O que é um controlador lógico programável (PLC)

In today&# 39; s produção industrial, PLC tornou-se cada vez mais importante e comum, mas muitas pessoas não têm uma compreensão muito clara disso. Hoje, vamos introduzir PLC em detalhes de todos os aspectos para que você possa realmente entendê-lo.

Definição e conceitos básicos do controlador lógico programável (PLC)

O PLC é um sistema eletrônico de computação digital e operacional projetado especificamente para uso em ambientes industriais. É usado na automação industrial para automatizar processos específicos, funções da máquina ou linhas de produção inteiras.

Ele usa uma memória programável que armazena instruções para executar operações tais como operações lógicas, controle sequencial, temporização, contagem e operações aritméticas. Pode automatizar o controle de processos específicos, funções da máquina ou linhas de produção, dados de entrada do processo e dispositivos de saída de controle de acordo com a lógica pré-programada e comunicar-se em uma variedade de maneiras nos ambientes Industrial Internet das Coisas (IIoT) e Indústria 4.0.

Como um sistema de controle de computador industrial, monitora continuamente o status de dispositivos de entrada, controla dispositivos de saída de acordo com programas personalizados, realiza automação de processos de produção, tem a capacidade de alterar e copiar operações, coletar e comunicar informações, e o sistema é modular e pode configurar flexivelmente dispositivos de E/S. Controla vários tipos de equipamentos mecânicos ou processos de produção através de entrada e saída digital ou analógica.

Comparação de conceitos relacionados

PLC é diferente do PC industrial, microcontrolador, etc. Por exemplo, PLC concentra-se em tarefas de controle industrial, e tem diferentes métodos de programação e sistemas operacionais; comparado com os sistemas lógicos do relé, o controle da programação do PLC é mais flexível e pode reduzir a fiação do hardware; microcontroladores são altamente integrados e adequados para tarefas repetitivas específicas, enquanto microprocessadores são usados para tarefas complexas de processamento.

História do Desenvolvimento

Inventado por Dick Morley no final dos anos 1960, foi inicialmente usado na indústria automotiva para substituir sistemas complexos de controle lógico de relés. À medida que a tecnologia evoluiu, continuou a melhorar, tornou-se cada vez mais poderosa, e seu escopo de aplicação continuou a expandir-se.

Estrutura de hardware

É composto principalmente de CPU, módulo I/O, fonte de alimentação, dispositivo de programação, memória, etc. CPU é o núcleo, executando instruções do programa; O módulo I/O liga dispositivos externos; A fonte de alimentação eléctrica fornece electricidade; dispositivo de programação utilizado para escrever programas; memória armazena programas e dados. Inclui fonte de alimentação, unidade de processamento central (CPU), cartão de entrada/saída (I/O) e backplane ou rack para colocar cartão I/O. O backplane realiza a conexão elétrica entre os componentes e cada peça trabalha em conjunto.

Processador (CPU): É o componente central do PLC, responsável pela execução de instruções do programa, processamento de dados e operações lógicas, etc.

Módulo de entrada/saída (I/O): usado para conectar dispositivos externos, tais como sensores, atuadores, etc. Os módulos de entrada recebem sinais externos, enquanto os módulos de saída enviam sinais de controle PLC para dispositivos externos. Os módulos de E/S são divididos em digital e analógico para atender a diferentes tipos de requisitos de transmissão de sinal.

Memória: inclui memória do sistema e memória do usuário. A memória do sistema é usada para armazenar o PLC&# 39; s sistema operacional e programas do sistema, enquanto a memória do usuário é usada para armazenar aplicativos e dados escritos pelo usuário. O tamanho da memória afeta a complexidade do programa e a quantidade de dados que o PLC pode armazenar.

Módulo de alimentação: Fornece fonte de alimentação estável para outros componentes do PLC para garantir a operação normal de todo o sistema. Seus indicadores de desempenho incluem tensão de saída, corrente, etc., que precisam atender aos requisitos de consumo de energia do sistema PLC.

