Үйлдвэрийн автоматжуулалтад тохирох PLC хяналтын самбарыг хэрхэн сонгох вэ?

Орчин үеийн үйлдвэрлэлийн автоматжуулалт дахь PLC удирдлагын самбарын үндсэн үүргийг ойлгох

PLC хяналтын самбарууд нь үндсэндээ орчин үеийн үйлдвэрийн автоматжуулалтын зүрх гэж үзэж болох бөгөөд өмнө нь ашигладаг реле системийн өрөнд орж ирсэн юм. Тэдгээр нь үйлдвэрийн талбайд байрлах олон төрлийн сенсоруудаас дохио авч, өөрсдийн зохион бүтээсэн логик программаар боловсруулж, дараа нь мөчид актюаторуудад командыг илгээдэг. Хурдан гэвэл ингэж хурдан! Энэ шиг хурдан хариу үйлдэл нь жишээ нь угсралтын шугам, цахилгаан эрчим хүчний нэгж эсвэл химийн боловсруулалтын тогтолцоог удирдах үед маш их ялгаа гаргадаг. Бид энд жинхэнэ мөнгөний талаар ярьж байна - 2023 оны Ponemon-ийн судалгаагаар ийм системд бага зэрэг саатал үүсэх нь жилдээ ойролцоогоор долоон зуун дөч мянга америк долларын орлогыг алдуулдаг байна.

Программуудын логик контроллерүүд хэрхэн бодит цагт процессийг удирдах боломжийг олгодог вэ

PLC-ууд температурын хэмжилт эсвэл даралтын түвшин шиг оролтыг тасралтгүй шалгаж, урьдчилан тогтоосон параметрүүдтэй харьцуулан, хүний оролцоогүйгээр холбохын байршил эсвэл моторын хурд зэрэг гаралтыг тохируулдаг. Шилэн саванд агуулах үйлдвэрт энэ мөчлөг нь 10–50 миллисекунд тутамд давтагдаж, лийдийн нарийвчлалыг ±0.5%-д бага байлган хурд болон тогтвортой байдлыг хангана.

Реле-д суурилсан системээс оюунлаг PLC-д суурилсан автоматжуулалт руу шилжих

Уламжлалт реле панелууд үйл ажиллагааны өөрчлөлтийг гараар дахин утаслахыг шаарддаг байсан тул их зардалтай зогсолт үүсдэг байв. Одоо зах зээлд байгаа PLC-ууд энэ саадыг програм хангамжийн дахин тохируулгаар арилгадаг: хооллох үйлдвэр PLC-д суурилсан автоматжуулалтыг хэрэглэснээс хойш дахин тохируулах хугацаагаа 83% бууруулсан. Энэ шилжилт нь мөн утасны нарийн төвөгтэй байдлыг бууруулж, суурилуулах зардлыг хүртэл 40% хүртэл бууруулдаг.

Туршлагын жишээ: Интегрчилсэн PLC хяналтын самбар ашиглан автомашин цуглуулах үйлдвэр

Хойд Америкийн нэг авто үйлдвэрлэгч нь роботжуулсан боодлын хуруусууд болон конвейерийн системийг синхрончлохын тулд интеграцлагдсан PLC самбаруудыг суурилуулсан. Энэхүү хэрэгжилт нь цуглуулалтын алдааг 92%-иар бууруулж, чанарын шалгалтын сенсоруудыг зөөлөн интеграцилах боломжийг олгож, зургаан сарын дотор гарцыг 22%-иар нэмэгдүүлсэн.

