Stăpânirea artei selecției PLC-urilor: Un ghid practic pentru inginerii de automatizări

Vom discuta despre cum să selectăm producătorii, să calculăm punctele de intrare/ieșire și să luăm decizii optime pe baza cerințelor de comunicare și a capacității memoriei.

I. Selecția producătorului: Logica din spatele mărcii

Determinarea PLC producătorul este primul pas. Nu este vorba doar despre recunoașterea mărcii; este vorba mai mult despre luarea în considerare a obiceiurilor utilizatorilor, a competenței echipei de design și a asistenței tehnice post-vânzare.

În ceea ce privește fiabilitatea, calitatea hardware-ului nu este, în general, o problemă pentru nicio marcă internațională importantă. Cu toate acestea, există diferențe semnificative în ceea ce privește filosofia de design între regiuni.

În opinia mea, dacă controlați o mașină independentă sau un sistem relativ simplu, mărcile japoneze de PLC-uri (cum ar fi Mitsubishi sau Omron) oferă un avantaj semnificativ în ceea ce privește raportul cost-performanță. Seturile lor de instrucțiuni sunt de obicei intuitive și ușor de stăpânit.

În schimb, dacă proiectul dumneavoastră este un sistem de control distribuit (DCS) la scară largă, cu cerințe extrem de ridicate pentru comunicarea în rețea, PLC-urile europene și americane (cum ar fi Siemens sau Rockwell Automation) sunt superioare. Structurile lor logice sunt mai potrivite pentru gestionarea controlului complex al proceselor și a schimbului masiv de date.

Pentru a vă oferi o perspectivă mai clară, am creat următorul tabel care compară aceste două categorii principale:

În plus, pentru anumite industrii (cum ar fi Metalurgia sau Tutunul), ar trebui acordată prioritate sistemelor PLC care au deja cazuri de aplicare mature în sectorul respectiv. Acest lucru reduce semnificativ riscul de defecțiuni din cauza incompatibilității cu mediul.

II. Estimarea precisă a punctelor de intrare/ieșire (I/O)

Numărul de intrări/ieșiri este cel mai fundamental parametru al unui PLC. Mulți începători fac greșeli aici, fie cumpărând prea puține și rămânând fără, fie cumpărând prea multe și irosind bugetul.

Baza de determinare ar trebui să fie suma tuturor punctelor de intrare și ieșire necesare pentru controlul echipamentului. Cu toate acestea, în practica profesională, nu calculăm niciodată “doar suficient”. Trebuie să lăsați o marjă.

Pe baza experienței mele, practica standard este:

1. Numărați toate punctele de intrare/ieșire cablate.
2. Adăugați un 10% până la 20% marjă de expansiune deasupra acelei baze.

III. Estimarea științifică a capacității de memorie

Capacitatea memoriei se referă la dimensiunea de stocare oferită de hardware-ul PLC-ului. Trebuie să ne asigurăm că capacitatea de memorie a PLC-ului este mai mare decât cea de care avem nevoie în prezent, pentru a permite modificări sau completări viitoare la design.

Voi împărtăși o formulă de estimare utilizată în mod obișnuit în domeniul ingineriei. Deși literatura de specialitate variază, această metodă este practică și sigură:

1. Înmulțiți numărul de puncte digitale de intrare/ieșire cu 10, ajungând la 15.
2. Înmulțiți numărul de puncte analogice de intrare/ieșire cu 100.
3. Adunați aceste două rezultate pentru a obține numărul total de cuvinte necesare (presupunând cuvinte pe 16 biți).
4. În final, adăugați o marjă de 25% la acest total.

De exemplu, anumite modele din seria Siemens S7-300 ar putea oferi 64KB sau 128KB de memorie de lucru, trebuie să alegeți procesorul corespunzător pe baza estimării de mai sus.

IV. Funcțiile de comunicare: Fundamentul internetului industrial

PLC-urile moderne nu mai sunt insule izolate. Funcțiile de comunicare devin din ce în ce mai puternice și mai complexe. În timpul selecției, trebuie să definiți poziția PLC-ului în cadrul arhitecturii generale a rețelei.

Topologiile comune de rețea ale sistemelor PLC includ:

• Mod PC Master: Un computer acționează ca o stație SCADA/monitorizare, gestionând mai multe PLC-uri.
• Rețea multi-PLC: Un PLC acționează ca master, iar celelalte ca slave.
• Integrare DCS: PLC-ul acționează ca o subrețea de nivel inferior conectată la un DCS la scară largă.
• Rețele proprietare: Rețele cu protocol închis specifice producătorilor.

Pentru a evita supraîncărcarea procesorului (CPU), recomand insistent utilizarea unor procesoare de comunicare (CP) independente, în funcție de nevoile reale. De exemplu, dacă este necesară o transmisie semnificativă de date prin Ethernet, nu lăsați CPU-ul să gestioneze direct toate pachetele de date; instalarea unui modul de comunicare dedicat poate îmbunătăți semnificativ stabilitatea sistemului.

