PLC de control industrial

2.1 Historia del desarrollo del PLC

En 1968, la compañía estadounidense GM (General Motors) propuso reemplazar el dispositivo de control de relé. Al año siguiente, la compañía American Digital lo desarrolló. La primera generación de PLC programable. El controlador del programa cumple con los requisitos de la línea de montaje de la empresa GM. Con el desarrollo de la tecnología de circuitos integrados y la tecnología informática, existen productos PLC de quinta generación.

En la industria manufacturera caracterizada por cambios de formas geométricas y propiedades mecánicas y en la industria de procesos caracterizada por cambios físicos y cambios químicos convirtiendo materias primas en productos, además del control de retroalimentación basado en cantidades continuas, especialmente en la industria manufacturera. En la industria, existe una gran cantidad de controles secuenciales de bucle abierto basados ​​en valores de conmutación, que realizan números de acciones secuenciales de acuerdo con condiciones lógicas y actúan en secuencia; además, también existen controles para acciones de protección de cadena basadas en relaciones lógicas que no tienen nada; que ver con secuencia y sincronización; y una gran cantidad de recopilación y monitoreo de datos de cantidades discretas basadas en cantidades de estado, como cantidades de conmutación, cantidades de pulso, sincronización, contadores y alarmas de exceso de límite de cantidad analógica. Debido a estos requisitos de control y monitoreo, el PLC se ha convertido en un producto que reemplaza los circuitos de relés y realiza control de secuencia. A lo largo de muchos años de práctica de producción, se ha formado gradualmente una tendencia tripartita de PLC, DCS e IPC. Como se muestra en la Tabla 1, también existen otros reguladores inteligentes de bucle único que representan un cierto porcentaje en el mercado.

El período comprendido entre los años 1980 y mediados de los años 1990 fue el de más rápido desarrollo del PLC, con una tasa de crecimiento anual que se mantuvo entre el 30% y el 40%. Debido al avance de las capacidades de simulación de procesamiento y las funciones de red de los PLC, ha exprimido parte del mercado de DCS (control de procesos) y ha monopolizado gradualmente industrias como la de tratamiento de aguas residuales. Sin embargo, debido a la aparición de las PC industriales (IPC), especialmente las. El desarrollo de la tecnología de bus de campo, IPC y FCS también ha eliminado parte del mercado de PLC, por lo que la tasa de crecimiento de los PLC en general se está desacelerando. Hay más de 200 fabricantes en todo el mundo que producen más de 300 variedades de productos PLC, que se utilizan principalmente en automóviles (23%), procesamiento de alimentos (16,4%), productos químicos/farmacéuticos (14,6%), metales/minería (11,5%). ), pulpa/papel (11,3%) %) y otras industrias.

2.2 Situación del mercado de PLC

Hay alrededor de 30 fabricantes nacionales de PLC, pero no han formado capacidad de producción a gran escala ni productos de marcas famosas, y algunos de ellos son imitaciones y ensamblados. con piezas suministradas o método de producción "OEM", por lo que se puede decir que PLC no ha formado una industria manufacturera en mi país. Como producto sin dificultades técnicas de vanguardia en principio, tecnología y proceso, mientras trabajemos duro, podemos formar una industria manufacturera.

Mi país es muy activo en la aplicación de PLC. Invierte alrededor de 100.000 nuevos conjuntos de productos PLC cada año, con ventas anuales de 3.000 millones de yuanes y se utiliza en una amplia gama de industrias. Sin embargo, en comparación con otros países, la aplicación de líneas de producción y procesamiento mecánico todavía requiere una mayor inversión. Los siguientes productos PLC son populares en el mercado chino:

(1) Schneider, incluidos los productos de Modicon introducidos por Tianjin Instrument Factory en los primeros días, actualmente incluyen Quantum, Premium, Momentum y otros productos;

(2) Los productos PLC de Rockwell Company (incluida AB Company) actualmente incluyen SLC, Micro Logix, Control Logix y otros productos;

(3) Los productos Siemens actualmente incluyen SIMATIC S7- Productos de la serie 400/300/200;

(4) productos de la empresa GE; productos japoneses Omron, Mitsubishi, Fuji, Panasonic y otras empresas.

El potencial de mercado de PLC es enorme No solo en mi país, sino también en el Japón industrialmente desarrollado, las encuestas muestran que la proporción de productos de integración electromecánica que soportan PLC representa el 42%, y el uso de relés y. contactores para controlar todavía hay un 24%. Por tanto, todavía quedan muchas ocasiones en las que es necesario aplicar el PLC, especialmente en nuestro país.

Desde la perspectiva de la innovación tecnológica, las grandes y medianas empresas de mi país también deben desarrollar vigorosamente CIMS (Sistema de fabricación integrado por computadora) y formar un sistema de fabricación flexible FMS en las plantas de fabricación de maquinaria PLC es la base. por lo que el mercado de PLC es enorme.