ПЛК хяналтын самбарын чадавхийг үйл ажиллагааны зорилттой уялдуулах

Зөв PLC-г сонгох нь зөвхөн бичгийн дээрх техникийн үзүүлэлтүүдэд тулгуурлах асуудал биш, харин мэдээллийг хэр хурдан боловсруулах чадвар, оролт/гаралтын модульнууд шаардлагатай болон масшбараар томрох чадвартай эсэх, мөн одоо ашиглаж буй холбооны протоколуудтай сайн ажиллах чадвартай эсэх гэсэн гурван үндсэн хүчин зүйлд хамаарна. Аюултай бодисын хэрэглээтэй үйлдвэрүүд нь ямар нэгэн доголдол гарвал аюулгүй байдлыг хангахын тулд ихэвчлэн SIL-3 гэрчилгээтэй байх шаардлагатай. Маш өндөр хурдтай ажилладаг сав баглаа боодлын үйлдвэрлэлд 1 миллисекундын доорх CPU-г сонгох нь ихээхэн ялгааг гаргана. Модульлаж болох байдал нь өргөтгөж болох чухал давуу тал учир нь үйлдвэрлэлийн шаардлага өөрчлөгдөх тусам бүх зүйлсийг нэг дор солихын оронд автоматжуулалтын системээ алхам алхмаар томруулах боломжийг олгоно.

PLC хяналтын самбарын функциональ шаардлагууд ба компонент сонголтыг үнэлэх

PLC, HMI болон оролт/гаралтын модульнуудыг аппликейшний нарийн түвшинд тохируулах

Үйлдвэрийн орчинд хэрэглээний шаардлагатай тохирох бүрэлдэхүүн хэсгийг сонгох нь маш чухал юм. Конвейерийг удирдах зэрэг энгийн зүйлсийн хувьд ойролцоогоор 8-16 оролт, гаралтын цэгтэй шигшүүр PLC-ууд ихэвчлэн сайн ажилладаг. Гэсэн хэдий ч автомашин цуглуулах шугам шиг нарийн төвөгтэй зүйл рүү орох үед эдгээр системүүд нь ихэвчлэн илүү их оролт, гаралт шаарддаг бөгөөд нийтдээ заримдаа 300-аас дээш модуль шаардагддаг. Хяналтын таблоны сайжруулалтанд хандаад, орчин үеийн HMI-ууд хурдан явцын талаар томоохон алхам хийсэн. 2023 онд Понемоны судалгаагаар эдгээр шинэ модуль хэлбэрийн интерфэйс нь хуучин хувилбаруудтай харьцуулахад мэдээллийг ойролцоогоор 15-20 хувиар хурдан харуулж чаддаг. Энэ хурдны сайжруулалт нь операторуудын боловсруулалтын процессийг бодит цагт хянах, цаг алдалгүй зохистой арга хэмжээ авахад маш их ялгааг оруулдаг.

Цахилгаан хангамж, хүчдэлийн шаардлага, системийн найдвартай ажиллагаа

Үргэлжийн ажиллагааг хангахын тулд 1%-аас бага хүчдэлийн хэлбэлзэлтэй давхар нөөц 24V DC цахилгаан хангамж чухал юм. UL 508A-аар баталгаажсан цахилгаан хангамжийн систем нь найдвартай байдлыг эрс сайжруулж, жилийн туршид 14 цагийн зогсолтыг зөвхөн 3 цаг болгон бууруулаад, гэмтлийн арилгах хугацааг 42 минутаас 9 минут хүртэл багасгадаг. Энэ нь 1-р хүснэгтэд харуулсан байна:

Одоо ашиглаж буй удирдлагын системтэй нийцэлтэй байдал хангах

PLC-5 эсвэл Modicon платформууд зэрэг хуучин орчинд PLC самбаруудыг дахин суулгах нь соврем EtherNet/IP сүлжээг холбохын тулд протоколын хөрвүүлэгч шаардлагатай болдог. Нэг химийн үйлдвэрийн судалгаагаар хос портын шлюз нэг каналтай хувилбараас харьцуулахад интеграци явцыг 92% илүү хурдан гүйцэтгэсэн бөгөөд системийн шинэчлэлтийн үеийн саатлыг хамгийн бага хэмжээнд хүргэсэн.

