A Programozható Logikai Vezérlő (PLC) alapjai és általános tudnivalói

A PLC vezérlés napjaink egyik legelterjedtebb vezérlési megoldása, amely már jó ideje nem csak a gyártóiparban használatos. A PLC vezérlés az angol Programmable Logic Controller kifejezés, azaz Programozható Logikai Vezérlő rövidítése. Kezdetben a gyártóipar hatékonyságának növelésére, az összeszerelő sorok, berendezések és roboteszközök automatizálására használták, mára azonban már számtalan, a mindennapi életben is használt rendszer alapja. A PLC-k, az ipari automatizálás alapvető eszközei, amelyek az érzékelőkből és gépekből érkező adatokat dolgozzák fel. Ezek az eszközbemeneti adatok széles skálán mozoghatnak, beleértve a gépek és érzékelők által küldött információkat. Az emberi beavatkozásból származó bemenetek is fontos szerepet játszanak, beleértve a gombnyomásokat, kapcsolókat és érzékelőket, amelyeket különböző eszközök, mint billentyűzetek, érintőképernyők, távirányítók vagy kártyaolvasók generálnak. A PLC-k által generált kimenetek hasonlóan sokrétűek lehetnek, mint a bemenetek, és tartalmazhatnak olyan hallható vagy vizuális visszajelzéseket, mint egy figyelmeztető lámpa aktiválása vagy egy riasztó jelzés.

A PLC vagy másik nevén programozható logikai modul egy programozható elektronikai eszköz, amit ipari automatizálásra használunk. A PLC-ket először az autógyártás számára fejlesztették ki, hogy rugalmasan és könnyen programozható eszközökkel helyettesítsék a huzalozott, relés logikai rendszereket. Azóta széles körben elterjedt alkalmazásuk, hiszen ezek a vezérlők nagy megbízhatóságúak, így zord környezetben is megállják helyüket. A PLC egy dedikált mikroprocesszort használ ahelyett, hogy teljes processzort vagy kettős processzort használna, mint a számítógépek. Ez egy nagyon kicsi és korlátozott operációs rendszere van, amely csak egy feladatot hajt végre, és szekvenciális sorrendben olvas be egy létralogikai fokot. A számítógépek több mint egy feladatos (multitask rendszerűek), amelyek képesek egyszerre több kód beolvasására és kezelésére. A PLC-k valós cselekvéseket/döntéseket indukálnak ezredmásodpercek vagy néha mikroszekundumok alatt.

A PLC-k számos különböző méretben és formában léteznek. Vannak olyan kicsik, hogy elférnek a zsebünkben, míg mások annyira nagyok, hogy saját, nehéz teherbírású állványokra van szükségük a felszereléshez. A PLC-k széles körben használatosak a különböző iparágakban, mert gyorsak, könnyen kezelhetők és viszonylag egyszerűen programozhatók.

A PLC rendszer fő hardver komponensei

A PLC vezérlés összetett folyamatok egysége, amely számos különböző hardver komponensre támaszkodik. A PLC rendszerek főbb részei a következők:

A processzor: A CPU-t (Central Programming Unit) valamint a memóriát tartalmazza. A gyakran a PLC rendszer „agyaként” emlegetett processzor vagy más néven központi feldolgozó egység felelős a rendszer számára megadott parancsok végrehajtásáért.
A tápegység: Feladata a hálózati feszültség átalakítása és stabilizálása valamint a PLC rendszer megfelelő feszültséggel való ellátása.
A programozó egység: Arra használják, hogy a PLC rendszer processzorának memóriaegységébe feltöltsék a szükséges programokat.
Bemeneti egységek:
- Digitális bemeneti egység: Feladata olyan jelek értelmezése, illetve igazítása a PLC belső szintjéhez, melyek mindössze 2 lehetséges állapotot produkálhatnak (pl. be/ki, magas/alacsony).
- Analóg bemeneti egységek: A PLC vezérlési rendszerek analóg bemeneti egységei A/D átalakítókat használnak, hogy a digitális kóddá konvertálják az analóg jelet (pl. hőmérséklet, nyomás, sebesség).
Kimeneti egységek:
- Digitális kimeneti egység: Funkciója a PLC belső jeleinek átalakítása a környezet számára.
  - Relés kimenetű egység: Ebben a megoldásban a CPU egy relét vezérel, amelynek az érintkezője van kivezetve. Legfőbb előnye, hogy bárhova beilleszthető az áramkörökbe és használatával olcsón lehet nagy áramokat kapcsolni. Hátránya, hogy hosszú a reakcióideje és az általa megvalósítható kapcsolási frekvencia kisebb, mint 10 Hz.
  - Elektronikus kimenetű egység: Ebben a típusú PLC rendszerben egy vezérelt félvezető elem kapcsolja a kimeneti feszültséget. Előnye a rövid reakcióidő és hogy viszonylag gyors kapcsolásra képes.

