PLC против VFD: понимание программируемых логических контроллеров и частотно-регулируемых приводов

1. Что такое ПЛК (программируемый логический контроллер) и что он делает?

Программируемый логический контроллер (ПЛК) — это по сути специализированный цифровой компьютер, используемый для автоматизации электромеханических процессов, таких как управление оборудованием на заводских сборочных линиях, аттракционами или даже осветительными приборами. Подумайте о нем как о мозге автоматизированной системы.

ПЛК разработаны для работы в суровых промышленных условиях, в отличие от типичных компьютеров. Они созданы для работы в условиях экстремальных температур, влажности и вибраций.

Эти ПЛК представляют собой компьютерные системы управления с многочисленными входами, которые позволяют управлять различными конечными элементами с одного устройства.

Основная функция ПЛК — контролировать состояние входных устройств (таких как датчики, переключатели и аналоговые сигналы), принимать решения на основе сохраненной программы и управлять состоянием выходных устройств (таких как двигатели, клапаны и приводы).

Программа, написанная на языке, похожем на релейную логику, диктует, как ПЛК реагирует на различные входные условия. Она делает это на основе программы, которую вы вводите в ПЛК.

ПЛК — это компьютерные системы управления с многочисленными входами, которые позволяют использовать различные конечные элементы с одного устройства.

2. Что такое ЧРП (частотно-регулируемый привод) и для чего он нужен?

Частотно-регулируемый привод (ЧРП), также известный как инвертор, представляет собой тип контроллера двигателя, который приводит в действие электродвигатель, изменяя частоту и напряжение источника питания.

Проще говоря, он позволяет вам управлять скоростью двигателя переменного тока. VFD также управляют скоростью двигателей переменного тока. VFD чаще всего используются для управления скоростью и крутящим моментом электродвигателей.

Регулируя частоту и напряжение, частотно-регулируемый привод может точно контролировать скорость и крутящий момент двигателя, обеспечивая значительную экономию энергии и преимущества управления технологическим процессом.

В отличие от простого включения и выключения двигателя, частотно-регулируемый привод обеспечивает плавный и контролируемый запуск и выключение, снижая механическую нагрузку на двигатель и подключенное оборудование.

Это продлевает срок службы двигателя и минимизирует требования к техническому обслуживанию. Vfds контролируют скорость двигателей переменного тока. Таким образом, напряжение питания становится более контролируемым.

3. Чем отличаются ПЛК и ЧРП по функциональности?

Основное различие заключается в их основных ролях. ПЛК — это система управления. Это как дирижер оркестра, управляющий различными инструментами (датчиками, исполнительными механизмами, двигателями) для выполнения определенной задачи.

Он принимает решения на основе входных данных и выполняет предопределенную программу. Программируемый логический контроллер помогает с устройствами управления, такими как двигатели.

С другой стороны, VFD — это контроллер двигателя. Его единственное предназначение — регулировать скорость и крутящий момент электродвигателя. Он получает команды, часто от ПЛК, и соответствующим образом регулирует частоту и напряжение, подаваемые на двигатель.

Контроллер получает команды и соответственно регулирует напряжение, подаваемое на двигатель. По сути, ПЛК сообщает VFD что сделать, и VFD выполняет команду, управляя питанием двигателя. Это позволяет оптимизировать производительность двигателя.

4. Каковы преимущества использования ПЛК в промышленной автоматизации?

ПЛК обеспечивают многочисленные преимущества в промышленной автоматизации.

• Гибкость: ПЛК можно легко перепрограммировать для адаптации к изменяющимся производственным требованиям. Это устраняет необходимость в перемонтаже или замене оборудования, экономя время и деньги. Релейная логика часто используется в программировании ПЛК.
• Надежность: Разработанные для суровых условий, ПЛК значительно более прочны и надежны, чем традиционные релейные системы управления. Сократите время простоя, внедрив ПЛК.
• Масштабируемость: ПЛК можно масштабировать для решения широкого спектра задач: от простого управления машинами до сложной автоматизации процессов.
• Диагностика: ПЛК обладают встроенными возможностями диагностики, что упрощает устранение неполадок и сокращает время простоя.
• Интеграция: ПЛК можно легко интегрировать с другими системами и устройствами автоматизации, такими как человеко-машинные интерфейсы (HMI), датчики и сетевые устройства.

5. Каковы преимущества использования ЧРП в промышленной автоматизации?

Частотно-регулируемые приводы (ЧРП) обеспечивают ряд ключевых преимуществ для промышленной автоматизации.

• Экономия энергии: Контролируя скорость двигателя, VFD могут значительно снизить потребление энергии, особенно в приложениях, где двигатели часто работают на скорости ниже полной. VFD также снижают потери энергии, вызванные дроссельными клапанами или заслонками. Это также приводит к экономии энергии и повышению производительности двигателя.
• Улучшенный контроль процесса: Частотно-регулируемые приводы (ЧРП) обеспечивают точное управление скоростью и крутящим моментом двигателя, что обеспечивает лучший контроль над технологическим процессом и качество продукции.
• Снижение механического напряжения: Частотно-регулируемые приводы обеспечивают плавный пуск и остановку, снижая механическую нагрузку на двигатели и подключенное оборудование, продлевая срок их службы.
• Снижение шума: Работа двигателей на более низких скоростях снижает уровень шума на рабочем месте.
• Защита: Частотно-регулируемые приводы могут защищать двигатели от перенапряжения, пониженного напряжения и сверхтока, предотвращая повреждения и простои.