Стандартаар тогтоосон програмчлалын хэл (IEC 61131-3) болон диагностикийн дэмжлэг

IEC 61131-3 програмчлалын стандартад нийцсэн PLC самбарууд нь зөвхөн системүүдтэй харьцуулахад кодлох алдааг 63% бууруулдаг (Industrial Automation Journal 2023). Цахилгаан хөдөлгүүр дээр үүссэн элэгдлийг гар утасгүй шалгалтаас 30–50% илүү цагаар илрүүлдэг, урьдчилан сэргийлэх зорилгоор ажилладаг идэвхитэй өгөгдлийн чиг хандлага болон урьдчилан тооцоолсон засвар үйлчилгээний алгоритмууд зэрэг дотоод диагностикийн хэрэгслүүд нь системийн урт хугацааны ажиллагааг сайжруулдаг.

Бат бөх, масштаблагдах чадвартай, хатуу промышленд орчинд зориулан загварчлах

PLC хяналтын самбарууд экстремаль нөхцөлд амьдрах, мөн урт хугацааны үйл ажиллагааны өсөлтийг дэмжихийн тулд инженерчлэлтэй байх ёстой. Тэдгээрийн загвар нь системийн ажиллагааны цаг, засвар үйлчилгээний зардал, автомжуулалтын хэрэгцээ өөрчлөгдөхөд зохицох чадвараас шууд хамаарна.

PLC хяналтын самбаруудыг температур, хэлбийлт, цахилгаан соронзон саатлын эсрэг тэсвэртэй болгох

Үйлдвэрийн нөхцөлд тоног төхөөрөмжүүд өдөр бүр хэт эгзэгт нөхцөлд дасан зохицож байдаг. Температур -40 хэмээс эхлээд 70 хэм хүртэл хэлбэлзэх бөгөөд машинууд ихэвчлэн 5G-аас дээш хүч чийгтэй хэлбэлзэлд өртдөг. Мөн ойролцоох хүнд машин механизмын үүсгэж буй янз бүрийн цахилгаан соронзон саатал байдаг. Эдгээр сөрөг нөлөөллийг даван туулахын тулд үйлдвэрлэгчид поршин цувдалсан ган эсвэл далайн түвшний хайрцгийг ашигладаг. Эдгээр материалууд чий, бороо, шорооноос хамгаалах IP66 ангилалтай герметик хальстай хослуулбал маш сайн үр дүнтэй ажилладаг. Тасралтгүй хэлбэлзэлд тусгаарлагч суурь нь хугацаа өнгөрөх тутамд элементүүдийн износ хагарлыг багасгадаг. Цахилгаан соронзон саатлыг тусгаарлах хамгаалалт нь мэдрэг электрон бүрэлдэхүүн хэсгийн хувьд цэргийн хамгаалалтын адил үүрэг гүйцэтгэдэг. Ихэнх үйлдвэрүүд транзисторт самбарууд дээр шууд тохируулагч бүрхүүл (conformal coating) нэмж хэрэглэдэг. Энэ нэмэлт давхарга нь конденсацийн үүсгэхийг саатуулж, металлыг боловсруулах үйлдвэрт шороо, аюултай бодисууд цуглахад тоног төхөөрөмжинд үзүүлэх харгис нөлөөг эсэргүүцдэг.