A PLC működése és programozása

A programozható logikai vezérlő (PLC) működése három fő részre osztható: adatgyűjtés a bemeneteken keresztül, a program logikájának végrehajtása, és végül a kimenetek módosítása. A PLC-k folyamatosan figyelik és gyűjtik az információkat a gyártósoron lévő összekötött gépekről és eszközökről. Ezeket az információkat - vagyis a bemeneti adatokat - összehasonlítják a PLC-ben tárolt programozási logikával. Ha a program logikája szerint szükséges, a PLC módosítja az összekapcsolt kimeneti eszközök állapotát. A PLC-k két fő típusú bemenetet és kimenetet különböztetnek meg: digitális (vagy diszkrét) és analóg. A digitális bemenetek és kimenetek egyszerű be/ki állapotokat jeleznek, hasonlóan egy villanykapcsolóhoz, ahol nincs köztes állapot.

Pedálszenzoros rásegítés elve

A PLC működése ciklikus. Minden ciklus első lépéseként a PLC felméri az összes hozzá kapcsolt bemeneti eszköz állapotát. Ezt követően végrehajtja a felhasználó által létrehozott programot, amely a bemeneti adatok alapján dönti el, hogy milyen változtatásokat kell végrehajtani a kimeneteken. Miután a kimeneti jeleket megfelelően módosította, a PLC egy önellenörző lépést végez, amely magában foglal egy belső diagnosztikai és biztonsági ellenőrzést, hogy minden a normál működési paramétereken belül maradjon. A folyamat befejeztével a PLC újraindítja a ciklust a bemenetek újbóli ellenőrzésével, így biztosítva a folyamatos és megbízható működést.

A PLC programozás során számos fontos tényezőt kell figyelembe venni. Ilyen például a felhőkompatibilis működés, melyre egyes modern PLC sorozatokat terveztek. Segítségével a programozó és a gépgyártó a hálózaton máshol található berendezések jelét is fel tudja dolgozni és függővé tudja tenni tőle a működést. A felhő alapú működéshez ingyenes telefonos applikáció és szoftver áll rendelkezésre, melyek segítségével akár távolról monitorozható, kezelhető a teljes automatizálási rendszer.

Az első lépés a PLC programozásban az előzetes tervezés. Ebben a fázisban meghatározzuk a rendszer követelményeit, az elvárt működést és a kívánt eredményeket. A következő lépés a programozási nyelv kiválasztása. A PLC-k többnyire IEC 61131-3 szabvány szerinti programozási nyelveket támogatnak, például ladder diagram (létra logika), function block diagram (blokkdiagram), structured text (strukturált szöveg) stb. A programozás során az előzetes tervezés alapján létrehozzuk a PLC programot. Ez magában foglalja az inputok és outputok konfigurálását, a logikai utasításokat, a ciklusokat, az időzítést, az analóg értékek kezelését stb. Miután elkészült a PLC program, következik a hitelesítés és tesztelés fázisa.

A programozást követően a PLC végrehajtja a bemeneteknek nevezett ingerek által kiváltott események sorozatát. A PLC-k tervezésekor a másodlagos cél az volt, hogy mind a villamossági szakemberek és mind a villamosmérnökök számára megkönnyítsék a kódírást, a hibaelhárítást és a meglévő, futó programok módosítását. Ezért a Létradiagramot választották elsődleges programozási nyelvnek. A Létradiagram egy szimbolikus grafikus programozási nyelv, amely alapvetően a villamossági szakemberek által használt elektromos létradiagram adaptációja. A számítógépeket az informatikusok és a számítógép-programozók számára tervezték többnyire strukturált szöveges programozási nyelvet használva, amivel az egyszerű villamossági szakemberek nehezebben tudnak dolgozni.

