A programozható logikai vezérlő ipari alkalmazásai

PLC általános jellemzői

A programozható logikai vezérlő (PLC) egy olyan számítógép, amely mikroprocesszorral rendelkezik, de nem rendelünk hozzá billentyűzetet, egeret vagy monitort. Alapvetően úgy készült, hogy ellenálljon a szívós ipari környezetnek.

Ezt a robusztus felépítésű számítógépes eszközt az ipari vezérlőrendszerekhez tervezték az egyedi funkcionális jellemzőik miatt, mint például a szekvenciális vezérlés (memóriabeli sorrend alapján történik), a könnyű programozhatóság, az időzítők és a számlálók, a könnyen használható hardver és a megbízható vezérlési képességek. 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.

A logikai vezérlők gyakran nagyon sok érzékelő (egy mérendő tulajdonságtól függő jelet szolgáltató eszköz) és aktuátor (elektromos árammal, olajjal, vagy levegővel működtetett beavatkozó elem, amely képes valamilyen irányító jelnek megfelelő hatás kifejtésére) vezérlését és felügyeletét látják el. Ezért széleskörű I/O (bemeneti/kimeneti) elrendezésükben különböznek a többi számítógépes rendszertől. A PLC-ket speciális célú digitális számítógépként használják, de a PLC-k különböző iparágakban is kíválóan használhatók a termelési folyamatok felügyeletére és ellenőrzésére, ezért hívják őket gyakran ipari PC-nek is.

A PLC-t gyakran használják hétköznapi eszközökben is, például mosógépekben, kapunyitókban, valamint közlekedési jelzőlámpák és liftek vezérléséhez. A PLC-k felhasználása drámaian növekszik a különféle újonnan alkalmazott technológiák fejlesztése során.

Ez a mikroprocesszor alapú vezérlő tartalmaz egy programozható memóriát, amely utasításokat tárol, és olyan funkciókkal rendelkezik, mint a sorrendiség, az időzítés, a logika, az aritmetika (számjegyekkel kifejezett megmérhető mennyiségekkel és a négy számtani alapművelettel foglalkozik), és a számlálás. A programozást követően a PLC végrehajtja a bemeneteknek nevezett ingerek által kiváltott események sorozatát. Ezeket az ingereket késleltetett cselekvéseken, például számlált eseményeken vagy időkéséseken keresztül kapja meg.

PLC vs PC eltérés

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

1.  A PLC egy dedikált mikroprocesszort használ ahelyett, hogy teljes processzort vagy kettős processzort használna, mint a számítógépek. Ennek az egyedi PLC-mikroprocesszornak egy nagyon kicsi és korlátozott operációs rendszere van, amely csak egy feladatot hajt végre, és szekvenciális sorrendben olvas be egy létralogikai fokot (létradiagramos programozási nyelven). A számítógép többfeladatos (multitask rendszerű), amely képes egyszerre több kód beolvasására és kezelésére. Ezért a számítógép operációs rendszerei sokkal nagyobbak és lassabbak. A PLC-k valós cselekvéseket/döntéseket indukálnak ezredmásodpercek vagy néha mikroszekundumok alatt.

2.  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.

3. 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.

4. Ha a számítógéppel végzett munka során meghibásodások fordulnak elő, a felhasználó csak megragad egy biztonsági másolatot, újraindítja a számítógépet, visszaállítja az operációs rendszert valós következmények nélkül. Ilyenkor kevés pénz veszik el az időn kívül. Ezzel szemben, ha meghibásodás történik a PLC-vel munka közben, az az ember vagy a gép károsodását okozhatja, ami akár dollármilliókba is kerülhet. Minél bonyolultabb egy rendszer, mint például egy PLC irányítású vezérlőegység, egy számítógéphez képest, annál több a hiba lehetősége. A számítógépek esetében főleg szoftverhibák léphetnek fel, a PLC-k esetében pedig valós fizikai tevékenységek során mutatkoznak meg a hibák, például leáll a teljes munkafolyamat. Tehát a megbízhatóság rendkívül fontos, és ennek növelése érdekében a PLC-k elektronikája ipari minőségű.

5.  A hálózati biztonság a másik lényeges különbség a PLC és a számítógép között, amelynek manapság előkelő helyen kellene állnia ezen a listán, de a legtöbben meg sem említik, vagy legalábbis nem hangsúlyozzák úgy, ahogy fontos lenne. A PLC-k szabadalmaztatott mikroprocesszorokat és szoftvereket használnak. Ez azt jelenti, hogy csak a PLC-gyártó specifikus szoftverén keresztül érhetők el. Tehát szabványos támadások nem lehetségesek anélkül, hogy a hacker hozzáférne a gyártó szoftveréhez, ami a PLC-hez csatlakozik. Mivel a számítógépek szabványos processzorokat és programozási nyelveket használnak, így a hackerek jobban ismerik ezeket és könnyebben hozzáférhetők a számukra. A számítógépek könnyebb prédának számítanak a hackereknek, összehasonlítva a PLC-kel.