V. Selectarea factorului de formă: Compact vs. Modular?

Aceasta este cea mai vizibilă alegere fizică în timpul selecției.

• PLC compact (monolitic):
  • Puncte I/O fixe, dimensiuni reduse, cost redus. De obicei utilizate pentru sisteme de control mici.
  • Repetări tipice: Siemens S7-200 SMART, seria Mitsubishi FX, seria Omron CP.
• PLC modular:
  • La fel ca blocurile de construcție, sursa de alimentare, CPU și modulele I/O pot fi selectate independent și conectate la un backplane/rack. Configurație extrem de flexibilă, potrivită pentru sisteme medii și mari.
  • Repetări tipice: Siemens S7-300/400/1500, Mitsubishi seria Q.

VI. Sfaturi pentru selectarea modulelor I/O

Odată ce procesorul și rack-ul sunt selectate, următorul pas îl reprezintă modulele I/O specifice. Există aici o nuanță tehnică semnificativă.

1. Module de ieșire digitală

Pentru modulele de ieșire, de obicei, vă confruntați cu trei opțiuni, fiecare cu avantaje și dezavantaje distincte:

• Ieșire releu:
  • Avantaje: Ieftin, gamă largă de tensiune (compatibil AC/DC).
  • Contra: Durată de viață scurtă, timp de răspuns lent, nepotrivit pentru comutări frecvente.
• Ieșire tranzistor:
  • Avantaje: Răspuns extrem de rapid, durată lungă de viață, potrivit pentru servo controlul pulsului.
  • Contra: Capacitate slabă de supraîncărcare, de obicei suportă doar curent continuu.
• Ieșire triac (tiristor):
  • Avantaje: Răspuns rapid, potrivit pentru comutarea frecventă a sarcinilor inductive.
  • Contra: Scump.

Sfatul meu: Dacă se acționează sarcini care comută rar, cum ar fi electrovalvele, ieșirea releu este cea mai economică. Dacă se controlează motoare pas cu pas sau se necesită comutare de înaltă frecvență, trebuie să selectați ieșirea tranzistor.

2. Module analogice de intrare/ieșire

Pentru analog, concentrați-vă pe tipul de semnal.

• Tipuri de intrare: Semnalele comune includ curent (4-20 mA) și tensiune (0-10V). Există, de asemenea, module de temperatură specializate pentru conectarea directă la termocupluri sau RTD-uri.
• Tipuri de ieșire: De asemenea, împărțit în tensiune și curent, utilizat pentru controlul Frecvența VFD sau reglarea poziției supapei.

Când selectați, acordați atenție potrivirii canalelor. Configurațiile comune sunt module cu 2 canale, 4 canale sau 8 canale.

VII. Nu uitați de modulele funcționale

Controlul logic standard ar putea fi suficient pentru sarcini de bază, dar dacă echipamentul dumneavoastră necesită o poziționare precisă sau controlul temperaturii, modulele funcționale specializate sunt indispensabile.

• Module de poziționare: Pentru control servo/pas cu pas.
• Module de numărare de mare viteză: Pentru conectarea encoderelor.
• Module de control PID: Pentru controlul proceselor în buclă închisă.

Atunci când le selectați, luați în considerare nu doar compatibilitatea hardware, ci și confortul programării software. De exemplu, seria Mitsubishi FX permite citirea/scrierea datelor modulelor speciale prin intermediul unor comenzi simple. DIN şi LA instrucțiuni, ceea ce este o dovadă a confortului software-ului.

VIII. Trei principii generale ale selecției

În cele din urmă, odată ce modelele și specificațiile specifice sunt determinate provizoriu, revizuiți lista de materiale (BOM) în raport cu aceste trei principii:

1. Comoditate Simplificați proiectarea circuitelor. De exemplu, prioritizați modulele de ieșire care pot acționa direct sarcinile. Acest lucru elimină necesitatea a numeroase relee intermediare, economisind bani și reducând potențialele puncte de defecțiune.
2. Universalitate (Standardizare) În cadrul unei fabrici sau al unui singur proiect, reduceți la minimum varietatea tipurilor de module. De exemplu, dacă este posibil, utilizați exclusiv module de intrare de 24V CC, în loc să combinați intrări de 220V CA. Acest lucru facilitează achiziționarea pieselor de schimb și facilitează memorarea sistemului de către personalul de întreținere.
3. Compatibilitate Pentru a evita erorile inexplicabile de comunicare, este recomandat să selectați produse de la același producător pentru componentele principale ale sistemului PLC. Deși protocoalele moderne sunt deschise, compatibilitatea între dispozitivele aceleiași mărci este întotdeauna cea mai fiabilă.