Салбарын шаардлагад нийцсэн гэрчилгээ (UL, CE, IP, ATEX) сонгох

Гэрчилгээнүүд нь бүс нутаг, салбараас хамааран аюулгүй байдлыг баталгаажуулж, дагаж мөрдөх хууль тогтоомжийг хангана:

• UL 508A : Хойд Америкийн үйлдвэрийн самбаруудын цахилгаан аюулгүй байдлын шаардлага
• CE тэмдэг : Европын холбооны цахилгаан соронзон нийцэл (EMC) зааврын шаардлагад нийцэж байгааг баталгаажуулна
• IP69K : Өндөр даралттай угаалтуур шаарддаг хоол, ундаа үйлдвэрлэлийн тоног төхөөрөмжид шаардлагатай
• ATEX Zone 1 : Галт аюултай орчинд ажилладаг нефть, хийн суурилуулалтад заавал шаардлагатай

Шингэн дүүргэх төхөөрөмжийн ойролцоо стандарт IP54 хаалтууд зэрэг хуульд нийцээгүй самбаруудыг ашиглах нь аюулгүй байдлын зөрчил, техник тоног төхөөрөмжийн гэмтэл, хяналтын торгууль болох эрсдэлтэй.

Модуль ба тогтмол загвар: Ирээдүйн өргөтгөл, уян хатан байдлыг төлөвлөх

Модульлаж шилжих нь хойшдоо засварын зардлыг ихэд бууруулдаг бөгөөд Индустрийн автоматжуулалтын хандалт 2025 онд дурдсанчлан, тогтмол загварын системүүдийнхээс ойролцоогоор 40-60 хувийн бага зардал гаргадаг. Эдгээр самбарууд нь хэрэгслээс үл хамаарсан задгай холболтууд зэрэг тохиромжтой боломжуудтай бөгөөд хэрэгцээтэй үед холбооны картнуудыг сольсон маш энгийн болгодог. Бүх утаслагыг задлах шаардлагагүйгээр EtherNet/IP протоколоос PROFINET рүү шилжих талаар бодож үзээрэй. Хэмжээсээр өргөжих зориулалттай цахилгаан хангамжийн нэгжүүд нь үйлдвэрийн хэрэгцээ өсөх тусам шинэ хувьсах давтамжийн хөдөлгүүрүүдийг шууд холбож болох боломжийг олгодог. IIoT (Интеллектүй Үйлдвэрийн Интернет) сенсоруудыг хэрэгжүүлэхийг илүүтэй хүсч буй автомашин үйлдвэрлэлийн газрууд эдгээр модульлаж болдог байгууламжийг ялан ашигтай гэж үздэг. Эдгээр нь техникчиддэд утасгүй шлюз ба ирмэгийн тооцоолох төхөөрөмжийг илүү гладкийн интеграци хийх боломжийг олгодог. Хамгийн сайн тал нь ийм төрлийн шинэчлэлтүүдийг ердийн техникийн үйлчилгээний цонхны үеэр хийж болдог тул үйлдвэрийн шугамыг бүхлээр нь зогсоох шаардлага гардаггүй.

Интеграци ба Холболт: IoT, SCADA болон Урсгалтай Мэдээллийн Солилцоог Идэвхжүүлэх

Зөрчлөөс Баталгаатай Ажиллахын Тулд Харилцаа Холбооны Протокол (Modbus, Profibus, EtherNet/IP)

Орчин үеийн PLC-ийн удирдлагын самбарууд нь ямар ч үйлдвэрлэгчийн төхөөрөмж байснаас үл хамааран хоорондоо харилцаж ажиллахын тулд Modbus, Profibus, EtherNet/IP зэрэг стандарт протоколуудад тулгуурладаг. Эдгээр протоколуудыг PLC-үүдийг мэдрэгч, гүйцэтгэгч төхөөрөмжүүд болон гадаад системүүдтэй харилцуулах их дэлхийн орчуулагч гэж ойлгох болно. EtherNet/IP протокол нь ердийн Ethernet-ийг TCP/IP технологитой хослуулдаг тул ойрын 100 Mbps хурдтай өгөгдлийн шилжилтийг боломжжуулдаг. Машинууд нэгэн зэрэг үйлдэл хийх шаардлагатай хурдан үйлдвэрлэлд энэ хурд маш чухал байдаг. Шугаман үйлдвэрлэлийн хуваарьтай үйлдвэрүүдэд бодит цагт ажиллах чадвар нь асуудалгүй ажиллагаа ба зардал ихтэй саатлын ялгааг тодорхойлдог.