6. Kevésbé jelentős különbség az, hogy 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.

7. A többi mikrokontroller rendszerhez képest olcsó a PLC. Ha különböző alkalmazásokban használunk PLC-t, csak a szoftverösszetevőt kell módosítania az egyes alkalmazásoknál. Más mikrokontroller-rendszereknél azonban a hardverösszetevőket is módosítani kell különböző alkalmazások esetén.

PLC az üvegiparban

Az Európai Üvegipari Szövetség statisztikája szerint a síküveg globális piaci értéke 2020-ban elérte a 115 milliárd eurót. Korunk legmodernebb vívmányai szinte kivétel nélkül üveg alapanyagúak, illetve fenntartható jövőnk záloga is maga az üveg innovációja, hiszen egyedülállóan támogatja a 2030-as klímavédelmi direktívák elérését az üveg anyagában rejlő technológiai fejlesztések széles spektruma. A síküveg globális piacának egyik mozgatórugója az építőipar és az autóipar jelentős növekedése, ahol az anyagot széles körben alkalmazzák ablakok, panelek, tükrök gyártásában. Ezzel párhuzamosan a tiszta energia iránti növekvő globális kereslet nyomán a síküveg felhasználása fokozatosan váltja fel az olyan hagyományos anyagokat, mint a tégla, a kő és a fa.

Az üveggyártási technológia a XIX. században indult rohamos fejlődésnek, amikor is többféle kemencét is kifejlesztettek, és különböző célokra, más-más technológiával készült üvegek jelentek meg. Az üveggyártás egy bonyolult folyamat, amely az 1980-as évek óta foglalja magában a PLC-k használatát. A gyártási technológia az évek során fejlődött, és ezért megnövekedett az igény a PLC vezérlési mód iránt az üvegiparban.

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 (az ipari automatizálásban használt elosztott vezérlőhálózat, amelyben minden eszköz közvetlenül kapcsolódik egy vonalhoz, és minden jel áthalad az egyes eszközökön, és minden eszköz egyedi azonosítóval rendelkezik, képes felismerni a neki szánt jeleket) párhuzamosan a vezérlési módban. Ez lehetővé teszi a további adatgyűjtést, amely önmagában PLC technológiával nem valósítható meg. Összességében a PLC-t az üveggyártás analóg adatrögzítésében és a digitális minőség- és helyzetszabályozásban egyaránt alkalmazzák.

Nagy teljesítményű robotkarokat is használnak, melyek 1300 kg-ig terjedő teherbírásukkal képesek hatalmas üveglapok precíz, biztonságos mozgatására.

PLC a papíriparban

A papírgyártás magas cellulóz-tartalmú alapanyagokból indul: fa, szalma, len, kender, pamut, stb. A nemkívánatos vegyszerek eltávolításához az alapanyag őrlését (fibrillálását) követően mosási és fehérítési eljárásokat alkalmaznak, hogy biztosítsák a papír mechanikai tulajdonságait. A rétegelt papírpépet vízkivételi eljárásoknak vetik alá mechanikus és termikus módszerekkel. A végső méretek megszerzése a kalibrált hengerek között, gőzzel melegítve történik. A nagyon magas fajlagos energiafogyasztás miatt létfontosságú a gyártási folyamatok teljes automatizálása.

A papíriparban a PLC-ket különféle folyamatokban használják. Ezek közé tartozik például a papírtermékeket nagy sebességgel előállító gépek vezérlése. A papíripar egyre nagyobb gépekkel dolgoztat, a tisztítási folyamattól kezdve egészen a papírvágásig és a kötegelésig. Az automatizálás több szinten történő bevezetése a termelékenység jelentős növelése és a munkaerőköltség csökkentése érdekében történt, valamint a minőségi hiányosságok esélyének csökkentése és az energiafogyasztás minimalizálása miatt. 

A papírgyártáshoz használt automatizálási rendszereken belül a modern szervóhajtások használata (például a nagy vágási pontosság elérése érdekében) lehetővé teszik a gyártási technológiai folyamatok magas szintű fenntartását. A papírvastagság és a nedvességtartalom mérésére olyan rendszereket alkalmaznak, amelyek azonnal reagálnak a kívánt paraméterektől való eltérésekre. Automatizálási rendszerekkel irányítják a csévélőgépeket, az orsókészítő gépeket, illetve a repülő fűrészeket is. A különböző fűrészgépek és alakvágó rendszerek modernizálása az AC hajtásokon és a frekvenciaváltókon alapulnak. 