El PLC tiene las ventajas de estabilidad, confiabilidad, bajo precio, funciones completas, aplicación flexible y conveniente, y operación y mantenimiento convenientes. Esta es la razón fundamental por la que podemos ocupar el mercado durante mucho tiempo. Se centrará en varios temas y los estudiará a continuación su tendencia de desarrollo.

3.1 Clasificación de PLC

PLC ha formado varios tipos de PLC micro, pequeños, medianos, grandes y gigantes en la década de 1990. Según el número de puntos de E/S, se puede dividir en:

l Micro PLC: 32 E/S

l Pequeño PLC: 256 E/S

l PLC de tamaño mediano: 1024 E/S

l PLC grande: 4096 E/S

l PLC gigante: 8195 E/S

A Una sola máquina admite 300 bucles y 65000 sistemas a gran escala con E/S puntuales que corresponden a PLC de tamaño mediano y superiores, y todos utilizan CPU de 16 a 32 bits. Los PLC pequeños y micro originalmente usaban CPU de 8 bits. comunicación y otros requisitos, algunos también utilizan CPU de 16 a 32 bits. Dado que las ventas de PLC con puntos de E/S inferiores a 64 representan el 47% de todo el PLC, y aquellos con entre 64 y 256 puntos representan el 31%, el total es el 78% de todas las ventas de PLC, por lo que se debe realizar más investigación. en micro y pequeños PLC.

3.2 Hardware PLC

El hardware del controlador PLC en sí adopta una estructura de bloques de construcción y las estructuras de productos de cada fabricante son similares. Tomando como ejemplo el Omron C200HE de Japón, tiene una estructura de marco de plantilla de bus. El marco básico (placa base de CPU) está equipado con un módulo de CPU y otras ranuras están equipadas con módulos de E/S. la placa base de la CPU se puede instalar a través del módulo de E/S. El cable de expansión O está conectado a la placa base de expansión de E/S y el módulo de E/S está instalado en él. Otro método es equiparlo con un esclavo de E/S remoto; estación, etc Todo esto muestra que los fabricantes de PLC desarrollan todos los componentes de hardware para los usuarios para facilitar su selección y configurarlos en PLC de diferentes tamaños. Además, la apertura de esta configuración de hardware brinda una gran oportunidad para los fabricantes, distribuidores (agentes) e integradores de sistemas. , brinda mucha comodidad a los usuarios finales y brinda una gran comodidad a la cadena de suministro de marketing. Esta es una experiencia de gran éxito.

Además de las plantillas generales DI/DO y AD/DA, las plantillas de E/S en PLC también han desarrollado una serie de plantillas de E/S con funciones especiales, lo que abre la puerta para que el PLC sea Se utiliza en diversas industrias, como la plantilla ASCII/BASIC para el reconocimiento de códigos de barras, la plantilla PID para el control de retroalimentación, la plantilla de conteo de alta velocidad para el control de operación y el mecanizado, la plantilla de control de posición de un solo eje y el control de posición de dos ejes. Plantilla, plantilla de posicionador de leva, plantillas de interfaz de identificación por radiofrecuencia, etc., que tendrán un gran desarrollo en el futuro. Además, también se mejorarán los componentes relacionados de entrada y salida, aislamiento eléctrico de entrada y salida y aislamiento de tierra en situaciones de fuerte interferencia.

La CPU y la memoria del PLC cooperan para completar la función de control. Es diferente del sistema DCS que procesa parámetros como temperatura, presión, flujo, etc. Adopta un ciclo de escaneo de patrulla rápido, generalmente de 0,1 a 0,2 s, y se utilizan ciclos de escaneo más rápidos de 50 ms o menos. Es un sistema de control de muestreo digital.

3.3 Software PLC

Para completar la estrategia de control, para reemplazar los relés y permitir a los usuarios completar diagramas de escalera del sistema de control similares a los circuitos de relés, se utiliza un conjunto de funciones de algoritmo de control. bloques (o subrutina), llamado sistema de instrucciones, que se solidifica en la memoria ROM y puede ser llamado por el usuario al compilar el programa de aplicación. El sistema de instrucción se puede dividir a grandes rasgos en dos categorías: instrucciones básicas e instrucciones extendidas. El sistema de instrucción del PLC general se divide en: instrucciones básicas, instrucciones de temporizador/contador, instrucciones de cambio, instrucciones de transferencia, instrucciones de comparación, instrucciones de conversión, instrucciones de operación BCD, instrucciones de operación binaria, instrucciones de incremento/decremento, instrucciones de operación lógica, instrucciones de operación especiales , etc. La mayoría de estas instrucciones son similares al lenguaje ensamblador. Además, el PLC también agrega suficientes recursos internos como temporizadores, contadores, relés internos, registros y áreas de almacenamiento, lo que aporta una gran comodidad a la programación. IEC61131-3

Debido a las diferencias en los sistemas de instrucción de los productos de varios fabricantes de PLC y a los diferentes requisitos de los usuarios en los métodos de programación, IEC formuló el estándar de lenguaje de programación basado en Windows IEC61131-3 (el IEC promulgó el control programable en 1993 El estándar internacional IEC1131 para procesadores de computadoras, que estipula cinco lenguajes de programación: lista de instrucciones (IL), diagrama de escalera (LD), diagrama de funciones secuenciales (SFC), diagrama de bloques de funciones (FBD) y texto estructurado (ST). Esto incluye programación textual (IL, ST) y programación gráfica (LD, FBD), y SFC se puede utilizar en ambos tipos de lenguajes de programación.