Орчин үеийн PLC-ийн Удирдлагын Самбар дахь IoT ба Алсын Ажиглалт

Энэ үед PLC самбарууд нь Технологийн Интернэт дэх Их Мэдээллийн Сүлжээнд (IIoT) нэвтрэх цэг болон ажилладаг бөгөөд техникчид алсаас гомдлыг оношлох, машины хугацаа хэтэрсэн засварыг урьдчилан төлөвлөх боломжтой болдог. Эдгээр системд баригдсан IoT модуль нь машин механизм ямар хэмжээний хэлбэлзэл, температуртай ажиллаж байгаа, цахилгаан хэрэглээний жинхэнэ тоон мэдээллийг цуглуулдаг. Энэ бүх мэдээлэл хадгалалтын серверүүд рүү илгээгдэж, ухаалаг алгоритмууд шинж тэмдэгийг илрүүлэхийн тулд судалдаг. 2024 онд автомжуулалтын мэргэжилтнүүдийн хийсэн сүүлийн үеийн судалгаагаар IIoT-тэй холбогдсон PLC системд шилжсэн үйлдвэрүүд хүлээгдээгүй зогсонгилоос 30 хувийн багасалттай байсан. Ингэснээр асуудлыг эрт үед нь илрүүлж, ирээдүйд томоохон асуудал болохоос сэргийлэх боломжийг олгодог тул энэ нь логиктай.

Нэгтгэсэн үйлдвэрлэлийн үйл ажиллагааны тулд PLC, SCADA болон MES-ийг интеграцлах

PLC-ийг SCADA систем, үйлдвэрлэлийн гүйцэтгэлийн системтэй холбосноор бүх зүйлс нэг үйл ажиллагааны дэд бүтцэн доор нэгтгэгддэг. SCADA хэсэг нь өөр өөр үйлдвэрлэлийн шугамуудад тархсан тэдгээр PLC-с бодит цагийн мэдээлэл цуглуулдаг. Харин MES эдгээр анхдагч мэдээллийг менежерүүд сменд тохируулах, бүтээгдэхүүний чанарыг хянах, тоног төхөөрөмжийн ажиллагааг хянах зэрэг зүйлсэд ашиглаж болох ашигтай метрик болгон хувиргадаг. Энэхүү интеграцийг хийсэн үйлдвэрүүд системүүд тусдаа байх үеийнхээс 22 хувийн хурдан асуудалд хандах боломжтой болсон гэж тайлагнадаг. Энэ нь практикт юу гэсэн үг вэ? Зүйлс муудах үед илүү хурдан засвар хийх, таамаглалаас хамаагүй илүү жинхэнэ тоон мэдээлэлд үндэслэн илүү сайн шийдвэр гаргах, үндсэндээ өдөр бүр илүү уян хатан үйл ажиллагаа явуулах боломжийг олгодог.

PLC хяналтын самбарын нийт эзэмших зардал, урт хугацааны өртгийг үнэлэх

Үйлдвэрлэлийн үйлчлүүлэгчид ихэвчлэн анхны худалдан авалтын үнийг л анхаарч, амьдралын мөчлөгийн зардлыг дохомойлоно. Судалгаагаар үзүүлбэл, худалдан авалт нь PLC самбарын 10 жилийн ерөнхий эзэмшилтийн зардалд (TCO) зөвхөн 25–30%-ийг эзэлж байгаа бөгөөд үлдсэн хэсэг нь засвар үйлчилгээ, зогсонги, цахилгаан хэрэглээнээс шалтгаалдаг (Индустрийн тайлан 2023):