A papíriparban például egy PLC vezérli és felügyeli a könyvoldalak vagy újságok gyártását az ofszet (nyomtatási technika, melynél a festéket egy nyomólemezre és onnan egy gumihengerre viszik fel, majd erről kerül a nyomtatási felületre; a nyomdaipar legelterjedtebb nyomtatási eljárása, ha nagyobb példányszámra van szükség) nyomtatás során.

PLC a cementgyártásban

A cement az infrastruktúra fejlesztésének alapvető eleme. Ez egyben az építőipar legfontosabb inputja is, elsősorban a közlekedés fejlesztés és a lakásprogramok esetében, amely iparág egy ország társadalmi-gazdasági növekedéséhez és fejlődéséhez szükséges. A cement kétszáz éve határozza meg világunk építészetét. A világ cementgyáraiban 2017-ben 4,65 milliárd tonnát állítottak elő, ennek felét Kínában.

A PLC a cementgyártásban is kiemelkedően fontos szerepet játszik. A cementgyártás során különféle nyersanyagokat és vegyületeket kevernek össze egy kemencében. Ezen alapanyagok minősége és arányai jelentősen befolyásolják a végtermék minőségét. 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. A megfelelő minőségű és mennyiségű alapanyag felhasználása érdekében fontos a folyamatváltozókra vonatkozó adatok pontossága. Az automatizáció hozzájárul a jobb és egyenletesebb termékminőséghez, valamint a gazdaságosabb termeléshez is. A folyamatos monitoringnak köszönhetően pedig megelőzhetők az üzemzavarok. A digitalizálási megoldások a cementgyártásban is nyersanyag- és energia megtakarítást tesznek lehetővé, valamint magasabb minőséget biztosítanak.

A PLC fontos szerepet játszik minden eljárásban és gépi irányításban a cementgyártás során, például a kazánok hőmérséklet- és nyomásszabályozásában, az emelőelektródák vezérlésében, az acél oxigénlándzsájának betáplálásában, a hűtőágy szabályozásában, a golyós marás, a szénkemence és az aknakemence vezérlésében.

PLC az autóiparban

Az autóipar a második legnagyobb végfelhasználói iparág a kohászati ipar után. Az autóipar a leginkább robotizált iparág, amely sokáig tartotta vezető szerepét a robottelepítések számában. 2020 volt az első olyan év, amikor az elektronikai ipar megelőzte az autóipart a robottelepítések számában.

Napjainkban az automatizálás az autógyártás szinte minden területére kiterjed, az alkatrészek és részegységek gyártásától egészen a végtermékig. Az autógyártás egyes részei már évtizedek óta nagymértékben automatizáltak, de vannak olyan feladatok, különösen az összeszerelésben, melyek továbbra is nagymértékben függnek a kétkezi munkától. 

Az autóipar nagyon dinamikus, az autógyártóktól rendkívüli rugalmasságot követel meg. A növekvő világméretű versenyben a rugalmas logisztikai megoldásokkal kombinált okos-gyártóberendezések is szükségesek. Ezek gyorsan képesek alkalmazkodni, és ezáltal képesek kiszolgálni a modellek egyre növekvő sokszínűsége iránti igényt. A telepítés mellett a berendezés minél egyszerűbb kezelése is fontos szerepet játszik.

Az autók gyártósora négy folyamatra oszlik: a hegesztésre, a bélyegzésre, a festésre és az összeszerelésre. 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 autóipar nemcsak mindenféle járműgyártót foglal magába, hanem különféle szerelvény-, és alkatrészgyártókat (beszállítók) is, akik szintén nagy PLC felhasználók. Ezek a gyártók nagymértékben eltérnek a PLC-k használatát tekintve, de azt elmondhatjuk, hogy az összes méretű PLC-terméket alkalmazzák. Az alkatrészgyártók kis, közepes és nagy PLC-jei a különböző szállítószalagok vezérléshez szükségesek, de használnak PLC-ket még légkondicionáló vezérléshez vagy szárítókemencék (amiben olyan hőkezelési eljárást végeznek, amelyet egy adott kémiai reakció felgyorsítására használnak) vezérléséhez is. Egy autóipari beszállító termelésének csak egy részét állítja elő autógyártáshoz, ezzel egyidejűleg azonban más iparágakat és végfelhasználókat (például műanyagipari gyártókat) is ellát termékeivel.

Egyes előrejelzések szerint az autóipar globális automatizálási piaca 8,33%-os CAGR-növekedéssel fog előre lépni a következő években, amit az intelligens gyártás (AI és Ipar4.0) bevezetése tett lehetővé.