PLC előnyei és különbségei a PC-ktől

A PLC programozás előnyei közé tartozik a gyors és megbízható vezérlés, az automatizált folyamatok, az idő- és költségmegtakarítás, a könnyű hibakeresés és karbantartás, valamint a skálázhatóság és a rugalmasság lehetősége. Csökkennek a költségek. Javul a minőség. Kiküszöböli az emberi hibákat, és javítja a kínált termékek minőségét és homogenitását. Ipari biztonság. Pontos eredmények. Jobb munkakörülmények és értéknövelés. Ipari kommunikáció. Az ipari automatizálás lehetővé teszi a vállalat számára, hogy folyamatosan, szünet nélkül gyűjtse a gépek és berendezések által közölt adatokat. Ezért a berendezések felügyelete és a gyártás nyomon követhetősége sokkal jobban kontrollált.

Samsung Smart Remote és telefonos TV irányítás

A PLC-k több mindenben különböznek a hagyományos számítógépektől, a PC-ktől:

Processzor és Operációs Rendszer: A PLC egy dedikált mikroprocesszort használ, míg a számítógépek teljes vagy kettős processzort. A PLC operációs rendszere kicsi és korlátozott, csak egy feladatot hajt végre szekvenciálisan, míg a PC többfeladatos rendszereket kezel.
Programozási Nyelv: A PLC-knél gyakran a Létradiagramot részesítik előnyben a villamossági szakemberek könnyebb kezelhetősége miatt, míg a PC-k strukturált szöveges nyelveket használnak, amelyek az informatikusoknak kedveznek.
Robusztusság és Környezeti Tűrés: A PLC-k számos olyan funkcióval rendelkeznek, amelyekkel a normál számítógépeket nem látták el, például védelem a munkaterület körülményeitől, mint a hőtől, a portól és a hidegtől. Rendkívül robusztus felépítése miatt ellenáll az olyan zord ipari környezetnek, mint az extrém hőmérséklet, az erős rezgések, a magas páratartalom és a nagyfokú elektromos zaj.
Megbízhatóság és Hibatűrés: Ha meghibásodás történik a PLC-vel munka közben, az emberi vagy gépi károsodást okozhat, ami akár dollármilliókba is kerülhet. A számítógépek esetében főleg szoftverhibák léphetnek fel, míg a PLC-knél valós fizikai tevékenységek során mutatkoznak meg a hibák. Ennek növelése érdekében a PLC-k elektronikája ipari minőségű.
Hálózati Biztonság: A PLC-k szabadalmaztatott mikroprocesszorokat és szoftvereket használnak, ami megnehezíti a szabványos támadásokat. A számítógépek szabványos processzorokat és programozási nyelveket használnak, így könnyebben hozzáférhetők a hackerek számára.
I/O Kapcsolatok: A PLC bemeneteket kap a PLC-eszközön kívüli érzékelőktől és kapcsolóktól, és feszültséget és áramot ad ki a PLC-eszközön kívüli eszközökre. A számítógépek viszont többnyire nem teszik ezt.
Költséghatékonyság: A többi mikrokontroller rendszerhez képest olcsó a PLC.

PLC alkalmazása különböző iparágakban

Számtalan olyan alkalmazás létezik, amelyet a PLC-k kiszolgálhatnak, és széles körben alkalmazhatóak különböző iparágakban.

Az autóiparban

Az autóipar a leginkább robotizált iparág. Napjainkban az automatizálás az autógyártás szinte minden területére kiterjed, az alkatrészek és részegységek gyártásától egészen a végtermékig. Minden folyamatban a PLC-vezérlés játssza a főszerepet, következésképpen az autóipar a PLC-alkalmazások terén vezető felhasználó, és a gyárautomatizálás (FA-industry) során is a legtöbb igényes, innovatív technológiát építi be, alkalmazza. Az alkatrészgyártók kis, közepes és nagy PLC-jei a különböző szállítószalagok vezérléshez szükségesek, de használnak PLC-ket még légkondicionáló vezérléshez vagy szárítókemencék vezérléséhez is.