Дунд зэргийн PLC самбарууд нь премиум загварын санал болгодог бүтээгдэхүүний талаар 85 хувийг санал болгодог боловч тэдгээрийн үнийн зөвхөн ойролцоогоор 60 хувийг л эзэлдэг тул компанийн байгууллагууд их мөнгө зарцуулахгүйгээр сайн найдвартай ажиллагааг хангаж чаддаг. Эдгээр самбаруудыг үнэхээр үнэтэй болгож буй зүйл бол тэдгээрийн ирээдүйд тохирсон дизайн юм. Тэд модуль хэлбэрийн оролт гаралт (I/O) бүтэц, програм хангамжийн шинэчлэлтийн боломжтой прошивк бүхий системтэй ирдэг бөгөөд 2023 оны Автоматжуулалтын инженерийн сэтгүүлд хийсэн судалгаагаар хуучин тогтмол бүтцийн системүүдтэй харьцуулахад ийм ачааллыг ойролцоогоор 40% хүртэл бууруулдаг. Мөн нийлүүлэгчийн дэмжлэгийн гэрээтэй холбоотой асуудлыг үл тоомсорлох хэрэггүй. Арван дөрвөн цагийн техникийн тусламжтай компаниуд томоохон асуудлыг бусдаас хамаагүй хурдан шийдвэрлэдэг бөгөөд зарим тохиолдолд зарим нь 70% хүртэл хурдан ажилладаг.

Ихэнх асуултууд

Үйлдвэрийн автоматжуулалтанд PLC удирдлагын самбарын үндсэн үүрэг юу вэ?

PLC хяналтын самбарууд нь уламжлалт реле системийг орлох тул орчин үеийн үйлдвэрийн автоматжуулалтад маш чухал ач холбогдолтой. Тэдгээр нь мэдрэгчдээс дохио боловсруулж, логик програмыг гүйцэтгэж, шилжилтийн механизмийг удирдана. Энэ нь цуглуулалтын шугам зэрэг үйл ажиллагаанд нарийвчлал, үр дүнтэй ажиллагааг хангана.

IoT-ийн интеграци PLC хяналтын самбарт ямар давуу тал өгөх вэ?

PLC самбаруудад суурилсан IoT модуль нь алсаас оношлогоо хийх, урьдчилан сэргийлэх зорилгоор техник хангамжийн үйл ажиллагааны мэдээллийг cloud системд илгээнэ. Энэ нь хүртэл тооцоогүй зогсонги болохоос өмнө асуудлыг илрүүлэхэд тусалж, зогсолтын хугацааг бараг 30%-иар бууруулна.

Модульт PLC хяналтын самбар ашиглах ямар давуу талууд байдаг вэ?

Модульт PLC самбарууд нь хялбар шинэчлэлт, протоколын өөрчлөлтийг боломжжуулснаар уян хатан байдал, зардлын хэмнэлт олгоно. Энэ дизайн нь тогтмол системүүдтэй харьцуулахад дахин тохируулах зардлыг 40-60% хүртэл бууруулдаг бөгөөд IIoT технологийн зөөлөн интеграцыг дэмждэг.

PLC системд зөв холбооны протоколыг сонгох нь яагаад чухал вэ?

EtherNet/IP шиг үр дүнтэй харилцах протоколууд нь өөр өөр төхөөрөмжүүдийг үр дүнтэй харилцан ажиллах боломжийг олгох бөгөөд хурдан үйлдвэрлэлийн орчинд бодит цагт боловсруулахад чухал өндөр хурдны мэдээллийн дамжуулалтыг хангана.

Тодорхой салбарт ПЛК самбаруудад ямар гэрчилгээ шаардлагатай вэ?

Гэрчилгээ нь аюулгүй байдлыг хангаж, зөвшөөрлийг баталгаажуулдаг бөгөөд Север Америкт UL 508A, Европын холбооны стандартад CE тэмдэглэл, хоолны салбарт IP69K, нефть ба хийн салбарт хийн хольцуудын аюултай орчинд ATEX Zone 1 шаардлагатай.