PLC az élelmiszeriparban

A mai gyorsan változó környezetben számos tényező kényszeríti az élelmiszer-feldolgozóipart az automatizálás felé az egyszerű vezérlés használatától (például palackozás, csomagolás, címkézés) a rendkívül kifinomult vezérlés felhasználásáig, amikor is fejlett érzékelők képesek olyan immateriális tulajdonságok mérésére, mint az íz, zamat, aroma, illat, stb.

Az automatizálásra kényszerítő tényezők a következők: (1) a verseny fokozódása a globális piacon (2) a fogyasztók magasabb minőségű áruk iránti kereslete megnőtt (3) a gyártás során nagyobb hangsúly helyeződött a tisztaságra és a higiéniára a COVID világjárvány miatt (4) növekedtek a biztosítási és kártérítési költségek (5) a gyártás egyre nagyobb rugalmasságot igényel, változatos gyártósorokat, mert például a mai versenyben nem ritka, hogy a gyártók módosítják a feldolgozási feltételeket és ezáltal új, továbbfejlesztett termékváltozattal állnak elő a meglévő termékek mellett. Ehhez olyan vezérlőrendszerre van szükség, ahol a receptet egy vegyész vagy a folyamatmérnök könnyen, gyorsan módosíthatja.

Az élelmiszeripari vállalatok a lehető legnagyobb rugalmasságot követelik meg a termelés automatizálása a gyorsaság és az innováció támogatása érdekében. Az élelmiszer-gyártóknak számos kihívással kell szembenézniük nemcsak a szigorú betartandó követelmények miatt, hanem a szabálytalan alakú, lágy anyagú, sima felületű és érzékeny állagú termékekkel való összetett műveletek okán is. Míg más iparágak huzamosabb ideig képesek használni a szabványos automatizálási technológiát, az élelmiszeriparnak új, innovatív technológiákra volt szüksége pontos érzékelőkkel és fejlett végberendezésekkel. Az élelmiszeripari vállalatoknak biztosítaniuk kell az ömlesztett áruk mozgatását és a raklapozási folyamatokat.

Az automatizálás garantálja az egyenletesen magas áruminőséget, a pontosságot, valamint az állandó adagolást sok ismétlés után is. Az automatizálás során növekszik a folyamatok pontossága, csökken a hulladék mennyisége az anyagmozgatási folyamatokban. Az automatizálás lehetővé teszi a termelési költségek csökkentését, javítva ezáltal annak hatékonyságát, továbbá növeli a versenyképességet, és a gyártott termékek mennyiségét és minőségét, javítja a termelés rugalmasságát.

---

 

Gyakori kérdések

---

Hány fajta PLC-t használnak az iparban?

A PLC-k három típusba sorolhatók a kimenet alapján: tranzisztoros kimenet, triac kimenet és relé kimenetű PLC. A relé kimenet típusa AC és DC kimeneti eszközökhöz egyaránt ideális. A tranzisztoros kimenet egyenáramú hálózatokhoz, a triac kimenet pedig a váltakozó áramú hálózatokhoz használatos.

Miért fontos a PLC az iparban?

A PLC-ket az ipari automatizálásban használják a megbízhatóság, a rendszerstabilitás és a termelési teljesítmény növelésére, minimalizálva az emberi munkaerő szükségességét és az emberek által elkövetett hibák esélyét.

Melyik típusú PLC-t használják leggyakrabban az iparban?

A közepes méretű PLC-ket használják a leggyakrabban az iparban, amely lehetővé teszi számos plug-in modul használatát, amelyeket a rendszer hátlapjára szerelnek fel. Néhány száz bemeneti/kimeneti pontot további I/O kártyák hozzáadásával biztosítanak – és ezeken kívül kommunikációs modulokkal is lehet bővíteni ezt a PLC-t.

A PLC-k egyenáramúak vagy váltóáramúak?

A PLC tápegység a PLC rendszer egy fontos eleme. A 120 vagy 240 voltos váltóáramú hálózati feszültséget alacsonyabb egyenfeszültségre, általában 24 voltos egyenárammá alakítja, hogy a PLC egységeket táplálják árammal.

További blog cikkek

• A benzinmotor és dízelmotor története
• Hogyan használhatjuk a PLC-t a mezőgazdaságban?
• Robotok az állattenyésztésben 3. rész
• myTEM okosotthon és okosiroda rendszer
• A 6. ipari forradalom: az intelligens gyártás felvirágzása
• Mi a különbség az automatizálás és a robotika között?
• Robotok az állattenyésztésben 2. rész
• Milyen szoftvernyelveket használnak a programozható logikai vezérlők