עקרון העבודה של PLC

 

PLC הוא בעצם "מיקרו מחשב מודולרי" שתוכנן במיוחד עבור סביבות תעשייתיות. הליבה של עיקרון העבודה שלו היא מנגנון הלולאה הסגורה- של "קבלת אותות באמצעות חומרה, עיבוד לוגיקה באמצעות תוכנה והוצאת הוראות באמצעות חומרה" כדי להשיג שליטה מדויקת במכשירים חיצוניים. היישום של מנגנון זה מסתמך על רמה גבוהה של סינרגיה בין מבנה החומרה למערכת התוכנה.

מבנה החומרה של PLC מאמץ עיצוב מודולרי, שניתן לשלבו בצורה גמישה בהתאם לדרישות הבקרה. מרכיבי הליבה כוללים את חמשת החלקים הבאים, כל אחד עם חלוקת עבודה ברורה ושיתוף פעולה הדוק:

יחידת עיבוד מרכזית (CPU):כ"מוח" של PLC, הוא אחראי על ביצוע פעולות לוגיות, עיבוד נתונים ותזמון הוראות בתוכניות משתמש. הוא יכול לקרוא במהירות אותות קלט, להפעיל דיאגרמות סולם ותוכניות אחרות, לשפוט את תוצאות החישוב ולשלוח הוראות בקרה למודול הפלט. מהירות החישוב שלו קובעת ישירות את יעילות התגובה של ה-PLC, וזמן ביצוע ההוראות של PLCs תעשייתיים מיינסטרים יכול להגיע לרמה של מיקרו-שנייה.

זֵכֶר:מחולק לזיכרון מערכת וזיכרון משתמש. זיכרון המערכת משמש לאחסון מערכת ההפעלה, תוכניות מנהל ההתקן ותוכנות ליבה אחרות של ה-PLC, מה שמבטיח את הפעולה הבסיסית של הציוד. זיכרון המשתמש מוקדש לאחסון תוכניות בקרה שנכתבו על ידי המשתמש (כגון לוגיקה של תהליך הייצור, מנגנוני טיפול בתקלות) ונתונים זמניים (כגון פרמטרי הפעלה של המכשיר, ספירת תוצאות), תמיכה בשינוי תוכנית ועדכונים.

מודול קלט/פלט (I/O).: ה"גשר" בין PLC להתקנים חיצוניים, המאפשר המרת אותות דו-כיוונית. מודול הקלט אחראי להמרת אותות אנלוגיים (כגון טמפרטורה, לחץ) או אותות דיגיטליים (כגון אותות-כיבוי) מחיישנים (כגון מתגים פוטואלקטריים, חיישני טמפרטורה), לחצנים, ידיות והתקנים אחרים לאותות חשמליים הניתנים לזיהוי על ידי ה-PLC. מודול הפלט ממיר את תוצאות החישוב של ה-CPU לאותות בקרה שיכולים להתקבל על ידי מפעילים חיצוניים (כגון מנועים, שסתומי סולנואיד, נורות חיווי), ומשלים את תהליך הלולאה הסגורה של "ביצוע החלטות תפיסה".

מודול כוח:מספק כוח עבודה יציב לכל מערכת ה-PLC, בדרך כלל ממיר מתח AC (כגון AC 220V) מאתרים תעשייתיים למתח DC (כגון DC 24V) הנדרש באופן פנימי על-ידי ה-PLC. יש לו גם פונקציות הגנת מתח יתר וזרם יתר כדי להבטיח פעולה יציבה של ציוד בסביבות תעשייתיות מורכבות.

מודול תקשורת:מממש את החיבור בין PLC להתקנים אחרים, תומך בפרוטוקולי תקשורת תעשייתיים מיינסטרים כגון PROFINET, Modbus, EtherNet/IP וכו'. באמצעות מודול התקשורת, ניתן לחבר את ה-PLC עם מסכי מגע, מחשבים תעשייתיים, מערכות MES (ייצור מערכות ביצוע) או PLCs אחרים להשגת חילופי נתונים ושליטה מרחוק, מה שמניח את הבסיס לייצור חכם.

מערכת התוכנה של PLC מחולקת לתוכנת מערכת ותוכנת משתמש. תוכנת המערכת מותקנת מראש על ידי היצרן ואחראית על מנהלי התקנים של חומרה, הידור תוכניות ואבחון מערכת. תוכנת משתמש היא תוכנת בקרה שנכתבה על ידי מהנדסים על סמך דרישות הייצור. שיטות התכנות המיינסטרים כוללות דיאגרמת סולם (LD), טקסט מובנה (ST), דיאגרמת בלוקים פונקציונלית (FBD) וכו'. ביניהן, דיאגרמת הסולם הפכה לשיטת התכנות הנפוצה ביותר באתרי תעשייה עקב הדמיית המאפיינים של מעגלי בקרת ממסר מסורתיים.

ההיגיון המרכזי של בקרת תוכנה הוא מהנדסי "פעולה לוגית ובקרת תזמון" - ממירים את תהליך הייצור לקשרים לוגיים כגון "AND", "OR" ו-"NO", או כללי תזמון כגון "עיכוב" ו"ספירה" באמצעות תכנות. ה-CPU של ה-PLC מבצע את הכללים האלה בסדר הקבוע מראש כדי להשיג שליטה אוטומטית בתהליך הייצור. לדוגמה, בקו ייצור מים בבקבוקים, ניתן להשלים את היגיון המילוי האוטומטי על ידי הגדרת התוכנית ל"הפעלת מכונת המילוי בהשהייה של 0.2 שניות כאשר החיישן הפוטואלקטרי מזהה בקבוק, ולהפסיק לאחר המילוי למשך 3 שניות".

PLC הוא לא רק מכשיר, אלא גם התגלמות רעיונות בקרה תעשייתית. זה לא רק השיג קפיצת מדרגה בתהליך הייצור מ"תפעול ידני" ל"מונע היגיון", אלא גם הניע את כל תעשיית הייצור לעבר פיתוח חכם, גמיש ויעיל.