Основной двигатель промышленной автоматизации: всеобъемлющее руководство по принципам, классификации и выбору ПЛК.

В данной статье представлен углубленный инженерный анализ основной конструкции. ПЛКВ данном обзоре рассматриваются 3 основные категории ПЛК (интегрированные, модульные и штабелируемые) и их широкое применение в дискретной логике и управлении движением. Анализируя технологические характеристики и рыночные тенденции, этот обзор служит надежным справочным материалом по выбору оборудования ПЛК и внедрению новых систем.

I. Определение ПЛК

Программируемый логический контроллер (ПЛК) — это цифровая вычислительная электронная система, специально разработанная для работы в промышленных условиях. Если в коммерческой робототехнике подразумевают «руки или ноги» системы, то ПЛК выступает в роли «центральной нервной системы», управляющей всем процессом.

1.1 Базовая архитектура

Логика проектирования ПЛК отражает физиологические функции человека, обеспечивая высокопроизводительную работу в сложных условиях:

Микропроцессор (ЦП): «Мозг», отвечающий за процессы рассуждения, расшифровку инструкций и организацию работы.
Память (ПЗУ/ОЗУ): «Система памяти», в которой хранятся системные микропрограммы, определяемая пользователем логика (прикладные программы) и данные, используемые во время выполнения.
Системы ввода/вывода (I/O): Интерфейс «сенсорный и электромоторный». Интерфейс входных блоков с полевым устройством. датчики (например, фотоэлектрические датчики, датчики давления), а выходные блоки управляют исполнительными механизмами (например, электромагнитными клапанами, контакторами).
Терминал питания и программ: Обеспечивает питание объединительной платы и способствует взаимодействию человека и машины.ЧМИ) для организации и устранения неполадок.

1.2 Почему ПЛК доминируют в промышленном управлении

В отличие от устаревших систем управления с проводным подключением и реле, ПЛК предоставляют ряд важных преимуществ:

Высокая надежность: Разработан с использованием интегральных схем большой степени интеграции (LSI), включая высокую электромагнитную совместимость (ЭМС) и помехоустойчивость.
Гибкость: Переконфигурация логических рассуждений достигается путем изменения программного обеспечения, а не путем переподключения оборудования.
Простота использования: Использует стандартные языки отображения информации, такие как лестничная диаграмма (LD), что соответствует принципам проектирования.
Экологическая устойчивость: Разработан для надежной работы в условиях экстремальных температур, резонанса и электромагнитного шума в соответствии с критериями IEC 61131.

II. Классификация ПЛК: масштабирование в соответствии с системными требованиями

Аппаратное обеспечение ПЛК подразделяется на три основных типа в зависимости от конструктивных особенностей. Понимание этих различий имеет решающее значение для совершенствования архитектуры системы.

1. Интегрированный ПЛК (компактный ПЛК)

Интегрированный ПЛК объединяет центральный процессор, интерфейсы ввода/вывода, память и источник питания в одном корпусе.

Качества: Компактный, экономичный ударный инструмент с фиксированным количеством входов/выходов.
Приложения: Небольшое, автономное оборудование для OEM-производителей, такое как упаковочные машины и машины для литья под давлением.

2. Модульный ПЛК

Этот тип, также называемый ПЛК для монтажа в стойку, позволяет размещать компоненты ЦП, компоненты ввода-вывода и компоненты взаимодействия на стандартной объединительной плате или шине.

Качества: Обладает исключительной масштабируемостью, очень прост в обслуживании и разработан для сложных систем.
Приложения: Крупные производственные линии автоматизации, такие как линии настройки автомобилей и управления химическими процессами. Серия Siemens SIMATIC S7-1500 — яркий тому пример.

3. Штабелируемый ПЛК

Гибридная конструкция, в которой центральный процессор является независимым, а модули расширения добавляются с помощью ленточных кабелей или интерфейсов прямого подключения.

Качества: Сочетает в себе компактный форм-фактор и определенную гибкость конфигурации.

Таблица 1: Техническое сравнение фреймворков ПЛК .

III. 5 значимых областей применения

Современные ПЛК (программируемые логические контроллеры) фактически вышли за рамки простых контроллеров типа «вкл/выкл» и превратились в многофункциональные системы, включающие вычисления, взаимодействие и управление высокоскоростным движением.

Дискретное логическое управление: Это самое базовое применение ПЛК. Он заменяет традиционную релейную логику и широко используется в печатных станках, упаковочных линиях, линиях гальванического покрытия и т. д.
Управление движением: Использование высокоскоростных импульсных выходов или промышленных полевых шин (например, EtherCAT) для точного позиционирования серво- и шаговых двигателей. Незаменимо для станков с ЧПУ и промышленной робототехники.
Управление технологическим процессом: Использование формул ПИД-регулятора для работы с аналоговыми сигналами (уровень температуры, напряжение, циркуляция). Незаменимо в металлургии, управлении котлами центрального отопления и нефтехимической промышленности.
Обработка и анализ данных: Современные ПЛК обладают эффективными математическими возможностями и взаимодействуют с системами ERP/MES для сбора, организации и обработки информации.
Промышленная связь/Сетевые технологии: Поддержка таких протоколов, как PROFINET, Modbus TCP и EtherNet/IP, обеспечивает связь между ПЛК, ЧМИ и облачными сервисами.

IV. Рыночные тренды: цифровая трансформация ПЛК

Согласно рыночной информации, мировая потребность в ПЛК растет со среднегодовым темпом роста приблизительно 51-71 тыс. долларов.

Таблица 2: Прогноз тенденций развития технологий на рынке ПЛК на 2023-2025 годы.