Co je programovatelný logický automat (PLC) - 1. část

V měnící se výrobní lince by jakákoli úprava pevně zapojeného reléového logického obvodu znamenala značné náklady a čas, protože s sebou nesla řadu omezení pro techniky i řídicí inženýry, jako nedostatečná flexibilita a také velký časový prostor potřebný pro jakoukoli změnu zapojení pevně zapojeného obvodu. A zároveň při odstraňování problémů se znečištěnými a opotřebovanými kontakty, uvolněnými vodiči a obtížemi se schématy zapojení.

Aby se překonala omezení této reléové logiky založené na pevném vedení, navrhla skupina inženýrů v GM novou konstrukci "standardního řídicího systému stroje", který byl primitivní formou PLC. Na základě této myšlenky se čtyři velké společnosti (Allen-Bradley, Digital Equipment Corporation, Century Detroit a Bedford Associates) pokusily postavit prototyp.
Společnost Bedford Associates poprvé úspěšně navrhla PLC pro komerční využití společnosti General Motors v roce 1969. V roce 1974 představila společnost Allen-Bradley novou konstrukci, aby uspokojila potřeby zákazníků, a své zařízení pojmenovala programovatelný logický automat (PLC) namísto tehdy zažitého termínu "programovatelná řídicí jednotka". V této úvodní fázi vývoje PLC se na jeho vývoji významně podílel Richard Morley, známý jako otec PLC. Původně navrhl žebříkovou logiku pro programování PLC. K vývoji PLC přispěl velkou měrou také Odo Josef Struger ze společnosti Allen-Bradley.

Udržitelnost PLC

Od svého zavedení před přibližně 55 lety hraje PLC stále významnou roli v automatizaci procesů. Pravděpodobně 95 % výrobců strojů stále používá PLC jako řídicí jednotku, kterou volí při návrhu strojního zařízení. Opravdu není mnoho lidí, kteří by přešli na něco jako programovatelné automaty (PAC) nebo řízení na bázi průmyslového počítače (IPC) nebo něco podobného. Softwarové PLC se příliš neujaly kvůli problémům s poruchovostí počítačů. Jednoduchost PLC spočívá v jejich programování pomocí žebříkové logiky. V průmyslovém prostředí technici lépe ovládají žebříčkový diagram (LD) než špičkové kryptické programovací jazyky. Průzkum v průmyslu ukazuje, že 80 % PLC se používá v malých aplikacích (1 až 128 vstupně-výstupních (I/O) bodů), 78 % vstupů a výstupů PLC je digitálních a 80 % aplikačních problémů PLC se řeší pomocí sady 20 instrukcí žebříkové logiky. Další důležitou vlastností PLC je jeho odolnost vůči procesním rizikům, jako jsou vibrace, prach, teplota atd. Cenová výhodnost spolu s rozsáhlými instalacemi a školením pracovní síly po dobu desítek let zajišťuje PLC jeho udržitelnost i do budoucna.

Definice PLC

PLC je speciální forma specializovaného počítačového řídicího systému na bázi mikroprocesoru, který nepřetržitě sleduje stav vstupních zařízení a na základě vlastního programu rozhoduje o řízení výstupních zařízení.
Ve své primitivní podobě si PLC vystačil pouze s logickými vstupy a logickými výstupy. V současné době však mohou zpracovávat jak digitální, tak analogové signály. Pomocí tohoto typu řídicího systému lze výrazně vylepšit téměř jakoukoli výrobní linku, funkci stroje nebo proces. Všestrannost, flexibilita, cenová efektivita a odolnost poskytují PLC zvláštní výhodu v automatizaci procesů.

Klasifikace PLC

PLC jsou k dispozici v širokém rozsahu specifikací a výkonů. Proto je obtížné je jednoznačně klasifikovat. Klasifikaci PLC však lze provést na základě jejich různých parametrů, jako je struktura, funkčnost, kapacita zpracování vstupů/výstupů atd.

Konstrukční klasifikace
Pokud jde o strukturu PLC, lze ji rozdělit do dvou kategorií:

• Integrální - Integrální PLC je integrovaná jednotka, která se skládá z napájecího zdroje (PSU), centrální procesorové jednotky (CPU) a I/O rozhraní spolu s dalšími součástmi. Má malé rozměry, kompaktní konstrukci a nízkou cenu.
• Modulární - Modulární PLC má obvykle rám, do kterého lze připojit napájecí modul, modul CPU, modul I/O a další funkční moduly. Má flexibilní konfiguraci, kde si uživatelé mohou zvolit přídavné moduly, a proto se jeho velikost může pohybovat od střední až po velkou.

Existuje ještě další třída PLC, která obsahuje kombinaci vlastností integrálních a modulárních PLC a nazývá se stohované PLC.

Funkční klasifikace
V závislosti na funkci PLC je lze rozdělit do kategorií nízké, střední a vysoké třídy.

• Nízký stupeň: Používá se především pro logické operace, sekvenční operace nebo několik analogových operací samostatných řídicích systémů.
• Střední stupeň: Podporuje všechny operace nízkého stupně spolu s aritmetickými operacemi, porovnáváním přenosu dat, převodem čísel, vzdálenými vstupy/výstupy, podprogramy, řízením přerušení atd. pro řízení složitých řídicích systémů.
• Vysoká třída: Podporuje všechny funkce nízké a střední třídy spolu s maticovými operacemi, bitovými operacemi atd. Podporuje také síťovou komunikaci pro řízení velkých technologických zařízení.

Klasifikace na základě I/O periferií
V závislosti na počtu dostupných I/O lze PLC rozdělit do kategorie malých, středních a velkých.

• Malé I/O: V případě malých PLC je počet I/O obvykle menší než 256 s jediným CPU (8 bitů) a kapacitou paměti 4K slov nebo méně.
• Střední I/O: V případě středních PLC se počet I/O obvykle pohybuje mezi 256 a 2048 se dvěma CPU (16 bitů) a kapacita paměti je do 8K slov.
• Velké I/O: Počet I/O u velkých PLC je větší než 2048, více CPU (16 bitů nebo 32 bitů) a architektura s velikostí paměti 8K-16K slov.

Úloha PLC v automatizaci procesů

V automatizaci procesů, od pohybů robotických ramen v automobilovém průmyslu až po bezpečnostní aspekty chemických závodů, hrají PLC významnou roli. S postupem času získává stále větší oblibu, protože se do fungování PLC začleňují další funkce. V každém řídicím systému založeném na automatizaci je základním hlediskem získání požadovaného výstupu efektivním a spolehlivým způsobem. PLC poskytují jednoduché a cenově výhodné řešení mnoha automatizačních úloh, jako je logické/sekvenční řízení, proporcionálně-integračně-derivační (PID) řízení a výpočty, koordinace a komunikace, řízení a monitorování operátorů, bezpečnost zařízení a personálu, spouštění a odstavování zařízení atd.
Většina výrobních aplikací zahrnuje řízení opakujících se a diskrétních operací; např. automatická montáž součástí, lisování a vytlačování, tisk v textilních provozech atd.