Componentes de software PLC

Software do sistema: fornecido pelo fabricante do PLC, responsável pela gestão do PLC&# 39; s recursos de hardware, execução de programas do usuário, comunicação, e outras funções básicas. É o ambiente de software básico para a operação normal do PLC.

Programa do usuário: É escrito pela engenharia e pelo pessoal técnico de acordo com os requisitos de controle para realizar a lógica de controle específica. O programa do usuário é inserido no PLC através do software de programação. O software de programação fornece uma variedade de métodos de programação, tais como programação de diagramas de escada, programação de tabela de instruções, etc., para facilitar o projeto do programa do usuário.

Como funcionam os PLCs

O processo de trabalho consiste em quatro etapas básicas, que são executadas em um ciclo contínuo:

Digitalização de entrada: Detecta o status de todos os dispositivos de entrada conectados ao PLC.

Program Scan: Executa a lógica do programa criada pelo usuário.

Verificação de saída: Habilita ou desabilita todos os dispositivos de saída conectados ao PLC.

Serviço de limpeza: inclui comunicação com o terminal de programação, diagnósticos internos, etc.

O módulo de entrada recebe sinais de sensores, interruptores e outros dispositivos, processa-os através da CPU e, em seguida, controla motores, válvulas e outros dispositivos através do módulo de saída. Pode processar sinais digitais e analógicos. Alguns PLCs avançados também suportam funções de comunicação de rede e processamento de dados.

Diferentes PLCs diferem na configuração de hardware. Algumas unidades PLC compactas integram a CPU, entradas e saídas na mesma unidade, enquanto em sistemas PLC modulares montados em rack, os módulos de E/S e módulos de CPU podem ser separados, e os módulos de E/S podem ser localizados perto ou longe da CPU.

Principais características e vantagens do PLC

Confiabilidade 1.High: Tem forte capacidade anti-interferência e pode operar de forma estável em ambientes industriais agressivos. Por exemplo, seu hardware usa tecnologias de isolamento e filtragem, e o software também tem uma variedade de mecanismos de detecção e correção de erros.

2. Alta flexibilidade: Você pode se adaptar a diferentes tarefas de controle modificando o programa sem alterar a fiação de hardware. Por exemplo, em uma linha de produção, quando o processo do produto muda, você só precisa ajustar o programa PLC.

Programação 3.Simple: Geralmente linguagens de programação intuitivas como diagramas de escada são usados, que são fáceis para engenharia e pessoal técnico dominar. A programação é relativamente intuitiva e a linguagem de programação é simples, reduzindo complexidade e custo.

Tecnologia 4.Mature: Há um monte de testes e materiais de pesquisa, e rica programação e tutoriais de integração.

5.Wide faixa de preço: Existem modelos básicos adequados para pequenas empresas e startups.

6.Strong versatilidade: adequado para uma variedade de processo e controle do sistema.

7.No peças móveis mecânicas: alta confiabilidade e pode operar de forma estável em ambientes industriais agressivos.

8.Menos componentes: solução de problemas fácil e menos tempo de inatividade de manutenção.

9. Baixo consumo de energia: ajuda a economizar energia e simplificar a fiação.

O acima são suas vantagens sobre o PLC tradicional do sistema de controle com fio rígido. Em suma, é mais fácil construir, instalar, manter e modificar, pode atualizar programas remotamente, pode desenvolver rapidamente lógica complexa, adaptar-se a ambientes agressivos e tem velocidade de execução rápida.

Principais desvantagens e limitações

O acima introduz as várias vantagens do PLC. Ao mesmo tempo, também tem suas próprias desvantagens e limitações.

Capacidade de processo 1.Limited para lidar com dados complexos ou grandes quantidades de entrada analógica.

O software de programação 2.PLC de diferentes fabricantes é muitas vezes incompatível, e as interfaces de programação têm interoperabilidade pobre.