Az élelmiszeriparban

Az élelmiszer-feldolgozóipart számos tényező kényszeríti az automatizálás felé. A verseny fokozódása, a fogyasztók magasabb minőségű áruk iránti kereslete, a tisztaságra és higiéniára helyezett hangsúly, valamint a gyártás iránti rugalmassági igény mind hozzájárulnak ehhez. Az élelmiszeriparban új, innovatív technológiákra volt szükség pontos érzékelőkkel és fejlett végberendezésekkel. Az automatizálás garantálja az egyenletesen magas áruminőséget, a pontosságot, valamint az állandó adagolást sok ismétlés után is. A PLC-k három típusba sorolhatók a kimenet alapján: tranzisztoros kimenet, triac kimenet és relé kimenetű PLC. A közepes méretű PLC-ket használják a leggyakrabban az iparban, amely lehetővé teszi számos plug-in modul használatát.

Az üvegiparban

Az üveggyártás egy bonyolult folyamat, amely az 1980-as évek óta foglalja magában a PLC-k használatát. Leginkább az anyagarány szabályozására, valamint síküvegek feldolgozására használják a PLC-ket. Az üveggyártás egy bonyolult és kifinomult folyamat, ezért az érintett cégek gyakran használnak PLC-ket busztechnológiával párhuzamosan a vezérlési módban.

Miért számít etalonnak a BMW E39?

A papíriparban

A papírgyártás magas cellulóz-tartalmú alapanyagokból indul. A nemkívánatos vegyszerek eltávolításához az alapanyag őrlését követően mosási és fehérítési eljárásokat alkalmaznak. A nagyon magas fajlagos energiafogyasztás miatt létfontosságú a gyártási folyamatok teljes automatizálása. A papíriparban a PLC-ket különféle folyamatokban használják, mint például a papírtermékeket nagy sebességgel előállító gépek vezérlése. Az automatizálás több szinten történő bevezetése a termelékenység jelentős növelése és a munkaerőköltség csökkentése érdekében történt.

A cementgyártásban

A PLC a cementgyártásban is kiemelkedően fontos szerepet játszik. A cementgyártás során különféle nyersanyagokat és vegyületeket kevernek össze egy kemencében. A PLC-program biztosítja a megfelelő minőségű és mennyiségű alapanyag felhasználását a kemencében történő keverési folyamat során, ami aztán a lehető legjobb minőségű végterméket eredményezi. Az automatizáció hozzájárul a jobb és egyenletesebb termékminőséghez, valamint a gazdaságosabb termeléshez is.

A PLC-k gyakran használatosak hétköznapi eszközökben is, például mosógépekben, kapunyitókban, valamint közlekedési jelzőlámpák és liftek vezérléséhez.

PLC Programozás Alapjai - A PLC általános felépítése (3/25)

Modern trendek és jövőbeli lehetőségek

A PLC-k felhasználása drámaian növekszik a különféle újonnan alkalmazott technológiák fejlesztése során. A modern PLC-k már képesek kommunikálni ipari buszokon, mint az EtherCAT, akár 100 Mbps sebességgel. A felhőalapú működés és az IIoT (Industrial Internet of Things) integrációja új távlatokat nyit. Az új technológiák, mint az MQTT protokoll és a Sparkplug B Specifikáció, új típusú kommunikációt, a kiadás-feliratkozás módszert ajánlják, amely csökkenti a kommunikációs költségeket, különösen a távoli eszközök esetében. A régebbi PLC-k esetében kiegészítő hardverekre, úgynevezett peremkapukra lehet szükség. Ez az újfajta IIoT architektúra lehetővé teszi a vállalatok számára, hogy hatékonyabban használják a sávszélességet, és a hálózat szélén lévő PLC-kről származó adatokat könnyen hozzáférhetővé tegyék a szervezet egészében. A technológia és az ipari automatizáció fejlődése további lehetőségeket kínál a PLC programozás terén, mint például az IoT integráció, a mesterséges intelligencia és a gépi tanulás alkalmazása a rendszerek optimalizálásában és intelligens döntéshozatalban.

tags: #plc #alapu #vezerles #altalanos #tudnivalok