El Comité Técnico de IEC (TC65) entró para llevar a cabo el proyecto IEC61499, que amplió IEC61131-3. Es un estándar para la arquitectura de sistemas distribuidos modulares interconectados a través de redes de comunicación. Ampliará IEC61131-3 mejorado. Este es un documento estandarizado de alto nivel para la apertura de dispositivos de control lógico programables basados ​​en tecnología digital. Es una tendencia importante en el desarrollo de PLC. Uno o varios PLC y PC están conectados al sistema. La PC funciona como el programador original y la estación operativa de interfaz hombre-máquina. Esta es una nueva tendencia en la década de 1990 que brinda oportunidades comerciales para la integración del sistema y el software de programación y el ser humano. Los recursos se integran al mismo tiempo. También se han desarrollado software de interfaz de máquina (software de monitoreo o software de configuración) y software de interfaz (o software de controlador).

Los fabricantes de PLC proporcionan la base de la interfaz RS232/422/485 de capa física en la plantilla de CPU original, agregan gradualmente varias interfaces de comunicación y proporcionan una red de comunicación completa. Debido al rápido desarrollo de la tecnología de comunicación de datos, los usuarios tienen fuertes requisitos de apertura, y la tecnología de bus de campo y la tecnología Ethernet también se han desarrollado simultáneamente. Por lo tanto, la apertura del sistema PCS compuesto por PLC es ligeramente mejor que la de DCS. Rockwell AB ha formado un sistema de estructura multicapa, a saber, Ether Net, Control Net, Device Net y buses de campo Asi (la red DH+ original también es compatible). Además de la red de comunicación Profibus-DP y la red Profibus-FMS, Siemens propuso la red S7 Routing, una estructura de dos capas de Profibus-DP e Industrial Enternet. Internet todavía está en desarrollo y nuestro país debería invertir activamente en ella.

En 2001, la industria de maquinaria de mi país se convirtió en un nuevo punto brillante en el desarrollo industrial. El valor de producción total aumentó un 17,15% con respecto al año anterior. La producción de automóviles se ubicó entre las 10 primeras del mundo y la de máquinas herramienta. La producción ocupa el quinto lugar en el mundo. Los beneficios de la industria de la maquinaria aumentaron un 33,35%, representando más del 60% de los nuevos beneficios de toda la industria. Las exportaciones también mostraron un crecimiento alentador. La industria de la maquinaria ha propuesto la implementación de redes. Hasta este punto, los profesionales de PLC deben tener una comprensión clara de este punto y trabajar particularmente duro en la apertura de las redes, la relación rendimiento/precio de la composición de la red y la confiabilidad, seguridad y avance de la red.

La conexión ascendente de la red es un problema de Internet y la conexión descendente es un problema de bus de campo. Además, ¿puede la red existente utilizar el método Ethernet de "red electrónica hasta el final"? Es necesario implementar más cuestiones como el modo cliente/servidor y el método navegador/servidor y el modo OPC para el software de interfaz. El PLC está conectado con el centro de control de motores inteligente MCC, el equipo de control numérico NC/CNC que admite máquinas herramienta CNC y otros sistemas de control de operación, equipos de control electrónico, convertidores de frecuencia y arrancadores suaves deben cooperar con el DCS para funcionar como un DCS remoto. estaciones de E/S, etc.; el PLC debe cooperar con la división del trabajo de IPC. Además de utilizar IPC como interfaz hombre-máquina, también es factible utilizar componentes de E/S del software PLC. Se deben gestionar bien los sistemas de seguridad de parada de emergencia (ESD, Emergency Shut Down Systems), las relaciones con almacenes tridimensionales, robots, CAD/CAM, etc. En resumen, el PLC debe ser compatible con varias tecnologías nuevas para que el PLC sea una "computadora" en el verdadero sentido.

Los campos de aplicación de PLC son amplios y hay muchas áreas que deben explorarse con urgencia. Por ejemplo, ya existen ejemplos en mi país para la certificación de vehículos de tránsito aduanero (Shenzhen Yantian) y la venta automática de medicamentos. (varias tiendas de medicina china). Además, el PLC se puede utilizar en sistemas de eventos discretos, como el flujo de tráfico de la red de carreteras (conteo de vehículos, conteo de pasajeros y medición del tiempo de residencia), sistemas logísticos, sistemas de fabricación flexibles (sistemas de fabricación ágiles) y todos los sistemas de servicios no estándar. y luego modelar y tomar contramedidas y optimización. El futuro del PLC es brillante y todos los argumentos pesimistas son insostenibles. En cuanto al progreso tecnológico, ¡el PLC tardará algún tiempo en fusionarse con otras tecnologías e incluso desaparecer!