Modul Output Digital

Untuk Modul Output, anda biasanya menghadapi tiga pilihan, setiap satu dengan kebaikan dan keburukan yang berbeza:

• Output Geganti:
  • Kelebihan: Julat voltan yang murah dan luas (serasi dengan AC/DC).
  • Keburukan: Jangka hayat yang pendek, masa tindak balas yang perlahan, tidak sesuai untuk pertukaran yang kerap.
• Output Transistor:
  • Kelebihan: Respons yang sangat pantas, jangka hayat yang panjang, sesuai untuk servo kawalan nadi.
  • Keburukan: Kapasiti beban lampau yang lemah, biasanya hanya menyokong DC.
• Output Triac (Thyristor):
  • Kelebihan: Respons pantas, sesuai untuk penukaran beban induktif yang kerap.
  • Keburukan: Mahal.

Nasihat Saya: Jika memacu beban yang jarang bertukar, seperti injap solenoid, Output Relay adalah yang paling menjimatkan. Jika mengawal motor stepper atau memerlukan pensuisan frekuensi tinggi, anda mesti memilih Output Transistor.

2. Modul Input/Output Analog

Untuk analog, fokus pada jenis isyarat.

• Jenis Input: Isyarat biasa termasuk Arus (4-20 mA) dan Voltan (0-10V). Terdapat juga Modul Suhu khusus untuk sambungan terus ke Termokopel atau RTD.
• Jenis Output: Juga dibahagikan kepada Voltan dan Arus, digunakan untuk mengawal Kekerapan VFD atau mengawal kedudukan injap.

Semasa memilih, beri perhatian kepada pemadanan saluran. Konfigurasi biasa ialah modul 2 saluran, 4 saluran atau 8 saluran.

VII. Jangan Lupa Modul Fungsi

Kawalan logik standard mungkin mencukupi untuk tugas asas, tetapi jika peralatan anda memerlukan kedudukan atau kawalan suhu yang tepat, modul fungsi khusus sangat diperlukan.

• Modul Penentuan Kedudukan: Untuk kawalan Servo/Stepper.
• Modul Kaunter Berkelajuan Tinggi: Untuk menyambungkan pengekod.
• Modul Kawalan PID: Untuk kawalan proses gelung tertutup.

Apabila memilih ini, perhatikan bukan sahaja keserasian perkakasan tetapi juga kemudahan pengaturcaraan perisian. Contohnya, siri Mitsubishi FX membolehkan pembacaan/penulisan data modul khas melalui DARIPADA dan KEPADA arahan, yang merupakan bukti kemudahan perisian.

VIII. Tiga Prinsip Umum Pemilihan

Akhir sekali, sebaik sahaja model dan spesifikasi khusus ditentukan secara tentatif, semak semula Bil Bahan (BOM) anda berdasarkan tiga prinsip ini:

1. Kemudahan Permudahkan reka bentuk litar. Contohnya, utamakan modul output yang boleh memacu beban secara langsung. Ini menghapuskan keperluan untuk banyak geganti interposisi, menjimatkan wang dan mengurangkan titik kegagalan yang berpotensi.
2. Kesejagatan (Penyeragaman) Dalam sesebuah kilang atau satu projek, minimumkan kepelbagaian jenis modul. Contohnya, jika boleh, gunakan modul input DC 24V secara eksklusif dan bukannya mencampurkan input AC 220V. Ini membantu dalam perolehan alat ganti dan memudahkan kakitangan penyelenggaraan mengingati sistem.
3. Keserasian Untuk mengelakkan kegagalan komunikasi yang tidak dapat dijelaskan, adalah lebih baik untuk memilih produk daripada pengeluar yang sama untuk komponen utama sistem PLC. Walaupun protokol moden terbuka, keserasian antara peranti jenama yang sama sentiasa menjadi yang paling boleh dipercayai.