3.Susceptible à interferência eletromagnética, que pode causar problemas tais como corrupção de memória e falha de comunicação.

Programação PLC

Software de programação comumente usado inclui Studio 5000 Logix Designer, Componentes Conectados Workbench, RSLogix 500, etc.

Os métodos de programação incluem lógica de escada, diagrama de bloco de função, texto estruturado, gráfico de função sequencial, lista de instruções, etc.

Entre eles, ladder logic é a linguagem de programação mais comumente usada. Ele simula diagramas de circuito com uma interface gráfica e é fácil de entender e implementar. A lógica da escada é baseada na programação gráfica do hardware do circuito do relé e usa "escadas" para representar a lógica, que é fácil entender e implementar. Idiomas como texto estruturado são adequados para escrever programas complexos. A maioria da programação PLC segue o padrão IEC 61131-3.

Tipos de PLCs

Por tamanho e função

Grandes sistemas de controle do PLC: tais como Allen-Bradley&# 39; s ControlLogix 5580 Controladores, são adequados para aplicações com requisitos extremamente altos para disponibilidade, comunicação, E/S e controle de movimento.

Sistemas de controle PLC pequenos: tais como controladores CompactLogix 5380, podem atender às necessidades da fabricação inteligente de máquinas e equipamentos, com uma variedade de modelos para escolher, incluindo padrão, segurança, temperatura extrema e modelos aéreos.

Micro sistemas de controle PLC: tais como os sistemas programáveis do controlador lógico Micro820, são apropriados para o controle de máquina independente pequeno e aplicações da automatização remota, com relativamente poucos pontos e funções.

De acordo com a forma estrutural

PLC tudo-em-um: Integra o controlador e o painel HMI, tais como produtos Unitronics, economizando tempo, reduzindo a fiação, reduzindo custos, e unificando o ambiente de programação.

PLC modular: Como Delta & amp;# 39; s AS série, a estrutura de hardware é modular, mais flexível e altamente escalável. Pode atender às necessidades de aplicações de escalas diferentes através de módulos de expansão. É adequado para aplicações em larga escala e complexas, mas é mais caro e requer mais manutenção.

Fatores chave a considerar ao escolher um PLC

Capacidade elétrica: Assegure a compatibilidade com o sistema elétrico.

Velocidade de processamento: Atenda aos requisitos da aplicação.

Compatibilidade: Compatível com hardware existente do sistema.

Tolerância da temperatura: A maioria é apropriada para 0-60 ° C, alguns modelos especiais podem trabalhar em temperaturas extremas.

Memória: Suficiente para armazenar o sistema operacional, instruções, e executar funções.

Conectividade: Há portas suficientes para conectar os periféricos necessários.

E/S analógico: Escolha se as funções de entrada e saída analógicas são necessárias com base nos requisitos da aplicação.

Indústrias e cenários de aplicação PLC

Fabricação: Amplamente utilizado em campos de automação industrial, tais como fabricação, óleo e gás, tratamento de água, alimentos e bebidas, ciências da vida e outras indústrias, para controlar processos de produção, operação de equipamentos, coleta de dados e monitoramento, etc.

Logística e armazenamento: Em armazéns automatizados, PLC controla equipamentos como empilhadores e transportadores para conseguir armazenamento e manuseio automáticos de mercadorias.

Indústria de petróleo e gás: para sistemas de automação, controle e segurança;

Indústria de tratamento de água e águas residuais: realizar sistemas de controle confiáveis, flexíveis e integrados, reduzir custos de projeto e manutenção;

Indústria de alimentos e bebidas: para integrar operações, melhorar o desempenho e garantir a consistência do produto;

Ciências da vida: usado para construir futuras instalações de automação e sistema de informação, etc.

O acima é uma introdução detalhada aos princípios, características, aplicações, etc. do PLC (controlador lógico programável), bem como alguns pontos chave a prestar atenção ao escolher. Acredito que depois de lê-lo, você terá uma nova compreensão e conhecimento abrangente dele.