6. Как ПЛК и ЧРП работают вместе в системе управления?

ПЛК и ЧРП часто работают вместе, создавая сложные и эффективные системы промышленной автоматизации.

ПЛК действует как общий контроллер, отслеживая переменные процесса (например, температуру, давление, расход) и принимая решения на основе заранее определенной программы.

Когда ПЛК определяет, что скорость двигателя необходимо отрегулировать, он посылает сигнал на ЧРП.

Затем частотно-регулируемый привод регулирует частоту и напряжение, подаваемые на двигатель, соответствующим образом изменяя его скорость.

Например, в насосной системе ПЛК может контролировать уровень воды в баке и регулировать скорость насоса через ЧРП для поддержания желаемого уровня. Аналоговый вход используется для управления системой. ЧРП чаще всего используются в системах HVAC.

7. Каковы ограничения и недостатки ПЛК?

Хотя ПЛК обладают множеством преимуществ, у них есть и некоторые ограничения.

• Расходы: ПЛК могут быть дороже традиционных релейных систем управления, особенно для простых приложений.

• Сложность: Программирование ПЛК может быть сложным и требовать специальных навыков и знаний.

• Безопасность: ПЛК могут быть уязвимы для кибератак, если не обеспечить их надлежащую защиту.

• Единая точка отказа: Хоть это и случается редко, но отказ ПЛК может привести к выходу из строя всей системы автоматизации.

8. Каковы ограничения и недостатки частотно-регулируемых приводов?

У VFD также есть некоторые недостатки, которые следует учитывать.

• Расходы: Частотно-регулируемые приводы могут увеличить первоначальную стоимость двигательной системы.

• Гармоники: Частотно-регулируемые приводы могут создавать гармонические искажения в источнике питания, что может повлиять на другое электрооборудование.

• Совместимость с двигателем: Не все двигатели совместимы с VFD. Некоторые старые двигатели могут не справляться с переменной частотой и напряжением.

• Установка: Установка частотно-регулируемого привода может потребовать специальных знаний.

9. Как оптимизировать производственные процессы с помощью ПЛК и ЧРП?

Вот как можно использовать ПЛК и ЧРП для оптимизации процесса:

• Сбор и анализ данных: Используйте ПЛК для сбора данных с датчиков на протяжении всего процесса и их анализа с целью выявления областей, требующих улучшения.

• Замкнутый контур управления: Внедрите системы управления с обратной связью, в которых ПЛК непрерывно регулирует скорость вращения двигателя (через частотно-регулируемые приводы) на основе обратной связи от датчиков для поддержания требуемых параметров процесса.

• Управление энергопотреблением: Используйте VFD для оптимизации скорости двигателя, чтобы снизить потребление энергии и эксплуатационные расходы. VFD — отличный способ экономии энергии.

• Прогностическое обслуживание: Контролируйте данные о работе двигателя с помощью частотно-регулируемых приводов, чтобы выявлять потенциальные проблемы до того, как они приведут к простою.

• Автоматизация процессов: Автоматизируйте повторяющиеся задачи и процессы с помощью ПЛК и ЧРП для повышения эффективности и снижения человеческого фактора.

Представьте себе, например, завод по розливу. ПЛК может контролировать скорость потока жидкости в бутылки. Если скорость потока отклоняется, ПЛК подает сигнал на VFD, управляющий двигателем насоса, чтобы отрегулировать скорость насоса, поддерживая постоянный уровень заполнения.

Все дело в управлении PLC. В обработке материалов можно оптимизировать с помощью PLC и VFD. Это не только обеспечивает постоянное качество продукции, но и минимизирует отходы. Вы можете повысить эффективность системы, оптимизируя скорость до точного уровня с помощью VFD.

10. Каковы некоторые общие области применения ПЛК и ЧРП?

ПЛК и ЧРП находят широкое применение в промышленности.

• Производство: Сборочные линии, роботизированное управление, упаковочные машины.

• Очистка воды/сточных вод: Управление насосом, приведение в действие клапанов, обратная промывка фильтров.

• Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха: Управление вентилятором и насосом, регулировка температуры.

• Нефть и газ: Управление трубопроводами, насосными станциями, управление компрессорами.

• Выработка электроэнергии: Управление котлом, управление турбиной, управление генератором.

• Добыча полезных ископаемых: Управление конвейером, управление дробилкой, системы вентиляции.

11. ПЛК и ЧРП: инвестиции в эффективность и надежность?

Инвестиции в системы ПЛК и технологию VFD представляют собой стратегический шаг на пути к повышению эффективности и надежности производства.

В современных условиях конкуренции производители и компании, предлагающие заводские решения, постоянно ищут способы оптимизации своей деятельности.

Интеграция этих современных систем автоматизации является ключом к достижению существенной экономии энергии и повышению производительности двигателя, сокращению времени простоя и повышению общей эффективности системы за счет оптимизации скорости до уровня, необходимого для конкретной области применения.

Эти достижения имеют важное значение для любой организации, желающей модернизировать свои системы промышленной автоматизации.

Интеграция частотно-регулируемых приводов в операционную деятельность вместо программируемых логических контроллеров не только повышает производительность, но и обеспечивает гибкость, необходимую для адаптации к изменяющимся требованиям и процессам, что в долгосрочной перспективе оказывается выгодной инвестицией.

По мере развития систем и устройств автоматизации понимание и внедрение ПЛК и ЧРП будут иметь решающее значение для сохранения лидирующих позиций в промышленном секторе.